0 引言

膏盐层是富含石膏和硬石膏等硫酸盐的蒸发沉积建造，除 SO₄ ^2- 外，还富含 Cl^-、CO₃ ^2-、Na⁺、K⁺ 等盐类物质和 H₂O，在自然界中分布广泛（Barton and Johnson，1996；Sillitoe and Burrows，2002；Sillitoe， 2003；Jami et al.，2007；李延河等，2013，2014，2021；Duan et al.，2021，2023； Wang et al.，2024）。膏盐层类型多样，主要包括层状石膏岩、含石盐的石膏岩、含石膏的灰岩、白云岩、含石膏等盐类物质的“红层”等。膏盐层中SO₄ ^2- 是重要的氧化剂，膏盐层是重要氧化障，膏盐的加入可快速大幅度提高成矿系统的氧逸度 fO₂，将变价成矿元素由低价态（如 U⁴⁺ 等）大量氧化成高价态（U⁶⁺），使U⁶⁺ 以溶液形式迁移，高氧化性富 U⁶⁺ 成矿溶液遇到有机质等还原障， U⁶⁺ 被还原沉淀富集形成热液铀矿床，富含石膏的 “红层”是不可或缺的重要因素（李延河等，2016）。膏盐层向成矿系统提供氧化剂 SO₄ ^2-，可将岩浆-热液成矿系统中的 Fe²⁺ 被氧化形成 Fe₂O₃/Fe₃O₄，沉淀富集形成铁矿床。大量地质和地球化学证据表明，国内外很多大型玢岩型铁矿（IOA）（李延河等， 2014，2021；Tornos et al.，2016，2017； Duan et al.， 2021，2023）、矽卡岩型铁矿（李延河等，2013；朱乔乔等，2013）的形成与膏盐层的加入密切相关。同时膏盐层也是重要的硫源，硫酸盐被还原后向金属成矿系统提供还原硫 S^2-。膏盐层向成矿系统提供还原硫 S^2- 的方式主要有 2种：（1）在岩浆-热液成矿系统，膏盐层中 SO₄ ^2-在氧化 Fe²⁺ 的同时自身被还原为 S^2-，S^2- 与金属成矿元素结合形成各种金属硫化物，富集形成硫化物矿床。因此膏盐层-玢岩/矽卡岩铁矿-硫铁矿紧密共生，互为找矿标志（李延河等，2013，2014，2021）。基性-超基性岩浆是硫化物不饱和的，岩浆自身演化难以形成大型高品位 Ni-Cu-PGE 硫化物矿床。基性-超基性岩浆在侵位过程中同化围岩中膏盐层，SO₄ ^2- 被还原为 S^2-，向成矿系统提供还原硫S^2-，岩浆中Cu²⁺、Ni²⁺ 等与S^2- 结合形成铜镍硫化物，使成矿岩浆由硫化物不饱和演变为过饱和，在岩浆房经聚集-熔离-富集，形成岩浆型 Ni-Cu-PGE 硫化物矿床（Li et al.，2003；Ripley et al.，2010；李延河等，2013）。（2）在构造热液成矿过程中，膏盐层中 SO₄ ^2- 首先被炭质/有机质/甲烷等还原形成H₂S/ S^2-，再向成矿系统提供还原硫S^2-。内生金属矿床的矿石矿物大部分为金属硫化物，绝大部分矿石硫化物的溶度积常数极低，如 K_sp＜10^-20，还原硫浓度[S^2- ]是控制Cu、Pb、Zn、Ni、Mo、Sb、Hg等成矿元素高效卸载富集沉淀的关键因素，是形成大型高品位多金属硫化物矿床的必要条件（任顺利等， 2018）。膏盐层中Cl^-、CO₃ ^2-、Na⁺、K⁺ 等组分是成矿物质迁移搬运的重要络合剂/矿化剂，也是成矿溶液和矿化蚀变围岩中的重要组分，在内生金属矿床成矿过程中无疑发挥了重要作用。

与膏盐层有关的内生金属矿床空间分布明显受膏盐层控制，与膏盐层或石膏矿紧密共生。矿床中石膏/硬石膏、重晶石等硫酸盐矿物普遍存在，成矿过程中钠化、钾化、氯化蚀变广泛发育，成矿流体的盐度相对较高（Li et al.，2015，Li et al.，2019）。矿床中总硫的同位素比值相对较高，与幔源硫明显不同，而与膏盐硫相似（李延河等，2013，2014，2021；任顺利等，2018；Duan et al.，2021，2023）。矿床中矿石硫化物的 δ³⁴S 值取决于以下几个因素： （1）膏盐硫所占比例，膏盐硫占比越多，矿床中硫化物的 δ³⁴S 值越高。（2）膏盐的硫同位素组成，一般海相硫酸盐的δ³⁴S值相对较高，陆相硫酸盐的δ³⁴S值相对较低（Guo et al.，2022）。（3）硫酸盐的还原温度，硫酸盐-硫化物之间硫同位素分馏大小与绝对温度的平方成反比，因此硫酸盐高温还原形成的硫化物 δ³⁴S 值较高，低温还原形成的硫化物的 δ³⁴S 值较低。 （4）硫酸盐的还原程度，若硫酸盐全部被还原，则硫化物的δ³⁴S值与膏盐的δ³⁴S值相似，若只有很少一部分硫酸盐被还原，则硫化物的 δ³⁴S 值主要取决于还原温度，硫酸盐矿物的δ³⁴S值与膏盐的值相似，基本保持不变，若硫酸盐的还原程度介于上述 2 种情况之间，在还原温度不变的条件下，生成硫化物的δ³⁴S 值随着硫酸盐的还原程度的升高而不断升高。（5） 若硫酸盐还原与硫化物生成同步进行，则硫化物的 δ³⁴S值变化大，从早到晚有逐渐升高的趋势，若硫酸盐先被还原成硫化氢H₂S，再形成硫化物沉淀，则硫化物的 δ³⁴S 值基本稳定，变化不大。膏盐层中硫酸盐和碳酸盐强烈富集重氧同位素，因此同化混染膏盐层形成的矿浆型铁矿和高温热液铁矿，其磁铁矿/ 赤铁矿的δ¹⁸O值明显升高（李延河等，2017）。

