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潘忠飞1,2，付勇1,2，郭川1,2，施春华1,2，刘灵3，刘阳1,2，龙珍1,2，罗培麒1,2，刘国栋1,2，姚兰1,2，杨颖1,2，杨黔闽1,2 2 喀斯特地质资源与环境教育部重点实验室 3 贵州省地质矿产勘查开发局一〇一地质大队 第一作者：潘忠飞，硕士研究生，地球化学专业。 通讯作者：付勇，博士，教授，主要从事矿床地球化学及相关研究。 重晶石广泛应用于化工，石油，建材，医药等行业。全球超过95%的钻井泥浆加重剂都是选用的重晶石，“物美价廉”，属于尚无其它替代的重要矿产资源。一直以来，重晶石都是中国的优势矿产，但近年来重晶石的开发利用使其从优势矿产逐渐转变为紧缺矿产，已建议列入中国的战略性非金属矿产名录。重晶石全球范围内广泛分布，重晶石矿床具有形成时代多、元素来源复杂、成矿作用多样等特点，目前有关重晶石矿床的成因仍存在争议。文中系统分析国内外研究成果，厘定了不同类型的典型矿床、成矿时代规律，探讨了不同类型矿床中成矿元素来源、成矿作用及成矿机制。重晶石矿可分为沉积型、岩浆热液型、层控型、火山-沉积型和风化（残积）型，主要分布在特提斯成矿域和劳亚成矿域，其他地区主要是冈瓦纳成矿域和环太平洋成矿域，其中沉积型是最主要的成矿类型，占重晶石矿床的60%以上；成矿时代主要为古生代和中生代，赋矿岩系以沉积岩为主，其次为岩浆岩；成矿物质来源具有多源性、多样性、差异复合性等特点；成矿机理复杂，具有多阶段性、多因素等特点。基金项目：本文得到国家自然科学联合基金资助项目（编号：U1812402）、国家自然科学基金项目（编号：42063009）、中国地质调查局中国矿产地质志项目（编号：DD20160346，DD20190379）、贵州省人才基地资助项目（编号：RCJD2018-21）、黔地矿研科合{2021}24号及贵州大学大学生“SRT计划”项目联合资助。 0 引言 1 重晶石矿床的时空分布 2 矿床类型和基本特征 2.1 沉积型重晶石矿床 2.2 风化（残积）型重晶石矿床 2.3 岩浆热液型重晶石矿床 2.4 层控型重晶石矿床 2.5 火山-沉积型重晶石矿床 3 成矿元素来源 3.1 硫的来源 3.2 钡的来源 3.3 矿床成因 4 结论与展望 重晶石是一种重要的非金属原料矿物，化学性质稳定，不溶于水和盐酸，无磁性和毒性，具有化学惰性。重晶石矿是以硫酸钡（BaSO4）为主要成分的非金属矿产，广泛应用于化工，石油，建材，医药等行业。一直以来，重晶石都是中国的优势矿产，但近年来重晶石的开发利用使其从优势矿产逐渐转变为紧缺矿产，且重晶石被列入中国的战略性非金属矿产名录。目前，学术界主流观点认为世界上发现的重晶石矿床有5种类型：按照矿床成因可划分为沉积型、热液型、层控型、火山-沉积型和风化（残积）型，其中层控型和沉积型在矿床成因上有一定的叠加。重晶石的成矿时代以古生代为主，热液型主要分布在奥陶纪、泥盆纪和三叠纪地层中，通常与其他金属矿产共生；层控型主要受到古生界寒武系—奥陶系富钡碳酸盐岩围岩的断层裂隙控制；火山-沉积型矿床形成于元古宙，多为大型伴生矿床；风化（残积）型主要由以碳酸盐岩和碎屑岩为含矿围岩的重晶石矿床风化形成，呈松散堆积物形式。据统计，沉积型重晶石矿床占总资源量的60%以上，热液型重晶石矿床占比超过总资源储量的20%以上，是目前最为重要的重晶石矿床类型。在已有的研究中，对重晶石矿床的研究多集中在单个矿床或者单一类型的成矿区带上，缺乏对全球性、区域性的成矿规律总结，从而在一定程度上制约了进一步找矿勘查工作的开展。因此本文分析了重晶石矿床地质特征、时空分布规律、成矿机制和物质来源，进一步总结了控矿因素和成矿机理，为下一步找矿勘查工作提供科学依据。全球重晶石资源较为丰富，在时间上和空间上存在显著的不均一性。