黑色巖系及相關(guān)礦產(chǎn)——以揚子地臺為例

王聚杰，曾普勝，3，麻 菁，代艷娟，茍瑞濤

(1.國家地質(zhì)實驗測試中心，北京 100037;2.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)，北京 100083;3.昆明理工大學(xué)，云南昆明 650000)

1 引言

1.1 研究意義

黑色巖系(black rock series)是指含有機碳及硫化物較多的深灰－黑色的硅質(zhì)巖、碳酸鹽巖、泥質(zhì)巖及其變質(zhì)巖石的組合體系，屬于還原性巖石。1989年國際地質(zhì)對比計劃254項目《含金屬黑色頁巖及有關(guān)礦床》將“黑色頁巖(black shales)”定義為“一種黑色(黑色或灰色)的細(xì)粒(粉砂或者為更細(xì))沉積巖，通常為泥質(zhì)、含相當(dāng)高的有機質(zhì)(C＞0.5%)”。Huyck(1991)將“含金屬黑色頁巖”定義為“富含任何金屬的黑色頁巖。其富含金屬量相當(dāng)于美國地質(zhì)調(diào)查局標(biāo)準(zhǔn)參考材料SDO－1頁巖的2倍或1倍”。黑色巖系不單是指黑色頁巖，而是對一類巖石的總稱(張慶華等，2012)。涂光熾(1999)通過對世界上特別是中亞地區(qū)某些金屬礦床研究后，“黑色巖系型礦床”定義為:“所謂黑色巖系礦床是指賦存于高有機碳含量(一般＞0.5%)的淺變質(zhì)巖系中的層控礦床，碎屑巖系常含碳酸鹽巖、硅質(zhì)巖和火山巖，但以砂、板巖為主”，這一定義較全面地反映了黑色巖系礦床的基本特征(劉春涌和王永江，2007)。當(dāng)黑色巖系有機質(zhì)含量較高時(一般＞15%)，黑色巖系又被稱為“石煤”。黑色巖系不僅是重要的低熱值燃料資源，而且是多種元素的重要聚集巖系。近幾年關(guān)于黑色巖系中的非金屬金屬礦產(chǎn)的研究越來越多，黑色巖系的經(jīng)濟價值也日益引起人們的重視。世界上很多地方都發(fā)現(xiàn)與黑色巖系有關(guān)的礦產(chǎn)資源，諸如銅、鎳、鉬、釩、鈦、磷、鉑族元素、錳、重晶石、金、鈾、鉛－鋅－銀、油氣等。我國富含金屬非金屬礦產(chǎn)的黑色巖系建造廣泛分布于揚子地臺震旦系陡山沱組上部至下寒武統(tǒng)底部。地理分布包括滇東、黔(大部分地區(qū))、陜南、川西、湘(中西部)、鄂西(峽東)、皖浙贛等地區(qū)，河南山西南部也有少量分布(范德廉等，1987;Fan，1983;Coveney and Chen，1991;Coveney，2003)。揚子板塊黑色巖系“多金屬元素富集層”富含有色金屬、貴金屬、稀有元素、分散元素和放射性元素(李勝榮等，2002)。本文以揚子地臺為例，研究震旦系－寒武系黑色巖系及其相關(guān)的礦產(chǎn)，為相似層位提供借鑒。

