早古生代黑色岩系铀的预富集事件 黑色页岩中的金属矿床

黑色岩系呈灰黑色，是一套还原环境下形成的碳酸盐岩、硅质岩、泥质岩、细碎屑岩和相应的浅变质岩石（黑色页岩等）组合，含有Cu、Au、U、Mo、Ni、V、Fe、Mn、Se、P GE等多金属元素，大多数元素都具有氧化还原变价性质。岩石中有机碳含量较高（一般大于0.5%）且常见金属硫化物（铁硫化物为主）。根据黑色岩系的这一特定含义，结合国内外学者对黑色岩系铀矿的研究，本文认为，黑色岩系铀矿包含国外文献提到的黑色页岩铀矿和磷块岩铀矿，也包括国内提到的碳硅泥岩型铀矿、磷块岩型铀矿（非传统铀矿）等矿床类型。

西南地区早古生代有两套典型的黑色岩系。一套是晚震旦-早寒武纪时期在滇东、黔西南、黔中、川西地区广泛分布的黑色岩系地层，另一套是志留纪时期在西秦岭的川西北地区广泛分布的黑色岩系地层。

晚震旦-早寒武纪黑色岩系的广泛分布，是在罗迪尼亚超大陆的裂解作用的大陆动力构造作用背景条件下发生的。晚震旦-早寒武纪时期，由于罗迪尼亚超大陆的裂解作用，在滇东、黔西南、黔中、川西等地区形成了相对封闭的缺氧环境海相沉积。例如，贵州早寒武世的黑色岩系沉积的古地理环境为浅水陆架和深水陆棚，其分界线大致在平塘—都匀—余庆—石阡一线，其岩性主要为黑色页岩、硅质岩、磷块岩及泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、粉砂岩等。硅质岩及磷块岩一般位于底部。在浅水陆架区（台地区）称牛蹄塘组，与下伏震旦系灯影组（厚层白云岩）假整合接触；在深水陆棚区（斜坡-盆地区）称渣拉沟组，与下伏震旦系留茶坡组（薄层硅质岩）整合接触。厚度变化大，一般数米至百余米。为一套海平面迅速上升造成的沉积速率低的海侵体系域沉积。黑色岩系中产钼、钒等矿床。富集Mo、V、Ba、Ag、Au、U、P、PGE等元素，地层特征、元素地球化学特征及特征元素比值所反映的是早寒武世黑色岩系形成于缺氧的还原环境，有热水沉积的加入。这一时期的缺氧事件波及面广，造成了早寒武世早期一套层位稳定的黑色岩系，它不仅与中国南方其他地区该时期的黑色岩系特征相近，而且可与印度、巴基斯坦、法国、英格兰、阿曼、苏联及蒙古国、澳大利亚、加拿大等地该时期的黑色岩系相对比，应属早寒武世全球性缺氧事件的一个部分（肖加飞等，2006）。

贵州下寒武统牛蹄塘组黑色岩系富含多种有用元素。该黑色岩系的岩性演化序列按由下而上的顺序为：下伏震旦系灯影组白云岩→牛蹄塘组→下硅质岩→磷块岩→金属富集层→上硅质岩→薄层状黑色页岩→厚层状黑色页岩。经研究，牛蹄塘组黑色岩系具有热水-正常海水混合沉积特征，其中，下硅质岩属热水沉积岩（李胜荣等，1995）。在贵州遵义松林地区黄家湾、金沙出露的下寒武统牛蹄塘组非常典型，牛蹄塘组与下伏震旦系灯影组块状白云岩呈假整合接触。主要有铁锰氧化物黏土岩、褐灰色含铀磷块岩夹透镜状白云岩层、碳质粉砂质水云母黏土岩夹透镜状磷块岩层、镍钼硫化物矿层、含钼钒石煤层、碳质水云母黏土岩及粉砂质黏土岩。牛蹄塘组胶磷矿中含铀（U含量可高达0.02%～0.03%），黏土岩中Mo、Ni、V、Y 等元素可达工业综合利用指标（毛景文等，2001）。有人认为Zn、Mo、Ba、U、Cd、Se、Tl等元素可能主要与海底热水喷流作用有关（李胜荣等，2000）。其实，贵州遵义松林、金沙地区的黑色岩系中富集U、P、Mo、V、PGE元素，刚好与海底热水喷流中心的地质环境吻合。

西秦岭南段甘川交界处的白龙江上游地区，广泛分布一套志留系地层，为一套巨厚的浅海-海湾相的细碎屑岩-碳酸盐岩黑色岩系。下志留统主要由变粉砂岩、碳质板岩、硅质岩、硅质板岩和凝灰质板岩组成，厚150～1870m。中、上志留统主要为砂质板岩、碳质板岩、砂岩和凝灰质砂岩间夹硅灰岩透镜体，厚1940～4191m。这一套志留系黑色岩系中富含多种金属成矿元素，化探异常反映良好，目前已在志留系中发现的矿产有铀、铜、钒、钼、锌、钴、锑等矿床和矿点（赵慎之等，1985）。川西若尔盖地区主要以海相碎屑岩、硅质岩、碳酸盐岩以及复理石、火山碎屑岩相为主的浅变质地层，厚2000～4000m。铀丰度较高，可达（9～13）×10^-6。在川西北降扎地区，上志留统以砂质板岩、碳质板岩、绢云母千枚岩为主，夹硅质岩、硅质板岩及灰岩透镜体。铀聚集在富含碳质的板岩、硅板岩、硅质岩、硅灰岩、硅质灰岩中。铀的丰度为（7～15）×10^-6，局部可达（30～300）×10^-6。产有多个中小型铀矿床。在平武-松潘地区，上志留统由深灰色、黑色碳硅质板岩、泥板岩、含碳绢云母石英千枚岩组成，间夹变质粉砂岩-细砂岩、硅质岩和薄层灰岩，铀的丰度为（7.2～8.5）×10^-6，局部可达32×10^-6。在碳硅质板岩中有大量放射性异常点，目前只发现有两个成矿年龄落在早古生代时期，一个是在降扎510铀矿床下志留统碳质板岩和硅灰岩中发现有450Ma年龄的沥青铀矿，另一个是在崇尔511铀矿床中发现有410Ma年龄的沥青铀矿（中国核工业地质局等，2004）。大量的成矿年龄值都集中在中生代和新生代，尤其以新生代为主。另外，若尔盖地区铀矿床伴生元素主要有Ni、Zn、Mo、V、Se、Au、Cu、Co、As、P、S、Ga、Cd等，这是一套黑色岩系地层常见的元素组合。综合上述特征，可以认为，西秦岭的川西北地区的志留纪黑色岩系，是该地区早古生代形成的一个铀的预富集层。

