动态条件下的成烃—成矿耦合机制

在沉积盆地中，某些金属元素优先在富含有机质岩石中富集的趋势，早已被人们所广泛认识。在对现代洋底热液活动区域及大陆地热系统成矿调查中又发现了热液油气活动与硫化物堆积的密切联系。有机质演化与某些金属矿床的成因联系正越来越多地引起地质学界的关注。

广泛分布于龙头山矿床中的碳沥青从一个侧面为我们提供了成矿-成烃耦合的线索。龙头山矿床分布于大厂矿田的西矿带，为一大型特富的锡多金属矿床，矿体主要赋存于中泥盆统马家坳组生物礁灰岩内，多以不规则囊状和透镜状产出。该矿床以100号和105号矿体规模最大，其中100号矿体总体走向320°，倾向50°，倾角35°～55°，矿体总长1100m，宽100～150m，厚3.75～116.46m。矿石金属矿物主要有锡石、磁黄铁矿、铁闪锌矿、脆硫锑铅矿和毒砂，其次为异辉锑铅银矿、银黝铜矿，脉石矿物有方解石、石英、萤石等。矿化以锡为主，锌、铅、锑、银也非常丰富，并含有较丰富的稀散元素铟、镉、镓等。其中100号矿体平均品位：锡2.04%，锌9.70%，铅4.84%，锑4.22%，银146g/t。

龙头山矿区以生物礁灰岩和大量碳沥青的发育为特征。礁体呈北北西向延长的椭圆形穹丘，为一宝塔礁，分布面积约10km²，长3600m，宽2700m，高900m。造礁生物主要为层孔虫和床板珊瑚，附礁生物以棘皮类为主，次有腕足类和腹足类，礁内还有大量藻类。礁体可分为礁前、礁核、礁坪、礁后、礁基等亚相。在礁基亚相的石膏质灰岩及灰泥丘中分布有大量石膏，主要呈板状、柱状和针状散布于黑色藻席上。分布于礁体顶部及侧部的为黑色碳质页岩、泥岩、泥质灰岩和少量粉砂岩。矿体主要产于礁核相与礁坪相岩石中。在矿体附近礁灰岩及矿体内见有大量碳沥青分布（图4.14）。

碳沥青在龙头山礁灰岩地区分布广泛，其中最大的一处地表露头见于距大厂南约10km的拉朝村，分布面积约1km²。碳沥青呈透镜状产出，厚0.8～1.2m，最厚处达2.5m。

在龙头山矿床的钻孔和坑道中均见有碳沥青的大量分布。碳沥青多呈黑色固态，块状和片状构造，无嗅无味，具贝壳状断口，半金属光泽，风化后呈土状。据215地质队取样做煤质工业分析，碳沥青含水5.87%，灰分12.74%，挥发分2.49%，固定碳78.90%，发热量7070大卡/千克。碳沥青变质程度较高，反射率达5.1～13.2。

图4.14 龙头山锡石—硫化物矿床碳沥青产状素描

1.碳沥青；2.褪色带；3.礁灰岩；4.白色方解石；5.烟色方解石；6.脆硫锑铅矿晶簇；7.闪锌矿＋磁黄铁矿等；8.脆硫锑铅矿；9.磁黄铁矿；10.花岗斑岩

根据钻孔资料，作者在龙头山矿区剖面图上绘制了碳沥青的分布范围（图4.15）。结合坑道观察，发现碳沥青的产状主要有以下几种形式：

1）产于礁灰岩溶蚀孔洞，呈岩溶洞穴形态，以透镜状和不规则状为主。围绕碳沥青的礁灰岩及旁侧裂隙附近常见“褪色化”现象，褪色带宽约0.5～5cm，在碳沥青中常见黄铁矿晶体呈星点状分布（图4.14A，据照片素描）。

2）浸染或充填于礁体的原生孔隙内，如四射珊瑚的体壁、床板，层孔虫的细层、支柱，海百合中央茎孔内的孔隙和虫室内等。

3）充填于方解石裂隙脉。碳沥青多呈团包状分布于脉体核部。方解石脉常由烟色和白色两种方解石组成，烟色方解石靠近礁灰岩，分布于脉体边部，白色方解石位于核部，呈对称条带状构造（图4.14B，据照片素描）。还常见碳沥青充填于方解石晶洞，表明其形成晚于方解石。

