刘英超、宋玉财等-EG：揭示世界最大MVT铅锌矿床成因之谜

　　伊朗Mehdiabad铅锌矿床是世界上最大的密西西比河谷型（MVT）矿床，发育巨量铅锌（~20.7 Mt Pb+Zn），也含巨量重晶石（>40 Mt BaSO4）。通常，在形成MVT矿床的低温（<250 ℃）流体条件下，铅锌由氧化性流体迁移，而钡由还原性流体迁移，重晶石和铅锌硫化物难以大量共生。由此，Mehdiabad矿床铅锌成矿和重晶石的形成是何种关系、重晶石对于巨量铅锌聚积有何作用等科学问题成为未解谜题。有鉴于此，中国地质科学院地质研究所刘英超研究员等，对Mehdiabad矿床进行了系统的野外调查和详细的岩相学观察，结合重晶石S-O-Sr、菱铁矿C-O、石英Si-O、硫化物S同位素和流体包裹体分析等手段，获得以下重要认识：

　　（1）重晶石和铅锌硫化物空间共存，但并非同沉淀

　　在Mehdiabad矿床，重晶石和铅锌硫化物出现在同一矿床范围，易被误认为二者是同期热液流体产物。但是，本研究发现，在空间上，重晶石和铅锌硫化物二者的分布并非完全重合，重晶石分布范围大于铅锌矿体分布范围；在时间上，重晶石形成在早期的三个阶段，而铅锌硫化物主体沉淀于最晚期的一个单独阶段，不同阶段的矿物组合和空间分布特征存在差异。

　　（2）成岩期甲烷的大量聚集导致巨量重晶石发育

　　重晶石S-O同位素表现出明显的线性关系和特征的斜率组成（5.36到0.39；图1），共生的菱铁矿具有产甲烷带特征的C同位素组成，重晶石结核、厘米级板状晶体、晶间微孔隙大量存在（图2B-D），这些都表明重晶石并非热液成因，而是在漫长的成岩作用过程中，由甲烷逐渐聚集并最终形成冷泉环境下的产物。其Ba来自赋重晶石围岩下伏富有机质地层，由含甲烷的孔隙水迁移至硫酸盐-甲烷转换带（SMTZ）附近，与残余硫酸根结合，形成巨量规模的重晶石前锋带，也即今日所见的Mehdiabad重晶石体。

图1 Mehdiabad矿床重晶石S-O同位素组成

图2 Mehdiabad矿床重晶石特征及与铅锌硫化物关系

　　（3）巨量重晶石的存在是Mehdiabad形成巨型铅锌矿床的关键

　　石英Si-O同位素和流体包裹体测温表明Mehdiabad存在两次热液活动，其中，第二次活动形成了今日所见的MVT铅锌矿化。先存重晶石体为铅锌硫化物提供了充分的贮存空间，并经由生物还原硫酸盐作用（BSR）准备了充足的还原S（图3），使其能够以交代重晶石或充填重晶石粒间孔隙的方式（图2E-F）沉淀于重晶石体内部，形成了举世瞩目的巨型铅锌矿床。

图3 Mehdiabad矿床重晶石和铅锌硫化物S同位素对比

　　基于上述认识，研究阐明了巨型铅锌成矿所需的关键要素，重建了Mehdiabad矿床重晶石形成和铅锌矿化过程（图4），回答了巨型铅锌成矿之谜，并为区内新Mehdiabad的寻找提出了建议。

图4 Mehdiabad矿床形成过程

　　该研究得到国家自然科学基金（41922022 和 41773043）和国家重点研发计划（2022YFF0800903）等项目联合资助，成果发表在矿床学顶级期刊Economic Geology上（Liu, YC, Song, YC, Fard, M., Hou, ZQ, Ma, W, and Yue, LL, 2023, The Characteristics and Origin of Barite in the Giant Mehdiabad Zn-Pb-Ba Deposit, Iran: Economic Geology, v. 118, p. 1495-1519.）。刘英超研究员为第一作者和通讯作者。

　　原文链接：https://doi.org/10.5382/econgeo.5014