西南地区早古生代黑色岩系地层中发现的铀矿组合类型比较丰富。勘查和研究工作发现，铀在黑色岩系中较为富集，和其他一些金属组合形成矿点和矿床。目前发现的主要组合类型有U-P、U-Hg、U-Mo、U-V、U-PGE等。例如，U-P型矿床（点）主要出现在四川的清平磷矿、贵州的瓮安磷矿、福泉磷矿、织金磷矿、金沙703铀矿、金沙松林矿区等以及云南的昆阳磷矿等。U-Hg矿床（点）的典型实例是贵州白马洞铀矿。U-Mo型矿床（点）主要在贵州的白马洞铀矿和金沙703铀矿区。U-V型矿床（点）主要出现在贵州三穗县V（U）矿点、镇远县马鬃岭V（U）矿床等。U-PGE型矿点主要出现在贵州遵义松林地区（毛景文等，2001）和云南德泽的Ni-Mo-V-PGE矿区（夏庆霖等，2008）。

尽管黑色岩系铀矿既有成岩阶段形成的“铀源层”和“储铀层”，也有后期改造（淋积作用或热液作用）形成的铀矿床，还有后期叠加成矿（深源流体）形成的富矿和大型矿床，本书为叙述方便起见，将黑色岩系地层中的成岩阶段形成的“铀源层”和“储铀层”单列出来讨论，定义为早古生代黑色岩系铀的预富集事件。