本文以玢岩型铁矿（IOA）、矽卡岩型铁矿、MVT 型铅锌矿床为例，简要介绍了膏盐层与矿床的时空关系、矿床地质和硫同位素组成特征，阐明了膏盐层在内生金属矿床成矿过程中的关键作用，揭示了膏盐层的控矿机制，建立了膏盐层-玢岩/矽卡岩铁矿-硫铁矿三位一体双层结构成矿找矿模型、膏盐层-有机质-铅锌多金属矿三位一体二阶段成矿模型。

1 玢岩型铁矿矿床

1.1 膏盐层与玢岩铁矿床的空间关系

玢岩铁矿是指与中基性火山-次火山岩有关的岩浆-热液铁矿，因磁铁矿-磷灰石矿物组合特别发育，国际上称之为铁氧化物-磷灰石（IOA）型铁矿床。玢岩铁矿在中国长江中下游宁芜、庐枞地区 （李延河等，2014；周涛发等，2014）、瑞典北部 （Martinsson et al.，2016）、智利北部（Bain et al.， 2021）、美国西南部（Bain et al.，2020）、伊朗中部等地区（Heidarian et al.，2017；Peters et al.，2020）广泛分布。玢岩铁矿的空间分布明显受主要由石膏、硬石膏、石盐等盐类物质组成的蒸发沉积岩层控制，二者空间关系非常密切，矿床中石膏等硫酸盐广泛发育。

长江中下游是中国著名的多金属成矿带，发育一系列大中型铁铜金矿床。宁芜和庐枞等中生代火山岩盆地产出一系列与白垩纪中基性火山-次火山岩有关的玢岩铁矿床（图1）。盆地内白垩纪火山岩被划分为 4 个火山喷发喷溢旋回，从早到晚依次为龙王山组、大王山组、姑山组和娘娘山组，各火山岩旋回以爆发相开始，此后溢流相增多，最后以火山沉积相结束。大王山组辉石闪长岩-辉石闪长玢岩（132~128 Ma）（范裕等，2010；侯可军和袁顺达， 2010；段超等，2011）与铁矿化关系密切，矿体往往围绕着大王山组火山喷发-岩浆侵入活动中心分布。

长江中下游地区与玢岩铁矿有关的膏盐层属于中—下三叠统，相当于鄂东地区的嘉陵江组，安徽的东马鞍山组和江苏的周冲村组，分布范围从鄂东经皖南到苏南，绵延 500 km，发育陶厂等大中型层状石膏/硬石膏矿床（点）30余处，石膏矿层厚度数十米到数百米（蔡本俊，1980；范洪源等，1995；侯增谦等，2004）。长江中下游玢岩铁矿与三叠纪膏盐层关系密切，膏盐层分布与玢岩铁矿分布空间上完全一致（图1）。铁矿体主要赋存于辉石闪长玢岩岩体隆起部位与火山岩接触带附近的辉石闪长玢岩岩体之中，以及辉石闪长玢岩与周冲村组/东马鞍山组膏岩层的接触带中。玢岩铁矿中普遍含有石膏，在有些矿床和地段石膏经热液改造富集形成独立的石膏矿。

1.2 膏盐与矿石、脉石成分和蚀变围岩的关系

宁芜玢岩铁矿床以透辉石（阳起石）-磷灰石-磁铁矿三矿物组合为特色，矿床中普遍含有石膏。矿床围岩蚀变强烈，以钠化（钠长石化）、钾化（钾长石化）、氯化（钠柱石、方柱石）和石膏化、黄铁矿化为主。矿石矿物主要有磁铁矿、赤铁矿、菱铁矿和黄铁矿，脉石矿物主要有透辉石、阳起石、磷灰石、石膏、绿泥石、绿帘石、石榴石、钠长石、钾长石、方柱石和石英、方解石、高岭石等组成。玢岩铁矿中石膏和黄铁矿常在玢岩铁矿的上部、边部大量聚集，形成独立的石膏矿和硫铁矿，三者属于同一成矿系统，空间上紧密共生，互为重要找矿标志（图2）。

庐枞盆地铁矿体的埋藏较深，矿床中硫化物和石膏硫酸盐含量更高，发育独特的透辉石-石膏-磁铁矿（膏辉岩）和石榴石-石膏-磁铁矿组合，有些地段则形成了独立的硫铁矿和石膏矿矿体（周涛发等，2010；吴明安等，2011；范裕等，2012）（图2~图3）。

SO₄ ^2-、Cl^-、CO₃ ^2-、Na⁺、K⁺ 等是膏盐层的主要成分，也是成矿物质迁移搬运的重要络合剂/矿化剂，还是成矿熔体/流体包裹体、矿化蚀变围岩和矿石/ 脉石矿物的重要组分。SO₄ ^2-、Cl^-、CO₃ ^2-、Na⁺、K⁺ 等组分主要是由膏盐层提供的，膏盐层在内生金属矿床成矿过程中无疑发挥了重要作用，是形成大型玢岩铁矿的必要条件和关键因素。

