成矿作用与构造作用、蚀变作用的关系

　岩浆-成矿-构造作用~

70～80年代，确定板块构造环境的火成岩化学元素判别图曾获得广泛的应用。随着研究的深入，现已认识到，单纯地依靠这一方法可能会造成构造环境的错误判断。近年来，已认识到火成岩化学特征依赖于源岩性质、局部熔融条件和岩浆演化机理，因此必须把元素判别图解与地质学、岩石学研究结合起来，只有这样，才能较正确地判断其形成的构造环境。
关于花岗岩岩浆活动与构造环境关系的研究一直是火成岩研究的热点。很多学者分析了不同构造环境（同造山、晚造山、后造山和非造山）下花岗岩类岩石组合的特点，现已认识到，花岗岩成分主要受岩石圈板块组成的性质、壳幔相互作用的程度和特点以及地球动力学背景的制约。
近年来，板块内部及板块边缘的火成岩和岩浆作用备受关注。在板块内部，在挤压环境下的扩张阶段和拉张环境，可以形成一系列大陆板内独特的火山岩组合，包括以富钾流纹岩、英安质火山岩为主，夹碱性玄武岩组合；以碱性玄武岩和玄武安山岩为主；夹粗面岩或碱性流纹岩的双峰式火山岩组合；钠质或钾质的碱性玄武岩和拉斑玄武岩组合；以及金伯利岩、碳酸岩和碱性超基性岩的各种共生组合。有一些岩石类型如科马提岩、奥长环斑花岗岩（Rapakivi granite）、金伯利岩、钾镁煌斑岩、碳酸岩、镁玄武岩等，因为具有特定的地质意义或找矿价值而备受重视。奥长环斑花岗岩是板内花岗岩，构造环境与全球性拉张事件有关，受裂谷作用制约，年代几乎全为中元古代。但最近美国在第三系中发现了奥长环斑花岗岩；在我国显生宙也有发现。芬兰I.Haapala认为，这类花岗岩往往表现为双峰式，常与辉长岩、苏长岩、斜长岩、辉绿岩共生，其成因与玄武岩浆的底侵作用导致的中、下地壳的部分熔融有关。科马提岩只产生在太古宙，可能是太古宙的高热流引起上地幔部分熔融程度升高而形成的。研究结果表明，板块边缘包括岛弧、活动陆缘和弧后盆地的拉斑系列、钙碱性系列和富钾碱性系列火山岩，自老到新是不同的阶段产物，而且在垂直岛弧的方向上，具有呈带分布的特征。它的成矿带可归纳为三类：一是与裂谷和“热点”有关的碳酸岩铌、铈、磷、锶、钡矿、金刚石矿、块状硫化物矿和某些斑岩铜矿；二是与消减作用有关的岛弧型斑岩铜-金矿、黑矿（铅、锌、铜）、金矿、黄铁矿-自然硫，活动陆缘型斑岩铜-钼矿、钨、锡、萤石矿，弧后型锑、汞和金矿；三是与陆间碰撞有关的斑岩铜矿、黑矿、汞矿、铀矿和金矿。
我国的花岗岩与成矿关系已作过较好的研究，认为同熔型花岗岩属西太平洋成矿带的内带，有关矿产以上地幔中较富的铁、铜、钼为主，其次为金、银、铅、锌、硫等，矿床类型主要有斑岩型、热液叠加型（部分为夕卡岩型）和中低温热液脉型；矿床常受火山构造和中浅成侵入体接触带的控制。改造型花岗岩在西太平洋成矿带的外带，伴生矿产以地壳中丰度较大的亲花岗岩的元素W、Sn、Nb、Ta、Be、U等为主；成矿一般为小岩体，有强烈的蚀变交代作用；蚀变和成矿元素在时间和空间上有明显的分带现象；矿体常产在岩体的顶部和内外接触带，以接触交代型、大脉型和蚀变花岗岩型等热液矿床为主。
岩浆作用的机理与成矿作用关系密切，岩浆分凝作用与火成堆积岩以及其中的岩浆矿床的形成机理已从岩石相平衡的实验与理论分析中获得比较成功的解释。T.N.Irvine指出，基性层状侵入体中的铬铁矿矿床和铂钇硫化物矿床的形成与超镁质岩浆和斜长岩岩浆之间的混合作用有关。C.W.Burnham提出的含水长英质岩浆—岩浆期后溶液—成矿作用模型，明确指出成矿作用首先与形成的岩浆的源岩有关，不同的源岩提供不同的金属元素，这是决定一个地区金属成矿潜力的前提条件。但是，要使该潜力变成矿床现实还决定于其他一系列因素，例如侵入体的定位水平、矿化区的物理化学条件、构造控制的作用等。花岗岩浆的氧化还原状态和岩浆分异程度则是决定成矿元素相对比例的首要控制因素，而它们又与源岩的性质有密切的关系。