中生代铀成矿事件~

246.8～76Ma这一组铀矿物同位素年龄值，反映了西南地区中生代铀的成矿事件。这是印支期和燕山期构造事件对西南地区铀成矿作用的体现。印支期和燕山期地质构造运动主要体现为陆内造山活动（吴根耀，2001）。这一时期形成的铀矿主要有米易海塔地区A-10铀矿化点（228.6Ma），普雄414铀矿床（90Ma，76Ma），折达沟铀（钼）矿点，根多铀矿点，川西北若尔盖511铀矿床（200Ma，170Ma，125Ma，95Ma），川北砂岩型铀矿田中的303 铀矿床（126Ma，77Ma），4210 铀矿床（146Ma，137Ma，125Ma，113Ma），457铀矿床（116Ma），7201铀矿床等中小型铀矿床和一系列铀矿点等。
米易海塔地区A-10铀矿化点产于花岗岩外接触带。铀矿化出现在印支期片麻状二长花岗岩的外接触带，围岩是元古界五马箐组二云母片岩。产在绿片岩相浅变质建造中的韧性-脆性剪切带中。石英脉和硅化带长英质脉体受构造影响部位有铀和铀钼矿化，还可以见到铜的次生矿物。显然，A-10铀矿化点的铀成矿作用反映了一个基本地质事实，即铀矿化受韧性剪切带控制，与印支期岩浆活动有密切联系，有明显的构造热液作用过程。该矿点沥青铀矿U-Pb同位素年龄为228.6Ma，为印支期成矿。
西藏左贡县美玉乡的根多铀矿点也产于花岗岩外接触带。根多铀矿点产于晚三叠世花岗闪长岩与上三叠统东达村组的外接触带中，距东部的花岗闪长岩体仅350m，且矿化分布严格受燕山早期的花岗细晶岩脉带控制。铀矿化主要产于花岗细晶岩和东达村组的灰色钙质、泥质细粒-中粒长石石英砂岩中。值得重视的是，所有的矿石（U含量>0.05%）、矿化岩石（U含量>0.01%）均产于强烈的碳酸盐化岩石中，无碳酸盐化的岩石中只有很低的铀含量。矿化呈似层状、长透镜状，矿层（体）与围岩呈渐变过渡关系。矿石中铀含量为0.05%～0.855%，一般为0.05%～0.30%。主要金属矿物有：黄铁矿、黄铜矿、赤铁矿、钛铁矿、磁铁矿、针铁矿、磁黄铁矿、方铅矿、辉锑矿、闪锌矿等，非金属矿物主要为钾长石、斜长石、石英和方解石，另有少量黑云母、白云母等。与矿化有关的近矿围岩蚀变主要为碳酸盐化，其次为硅化、绿泥石化、绢云母化、白云母化、角岩化和铜、锑等金属硫化物化，为一套典型的中低温热液蚀变组合。
四川德格县上麦宿乡折达沟铀（钼）矿点则产于花岗岩内接触带。矿体产于印支期中细粒黑云母二长花岗岩与上三叠统拉纳山组的接触带部位，铀矿化主要产于岩体内接触带中。区内共发现铀（钼）矿脉21条。矿体形态严格受构造控制，多呈近南北向的脉状产出。矿石品位变化较大，一般为0.05%～1.54%。主要金属矿物有：晶质铀矿、辉钼矿，次为黄铁矿、雌黄铁矿、黄铜矿、毒砂、褐帘石、磷灰石、锆英石，非金属矿物有黑云母、阳起石、钾长石、钠长石、石英、绢云母-白云母等。次生矿物有钼钨钙矿、针钙镁铀矿、褐铁矿、水针铁矿等。与铀矿化关系密切的近况围岩蚀变主要有：硅化、黄铁矿化、钾长石化、绿泥石化、绢云母化、阳起石化和褐帘石化。
云南省建水县普雄414铀钍矿床是一个含铌、锆、稀土的综合性铀钍矿床，具中型矿床规模。燕山晚期的长岭岗岩体和其南部的白云山岩体侵入于三叠系个旧组和法朗组地层中，在其接触带见有铀钍等矿化。产铀矿的长岭岗岩体面积约15km2，为一霞石正长岩为主的浅成侵入岩体。岩体铀含量（20～100）×10-6，平均66.7×10-6；钍含量平均约137×10-6，Th/U＝2，是一个富铀、钍的岩体。而岩体内的交代蚀变岩铀含量可达（490～1160）×10-6，钍含量（240～12200）×10-6，Th/U＝0.4～10.5。长岭岗岩体的围岩为个旧组灰岩及白云岩，法朗组砂页岩。其接触带的围岩蚀变强烈，主要有大理岩化、矽卡岩化、混杂岩化。矿体赋存于长岭岗岩体北部及东北部边缘接触带上，即主要产在矽卡岩带内，受交代蚀变岩的严格控制，交代蚀变岩本身多为矿石。矿石类型主要有方钍石型（U-Th型）、烧绿石型（U-Nb型）和晶质铀矿型（U型）三种。主要的围岩蚀变有：钠长石化、镁钠铁闪石化、镁铁云母化、碳酸盐化、赤铁矿化、萤石化、硅化、黄铁矿化、方铅矿化。金属矿物及有用矿物有钛铁矿、钽铁金红石、黄铁矿、方铅矿、赤铁矿、褐铁矿、晶质铀矿、变生钛铀矿、方钍石、钍石、烧绿石类、锆石类、独居石等。长岭岗碱性岩体是一个富含多种稀有放射性元素的岩体，已发现具一定工业意义的元素计有铌（Nb）、钽（Ta）、锆（Zr）、铪（Hf）、铀（U）、钍（Th）、锂（Li）、铷（Rb）、铯（Cs）、镓（Ga）等。414矿床实际上是一个铀、钍、铌、锆、锂等元素的综合性矿床。
中生代的砂岩型铀矿床产于四川盆地北缘的川北砂岩型铀矿田。砂岩型铀矿床主要分布于米仓山-大巴山古陆前缘，一般产于背、向斜翼部或倾伏端，距蚀源区距离小于50km。矿床分布受燕山期-喜马拉雅期构造挤压作用控制明显，分布于盆地边缘山前的前渊及深盆地地带。由于燕山晚期盆地东缘山区大幅上升，在米仓山-大巴山前缘一带沉积了厚达千米以上的晚侏罗世—早白垩世的河流相砂泥岩，构成了川北砂岩型铀矿的赋矿岩层，铀矿化多产于侏罗-白垩系不整合面上下。含矿层是红、浅相间，砂、泥相间的岩性组合，属于氧化还原交替的产物。浅色层与地层产状基本一致，控制了矿体的大小和空间展布。铀矿主要赋存在上侏罗统蓬莱镇组，下白垩统苍溪组、白龙组中，为河湖、河流相红色碎屑岩建造，矿化与浅色层中的岩屑砂岩、长石石英砂岩、砂砾岩、砾岩有关。目前在川北地区已经发现有四川南江花台寺303铀矿床（126Ma，77Ma），四川通江县松溪4210铀矿床（146Ma，137Ma，125Ma，113Ma），四川南江范家山457铀矿床（116Ma），四川宣汉毛坝7201铀矿床等中小型铀矿床和一系列铀矿点。
中生代还有其他一些重要的铀矿床和铀矿化点。例如四川冕宁7313铀矿点、7103铀矿点、7101铀矿点和7303铀矿点（246.8Ma，226Ma，202Ma，69Ma），四川西昌213铀矿点（156Ma），川西北若尔盖510铀矿床、512铀矿床（130Ma，116.6Ma）等，都是印支期和燕山期重要的铀成矿事件。其中川西北若尔盖510铀矿床、512铀矿床等是在志留纪黑色岩系铀的预富集基础上的改造或叠加成矿而形成的。

一、概述
黑色页岩是海相地层中常见的一种岩石地层单元，也是一种重要的容矿沉积岩类型。最早报道的黑色页岩中的矿床是铜矿，如德国曼斯菲尔德地区的二叠纪“含铜页岩”。我国在20世纪50年代中知道了黑色页岩经常是含锰、含磷岩系的组成部分；60年代以来才发现不少地区黑色页岩中含钒和铀，可富集为工业矿床，其中还常伴生多种其他金属；70年代肯定了黑色页岩中有重要金矿，一些地方还同时出现铂族元素的富集。
最初研究的一些黑色页岩多认为是碳质页岩或沥青质页岩，一个名为《含金属黑色页岩和有关矿床》的国际对比项目把黑色页岩定义为黑色（灰或黑）细粒（粉砂级以下）、通常为泥质并含相当高有机碳的沉积岩。经过详细研究的地区的资料表明黑色页岩岩石成分其实也不一样，如曼斯菲尔德“含铜页岩”实际上是泥灰岩，我国几个地区的黑色页岩岩性也包括含有机质的泥质岩石、碳酸盐岩、硅质岩石及粉砂质岩石以及其间的过渡类型岩石，它们形成一定的岩石组合，所以也被称为黑色岩系。黑色页岩成分的另一特点是常含少量黄铁矿，在这种情况下即可能含多种微量金属元素。大多数情况下这些元素含量远低于工业品位，但他们出现频率较高，金属种类很多，因此在层控矿床研究过程中曾把黑色页岩看作是一种重要的矿源层或者认为是一种潜在的资源。
黑色页岩矿床的重要特点是明显受层位控制。矿体通常为层状，含矿岩石中碳质、沥青质、黄铁矿等硫化物多以微粒浸染体或纹层产出。矿床中富集的金属可以出现种种不同的组合，如Cu-Pb-Zn、U-V、Co-Mn、Ni-Mo、Au-Ag及 Pt族，还伴生Ba、As、Sb、Hg、T1、Se、Te等多种元素。黑色页岩含矿岩系分布范围很广阔，但金属富集达到工业品位的地段则常常只是很少一部分。矿床中的硫化物颗粒微细，有些金属硫化物甚至呈隐晶质状态，再加上成分复杂，矿石的选冶常有一些需要解决的特殊问题。
黑色页岩型矿床分布广泛，形成时代有新元古代、寒武纪、志留纪、泥盆纪、二叠纪以及三叠纪等，国外还有侏罗纪、白垩纪。含矿岩系形成时的环境特征是金属富集的首要控制因素，通常是在封闭半封闭滞流盆地环境，包括潟湖，也可以是某种深水盆地。有些黑色页岩在广阔地域内大量产出（图6-22），如我国南方早古生代黑色页岩的广泛分布就被认为是与一次大洋缺氧事件有关。从构造环境来看，富金属黑色页岩是被动大陆边缘的代表性沉积类型之一。