1.3 膏盐层参与成矿的硫同位素证据

宁芜玢岩铁矿及伴生硫铁矿中黄铁矿的 δ³⁴S_V-CDT值普遍较高，平均值均在5‰以上，姑山矿田达到 10‰ 以上，远高于幔源硫的分布范围（图4）。矿床中石膏的 δ³⁴S_V-CDT值大部分分布在 20‰ 左右，与三叠纪海相硫酸盐及区内周冲村组膏盐层中硬石膏的硫同位素组成（28. 0‰~28.2‰）（图4）（储雪蕾等，1986）相似，指示玢岩铁矿和硫铁矿中的硫主要来自区内中下三叠统膏盐层，而不是原始岩浆。在矿床中石膏普遍存在、铁矿-石膏矿密切共生的条件下，矿床中硫化物的硫同位素组成主要取决于原始岩浆硫和膏盐层硫所占比例及膏盐层硫酸盐的还原温度，膏盐层硫所占比例和硫酸盐的还原温度越高，硫化物的 δ³⁴S_V-CDT值越高；反之原始岩浆硫所占比例越高，硫酸盐的还原温度越低，硫化物的δ³⁴S_V-CDT值也越低。

a~d—罗河铁矿床典型铁矿石；e~f—泥河铁矿床典型铁矿石；g—和尚桥铁矿床典型铁矿石；h—姑山铁矿床晚期成矿阶段铁矿石；i—钟山铁矿床周冲村组膏盐层与闪长玢岩接触关系；Anh—石膏；Mt —磁铁矿；Py—黄铁矿

庐枞盆地罗河和泥河玢岩铁矿中黄铁矿的硫同位素变化范围大，磁铁矿阶段黄铁矿的δ³⁴S_V-CDT值明显高于硫化物阶段黄铁矿的值。罗河铁矿中黄铁矿的 δ³⁴S_V-CDT 值自下而上逐渐降低，硬石膏的 δ³⁴S_V-CDT值随深度变化不明显（储雪蕾等，1984，黄清涛和尹恭沛，1989），指示成矿溶液中硫酸盐硫占绝对优势，硫酸盐的硫同位素组成基本代表了成矿热液中总硫的硫同位素组成，黄铁矿的硫同位素组成主要取决于硫酸盐-黄铁矿之间的硫同位素分馏 （δ³⁴S）。在剖面上从下至上，成矿温度逐渐降低，二者之间的硫同位素分馏不断增大，在SO₄ ^2- 占绝对优势的含硫热液成矿系统，黄铁矿的δ³⁴S_V-CDT值则随着温度的降低而不断减小，而硫酸盐的δ³⁴S_V-CDT值则基本保持不变。假设原始岩浆硫的 δ³⁴S_V-CDT值为 0‰，三叠纪膏盐层的 δ³⁴S_V-CDT 值为 28‰（储雪蕾等， 1986），矿床中石膏的 δ³⁴S_V-CDT值代表成矿热液中总硫的硫同位素组成，则可以根据矿床中石膏和膏盐层的硫同位素组成，利用二元混合模式估算矿床中膏盐层硫所占的比例。计算结果表明矿床中 60%~80%的硫来自周冲村组膏盐层。

1.4 成矿机制与找矿模型

铁在硅酸盐熔体和水溶液中主要以 Fe²⁺ 存在，在成矿溶液中以 Na-Fe-Cl₃等络合物的形式搬运 （Chou and Eugster，1977；刘玉山等，1981）。在铁矿中则主要以 Fe³⁺ （Fe₃O₄/Fe₂O₃）形式存在（菱铁矿除外）。因此铁矿的形成不仅需要丰富的 Fe 成矿物质、Cl^-、Na⁺ 等矿化剂，同时需要将 Fe²⁺ 氧化成 Fe³⁺。膏盐层富含SO₄ ^2-、CO₃ ^2-、Cl^-和Ca²⁺、Mg²⁺、Na⁺、K⁺ 等组分，不仅可以为铁矿化提供上述矿化剂，使成矿物质活化迁移；膏盐层还是地壳深部最重要的氧化障，向成矿系统提供氧化剂，提高岩浆熔体和热液成矿系统氧逸度，将熔体和热液中 Fe²⁺ 氧化成 Fe³⁺ ，富集成矿，这是玢岩铁矿与膏盐层关系密切的根本原因（蔡本俊，1980；Barton and Johnson，1996；Sil⁃ litoe and Burrows，2002；Sillitoe，2003；李延河等， 2013，2014）。

铁在硅酸盐熔体中主要以Fe²⁺ 形式存在。在地壳深部岩浆房中炽热岩浆与膏盐CaSO₄发生同化混染时，SO₄ ^2- 将硅酸盐熔体中的 Fe²⁺ 氧化成 Fe³⁺， Fe³⁺ 无法进入硅酸盐矿物晶格之中，而形成Fe₃O₄/Fe₂O₃，导致熔体中 Fe²⁺ 含量降低，使本应形成的含铁辉石转化为透辉石、铁闪石则转变为透闪石等贫铁矿物；SO₄ ^2- 自身被还原为 S^2-，S^2- 与 Fe²⁺ 结合形成 FeS₂。宁芜和庐枞矿集区广泛发育的透辉石/阳起石化、膏辉岩化和硫铁矿化，很好地证明了这一过程。基本反应形式如下：

