牛角塘硫化矿田中的生物标志物特征：探究有机物在矿床形成中的作用

《Marine and Petroleum Geology》：The Biomarker Signatures in the Niujiaotang Sulfide Ore Field: Exploring the Role of Organic Matter in Ore Formation

基于Niujiaotang铅锌矿床固体沥青的生物标志物研究，揭示了有机质热演化与TSR成矿作用的关联性。通过分析饱和烃/芳烃指纹及碳同位素数据，确认有机质源自下寒武统海洋藻类/细菌沉积烃源岩，热成熟度达150℃以上，符合TSR所需的过成熟烃类还原环境。显微观测显示沥青与硫化物、碳酸盐共生，支持烃类通过TSR提供还原硫驱动铅锌沉淀的成矿模型。该研究为MVT型矿床成因及油气成矿系统分析提供新证据。

　　Niujiaotang地区的MVT型Pb-Zn矿床是中国西南部重要的金属矿藏之一，其锌储量高达0.35亿吨，镉储量约为5.3千吨。这些矿床的形成与多种地质过程密切相关，其中包括热液活动、硫化物沉淀以及有机质的参与。尽管以往的研究已经揭示了有机质在矿化过程中可能扮演的重要角色，但具体有机地球化学证据仍然较为有限。因此，本研究首次对矿床围岩中固态沥青的生物标志物进行了综合分析，以明确有机质的来源、其热演化过程以及与成矿之间的关系。

研究发现，固态沥青中的生物标志物分布显示出轻微的生物降解迹象，表明其在地质过程中保持了较为可靠的信息。这些信息包括原始有机质的来源以及其成熟度。通过多种成熟度指标的分析，研究确定固态沥青处于过成熟阶段（>150°C），这一温度条件符合热化学硫酸盐还原（TSR）所需的热力学环境。TSR是一种重要的硫化物沉淀机制，其关键在于有机质在高温高压条件下释放出还原性硫，从而将沉积层中的硫酸盐转化为硫化氢（H?S）。这一过程对于Pb-Zn矿床的形成至关重要，因为硫化氢是金属沉淀的重要介质。

通过对饱和和芳香族烃类指纹的分析，结合碳同位素数据，研究进一步确认了固态沥青的来源。结果显示，这些有机质主要来源于寒武纪早期的沉积岩，其生物来源以海洋藻类和细菌为主，仅有少量的陆源高等植物贡献。这一发现不仅为理解矿床的成因提供了新的视角，也强调了有机质在成矿过程中的重要性。此外，研究还发现二苯并噻吩系列化合物的相对丰度（5.84–9.54%，平均7.27%）显著高于联苯类化合物（1.77–7.01%，平均4.62%），这一分子证据表明TSR反应在矿床形成过程中起到了关键作用。

研究进一步指出，固态沥青与硫化物和碳酸盐矿脉的宏观共生现象，以及在闪锌矿和方解石中发现的微观烃类包裹体，均支持TSR模型的正确性。这些有机地球化学证据不仅深化了对MVT型矿床成因机制的理解，也凸显了将石油系统分析纳入类似Pb-Zn矿床勘探流程的重要性。通过整合有机质和金属矿化之间的相互作用，研究为未来类似矿床的勘探提供了新的思路和方法。

本研究的背景源于对金属成矿过程中有机质作用的日益关注。近年来，越来越多的证据表明，含烃流体在金属成矿过程中发挥着多方面的作用。这些作用包括：（1）激活源区中的金属元素，使其更容易迁移和沉淀；（2）作为金属携带的络合物进行迁移；（3）直接或间接提供还原性硫，用于金属的沉淀。然而，目前的研究主要依赖于无机地球化学数据，忽视了有机地球化学标志物所提供的关键信息。因此，本研究通过分析固态沥青中的生物标志物，填补了这一研究空白。

生物标志物，也被称为“地球化学化石”、“分子化石”或“指纹化合物”，是指在沉积岩中保存下来的有机分子，它们保留了其生物前体的分子结构特征。这些分子可以作为重建有机质演化历史的有力工具，同时也能够反映原始有机质的来源。生物标志物在地质学中的应用非常广泛，包括古环境重建、有机源识别、热成熟度评估、烃源岩与油气的关联分析，以及作为热化学硫酸盐还原（TSR）的指示物。通过这些应用，生物标志物为石油系统分析提供了重要的支持。