图6-22 中国南部寒武纪石煤、钒、多种元素矿床分布及生物地理分区示意图

（据卢衍豪，1979）
二、重要矿床
1.钒、铀矿床
鄂西、赣东北、湘西、黔东和川北都有黑色页岩型钒矿床和铀矿床的产出。
（1）湖北十堰杨家堡钒矿床。含矿岩系是下寒武统轻微变质的碎屑岩和泥质岩，厚度约80m。下段与震旦系灯影组呈假整合接触，为灰黑色硅质灰岩。中段为主要含矿段，厚16～28m，其中从下向上有3个含矿层，第一层为薄层硅质板岩夹碳质粉砂岩，含少量的磷灰质结核，厚24m，含V2O5一般 0.6%～0.9%；第二层以煤层为主，可含钒质煤夹薄层硅质岩，含较多磷质结核，厚2.7～5.8m，含V2O5一般0.8%～1.1%；第三含矿层以碳质板岩为主，夹石煤或薄层硅质岩，局部含少量磷质结核，一般厚2.44m，含V2O5一般 0.7%～0.9%。其上为下寒武统上段板岩、碳质板岩及硅质岩组成，不含矿。在矿床中见到的矿物有铬钒石榴子石、硫钒铜矿、砷黝铜矿、闪锌矿及含镍黄铁矿等。矿床中除钒外，还伴生有铀、钼、铜、银、铂、钯、钇等。矿床呈带状展布，规模大，含矿层位向西延伸至郧阳、竹山等地。
（2）赣东北樟村郑坊钒矿床。含矿岩系也是下寒武统，矿层产于荷塘组下部，容矿岩石则是较为特殊的黑色长石岩和碳质粘土长石岩，它们在含矿层中形成两种岩石组合，一种是纹层状长石岩、硅质岩组合，岩石均为黑色，构成条带互层，黄铁矿和富重晶石条带也常出现其中，钒主要产在纹层状岩石中。另一种是纹层状长石岩-碳质纹层状粘土长石岩、硅质岩组合，三种岩石也构成条带状互层，粘土矿物主要是钾伊利石。黑色长石岩中SiO2含量 46%～80%、A12O3约4%～14%、V含量为n‰、K2O含量 27.5%、BaO含量 0.9%～6%。黑色粘土长石岩主要化学成分与长石岩相似，常具有更富的有机质含量和较高的Mg和Ca含量，黑色硅质岩则含SiO290.96%～97.51%、K2O、V2O5和BaO 均低。岩石中矿物粒度细微，含钒矿物以包裹体形式出现在岩石中。以上特点表明钒矿是同生沉积的，富Ba、K的特征可能表明是热水沉积成因。矿床产出的位置是在江南古岛弧靠近扬子陆块一侧的边缘海盆地中。
（3）黑色页岩中的铀矿。也是华南分布较广的一种铀矿床，含矿层位有震旦系上统陡山沱组、留茶坡组（或灯影组、老堡组）和寒武系下统小烟溪组。含矿岩石包括含碳泥质岩、硅质岩和其间过渡性岩石，以及与之共生的泥质岩、白云岩、磷质岩等。
902矿床是华南黑色页岩中铀矿床的一个典型实例。矿区内出露核部为元古界，翼部为震旦系和寒武系组成的褶皱地层，在其产状变陡地段发育层间断裂破碎带。铀矿化受地层层位和断层构造的共同控制，产于震旦系上统陡山沱组、留茶坡组和小烟溪组中部的各个层位，其中以小烟溪组中部层中矿化最好，陡山沱组也有两个层中矿化较连续。沿一条层间断裂构造的矿化地段长达千米，延深100～200m，宽数十厘米到60m。每个矿化段内都有若干个层状、透镜状矿体，多数矿体为盲矿体（图6-23）。含矿岩石是富碳泥岩、碳硅质板岩，矿化呈浸染状、角砾状、条带状及似脉状，铀主要以吸附形式存在，也有少量颗粒极为细小的铀矿物，包括沥青铀矿和铀黑，还有钙铀云母、磷钙铀矿、磷铀矿等其他含铀矿物。伴生矿物有黄铁矿、闪锌矿和白铁矿，矿石中与 U伴生的元素有V、Mo、Ni、Cd等，其中Cd可综合利用。关于这类矿床的成因，一般认为是在沉积成岩早期形成初步富集的矿源层，经埋藏一定时间后因构造作用上升并形成破碎带，随后，地下水引起氧化还原作用，形成氧化带下的部分残留矿体与淋积成因的富铀矿体。
502矿床是川西北地区产于志留系硅质岩、硅质灰岩中的铀矿床，同类矿床不多见，但工业意义较大。该区志留系是一套浅变质陆源碎屑岩系，底部有火山沉积岩。下志留统厚层含碳硅质岩、板岩破碎带和上志留统板岩、千枚岩夹硅质灰岩层中都有铀矿含矿带。含矿带由硅质岩、灰岩、碳质板岩组成，发育有硅质岩和灰岩的各种过渡类型的岩石组成大小不等的似层状、透镜状岩体（图6-24）。过渡类型岩石由含量变化的微粒石英、方解石和碳质粘土矿物组成，还含有少量的白云石、石髓、绢云母、黄铁矿、磷灰石、重晶石和电气石，根据产状和组成特点认为是SiO2选择交代灰岩的产物。SiO2来源很可能与海底热水活动有关。矿体产状总体具层控特点，沿层间构造成群分布，形态和连续性都有较大变化。矿石中有沥青铀矿、黄铁矿、闪锌矿、辉铁镍矿、针镍矿和黄铜矿等，很大部分铀还呈吸附态，矿石品位较高。关于矿床成因，有沉积再造、淋滤和热水沉积成矿、表生改造等不同观点。

