湘西北黑色岩系中的镍钼矿床及其贵金属矿化特征

湘西北黑色岩系中的镍钼矿床及其贵金属矿化特征_追寻地质梦湖

游先军1，2，戴塔根1，罗 卫1，彭学勤3，鲍振襄4，鲍珏敏4

（1.中南大学地学与环境工程学院，湖南 长沙 410083；[1]

2.湖南省有色地质勘查局，湖南 长沙 410082；

3.湖南省有色地质勘查局二四五队，湖南 吉首 416007；

4.湘西矿产资源综合研究发展中心，湖南 吉首 416007）

摘 要：湖南西北部下寒武统黑色岩系蕴藏着丰富的镍钼钒多金属矿床及其伴生的Au、Ag、Pt、Pd等贵金属矿化。它是我国新类型的镍钼矿床及贵金属矿化极具找矿潜力的地区。富含有机质和黄铁矿的黑色岩系既是镍钼矿的富集层，也是贵金属矿化的主要富集层。矿床的成矿作用是伴随热水的加入而开始，热水沉积与正常沉积交替期是成矿的高峰期，至正常沉积期结束。生物及生物地球化学作用在黑色岩系的成岩成矿过程中起到了重要的作用。矿床以同生沉积为主，兼有热水性质沉积的特点。其成因应归属于生物地球化学沉积矿床范畴。

关键词：黑色岩系；镍钼矿床；贵金属矿化；微生物成矿；热水沉积；早寒武系；湘西北

0 引言

我国南方早寒武世黑色岩系分布甚广，从云南德清到浙江江龙，断续延伸达1600km。在其底部数十米厚的黑色岩系中富集了Ni、Mo、V多金属及Au、Ag、Pt、Pd等贵金属元素20多种，并可供综合利用。其中的镍钼矿床主要分布在湘西北、重庆城口及贵州遵义等地区，在贵州羽水、余庆、凯里、织金、鄂西北石牌、赣西北静昌、浙江诸暨、德东等地也有所发现。随着找矿和研究工作的深入，这种沉积型镍钼矿及其贵金属矿化是一种极具潜力的镍钼矿床类型和贵金属矿床类型。

1 区域地质背景

本区位于扬子地台东南缘邻近江南地轴的武陵褶断束内。古地理环境为陆棚区，黑色岩系呈NE向延伸，在地层分区上属于扬子区和江南区之间的武陵山过渡区[1]。赋矿地层为下寒武统木昌组（湘黔地区通称牛蹄塘组），与下伏的上震旦统灯影组呈假整合或呈超覆不整合接触，与下寒武统杷榔组呈整合接触关系。

区域构造主要为NE向古丈复背斜，镍钼矿床集中分布于该复背斜NE段的次级天门山向斜和剪刀寺向斜的倾伏部位（图1），NE—NEE向花垣 慈利深大断裂从本区北部通过，镍钼矿床分布在该断裂东南侧。出露地层有新元古界板溪群、震旦系、寒武系、奥陶系和志留系等。镍钼矿床主要赋存于下寒武统木昌组底部的含磷岩系中。

区域岩浆活动微弱，仅有古丈龙鼻嘴辉绿岩及橄榄辉石岩体，从构造位置和岩石化学成分判断，代表了弧后盆地火山活动的产物。

图1 湘西北镍钼矿床区域地质略图

1.奥陶系—志留系；2.中上寒武统；3.下寒武统；4.震旦系；5.板溪群；6.断层；7.镍钼矿区（床）

2 镍钼矿床主要地质特征

2.1 含矿岩系岩性序列

区内镍钼矿床及其贵金属矿化均产于下寒武统木昌组底部，从底部磷块岩到薄层粉砂质碳质页岩夹泥质硅岩为止，包括含磷岩系（夹镍钼金属层）、碳质页岩、黑色页岩组合，厚10.3～24.5m。以天门山地区麻家峪矿床剖面为例[2]，自上而下如下所述。

（6）硅质碳质页岩：其上为岩性类似的厚层碳质页岩或硅质碳质页岩，厚2m

（5）碳质页岩：含黄铁矿3%～4%，成断续线理分布，厚2m

（4）碳质页岩：含黄铁矿3%～4%，成断续层纹分布，厚1.1m

（3）鳞片状碳质页岩：由于层间错动，岩石破碎成鳞片状，厚1m

（2）含磷结核碳质页岩：含结核20%～50%，顶部有碎屑条带状镍钼金属层，最上部为数毫米至1cm的硫化物条带，主要由沥青、黄铁矿、二硫镍矿和辉砷镍矿等组成，金属层呈数厘米的层状或几十厘米的透镜体，厚0.10～0.30m

