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文檔簡介
1、矽卡巖型礦床矽卡巖型礦床本章介紹了矽卡巖型礦床的概念與特征,闡述了矽卡巖型礦床的形成條件、成礦作用和成礦過程,并按礦種分類,例舉了矽卡巖型Fe、Cu、W、Mo、Pb、Zn等礦床的地質(zhì)特征及典型礦例。第一節(jié) 概 述基本概念 中酸性侵入體和碳酸鹽類等巖石的接觸帶及其附近,由含礦熱液交代作用而形成的熱液礦床稱為接觸交代礦床。在接觸交代礦床中一般都具有典型的矽卡巖礦物組合,而且礦床在成因和空間上都與矽卡巖存在密切的關(guān)系。因此,這類礦床又稱矽卡巖型礦床。矽卡巖是一套蝕變巖組合、具有粗粒結(jié)構(gòu)、主要由多種硅酸鹽礦物和部分氧化物礦物組成的巖石,按成分可把矽卡巖分成鈣矽卡巖和鎂矽卡巖兩類:鈣矽卡巖是指熱液在接觸
2、帶交代石灰?guī)r時(shí)主要形成石榴子石(鈣鋁榴石-鈣鐵榴石)、輝石(主要為透輝石-鈣鐵輝石),有時(shí)還有相當(dāng)數(shù)量的符山石、硅灰石、方柱石以及透閃石、陽起石、綠簾石等。鈣矽卡巖是最常見的一類矽卡巖。鎂矽卡巖是指熱液在接觸帶交代白云質(zhì)灰?guī)r或白云巖時(shí),由于白云質(zhì)巖石中不僅含CaO,而且還富含MgO,因此常形成鎂橄欖石、透輝石、尖晶石、硅鎂石以及金云母、蛇紋石等礦物。鎂矽卡巖在自然界分布不如鈣矽卡巖廣泛。由于白云質(zhì)灰?guī)r中同時(shí)富含鈣和鎂,所以鎂矽卡巖往往和鈣矽卡巖伴生產(chǎn)出,實(shí)際上單純的鎂矽卡巖是很少見的。 無論是鈣矽卡巖還是鎂矽卡巖,按其礦物組合,又可進(jìn)一步分為簡單矽卡巖和復(fù)雜矽卡巖兩種類型。簡單矽卡巖是指只有石
3、榴子石、輝石等無水硅酸鹽礦物組成的矽卡巖,它是矽卡巖化早期高溫氣水階段的產(chǎn)物。復(fù)雜矽卡巖是在簡單矽卡巖的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,早期形成的石榴子石和透輝石等礦物,經(jīng)晚期熱液交代形成了陽起石、透閃石、綠簾石和綠泥石等含水的硅酸鹽礦物。這種有晚期礦物疊加的矽卡巖,稱為復(fù)雜矽卡巖。鎂矽卡巖也可有簡單和復(fù)雜之分。簡單的鎂矽卡巖主要由鎂橄欖石、透輝石、硅鎂石和尖晶石組成,為早期的產(chǎn)物。復(fù)雜的鎂矽卡巖是在上述礦物組合的基礎(chǔ)上,疊加有晚期產(chǎn)生的蛇紋石、金云母等礦物而成的。 矽卡巖礦物有數(shù)十種之多,常見的有十余種(表5-1)。 表5-1 矽卡巖礦物分類表矽卡巖類型及形成階段礦物名稱有關(guān)礦產(chǎn)鈣矽卡巖早期主要石榴子石(
4、鈣鋁石榴子石-鈣鐵石榴子石) 輝石(透輝石-鈣鐵輝石)鐵 鎢 鈹(鉬) 錫次要符山石 硅灰石 方柱石晚期主要綠簾石 陽起石 透閃石銅 鉛 鋅(鉬)次要綠泥石鎂矽卡巖早期主要鎂橄欖石 透輝石鐵次要尖晶石 硅鎂石 硼鎂鐵礦硼晚期主要蛇蚊石、金云母銅矽卡巖型礦床具有重要的工業(yè)價(jià)值。從世界范圍看,這類礦床是世界鎢的最主要來源,是銅、鐵、鉬、鋅的主要來源之一,同時(shí)也是鈷、金、銀、鉛、鉍、錫、鈹、稀土、硼等相對次要的來源。這類礦床在中國也占有特殊地位,如矽卡巖型銅礦占中國銅礦儲(chǔ)量的第三位(16.4%),占富銅礦儲(chǔ)量的第二位;鐵礦占富礦儲(chǔ)量的第一位(38.0%)。矽卡巖型礦床中經(jīng)常伴生鎳、鉍、硒、碲、金、銀
5、等稀有、分散和貴金屬元素,有的含量較高,可綜合回收利用。 二、矽卡巖礦床的特征 (一)礦體的產(chǎn)狀、形態(tài)與規(guī)模 礦體多分布于中酸性巖漿巖與碳酸鹽類巖石的接觸帶中,一般不超出熱變質(zhì)暈的范圍,并多產(chǎn)于外接觸帶上,一般距接觸面100200m范圍內(nèi)(圖5-1),少數(shù)產(chǎn)于內(nèi)接觸帶。 圖5-1矽卡巖型礦床的產(chǎn)出位置示意圖 (轉(zhuǎn)引自袁見齊等,1985) 由于礦床的形成明顯地受巖漿分異冷凝、圍巖性質(zhì)、接觸帶構(gòu)造以及交代作用強(qiáng)度的影響,故礦體的產(chǎn)狀、形態(tài)均比較復(fù)雜,礦體連續(xù)性也差。常呈似層狀、透鏡狀、巢狀、柱狀、脈狀、復(fù)雜樹枝狀以及各種不規(guī)則形狀。規(guī)模大小不一,有直徑數(shù)米的小礦體,也有長數(shù)千米、延深達(dá)千米以上的巨