图6-23 902矿床216矿段剖面示意图

（据北京铀矿地质研究院，1976）
1—Zann冰渍层；2—Zbd1，Zbd3白云岩；3—Zbd2硅质板岩；4—Zbd4碳质板岩；5—Zbl1硅质岩；6—破碎带；7—矿体；8—断层代号
2.金（铂）矿床
黑色岩系中的金矿已成为我国一个重要的金矿类型。甘肃拉尔玛金矿床是近期查明和研究的大型金矿之一，与前面的502铀矿床同产于甘川两省交界的南秦岭西段古生代褶皱带中。金矿含矿地层为震旦-寒武系的太阳顶群，主要岩石类型为灰黑色厚层状硅质岩夹黑色中薄层碳质板岩，硅岩与板岩具韵律特征，硅岩中SiO2含量均在95%以上，微量元素 As、Sb、Ag、Au普遍偏高，多数人认为是同生或成岩早期热水改造形成的。金矿化受东西向走向断裂控制，矿体呈似层状、透镜状和脉状，成群分布，含矿岩石可以是硅质岩、板岩，常可见硅化、重晶石化和黄铁矿化，矿石具角砾状、脉状和晶洞、晶簇构造，主要矿物有自然金、辉锑矿、黄铁矿、辰砂、黝铜矿、砷黝铜矿、闪锌矿、灰硒汞矿、石英、重晶石和地开石。其中石英、重晶石、地开石和辉锑矿是主要载金矿物，其次是黄铁矿和其他硫化物。金主要以显微金、次显微金形式存在，呈极不均匀的粒群被包裹在上述矿物中，也可在粒间分布。金矿矿石组成和组构特征表明矿化是多阶段形成的。

图6-24 川西北502矿床勘探线剖面图

（据中国科学院贵阳地球化学研究所，1972）
1—板岩；2—钙质硅岩；3—硅质灰岩；4—矿体；5—断层
松潘东北寨是在南秦岭褶皱带和松潘甘孜褶皱带交接地带的另一个近年来发现和探明的大型金矿床。直接控制矿床的是岷江南北向构造带内的复式褶皱和断裂构造。金矿产于石炭-二叠纪碳质板岩、千枚岩组成的黑色岩系的破碎带中。矿体为顺层分布的似层状、透镜状，矿石具有网脉角砾和浸染状构造，矿石中可分出以下矿物组合：①黄铁矿-毒砂-石英；②雄黄-石英；③雄黄-方解石（含金）；④雄黄-少量辉锑矿、自然砷；⑤方解石。金以微细浸染状可见金形式出现，其含量与有机质呈正相关关系，金品位可达5g/t以上。从上面可以看出这类金矿床都具有宏观产状受黑色岩系层位控制，而金矿化又具有较明显后生热液成矿特点。
我国南方下寒武统黑色页岩中含金和铂族元素早已引起矿床学家的重视，陈南生最先发表了云、贵、湘、浙几省 6个矿区多元素金属硫化物层化学成分的数据（表6-1）。近期一项对湘、黔地区下寒武统黑色岩系中铂族元素金银地球化学研究的结果（李胜荣，1994）表明，两地黑色岩系中不同岩石类型都含贵金属元素，其中以富金属硫化物黑色页岩层含量最高，各元素浓集系数为Os 670.5、Rn 50、Rh 1.92、Ir 1.8、Pt 37、Pd 27.1.Au 105.5、Ag 620。因此，该黑色岩系为贵金属富集体是毋庸置疑的。同时，两地广大地区内黑色页岩中贵金属元素含量变化梯度表现出较高的稳定性，利用前景较好。根据铂族元素中Pd-Pt 的相对富集推测，金属来源极可能与海底热水活动有关。

表6-1 我国南方下寒武统镍钼多元素金属硫化物层平均化学成分（wB）

注：除 Pt、Pd、Os、Ru、Au为g/t，其余均为10-2单位 （据陈南生等，1982）
3.钴锰矿床和镍钼矿床
黑色页岩中的钴锰矿床和镍钼矿床是我国发现和研究较早的黑色页岩型多元素金属矿床。钴锰矿床发现于四川西部的汉源和会东。汉源矿区位于康滇地轴东缘，含矿岩系为志留系浅海相碳酸盐岩和碎屑岩系下部；含矿层下部以含锰石灰岩和碳酸锰矿为主，上部以砂岩、碳质页岩为主；黑色碳质页岩普遍含星散状或团块状黄铁矿，锰矿层中的黑色页岩夹层含钴最富，钴或形成钴镍硫化物（主要是硫镍钴矿），或者以类质同象赋存在黄铁矿和白铁矿中；矿石中常见认为是矿化细菌的硫化物球粒和管状、叶片状植物组织残骸。会东矿床产出层位相同，含矿岩系中有两层碳酸锰矿体，钴矿体产于两层锰矿体之间的黑色碳质页岩中（图6-25），有硫镍钴矿和含钴黄铁矿、白铁矿，少量微粒闪锌矿、黄铜矿、黝铜矿、方铅矿、针镍矿等。矿石具浸染状、条带状构造，也见菌藻类残余结构，矿体呈层状，无明显围岩蚀变。
镍钼矿床主要分布于湖南大庸、慈利，浙江诸暨、富阳、桐芦等地，含矿层位是下寒武统黑色岩系。这个层位内最先勘查的是石煤和钒，后来才发现镍钼。黑色岩系层位稳定，分布在广阔的地区，含矿层位主体为黑色白云质页岩和粉砂质页岩，底部有薄层磷块岩，其上鳞片状黑色页岩富含硅质、磷质结核，金属矿物呈薄条带产于黑色页岩中。矿体整体也呈薄层状、透镜状，厚度一般不大。矿石主要为碳质泥质、白云质、石英粉砂、黄铁矿和镍钼硫化物组成，矿石具极细的条带状、碎屑状、胶状和浸染状构造。矿物颗粒细小，二硫镍矿（NiS2）、硫铁镍矿和胶状黄铁矿三者紧密连生，大量钼成胶状二硫化钼与隐晶质石墨和水云母粘土等均匀混合在一起。出现的少量矿物还有闪锌矿、黄铜矿、黝铜矿、方铅矿、含银自然金，矿石含Ni0.4%～0.5%、Mo 9.5%～2.0%、V2O50.5%～2.0%，多种伴生元素具综合利用价值。

