矿床类型和成矿模式

微细粒结构的电气石石英岩常常形成于海底火山环境，与喷气作用有关，其中电气石以镁电气石为特点。攀枝花云鹿矿区的镁电气石与海底火山喷气成因电英岩中的镁电气石非常相似。从云鹿矿区电英岩已经破碎呈角砾状但磨圆度差且无定向性排列的特点（图3-17），结合其中的黄铁矿出现滚圆状结构的现象（图3-18）.有理由推测此处的电英岩也可能是海底喷气成因的产物。显微镜下还常见后期的黄铜矿、黄铁矿沿电气石颗粒的裂隙充填、交代（图3-19），表明电气石的形成早于硫化物。电气石以富Mg为特征，与桂北喷气成因层纹状电英岩中的电气石相似（图3-20）。在图3-21中，三大湾的电气石与金色岩群丘（Golden Dike Dome）的电气石最接近，与沙利文SEDEX型矿床中的电气石有差别。因此，三大湾地区的海底喷气活动可能与岩浆作用有关。从REE-La/Yb图解中（图3-12）可以看出三大湾矿区几乎所有样品均落在玄武岩区域，而不落在沉积岩区域。这表明矿区可能经历过火山喷气沉积过程，或者有深部基性岩浆来源的成矿流体导入。对PGE而言，即使容矿围岩属于喷气成因，还不能证明PGE也是喷气成因的。因此，还需要今后进一步研究。

图3-17 河口群碳质板岩中的角砾状电英岩（YL-3）层纹状的电英岩已经破碎呈角砾状，角砾未磨圆，分布也无方向性，表明在海底喷气作用形成电英岩之后不久又发生过火山活动或喷气作用。照片底边长约2.4mm。含PGE1406×10-9


图3-18 河口群碳质板岩中的滚圆状黄铁矿（YL-4）黄铁矿呈滚圆状赋存在碳质板岩中，其中也常见镁电气石.照片底边长约2.4mm。含PGE 508.63×10-9

由于电气石粒度很细（仅个别可达1mm以上），肉眼难以辨别，云鹿矿区整个河口群含矿围岩是否均为电英岩，或电英岩只是其中的一部分，目前还无法断定，需要今后通过填图、配合全面系统的岩矿鉴定来进一步查明，但对寻找新类型的铂族元素矿床提供了新的线索，也意味着在攀西地区可能存在又一种新类型的铂族元素矿化——即海底喷气沉积型铂族元素多金属矿床。如果会理硫磺厂等地赋存于元古宙地层中的PGE能够被进一步证明也是喷气来源的话，无疑提供了一种新的铂族元素矿床类型的实例。这种可能性是存在的，如位于矿区东偏南方向、平距仅约16km处的拉拉厂火山岩型喷气矿床中PGE的含量也可达88.57×10-9。

图3-19 河口群电英岩中的电气石

硫化物沿裂隙充填、交代电气石（YL-10），比例尺长1mm

图3-20 三大湾矿区电气石的成分图解

（桂北四堡期层纹状电英岩资料据陈毓川等，1995）

图3-21 三大湾电气石与国内外其他矿区电气石的对比

（沙利文资料据Ethier等，1977；金色岩墙丘（Golden Dyke Dome）据Plimer,1986；澳大利亚花岗岩据Deer等，1963；南非卡卡马斯、纳米比亚和意大利资料据Franco Pirajno等，1992；新西兰Kirwana山资料据Mackenzie,1983；云南阿莫资料据赵大贤等，1991；美国Black山伟晶岩资料据Sheaver CK等，1986；广西大厂据王登红等，1996）