在庞西垌－金山含矿断裂带中，热液蚀变叠加在构造变形之上。同时一些早期的蚀变矿物可以受到后期构造变形作用的影响。
在热液蚀变的早期，含矿断裂带内的岩石遭受广泛的热液蚀变，形成硅化、黄铁矿化、绢英岩化等各类蚀变岩。在后期，由于构造应力的作用，早期形成的蚀变岩石和矿物被压碎，成矿溶液沿破裂面交代早阶段的蚀变岩石，或形成石英（硫化物）细脉，沿裂隙充填。
在蚀变作用的末期，早期和晚期形成的各种蚀变岩和石英硫化物细脉，在构造应力的继续作用下形成各种破裂和裂隙，由石英（硫化物）脉、石英－碳酸盐脉、萤石脉、重晶石脉交代或充填。
根据野外观察和实验室分析，热液蚀变和断裂构造变形作用大致同属于一个地质演化时期。

胶西北矿集区成矿作用、构造作用、蚀变作用有密切的联系，构造对金矿产出状态和分布等特征起着严格的控制作用。构造特征及演化与矿体形成、矿化类型、矿化阶段、矿石结构构造、蚀变类型等有综合制约关系。

一、成矿作用

胶西北金矿成矿作用可分为热液期和氧化期，前者为金矿的成矿期，后者为金矿成矿后的改造期。成矿期间，热液本身的演化和交代作用，构造的不断活动，构成了完整的构造热液期。在构造热液期内，成矿是多阶段的，根据控矿构造和热液脉体的相互关系及其与金成矿的关系，将热液成矿期划分为四个阶段。现将各个成矿阶段矿物共生组合(表6－27)及成矿作用的演化总结如下。

(一)热液期

1.黄铁矿－石英阶段

主要共生矿物为石英及黄铁矿，石英呈白色，黄铁矿呈粗粒状，多构成黄铁矿石英脉。金的含量较少，但成色较高。

2.金－石英－黄铁矿阶段

该阶段主要矿物共生组合为黄铁矿、石英等，并含有少量绢云母、自然金，呈细脉状、网脉状和细脉浸染状分布于破碎蚀变带中。

表6－27 成矿阶段及矿物生成顺序表

构造的继承性活动，使各种蚀变岩裂隙更加发育，早期形成的黄铁矿、石英破碎;由于大量SiO₂沉淀及天水的加入，成矿热液演变为中性至弱碱性，温度、压力及E_h值降低，金开始沉淀，然后黄铁矿和石英沉淀，共同组成浅灰色含金石英黄铁矿脉。

3.金－石英－多金属硫化物阶段

该阶段矿物共生组合分为两个世代:第一世代为黄铁矿、磁黄铁矿、黄铜矿、方铅矿、石英等，并含有少量闪锌矿、银金矿;第二世代主要共生矿物为方铅矿、闪锌矿、石英、绢云母等，并含少量黄铜矿、黄铁矿、银金矿类矿物，碲银矿是该世代产物。该阶段热液矿物呈细脉状、细网脉状或细脉浸染状分布于破碎蚀变带中。

第三成矿阶段末发生了一次复活性构造活动，活动后期，应力释放，断裂裂隙重新启开，含矿热液再度导入;先期成矿热液在上升至地表时，温度压力进一步下降，pH、E_h值升高，溶液呈偏碱性还原状态，金的络合物稳定性急剧下降，金开始大量沉淀;同时，矿液中Cu²⁺、Pb²⁺、Zn²⁺浓度增大，沉淀各种金属硫化物，而硫化物的析出又促进了金的沉淀，并与石英形成金－石英－多金属硫化物组合。

该阶段为主要成矿阶段，成矿热液沿着启开或新生断裂裂隙上升，矿化作用主要发生于主裂面之下的黄铁绢英岩化花岗质碎裂岩带内和黄铁绢英岩化碎裂岩带内，其次发生于黄铁绢英岩化花岗岩带内。黄铁绢英岩化碎裂岩带内矿化作用方式以交代为主、充填为次;黄铁绢英岩化花岗岩带内则以充填方式为主。多金属硫化物在黄铁绢英岩化碎裂岩内主要呈细粒浸染状分布，在黄铁绢英岩化花岗质碎裂岩带内主要以细脉浸染状、细脉短脉状分布，在黄铁绢英岩化花岗岩带内主要以脉状分布。