在岩浆阶段，膏盐层的加入将导致岩浆体系的氧逸度快速大幅度升高，高氧逸度使富铁熔体中铁氧化物大量提前形成。铁氧化物在硅酸盐熔体液相线温度之上大量形成有利于铁氧化物熔体与硅酸盐熔体之间发生液态不混熔，熔离形成铁矿浆 （Naslund，1983；Snyder et al.，1993；Hou et al， 2018）。富铁岩浆熔体与膏盐层同化混染，熔体氧逸度升高是形成铁矿浆的必要条件，NaCl、H₂O、PO₄ 等盐类物质和挥发分的加入是岩浆发生液态不混熔形成铁矿浆的重要因素。虽然还存在争论，但智利、瑞典 Kiruna 型铁矿和宁芜姑山、梅山部分矿体的矿浆成因已得到很多人的认可（Park，1961；宁芜研究项目编写小组，1978；Nyströem and Henriquez， 1994；Henriquez et al.，2003；Hou et al.，2010）。矿石的气孔状构造是判定矿浆成因的重要证据，但不是唯一的证据，深部岩浆熔离形成的矿浆，因气体无法逸出，气孔状构造则可能不发育。

在热液成矿阶段，膏盐层的加入使以溶液形式搬运的Fe²⁺ 被快速氧化，生成铁氧化物，在原地或迁移一段距离后随着温度降低，沉淀富集形成热液交代型/热液充填型铁矿床。基本反应如下：

膏盐中 SO₄ ^2- 将成矿系统中 Fe²⁺ 氧化成 Fe³⁺，富集形成铁矿床的同时，自身被还原，形成 H₂S/S^2-，向成矿系统提供还原硫，S^2- 与Fe²⁺ 结合，形成黄铁矿等硫化物。因此玢岩铁矿、硫铁矿与石膏矿密切共生 （图2、图3）。玢岩铁矿与伴生硫铁矿具有相似的成矿机制，二者属于同一成矿系列，互为找矿标志。在同一个玢岩铁矿床中，矿浆充填型和热液交代/充填型矿化作用可能同时存在，只是有的矿体/矿段以矿浆充填型为主，有的矿体/矿段以热液交代-充填型为主。铁矿浆温度高，黏滞性强，迁移距离短，因此大部分铁矿浆充填型-接触交代型铁矿体一般赋存于成矿岩体与膏盐层的接触带附近。而以络合物形式搬运的成矿热液流动性强，迁移距离远，可以在远离岩体与膏盐层接触带部位富集沉淀。

建立宁芜和庐枞火山盆地“双层成矿结构”找矿模型（图5）（李延河等，2014，2021）：在盆地深部岩体与膏盐层的接触部位产出“大冶式”矿浆充填-接触交代型富铁矿体，规模可能超过了赋存于浅部火山-次火山中的“热液型玢岩铁矿”。在姑山矿田杨庄铁矿下部成矿岩体与周冲村组地层接触带部位发现的巨厚富矿体及在庐枞盆地罗河铁矿下部 2000 多米深处发现的厚层富铁矿就是最好的证明 （金明，2014；尚世贵等，2014；刘小胡等，2020）。位于宁芜盆地南北两端的姑山和梅山地区，白垩纪火山岩盖层的厚度较小，赋存于深部岩体与膏盐层的接触部位的“大冶式”矿浆充填-接触交代型富铁矿体埋藏也比较浅，是找寻“大冶式”矿浆充填-接触交代型富铁矿的有利地段。

2 矽卡岩型铁矿床

矽卡岩型（又称接触交代型）铁矿床一般呈透镜状产于中（酸）性侵入岩体与碳酸盐围岩的接触带。矽卡岩型铁矿是中国富铁矿的重要类型，约占全国富铁矿总储量的 60%（赵一鸣，2013）。在中国，矽卡岩型铁矿主要分为大冶式和邯邢式2类。

2.1 膏盐层与矽卡岩铁矿床的空间关系

大冶式矽卡岩型铁矿分布于长江中下游铁铜金等多金属成矿带的西段，位于中生代隆起与坳陷的过渡区。大冶地区与成矿有关的侵入体为燕山期闪长岩、石英闪长岩、花岗闪长岩和二长花岗岩等杂岩体。大冶地区膏盐层为嘉陵江组，膏盐层的空间分布及相关石膏矿床特征如前所述（图1、图6），在此不再赘述。矿体一般呈似层状、透镜状产于成矿岩体与中下三叠统嘉陵江组灰岩—白云质灰岩的接触带。据统计鄂东地区侵入于三叠系膏盐层及其上部层位的岩体多发生铁矿化，该地区 91% 以上的铁矿储量集中于三叠系地层之中（蔡本俊，1980）。当燕山期岩浆岩侵入到古生界碳酸盐岩地层时则矿化少见，规模小。

邯邢式矽卡岩型铁矿主要分布在河北、山东、山西等华北陆块边缘凹陷带。成矿主要与燕山期闪长岩和二长岩侵入体有关。邯邢地区的膏盐层属于中奥陶统马家沟组—峰峰组，从下向上分为 3 层，每层又由多层石膏层组成，总厚度几十至几百米。主要膏盐类型为石膏-硬石膏岩夹泥质白云岩、泥质白云岩和硬石膏岩、石膏及硬石膏岩（含钙芒硝）夹白云岩（含菱镁矿）（蔡本俊等，1987）。区域内已知石膏/硬石膏矿床（点）30 余处，南北长约 130 km，宽约 32 km。膏盐层中易溶盐类溶蚀后常形成层状盐溶孔穴和盐溶角砾。岩浆沿着盐溶构造贯入，形成顺层岩枝和层状岩体，沿多层盐溶孔穴和角砾贯入则形成多层状岩体和所谓“塔松”状岩体，反映了膏盐层对矿化岩体的控制作用。与矿化有关的燕山期岩体侵入到不同时代的地层中，最高层位为石炭系—二叠系、三叠系，并且寒武系、下奥陶统、中奥陶统均有碳酸盐岩，但侵入于其他层位的岩体含矿性差，尚未发现有工业价值的矿床，矿化主要集中在中奥陶统膏盐层中，占邯邢式铁矿总储量的 95% 以上（蔡本俊等，1987），膏盐层控矿现象非常明显。代表性矿床有河北邯邢地区的白涧铁矿床、符山铁矿床、矿山村铁矿床和山东莱芜张家洼、淄博金岭铁矿床等。最近在鲁中地区找矿取得重大突破，发现了张家洼、王旺庄、齐河—禹城等大型矽卡岩型富铁矿（沈立军等，2021）。