重晶石矿床的分布及基本特征如表1所示，主要集中在特提斯成矿域、劳亚成矿域、冈瓦纳成矿域和环太平洋成矿域（图1）。表1 全球主要重晶石矿床、矿点及基本特征 图1 全球重晶石主要分布(数据来源于表1参考文献) 重晶石矿床主要形成于古生代，其次为中生代和新生代（图2）。冈瓦纳成矿域重晶石矿床主要形成于三叠纪和石炭纪；环太平洋成矿域重晶石矿床主要形成于晚古生代；劳亚成矿域重晶石矿床形成于震旦纪—早寒武世过渡期，其次为晚古生代；特提斯成矿域重晶石矿床主要形成于寒武纪，其次为泥盆纪、二叠纪和三叠纪，缺乏中生代以后的矿床（表1）。图 2 全球重晶石矿床类型及时代分布 冈瓦纳成矿域重晶石矿床主要分布在印度南部，矿床类型多为沉积型，典型矿床有Sargur重晶石矿床和Manganpet重晶石矿床；环太平洋成矿域重晶石矿床主要分布在美国内华达州、墨西哥和中国，以沉积型矿床为主，典型矿床有美国Nevada重晶石矿床、墨西哥SierradeSantaRosa重晶石矿床和福建省李坊重晶石矿床；劳亚成矿域重晶石矿床主要分布在中国的大部分地区和美国东部地区，以沉积型为主，其次为岩浆热液型，典型矿床有美国阿肯色州层状重晶石矿床、秦岭-大巴山重晶石矿床和湘黔地区大河边重晶石矿床（图3）；特提斯成矿域重晶石矿床主要分布在德国、摩洛哥、土耳其和伊朗，沉积型和岩浆热液型均有产出，沉积型矿床主要分布在土耳其西部地区的Sarkikaraagac矿床Huyuk矿床和东部地区Onsen矿床，热液型矿床以伊朗Badroud矿床和Chenarvardeh矿床为典型矿床。图3 中国重晶石矿床分布简图(据李春阳等，2010修改) 重晶石矿床类型按照不同矿床成因、产出形式和物质来源等特征可分为：①沉积型重晶石矿床，即在成矿环境中，在海相或湖相水体中沉积形成的矿床，具体类型可为成岩沉积、冷泉沉积、生物沉积或海底热液沉积，多为同生成因矿床；②岩浆热液型重晶石矿床是指在一定的断陷盆地或者构造活动带中岩浆结晶冷凝分异产生的含矿气水热液，在含矿岩体附近经过交代、充填作用形成的矿床。矿床的物质来源与岩浆岩具有密切关系，主要为岩浆岩析出的气水热液携带，具有热液矿床的成矿专属性特征；③层控型重晶石矿床是指与岩浆活动无直接关系，主要产于沉积岩地区，矿石建造与沉积岩有关联性的热液矿床。该矿床的物质来源主要为下伏地层和围岩中的含矿物质，形成于某一特定的地层中，矿床常具有成群成带展布和一定的“层”、“相”、“位”集中的特点，具有外生成因和内生成因矿床的复合特点，其成矿过程具有复杂性和多阶段性。矿体与岩浆侵入体关系一般不明显；④火山-沉积型重晶石矿床是指在火山喷发作用晚期及不同火山旋回的间歇期，大量的火山气液和围岩之间及其他气液之间发生复杂的相互作用，在有利地质作用下，促使有用组分改变和沉淀形成的矿床，形成了矿体埋藏浅、成矿温度低等特征，重晶石常以伴生矿体产出，在矿床附近具有明显的围岩蚀变现象；⑤风化（残积）型重晶石矿床是指形成于原生重晶石矿床附近，受到表生地质作用影响，使原生重晶石风化破碎，剥蚀搬运到低洼地区堆积形成的一类重晶石矿床，属于典型后生成因矿床。积型矿床是指在特定的地台边缘附近，由于各种地质作用的影响，携带大量的含Ba流体与海水中的硫酸盐发生反应，在强还原环境中进行富集沉积的重晶石矿床。矿床主要形成于沉积盆地碳酸盐岩、硅质岩和黑色岩系中，呈似层状和透镜状产出（图4）；主要矿物为重晶石，次要矿物为石英，其他矿物有方解石、黄铁矿、钡冰长石等；沉积结构明显，具有条带状、结核状、豆状和缝合线构造等；矿床形成时代多为古生代，其次为中生代。沉积型重晶石矿床分布广泛，如美国内华达地区、土耳其和加拿大西北部及中国的湘黔桂地区等。图4 典型重晶石矿床地层柱状图(据詹柏松等，1985；李远志，2013；邹灏，2017；Derakhshi et al.