（1）磷块岩、硅质磷块岩：厚0.20～0.30m

下伏地层：上震旦统灯影组灰白色微粒白云岩

2.2 矿体形态产状、类型

镍钼矿体多呈缓倾斜（倾角3°～10°）的似层状或连续的薄层状、透镜状、扁豆体及小扁豆体群，与围岩整合产出，成矿层位（部位）十分稳定，相邻矿床（体）在地层 岩石剖面上可以对比，具有沉积矿床的基本特征。

探采资料表明，似层状矿体长200～700m，透镜状、扁豆状矿体长15～200m，无矿间隔10～20m，最大达500m；矿体厚0.30～1.50m，最厚2.20m；平均ω（Ni）=0.21%～3.52%，ω（Mo）=0.43%～5.61%；镍钼矿层主要由含磷结核板状、鳞片状碳质页岩、板状碳质页岩、白云质 粉砂质碳质页岩、碳磷质白云岩透镜体贫矿石和镍钼金属层（富矿层）组成。贫富矿石的厚度、品位变化很大，形成多种矿层组合，主要分为主镍钼层（富矿层）和次镍钼层（贫矿层）两类。

（1）主镍钼层（富矿层）。主要由白云质、粉砂质、磷质的鳞片状硅质页岩和浸染状的镍钼胶状硫化物“碎屑”构成，其间夹1～2层薄而连续的金属层组成；在矿层中黄铁矿占8%～10%，硫化镍矿物占3%～5%，钼集合体占2%～5%，碳泥质+石英占80%～85%；矿层厚0.20～0.70m，最厚2.20m；ω（Ni）=0.49%～2.0%、ω（Mo）=0.5%～3.0%、ω（V2O5）=0.5%～1.25%。在金属富集层中，黄铁矿占35%～40%，硫化镍矿物占5%～15%，钼集合体占15%～25%，碳硅泥质结核约占40%；厚0～34cm；ω（Ni）=1.22%～5.20%，最高8.49%；ω（Mo）=0.82%～8.81%，最高12.27%；ω（V2O5）=0.13%～0.66%，最高1.48%。

另外，后坪等矿床由碎屑状矿石构成“筒状”富矿体，ω（Ni）=16.76%，ω（Mo）=2.12%，ω（V2O5）=0.224%。

（2）次镍钼层（贫矿层）。由白云质或粉砂质碳质页岩、密集线理状黄铁矿和稀疏浸染状硫钼矿细碎屑组成，在近富矿层部位的局部地段偶见含镍黄铁矿；矿石中黄铁矿占7%～10%，硫化镍矿物＜1%，钼集合体占1%，碳泥质等85%～90%；矿层厚0.6～3.0m，ω（Ni）=0.03%～0.33%，最高1.62%，ω（Mo）=0.025%～0.37%，最高0.55%，ω（V2O5）=0.08%～0.24%，最高1.25%。

2.3 矿石矿物成分

矿石矿物成分复杂，主要矿物为黄铁矿、硫钼矿、二硫镍矿、辉镍矿、辉砷镍矿及针镍矿等。次要矿物为砷黝铜矿、闪锌矿、含银自然金及黄铜矿、白铁矿、方铅矿等；非金属矿物主要为有机质污染的黏土矿物、碳泥质、胶磷矿、白云石、沥青、石英粉砂，次为隐晶石英、玉髓、绢云母、方解石、电气石、榍石、白钛石等。

2.4 矿石类型及特征

（1）竹叶状（角砾状）矿石：主要的矿石类型。磷结核、硫钼矿和硫化物主要呈竹叶状、拉长的眼球状，硫化物与硫钼矿互相混杂，或硫化物呈硫钼矿、磷质角砾（竹叶）的胶状壳。

（2）碎屑状矿石：与竹叶状（角砾状）矿石类似，二者无绝然界线。胶状硫化物、磷质、碳泥质呈大小不一的环形、椭球形、不规则状及其集合体，有些呈大小不一的棱角状、次棱角状、准鲕状等多种形态。