图6-25 四川会东钴锰矿床矿层与钻孔柱状图

1—笔石页岩；2—碳质页岩；3—细粒长石石英砂岩；4—结晶灰岩；5—含锰灰岩；6—上菱锰矿层；7—鲕状灰岩；8—含钴黑色碳质页岩；9—下菱锰矿层；10—泥灰岩
4.铜矿床
黑色页岩型铜矿床以德国东部曼斯菲尔德地区为代表，这是一个研究最早也最深入的黑色页岩型铜矿和铅锌矿的实例。“含铜页岩”（KuPferschefer）产于欧洲上二叠统地层最下部的一个层位，分布在德国、波兰、荷兰和英国非常广阔的地区，但经过调查有开采价值的铜、铅、锌矿床仅限于德国曼斯菲尔德和波兰下苏台德等少数地区。曼斯菲尔德以及附近地区二叠纪地层沉积在准平原化了的古生界基底和部分地区的下二叠统磨拉石相砂砾岩、页岩之上。含铜页岩沉积后连续形成的是著名的蔡希斯坦蒸发岩类沉积矿床。含铜页岩是一种具细纹层的粘土质泥灰岩和含碳质泥灰岩，由于生物残余保存在沥青质组分里，岩石含碳量接近6%。因与沉积时气候和地形条件有关，沉积厚度一般仅为30～60cm，岩石成分有一定变化，一般向上含碳质由富到中等，碳酸盐成分增加。含铜页岩中金属矿物组合在垂直和水平方向上都有变化，最主要的矿石矿物是辉铜矿、斑铜矿、黄铜矿、方铅矿、闪锌矿和黄铁矿。铜的富集部位限于含铜页岩层下部，而铅锌的高品位通常在剖面较高部位。在空间分布上金属聚集局限在150m宽的海岸带范围内，尤其近海岸线的砂坝及海盆内的岛屿地带。在广大的中央海盆里，泥灰岩中只有黄铁矿而无其他硫化物。在含铜页岩中，丰度高于正常页岩的金属还有V、Mo、Ni、U和Co。德国矿床学家一般认为含铜页岩是在无氧底层水里金属物质同生沉积的产物，但金属不可能来自正常海水，而是来自边缘盆地中存在的异常海水，这种海水提供了由下伏地层硫化物和铁矿物被氧化转移出来的金属。
三、成矿作用和矿床成因
黑色页岩中有多种金属富集成矿，表明这类岩石的形成环境具有特殊的成矿有利条件。黑色页岩呈黑色主要与含有机质和含微细粒硫化铁有关，硫化铁的生成也与有机质的存在有密切联系。地质学家很早就认为黑色页岩是类似现代黑泥的沉积物经过成岩作用和压实固化而形成的。现代能形成黑泥的环境有海湾、海峡、因进口被阻塞而与大海隔离的盆地和海底的深洼地，另外还有一些排水不畅、生物繁茂的沼泽和湖泊。黑海是一个很好的例子，黑海海水约230m以上的氧化表层水的盐度、密度都低于下部海水，较重的下部海水因不易与上层水发生混合而变得较为缺氧，有较多有机物质残余保存下来，海水硫酸盐被还原生成H2S。如180m深度海水每100L中含H2S为33mL。而到930m深度的海水每100L中含H2S达到570mL。由此，黑海海底沉积物在近岸的30～40m以内为砂质碎屑，40～185m为灰蓝色粘性泥，185m再向下更深处，因碳酸盐和硫化铁分离出来形成含微细粒方解石和FeS2的深灰色泥及富FeS2的黑色粘性泥。
细菌是黑泥形成的主要营力，细菌出现于湖水、海水和沉积物中，沉积物中的细菌随着深度的增加而减少，但在相当的深度范围内也仍可能生存。在水中，水-沉积物界面或沉积物内有氧分布的界限以下，喜氧细菌被厌氧细菌所代替，如重要的硫酸盐还原细菌群（Desu1fovibrio deso1furicans）能把硫酸盐分解，硫还原后形成硫化氢或与某些金属（如铁）结合形成硫化物，被分解的硫酸盐包括海水中的和由硫磺细菌分解生物原生质氨基酸产生的。由于在无氧带中硫酸盐还原细菌对有机原生质的分解过程不如在有氧带中发生得那么快且完全，结果会有相当数量的有机化合物在无氧带中保存下来，因此形成黑泥。在这类硫酸盐还原细菌把 还原为H2S的过程中还会发生硫同位素分馏，致使所产生的H2S及硫化物中的硫同位素组成更富含32S。以上讨论说明了黑色页岩形成于缺氧条件下，并与生物活动参与下化学元素的循环有关。
范德廉（1997）对中国黑色页岩矿床中共生岩石和岩石组构的观察研究认为黑色页岩主要是在缺氧的、水体滞流的环境中、并有生物的积极参与下经缓慢沉积形成的。黑色页岩中既有较深水条件下形成的致密块状、纹层状并有生物残余结构的黑色页岩硅质岩组合，也有相对较浅水条件下形成的薄板状、纹层状、叶片状黑色粉砂岩、页岩、白云岩组合和黑色页岩、泥质白云岩等组合，说明水体的深浅不是重要影响因素。在地质历史时期中形成黑色页岩的时代很多，特别是发生过几次集中在相对短暂（1Ma左右）的时间内的大洋缺氧事件，在较大范围内形成黑色岩系这类沉积。如早古生代的大洋缺氧环境曾广泛出现，泥盆纪以后发展为氧化环境为主，到新生代的大洋缺氧事件还发生于中白垩世、中始新世、早中新世等。另外，也有不属于大洋缺氧事件而仅仅是缺氧环境下形成的黑色页岩，一般分布较局限。较小范围的缺氧环境主要受区域地质因素控制。