6、大礦體。一般為中等規(guī)模,厚1030m ,沿走向長200500m。除有的鎢、鉬、錫、鐵、銅等類礦床可達(dá)大型外,多數(shù)礦床為中小型。 (二)礦石特征 礦石物質(zhì)成分復(fù)雜,金屬礦物以氧化物和硫化物為主,如磁鐵礦、赤鐵礦、錫石、白鎢礦、方鉛礦、閃鋅礦、黃銅礦、磁黃鐵礦、黃鐵礦、輝鉬礦、毒砂等;硼及鈹?shù)V物次之,如硼鎂鐵礦、硼鎂石、硅鈣硼石、日光榴石、香花石、硅鈹石等。非金屬礦物主要為矽卡巖礦物,如鈣鋁-鈣鐵石榴石系列、鈣鐵輝石及透輝石系列以及其他Ca、Mg、Fe、Al的硅酸鹽礦物,如鎂橄欖石、硅鎂石、符山石,方柱石、蛇紋石、透閃石、陽起石、綠泥石、綠簾石、金云母等。此外還有石英、黃玉、螢石、絹云母、白云母和
7、含鐵、鎂的碳酸鹽礦物。 由于礦物成分復(fù)雜,形成的溫度范圍也廣,所以礦石的結(jié)構(gòu)構(gòu)造也多種多樣,有塊狀構(gòu)造、浸染狀構(gòu)造、條帶狀構(gòu)造、晶洞構(gòu)造等。又由于成礦溫度較高,有揮發(fā)性組分的參與,因而礦石一般多為粗粒結(jié)構(gòu)和各種交代結(jié)構(gòu)等。 (三)礦床的分帶性 矽卡巖型礦床常具分帶性,尤其是矽卡巖的礦物種類繁多,往往呈不同的礦物組合產(chǎn)出,在空間上常具帶狀分布,特別是在侵入接觸帶附近,這種分帶現(xiàn)象尤為明顯。按出露位置,礦床可分內(nèi)帶和外帶兩個(gè)帶:內(nèi)帶為交代巖漿巖形成的矽卡巖帶,外帶是指交代碳酸鹽巖等圍巖形成的矽卡巖帶。內(nèi)帶主要由較高溫礦物組成,如石榴子石、輝石等,次要礦物有符山石、方柱石等,外帶主要由高溫-中溫礦物
8、組成,如石榴子石、輝石、角閃石、綠泥石、綠簾石、陽起石等,次要礦物有硅鈣硼石等。距接觸帶較遠(yuǎn)的圍巖中,溫度降低,廣泛發(fā)育有石英、方解石,有時(shí)有螢石、重晶石。 與矽卡巖分帶特點(diǎn)對應(yīng),金屬礦化也具有明顯的分帶性。金屬氧化物(磁鐵礦、赤鐵礦等)主要分布在靠近巖體一側(cè)的接觸帶上,和內(nèi)矽卡巖帶共生,很少產(chǎn)于遠(yuǎn)離接觸帶處。金屬硫化物(黃鐵礦、黃銅礦、閃鋅礦、方鉛礦等)主要分布在靠近圍巖一側(cè)的外接觸帶上,和外矽卡巖帶共生,少數(shù)可直接產(chǎn)于碳酸鹽類圍巖中。此外,金屬礦化往往還和某些特定的矽卡巖帶密切共生,如鐵礦化常富集于透輝石、石榴子石矽卡巖帶內(nèi),銅礦化經(jīng)常和綠簾石、透閃石等矽卡巖伴生,鉛鋅礦化則在矽卡巖體之外
9、,靠近灰?guī)r的地段沉淀。 按形成時(shí)間,由早期矽卡巖形成的帶稱為原生矽卡巖帶,由晚期矽卡巖疊加在早期矽卡巖上形成的帶稱為疊加矽卡巖帶。各矽卡巖帶中,由侵入體至圍巖,SiO2和Al2O3含量由高逐漸降低,CaO含量則由低逐漸升高,侵入體中的Fe2O3向圍巖方向遷移。第二節(jié) 矽卡巖型礦床的形成條件一、物理化學(xué)條件 1形成溫度 矽卡巖型礦床的形成溫度范圍在900200,為氣化至熱液階段的產(chǎn)物,是一類特殊的熱液礦床。據(jù)實(shí)驗(yàn)所知:典型的矽卡巖礦物組合形成溫度在900500,金屬氧化物的形成溫度一般在600350,而金屬硫化物的形成溫度在450200。 2形成壓力與深度 接觸交代過程中,CaCO3分解生成Ca
10、O+ CO2,這對形成矽卡巖具有重要意義,如: CaCO3+ MgCO3+2SiO2CaMgSi2O6(透輝石)+2CO2 如果接觸交代作用的形成部位過深,所處的壓力過大,上式中的CO2就難以從CaCO3中分出,從而不利于矽卡巖的形成。據(jù)Einaudi等(1981)對130個(gè)研究較好的矽卡巖型礦床的統(tǒng)計(jì),其形成壓力為31073108Pa 。因此,矽卡巖型礦床可形成于從淺成到中深成的環(huán)境。 除用化學(xué)反應(yīng)的條件來判斷成礦深度外,還可以利用一些地質(zhì)標(biāo)志來判斷成礦深度。中等深度的標(biāo)志為:巖漿巖具細(xì)粒及斑狀結(jié)構(gòu),斜長石常具環(huán)帶狀構(gòu)造,反環(huán)帶構(gòu)造常見,角閃石中有輝石殘余物構(gòu)成反應(yīng)邊結(jié)構(gòu);很少或不與偉晶巖共
11、存;礦體延深較大,垂直分帶明顯,礦化均勻,礦石中固熔體分離結(jié)構(gòu)發(fā)育。深度較淺的標(biāo)志為:礦化與小侵入體、次火山巖及噴出巖有關(guān);礦體延深小,垂直分帶不很清楚,各帶間常有重疊現(xiàn)象;成分復(fù)雜,有大量的各種硫鹽,分布不均勻;有大量晶洞、晶簇及膠狀構(gòu)造。 二、巖漿巖條件 由于矽卡巖型礦床是巖漿氣水熱液交代圍巖的結(jié)果,所以巖漿巖的成分、形成深度、形態(tài)、規(guī)模等對矽卡巖型礦床的形成有決定性的影響。有利于形成矽卡巖型礦床的巖漿巖主要為中酸性巖漿巖,按巖性又可分為兩個(gè)系列: (1)鈣堿性系列:花崗巖-花崗閃長巖-石英閃長巖-閃長巖 (2)堿性系列:堿性正長巖-花崗正長巖-石英二長巖-二長巖 與成礦關(guān)系密切的為鈣堿性