，2020；李岩等，2020；王富良等，2020) 1—白云岩；2—灰岩；3—生物碎屑灰岩；4—亮晶灰岩；5—页岩；6—硅质岩；7—重晶石硅质岩；8—板岩；9—硅质结核；10—黏土岩；11—凝灰质粉砂岩；12—变质粉砂岩；13—石英千枚岩；14—千枚岩；15—石英砂岩；16—砂岩；17—角砾凝灰岩；18—流纹质角砾凝灰岩；19—层状流纹质角砾岩；20—安山岩；21—流纹岩；22—花岗岩；23—辉绿岩；24—超基性岩；25—重晶石矿层；26—重晶石透镜体 美国Nevada重晶石成矿带形成于上泥盆统北美大陆边缘洋盆和大陆隆升环境的深水相，位于大陆构造断裂带附近（图5）。赋矿围岩以层状碳质黑色页岩、硅质岩和深灰色或黑色碳酸盐岩组成。矿体呈透镜状产出，矿石主要矿物有重晶石，见少量黄铁矿。具有定向排列规律，见滑塌、浊流和碎屑流的构造特征，具有大陆边缘型沉积矿床特征。最近研究表明，该矿床Sr同位素值（0.70803~0.71064）要高于同时期海水中Sr同位素值，La/Ce比值显示重晶石矿床为生物成因，δ34S值为+20.9‰~+56.3‰高于同时期海水中硫酸盐的值（+10.0‰~+20‰）。图5 美国内华达重晶石矿床分布图(据Poole，1988) 土耳其garkikaraagag矿床位于土耳其西部地区，是土耳其最大的沉积型重晶石矿床，赋矿围岩为寒武系—泥盆系碳酸盐岩（图6），主要矿物由重晶石、方铅矿和黄铜矿组成，还有少量方解石、石英等矿物，矿体呈脉状产出，在围岩之间出现局部整合矿体。Cansu等（2020）通过对该矿床的Sr-S-O同位素研究，认为该矿床主要位于冷泉重晶石矿附近，成矿物质来源于古地壳，矿床的形成受到了造山运动和推覆构造的影响，使矿体形成于断裂构造带中。图6 土耳其重晶石矿床分布和构造单元简图(据Cansu et al.，2020) 天柱重晶石矿床发育在扬子地块东南缘断陷盆地中，分布在断裂带两翼，形成多个矿段（图7），为克拉通裂谷盆地中形成的沉积型矿床。矿体主要赋存于埃迪卡拉系—上寒武统的黑色碳质页岩和硅质岩建造中，矿体呈层状、似层状产出（图4）。许多学者认为矿床成矿物质主要来自海底热液。例如吴朝东等（1999）认为钡的来源主要为热液喷流，硫主要受到了沉积环境中的有机质和生物活动作用的影响；夏菲等（2004；2005）认为重晶石矿床的形成受到了海底热液物质和陆源物质的影响，钡来源于深部物质，硫主要为同时期海水硫酸盐来源，同时遭受到了硫酸盐还原菌作用的影响。杨瑞东等（2007）、魏怀瑞等（2012）和陈军等（2014）研究发现重晶石矿床具有海底喷流沉积构造，海底喷流沉积构造序列为天柱重晶石矿床的热水喷流成因提供了重要证据。同时Zhou等（2022）通过重新厘定天柱重晶石矿床的矿物学和地球化学同位素研究，认为天柱重晶石矿床是冷泉成因为主导的大规模沉积型矿床，沉积环境为沉积物—海水界面附近的硫酸盐甲烷过渡带（SMTZ）。图7 贵州天柱重晶石矿床区域地质图（据陈建书等，2011）图8 重庆东南部彭水地区构造纲要及重晶石矿点位置(据邹灏等，2016) 1—泥盆系—二叠系；2—二叠系—三叠系；3—震旦系—志留系；4—地质界线；5—断层；6—背斜；7—向斜；8—省界；9—重晶石矿点 风化（残积）型矿床是指在原生重晶石矿床附近，由于受到物理化学等作用，使原生重晶石机械破碎，搬运到低洼地区形成的重晶石矿床。主要形成于含重晶石硅质岩中或者是碳酸盐岩的未固结残积物中，矿物成分较为简单，主要以重晶石、石英为主，偶见黄铁矿、方解石等副矿物。矿体呈似层状、条带状及不规则状产出（李文光，1994），可分为残积块状、砂土状和坡积状重晶石。风化（残积）型重晶石矿的形成主要由于重晶石的化学性质稳定，不易被溶解和化学风化等特征决定的，是典型的外生成因矿床。 风化（残积）型重晶石矿床分布有限，主要分布在环太平洋成矿域，例如海南儋县冰岭重晶石矿床。