（3）条带 条纹状矿石：主要见于柑子坪、汪家寨等矿床的上金属层，下金属层偶尔也可见及。矿石中的条纹有时由＜0.01mm的黄铁矿小球体堆积而成，有时为黄铁矿与硫钼矿的条纹，或黄铁矿、辉镍矿的条纹；当主要由辉镍矿构成条纹时，就形成镍的特富矿石，ω（Ni）高达8.5%～14.0%。

（4）结核状矿石：与竹叶（角砾）状矿石无明显界线，主要由硫化物沉积与磷结核沉积叠加而成；矿石中含大量近圆形的小磷结核（1～5mm），镍、钼等硫化物多以星点状、斑点状、不规则状充填于结核之间，或沿结核外缘分布成环带状。

（5）浸染状矿石：由镍、钼硫化物细碎屑散布于基质中，成分以硫钼矿为主，此类型矿石较贫。

3 贵金属矿化及赋存状态

由表1可见，湘西北镍钼矿床中的贵金属矿化主要见于镍钼矿体尤其是金属层中。在镍钼矿石中，一般ω（Au）=0.40×10-6～0.70×10-6，ω（Ag）=10×10-6～16.8×10-6，而在镍钼硫化物与黄铁矿构成的金属硫化物薄层（即金属层）中，ω（Au）达2.49×10-6。Au、Ag主要以含银自然金形式存在，粒径0.01～0.05mm，据电子探针分析，ω（Ag）=7%～15%，ω（Au）=85%～93%；此外，部分Au可能是赋存于载金矿物黄铁矿中，部分Ag可能是赋存于含Ag黄铁矿和含钒伊利石等矿物中。

表1 湘西北镍钼矿（岩）石贵金属元素分析结果

注：量的单位ω（Ni，Mo）为%，其他元素为×10-6；括号内数字为样品数。

资料来源：①据梁有彬等，1995；②据李有禹等，1995；③据湖南地质四〇五队，1978；④据湖南地质四〇三队，1970；⑤据范德廉等，7193；

⑥据李胜荣等，2000。

铂族元素（GPE）主要赋存于镍钼矿石中[3]。如大浒矿床，金属硫化物层平均ω（Pt）=0.296× 10-6，ω（Pd）=0.407×10-6，ω（Os）=0.133×10-6；富矿层ω（Pt）=0.144×10-6，ω（Pd）=0.282× 10-6；贫矿层ω（Pt）=0，ω（Pd）=0.035×10-6。而天门山地区磷块岩平均ω（Pt）=0.02×10-6， ω（Pd）=0.015×10-6；含磷结核碳硅质页岩含ω（Pt）=0.027×10-6，ω（Pd）=0.045×10-6；黑色碳质硅质页岩含ω（Pt）=0.024×10-6，ω（Pd）=0.029×10-6。说明金属硫化物富集层中铂族元素的质量分数明显高于其他岩石；同时其质量分数变化不大，稳定性较高，这对铂族元素的资源利用是十分有利的。

此外，矿石类型不同，其贵金属质量分数亦有差别。一般来说，矿石中Ni、Mo的质量分数与贵金属的质量分数呈正消长关系（表2）。本区铂族元素矿化主要集中分布于金属硫化物层中，且以Pt和Pd为主，Pd略高于Pt，其次是Os和Ir，而Ru和Rh较低，早期贵阳地球化学研究所做的选矿试验未出现铂族元素单矿物，近年经用浮选方法[4]，分离提纯镍钼矿石中的金属硫化矿物和碳质，分别测定Pt和Pd的质量分数：前者的ω（Pt）=1.18×10-6，ω（Pd）=0.66×10-6；后者的ω（Pt）=0.35×10-6， ω（Pd）=0.29×10-6，表明金属硫化物的Pt和Pd分别为原矿石的Pt（0.282×10-6）和Pd（0.320×10-6）的4.1倍和2倍，且碳质页岩中亦含少量的Pt和Pd。初步认为，金属层中硫化物的Pt和Pd有可能呈微细粒或显微细粒级的独立矿物，被包裹于硫钼矿、二硫镍矿等主要镍钼硫化矿物中，而碳质页岩中的Pt和Pd呈有机金属化合物或呈离子（原子）被碳质吸附。

表2 湘西北镍钼矿金属层不同类型矿石贵金属元素分析结果

注：量的单位ω（Ni，Mo，V2O5，Se）为%，其他元素为×10-6；括号内数字为样品数。

资料来源：①据湖南冶金地质二四五队，1973；②据湖南地质四〇五队，1978；③余据孙一虹，1986。

肖启云等（2006）对湘黔地区黑色系不同矿物组合进行X衍射分析，并对黑色页岩和分选后样品中的铂族元素进行ICP-MS测定，认为绝大部分铂族元素富集于黑色页岩的有机质和黄铁矿中[5]。