12、系列。在矽卡巖礦區(qū)中,常出現(xiàn)多階段的、由不同巖相組成的巖漿巖雜巖體??偟膩砜矗c矽卡巖礦床有關(guān)的巖體化學(xué)成分,K、Na含量明顯較同類巖石高,Mg、Fe、Ca含量偏低,且表現(xiàn)出一定的成礦專屬性,如鐵礦床往往和石英閃長巖、閃長巖有關(guān);銅礦床、鉛鋅礦床大多和花崗閃長巖、石英二長巖有關(guān),鎢、錫、鉬、鈹?shù)V床主要和花崗巖類有關(guān)。 就巖體的產(chǎn)狀與規(guī)模而言,一般侵位于中深到中淺成條件下的中小型侵入體與成礦關(guān)系較為密切,巖體出露面積一般小于50km2,大多數(shù)在210km2左右,常呈巖株、巖瘤、巖鐘、巖脈狀產(chǎn)出,巖石具有明顯的中深到淺成的巖相特征。規(guī)模巨大的巖基狀侵入體,除了由它分出的小型巖枝外,一般不形成矽卡巖
13、型礦床。 侵入體的產(chǎn)狀對矽卡巖和礦體的分布有較大影響。一般情況下,矽卡巖和礦體大多分布在侵入體的上盤接觸帶,層狀侵入體或多層侵入體可形成多層礦化,但以上盤接觸帶為主。 侵入體的形態(tài)對矽卡巖和礦體的形成和分布也有一定的影響,凹凸不平的接觸面比平整的接觸面更有利于形成矽卡巖和礦體。據(jù)已有資料統(tǒng)計(jì),巖體的凹入部位要較凸出部位更有利于成礦(圖5-2)。侵入體表面的這些奇特形態(tài)多數(shù)是由于圍巖中存在裂隙以及巖漿的多期活動(dòng)造成的。由于這些裂隙為后期含礦溶液的運(yùn)移和交代作用創(chuàng)造了條件,所以常常影響和控制著矽卡巖和礦體的分布。 圖5-2遼南銅礦地質(zhì)剖面示意圖 (轉(zhuǎn)引自姚鳳良等,1983) 1銅礦體;2花崗巖類;
14、3大理巖 據(jù)統(tǒng)計(jì),中國的矽卡巖型礦床大多和較年輕的巖漿巖有關(guān),時(shí)代較老的巖漿巖很少形成接觸交代礦床。 三、圍巖條件 圍巖巖性對矽卡巖型礦床的形成有重要的影響,最有利的圍巖是碳酸鹽類巖石。石灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r,白云巖等碳酸鹽類巖石以其化學(xué)性質(zhì)活潑、脆性較大、特別是硅化后易破碎,滲透性強(qiáng)和富含CaO或MgO而易被交代,形成各種類型的矽卡巖。疑灰?guī)r、安山巖等火山巖在一定條件下也可以形成矽卡巖型礦床,如中國長江中下游一些矽卡巖型鐵礦床的圍巖即為火山巖。 就圍巖本身的特點(diǎn)而言,厚層的、成分單一的灰?guī)r往往不利于成礦,而薄層碳酸鹽巖石或成分不純的碳酸鹽巖,如泥質(zhì)灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、含燧石條帶灰?guī)r、含有機(jī)質(zhì)灰?guī)r等
15、對成礦較為有利。特別是薄層灰?guī)r與火山巖、粉砂巖、頁巖互層時(shí),由于它們的物理性質(zhì)有明顯差異,層面間的結(jié)合比較虛弱而有利于熱液的流通,所以熱水溶液更易于交代薄層灰?guī)r而形成矽卡巖和礦體。圍巖的節(jié)理、裂隙及孔隙度等對礦化富集及礦體的形態(tài)、產(chǎn)狀等也有重要的影響。 四、構(gòu)造條件 構(gòu)造對矽卡巖型礦床的形成有重要的控制作用。對礦體形態(tài)、分布和規(guī)模有影響的地質(zhì)構(gòu)造主要有下列幾類。 1接觸帶構(gòu)造 根據(jù)侵入巖和圍巖的接觸關(guān)系可把接觸帶構(gòu)造分成兩種類型:“整合”接觸型,接觸面與圍巖層面平行一致,這類構(gòu)造所形成的矽卡巖及礦體的形態(tài)比較規(guī)則,以似層狀或透鏡狀為主,產(chǎn)狀和圍巖層理基本一致(圖5-3);“不整合”接觸型,接觸
16、面產(chǎn)狀和圍巖產(chǎn)狀斜交,矽卡巖及礦體的形態(tài)復(fù)雜多變,除沿接觸帶分布外,還可沿圍巖層理分布,圍巖中的矽卡巖或礦體常呈分枝狀與接觸帶相連,形成一個(gè)形態(tài)復(fù)雜多變卻又統(tǒng)一的矽卡巖體或礦體(圖5-4)。當(dāng)侵入體局部超覆圍巖之上形成超覆接觸時(shí),由于超覆接觸面的傾斜經(jīng)常比較陡,所形成的矽卡巖和礦體的產(chǎn)狀也較陡(圖5-5)。 圖53整合接觸的矽卡巖型礦床礦體剖面示意圖 (轉(zhuǎn)引自姚鳳良等,1983) 1浮土;2大理巖;3花崗巖;4錫礦體;5銅礦體;6鉛鋅礦體;7矽卡巖 圖5-4不整合接觸的矽卡巖型礦床礦體剖面示意圖 圖5-5超覆接觸型礦體(湖北鐵山) (轉(zhuǎn)引自姚鳳良等,1983) (轉(zhuǎn)引自湖北地質(zhì)一隊(duì)) 1-第四