矿床主要位于武夷—云开—台湾造山系，在区域上形成了北东向白沙坳陷构造带。矿体赋存于二叠系峨查组第四岩性段底部条带状含重晶石硅质岩之上，根据不同的结构构造可分为残积块状、砂土状和坡积状重晶石。岩浆热液型矿床是指在一定的构造作用下，含矿热液通过交代和充填作用在一定的地层中形成的矿床。含矿岩系主要为火山角砾岩、凝灰岩和泥岩中（图4），主要矿物为重晶石，次要矿物为石英、方解石、白云石和黄铁矿等，具有粒状、板状和压碎等结构构造，矿体受到构造作用、岩浆活动的影响，常以充填和交代的方式赋存于围岩中，围岩蚀变显低温特征，硅化、碳酸盐化普遍，成矿时代为白垩纪、侏罗纪以及奥陶纪、泥盆纪等，常常形成伴生矿床，成矿物质主要来源于镁铁质火山岩、钙碱性流纹质火山岩，具有多源性特点，是典型的后生矿床。矿床主要分布于构造活动带或者是造山带附近，如伊朗Chenarvardeh矿床、德国Schwarzwald矿床和新疆阿尔登可夕重晶石矿床等。伊朗Chenarvardeh矿床位于伊朗西部地区乌尔米尔-多赫塔尔岩浆带，形成于新特提斯洋俯冲到伊朗地块下的大陆弧环境中。赋矿围岩为上始新统火山碎屑岩和岩浆岩，主要矿物以重晶石为主，伴生矿物为石英、方解石、锰氧化物、方铅矿等金属硫化物。矿体呈透镜状、似层状产出，自形—半自形结构，矿床中Rb、Zr、Y、Ta等微量元素相对亏损QREE含量较低，具有明显的Ce负异常，显示出典型的岩浆热液特点。 阿尔登可夕重晶石矿床位于天山兴蒙造山活动带，成矿环境为滨海—碳酸盐沉积。赋矿地层为上奥陶统伊南里克组，围岩岩性为蚀变大理岩、石英脉和灰岩。主要矿物为重晶石，少量的毒重石、黄铜矿、方铅矿、闪锌矿，次生矿物为孔雀石等。矿体呈脉状、网脉状产出，他形粒状、半自形粒状结构，块状构造，绢云母化、石墨化、黄铁矿化和白云母化发育。在区域应力作用下，产生一系列断裂构造，热液从围岩萃取了成矿物质形成含矿热液，并从断裂通道上移到合适地段交代、充填于石英脉、蚀变大理岩内成矿，形成与构造岩浆热液有关的重晶石矿床。层控（内生）型是指受到地层层位的明显控制，含矿物质在某一特定的岩性中富集成矿，具有典型的“层”、“相”、“位”集中的特点，形成于盆地边缘或临近控制岩相突变带的同沉积断裂带，受到地层层位控制，呈层状或者脉状产出，多产于硅质岩、碳酸盐岩或者碎屑岩中（图4），围岩为形成于上寒武统—下奥陶统沉积地层，沉积环境为陆内裂谷的断陷碳酸盐岩盆地。围岩蚀变以硅化为主，矿体向上蚀变减弱，具有上厚下薄、上富下贫的矿化特征。成矿物质主要来源于矿层围岩或者深层含矿热卤水，形成了一个矿源层、含矿热液（热卤水）、容矿层和盖层构成的生、储、盖组合成矿系统，成矿物质具多源性，并且可能与陆源、深源和火山-气液相关，导致层控型重晶石矿床具有同生成因和后生成因的复合成矿体系，矿床主要分布在中国南秦岭—大巴山一带（图2、图9）。例如南庄坪重晶石矿床、彭水郎溪重晶石矿床等。图9 摩洛哥地质简图及重晶石矿床的位置图(据Azza，1998；Jebrak et al.，2011) 南庄坪矿床形成于准地台褶皱带，属于多期次构造活动间，赋矿围岩为奥陶系碳酸盐岩，主要矿物为萤石、重晶石，脉石矿物主要有方解石、褐铁矿和黄铁矿等金属硫化物，围岩蚀变主要为重晶石化、白云石化、方解石化和绢云母化。邹灏（2016）等研究发现重晶石矿床中具有明显的Eu正异常和Ce负异常，FREE为7.06x10-6~10.24x10-6，含量较低，HREE相对于LREE亏损，认为重晶石的物质来源主要是下伏沉积岩，岩浆流体并未参与成矿作用，成矿流体主要为蒸发岩中的热卤水。