该阶段构造活动持续时间长，矿液组分沉淀充分。

4.石英－碳酸盐阶段

该阶段主要矿物共生组合为石英、碳酸盐及少量黄铁矿，呈细脉或网脉状分布于破碎蚀变岩带中，并穿切前期热液脉体。

含矿热液经上述一系列演化及天水不断加入之后，pH值降低，E_h值升高，温度压力进一步下降，热液中的HCO^－₃、CO^2－₃、Ca²⁺、SO₂及游离CO₂同时沉淀，形成石英方解石脉。

该矿化阶段因构造活动微弱及热液已大部分上升，蚀变矿化作用进入尾声。

(二)氧化期

金矿形成后，抬升到氧化带范围，矿石遭受氧化、风化、淋滤等作用，其矿物组成和结构、构造均产生明显变化，形成蜂窝状、皮壳状、胶状等构造，称为氧化矿石。

二、断裂构造作用

(一)构造组合型式

1.弧形断裂系统

胶西北主干控矿断裂———三山岛断裂、焦家断裂、招平断裂在平面上均呈弧形分布，构成弧形构造系统。这种断裂是在区域EW向构造带基础上，NNE向构造斜接复合或截接NE向构造所形成的构造型式。玲珑花岗岩岩体的形态、范围，对弧形构造的成生发展创造了重要的边界条件，焦家断裂及招平断裂，在很大程度上沿袭了玲珑岩体与栖霞片麻岩套侵入接触的薄弱面曲折伸展。部分地段可能是由NNE向断裂与NEE向断裂复合形成，如焦家断裂总体呈NNE走向，但在姚家以北段突然转为NEE向，且控制中生代盆地，说明该段应为二条不同方向断裂的复合段。

2.入字形构造

入字形构造是次级断裂与主干断裂呈入字形交切或复合而形成的构造组合型式。焦家主断裂与其旁侧的若干支断裂构成入字形展布特征，深部勘查发现，这些支断裂向深部逐渐与主断裂交汇、复合，形成宽大的矿化蚀变带，是金矿成矿的有利空间。

3.类帚状构造

类帚状构造是胶西北矿田构造的主要构造成型式之一。以玲珑类帚状构造较为典型。玲珑类帚状构造以9条次级断裂为骨干，并组合了伴生、派生的低序次的数百条断裂构成矿田构造，控制了矿田内矿床(体)的分布。其控矿表现为:①主要矿体无论从平面或剖面上看，均赋存于类帚状构造向南东曲率最大的凸出段;②主断裂或支断裂、矿体等在平面及剖面上有NW—SE向横向对应产出规律;③就单一矿脉而言，矿体赋存于沿倾向由缓变陡的部位。

(二)构造活动阶段

对焦家金矿田断裂构造活动期次前人进行了详细研究，李厚民等(2002)将其总结为4个阶段。

1.成矿初期韧性剪切活动

由于后期强烈的脆性变形叠加，在很大程度上掩盖和破坏了早期韧性剪切构造形迹，但经深入研究仍可揭示焦家带前期韧性变形特征。韧性变形岩石宏观上显示有新生构造页理、杆状构造、布丁构造，局部显示有S－C构造。拉伸线理优势产状是280°∠41°，糜棱面理优势产状是271°∠50°。韧性变形发生于中等偏低的温度(300～500℃)，中等围压(0.27～0.49GPa)，较高应变速率条件下(徐刚，2003)。焦家带前期韧性带是一条以压扁作用为主的左行韧性变形带。

2.主成矿期张剪性构造活动

焦家断裂带黄铁绢英岩型矿石中出现的构造角砾岩是张剪性构造活动的标志。主要矿体向南西侧伏，及平面上矿体沿与主裂面锐角相交的张剪性破裂分布的特点，指示为右行张剪控矿。焦家主断裂带上的金矿体分布于断裂走向转折的引张部位，也显示右行张剪控矿的特点。

3.主成矿期压剪性构造活动

在焦家主断裂大量发育的页理化断层泥岩、碎粒岩(绢英岩)是压扭作用的产物。碎粒岩强烈绢云母化，呈网脉状、显微晶质鳞片状，略定向，显示了压性特征。矿体在SW向侧伏背景上的NNW向集中趋势，也是受右行压剪空间控制的结果。据σ型、δ型石英和黄铁矿旋转碎斑等判别标志判断，该期构造活动在剖面上为逆冲性质。

4.成矿后张性断裂活动

成矿后构造以未固结的断层泥和断层角砾岩为标志。角砾岩较松散，泥化强，角砾成分复杂，有硅化蚀变岩、碳酸盐脉及中基性岩脉，大小混杂、棱角较明显;胶结物为绿泥石化、绢云母化的碎粉、碎泥。该期断裂活动具正断层性质。