17、系;2-上部嘉陵江灰?guī)r;3-下部嘉陵江灰?guī)r; 1-大理巖;2-黃銅礦磁鐵礦礦體;3-石英閃 4-大冶灰?guī)r;5-白云巖;6-花崗閃長斑巖;7-鉬礦體; 長巖;4-輝石閃長巖;5-矽卡巖化石英閃長 8-銅礦體 巖;6-鈉長石化閃長巖;7-透輝石化閃長巖 2圍巖層理和層間破碎帶 圍巖的層理面本身就是構(gòu)造脆弱帶,不同巖性巖層之間的接觸面、層間斷裂、破碎帶和層間剝離,對形成矽卡巖型礦床有特殊的意義,它們常為礦液的流動(dòng)和礦質(zhì)沉淀提供了有利場所,也可使含礦氣水熱液在遠(yuǎn)離侵入體的圍巖中形成穩(wěn)定的似層狀礦體或透鏡狀礦體(圖5-6)。 圖5-6受圍巖層理、層間碎破帶控制 圖5-7受背斜控制的礦體 的矽卡巖型礦床地
18、質(zhì)剖面示意圖 1-閃長巖;2-輝長閃長巖;3-石榴 (轉(zhuǎn)引自姚鳳良等,1983) 石矽卡巖;4-銅礦體 1-浮土;2-大理巖;3-矽卡巖;4-白云巖; 5-砂巖;6-頁巖;7-花崗斑巖;8-銅礦體; 9-銅鋅礦體;10-角礫巖 3斷裂和裂隙 巖漿巖的侵入接觸帶往往就是斷裂構(gòu)造帶,穿切接觸帶的斷裂可使氣水熱液進(jìn)入圍巖,形成脈狀或分枝狀的矽卡巖體和礦體,也可使晚期含礦熱液在矽卡巖中形成脈狀礦體。在斷裂構(gòu)造交會(huì)處還可形成囊狀、柱狀富礦體。值得注意的是,未經(jīng)錯(cuò)動(dòng)的接觸帶對形成矽卡巖型礦床是不利的。據(jù)統(tǒng)計(jì)幾乎所有形成礦化的接觸帶都存在有構(gòu)造破碎現(xiàn)象。 4褶皺構(gòu)造 褶皺構(gòu)造主要表現(xiàn)在對巖體及含礦熱液流通的
19、控制。與矽卡巖型礦床有關(guān)的褶皺構(gòu)造主要是背斜構(gòu)造,這類背斜構(gòu)造往往是巖體侵入時(shí)的同期構(gòu)造,有的甚至就是由巖體侵入所引起的“被動(dòng)”褶皺,背斜構(gòu)造形成時(shí)所派生的層間空隙、軸向斷裂以及環(huán)狀或放射狀斷裂等,為含礦熱液流通提供了有利的空間。背斜構(gòu)造的軸部、傾伏端、軸線轉(zhuǎn)折處等,因空隙較大而有利于礦液的流動(dòng),所以是形成矽卡巖和礦體的有利部位(圖5-7)。 5圍巖捕虜體 侵入巖中的灰?guī)r捕虜體也可形成一定規(guī)模的矽卡巖和礦體。一般情況下,捕虜體大多位于接觸帶附近,所形成的矽卡巖體和礦體經(jīng)常與接觸帶斷續(xù)相連。和捕虜體有關(guān)的矽卡巖化和礦化同樣受捕虜體接觸面的控制,少數(shù)情況下矽卡巖和礦體幾乎交代了整個(gè)捕虜體。捕虜體的
20、褶皺、斷裂和層間破碎等構(gòu)造同樣影響著矽卡巖和礦體的形態(tài)和分布。 第三節(jié) 矽卡巖型礦床的成礦作用和成礦過程 一、成礦作用 矽卡巖型礦床是由熱液交代作用形成的,主要包括接觸滲濾交代作用和接觸擴(kuò)散交代作用。 1接觸滲濾交代作用 熱液和巖石間的組分交換是通過流經(jīng)巖石裂隙的流動(dòng)熱液實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)上升熱液沿著幾乎垂直于灰?guī)r和硅酸鹽巖石的接觸面流動(dòng)時(shí),將下層中的活動(dòng)組分帶到上層,并與之發(fā)生交代反應(yīng)形成矽卡巖。滲濾交代作用的發(fā)生是由于熱液不斷地運(yùn)移,使熱液-圍巖處于不平衡狀態(tài)所引起,而溫度梯度和壓力梯度又是引起熱液流動(dòng)的動(dòng)力,因而熱液能作較長距離的運(yùn)移,故有可能形成厚大的矽卡巖帶。接觸滲濾交代作用形成的矽卡巖體多
21、成火焰狀(圖5-8)。 圖5-8 沿裂隙發(fā)生的接觸滲濾交代作用形成矽卡巖 圖5-9雙交代作用示意圖 (轉(zhuǎn)引自袁見齊等,1985) 1-石灰?guī)r;2-花崗巖;3-矽卡巖 2接觸擴(kuò)散交代作用(雙交代作用) 溶液和巖石間的組分交換,是以停滯的巖石粒間溶液為介質(zhì),通過組分的濃度差所引起的擴(kuò)散作用實(shí)現(xiàn)的。上升溶液沿石灰?guī)r和硅酸鹽巖石接觸面流動(dòng)時(shí),灰?guī)r中的CaO通過粒間溶液,以上升溶液為媒介向硅酸鹽巖石方向擴(kuò)散。相反,硅酸鹽巖中的Al2O3和SiO2以同樣方式向灰?guī)r方向擴(kuò)散。由于這種組分的交代是由雙方相互的擴(kuò)散作用進(jìn)行的,所以又稱為雙交代作用。雙交代作用的結(jié)果,接觸帶兩側(cè)的巖石發(fā)生成分置換而形成矽卡巖(圖