Niujiaotang地区的MVT型Pb-Zn矿床位于扬子地块西南缘的东贵州段，地处扬子与华夏地块的交汇地带，位于江南造山带西缘的雪峰山隆起区。这一区域的地质基础主要由变质的班溪群和花岗岩质的思茅群构成，其上覆盖着从震旦纪到新生代的沉积岩层。矿床的形成与区域构造活动密切相关，尤其是在碳酸盐台地和蒸发岩沉积的背景下，热液活动为金属沉淀提供了必要的条件。

为了确保研究的代表性，研究团队在清溪塘锌矿的沥青层中采集了大量样品。最终，选择了六份具有代表性的样品，并将其送至中国石油大学（北京）的国家油气资源与勘探实验室进行综合分析。这些样品不仅用于确定氯仿沥青“A”的定量分布及其家族组成，还用于分析其热演化特征和生物来源。氯仿沥青“A”是固态沥青中常见的有机组分，其浓度在样品中变化较大，范围从0.0037%到0.0066%，平均值为0.0050%。这一浓度范围表明，固态沥青中的有机质含量相对较低，但其分子组成仍然能够提供重要的信息。

氯仿沥青“A”的家族组成分析显示，沥青质（asphaltenes）的含量在27.78%到36.36%之间，平均值为33.09%；饱和烃（saturated hydrocarbons）的含量在10.81%到25.93%之间，平均值为16.92%；芳香烃（aromatic hydrocarbons）的含量在8.11%到16.67%之间，平均值为11.29%；而非烃类物质（non-hydrocarbons）的含量则在14.81%到38.78%之间，平均值为27.31%。这些数据表明，固态沥青中的有机质主要由沥青质和饱和烃组成，芳香烃和非烃类物质的含量相对较低。这一分布特征与寒武纪早期沉积岩的有机质来源相符，进一步支持了TSR模型的正确性。

研究还探讨了热液改造对生物标志物的影响。尽管这些样品来源于矿床围岩，但热液活动可能会对有机质的化学特征产生影响。Xu等人（2024）对经历强烈热液改造的样品与未受热液改造的样品进行了比较，发现热液改造通常会导致有机质出现显著的化学变化，例如某些生物标志物的丰度增加。然而，在本研究中，固态沥青样品显示出的生物标志物分布并未受到明显的热液改造影响，仅存在轻微的生物降解现象。这一发现表明，这些样品能够可靠地保留原始有机质的信息，为研究提供了高质量的数据支持。

通过综合分析，研究团队得出了一些重要的结论。首先，固态沥青样品中生物标志物的分布表明，有机质在矿床形成过程中经历了较长时间的演化，其成熟度达到过成熟阶段，这符合TSR所需的热力学条件。其次，生物标志物的分子组成显示出与寒武纪早期沉积岩相似的特征，表明这些有机质来源于海洋环境，而非陆源环境。这一发现为理解矿床的成因提供了新的视角，同时也强调了有机质在金属沉淀过程中的重要性。最后，研究指出，TSR反应在矿床形成过程中起到了关键作用，其分子证据包括二苯并噻吩系列化合物的相对丰度显著高于联苯类化合物。

这些发现不仅加深了对MVT型矿床成因机制的理解，也为未来类似矿床的勘探提供了重要的指导。通过整合石油系统分析与有机地球化学研究，可以更全面地揭示金属成矿过程中的有机质作用，从而提高勘探的成功率。此外，本研究还强调了生物标志物在揭示有机质来源和演化过程中的重要性，为后续研究提供了新的思路和方法。

在研究过程中，团队还注意到一些未被引用的参考文献，例如Cai和Zhao（2016a）、Wang等人（2017b）和Wang等人（2019）的研究成果。这些文献可能为本研究提供了重要的背景信息和方法支持，但由于某些原因未被引用。尽管如此，本研究仍然基于现有的数据和方法，取得了重要的突破。

最后，研究团队对所有参与本研究的人员表示了感谢。他们特别感谢客座编辑蔡春芳教授以及两位匿名审稿人的宝贵意见和建议，这些意见和建议对提高论文质量起到了重要作用。此外，研究团队还感谢贵州地质矿产资源局104地质队和大梁锌矿的工作人员在野外工作中的大力支持和指导。本研究得到了国家自然科学基金的资助，这为研究的顺利进行提供了必要的资金支持。

综上所述，本研究通过分析Niujiaotang地区MVT型Pb-Zn矿床围岩中的固态沥青生物标志物，揭示了有机质在矿床形成过程中的关键作用。研究不仅为理解MVT型矿床的成因提供了新的证据，也为未来类似矿床的勘探提供了重要的方法和思路。通过整合有机地球化学和石油系统分析，可以更全面地揭示金属成矿过程中的有机质作用，从而提高勘探的效率和成功率。