华南下寒武统黑色岩系中超大型重晶石矿床的成矿机制研究

The giant barite ore deposits with high grade and huge reservoir in the lower Cambrian black shales were mainly formed across the Precambrian-Cambrian boundary, which is the important producing area of barite resources in China and even around the world. However, the sedimentary environment, metal sources and precipitation mechanism of these barite ore deposits remain poorly well constrained. In this project, the giant barite ore deposits in Dahebian, Guizhou province and Xinhuang, Hunan province will be deeply investigated by using the micro-beam analysis technique (FESEM), redox sensitive elements, REE, Fe speciation and C-S-Sr-Mo isotopes, to understand the evolution of redox conditions, the geochemical cycling of Ba and S during the early Cambrian, South China. Finally, we will summarize the metallogenic mechanism of these giant barite ore deposits in the lower Cambrian black shales, South China and discuss the influence to the evolution of contemporaneous atmosphere and ocean system.

华南下寒武统黑色岩系中的超大型重晶石矿床主要形成于前寒武-寒武纪的重要转折时期，赋矿层位稳定，品位高且储量大，是我国乃至全球重晶石资源的重要产区。但是，该类超大型重晶石矿床的沉积环境、巨量金属钡的来源及其沉淀机制尚未得到很好的约束。本项目将以贵州天柱和湖南新晃等地的典型重晶石矿床为研究对象，采用微束分析技术（场发射扫描电镜）、铁组分化学、元素地球化学（氧化还原敏感元素和稀土元素）以及同位素地球化学（碳、硫、锶和钼同位素）等研究手段，以期明确华南下寒武统黑色岩系中超大型重晶石矿床形成时的海洋沉积环境，深入揭示该类重晶石矿床形成过程中巨量金属钡的来源以及海水硫酸盐状态对重晶石沉淀的控制机理，归纳总结华南下寒武统黑色岩系中超大型重晶石矿床的成矿机制及其与同时期大气-海洋系统演化的关系。

华南下寒武统黑色岩系中超大型重晶石矿床是我国乃至全球重晶石资源的重要产区。然而，已有的冷泉/成岩模型和热液模型（如SEDEX模型）均未能解释该类型重晶石矿床在古生代大量产出的原因。通过对华南下寒武统沉积重晶石矿床的产出特征、矿物学和锶-硫同位素等分析，并综合对比全球石炭纪和泥盆纪等古生代的重晶石矿床，取得沉积重晶石矿床的成因认识如下：1）限定了该类型矿床是富金属热液输入缺氧盆地的结果，而非冷泉/成岩模型的有机质降解来源；2）在已有地球海洋氧化还原结构和硫酸盐浓度演化认识的基础上，提出了硫酸盐有限的硫化水体有利于沉积重晶石矿床在古生代大量产出，即SLES模型-Sulfate-limited euxinic seawater。该模型的实质是富Ba2+、Zn2+和Pb2+等金属离子的热液流体遇到海洋中富SO42-和H2S水体时表现出的地球化学行为差异造成了铅锌以硫化物形式沉淀，而钡以重晶石的形式沉淀并形成高纯度且厚层的重晶石矿床；3）确定了碎屑岩建造中沉积重晶石矿床与铅锌矿床具有成因上的联系，是铅锌和钡离子由于地球化学性质的差异而在成矿时发生了时空上的分离；4）古生代海洋的中等水平硫酸盐浓度和氧化还原分层结构（表层氧化+底部缺氧）容易出现时空共存的硫酸盐有限硫化水体和周围富硫酸根水体，有利于同时形成沉积重晶石矿床和CD型铅锌矿床，而元古代的海洋中硫酸盐浓度低，有利于形成CD型铅锌矿床，即使海洋中有大量的Ba2+离子积累，也不利于形成重晶石矿床；5）在SLES模型预测下，南华盆地具有形成铅锌矿的成矿地质条件，特别是华南下寒武统底部黑色页岩中已发现的普遍Zn富集现象，应关注沉积重晶石矿区（如贵州天柱和湖南新晃）潜在铅锌矿化/矿床的产出情况。