(三)构造岩分带

胶西北控矿主干断裂带构造岩具有明显的变形强度分带特点，主断裂面下盘构造变形强烈，分带明显，靠近主断裂面为断层泥带，其下依次出现碎裂岩带、花岗质碎裂岩带、碎裂花岗岩带和钾化花岗岩带。主断裂面上盘一般变形较弱，分带不完整。各构造岩带主要特征见本章第一节。

三、成矿作用与蚀变作用、构造作用的关系

(一)不同类型金矿受不同性质断裂构造控制

胶西北金矿严格受以三山岛断裂、焦家断裂和招平断裂为标志的主干断裂及与其匹配的不同级别序次的断裂构造控制，断裂性质、规模、产状、构造岩的类型和发育程度有很大的区别，它们对不同类型金矿床的形成具有控制的专属性。大致可分为4种受不同性质断裂控制的金矿类型:①浸染状破碎带蚀变岩型金矿，主要受铲式主干断裂控制;②细网脉型金矿，受主干控矿断裂下盘伴生、派生低级别、低序次断裂裂隙带控制;③石英脉型金矿，受主控矿断裂下盘，相对远离主断面的伴生、派生低级别、低序次断裂控制;④囊状显微细脉浸染型金矿，受主断裂面下盘岩体局部张性显微裂隙带控制。

(二)断裂构造分带与蚀变矿化分带的一致性

胶西北控矿断裂构造存在级别、容矿空间、构造分带的差异，因此，其所控制的矿化、矿石类型也存在差异，表现为矿化－构造－蚀变分带的一致性，矿化强度与构造强度、蚀变强度对应变化(表6－28)。

表6－28 构造－蚀变－矿化分带特征

以焦家金矿田为例(邓军，1994)。焦家主干断裂控制的焦家、新城金矿床，岩石变形强，以碎粒岩为主构成较为典型的连通弥散空间，形成破碎带蚀变岩型矿化。而低级序的河西断裂控制的河西、红布金矿床，距主断裂有一定距离，岩石破碎相对较弱，在密集的节理构造带中，发育单一的岩石间破碎带及陡倾斜裂隙，形成以细网脉状为主的矿化类型。离主干断裂更远的望儿山断裂所控制的界河、河东、望儿山等金矿床，矿化类型以网脉或脉状为主。寺庄矿区深部金矿床、焦家金矿床深部金矿，由近主裂面的黄铁绢英岩带至远离主裂面的钾化花岗岩带，矿化类型由浸染状蚀变岩型渐变为网脉状、细脉状。由此可见，从近主断裂面的挤压片理带至远离主断面的稀疏节理带，蚀变分带由黄铁绢英岩化带渐变为钾化带，并依次出现浸染状矿化带至脉状矿化带。这种构造、蚀变、矿化构成完整的演化系列，在区域上具普遍性，从而使受构造控制的矿化类型及矿体组合呈明显的分带性。

(三)矿化分带的形成原因

邓军等(1996)研究认为，控制矿化类型和分带的因素有三个主要方面:成矿溶液的性质和能量，成矿围岩与控矿构造的力学性质以及构造岩强度。在前两者条件相同的前提下，构造活动所形成的断裂为热液提供了运移通道和储集空间，断裂构造的空间状态决定了矿化类型和分带。

断裂构造中存在两种类型空间，连续自由空间和连续弥散空间。连续弥散空间因构造岩强度大、岩石破碎、岩石表面积大、弥散空间分布均匀，有利于形成蚀变岩型金矿床。而连续自由空间在简单的构造裂隙中最为发育，该处构造动力对岩石的机械破碎较弱，构造强度较低，裂隙张开后热液易进入空间形成充填脉体，有利于形成石英脉型金矿。

严格地说，连续自由空间和连续弥散空间只是断裂构造中空间状态的两种基本类型，无论是对整个胶西北金矿集中区，还是某一金矿田乃至某一金矿床的控矿断裂，两种空间都是紧密相依的。充填、交代和蚀变作用总是同时进行且不可分割，相似的物质组成在不同的断裂构造环境中，两种作用的量比发生变化，从而形成不同类型的矿化分带空间系列。

(四)矿化蚀变阶段与构造活动阶段的协调性

研究表明，胶东金矿成矿作用热液活动的时间介于129～110Ma，焦家主断裂的主要活动时间为131.05～123.53Ma。可见，成矿热液活动与断裂构造活动时间接近，构造活动略早于热液活动。

成矿阶段与构造活动阶段对比发现，二者对应性较好。黄铁矿－石英阶段与成矿初期韧性剪切活动相对应，金－石英－黄铁矿阶段与主成矿期张剪性构造活动相对应，金－石英－多金属硫化物阶段与主成矿期压剪性构造活动相对应，石英－碳酸盐阶段与成矿后张性断裂活动相对应。

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