1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

黑色巖系含多種金屬非金屬元素，而且因為其產(chǎn)于缺氧環(huán)境中，可作為古環(huán)境研究的良好載體，所以對黑色巖系尤其是對與黑色巖系有關(guān)礦產(chǎn)的研究成為國際地球科學(xué)的重要前沿課題。20世紀(jì)80年代以來，地質(zhì)學(xué)界對黑色巖系和有關(guān)礦床、相關(guān)的缺氧環(huán)境(事件)和稀罕事件進行了大量研究。國際地科聯(lián)專門設(shè)立了“黑色頁巖成礦(metallogeny of black shales)”研究項目(IGCP254)，于1987年1月啟動，其主要目標(biāo)是建立黑色頁巖建造的一般特征，描述與黑色頁巖有關(guān)的重要礦床的成礦作用(葉杰等，2000;楊劍，2009);并且召開了許多有關(guān)黑色巖系的國際討論會，如1980年的“Black shale”，1985年的“Black shale biological geochemistry”等。黑色巖系型礦床常能形成較大的規(guī)模，國外著名的黑色巖系型礦床有中歐Mansfield含銅頁巖(二疊紀(jì))、澳大利亞富鉛鋅礦的Mount－Isa頁巖、摩洛哥的黑色巖系型銀礦、美國肯塔基州的黑色巖系型鈾礦(前寒武紀(jì))、美國堪薩斯州的含金和銀的黑色頁巖(白堊紀(jì))(葉杰等，2000)、美國密執(zhí)安州北部 White Pine銅礦床(中元古代)、加拿大阿薩巴斯卡盆地鈾礦床(下、中元古代)、哈薩克斯坦穆龍?zhí)捉鸬V床(晚元古代)等(高坪仙，1994)。我國對黑色巖系及相關(guān)礦床的研究早在20世紀(jì)60年代就已開始，中國科學(xué)院重點項目、國家自然科學(xué)基金課題、國家攀登計劃及攀登預(yù)選等項目就開展了黑色巖系及與之有關(guān)超大型礦床成礦作用、微生物成礦和環(huán)境變化與事件及其與成礦關(guān)系的研究。以涂光熾院士為首的研究團體，首先較系統(tǒng)地調(diào)查、研究了我國華南黑色巖系及其礦產(chǎn)，在黑色巖系基礎(chǔ)理論研究和找礦應(yīng)用實踐中作出了重大貢獻。范德廉為首的專家組系統(tǒng)而全面地總結(jié)、剖析、對比和討論我國不同時代背景下出現(xiàn)的黑色巖系及以黑色巖系為主巖的不同類型的礦床(范德廉等，1973;涂光熾，1999;葉杰等，2000;唐紅松等，2005;陳艷霞等，2013)，如貴州大塘坡黑色巖系為震旦紀(jì)時期的地層，形成黑色巖系型錳礦，而同為震旦紀(jì)時期的湖北宜昌黑色巖系形成磷礦床;同一地區(qū)不同時期的黑色巖系所形成的礦產(chǎn)類型也是不同的，如貴州地區(qū)下寒武統(tǒng)黑色巖系形成Ni－Mo－PGE礦床，而震旦系黑色巖系形成錳礦床(大塘坡錳礦)，論證了黑色巖系型礦床的物質(zhì)來源與缺氧事件密切相關(guān)等理論問題。盧衍豪等(1978)專門就生物地層與成礦關(guān)系進行了深入的探討，這大大深化了我國黑色巖系及相關(guān)礦產(chǎn)的研究深度和廣度(Fan，1983;范德廉，1987;高坪仙，1994;黃艷麗等，2008;李勝榮等，2000;毛景文等，2001)。我國揚子板塊黑色巖系分布廣泛，目前已發(fā)現(xiàn)的與黑色巖系有關(guān)的大型或超大型礦床有磷礦、重晶石礦、石煤礦、釩礦等;此外還有銅、鎳、鉬、鈾、稀土等中小型的礦床、礦點或礦化層(姜月華等，1994)。

2 我國黑色巖系及有關(guān)礦床的分布與特征

2.1 我國黑色巖系及有關(guān)礦床的主要分布

黑色巖系在中國、印度、巴基斯坦、伊朗、法國、英格蘭、阿曼、原蘇聯(lián)、蒙古、澳大利亞、加拿大和美國等世界廣大范圍內(nèi)均有分布，尤其是下寒武統(tǒng)的黑色巖系具有全球等時性規(guī)模(楊劍，2009)。我國黑色巖系主要分布在南方揚子板塊和西北塔里木地塊，本文主要介紹揚子板塊黑色巖系及有關(guān)礦產(chǎn)的分布，黑色巖系在揚子板塊的分布涉及云南、貴州、四川、陜西、湖北、湖南、廣東、廣西、浙江、江西等省(圖1)，而與之有關(guān)的大、中、小型礦床及礦點產(chǎn)出于元古代－第三紀(jì)的許多層位內(nèi)。其中賦存大－中型礦床的黑色巖系位于揚子板塊震旦系陡山沱組上部至下寒武統(tǒng)底部、志留系龍馬溪組等。揚子板塊下寒武統(tǒng)黑色巖系沉積層位穩(wěn)定，各地區(qū)對該層位的命名不一:貴州稱牛蹄塘組;桂北稱清溪組;滇東(北)稱筇竹寺組;四川稱筇竹寺組或九老洞組;浙西稱荷塘組;贛南稱牛角河組;鄂東南稱水井沱組;湖南稱牛蹄塘組、杷榔組(前寒武系專題組，1983;唐紅松等，2005)。震旦系黑色巖系地層在云南稱漁戶村組(下段);湖南、湖北、貴州等地稱陡山沱組。對于志留系的黑色巖系層位命名則相對一致，南方各地均稱為龍馬溪組。揚子板塊黑色巖系沉積厚度較厚，從幾十米到幾百米不等。