成矿环境为浅海陆棚沉积，地表水和海水受到了温度差和构造运动的作用，使下伏地层中的孔隙水和地下水形成了热卤水，它们在流体循环过程中淋滤矿源层，萃取成矿物质并汇聚到成矿热流体场，在构造运动和地层温压梯度的驱动下，致使富含Ba2+、Ca2+、Na+、F‒、Cl‒、so42-等离子的成矿热液沿构造带向上运移，运移到沉积盆地的构造裂隙中，海水和孔隙水中的硫酸盐充分融合，使Ba2+与硫酸盐发生化学作用并在碳酸盐岩地层中沉淀成矿。火山-沉积型重晶石矿床主要是指在海底火山活动过程中，含矿热液在海底环境中，由于上升流等地质作用，使成矿物质大陆边缘海相盆地中进行沉淀富集成矿。矿体与围岩界线明显，具有细粒状结构和纹层状构造，矿体呈透镜状条带状和细-微粒状产出（图4）。SO42-来源主要是海水硫酸盐中的还原硫，也存在地幔硫的加入，钡源主要是来自于地幔，其次为地壳。具有VMS型和SEDEX型成因。例如甘肃肃南桦树沟镜铁山重晶石矿床、伊朗Mishu重晶石矿床和摩洛哥Bouznika重晶石矿床等。Bouznika矿床形成于寒武系Lapetus裂谷边缘附近(图9)，赋矿围岩为寒武系OuedRhebar组镁铁质斑状安山岩，矿石矿物为重晶石、石英、黄铁矿，副矿物有绢云母、磷灰石和绿帘石，可见绢云母化、黄铁矿化，矿体呈网脉状、层状产出，重晶石δ34S值介于31.11‰~32.44‰之间，与下寒武统蒸发岩的硫同位素组成相近，高于相邻的其他重晶石矿床，认为下寒武统蒸发岩在重晶石的成矿过程中起到了一定的作用，硫酸盐主要来源于早寒武世海水中，Pb同位素值位于造山带曲线下部，且206Pb/204Pb中放射成因较少，U-Pb同位素年龄为540~530Ma，沉积环境为强烈地幔—地壳组合的动力学环境，重晶石矿床为同生成因的火山喷流沉积。铁镜山桦树沟伴生重晶石矿床位于北祁连西段加里东褶皱带中西部，赋矿围岩为长城系朱龙关群桦树沟组千枚岩和石英岩，主要矿物为镜铁矿和石英，次要矿物为赤铁矿、磁铁矿、重晶石、方解石和绢云母等，重晶石在铁矿层中上部以伴生形式产出。同时重晶石化是矿床中主要的围岩蚀变，并且铁矿石以Fe、Mn、Ba含量高为特征，稀土元素与北美页岩组合样的相近，有相似的REE绝对丰度及REE分馏特征，δ34S值为19.70‰~33.60‰，具有较高的δ34S值，显示其为海底喷流沉积与海水硫酸盐建造共同作用形成的火山-沉积型矿床。综上，在全球的重晶石矿床分布中，沉积型重晶石矿床主要形成于大陆裂谷和裂陷槽环境，钡来源与大陆裂谷相关，SO42-来源主要为硫化环境的生物、海水和海底气液，重晶石形成于海底喷发的气液活动阶段，或者是海水-沉积物界面附近。风化（残积）型重晶石矿床主要来源于原生重晶石矿床，成矿作用较为单一，主要受物理风化作用的影响。岩浆热液型重晶石矿床是在岩浆热液活动带或者浅海盆地相卤水蒸发岩环境中形成的，与围岩形成的时间和空间上相比具有滞后性，物源主要与镁铁质火山岩钙碱性流纹质火山岩相关。层控型重晶石矿床的成矿过程较为复杂成矿物质具有多源性多阶段性等特点。火山-沉积型重晶石矿床主要是以伴生矿床为主，其成矿元素多与伴生矿床密切相关。硫同位素组成能够有效的提供硫酸盐来源及其演化信息，利用硫同位素的组成能够有效的判断重晶石矿床的物质来源。全球代表性重晶石矿床中硫酸盐的δ34S值显示，硫酸盐与同时期海水的硫酸盐相关，且强烈富集重硫(表2，图10)，这表明重晶石在形成矿床的过程中发生了强烈的硫同位素分馏。能引起硫同位素分馏的2个过程是：一是生物作用引起的硫酸盐氧化还原形成有机硫、硫化物和挥发性含硫气体的过程；其次是硫酸盐无机还原为硫化物的过程。前者是重晶石形成过程中最主要的分馏方式，在重晶石形成期间硫酸盐还原细菌对亲硫同位素的新陈代谢速度要快于重硫，导致重硫同位素富集，当富钡流体通过扩散或者平流向沉积物中富含硫酸盐的部分迁移时，富钡流体与硫酸盐在一定层位发生富集并沉淀。