对黑色岩系中多元素金属矿床也存在同生成因和后生成因的不同认识。最早提出德国东部曼斯菲尔德含铜页岩矿床属同生沉积成因，且无多大争议。首先是因为其含矿层分布面积达几十或几百平方公里，显著不同于热液成因的相对小面积的矿化，只有沉积作用才可能形成。其次是矿体产状和形态明显具层控性质，特别是从沉积盆地基底高地到盆地最深处出现矿物共生序列的变化：赤铁矿-辉铜矿或斑铜矿-斑铜矿或黄铜矿-方铅矿或黄铁矿-闪锌矿-黄铁矿，这是一个与金属硫化物溶度积及环境中Eh递减完全一致的序列。此后，同生成因理论也应用到中非铜矿带矿床的成因解释，并认识到金属沉淀时原来是混杂的微细粒泥状硫化物沉淀物，而斑铜矿、黄铜矿、黄铁矿等矿物都是在成岩过程和变质过程中发生反应和重结晶的结果。除了同生成岩观点外，还有晚期成岩或成岩再活化等认识，主要是认为来自近基底磨拉石相红层的溶液，携带所溶解的金属迁移到刚沉积下来的静海相腐泥质沉积物层中，发生再沉积而形成含铜页岩内的有色金属富集体。如前所述，在黑色岩系中铀和金矿床矿化的后生特征常常更为显著。
黑色页岩型矿床中金属的来源是另一个最重要的问题。为了研究这一问题，德国地质学家对北大西洋深海钻探计划中白垩纪黑色页岩岩心样品进行分析，因为这是在一个相当大的海域经很长时间沉积的，所以能很好地反映从正常海水形成的富有机质沉积物中微量金属富集的一般情况。根据所分析元素含量的平均值、最高值以及与正常页岩中含量的比值，计算得出的一个顺序如下：Ag＞Mo＞Zn＞V＞Cu＞Ni＞Cr≈Co＞Pb，这个顺序与海水中金属丰度增加的顺序（除 Ag外）完全一致。他们又把这些元素与有机碳的相关系数排出一个递减的顺序：Ag＞Zn=V＞S＞Ni＞Mo＞Cu＞Cr＞Co＞Pb，与 S的相关系数也排了一个递减的顺序：Ag＞Zn=Ni≈V＞Cu＞Cr＞Mo＞Co＞Pd。比较以上3个序列，说明有机碳对黑色页岩中微量元素的富集可能起更大作用。根据以上资料，他们作出的结论是黑色页岩中V、Ni、Mo等可能是从海水及其中生物所含的元素富集的结果，而黑色页岩中的Cu、Pb-Zn矿床的形成则必须有正常海水以外的来源。例如，认为德国含铜页岩中金属的来源是含铜页岩下伏的下二叠统沉积物，经氧化释放并聚集起来形成的异常海水或同生水的迁移；另外，根据矿床相对集中分布在受到海西构造变动的地带，也不排除金属有海底热液的喷出作为一种补充；海底热水喷出除了是前述序列局部元素的可能来源外，也还可能是金、银、铂族元素的来源。湘、黔两地下寒武统黑色页岩含矿层内的硅质岩具典型热水沉积成因特征，从含矿层下部黑色硅质岩开始，到中部正常沉积和热水沉积组成金属富集层，再到上部黑色页岩中的上部硅质层，表明热水可能是本区贵金属富集的物质来源；研究人员还指出，区域内扬子陆架海和江南边缘海过渡地带分布着长期活动的深断裂与元古宙岩浆活动，可能为黑色页岩多元素富集准备了物质基础，并可能延续到为海底循环水向热卤水转化提供热源。
四、勘查评价要点
黑色岩系中的矿床成矿条件比较特殊，矿床与容矿岩石及其生成环境关系极为密切。黑色岩系中的矿床在世界各地都有分布，不同地区都有本地区发育的一定的时代和层位。一些分布在十分广阔的区域内的黑色岩系，常常与地质历史中的大洋缺氧事件有关。因此，这类矿床有明显的层控-时控性质，中国黑色岩系的时代最主要的是古生代，包括寒武、志留、泥盆、二叠各纪和西部地区的三叠纪。此外，还应指出早元古代和中新元古代的黑色岩系常常受到不同程度的区域变质作用，变为暗色片岩，其中也有金银等重要矿床。
黑色岩系是同一环境中形成的几种岩石的组合，主要岩石类型包括黑色页岩、硅质岩、碳酸盐岩，有时有粉砂岩以及上述岩石类型间的过渡类型岩石。这些岩石组合及其层序记录着岩石形成时是深水、浅水、海进、海退、陆源物质、内源物质和热水来源物质的消长关系。金属富集层在剖面中的位置及与上述因素的关系等都是对这类矿床勘查工作中需要研究的重要内容。有机物质的富集、铁硫化物的含量、热水成因硅质岩等的特点是金属富集层出现的标志。
与黑色岩系有关的矿产种类很多，这里着重介绍了黑色页岩型多元素金属矿床。数十年以来，人们先后发现和研究了 Cu-Pb-Zn、V-U、Ni-Mo、Co-Mn、Au-Ag、Au-Ag-Pt族等金属组合构成的矿床。一些重要的锰矿和磷块岩矿床也产于黑色岩系中，还有层状重晶石、毒重石矿床，较为特殊的富钾粘土矿床。世界上一些重要的石油、天然气也与黑色岩系有关。黑色岩系中富集的元素有海水中与生物作用有关的，有陆源物质带入的，也有海底热水喷出来源的，要根据区域地质背景、含矿岩系剖面及产状特征以及元素组合等作出判断。
黑色岩系中的矿床常常是区域性分布，一个较大的地区内常有多个矿床，有些黑色页岩型矿床因含矿层较薄，金属矿物富集程度低，规模受到一定限制，但近年来已发现了一些大型-超大型的黑色岩系中的矿床。黑色岩系型多元素金属矿床常因金属含量低、颗粒细、呈浸染状薄层纹分布而容易被忽视，而浸染状、细层纹状黄铁矿、白铁矿的出现、Cu、V、U、Ni、Mo、Mn等的少量次生矿物可以是发现矿床的标志。