黑色巖系富含有機質(zhì)，粘土礦物成分高，是多種元素(如 PGE、REE、Au、Ag、Ni、Mo、Cu、Pb、Zn、Se、V、U等)的富集層且富集系數(shù)高，但各種元素的富集狀態(tài)有所不同。黑色巖系多元素的異常富集是古地理環(huán)境、構(gòu)造運動、熱液活動和缺氧事件綜合作用的結(jié)果(楊劍等，2012)。揚子板塊與黑色巖系有關(guān)的礦床種類很多，成因各異，與黑色巖系的關(guān)系也各不相同:有的礦床直接產(chǎn)于黑色巖系中，兩者的形成和保存條件基本相同，如硫化物礦床等;有的則形成于黑色巖系向淺色巖系過渡帶，也就是由缺氧向氧化環(huán)境的過渡帶(即微氧化環(huán)境)，如碳酸錳、重晶石礦床等;還有一類礦床如鉛、鋅、汞、重晶石等產(chǎn)于碳酸鹽巖中，但其成礦物質(zhì)卻主要來自鄰近的黑色巖系，從而使兩者具有密切的成因關(guān)系。這類礦床往往經(jīng)歷了不同程度的改造或變質(zhì)(葉杰等，2000)。釩鈦礦床主要分布于湖南、湖北、浙江、江西、廣東、貴州、安徽、河南等省。鎳鉬礦主要分布在揚子板塊的西邊緣的湘西北、貴州等地區(qū)，如湖南慈利縣的大滸，貴州遵義黃家灣、新土溝等地;與黑色巖系有關(guān)的銅礦主要集中分布在滇中地區(qū)，集中分布在東川和易門地區(qū)(葉杰等，2000);鉑族元素礦床主要與鉬鎳礦伴生產(chǎn)出，貴州遵義黃家灣礦床就是典型的Ni－Mo－PGE礦床;磷礦在黑色巖系礦床中占有很重要的位置，我國揚子板塊黑色巖系型磷礦床主要集中分布于云南、貴州、四川、陜南、峽東地區(qū)。其中云南的昆陽磷礦、?？诹椎V、貴州開陽磷礦、織金磷礦等都是大型－超大型磷礦床。重晶石礦也是黑色巖系成礦的主要礦產(chǎn)類型，揚子板塊的重晶石礦主要分布在廣西、貴州、湖南等地，主要有湖南新晃貢溪－天柱大河超大型重晶石礦、廣西三江板必大型重晶石礦等，另外在鄂、滇、皖及陜南川北等地也有重晶石產(chǎn)出。錳礦廣泛分布于湘、黔、川、鄂等地，典型礦床為湘潭錳礦、大塘坡錳礦。

圖1 揚子板塊黑色巖系分布圖(據(jù)毛景文等，2002修改)Fig.1 Distribution of black rock series in the Yangtze plate(modified from Mao et al.，2002)

2.2 與黑色巖系有關(guān)的礦床類型

我國與黑色巖系有關(guān)的礦床種類繁多，不同地質(zhì)時期中所形成的黑色巖系所富集的礦產(chǎn)類型是不同的，同一時期不同地區(qū)所形成的黑色巖系型礦產(chǎn)類型也有所不同，下面主要分析揚子板塊與黑色巖系有關(guān)的大型－超大型礦床(表1)。

2.2.1 磷礦

我國的富磷層位主要有兩個:一個是震旦系陡山沱組富磷層位，代表性礦床是湖北宜昌的大型磷礦床，黑色巖系型磷礦床分布主要在峽東地區(qū);另一個是下寒武統(tǒng)賦磷沉積層位。其中有重大經(jīng)濟價值的磷礦床主要集中于上揚子成磷帶的云南、貴州、四川與陜西，地理上構(gòu)成近SN向的帶狀分布。這些地區(qū)下寒武統(tǒng)有四個含磷層位，由老到新為漁戶村組中誼村段、筇竹寺組八道灣段、滄浪鋪階中段(辛集組)、滄浪鋪階上部(昌平組)，其中又以漁戶村組中誼村段磷礦價值最大，儲量占寒武系磷礦總量的90%左右(唐紅松等，2005)。具有代表性的礦床有云南昆陽磷礦、?？诹椎V、貴州織金磷礦、開陽磷礦、甕安磷礦等大型－超大型磷礦床。除了這些大型－超大型磷礦床，在其他地區(qū)如浙江、湖南、湖北、重慶等下寒武統(tǒng)黑色巖系發(fā)育的地區(qū)，黑色巖系底部也普遍存在含磷層位，常形成眾多的中小型磷礦。