22、5-9),其反應(yīng)如下: 3CaCO3+Al2O3+3SiO2Ca3Al2Si3O12(鈣鋁石榴子石)+3CO2 在擴(kuò)散交代作用中,濃度梯度是擴(kuò)散組分運(yùn)移的動(dòng)力,隨反應(yīng)帶厚度的增加和交代過程的停止而減小,因而擴(kuò)散作用不可能形成厚大的交代帶。 接觸滲濾交代作用和接觸擴(kuò)散交代作用常常相互伴隨。 二、礦床的形成過程 矽卡巖礦床的成礦具有明顯的多期性和階段性。據(jù)野外地質(zhì)觀察,一般礦化晚于矽卡巖成巖期,兩者所處的物理化學(xué)環(huán)境有明顯差異,根據(jù)研究結(jié)果,可將其成礦過程大體分為兩個(gè)期五個(gè)階段: 1矽卡巖期 主要形成各種鈣、鐵、鎂、鋁的硅酸鹽礦物,無石英形成。包括三個(gè)階段。 (1)早期矽卡巖階段:為高溫超臨界狀態(tài)
23、,形成島狀或鏈狀無水硅酸鹽礦物如硅灰石、鈣鋁-鈣鐵石榴子石、透輝石-鈣鐵輝石、方柱石等,組成矽卡巖的主體,一般又稱干矽卡巖階段。該階段除少量磁鐵礦外,一般不形成有用礦物,通常是不具工業(yè)意義的,故這一階段也可稱之為無礦矽卡巖階段。 典型的化學(xué)反應(yīng)有: CaO+SiO2CaSiO3(硅灰石)+CO2 CaO+MgCO3+2SiO2CaMgSi2O6(透輝石)+2CO2 CaCO3+FeO+2SiO2CaFeSi2O6(鈣鐵輝石)+CO2 3CaCO3十A12O3+3SiO2Ca3A12Si3O12(鈣鋁榴石)+3CO2 3CaCO3+Fe2O3+3SiO2Ca3Fe2Si3O12(鈣鐵榴石)+3C
24、O2 (2)晚期矽卡巖階段:在接近臨界狀態(tài)下,在H2O、CO2和H2S等礦化劑的參與下,對早階段矽卡巖進(jìn)行交代,形成一些復(fù)雜鏈狀的含水硅酸鹽礦物如陽起石、透閃石、綠簾石等,故又稱濕矽卡巖階段,該階段磁鐵礦大量出現(xiàn),有時(shí)構(gòu)成富集的磁鐵礦礦體,故又稱為磁鐵礦階段。 主要化學(xué)反應(yīng)如下: 2CaCO3+5MgCO3+8SiO2+H2OCa2Mg5Si8O22(OH)2(透閃石)+7CO2 FeCl2+2H2OFe(OH)2+2HCl 2Fe(OH)2+FeCl2Fe3O4(磁鐵礦)+2HCl+H2 生成磁鐵礦的反應(yīng)是不穩(wěn)定的可逆反應(yīng),生成的鹽酸對磁鐵礦有溶解作用。為使反應(yīng)向生成磁鐵礦的方向進(jìn)行,需要有
25、中和鹽酸的條件。而接觸帶上的石灰?guī)r可起中和作用: 2HCl十CaCO3CaCl2+H2O+CO2 (3)氧化物階段:在次臨界狀態(tài)下的高溫?zé)嵋鹤饔弥?,生成層狀或架狀硅酸鹽(如正長石、酸性斜長石、金云母、白云母及少量黑云母)、氧化物(如錫石、白鎢礦、磁鐵礦、赤鐵礦等)及少量硫化物礦物(輝鉬礦、磁黃鐵礦)。石英、螢石等礦物開始少量出現(xiàn)。 2石英-硫化物期 在這一成礦期中,SiO2一般不再和Ca、Mg、Fe、Al組成矽卡巖礦物,而是獨(dú)立形成大量石英,并有典型的熱液礦物如綠泥石、方解石等和大量金屬硫化物形成。該成礦期又可分為兩個(gè)階段: (1)早期硫化物階段:矽卡巖礦物被大量交代,開始形成綠泥石、絹云母等
26、,這一階段中出現(xiàn)大量石英和螢石,成為礦石的主要脈石礦物。金屬礦物主要有磁黃鐵礦、黃鐵礦、黃銅礦、斑銅礦、毒砂和部分輝鉬礦等,金屬氧化物已很少見,所以也可稱為鐵銅硫化物階段。它們是在高-中溫?zé)嵋簵l件下形成的,主要化學(xué)反應(yīng)如下: Fe3+As+H2SFeAsS(毒砂)+2H+ ( Fe2+2H2SFeS2(黃鐵礦)十4H+ Fe2+Cu2+2H2SCuFeS2黃銅礦)+4H+ (2)晚期硫化物階段:在這一階段中,除交代早期形成的硅酸鹽礦物如綠泥石和絹云母等外,石英和螢石的數(shù)量繼續(xù)增加,開始出現(xiàn)大量方解石。金屬礦物主要為閃鋅礦、方鉛礦和黃鐵礦,所以也可稱之為鉛鋅硫化物階段,是中溫?zé)嵋簵l件下形成的,主
27、要反應(yīng)如下: Pb2+H2SPbS(方鉛礦)+2H+ Zn2+ H2SZnS(閃鋅礦)+ 2H+ 上述成礦階段的期次和順序只是接觸交代礦床的一般規(guī)律,不同矽卡巖型礦床的成礦發(fā)展可以是不完全相同的。它和侵入巖漿的演化、構(gòu)造裂隙的間歇活動(dòng)以及含礦氣水熱液的成分等密切相關(guān)。有的礦床只見有早期幾個(gè)成礦階段,后期礦化作用不甚發(fā)育,有的甚至只形成早期矽卡巖,而無后期熱液礦化活動(dòng)。但當(dāng)矽卡巖型礦床發(fā)育有若干個(gè)成礦階段時(shí),其形成順序通常符合上述規(guī)律。在一個(gè)階段中,所形成的金屬礦物常常只是以某種類型為主,同一階段形成幾種礦化類型的現(xiàn)象是不多見的。第四節(jié) 矽卡巖型礦床的類型和特征矽卡巖型礦床的分類,目前尚無統(tǒng)一的
