一、区域毒重石成矿带有利的成矿背景
晚震旦世―早寒武世，扬子板块在晋宁运动克拉通化后发生造山期后的伸展作用，伸展运动的结果使地壳下沉，普遍接受震旦系―下寒武统盖层型沉积；同时，伸展运动在局部拉伸强烈的地区形成南秦岭早寒武世裂陷槽盆地。因而，南秦岭早寒武世裂陷槽盆地是扬子地台固化成熟过程中陆壳垂向增生和壳幔物质相互交换和调整的一种表现。在南秦岭早寒武世裂陷槽盆地中，沉积作用和岩浆活动极其发育，具体表现为除形成了一套具有“地槽性”沉积的深水陆棚相硅质岩和边缘陆棚相炭硅质板岩及碳酸盐等建造外，还广泛发育由盆地基底同生断裂控制的火山活动和深成岩浆侵入作用，如在沉积地层中广泛发育的火山物质和加里东期各种岩石化学性质的侵入岩。因此，南秦岭早寒武世裂陷槽盆地的一个显著的特点是内生作用与外生作用极为发育，成岩成矿物质丰富。具体表现为即有来自古大陆的表生风化物质，也有来自地幔和地壳不同深部层位的深源物质。盆地的这种化学成分特点不但为成岩成矿奠定了物质基础，也使盆地海水中的营养物质增加，促使生物异常发育。最终使盆地成为一个内生、外生及生物作用相互叠加的沉积环境。
二、区域毒重石矿床成矿物质来源
（一）Ba的来源
毒重石矿物中锶同位素的研究结果表明，在毒重石的形成过程中，曾有来源于火山物质的贫放射性锶的混入。由于Sr和Ba相似的地球化学特点，因而，在来源于火山物质锶混入的过程中，必然伴随着火山物质中Ba的释放。Ba除来自于火山岩外，大陆地壳岩石的风化及洋流带来的深海物质也是Ba的重要来源。
（二）毒重石中碳的来源
通过对区内数个典型矿床的碳、氧同位素研究，结果表明毒重石矿床中形成毒重石的碳无不例外地为有机成因碳；硼同位素研究结果表明，毒重石中的硼主要来源于沉积物中的生物有机质。因而，盆地中的生物和有机作用应是本区毒重石矿床形成的另一重要条件。
（三）重晶石中的硫源
通过对重晶石的硫同位素研究，发现形成重晶石的硫主要为生物有机硫和海水硫的混合。
（四）V、Mo、Ni等元素的来源
毒重石-重晶石矿床中另一显著的特点是富含 V、Mo、Ni、Co、贵金属元素（Au、Pt、Pd、Ag）和Se，这一特征的元素组合表明，该区成矿物质还有一个重要来源――地下含矿（Ba）热卤水沿深大断裂或火山喷发通道上升、提供，即来源于与火山物质相互作用后的热水。当然，对这些元素而言，特别是对于V、Ni和Se等元素，有机质中的金属有机螯合物也可能是使这些元素富集的另一个原因（如在硅质岩中已鉴定出的钒卟啉和镍卟啉化合物等）。
三、毒重石矿床形成过程中热水活动的特点及其对成矿的作用
自现代热水系统发现和报道以来，喷流或热水活动一度成为矿床学研究的热点。在我国，随着这一理论的引进，在古代沉积物中“发现”和“鉴定”出了较多的热水系统，并且认为很多矿床的成因与热水系统的发育密切有关，这可从近年来发表的大量文献中得到证明。
由于“白烟囱”是热水中的Ba离子与海水中的硫酸根离子相遇所形成的重晶石的沉淀物，因此，喷流或热水作用被认为是古代地层中层状重晶石矿床成矿的主要机制。在有关南秦岭毒重石成矿带的研究中，也有学者提出了类似的成因模式。然而，对区域成矿带和典型矿床对比研究后发现，虽然在南秦岭裂陷槽盆地的形成过程中曾发育由同生断裂控制的热水活动（类似于远离热水系统的现代太平洋沉积盆地，如中国太平洋开辟区沉积物中发现混有热水沉积物），但其规模远不足于形成本区如此规模宏大的毒重石或重晶石成矿带，并且，也不会存在类似于现代热水系统的关于重晶石或毒重石直接从海水中沉淀的机制。产生这一看法主要是基于以下的事实：①本区不具备发生大规模热水沉积的有利条件。本区裂陷槽盆地主要发育在陆壳基底之上，缺乏与海水发生大规模交代和循环的基性洋壳基底，虽然本区元古宙地层跃岭河群为基性火山岩，然而其规模毕竟有限，不可能产生大规模的热水活动。②缺乏典型的热水沉积硅质岩，含矿或赋矿硅质岩主要表现生物成因硅质岩的特点。③缺乏现代热水系统中典型的热水沉积岩组合及硫化物矿物组合。④几乎不含有钡的硅酸盐矿物。⑤矿石的组构特点更多地表现为重晶石的生物成因和毒重石的后期交代成因特点。
鉴于以上分析，认为本区在裂陷槽的发育过程中虽然存在着一定程度的热水活动，但其对形成本区毒重石-重晶石矿床的作用可能主要表现在为盆地海水中提供了大量的Ba离子和其他营养离子，并促使生物发育。