表1 與黑色巖系有關(guān)的礦產(chǎn)類型及其分布Table 1 Mineral types and distributions associated with black rock series

下寒武統(tǒng)富磷層位的典型代表就是昆陽磷礦(圖2)。昆陽磷礦的形成與黑色巖系具有重要的關(guān)系。礦區(qū)內(nèi)的梅樹村剖面是我國研究震旦系－寒武系界面的主要地點之一。通過對云南晉寧梅樹村震旦系－寒武系界線層型剖面的現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)下寒武統(tǒng)筇竹寺組石巖頭段下部為黑色粉砂巖，碳質(zhì)含量高，表明其形成于還原環(huán)境下，厚54m;筇竹寺組的玉案山段，下部為黑色頁巖，厚72.4m;而昆陽磷礦的富磷層位主要為中誼村段，分為下礦層和上礦層，下礦層比較薄(4.7m)，但磷含量較高，上礦層厚，但磷含量較下礦層低。含磷層位均與黑色巖系相伴出現(xiàn)，且發(fā)現(xiàn)昆陽磷礦含礦層位位于黑色巖系最下部。

震旦系陡山沱組也是重要的富磷層位，典型代表為湖北宜昌磷礦。通過該地區(qū)的綜合柱狀圖可以發(fā)現(xiàn)陡山沱組巖性下部為灰黑色薄層灰?guī)r、中部為灰黑色頁巖夾泥質(zhì)灰?guī)r、上部為泥質(zhì)灰?guī)r含磷結(jié)核，越往上灰?guī)r成分增加，逐漸過渡為磷灰?guī)r。將云南晉寧梅樹村震旦－寒武系界線的層型剖面與峽東地區(qū)震旦系剖面(圖3)對比可以發(fā)現(xiàn)，兩條剖面富磷層位具有可對比性，即:

揚子地臺東部(如宜昌等地)陡山沱組的上部富磷層位要比揚子地臺西部(相當(dāng)于舊城段)的富磷層位厚得多，東部大型－超大型磷礦床均在該層位。而下寒武統(tǒng)富磷層位則是揚子西部的(如昆陽磷礦等)要比東部地區(qū)厚得多，品位也更高。而處于揚子地臺東、西部過渡地帶的貴州北部，則是震旦系陡山沱組和下寒武統(tǒng)漁戶村組(牛蹄塘組)均有較厚的磷礦層和黑色巖系，開陽磷礦等超大型磷礦就分布于該地段。這表明從陡山沱期到漁戶村期，形成磷礦的活動中心逐漸從揚子?xùn)|部向揚子西部遷移。

2.2.2 銅鎳鉬釩鈦五元素礦產(chǎn)

(1)銅礦

黑色巖系中常富集多種元素，而Cu是最常見的富集于黑色巖系中的一種微量元素。楊恩林等(2013)對黔東下寒武統(tǒng)黑色巖系微量元素進行了研究，選取了兩條黑色巖系典型剖面(松桃剖面、鎮(zhèn)遠剖面)進行取樣研究發(fā)現(xiàn)兩條剖面的黑色巖系均富集Cu。浙江西部寒武系底部黑色巖系也賦存豐富的銅元素，一般與巨厚的石煤和磷、釩礦床相伴而生，以黃銅礦、斑銅礦、砷黝銅礦等硫化物和硫砷化物等形式存在于多金屬層中(呂惠進等，2005)。在揚子板塊下寒武統(tǒng)的鎳鉬礦層中也發(fā)現(xiàn)有銅的獨立礦物——黃銅礦、黝銅礦等(高艷君，1981;陳益平等，2006)。葉杰等(2000)指出中元古－晚震旦滇中地區(qū)是銅礦床相對密集區(qū)，而與黑色巖系有關(guān)的礦床主要集中在東川和易門地區(qū)，如桃園、爛泥坪及獅子山等礦床。但多與其他類型的大中型礦床相依(葉杰等，2000)。

圖2 昆陽磷礦區(qū)域地質(zhì)圖(據(jù)楊凌崴等，2011修改)Fig.2 Regional geological map of Kunyang phosphate mine(modified from Yang et al.，2011)