黑色页岩中的金属矿床
答：黑色页岩是海相地层中常见的一种岩石地层单元,也是一种重要的容矿沉积岩类型。最早报道的黑色页岩中的矿床是铜矿,如德国曼斯菲尔德地区的二叠纪 “含铜页岩”。我国在 20 世纪 50 年代中知道了黑色页岩经常是含锰、含磷岩系的组成部分; 60 年代以来才发现不少地区黑色页岩中含钒和铀,可富集为工业矿床,其中还常伴...

中生代铀成矿事件
答：例如四川冕宁7313铀矿点、7103铀矿点、7101铀矿点和7303铀矿点（246.8Ma，226Ma，202Ma，69Ma），四川西昌213铀矿点（156Ma），川西北若尔盖510铀矿床、512铀矿床（130Ma，116.6Ma）等，都是印支期和燕山期重要的铀成矿事件。其中川西北若尔盖510铀矿床、512铀矿床等是在志留纪黑色岩系铀的预富集基础...

学习任务古生代矿产
答：早寒武世早期的黑色岩系由黑色页岩、碳质页岩、碳硅质页岩、结核状磷块岩、粉砂质页岩等组成，厚度变化大，厚20～950m，但层位稳定，分布在浙江、安徽、江西、湖南、广西、湖北、贵州、四川、陕南等地。在这套黑色岩系内蕴藏着丰富的石煤、钒、磷、钡及多金属富集层等矿产资源。五峰期和龙马溪期...

矿床总体特征概述
答：Sozinov(1990)根据岩石类型和物质成分将黑色岩系(黑色页岩)分为4种类型:陆源黑色页岩建造、硅质黑色页岩建造、碳酸盐黑色页岩建造和火山成因硅质(碳酸盐)黑色页岩建造。 黑色岩系作为稀有金属的富集层和某些成矿元素的异常富集层或矿源层具有明显的经济意义(叶杰等,2000)。最近20多年,黑色岩系成矿作用的重要性...

中国汪家冲矿床
答：含矿岩系内部,岩性韵律发育,几乎全为由粗变细的3层结构的半韵律,各个岩性韵律层之间普遍发育着水下冲刷面构造,也为成岩后矿液运移提供了通道,冲刷面下部的深灰色细砂岩和粉砂质泥岩,是铀成矿富集的有利构造-岩性环境。 含矿岩层成岩之后,矿区发生了陡倾断裂构造活动,使汪家冲矿床处于两组平行断裂所夹持的断裂...

德国施列玛(Schlema)矿床
答：上奥陶统至志留系厚约150～230m,为一套富铀、富含还原剂(碳质页岩、黄铁矿)的化学-机械物理性质反差极大的岩石互层而构成的黑色岩系,既可作为矿床成矿的铀源层,铀的原始富集达13g/t,又可为叠加富集成矿提供良好的富集条件,为后生叠加成矿富集提供了最有利的围岩条件。 图5-15 波西米亚地洼区铀矿床分布图 ...

成矿时间演化规律
答：主要赋存层位有：①蓟县纪平头山组顶部变质碎屑岩系中的沉积变质型铁矿化，并以砂井－红山大型铁矿床为代表；②震旦纪洗肠井群浅变质细屑岩系中的沉积－改造型锰矿化，以大红山小型锰矿床为代表；③寒武纪黑色岩系中的沉积型磷、钒、铀矿化，以沙井西南磷矿点为代表。晚古生代时段则以内生成矿作用...

探索新疆矿产形成与板块构造的秘密
答：在寒武纪的被动陆缘底部的硅质含磷建造中产磷、铀、钒等矿产,其底部的黑色岩系是寻找稀有、有色、贵金属的重要层位,中、下寒武统泥质碳酸盐岩,为塔里木盆地的高—过成熟优质生油层。在西昆仑一带的早古生代稳定型沉积中产铜铁、铅锌、金等矿产(契列克其,黑黑孜站干、木吉)。 在奥陶纪的拉张环境下形成了与基...

中国铲子坪矿床
答：含铀黑色岩系含有机碳0.1%～5.0%,含黄铁矿0.5%～3.0%,有时甚至达10.0%,部分层还含有磷结核或黄铁矿结核。整个含铀岩系,各层的铀丰度值为4～42g/t,显示出铀在一定的沉积-成岩阶段有原始的富集,表现出该矿床具有层控成矿的特征。除铀外还含有钒、铜、钼、银及磷等元素的原始伴生富集。 图5-1 铲子坪...

模型四十一 黑色岩系型金矿床找矿模型
答：这种含矿韧剪带规模巨大、长度达数十米至上千米,而成矿作用在韧剪带中具有分段集中、局部富集的特点。 3) 容矿岩层: 黑色岩系型金矿具层控特征,赋矿地层时代多集中在古生代,其次为元古宙,其中中亚地区尤以寒武 - 石炭纪 ( 系) 为主。容矿岩系为含碳黑色碎屑岩系,具有浊流沉积特征,并经历了浅变质作用,赋...