对于后者来讲，主要形成过程温度需要在250℃以上才能引起硫同位素分馏，因此更多的硫同位素分馏是由生物作用引起的硫酸盐异化还原过程形成的，在墨西哥、摩洛哥、秘鲁等大型层状重晶石矿床中，重晶石在形成过程中主要经历了此类分馏，硫酸盐在还原过程中，重晶石通过将富含甲烷的钡和流体与微生物还原残余硫酸盐的孔隙水混合形成，继而在硫酸盐-甲烷过渡带(SMTZ)上发生沉淀和富集，成岩作用和冷泉成因相互作用形成重晶石矿床。生物作用引起的硫酸盐异化还原形成有机硫、硫化物和挥发性含硫气体的过程是沉积型重晶石形成过程中硫同位素主要的分馏过程。岩浆热液型重晶石矿床中的硫同位素值要普遍低于沉积型矿床中硫同位素的值(表2，图10)，主要是含矿热液通过构造活动带裂隙和断裂带通道向上运移到容矿地层中，受到后期的压实作用或含矿卤水的蒸发等地质作用的影响，含矿热液与海水中的硫酸盐或围岩萃取的硫酸盐混合沉积，最后富集成矿，硫同位素值要低于同时期的海水中硫酸盐的硫同位素值，表明矿床的富集和物源主要与镁铁质火山岩、钙碱性流纹质火山岩相关，并且成矿时间要晚于赋矿围岩形成的时间，属于后生成因矿床。风化(残积)型重晶石中硫同位素值的大小主要取决于原生重晶石矿床中硫酸盐的来源。在火山-沉积型和层控型矿床中，硫同位素值具有一定的差异性，反映出不完整的地层覆盖、地层不相连，海水硫酸盐的硫同位素值的区域变化性、成岩作用及物质来源的不同而形成的。 表2 全球代表性重晶石矿床87Sr/86Sr和δ34S值 图10 全球代表性重晶石矿床与同时期海水的硫同位素组成(数据来源于表2) 1—沉积型重晶石硫同位素；2—热液型重晶石硫同位素；3—层控型重晶石硫同位素；4—火山-沉积型重晶石硫同位素；5—同时期海水硫同位素 在钡的物质来源研究中，目前普遍是根据Sr同位素来进行示踪，因为重晶石中的Ba与Sr具有较高的亲和力，使得Sr在化学性质上与Ba具有相似性，因此放射性87Sr与非放射性86Sr的比值可用于确定重晶石矿床中Ba的来源。同样地，Sr同位素会根据物质来源表现出不同的地球化学特征。在现代海水中Sr的输入主要受到2个主要来源控制：①壳源，主要来源于大陆地表风化，由河流输送到海洋，其87Sr/86Sr比值较高，全球平均值为0.7119；②幔源，来自于大洋中脊热液循环系统中，主要从洋中脊进入海洋之中，87Sr/86Sr值较低，全球平均值为0.7035。重晶石的87Sr/86Sr值统计表明(图11)，沉积型重晶石矿床的87Sr/86Sr值介于幔源和壳源之间。对钡源的认识存在以下观点：刘家军等(2010；2014)认为Ba主要源自海底热液喷发；Xu等(2016)、Fernandes等(2017)认为钡源主要是海水和有机质降解在沉积物-海水界面或者硫酸盐-甲烷界面之上，并与海水硫酸盐富集成矿；Valenza等(2000)、陈宪等(2020b)认为Ba源主要是下伏地层的贡献，基底岩石属于大陆地壳；韩楚善等(2014)认为Ba源是热液喷流-生物作用复合成因形成的。因此，沉积型重晶石矿床中钡源主要来源于一个富钡的混合流体，沉积型重晶石矿床的物质来源具有多样性、差异复杂性等特点。图11 全球代表性重晶石矿床与同时期海水的87Sr/86Sr组成(数据来源于表2) 1一沉积型重晶石Sr同位素；2—热液型重晶石Sr同位素；3—层控型重晶石Sr同位素；4一火山-沉积型重晶石Sr同位素；5—同时期海水Sr同位素 全球代表性的重晶石矿床的Sr同位素组成表明，热液型重晶石矿床中87Sr/86Sr值均要高于同时期围岩中的87Sr/86Sr值，Ba主要与酸性侵入体和海水硫酸盐相关，与硫的来源基本一致。火山-沉积型重晶石矿床的钡源与岩浆热液型的钡源具有相似性，目前没有详细的研究。层控型重晶石矿床钡源可能与下伏地层和沉积期的火山-气液相关，并在一定的海相盆地环境进行沉淀和富集形成的，具有后生成因和同生成因共存的特点。重晶石的矿床类型较为复杂，具有多种矿床成因类型，根据不同矿床成因特征，总结出了以下重晶石矿床成矿机制(图12)。图12 重晶石矿床主要成矿机制模型 a.