(2)鎳鉬礦

黑色巖系中富集鎳－鉬元素，并在部分礦點富集成礦。范德廉等(1973)通過對某地下寒武統(tǒng)牛蹄塘組黑色巖系的研究，提出鎳－鉬在黑色巖系中的富集形式主要有三種:(1)緊貼在磷質(zhì)結(jié)核或磷質(zhì)小透鏡體之上，形成鎳－鉬金屬層。(2)在黑色巖系中呈似透鏡狀出現(xiàn)，主要具條帶狀、碎屑條紋狀及碎屑帶構(gòu)造，有時由于局部地區(qū)受動力影響而形成褶皺條帶狀。(3)呈細(xì)分散狀存在于含磷結(jié)核層中，具磷結(jié)核細(xì)碎屑狀及斷續(xù)細(xì)碎屑狀構(gòu)造。在鎳－鉬金屬層中常含有砷、鋅、鉑、鈀、硒、鉈。尤其是鋅和砷，雖然其含量一般較低，但其存在可作為確定鎳－鉬多元素富集層的標(biāo)志(范德廉等，1973)。黑色巖系中的鎳礦物種類主要有針鎳礦、輝砷鎳礦、方硫鎳礦三種形式。而鉬礦物還有自己獨特的礦物類型－碳硫鉬礦(韓善楚等，2012)。揚子板塊下寒武統(tǒng)黑色巖系中發(fā)育的鎳－鉬礦主要分布在湘西北－貴州遵義地區(qū)，位于揚子板塊的西側(cè)邊緣，鎳－鉬礦層厚度較大、質(zhì)量較好，主要分布在湖南慈利縣的大滸，張家界市(大庸市)的三岔、石坪、桿子坪、大坪，貴州遵義的新土溝、黃家灣、松林等地。其中湖南張家界三岔和貴州遵義黃家灣的鎳－鉬多金屬礦床是中國乃至全球黑色巖系型鎳－鉬礦床的典型實例(Horan et al.，1994;唐紅松等，2005;韓善楚等，2012)。三岔地區(qū)鎳－鉬礦層厚數(shù)米，自下而上為:磷塊巖及含磷結(jié)核黑色頁巖－鎳鉬礦層－黑色頁巖及白云質(zhì)頁巖－黑色條紋泥質(zhì)硅巖，礦體主要呈層狀、似層狀及透鏡狀分布。貴州黃家灣礦區(qū)礦層呈連續(xù)的薄層狀及扁豆?fàn)?鮑振襄等，1997;韓善楚等，2012)。下面詳細(xì)介紹貴州遵義地區(qū)的黑色巖系型鎳－鉬礦床。

圖3 云南晉寧梅樹村剖面與峽東震旦系剖面對比圖Fig.3 Comparison of Meishucun section of Jinning，Yunnan and Sinian section in the eastern Yangtze Gorges area

貴州遵義天鵝山－黃家灣鎳－鉬礦帶位于由下寒武統(tǒng)形成翼部的松林穹窿構(gòu)造的北東翼和南西翼。此穹窿處于NE向延伸的松林－巖孔弧形構(gòu)造的北段，區(qū)域上屬上揚子?xùn)|部。該礦帶主要有三個礦區(qū)，分別為新土溝礦區(qū)、天鵝山礦區(qū)、黃家灣礦區(qū)(圖4)(周潔等，2008)。礦層中的金屬硫化物呈粗條紋狀、斑塊狀、膠狀分布于含碳水云母和粉砂質(zhì)的基質(zhì)中。礦層呈層狀、似層狀和透鏡狀，在厚地段呈向下突出的扁豆?fàn)?。礦層與頂?shù)滋假|(zhì)頁巖的界線清楚。礦層在數(shù)千米范圍內(nèi)基本連續(xù)，礦層一般厚0.05～0.30m，西段礦層厚0.20～0.50m，最厚處達2.0m(毛景文等，2001)。毛景文等(2001)通過對遵義黃家灣礦區(qū)研究發(fā)現(xiàn)，在鎳鉬硫化物礦層的下部有一套碳質(zhì)粉砂質(zhì)水云母粘土巖夾透鏡狀磷塊巖。膠磷礦中含鈾，粘土巖中鎳、鉬、釩及高釔輕稀土等元素可達工業(yè)綜合利用指標(biāo)。厚0.5～2.5m。