至于本区是否会在黑色岩系中发现独立的铂矿物（自然铂）（张如柏等，2006），尚待进一步的研究。

4 矿床成因

4.1 含矿岩系岩石学和矿物学特征

构成含矿岩系的岩石均具水平层理，层纹构造发育。主要岩石类型为碳质页岩，主要由碳、泥质组成，另有少量硅质、石英粉砂、绢云母和白云石等，含较多的黄铁矿，构成密集的黄铁矿层纹或线理状黄铁矿；硅质岩主要为隐晶质硅质；磷块岩和硅质磷块岩为碎屑状、角砾状、条带状构造，胶磷矿通常混有大量有机质、碳泥质，具胶状结构；磷块岩中见多量硅质海绵骨针化石；这是沉积成岩的岩石学特征。对黑色岩系中的磷结核以及重晶石质、硅质、白云质、黄铁矿质结核的研究表明[2]，大多数结核是在脱水、压实和成岩以前形成的。

黄铁矿是常见矿物，下至磷矿层、上至杷榔组均有，但主要集中在镍钼矿层中。主要有两种：一种是胶状黄铁矿（主要的），为原生沉积成因，ω（Ni）较高（1.5%），多为球状、呈点球状，直径0.0015～0.001mm不等，有时为密集的鱼子状，它与沉积的胶状二硫镍矿、辉镍矿、辉砷镍矿、硫钼矿等成为同心球状，球状体连生在一起成玫瑰花状或胶状条带；另一种为自形、半自形、他形晶黄铁矿，与镍矿物、硫钼矿紧密伴生，大部分可能由胶状黄铁矿再结晶生成，有些则可能是由成岩过程中分散的硫化铁再结晶生成。

矿石中的镍、钼矿物主要以硫化物形式存在，二硫镍矿、针镍矿及硫钼矿是矿石中主要的含镍、钼矿物，绝大部分与黄铁矿形成胶状集合体，矿石普遍具有竹叶状（角砾状）、碎屑状、条带状构造，是沉积成岩的标志。几乎所有的镍矿物均与胶状黄铁矿一起形成镍的集合体（连生），产状有两种：一是高度富集呈金属硫化物层产出；二是呈环带状形成磷质、硅质结核的外壳。钼主要为非晶质或隐晶质硫钼矿的集合体，而硫钼矿为典型的偏胶体沉积，这都是沉积成岩作用的标志。

4.2 地层（岩性）-岩相古地理反映的同生沉积成因证据

湘西北地区经雪峰运动后地壳渐趋稳定。晚元古代晚期为浅海陆棚至碳酸盐台地。以NE—NEE向花垣 慈利深大断裂为界，以北为白云岩沉积相区（灯影组）；以南为硅质岩沉积相区（留茶坡组）。二者之间具过渡现象，灯影组白云岩与留茶坡组硅质岩为相变关系。震旦纪末期，本区受构造运动影响，在白云岩相区，震旦系与寒武系呈假整合（局部不整合）接触关系[5]；而在硅质岩相区，二者均为整合接触。

早寒武世，本区维持了晚震旦世的构造 古地理格局，早期处于洞庭古陆西北边缘陆棚区，武陵海底隆起的东段。其沉积相属台地前缘斜坡相，自西北向东南分为3个区：西北部为含碳硅质黏土岩相区（铀钒矿产区）；中部为含碳磷白云质黏土岩相区（镍钼矿的主要产区）；东南部为含碳硅质黏土岩相区（钒矿主要产区），本区的镍钼矿床大都分布于该相区的南缘；东南部为含碳硅质黏土岩相区（钒矿的主要产区）。

湘西北镍钼矿产出层位分为3种情况：一是直接假整合于上震旦统灯影组白云岩之上；二是产于木昌组最下部的磷块岩层之上；三是赋存于木昌组含磷结核以上的鳞片状碳质页岩或碳质白云质页岩之上；以后两种情况为主。一般而言，有磷矿层的地段都有金属层的沉积，浙西黑色岩系中金属层的富集也是如此[7]，足以证明含磷岩系即为含镍钼岩系。