①—梅山铁矿床；②—凹山铁矿床；③—东山铁矿床；④—高村铁矿床；⑤—和睦山铁矿床；⑥—白象山铁矿床；⑦—姑山铁矿床

朱乔乔和谢桂青（2018）统计了大冶矿集区内 61个典型矿床的硫同位素数据，以每个矿床中硫化物的硫同位素平均值作为其代表值，结合每个矿床的空间坐标值，采用反距离加权插值法绘制成鄂东矿集区硫同位素等值线图（图7）。由图可以看出，位于东部低值区的矿床主要为矽卡岩型铁铜矿或矽卡岩型铜（钨/钼）矿，而位于西部高值区的矿床主要为矽卡岩型铁矿。在西部高值区出现了两个明显的硫同位素正值浓集中心，且规模大、强度高，还具有一定的分带性（图7），自北向南依次是金山店矿田和灵乡矿田，其中前者与金山店石膏分布区范围基本一致。

2.2 膏盐与矽卡岩铁矿石、脉石成分和蚀变围岩的关系

大冶矽卡岩铁矿钠化、钾化、钙镁化（透闪石化、阳起石化）和氯化（方柱石化、钠柱石化）、石膏化等围岩蚀变广泛发育、规模大。铁矿石的金属矿物主要为磁铁矿，次为赤铁矿、假象赤铁矿、菱铁矿、黄铁矿、黄铜矿、磁黄铁矿；脉石矿物主要为石膏、绿色云母、透辉石、方解石、铁白云石和石英，局部见绿泥石、阳起石等。矿床中石膏特别发育，分布广泛，在局部地区富集形成石膏矿和天青石矿 （图6）。大冶程潮矽卡岩铁矿流体包裹体盐度高，发育石膏、磁铁矿和黄铁矿等子矿物（Li et al， 2019）。

邯邢式矽卡岩铁矿近矿岩体的钠质交代作用十分强烈，主要是钠长石化，其次为方柱石化。矽卡岩主要为透辉石-方柱石矽卡岩。矿石矿物主要为磁铁矿，含少量赤铁矿、黄铁矿、黄铜矿等；脉石矿物主要有石膏、透辉石、透闪石、蛇纹石、金云母、白云石、方解石，次为阳起石、绿泥石和石英等。矿床中石膏发育，部分地段富集形成石膏矿体。

矽卡岩铁矿及蚀变岩石中大量增加的碱金属 （Na、K）、碱土金属（Ca、Mg）和矿化剂（Cl、F、CO₂、 SO₄）等正是膏盐层的主要成分。矿化蚀变岩石和矿物中 Na 和 Cl 含量异常高，反映了岩浆对含膏盐地层的同化。这些碱金属和卤素元素是铁离子迁移搬运的重要络合剂，与铁矿化关系密切。

2.3 膏盐层控矿的硫同位素证据

矽卡岩型铁矿中普遍存在石膏等硫酸盐矿物。在硫酸盐-硫化物体系中，硫酸盐强烈富集³⁴S，硫化物刚好相反。如果矿床中的硫主要来自深源岩浆， δ³⁴S_{∑S V-CDT} ≈0，根据质量平衡，在硫酸盐和磁铁矿/赤铁矿普遍存在的情况下，硫化物的δ³⁴S_V-CDT为很低的负值（Ohmoto and Rye，1979）。大冶金山店和程潮矽卡岩型铁矿中硫化物的 δ³⁴S_V-CDT 值异常高，为 10.3‰~20. 0‰，平均值分别为 17.1‰ 和 13.8‰，远离幔源硫的分布范围；铁矿中石膏的δ³⁴S_V-CDT值普遍较高，为18.9‰~30.8‰，平均值分别为26.76‰ 和 24.78‰（舒全安等，1992；陈洪新，1993；苏欣栋等，1994；朱乔乔等，2013； Xie et al.，2015；朱乔乔和谢桂青，2018），与区内中下三叠统膏盐层中硬石膏的δ³⁴S_V-CDT值（28. 0‰~28.2‰）相似（储雪蕾等，1986），指示矿床中的硫主要来自区内中下三叠统膏盐层。根据大冶金山店铁矿硫酸盐-硫化物矿物对的硫同位素组成计算出来的成矿系统中总硫的δ³⁴S_{∑S V-CDT} =22‰（朱乔乔等，2013），成矿溶液中的硫80%来自膏盐层，矿床中石膏的硫90%以上来自膏盐层，与推测结果完全一致。