28、分類標(biāo)準(zhǔn)。有按礦化與矽卡巖的關(guān)系進(jìn)行分類,分為同時(shí)礦化型、伴隨礦化型、疊加礦化型;有按形成矽卡巖的原巖成分進(jìn)行分類,分為鈣矽卡巖型和鎂矽卡巖型;有按礦床的多成因及礦化疊加情況進(jìn)行分類,分為層控-矽卡巖型、云英巖-矽卡巖型、斑巖-矽卡巖復(fù)合型。為了應(yīng)用方便,也有按礦種進(jìn)行分類,分為矽卡巖型鐵、銅、鎢、錫、鉬、鉛、鋅、鈹、硼礦床等,本書采用此分類,并選取幾種主要的類型加以分析。 一、矽卡巖型鐵礦床 矽卡巖型鐵礦床就世界范圍來說大多產(chǎn)于大洋島弧地帶,多與中-淺成的閃長巖-輝長巖類有關(guān),有少量與花崗閃長巖和斜長花崗巖有關(guān),常有同源的安山巖-玄武巖層。侵入巖普遍具鈉化現(xiàn)象(鈉長石化、方柱石化)。礦石成分
29、簡單,以鐵的氧化物為主,硫化物較少,常伴有銅、鈷、鋅和金。其次為產(chǎn)在大陸邊緣造山帶中的鎂矽卡巖型鐵礦,與中到淺成的長英質(zhì)侵入巖(石英二長巖和花崗閃長巖等)有關(guān),圍巖主要為白云質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r,這類礦床經(jīng)常是與矽卡巖型銅礦的過渡產(chǎn)物,成分復(fù)雜,常伴有鋅、錫等。此外在大陸邊緣裂谷帶中的輝長巖體接觸帶上,也常伴有矽卡巖型鐵礦。 矽卡巖型鐵礦床是鐵礦床中的一個(gè)重要類型,在中國鐵礦生產(chǎn)中占有特殊地位。這類鐵礦的規(guī)模大小不等,以中型規(guī)模居多,部分儲(chǔ)量可達(dá)1億t以上。由于多數(shù)為富礦,所以儲(chǔ)量小于百萬噸的小型礦床常常也有工業(yè)價(jià)值。 礦體形態(tài)為層狀、似層狀、透鏡狀、囊狀以及豆莢狀、契狀和其他不規(guī)則狀。矽卡巖成分比較
30、簡單,以石榴子石、透輝石矽卡巖為主;礦石礦物為磁鐵礦、赤鐵礦、假象赤鐵礦,有少量的黃鐵礦、黃銅礦、閃鋅礦等;非金屬礦物主要為透輝石、鈣鐵輝石、鈣鐵榴石,其次有方柱石、陽起石、綠簾石等。礦石構(gòu)造以致密塊狀為主,也有浸染狀、條帶狀等。礦石品位較富,含鐵一般為4050,??删C合利用Co、Cu等元素。 礦床實(shí)例:湖北大冶鐵礦床 礦床位于長江中下游斷裂坳陷成礦帶中大冶復(fù)向斜的鐵山背斜的北翼。礦區(qū)內(nèi)出露的地層以三疊系下統(tǒng)為主,圍巖主要為含膏鹽層的嘉陵江組及大冶組灰?guī)r,走向近東西略偏北西。礦區(qū)北部大面積分布的巖漿巖,屬鐵山侵入雜巖體南緣中段,主要巖性為石英閃長巖、黑云母透輝石閃長巖和含石英閃長巖,侵位地質(zhì)年
31、代為晚侏羅紀(jì)(燕山期)。 在侵入體與圍巖的接觸帶上,產(chǎn)生了強(qiáng)烈的矽卡巖化,主要蝕變巖石為透輝石矽卡巖和金云母透輝石矽卡巖。其它蝕變還有含鐵絹云母化、綠簾石化、鈉長石化、綠泥石化和碳酸鹽化等。 礦體均沿閃長巖體與石灰?guī)r的接觸帶分布,特別在侵入體包圍大理巖化巖石地段或接觸帶轉(zhuǎn)折處更為集中(圖5-10),尤其當(dāng)侵入體超復(fù)于圍巖及接觸面呈“S”型或凹凸彎曲轉(zhuǎn)折處是成礦最有利的部位。礦區(qū)可劃分為鐵門坎、龍洞、尖林山、象鼻山、獅子山、尖山等礦段,全長約5000m。 圖5-10黃銅礦-磁鐵礦礦床地質(zhì)略圖(大冶鐵山) (轉(zhuǎn)引自湖北地質(zhì)一隊(duì)等資料簡化) 1大理巖;2鐵-銅礦體;3正長閃長巖;4石英閃長巖;5輝石
32、閃長巖; 6矽卡巖 礦床中礦體形態(tài)變化很大,東部礦體大致呈似層狀,陡傾斜的凸鏡狀及囊狀,中部礦體則呈平緩產(chǎn)出的凸鏡狀或似層狀,西部礦體則以似層狀為主,礦體從東向西,其規(guī)模變小。就礦體與圍巖產(chǎn)狀而言,全區(qū)多呈小角度斜交,局部地段呈整合產(chǎn)出,礦體與圍巖接觸關(guān)系,因圍巖巖性不同而異,與大理巖或閃長巖接觸時(shí),兩者呈漸變過渡關(guān)系;當(dāng)?shù)V體與白云質(zhì)大理巖接觸時(shí),兩者呈浸染狀過渡;接觸帶出現(xiàn)厚度不等的富菱鐵礦和赤鐵礦的碳酸鹽型貧礦;當(dāng)?shù)V體中有透輝石及云母夾層包體時(shí),也構(gòu)成浸染狀貧礦,向外過渡為致密塊狀礦石。 礦石以致密塊狀為主,多為富礦石,其次為浸染狀,多為中等品位-貧礦石,局部見有角礫狀構(gòu)造。主要金屬礦物為
33、磁鐵礦,其次有黃銅礦、黃鐵礦呈條紋狀分布于塊狀礦石中,此外還有赤鐵礦、菱鐵礦、白鐵礦、斑銅礦、磁黃鐵礦等;非金屬礦物主要有透輝石、金云母、方解石、白云石等。磁鐵礦礦石占總儲(chǔ)量的97,含銅礦物常呈浸染狀分布,伴生的銅儲(chǔ)量近于大型。 二、矽卡巖型銅礦床 礦床主要與大陸邊緣造山帶的花崗閃長巖、石英二長巖、石英閃長巖等巖株有關(guān)。少數(shù)矽卡巖型銅礦床與大洋島弧環(huán)境的石英閃長巖到花崗侵入巖有關(guān)。許多重要的矽卡巖型銅礦常與斑巖型銅鉬礦床伴生,環(huán)太平洋成礦帶是世界上矽卡巖型銅礦床分布的主要成礦帶,中、新生代是世界上矽卡巖型銅礦形成的主要成礦期。 矽卡巖型銅礦的礦石品位高,長期以來是中國富銅礦石的主要來源之一。該