以上3种情形的出现并不意味着镍钼矿层形成于寒武系早期（木昌期）的不同沉积阶段。在晚震旦世灯影组白云岩沉积后，出现了短暂的沉积间断，并遭受一定的剥蚀，导致古地形呈凹凸不平状（如天门山地区出现的弱喀斯特化起伏面）。区内镍钼矿层即产于凹凸不平的地貌环境，矿层的形态产状均受其控制。在低洼开阔地段形成的矿体多为似层状，规模也较大（如张家界市桃坪矿床，沿走向延长达1500m）；而在古地形较高的地段则形成透镜状、扁豆状矿体，规模有限，且分布零星。

值得注意的是，不论本区镍钼矿层的沉积接触关系如何，其含矿岩系的岩性序列都遵从以下规律：下伏地层是灯影组白云岩，上覆岩层依次为木昌组磷块岩、含磷结核碳质页岩、碳磷质白云质页岩或粉砂质页岩；在灯影组顶部存在假整合的侵蚀面时，通常在碳质页岩或鳞片状碳质页岩中都有镍钼矿层的富集。

黑色岩系岩石的构造特征及其与沉积相的关系表明，湘西北黑色岩系（含磷岩系）中金属元素的富集是同生沉积作用的结果，而且赋矿的黑色岩系没有遭受明显的后期改造作用，也表明黑色岩系中较高的Ni、Mo应来自当时的沉积物。

4.3 含矿岩系沉积地球化学反映的热水沉积特征

湘西北镍钼矿床均呈层状产于寒武统木昌组底部含磷碳硅质沉积岩中，矿层与围岩呈连续沉积关系。通过含矿岩系岩（矿）石化学分析可以看出，与典型的硅质岩比较，本区含矿岩系的岩（矿）石化学成分以高Al2O3、Fe2O3（TFe）、Ca O、K2O为特征，本区硅质岩似乎介于生物成因硅质岩与热水沉积硅质岩之间，唯其Fe、Mn稍有差异。大部分岩（矿）石的主要特征与Bostrom等（1983）提出的现代热水沉积物和古代热水沉积岩的指标接近，即含矿岩系岩（矿）石的Fe/Ti值＞20，部分岩（矿）石样品的Al/（Al+Fe+Mn）值＜0.35。反映本区含矿岩系岩（矿）石大多具有热水沉积特征，但碳质页岩类则属于正常沉积。

含矿岩系的岩（矿）石中普遍含有较高的有机碳，ω（C有机）=4.88%～13.0%（个别样品由于沥青质较高，可达40%），平均7.89%（33件），其中硅质岩、碳质页岩ω（C有机）平均为9.16%（9件），镍钼矿石ω（C有机）平均为7.41%（24件）。此外，含磷结核碳质页岩ω（C有机）平均值也达4.32%（9件），磷块岩含有机碳较低，ω（C有机）=0.87%（8件）。一般认为有机碳含量反映了有机质的含量[8]，据傅家谟的研究认为在成岩过程中有机质损失约80%[9]。据此推测，含矿岩系的岩（矿）石形成时有机质含量是相当高的，这种有机质无疑来源于低等生物，而含矿岩系岩（矿）石中发现的菌藻类矿化说明微生物是形成含矿岩系中有机质的主要来源。

湘西北镍钼矿层中黄铁矿（7件）的δ（34S）=-17.6×10-3～-6.7×10-3，平均-12.4×10-3；而其上部围岩碳质页岩中黄铁矿（4件）的δ（34S）=3.1×10-3～23.9×10-3，前者明显地富集轻硫同位素，后者则明显地富集重硫同位素，即含矿岩系的岩（矿）石中黄铁矿的δ（34S）值与0值有较大的离差，既可以认为是微生物的分馏作用强烈，也可视为微生物作用的标志。Φ.B.丘赫洛夫（1970）指出：“δ（34S）值与0值大的偏差，无论是正的或负的，都是生物作用的标志，即使对前寒武纪古老岩层的硫化物来说也是如此”。在硫酸盐降解时菌类倾向选择轻硫同位素，尤其是在较低的硫酸盐降解速率条件下更突出[10]。这也说明了非常低的δ（34S）值与凝缩时期沉积的黑色页岩间的紧密关系。研究表明[11]，硫酸盐细菌还原反应是在相对“封闭、半封闭系统”中进行的。据同位素效应的动力学原理，反应过程中轻同位素总是优先地在反应产物中富集。在“封闭系统”这种特殊条件下，由于没有（缺少）新的硫酸盐补充，因此随反应进行δ（34S）不断随生成的硫化氢一起逸出，剩余的硫酸盐就会越来越富含34S。故在缺氧背景下，在硫酸盐还原带缺少生物扰动，有利于封闭体系的发育，会造成在黄铁矿形成时的硫同位素逐渐地变重。可以认为这是样品中黄铁矿富34S，且δ（34S）为正值的基本原因。上述黄铁矿硫同位素组成特征表明，它是在沉积作用条件下，生物分馏作用的结果，而δ（34S）值在垂向上的变化则是沉积介质条件在“封闭系统”条件下逐渐变化的结果。