邯邢式矽卡岩型铁矿中也普遍含有黄铁矿和石膏等，铁矿与硫铁矿密切共生。铁矿中硫化物的 δ³⁴S_V-CDT值普遍较高，大部分分布在 11‰~19‰ 之间，平均约 16‰（赵瑞，1986；蔡本俊等，1987；徐文忻和陈民扬，1987；章百明等，1996；王艳娟等， 2011），与幔源硫的同位素组成明显不同。在已知的成矿条件下，幔源岩浆硫（δ³⁴S_{∑S V-CDT} ≈ 0）无论如何都不可能演化出如此高的 δ³⁴S_V-CDT值。邯邢地区与铁矿密切共生的中奥陶统硬石膏岩的 δ³⁴S_V-CDT值普遍较高，为 21.3‰~31.6‰，平均 27.9‰（N=35） （赵瑞，1986；蔡本俊等，1987；徐文忻等，1987），因此邯邢式矽卡岩型铁矿中的硫主要来自中奥陶统膏盐层。邯邢地区不仅矽卡岩铁矿中硫化物的 δ³⁴S_V-CDT值异常高，符山、武安和矿山村成矿岩体中的硫化物的 δ³⁴S_V-CDT 值也明显偏高，为 6.4‰~18.8‰，平均 12.2‰，表明成矿岩体在上侵过程中受到膏盐层的显著同化和混染，膏盐在岩浆阶段就已加入成矿系统。不同产状的石膏硫同位素组成略有差别，其中蒸发沉积石膏的 δ³⁴S_V-CDT值最高，为 21.3‰~31.6‰，平均27.9‰（N=35）；白色沉积变质型硬石膏的δ³⁴S_V-CDT值稍低，为27.2‰~27.6‰；热液成因硬石膏的δ³⁴S_V-CDT值最低，为21.3‰~25.5‰，其中淡紫色硬石膏的 δ³⁴S_V-CDT值为 21.3‰（蔡本俊等， 1987）。这表明，蒸发沉积石膏的硫同位素组成在变质过程中基本保持不变；在热液活动过程中由于部分岩浆硫等加入，造成热液石膏的δ³⁴S_V-CDT值小幅升高。若以 0‰ 值代表岩浆硫的硫同位素组成，以 27.9‰代表蒸发沉积石膏的硫同位素组成，根据质量平衡计算出溶液中膏盐硫所占比例为75%~90%，与大冶式矽卡岩型铁矿非常相似。

2.4 成矿机制与成矿模型

矽卡岩铁矿与玢岩铁矿成矿机理相似。铁矿的形成不仅需要丰富的Fe成矿物质、Cl^-、Na⁺ 等矿化剂，同时需要将 Fe²⁺ 氧化成 Fe³⁺。膏盐层富含 SO₄ ^2-、 CO₃ ^2-、Cl^-和Ca²⁺、Mg²⁺、Na⁺、K⁺ 等组分，不仅可以提供上述矿化剂，使成矿物质活化迁移；膏盐层还可以向岩浆-热液成矿系统提供氧化剂 SO₄ ^2-，使成矿熔体/溶液中铁高效氧化富集沉淀，这是形成大型矽卡岩铁矿的必要条件和关键因素，是矽卡岩型铁矿与膏盐层关系密切的根本原因（李延河等，2013，2014）。

在地壳深部岩浆房中炽热岩浆与膏盐层发生同化混染，向成矿系统提供氧化剂 SO₄ ^2-，使成矿系统氧逸度大幅提高，岩浆熔体中的 Fe²⁺ 被大量快速氧化成 Fe³⁺，Fe³⁺ 无法进入硅酸盐矿物晶格，而形成大量铁氧化物Fe₃O₄/Fe₂O₃和贫铁的透辉石等矽卡岩矿物（R₁-R₂）；SO₄ ^2- 则被还原，向成矿系统提供硫源 S^2-，S^2- 与 Fe²⁺ 结合形成 FeS₂。邯邢地区成矿岩体中硫化物的硫同位素组成很好地证明了这一机制。铁氧化物在硅酸盐熔体液相线温度之上大量提前形成有利于铁氧化物熔体的形成及铁氧化物熔体与硅酸盐熔体发生液态不混熔，熔离形成铁矿浆，在构造有利部位充填形成矿浆型铁矿床（Naslund， 1983）。

以溶液形式搬运的Fe²⁺ 遇到膏盐层氧化障时快速被氧化，生成铁氧化物和黄铁矿等沉淀（R₃），形成热液交代型/热液充填型铁矿床和共伴生硫铁矿。矽卡岩铁矿与共伴生硫铁矿具有相似的成矿机制，二者属于同一成矿系统。在同一个矽卡岩型铁矿床中，矿浆充填型和热液交代/充填型矿体可能同时存在，但矿浆充填型铁矿没有引起应有的重视。相对成矿溶液而言，铁矿浆/富铁熔体/富磁铁矿晶粥黏滞性强，难以长距离迁移。因此矿浆充填型矿体一般分布在成矿岩体附近，而热液交代-热液充填型矿体分布范围较广，可以在远离接触带的部位富集成矿。二者在空间上具有一定的分带性，在垂直方向上，矿浆充填型矿石带主要位于矿体的下部，向上逐渐过渡为热液交代型矿石带，在水平方向上，热液交代型矿石带往往位于成矿流体运移的前方（如余华寺矿床），有时呈月牙形分布（如铁子山矿床）（林新多等，1984）。

3 MVT型铅锌多金属矿床

MVT型铅锌多金属矿是指碳酸盐岩容矿，受地层层位（膏盐层）和构造双重控制的后生热液矿床，常共-伴生汞、锑、砷、金、银、锗等矿床，是铅锌多金属矿床的重要类型。成矿作用与岩浆活动关系不大，成矿温度相对较低。特提斯成矿带是世界最大 MVT铅锌多金属成矿带，发育一系列世界级超大型铅锌矿床。扬子地台周缘是中国最重要 MVT 型铅锌多金属低温成矿域。以云南会泽—毛坪铅锌矿为例简要介绍。

3.1 膏盐层对MVT铅锌矿产出层位的控制

扬子地台周缘 MVT 型铅锌多金属矿的区域分布严格受地层层位控制，同一矿集区内不同矿床往往赋存于同一层位之中，矿床中矿体受地层和构造双重控制。MVT 型铅锌多金属矿床的实际控矿层位主要就是膏盐层——一种含石膏的蒸发沉积碳酸盐岩建造。扬子地台周缘川滇黔地区 MVT 铅锌矿赋存层位与膏盐层的关系列于表1。