另外，在貴州的習(xí)水、余慶、凱里、織金等地，以及鄂西石牌、浙江諸暨、云南德澤、贛西北靜昌等地也發(fā)現(xiàn)有類似的鉬鎳含礦層(唐紅松等，2005;夏慶霖等，2008)。除鎳鉬鉑族元素外，其他共(伴)生元素也經(jīng)常在局部地區(qū)單獨構(gòu)成礦床，如稀土、硒、銀、鈾等，其中鄂西南土家苗族自治州恩施漁塘壩地區(qū)形成了獨立硒礦床，漁塘壩賦硒礦硅質(zhì)巖硫同位素組成具有較高的負(fù)值，表明礦床形成于缺氧的海盆內(nèi)(梁有彬等，1994;馮彩霞，2004)。

圖4 遵義地區(qū)鉬鎳礦層出露地質(zhì)簡圖(據(jù)周潔等，2008修改)Fig.4 Sketch geological map of Ni－Mo sulfide ore layers exposed in Zunyi，Guizhou Province(modified from Zhou et al.，2008)

(3)釩礦

我國釩礦類型主要有兩種，一種是釩鈦磁鐵礦型，另一種就是黑色巖系型釩礦。釩鈦磁鐵礦V2O5含量絕大多數(shù)在0.2%～0.35%之間，而黑色巖系型釩礦V2O5含量多在0.5%～2.0%之間(唐紅松等，2005)，可見黑色巖系型釩礦更具有經(jīng)濟價值和資源潛力。但是由于黑色巖系型釩礦的勘查程度太低，黑色巖系型釩礦在已探明釩的資源量中，所占的比例并不是很大。我國具有多個黑色巖系型釩礦的含礦層位，包括震旦系、寒武系、奧陶系、泥盆系、二疊系等，最主要的含礦層位位于揚子板塊下寒武統(tǒng)的黑色巖系中。呂惠進和王建(2005)研究了浙西寒武系底部黑色巖系含礦性和有用組分的賦存狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)釩主要有兩種賦存狀態(tài):一種是以獨立礦物存在，一種是以類質(zhì)同象賦存在粘土中。釩主要富集在比重輕的粘土礦物中，但還見有微粒釩鐵礦與粘土礦物在一起。V是黑色巖系富礦層中常見的一種金屬元素，這種富礦層除富集V外，還富集多種其它的非金屬、金屬、稀土元素。并且釩含量的多少與黑色巖系中有機質(zhì)含量有關(guān)，有機質(zhì)含量越高，釩越富集。釩通常與其他元素共生，形成V－U、V－Ag礦床(楊恩林等，2013)。

(4)鈦礦

Ti也是黑色巖系富金屬層常見的一種元素，已有研究發(fā)現(xiàn)，Ti元素在揚子板塊黑色巖系中的富集系數(shù)比較低(范德廉等，1973)，不足以形成礦床。黑色巖系中鈦含量的高低與黑色巖系中碎屑物質(zhì)含量多少呈正比。富Ti元素的黑色巖系主要分布在貴州、湖南、湖北等地。

2.2.3 鉑族元素礦產(chǎn)

在自然界中，鉑族元素一般是以自然元素、金屬互化物和多種化合物的獨立鉑族礦物存在，還可以呈類質(zhì)同象(或固溶體)的形式進入其他礦物的晶格或以離子吸附狀態(tài)出現(xiàn)。而黑色巖系中鉑族元素多以超微細(xì)粒存在，分析較為困難，對其賦存狀態(tài)了解不多(楊劍等，2012)。黑色巖系含PGE元素，尤其是鉑和鈀，它們與大量性質(zhì)差異很大的其他元素在巖系中同時富集，但黑色巖系中PGE含量較其他金屬非金屬元素的含量相對較低，在Mo－Ni－PGE金屬層中呈突變式增加(張光弟等，2002)。李勝榮和高振敏(2000)對湖南黑色巖系鉑族元素進行了廣泛研究，認(rèn)為海底熱水噴流作用是鉑族元素的主要物質(zhì)來源。而張光弟等(2002)則對貴州遵義地區(qū)進行研究發(fā)現(xiàn)PGE富集模式可能代表了正常海水沉積時PGE的分布特征。吳朝東等(2001)通過實驗發(fā)現(xiàn)黑色巖系中鉑族元素的含量與有機質(zhì)含量呈正相關(guān)，富有機質(zhì)黑色巖系是鉑族元素的主要富集層。含PGE黑色巖系地層從上元古界到二疊系均有分布，且主要分布在湘黔地區(qū)，黑色巖系型鉑族元素礦床又通常與鎳鉬礦相伴產(chǎn)出，最典型的實例為貴州遵義鎳鉬鉑族元素礦床。