4）产于锡石-硫化物矿体中，呈透镜状及不规则状分布（图4.14C，据照片素描），碳沥青与金属矿物接触边界较模糊，岩矿鉴定发现硫化物及硫酸盐类矿物细脉穿插碳沥青的关系十分明显（图4.14E，镜下素描），表明碳沥青形成早于金属矿物。

5）产于花岗斑岩与礁灰岩接触面（图4.14D，据照片素描），见于局部。碳沥青呈细粉末状，污手。

礁灰岩中的岩溶孔洞、原生孔隙及方解石裂隙脉是碳沥青赋存的主要场所。另外，在龙头山矿区硅质岩中也见有碳沥青产出（表4.4），如477号钻孔在50多米厚的硅质岩中揭露了大量碳沥青，其中20多米厚为纯的碳沥青。

经岩心样品测定（表4.5），碳沥青、礁灰岩及礁后台沟相岩石中锡、银、锌等元素含量，较黎氏丰度值均有不同程度富集，其中碳沥青富集程度最高（富集5～80倍），表明碳沥青与金属元素富集之间有着密切的联系。

另外，在大厂矿田车河地区曾发现有天然气产出（涂光炽，1988）。据测定，CH₄含量54.93%，C₂H₆含量0.08%，N₂含量44.99%，这一发现为大厂地区的有机质参与成矿提供了现实的证据。

图4.15 龙头山锡多金属矿床典型地质剖面

1.上泥盆统榴江组扁豆状、条带状灰岩；2.上泥盆统榴江组硅质岩；3.中泥盆统马家坳组泥灰岩、页岩、硅质岩；4.中泥盆统马家坳组生物礁灰岩（礁相）；5.礁前相；6.礁核相；7.礁坪相；8.礁后相；9.花岗斑岩；10.正断层；11.逆断层；12.矿体；13.碳沥青聚集区；14.方解石脉；15.钻孔

表4.4 龙头山岩石有机地球化学分析数据

注：括号内为平均值。

表4.5 龙头山碳沥青、礁灰岩和盆地相岩石中矿化元素含量

注：光谱定量分析。

热液成矿过程中的成矿—成烃耦合，是成矿热液对流循环的一种现象。成烃作用需要一定的温度和受热时间，成矿热源则恰好提供了一种热催化条件。而液态烃大量形成并保存的温度区间一般为65～150℃，在热液对流系统的较低温区域（65～150℃），富含有机质的岩石由于受热而生成大量烃，并随流体循环。热液中有机质的存在有助于岩石中许多金属元素的活化，在低于150℃条件下，有机配位体可以与金属元素形成很稳定的配合物，并能在还原硫稳定场内进行迁移。在低于150℃条件下所做的许多实验均已证实，在相同或相似条件下，铜、铅、锌等许多金属元素，在含有机质的介质中获得的溶解度比在不含有机质的溶液中要大几倍到几十倍。由于有机质的热稳定性低，若超过150℃，油气又会大量分解，晚期产物是大量干气、固体沥青与极微量液态烃类，最终可以完全没有液态烃类，而只有甲烷气和碳沥青。所以，当含金属元素的油气卤水循环进入温度更高的区域（＞150℃），对热十分敏感的油气和有机配位体便大量分解，形成甲烷气和碳沥青。甲烷气的成矿意义有两个：其一是通过与水的反应制约流体的pH值和E_h值，反应可表示为CH₄＋2H₂O→CO₂＋8H^＋＋8e和CH₄＋H₂O→CO＋6H^＋＋6e；其二是为

就龙头山矿床而言，富含有机质的成矿溶液由于大量有机酸的存在而有利于保持酸性还原状态，并且利于锡的活化和迁移。酸性卤水对礁灰岩的侵蚀作用还导致其中的裂隙和岩溶孔洞进一步发育，为锡多金属成矿提供了有利的空间条件。

大厂矿田的形成与泥盆纪热水沉积成矿作用有关。由于龙头山礁体及其周围盆地相黑色页岩、泥岩具有良好的生油条件，因此在海底热液对流作用下，出现了成矿-成烃耦合现象。

图4.14D则显示，燕山期岩浆活动也伴随有热液活动及成矿-成烃耦合现象。