成矿系列模式常是指区域尺度的，一般包含以下内容：
1）区域岩石圈结构及组成；
2）区域成矿构造环境（伸展、挤压、走滑、隆升、沉降等）；
3）区域主要地层及岩石建造（含沉积岩、火山岩及变质岩）；
4）区域的侵入岩（岩相、时代、规模、穿切地层情况）；
5）区内的控岩控矿构造；
6）矿床类型（矿种、成因类型）及其时空结构和成因联系；
7）主要控矿因素，如流体、 、 、Eh等；
8）成矿作用机理。
由于各成矿区带研究程度不同，各种信息详略不一。因此，反映在成矿系列模式上的内容也有差别，关键是尽可能地多反映一些成矿信息。
成矿系列模型反映了对该区域成矿规律的综合研究成果和现阶段的认识水平。为建立好成矿模型，需要以下的研究工作为基础：
1）研究成矿系列形成的地质背景。研究、总结该成矿系列所处的区域地质环境和区域地质构造发展历史，重点放在形成该成矿系列的构造运动和所属年代、重大的构造-热事件等。
2）研究成矿系列的主要控制因素。根据区域矿床类型划分和代表性矿床和矿田成矿规律的研究结果，分别总结各类成矿系列的地层、构造、岩浆岩、沉积和变质作用等控制因素。由于矿床类型的差别，主要控制因素不全一致，要抓住主要因素，突出表现。
3）研究成矿系列中矿床空间分布规律。总结各类矿床的空间分布特征，分析控制因素，研究各矿种、矿床成因类型、矿化规模以及矿体形态、产状、蚀变及品位的空间变化规律。
4）研究成矿系列的形成作用。研究总结成矿系列形成的温度、压力、深度等物理、化学条件，分析成矿物质来源、流体来源及富集成矿的制约因素；研究形成不同矿床类型、不同矿种的局部控制因素。
5）研究成矿系列的内部结构。研究、阐明成矿系列的内部结构，查明各有关矿床类型间的时间、空间和物质组成关系。
6）研究成矿系列的成矿多期次性，包括成矿系列的叠加及后期改造作用。总结成矿系列的多期成矿特点，揭示不同矿床的主成矿期和多期成矿的叠加现象，分析不同成矿期和不同地质作用时期对成矿系列的作用的效果及机理。
在上述工作的基础上，用简明的文字或图表形式表示成矿系列各方面的控制因素和形成机理的内在联系，并加以恰当组合和理论概括，建立起成矿系列模型。
成矿系列模型的研究和建立，涉及面广，综合性强，较之对单一矿床的成因研究更为复杂。因此，所建立的成矿系列模型，仍然带有一定的推断性和假定性。随着研究区内资料的逐步丰富和人们认识水平的提高，成矿系列模型也应加以修正并不断完善。

(一)祖母绿矿床的主要类型

祖母绿形成的地质环境较为特殊,所以祖母绿矿床的成因较为复杂。研究学者根据铍元素和铬钒元素的来源、流体活动、矿区的岩石及构造单元和地球化学数据等方面的信息,曾提出几种祖母绿成因的分类方案。目前已被广泛接受的祖母绿矿床类型主要有两种:第一种是与花岗岩侵入体有关的祖母绿成矿作用;第二种与花岗岩侵入体无关,而是主要受地质构造(如冲断层和剪切带)控制的祖母绿成矿作用(表3-2)。

表3-2 矿床成因类型表

1.第一种类型(与花岗岩侵入体有关的矿床类型)

世界上大部分祖母绿矿床的形成与花岗岩侵入体有关,其特征为基性—超基性岩或沉积岩被花岗伟晶岩、花岗岩类岩脉穿插。这类祖母绿矿床大多赋存于太古宙和前寒武纪基底构成的岩石系列、前寒武纪或古生代火山沉积岩系和大洋缝合带中。基性和超基性岩石主要为蛇纹岩、角闪岩、滑石片岩、云母片岩等,这些岩石都经历了区域变质作用。祖母绿矿化位于花岗岩类岩体与上述三类岩层的接触带中。

围岩和花岗伟晶岩体系有关的热液作用导致祖母绿结晶。祖母绿寄主的基性—超基性岩主要是黑云母—金云母片岩和阳起石—透闪石片岩,成分多变。祖母绿通常赋存于黑色的金云母片岩中,有时也赋存于含钾长石和白云母的矿脉中。赞比亚恩多拉矿、津巴布韦贝林圭矿、马达加斯加马南扎里矿、巴西卡纳伊巴矿、巴西索科托矿、巴西贝尔蒙特矿以及俄罗斯乌拉尔矿等都属于这种类型。

巴基斯坦哈尔塔拉、澳大利亚浦那、美国希登立特和尼日利亚卡杜纳的祖母绿矿床成因也与伟晶岩有关,但它们的地质特征和矿物特征与前面列举的典型伟晶岩型矿床有所不同。

2.第二种类型(与花岗岩侵入体无关的矿床类型)

第二种类型的祖母绿矿床与花岗岩侵入体无关。祖母绿矿化作用受地质构造,主要是冲断层和剪切带的控制。构造运动促使成矿流体循环,这些流体与火山—沉积系列或海洋缝合带内的基性岩发生地球化学反应,致使祖母绿结晶。著名东科迪勒拉山脉的哥伦比亚矿床属于这种类型,并且具有特殊的黑色页岩地质背景和历史。这类矿床的形成除了与硫酸盐卤水蒸发的热化学还原作用有关外,还与其周围黑色页岩中有机物质的参与等有关。