2.2.4 重晶石礦

我國黑色巖系型重晶石礦主要分布在華南和秦嶺地區(qū)，這類礦床產(chǎn)于富有機質(zhì)、黃鐵礦化的黑色巖系中，反映其成礦可能與還原環(huán)境有關(guān)(王偉，2011;施春華等，2013)。揚子地區(qū)的重晶石礦主要分布在揚子板塊，以貴州、湖南地區(qū)的重晶石儲量最為豐富。黔桂湘地區(qū)的重晶石儲量大部分集中在寒武紀(jì)地層中。代表性礦床有湖南新晃貢溪－天柱大河邊超大型重晶石礦(姜月華等，1994)。另外在鄂、滇、贛、皖及陜南川北等地也有同類型重晶石產(chǎn)出。對于寒武紀(jì)黑色巖系中重晶石的形成，多數(shù)學(xué)者認(rèn)為屬熱水沉積成因，巖漿熱液活動和構(gòu)造運動對重晶石的形成起著關(guān)鍵作用，該時期的同生斷裂是重晶石沉積的重要場所。大河邊重晶石礦是我國探明儲量最大的重晶石礦，位于貴州天柱縣北部湘黔兩省交界處，產(chǎn)于下寒武統(tǒng)牛蹄塘組，礦層底板一般為硅質(zhì)磷塊巖，有時為含磷碳質(zhì)板巖或硅質(zhì)巖夾碳質(zhì)板巖，頂板一般為碳質(zhì)板巖或釩礦層(唐紅松等，2005)。

2.2.5 錳礦

早震旦世是湘潭式錳礦相對密集的成礦區(qū)，湘潭式錳礦賦存于早震旦世間冰期的黑色巖系中，廣泛分布于湘、黔、川、鄂等地。典型代表為湘潭和大塘坡錳礦床?！跋嫣妒健卞i礦是湖南省最重要的錳礦類型，最典型的代表為雪峰山地區(qū)的錳礦床，區(qū)內(nèi)錳礦點眾多，該地區(qū)出露地層由老到新有板溪群馬底驛組和五強溪組，震旦系下統(tǒng)江口組、湘錳組及南沱組，震旦系上統(tǒng)，寒武系，奧陶系，志留系，泥盆系，石炭系，二疊系，三疊系－侏羅系，白堊系，第三系，第四系。其中湘錳組為一套間冰期瀉湖相沉積，是湖南早震旦世錳礦的主要賦存層位(蘇康明等，2006)。大塘坡錳礦床也是震旦系黑色巖系型錳礦床的典型代表，大塘坡錳礦位于貴州省松桃苗族自治縣，大塘坡錳礦是一個次生沉積型錳礦床，礦層厚度從20cm到3m左右不等。各個礦點二氧化錳的氧化年代、氧化度均有所不同。對于黑色巖系中碳酸錳礦層的形成模式，1990年召開的火山－熱水沉積錳礦礦床討論會提出是多源錳質(zhì)在缺氧環(huán)境下，在海盆中經(jīng)過蘊集，在地球化學(xué)環(huán)境變?yōu)槿跹趸?、弱堿性時沉淀的，其中，菌藻類生物對錳的富集起了積極作用(劉士釗，1980;黃世坤，1990)。

2.2.6 石煤

黑色巖系有機質(zhì)含量高，根據(jù)前文定義可知有機碳含量一般＞0.5%，而當(dāng)有機質(zhì)含量大于15%時，黑色巖系又被稱為“石煤”。中國南方早寒武世是石煤形成的重要時期，據(jù)查南方各省凡有下寒武統(tǒng)底部黑色巖系發(fā)育的地區(qū)，或多或少都有石煤層賦存。由于下寒武統(tǒng)石煤中含有豐富的釩、鎳、鉬、磷、銅、鈾、稀土等伴生元素或礦產(chǎn)，因此，該時期形成的石煤是一種重要的燃料和礦產(chǎn)資源(姜月華等，1994)。由于“石煤”含有機碳較高，所以常會形成自燃現(xiàn)象。貴州天柱早寒武世的黑色巖系中有機質(zhì)含量較高，在距離天柱縣城約30 km的邦洞鎮(zhèn)公塘村重晶石礦礦山附近發(fā)現(xiàn)早寒武世底部“石煤”有自燃現(xiàn)象，具有很強烈的臭雞蛋味，說明“石煤”自燃產(chǎn)物已經(jīng)脫硫(魏懷瑞等，2009)。揚子板塊蘊藏著豐富的“石煤”層，特別是湖南、浙江、湖北等有著豐富的“石煤”資源，“石煤”是一種劣質(zhì)的腐泥無煙煤，發(fā)熱量一般在800～3000千卡/千克。