Si/（Si+Al+Fe）值可提供岩石中生物和热液成因Si O2质量分数与陆源物质参与的信息[12]，低的比值说明沉积岩形成时距离陆源区较近。本区富含有机质的黑色岩系（13件）的Si/（Si+Al+Fe）=0.67～0.97，平均0.76，且ω（Si O2）与ω（C有机）成正相关，相关系数0.72（12件），暗示着其沉积时离陆源区较远，并有热水流体的活动。

岩（矿）石样品中非硅组分的比值可以很好地表征物源区的变化。由于Al多富集于陆源碎屑物中，而Fe、Mn富集于远洋沉积物中，因此Fe O（TFe）/Al2O3即可反映物源区的变化，较高的Fe O（TFe）/Al2O3值代表远离陆源区且更加富含远洋物质。本区含矿岩系（16件）的Fe O（TFe）/Al2O3较高（0.71～12.42），平均2.85，代表了较远离陆源区且较富含远洋物质（如Fe等），这与Si/（Si+Al+Fe）值所反映的沉积环境意义一致。

Br、Sr是化学性质相似的碱土金属元素，可作为衡量海底热水流体作用的尺度。在海相沉积岩中的Br/Sr值愈大，愈能反映海底热水流体作用影响的程度[13]，本区磷块岩（8件）、镍钼矿层（14件）的Br/Sr平均值为1.5，磷结核碳硅质页岩（9件）、碳质页岩（6件）的Br/Sr平均值为3～4，均大于1，说明其沉积时海底热水流体活动比较强烈。

此外，根据寒武系底部黑色岩系贵金属元素来源示踪的研究[14]，认为湘黔地区寒武系底部金属富集层中Pt、Pd和Ir的质量分数均明显高于一般海洋沉积物，甚至黑色页岩中Pt和Pd的质量分数与正常海洋沉积物相比也显著偏高（表1）。可以认为寒武系底部贵金属的异常富集绝非正常海水作用的结果，而与海底热水喷流作用密切相关。

4.4 生物及生物地球化学作用的成矿证据

黑色岩系代表了缺氧的沉积环境。缺氧环境对有机质的保存和演化较为有利，形成了一套富含有机质的黑色岩系，与之有关的矿床也是在缺氧的环境下形成的。

研究表明，湘西北早寒武世黑色岩系中出现大量“微古植物”化石，同时在页岩中还常见到大量堆积的黄铁矿化海绵骨针，硅质岩中也可见到似生物结构等。这表明，早寒武世早期的菌、藻类是极为发育的，在缺氧环境中，生物、微生物死亡后发生的有机降解，不会使有机质被氧化，于是这类成矿流体中含有特别丰富的有机组分。在黑色岩系的沉积成岩过程中，海底聚集了丰富的生物遗体和有机质，以及由生物富集的各种元素。生物作用是使海底沉积物中金属元素、微量元素、稀土元素富集的主导因素之一。

据重庆城口黑色岩系的分子古生物学研究认为[15]，城口铂矿有机质组成、分子化石分布特征都反映了生物和有机质在铂矿的形成过程中起着重要的作用。范德廉等的研究发现，某些碎屑状矿石的碎屑是磷块岩的内碎屑（磨圆较好），而其外围环绕着0.5～1mm厚的铁、镍硫化物薄层，很像是低等植物沿砾石而生长；而另一些“碎屑”主要由硫化物组成，外形极不规则，很像低等生物的集合体[12]；矿石中还发现有镍卟啉和钒卟啉；矿石中黄铁矿、硫钼矿、二硫镍矿多呈重结晶粒状，但局部仍保留有显微球粒状及似细菌结构，草莓状黄铁矿随处可见。湘西北镍钼层中出现大量海绵骨针堆积体、细菌—似细菌结构，显微球粒具放射结构和环边结构、生物结构等菌藻类矿化，这些都是微生物参与成矿过程的直接标志。碳质页岩中见到的沥青斑点及金属层中经常见到的沥青微层、辉钼矿富含有机质等，也间接佐证了生物在富集镍钼多元素过程中所起到的重要作用。此外，镍钼矿层中见到的镍卟啉和钒卟啉乃是十分稳定而分布广泛的有机化合物，一般认为来源于生物的沉积作用。