34、類型銅礦床在中國分布廣泛,尤以東部較為集中,主要分布在長江中下游、遼吉東部、燕山等地區(qū)。礦床的規(guī)模不等,以中、小型居多,大型礦床比較少見。 礦體多數(shù)產(chǎn)于接觸帶,部分產(chǎn)于遠(yuǎn)離接觸帶的圍巖中。絕大多數(shù)的矽卡巖型銅礦是銅、鐵共生的,而且鐵礦物的數(shù)量往往超過銅礦物,單純由銅礦化構(gòu)成的矽卡巖型礦床是不多見的。銅礦化的形成方式有二:一是交代早期矽卡巖中的透輝石而成;二是沿著矽卡巖或磁鐵礦體中的某些構(gòu)造裂隙充填交代而成,所以銅礦化往往和矽卡巖或磁鐵礦密切伴生。礦體的形態(tài)比較復(fù)雜,常見的有脈狀、透鏡狀、囊狀和不規(guī)則狀。部分礦體產(chǎn)于離接觸帶一定距離的圍巖中,呈脈狀或順層分布的透鏡狀產(chǎn)出,其形成和斷裂或巖層層理有
35、關(guān)。 這類礦床的矽卡巖礦物組合比較復(fù)雜。除早期矽卡巖礦物石榴子石、透輝石外,晚期矽卡巖一般比較發(fā)育,其中以綠簾石、陽起石和透閃石最為常見。圍巖為白云質(zhì)巖石時(shí),礦床經(jīng)常和鎂矽卡巖伴生。鎂矽卡巖中除鎂橄欖石、硅鎂石、透輝石外,還常有晚期形成的蛇紋石和金云母等。金屬礦物除磁鐵礦外,黃鐵礦、磁黃鐵礦的數(shù)量常超過銅礦物。銅礦物以黃銅礦、斑銅礦為主,銅品位可達(dá)2%8%。有的礦床中還伴生白鎢礦、輝鉬礦、方鉛礦和閃鋅礦等有用礦物,可綜合利用。少數(shù)礦床的礦石中,伴生有金,在冶煉時(shí)可順便回收,其價(jià)值有時(shí)超過礦床中的銅和鐵。 矽卡巖型銅礦床還可與斑巖型礦床相伴產(chǎn)出,形成一個(gè)礦床成礦系列,這對找礦勘探工作有一定意義。
36、 礦床實(shí)例:安徽銅官山銅礦床 銅官山礦區(qū)位于向東傾狀的一個(gè)背斜之西北翼。背斜走向北東約500,西北翼較緩,東南翼較陡,在傾沒端巖層扭曲,破碎現(xiàn)象嚴(yán)重。背斜由泥盆系五通組砂巖及頁巖、石炭系黃龍-船山組灰?guī)r、二疊系棲霞組灰?guī)r、孤峰組硅質(zhì)層、龍?zhí)督M和三疊系青龍群灰?guī)r等組成,五通組砂巖頂部的粉砂質(zhì)頁巖和細(xì)砂巖是主要礦體的頂板,黃龍-船山組灰?guī)r及棲霞組灰?guī)r為主要含礦層。 背斜的西北翼和東北端有石英閃長巖體侵入,面積約1.5km2,沿此巖體四周與灰?guī)r接觸帶均斷續(xù)有矽卡巖體及礦體存在,礦體產(chǎn)于矽卡巖中或其附近(圖5-11)。圖5-11 銅官山礦區(qū)地質(zhì)簡圖(轉(zhuǎn)引自中南礦冶學(xué)院礦床教研室“成巖成礦原理”,197
37、7)1棲霞灰?guī)r;2大理巖;3石英巖;4石英閃長巖;5石榴子石矽卡巖;6含銅 磁鐵礦礦體;7黃銅礦礦體;8蛇紋巖;9鐵帽;10接觸反應(yīng)帶;11地質(zhì)界線。 Q第四系;T ,T ,T 三疊系青龍灰?guī)r;PL二疊系龍?zhí)督M。Pg二疊系孤峰組 礦區(qū)矽卡巖有明顯的分帶現(xiàn)象,從侵入體向圍巖,可見到下列各帶: (1)鈣鐵榴石矽卡巖帶,此帶厚20m左右以鈣鐵石榴石為主,并有透輝石、方柱石、石英、綠簾石和陽起石等,偶見有磁鐵礦。 (2)透輝石矽卡巖帶,此帶厚約10m,透輝石呈細(xì)粒、致密集合體,含金屬氧化物和硫化物。 (3)透閃石大理巖帶,含較多硅灰石。硅灰石在燧石結(jié)核和燧石層附近出現(xiàn),透閃石在含鎂的石灰?guī)r層中發(fā)育。主
38、要礦體產(chǎn)在此帶中。 礦體形態(tài)和產(chǎn)狀可分為如下幾種:產(chǎn)在石灰?guī)r層和石英巖層之間的似層狀礦體,矽卡巖中的柱狀和囊狀礦體及侵入體中的脈狀及細(xì)脈浸染狀礦體。 礦石中主要金屬礦物為黃銅礦、磁黃鐵礦、黃鐵礦;次要礦物為赤鐵礦、輝銅礦、方鉛礦、閃鋅礦、輝鉬礦、毒砂等;非金屬礦物為透輝石、石榴子石、石英、方解石等。 表生硫化物富集現(xiàn)象不明顯,局部有煙灰色輝銅礦和斑銅礦。氧化帶中褐鐵礦和孔雀石很發(fā)育。 銅礦石品位中等,其中伴生的Au、Ag、Mo、Ga、Se、Te、Bi等元素可綜合回收利用。 三、矽卡巖型鉬礦床 這是一類較少見的矽卡巖型礦床,礦床常產(chǎn)于花崗巖、花崗閃長巖、斜長花崗巖等巖體與石灰?guī)r的接觸帶及附近的圍