2.2.7 鉛鋅銀礦

泥盆－石炭系的黑色巖系常富集鉛鋅銀礦床，分布區(qū)主要湘西等地，湘中地區(qū)也賦存有下蘇溪、甘溪、龍山、羅城等鉛鋅銀礦床的相對密集區(qū)。黔北地區(qū)Ag在黑色巖系富金屬層中富集程度較高，富集系數(shù)高達3173.3，并且銀的富集與金屬硫化物關(guān)系密切(楊劍和易發(fā)成，2012)。

2.2.8 鈾礦

黑色巖系廣泛發(fā)育有吸附鈾的吸附物質(zhì)(如粘土、碳質(zhì)、鐵的氧化物、磷塊巖等)，它們可以將鈾酸離子吸附于其晶體表面，構(gòu)成鈾的一種較為重要的賦存形式。

2.2.9 稀土元素

自然界中稀土元素主要以單礦物形式出現(xiàn)，已知稀土可以進入到250種以上的礦物之中，稀土元素也常以類質(zhì)同象形式加入其它礦物晶格之中。富集稀土元素的黑色巖系主要分布在貴州、浙江等地。貴州遵義鎳－鉬礦石中發(fā)現(xiàn)了稀土的獨立礦物－獨居石，呈不規(guī)則的細(xì)粒、蠕蟲狀分布于礦石中，并與鎳、鉬的獨立礦物共生。而浙江西部黑色巖系稀土元素主要富集在膠磷礦中，其次是伊利石、綠泥石及碳酸鹽礦物，硫化物和碳質(zhì)的稀土元素含量很低(楊劍等，2012)。

2.2.10 油氣能源礦產(chǎn)

黑色巖系中富含大量有機質(zhì)，是油氣生成、烴源巖評價等研究的主要對象之一。黑色巖系中的黑色頁巖不僅是良好的烴源巖，更是當(dāng)今研究熱點——頁巖氣的目的層。我國南方地區(qū)是中國頁巖氣發(fā)育有利區(qū)，尤其是上揚子地區(qū)的四川盆地及其周緣的下古生界具有獨特的地質(zhì)條件，可與美國東部盆地類比，是中國南方地區(qū)頁巖氣勘探的重點地區(qū)(牛丙超，2013)。重慶涪陵已發(fā)現(xiàn)了我國第一口頁巖氣井，位于志留系龍馬溪組的黑色頁巖中。頁巖氣成藏的條件為:頁巖厚度要大于15m，TOC≥2.0%，1.0%≤Ro≤3.0%。而我國南方中上揚子地區(qū)下寒武統(tǒng)黑色頁巖烴源巖厚度為50～500m，有機質(zhì)含量高，且都屬于過成熟演化階段，尤其是牛蹄塘組和龍馬溪組最為典型，所以這兩個組都具備頁巖氣發(fā)育的良好條件。

黑色頁巖是黑色巖系中的構(gòu)成主體。因此，對黑色巖系的研究將有利于能源礦產(chǎn)，特別是頁巖氣的勘探開發(fā)。

3 結(jié)論

(1)黑色巖系與多種金屬－非金屬礦床的形成關(guān)系密切，包括磷、重晶石、石煤等非金屬礦床，以及銅－鎳－鉬－釩－鈦，鉑族元素、鈾、錳、稀土元素、鉛鋅銀等金屬礦，乃至油氣等能源礦產(chǎn)。磷礦、釩礦、重晶石礦等在黑色巖系中具有特別重要的價值。

(2)揚子地臺黑色巖系中有兩個最重要的層位，即震旦上統(tǒng)陡山沱組和寒武系下統(tǒng)漁戶村組(牛蹄塘組)。陡山沱組是揚子?xùn)|部重要含礦(磷)層位;而漁戶村組是揚子西部最重要的含礦(磷)層位。過渡地段的貴州北部兩個層位均重要。

(3)揚子地臺內(nèi)，從震旦紀(jì)陡山沱期到寒武紀(jì)漁戶村期，與黑色巖系及其成礦作用有關(guān)的活動中心具有從東向西遷移的趨勢。

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