会泽铅锌矿床绝大部分矿体赋存于下石炭统摆佐组（C₁b），少量赋存于上泥盆统宰格组（D₃zg）； 而毛坪铅锌矿床Ⅰ号矿体赋存于上泥盆统宰格组 （D₃zg），Ⅱ号矿体赋存于下石炭统摆佐组（C₁b），Ⅲ 号矿体则赋存于上石炭统威宁组（C₂w）中（图8）。会泽矿床铅锌矿石品位整体较高（Pb+Zn 大部分为 25%~35%，局部品位可达 60%），伴生元素 Ge 已达工业品位；而毛坪矿床矿石品位主要为 13%~18%。会泽和毛坪铅锌矿矿石矿物组合简单，以闪锌矿、方铅矿和黄铁矿为主，脉石矿物主要为白云石、方解石和少量石英，局部可见重晶石。矿石结构包括自形—半自形粒状结构、交代结构、镶嵌结构、侵蚀结构等，构造主要有块状构造、浸染状构造和碎裂状构造等。围岩蚀变相对简单，常见的围岩蚀变为白云岩化、方解石化和黄铁矿化（张长青等，2005）。矿床内部虽然没有见到摆佐组（C₁b）和宰格组 （D₃zg）石膏矿，但矿区外围赋矿层位发育石膏矿，如威宁初都岩、奢基姑大唐组石膏矿（C₁d）、昭通巧家鲁纳田宰格组（D₃zg）石膏矿。石膏矿床呈层状与地层整合产出，厚几米至十几米，石膏多呈白色块状、纹层状。矿床外围石炭系大塘组膏盐层与矿区内石炭系摆佐组膏盐层可能为同期蒸发沉积产物，只是不同地区地层划分略有不同而已。

1 —地层代号；2—断裂；3—地层界线；4—矿体及其编号

3.2 膏盐层控矿的硫同位素证据

会泽矿床矿石硫化物的 δ³⁴S_V-CDT值为 11. 0‰~20. 0‰，多数集中在 13. 0‰~17. 0‰，平均 14.7‰ （表2，图9a）。会泽铅锌矿床中重晶石等硫酸盐矿物极为少见，几乎全部以硫化物形式存在，而且规模很大，因此，硫化物的δ³⁴S平均值大致可代表成矿流体的总硫同位素组成 δ³⁴S_∑S。石炭系摆佐组和大塘组碳酸盐岩地层中微量硫酸盐的 δ³⁴S_V-CDT 值为 10.4‰~18.6‰，平均 13.1‰；矿区外围石炭系膏盐层中石膏的 δ³⁴S_V-CDT 值为 12.9‰~17.1‰，平均 13.6‰，与石炭系碳酸盐岩中微量硫酸盐的δ³⁴S_V-CDT 值几乎完全一致（图9c）。毛坪矿床矿石硫化物的 δ³⁴S_V-CDT值与其赋存层位密切相关，赋存于摆佐组 （C₁b）的矿石硫化物的 δ³⁴S_V-CDT值为 7.1‰~17.5‰，平均 12.8‰，较会泽矿石硫化物的值稍低，与石炭系碳酸盐岩地层中微量硫酸盐和石膏的值一致；赋存于宰格组（D₃zg）的矿石硫化物的 δ³⁴S_V-CDT 值为 18.3‰~22.7‰，平均 21.1‰，与赋存于摆佐组 （C₁b）的矿石硫化物的值和会泽矿床矿石硫化物的值明显不同（图9b）。矿区外围宰格组（D₃zg）膏盐层中石膏的 δ³⁴S_V-CDT 值为 21.9‰~25.9‰，平均 23.6‰，与毛坪矿床宰格组（D₃zg）矿石硫化物的值相似（图9c）。通过对比会泽、毛坪矿床中不同赋矿层位矿石硫化物、石炭系等不同层位碳酸盐岩中微量硫酸盐和矿区外围不同时代膏盐层中石膏的硫同位素组成及变化规律，提出会泽、毛坪铅锌矿床矿石硫化物中的硫主要来源于赋矿层位膏盐层中石膏硫酸盐的原地热还原（TSR）。其中会泽铅锌矿的硫绝大部分来自石炭系膏盐层，只有10％的硫来自下伏的宰格组膏盐层；毛坪铅锌矿床中赋存于宰格组的矿体，矿石硫主要来自宰格组膏盐层，而赋存于摆佐组的矿体，矿石硫主要来自摆佐组膏盐层，即膏盐层是在原地被还原的。

3.3 赋矿层位和矿床中的碳质和有机质

扬子地台周缘 MVT 型铅锌矿中炭质和有机质广泛发育，这也是MVT型铅锌矿的一大特色。MVT 型铅锌矿中炭质和有机质的存在形式主要有 3 种，一是赋矿层位内部或上下层位普遍发育的黑色含炭质泥页岩，有的含矿地层中有机质含量高达 2.83%，并出现硬质沥青（陈士杰，1986），二是铅锌矿和蚀变围岩中广泛发育粒状、鳞片状及细脉状沥青，与铅锌等硫化物共生，三是铅锌矿中广泛存在有机包裹体、油气包裹体（张长青等，2010）。例如，会泽铅锌矿体下盘下石炭统大塘组黑色炭质灰岩，毛坪铅锌矿下部煤层（小法路煤矿）（图10）；四川赤普铅锌矿集区的筇竹寺组黑色炭质粉砂岩（吴越等，2013）；花垣矿集区内的下寒武统牛蹄塘组黑色含炭泥岩（周云等，2018）等。含炭质泥页岩是重要还原障，向成矿系统提供 C、CH₄、有机质等还原剂，使膏盐层中硫酸盐还原形成 H₂S，向成矿系统提供硫源，含炭质泥页岩也是重要的隔水层，将富含硫化氢的成矿流体密封在成矿穹隆中，避免成矿流体大量流失，是 MVT 铅锌矿成矿的关键因素（韩润生等，2006；王磊等，2016）。