综上所述，湘西北下寒武统木昌组黑色岩系形成于缺氧的沉积环境，并有热水沉积作用参与，缺氧环境有利于有机质的保存与演化，有机质含量高和黄铁矿含量高是黑色岩系的主要特征。生物及生物地球化学作用对黑色岩系的形成起着主导作用。

湘西北镍钼矿床主要产于花垣 慈利深大断裂内侧的断陷盆地中，呈NEE向带状延伸。在黑色岩系形成时，盆地处于拉张沉降状态，并伴有海底热水活动。含矿岩系为木昌组底部的含磷碳质岩系，镍钼矿层赋存于灯影组顶界侵蚀面上，其形态、产状、规模及分布受到古地貌的制约。沉积作用是在富含微生物、湿热的环境和宁静的水动力条件下进行的，海底热水交换作用使嗜热细菌大量繁衍并吸附、聚集、还原大量金属元素。浅海盆地（斜坡）、半深海盆地中大量有机碳与硫酸盐为矿床的形成起到了至关重要的作用。

随着同沉积构造活动驱动海底热水喷流作用带来的Fe、Ni、Mo、Cu、Zn、Se及贵金属元素，在微生物作用下，金属离子更加浓集。厌氧海相沉积物中的细菌将硫酸盐还原为H2S，并进一步与Fe、Ni，Mo及Cu、Zn、Se等离子反应形成硫化物沉淀，成岩作用使有益元素进一步富集，Ni和Cu等金属离子交代原生沉积黄铁矿和生物残体，或与H2S溶液生成后生的晶粒状镍、铜、锌的硫化物。而Pt、Pd等质量分数的特点就是最好的佐证。因此，湘西北黑色岩系中的镍钼矿床及贵金属矿化具有微生物成矿与热水成矿的双重特征。结合镍钼矿的地层层位关系及赋矿层的岩石组合（序列）可以看出，从矿层底部的磷块岩和硅质岩，向上过渡为金属矿层的鳞片状碳质页岩夹薄层硅质岩，至矿层上部的黑色页岩，表明该区镍钼矿开始于热水沉积，在热水沉积+正常沉积阶段达到高峰，而结束于正常沉积。证实了矿床沉积地球化学环境的改变是矿床形成的根本原因，而在这一过程中，始终离不开生物和生物地球化学作用。故矿床成因应归属生物地球化学沉积矿床范畴。

5 找矿

在扬子地台周边坳陷区的早寒武世黑色岩系中，广泛发育着我国沉积型镍钼多金属矿床及其贵金属矿化，西起云南沾益，经贵州织金和遵义、四川汉源、重庆城口、湖南张家界和慈利，到湖北宜昌、江西都昌，东至浙江诸暨，延长千余千米。据报道，在扬子区的北部陕南、豫南等地的黑色岩系中也有同类型矿床（化）的发现（柯洪等，2003；王学贞等，2003），可以说在扬子地台周边寒武系底部黑色岩系均发现有同类型的镍钼矿床（化）及其贵金属矿化，表明早寒武世是扬子区镍钼矿及贵金属的重要成矿时代。

研究表明，我国下寒武统黑色岩系形成于震旦纪晚期—早寒武世构造拉张背景下的深水斜坡区[18，19]，长期处于被动大陆边缘，特别是扬子区及其两侧深水斜坡发育，目前已发现大型或超大型的矿床有磷矿、重晶石矿、钒矿、石煤矿等，此外尚有镍、钼、铜、铀、金、银、稀土以及铂族元素（PGE）等数十种中小型矿床、矿点、矿化点。其中属于新类型的沉积型镍钼矿床及其贵金属矿化找矿前景很好。

笔者认为，该类矿床形成于大陆边缘裂陷槽（断陷盆地）中，下伏地层为白云岩、白云质灰岩或角砾化白云岩。无论是湘西北、贵州遵义，还是浙西开化—诸暨等地区，凡是下寒武统黑色岩系镍钼矿床及其贵金属矿化的地区，其下伏地层必然是上震旦统灯影组白云岩类；一旦该层位岩性沿走向相变为热水沉积的上震旦统留茶坡组硅质岩，其上则为下寒武统黑色岩系的沉积型钒矿床[20，21]，而镍钼矿富集层位则消失。因此，下伏地层的岩性（白云岩类）可作为镍钼矿床成矿的先决条件。同时，含矿岩系为含磷岩系，且岩石序列发育完整、厚度较大，底部的磷矿岩呈似层状、薄层硅质岩夹层数量少、厚度小，黑色岩系具有复杂而特殊的元素组合。