图3-16 祖母绿赋存于伟晶岩脉中

事实上,以上介绍的两种祖母绿矿床类型并不能包括所有的祖母绿矿床,某些矿床的地质成因还有待探讨。某些矿床还不能简单地划分为第一种类型或第二种类型。例如,巴基斯坦斯瓦特祖母绿的形成可能与伟晶岩有关,且此矿床位于一些主要的断层或剪切带中,说明该矿床的成因复杂。美国北卡罗来纳州的祖母绿矿床产于石英脉中,祖母绿与锂辉石共生,这种特征明显不同于其他地方的祖母绿矿床。

祖母绿矿床的成因并非单一,地质学家根据矿床外观特征对祖母绿矿床进行分类。

1)伟晶岩型

典型伟晶岩型祖母绿矿床以尼日利亚矿区为例。伟晶岩通常分布于花岗岩体顶部或侧面,以岩脉的方式穿插到围岩中,在伟晶岩和围岩的接触部位发生钠长石化。成矿的热液流体经过围岩,在伟晶岩脉中形成祖母绿(图3-16)。

2)伟晶岩和云英片岩混合型

典型的伟晶岩和云英片岩混合型祖母绿矿床以俄罗斯乌拉尔山脉矿区为例。花岗岩类伟晶岩与超基性围岩接触时形成一个接触带,矿床形成于该接触带中。矿体通常呈结节状或透镜体状分布。祖母绿结晶作用与热液流体接触带中的金云母、阳起石、滑石和钠长岩等矿物间发生的交代反应有关(图3-17)。

3)变质片岩型

这类祖母绿矿床与碳酸盐—滑石片岩、金云母片岩、碳酸盐—滑石—金云母片岩这三类变质片岩有关。

典型的碳酸盐—滑石片岩祖母绿矿床以巴基斯坦斯瓦特矿区为例。祖母绿的主要母岩为碳酸盐岩、绿片岩和滑石片岩,矿体通常呈结节状或透镜体状分布(图3-18)。

图3-17 祖母绿赋存于伟晶岩和云英片岩中

图3-18 祖母绿赋存于碳酸盐—滑石片岩和石英透镜体中

图3-19 祖母绿赋存于金云母片岩中

典型的金云母片岩祖母绿矿床以奥地利矿区为例。祖母绿的主要母岩为金云母片岩,矿体呈结节状或透镜体状分布(图3-19)。

典型的碳酸盐—滑石—金云母片岩祖母绿矿床以巴西戈亚斯州矿区为例。祖母绿的主要母岩为白云母石英岩、碳酸盐岩和滑石片岩。矿体通常呈不规则状,零散分布于这些片岩中(图3-20)。

4)黑色页岩和角砾岩型

典型的黑色页岩和角砾岩型祖母绿矿床以哥伦比亚矿区为例。祖母绿的母岩为黑色页岩、碳酸盐岩、含钠长石和黄铁矿的角砾岩。在晶簇中,祖母绿与碳酸盐矿物、黄铁矿和钠长石共生(图3-21)。

图3-20 祖母绿赋存于金云母片岩和碳酸盐—滑石片岩中

图3-21 祖母绿赋存于黑色页岩和角砾岩中

(二)成矿模式

影响祖母绿成矿的因素众多,主要包括地质构造活动和区域变质作用、母岩的化学成分、成矿流体的来源及化学成分、温度压力等地球化学条件。下面列出了几种重要的祖母绿成矿模式(表3-3)。

表3-3 祖母绿矿床的成矿模式

1.岩浆侵入基性—超基性岩发生的接触变质作用而形成的矿床

俄罗斯乌拉尔山脉矿区的祖母绿属于接触变质型成因,这是最典型的祖母绿成矿模式:祖母绿的成矿作用发生在侵入的岩浆或流体与超基性蚀变岩相互作用的过程中。祖母绿形成于花岗岩侵入体的边缘接触变质地带。祖母绿形成所需的锂、铍、铝、硅、钾、钠等元素来源于伟晶岩或侵入岩,这些元素在蚀变带中通过地球化学反应结合而形成祖母绿。赞比亚卡福布矿区的祖母绿也属于这一成矿模式。

2.区域变质作用和构造变形而形成的矿床

20世纪80年代末,经典的祖母绿接触变质成因理论受到了挑战,奥地利哈巴赫托和南非莱兹卓普矿区的祖母绿是在岩石变形作用和低级区域变质作用下形成的。在哈巴赫托,祖母绿矿床位于构造剪切带上,与伟晶岩无关。祖母绿中的铬元素来自蛇纹岩;铍元素来自蛇纹岩附近的云母片岩。