3.4 成矿机制与成矿模型

会泽和毛坪铅锌矿床中赋存于同一层位的矿石硫化物的硫同位素变化很小，特别是会泽铅锌矿硫化物的 δ³⁴S_V-CDT值变化更小，极差只有 5.7‰。如果石膏硫酸盐边还原，硫化物边沉淀，最初形成的硫化物的δ³⁴S_V-CDT值应很低，而最后形成的硫化物的 δ³⁴S_V-CDT值应很高，因此矿床中硫化物的δ³⁴S_V-CDT值变化范围应很大。假设会泽铅锌矿硫酸盐还原和硫化物沉淀的温度为 250℃（平均成矿温度），根据石膏的δ³⁴S_V-CDT值（13.6‰）和硫酸盐-黄铁矿之间的硫同位素分馏公式（10³ Lnα _{硫酸盐－黄铁矿}＝2.76² ×10⁶ /T² ±1） （Ohmoto and Rye，1979），计算出黄铁矿的δ³⁴S_V-CDT值为-14.2‰，与会泽铅锌矿中黄铁矿的 δ³⁴S_V-CDT 值 （15.4‰）截然不同。这表明硫酸盐还原与硫化物沉淀不是同时进行的。

建立膏盐层-有机质-MVT 铅锌矿三位一体二阶段成矿模型（图11）（任顺利等，2018）。第一阶段膏盐层中石膏在原地与沉积物中的有机质和甲烷等发生热化学反应，石膏全部被还原形成H₂S，有机质被氧化形成 CO₂。H₂S和 CO₂具有酸性，使碳酸盐岩围岩发生溶蚀，扩大碳酸盐岩孔隙和构造裂隙，形成溶洞等，为成矿提供空间（李厚民和张长青， 2012），同时发生大规模白云石化（图11a）。石膏硫酸盐热还原产生的 H₂S 储存在层间构造裂隙或石膏/碳酸盐溶蚀形成的岩溶洞穴之中，向成矿系统提供还原S²。黄铁矿、闪锌矿、闪锌矿等金属硫化物溶度积极小，储存 H₂S 的穹隆和溶洞构成 Pb、Zn 等成矿物质捕集阱。第二阶段淋滤了深部基底和围岩中 Pb、Zn 等金属成矿物质的氧化性成矿流体（黄智龙等，2004；罗大锋等，2012）沿着构造裂隙通道上升与储存在层间裂隙或溶洞之中的富含H₂S的流体混合，形成黄铁矿、方铅矿和闪锌矿等富集沉淀，形成高品位矿石（图11b）。在这种条件下，不同硫化物之间的硫同位素分馏相对较小，硫同位素分布相对集中，同时沉淀形成的硫化物之间更容易达到硫同位素平衡，与实际观测结果一致。

a—成矿第一阶段；b—成矿第二阶段

1—上二叠统峨眉山玄武岩（P₂β）；2—下二叠统页岩（P₁）；3—上石炭统马平组灰岩（C₂m）；4—上石炭统威宁组灰岩（C₂w）；5—下石炭统摆佐组白云岩（C₁b）；6—下石炭统大塘组页岩（C₁d）；7—中上泥盆统白云岩（D_2-3）；8—中上泥盆统页岩（D_2-3）；9—寒武系砂页岩（∈）；10—上震旦统灯影组白云岩（Z₂d）；11—中元古界昆阳群（Ptk）；12—岩溶洞穴；13—断裂；14—矿体；15—成矿流体

4 结论

（1）膏盐层富含 SO₄ ^2-、Cl^-、CO₃ ^2-、Na⁺、K⁺ 等盐类物质和H₂O，可以向成矿系统提供氧化剂（SO₄ ^2-）、矿化剂（Cl^-、CO₃ ^2-、Na⁺、K ⁺ 等）、还原硫（S^2-）和 H₂O 等，是形成玢岩型铁矿（IOA）、矽卡岩型铁矿、MVT型铅锌矿、岩浆型Ni-Cu-PGE硫化物矿和部分热液铀矿的关键因素。

（2）膏盐层的加入可大幅提高玢岩/矽卡岩成矿岩浆系统的氧逸度，将熔体中 Fe²⁺ 氧化成 Fe³⁺，使铁氧化物在固结线之上大量提前形成，是岩浆发生液态不混熔，形成矿浆型富铁矿的必要条件。膏盐层向岩浆-热液成矿系统提供氧化剂（SO₄ ^2-），将熔/流体中Fe²⁺ 氧化成Fe³⁺ 富集形成铁矿床的同时，SO₄ ^2- 自身被还原为S^2-，与Fe²⁺ 结合形成硫化物矿床，建立膏盐层-玢岩/矽卡岩铁矿-硫铁矿三位一体成矿模型和双层成矿结构找矿模型，推动找矿取得重大突破。

（3）MVT铅锌多金属矿床的区域分布严格受膏盐层控制，膏盐层中SO₄ ^2- 被地层中有机质等还原形成H₂S，储存在容矿空间，沿逆冲推覆构造上升的富含 Pb、Zn 的成矿溶液与之混合，S^2- 与 Pb²⁺、Zn²⁺ 等结合富集形成高品位铅锌多金属矿床。建立膏盐层-有机质-铅锌矿三位一体二阶段成矿模型。

参考文献