39、巖中。礦體呈似層狀、脈狀、不規(guī)則狀等。矽卡巖礦物以鈣鋁榴石、透輝石為主。金屬礦物以輝鉬礦為主,伴生金屬礦物有黃鐵礦、黃銅礦、磁黃鐵礦、白鎢礦等,有時(shí)可構(gòu)成銅鉬型礦床或鎢鉬型礦床。輝鉬礦常呈小顆粒浸染狀散布在矽卡巖內(nèi),有時(shí)和硫化物一起分布在矽卡巖中的石英脈中,呈細(xì)脈浸染狀。礦石中鉬的含量通常為0.1%0.3%。礦床規(guī)模一般不大。 礦床實(shí)例:遼寧揚(yáng)家杖子矽卡巖型鉬礦床 區(qū)域出露的地層主要由震旦系至二疊系構(gòu)成,與成礦有關(guān)的細(xì)粒花崗巖呈舌狀侵入寒武系和奧陶系的條帶狀灰?guī)r中,在接觸帶及圍巖中形成大量矽卡巖和鉬礦化(圖5-12)。 圖5-12楊家杖子鉬礦床地質(zhì)剖面示意圖 (轉(zhuǎn)引自姚鳳良等,1983) 1條
40、帶狀灰?guī)r;2含鉬矽卡巖(礦體);3磁鐵礦矽卡巖;4細(xì)粒花崗巖;5巖脈 矽卡巖礦物主要為石榴子石、透輝石、符山石、透閃石、陽起石和綠簾石??拷鼛r漿巖處為致密狀透輝石矽卡巖,有時(shí)其中伴生少量磁鐵礦。遠(yuǎn)離巖漿巖地段以石榴子石矽卡巖為主,在圍巖中順層分布,當(dāng)圍巖為薄層灰?guī)r時(shí),矽卡巖呈整齊均勻的條帶狀。 礦體主要分布在距花崗巖數(shù)百米的矽卡巖中,產(chǎn)狀和圍巖基本一致。礦體內(nèi)金屬礦物以輝鉬礦為主,此外還有黃鐵礦、黃銅礦、磁黃鐵礦和毒砂,局部地段方鉛礦和閃鋅礦富集。 礦化和矽卡巖的空間關(guān)系有3種情況:礦化均勻地交代矽卡巖;礦化在矽卡巖中局部集中;礦化分布于矽卡巖以外的圍巖中。矽卡巖中輝鉬礦的賦存狀態(tài)也有3種情況
41、:鱗片狀輝鉬礦,浸染于矽卡巖礦物的顆粒間;細(xì)脈狀輝鉬礦或含輝鉬礦的石英、方解石細(xì)脈穿插在矽卡巖中,輝鉬礦多位于細(xì)脈壁上,少數(shù)在細(xì)脈中央;薄膜狀輝鉬礦,產(chǎn)于矽卡巖的裂隙中,受擠壓后常呈光亮的摩擦鏡面。礦石的品位均較高,大多為富礦,伴生有錸、金、銀等可綜合利用。 四、矽卡巖型鎢礦床 矽卡巖型鎢礦床主要產(chǎn)于花崗巖和碳酸鹽類巖石接觸帶及花崗巖附近的鈣質(zhì)巖層和砂巖層之間。礦體常呈層狀、扁豆?fàn)睢N◣r礦物以鈣鋁榴石、鈣鐵輝石為主,常伴有大量螢石。晚期矽卡巖不甚發(fā)育。礦體以似層狀為主,有時(shí)呈較復(fù)雜的透鏡狀和脈狀。含鎢礦物為白鎢礦,呈細(xì)脈狀或浸染狀均勻分布于矽卡巖中,含量一般為0.4%0.7%;其他伴生礦物不
42、多,個(gè)別礦床伴生大量錫、鉍、鉛、鋅,構(gòu)成鎢多金屬礦床。 該類礦床一般為中到大型,世界上一大半的鎢礦資源來自矽卡巖型鎢礦床,中國湘、贛、閩、粵等省都有重要矽卡巖型鎢礦床的分布。 礦床實(shí)例:湖南柿竹園矽卡巖型-云英巖型鎢錫鉬鉍礦床 柿竹園礦床位于華南褶皺帶湘東南隆起的邊緣。區(qū)域出露地層以中、上泥盆統(tǒng)碳酸鹽巖及碎屑巖為主,次為震旦系碎屑巖。礦床位于千里山花崗巖東南緣向內(nèi)彎曲部位的接觸帶上,NEE、NE向斷裂發(fā)育,并與成礦關(guān)系密切。柿竹園為鎢錫鉬鉍礦床,鎢礦屬于特大型,并伴生有儲(chǔ)量可觀的鉍、鉬、錫、鈹。礦體為巨大的水平透鏡體,長1000m以上,東西寬600800m,厚200300m,最厚500m。礦床
43、自花崗巖向大理巖具有明顯的分帶性,依次為云英巖網(wǎng)脈狀云英巖+矽卡巖矽卡巖化大理巖網(wǎng)脈狀大理巖;礦石類型相應(yīng)依次為云英巖型鎢鉬鉍型云英巖網(wǎng)脈-矽卡巖鎢錫鉬鉍混合型矽卡巖鎢鉍礦型大理巖錫石型(圖5-13)。主要金屬礦物有白鎢礦、黑鎢礦、輝鉬礦、輝鉍礦、錫石和黃鐵礦等。主要成礦元素有W、Mo、Bi、Sn、Be、F、Fe、Cu、Pb、Zn;伴生元素有Nb、Ta、Sc、Au、Ag、V、Hg、Sb、Se、Te、Cd等。礦化具多階段多期次的特點(diǎn),成礦作用主要與主期 圖5-13 柿竹園礦床剖面圖(轉(zhuǎn)引自湖南省地質(zhì)局408隊(duì)修改)1上泥盆統(tǒng)佘田橋組大理巖;2中泥盆統(tǒng)棋梓橋組白云質(zhì)大理巖;3震旦系淺變質(zhì)砂巖夾板巖;4矽卡巖化大理巖;5主體期中-細(xì)粒黑云母花崗巖;6花崗斑巖;7大理巖錫石礦石;8矽卡巖鎢鉍礦石;9云英巖網(wǎng)脈-矽卡巖鎢錫鉬鉍混合礦石;10云英巖鎢鉬鉍礦石;11矽卡巖;12鉛鋅礦體;13鉆孔、坑道:14斜長石化大理巖;15實(shí)測、漸變及推測地質(zhì)界線;16斷層 花崗巖有關(guān)。圍繞千里山花崗巖體除柿竹園礦床外,還有大吉嶺云英巖型鎢錫礦床、野雞尾錫石-硫化物礦床和橫山嶺等地的中低溫鉛鋅礦床。 矽卡巖型白鎢礦礦床與云英巖型黑鎢礦礦床在同一礦區(qū)出現(xiàn),經(jīng)研究認(rèn)為成礦作用是統(tǒng)一的,只是由于圍巖性質(zhì)不同而引起的差異。在石灰?guī)r中形成白鎢礦礦床,在硅鋁質(zhì)巖中則形成黑
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