四、沉积物中Ba的主要浓集机制
通过对现代海洋中钡地球化学行为的研究，发现海水中钡的聚集或钡从海水中的除去主要是通过生物成因重晶石的形式而实现的（尽管目前对海水中生物成因重晶石确切的成因机制尚不清楚）。相对于重晶石或毒重石而言，由于Ba在海水的任何深度都是不饱和的，因而，生物成因重晶石是目前除“白烟囱”或“黑烟囱”外，有关海水中钡浓集或富集的唯一方式。即使在局部钡过饱和的海水中，如黑海，生物成因重晶石也是钡从海水中除去的主要形式。通过对本区毒重石或重晶石矿床的典型矿床研究，均发现了有机质和重晶石的这种密切共生关系（见图版8、12、13、14、15、18），并首次在矿石中发现了完整的在现代海洋中才可见到的生物成因重晶石，这些研究成果证实了生物作用通过生物成因重晶石（bio-barite）的形式将海水中的Ba2＋浓集并沉降于海底，形成本区钡矿床的初始富集体，为本区毒重石或重晶石在早期成岩阶段的进一步富集成矿奠定了物质基础。
五、早期成岩阶段沉积物中生物成因重晶石的溶解和毒重石的沉淀――毒重石矿床的形成机制
图7-1 沉积物中重晶石的形成模式图
图7-1反映了该区区域毒重石或重晶石矿床的成因模式。该模式说明了在早期成岩阶段沉积物介质中重晶石或毒重石的形成特点。它主要包括以下两个主要方面的内容：①早期成岩阶段沉积物中生物成因重晶石的溶解和再沉淀；②早期沉积物中生物有机质的降解和裂解及毒重石矿床的形成。下面主要介绍这两种形成毒重石或重晶石矿床的主要机制及其它们之间的关系。
图7-2 Ba-S-O-H-C体系的Eh-pH图
溶解类型：BaCl2＝10-6；C＝10-3；S＝10-3，条件：25℃，105Pa
生物成因重晶石的溶解和再沉淀及毒重石的形成主要发生在早期成岩阶段的沉积物介质中。随着沉积物中生物成因重晶石的沉积和进一步埋藏，松散的沉积物脱离沉积环境后进入早期成岩作用演化阶段。此时，在海水中较为稳定的生物成因重晶石由于环境的变化而发生成分和结构上的重新调整，以便适应新环境。生物成因重晶石在早期成岩阶段的变化首先表现为其中的有机质在微生物和细菌的作用下发生大规模的降解和缩合作用，其次是在成岩作用后期由于温度的升高有机质发生脱羧基和裂解作用。伴随这些过程或作用将产生大规模的富12C的生物气和CO2气体。这些富12C的生物气和CO2气体由于浓度梯度或内压力的增加在向上运移过程中，通过氧化作用或与孔隙水反应而最终形成水溶性的
或
离子，它们提供了形成毒重石或钡解石的碳源。生物成因重晶石在早期成岩阶段发生的另一变化是处于硫酸盐还原带下部的重晶石在硫酸盐还原菌及有机和无机还原作用下发生溶解，向孔隙水中释放出大量的Ba2＋，造成孔隙水中Ba2＋离子的浓度明显增高，并在硫酸盐还原带孔隙水和硫酸盐还原带上部孔隙水之间产生明显的Ba2＋离子浓度梯度，导致硫酸盐还原带孔隙水中的Ba2＋以扩散的形式向上迁移。在硫酸盐还原带与水岩界面下部的沉积物介质中，Ba2＋与
或
离子结合形成毒重石或重晶石沉淀[即重晶石前峰（barite front）]，至于这两种不同种类的钡盐比例多少将最终决定于孔隙水中
或
的量比，而且这两种钡盐的沉淀将最终形成毒重石-重晶石混合矿体。在硫酸盐还原带下部的沉积物中，孔隙水中的Ba与2＋
作用而形成毒重石沉淀，并最终形成毒重石矿体。在这种环境中，由于
的还原作用，S主要以H2S、[HS]-及S2-的形式存在，从而使沉积环境的pH＞9，这种条件有利于毒重石的大规模沉淀。毒重石沉淀时所需的碳主要来源于含有机质的硫酸盐在还原过程中产生的
离子及深部沉积物中有机质在降解、裂解及脱羧基过程中所产生的生物气和CO2气体。
毒重石或钡解石的这种成因机制与毒重石在标准条件下的稳定范围（图7-2）是一致。在正常的海水条件下，Ba主要以生物成因重晶石的形式而沉淀的。由图7-2 可知，重晶石稳定的pH范围很宽，而毒重石稳定的pH和Eh范围很窄。只有在Eh值较低和pH＞11时才可能形成毒重石沉淀。毒重石的这种稳定条件在海水中是难以满足的，但在沉积物的早期成岩阶段，沉积物孔隙水由于生物有机质的降解作用和硫酸盐的还原作用所形成的碱性还原环境往往可以满足毒重石的这一形成条件。毒重石矿石中普遍发育的交代结构和玫花瓣状结构证明它们应是这一时期的产物。