沉积型(据周锡强等，2016)；b.层控型；c.热液型；d.火山-沉积型(据Yang et al.，2017)；e.风化型 （1）沉积型重晶石矿床：根据构造背景和产出特征可分为大陆边缘型和克拉通裂谷型，其中前者为纯重晶石矿床，后者常与金属硫化物矿床伴生产出。根据重晶石矿床的产出形式、物质来源和成矿机制可分为以下4种：生物重晶石、海底热液重晶石、成岩重晶石、冷泉重晶石。同时，近几年的研究发现，古生代沉积层状重晶石矿床的形成与海水硫酸盐在时间和空间上的不均匀分布和氧化还原的动态变化相关，即富Ba2+、Zn2+和Pb2+等金属离子的热液流体遇到海洋中富SO42-和H2S水体时，表现出差异性的地球化学行为。 海底热液重晶石是指深部富钡热液流体通过断裂构造带向海底运移或喷发，与海水硫酸盐混合并发生沉积形成(图12a)。在深海环境中，含钡流体在大地构造作用下从深海环境中通过断裂构造带向上运移，与海水中硫酸盐富集成矿。矿床呈片状、柱状和放射状产出，指示了热液活动和古环境构造运动的地质规律。例如在阿拉斯加地区RedDog矿床、东太平洋Blanco断裂成矿带等地。生物重晶石主要是指在生物作用下形成的重晶石矿床，在表层海水环境中，浮游生物繁殖，上升流带来丰富的营养物质和钡矿物，由于生物的大量死亡，在大陆边缘沉积堆积，富含生物钡与海水中的硫酸盐混合接触，并发生沉淀和富集，在后期的成岩过程中，大陆边缘地带形成了生物成因的重晶石矿床(图12a)。成岩重晶石是指在沉积物-水界面下，原生重晶石在硫酸盐亏损带溶解后形成富钡孔隙水，迁移到硫酸盐-甲烷转换带(SMTZ)附近，与孔隙水残余硫酸盐相互作用沉淀富集形成的重晶石矿床(图12a)。在大陆边缘附近，由于沉积物的不断沉积和埋深，细菌硫酸盐还原作用消耗大量的硫酸盐根离子，使其在沉积物-水界面下还原了大量的SO42-，形成了硫酸盐还原带，随着深度的增加，孔隙水中的硫酸盐浓度逐渐减少，形成了硫酸盐-甲烷转换带，在SMTZ以下，富含有机质的沉积物在甲烷细菌的作用下发酵了大量的甲烷，原生重晶石开始溶解钡，并且在孔隙水中甲烷和钡离子向上浓度逐渐较少，在SMTZ附近与硫酸盐还原带向下扩散的孔隙水中SO42-相结合，在硫酸盐还原菌(BSR)和消耗溶解硫酸盐的甲烷厌氧氧化(AOM)的同时，使重晶石在前缘带附近进行沉淀和富集。在重晶石的形成过程中，常常伴随大量的氧化还原过程，因此伴生黄铁矿、黄铜矿等金属硫化物和碳酸盐矿物。冷泉重晶石主要是指富钡孔隙水沿裂隙运移到沉积物-水界面附近，与硫酸盐孔隙水和海水相互作用而形成的重晶石矿床，矿床的硫酸盐来源和钡的来源与成岩重晶石类似，本文不再赘述。主要是在高生产力的背景下富有机质沉积的环境中，成岩重晶石的重晶石前缘带迁移到沉积物-水界面附近，转化为冷泉体系(图12a)。在目前的研究中，冷泉重晶石主要分布在环太平洋成矿域，例如墨西哥西部索诺拉重晶石矿床，秘鲁大陆边缘的洋流上升区，墨西哥东北部的Coahuila Muzquick重晶石矿以及美国内华达成矿带等，同时在中国的扬子地块泥盆系重晶石成矿区也存在与冷泉活动有关的重晶石矿床。冷泉重晶石的发育反映出了富钡流体在海洋中的钡和碳的循环过程。（2）岩浆热液型重晶石矿床主要形成于构造活动带，含矿热液沿构造破碎带向上运移，在一定的成矿空间里，随着温度、压力的改变，含矿热液萃取围岩中的含矿物质发生沉积成矿。同时含矿热液不断与围岩发生蚀变作用，使方解石、石英、重晶石和硫化物等矿物析出，形成了明显的重晶石化、绢云母化和黄铁矿化等矿化现象(图12c)，矿体以脉状、网脉状的形式产出，重晶石矿体的包裹体测温显示，重晶石矿床成矿温度约为100~200℃。 （3）层控型重晶石矿床形成于大地构造活动带附近，在大气降水渗入地下，含矿热液及成矿物质渗溶过程中，由于下渗过程中的温度逐渐增高，使成矿物质转化为含矿热卤水并与层位孔隙水混合。