总之，黑色岩系中沉积型镍钼矿床及其贵金属矿化，作为镍钼矿床和铂族元素矿床新类型，在我国华南地区，尤其是湘西、黔东、渝东以及类似地区都具有相当的找矿潜力。通过深入的找矿研究及先进的分析检测技术，开拓找矿思路，有可能实现新的镍钼矿床及贵金属资源类型和矿床类型的找矿新突破。

参考文献

[1]湖南省地质矿产局.湖南省区域地质志[M].北京：地质出版社，1988：41-52.

[2]孙一虹.湘西北下寒武统碳质页岩岩石学、岩石化学和地球化学研究[J].湖南地质，1986，5（1）：1-15.

[3]鲍振襄.湖南西北部黑色岩系中的贵金属矿化[J].矿物岩石，1997，17（2）：70-77.

[4]梁有彬，朱文凤.湘西北天门山地区镍钼矿床铂族元素富集特征及成因探讨[J].地质找矿论丛，1995，10（1）：55-65.

[5]肖启云，李胜荣，蔡克勤.湘黔下寒武统黑色岩系不同矿物组合中铂族元素特征[J].中国地质，2006，33（5）：1083-1090.

[6]丁传谱，敖振宽，毛振玫.××山地区早寒武世牛蹄塘组镍钼多元素富集层形成条件的初步探讨[J].中南矿冶学院学报，1978（1）：19-35.

[7]吕惠进，王健.浙西寒武系底部黑色岩系含矿性和有用组分的赋存状态[J].矿床地质，2005，24（5）：568-573.

[8]Saxby ID.有机质在矿床成因中的重要意义[M]//Wolf KH.层控矿床与层状矿床（第二卷）.北京：地质出版社， 1981：89-101.

[9]傅家谟.有机质演化与沉积矿床成因（Ⅱ）——煤成烃类与层控矿床[J].沉积学报，1983，1（4）：15-27.

[10]吴朝东.湘西震旦纪—寒武纪交替时期古海洋环境的恢复[J].地学前缘，2000，7（增刊）：45-57.

[11]林骥.早古生代高变质藻煤成因的稳定同位素（硫、碳、氧）研究初试[J].地质论评，1983，29（3）：234-244.

[12]孙省利，陈践发，刘文汇，等.海底热水活动与海相富有机质层形成的关系[J].地质论评，2003，49（6）：588-595.

[13]葛朝华，韩发.广东大宝山矿床喷气 沉积成因地球化学特征[M].北京：科学技术出版社，1987：26-29.

[14]李胜荣，高振敏.湘黔寒武系底部黑色岩系金属元素来源示踪[J].中国科学（D辑），2000，30（2）：169-174.

[15]杨文光，林丽，朱利东，等.重庆城口黑色岩系中铂矿的分子古生物学特征研究[J].成都理工大学学报（自然科学版），2004，31（5）：457-460.

[16]范德廉，刘铁兵，叶杰.黑色岩系成矿过程中的生物地球化学作用[J].岩石学报，1991（2）：65-72.

[17]刘英俊，曹励明，李兆麟，等.元素地球化学[M].北京：科学出版社，1984：343-359.

[18]姜月华，岳文淅，业冶净.华南下古生界缺氧事件与黑色页岩及有关矿床[J].有色金属矿产与勘查，1994，3（5）：272-278.

[19]卢衍豪.中国寒武纪沉积矿产与“生物 环境控制论”[M].北京：地质出版社，1979：3-57.

[20]鲍振襄.湖南西北地区镍钼钒多金属矿床及金银矿化的地质特征与成矿条件[J].地质找矿论丛，1990，5（3）：49-62.

[21]鲍振襄.湖南西北部黑色岩系中的贵金属矿化与找矿[J].黄金地质，1995，1（3）：28-33.

[1]文章来源：《地质找矿论丛》，2009年第1期。作者简介：游先军（1962—），男，湖南澧县人，高级工程师，主要从事镍钼钒矿床专题研究、矿业开发及技术管理工作。