3.热液循环导致基性—超基性岩与伟晶岩发生交代变质作用而形成的矿床

这类矿床的形成通常是与花岗岩侵入体有关,含铍的花岗伟晶岩通常分布于含铬和钒的基性—超基性岩或变质沉积岩系内部。祖母绿并不是岩浆侵入围岩发生接触变质作用的产物,而是在伟晶岩形成后发生的流体循环交代作用形成的。含祖母绿的母岩主要是黑云母片岩和金云母片岩,并呈脉状分布。

祖母绿晶体在斜长岩—伟晶岩脉或周围片岩中的丰度取决于流体的化学活性、母岩的渗透性、铬钒和铍元素的迁移能力。综合分析祖母绿中流体包体和同位素的组成可以推断成矿流体的来源。

4.超基性岩与伟晶岩边缘发生接触变质作用,岩浆、热液活动受剪切控制而形成的矿床

津巴布韦桑达瓦纳祖母绿矿床位于津巴布韦地块的南部边缘,矿床形成于约26亿年前,矿体赋存于姆韦扎绿岩带和伟晶岩侵入体的接触带。后期含氟、磷、锂、铍、钠和铬元素的热水溶液沿剪切带进入围岩,导致了祖母绿结晶。桑达瓦纳矿床是最为古老且具有经济价值的矿床之一。

通过分析桑达瓦纳祖母绿的成矿模式,可知祖母绿结晶作用的发生需满足以下物理化学条件:铍和铬或钒同时存在;要有含成矿元素的过饱和热水溶液;形成温度为600~300℃;足够的晶体生长空间。

桑达瓦纳祖母绿的形成与岩浆活动受构造活动控制,图3-22示意了成矿过程。第一个过程为含稀有元素的岩浆侵入形成伟晶岩,这种侵入常与地层变形有关(图3-22a);第二个过程是挤压和剪切地质构造作用导致了伟晶岩发生褶皱,呈香肠状分布(图3-22b);最后一个过程是富含钠的流体沿剪切带侵入,并在伟晶岩与绿岩接触带部位发生接触交代变质作用,在此过程中,当含矿流体达到过饱和条件,同时有足够空间的条件下祖母绿结晶成矿(图3-22c)。

图3-22 桑达瓦纳祖母绿成矿模式示意图

5.阿尔卑斯类型的热液矿脉体系中祖母绿和锂辉石的矿化而形成的矿床

美国北卡罗来纳州的希登立特祖母绿矿区,绿柱石和铬铁锂辉石赋存于石英脉和晶洞中。除绿柱石和铬铁锂辉石外,还有其他含铍、锂、钛和硼的矿物以及黄铁矿、菱沸石和石墨等。黄铁矿、菱沸石和石墨与祖母绿不是同期形成的。矿物学家研究了石英中的二氧化碳流体包体后认为流体的成分与花岗伟晶岩无关。因为在石英脉中首次同时发现祖母绿和锂辉石,所以有人认为这属于一种特殊矿床类型。

6.流体与沥青黑色页岩之间的相互作用而形成的矿床

著名的哥伦比亚祖母绿矿区位于科迪勒拉山脉,它有着独特的黑色页岩作为含矿母岩地质环境和成矿历史。哥伦比亚祖母绿的形成与硫酸盐卤水蒸发及卤水与含有机质的黑色页岩发生的反应有关。

哥伦比亚祖母绿矿床相对年轻,形成于始新世,它们寄主在白垩纪早期的黑色页岩—石灰岩层序列中,与伟晶岩或岩浆流体无关,祖母绿形成于该地区构造运动过程中的热液活动期。这一类型的祖母绿矿化与卤水有关,盆地中富硫酸盐的卤水发生蒸发分解作用,致使上部黑色页岩中的钠分离,同时与来自周围的铍、铬、钒等元素混合形成热水溶液。在有利的空间条件下,祖母绿在过饱和热水溶液中结晶生长。碳酸盐—硅酸盐—黄铁矿脉和矿囊为主要的成矿部位,矿体穿插于黑色页岩中。

哥伦比亚祖母绿中的流体包体成分主要由含钾、钠的卤水组成。超盐度卤水的钾、钠化学组成为上述成因模式提供了有力证据。黄铁矿的硫同位素研究表明,硫的来源与岩浆或白垩纪早期黑色页岩无关,而是主要来自盆地卤水。图3-23示意了哥伦比亚祖母绿的成因模式。

图3-23 哥伦比亚祖母绿矿床成因模式示意图