含矿热卤水受到化学垂直分带的约束，使富含硫酸盐热卤水富集在浅层，而富含氯化物热卤水富集在深地层中。在深地层中，氯化物热卤水和钡源层中的Ba元素形成了富含BaCl2的热卤水，由于地温梯度和构造运动等作用，富含BaCl2热卤水在上升流的驱动下，沿构造断裂带运移上升到浅层层位，与富含硫酸盐热卤水进行混合，并发生化学反应和沉淀，又由于上覆泥质类岩层的覆盖，形成了很好的密闭空间，使以上作用能够有序不间断地富集成矿，直到重晶石矿床的形成(图12b)。因此重晶石矿体重δ34S值与区域上的蒸发岩具有一定的相似性，Ba元素的含量呈现自下而上逐渐增加的趋势，矿体向上蚀变减弱，具有上厚下薄、上富下贫的矿化特征。 （4）火山-沉积型重晶石矿床多与火山喷发活动有关，在火山活动喷发过程中，沉积了一系列的火山-沉积岩，当岩浆活动结束后，在火山口附近的构造裂隙里形成了喷气热液活动，随着热液活动，形成了多期次的围岩蚀变和成矿作用。在早-中期，含有大量的氯质、硫质挥发分物质，随着岩浆活动，喷出地表或者在构造裂隙带向上移动，当运移到一定距离时，在空气中的岩浆挥发分因为重力作用等因素发生沉降至富含硫酸盐的海水中，与海水中大量的硫酸盐混合后富集成矿。在围岩里挥发分由于温度、压力等的减弱，与围岩里富含成矿物质发生反应并富集成矿(图12d)。矿床中Fe、Mn、Ba超强富集，Cu、Pb、Zn含量明显高于围岩，重晶石主要以伴生矿体产出，表明矿床具有典型的SEDEX型矿床的特点。 （5）风化(残积)型重晶石矿床是原生重晶石矿床遭受到了强烈的物理化学作用，使其发生破碎而形成。在风化作用下，搬运到离原生矿床不远的第四纪残积物中进行沉积和二次富集成矿。因此，风化(残积)型矿床的元素地球化学特征主要取决于原生矿床，后期作用的改造不明显(图12e)。 通过对全球的重晶石矿床类型和成矿规律的综述研究，文章得出以下几方面的结论和认识：(1)重晶石全球范围内广泛分布，具有成矿时代多、元素来源复杂、成矿作用多样等特点；（2）重晶石矿床可分为沉积型、岩浆热液型、层控型、火山-沉积型和风化(残积)型，主要分布在特提斯成矿域和劳亚成矿域，其他地区主要是冈瓦纳成矿域和环太平洋成矿域，其中沉积型是最主要的成矿类型；（3）重晶石的成矿时代主要为古生代和中生代，赋矿岩系以沉积岩为主，其次为岩浆岩；（4）全球典型重晶石矿床中的S同位素和Sr同位素显示，成矿物质来源具有多源性、多样性、差异复合性等特点；（5）成矿机制方面，重晶石的成矿机理复杂，具有多阶段性、多因素等特点。同时，重晶石矿床的成矿富集机制与各类地质作用过程和成岩成矿体系的物理化学条件息息相关，如超大陆聚合和裂解、物质来源、岩浆结晶分异、表生作用等地质过程和挥发分、温度、压力、氧逸度、流体交代以及溶解度等条件。但是，究竟是什么样的地质作用和成矿过程起主导作用，目前依旧存在异议，并且不同类型的重晶石矿床之间成矿机理也有许多异同之处。比如沉积型重晶石矿床和层控型重晶石矿床的物质来源都具有多源性、多样性和差异性特点，但是两种矿床类型的成矿机理没有明确的划分。热液型重晶石矿床和火山-沉积型重晶石矿床中成矿元素具有同源性，目前仅对矿床的赋存状态和矿化作用进行了区分，并没有对成矿元素进行更加准确的示踪和赋存形式进行研究。近年来在大规模沉积型重晶石矿床与金属硫化物矿床之间的协同关系，重晶石矿床与海水还原演化和硫酸盐浓度长期变化的耦合关系等领域得到了广泛的关注，但是重晶石矿床的精细化成矿过程和成矿元素迁移方式仍未得到更好的约束。因此，目前亟需从微观尺度上对重晶石矿床的成矿过程进行精细化的厘定，并与重晶石矿床的大地构造地质特征相结合，才能够准确客观地解决重晶石矿床中成矿元素赋存状态和成矿规律等科学问题。
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