变质作用旋回与变质作用矿床的成矿时代

变质作用矿床的基本类型~

从20世纪70年代开始，变质作用矿床分类开始强调变质作用本身的特征，包括变质热液和混合岩化作用。董申保（1990）结合我国实际，根据变质成矿作用过程中的变质作用阶段提出变质矿床分类：Ⅰ 前变质矿床；Ⅱ 变质形成矿床（包括：①变质重结晶型；②变质热液型）；Ⅲ混合岩化矿床（包括：①原地交代型；②后期热液交代型）。

图3-11 常见变质岩中金红石的分布

前变质矿床属于受变质作用影响前已成为矿床的类型，也称受变质矿床。其形成可分两个阶段：在第一阶段（变质前阶段），在火山-沉积作用过程中成矿组分在岩石中聚集起来；在第二阶段（变质阶段），由于原岩的溶解和重结晶而使矿床的矿物成分发生变化，同时，由于集合重结晶作用而使成矿物质在岩层内发生短距离迁移。这类矿床中常见有矿层、含矿透镜体和层状矿体，它们产于成分近于矿石、与矿石的区别主要在于成矿组分含量不同的岩石中。矿体及其围岩属于同一沉积建造或沉积-火山建造，而岩石和矿石的矿物共生组合属于同一变质相。变质作用改变了元素存在的原始矿物形式，元素的这种存在形式决定着矿石的工艺性质（磁铁矿、蓝晶石、石墨等矿石）。受变质矿床的实例有：在世界许多地盾区均有发育的含铁角岩、碧玉铁质岩和含铁石英岩；印度的锰矿床；澳大利亚的多金属矿床；加拿大、巴西、南非等地的元古代砾岩、砂岩和页岩中的金、铜、铀矿床。
变质形成矿床也称变成矿床，发生于变质作用时期的固态重结晶阶段，包括晚期抬升而受剥蚀的退化变质阶段。矿床的形成由变质重结晶作用和流体效应联合影响于含矿建造中所致。由于二者影响的程度不同，又可分为：①变质重结晶型：含矿组分的迁移、反应和集中主要由变质反应时的重结晶作用引起，流体占次要地位。它们迁移的距离不明显，集中于矿源层内。如大部分的条带磁铁石英岩、石墨片麻岩、蓝晶石或刚玉片岩等。②变质热液型：它们主要由变质作用发生时的流体参与而形成。受流体影响的迁移反应较明显，主要表现为热液蚀变所呈现的交代作用。含矿组分有明显的迁移，但大都限于含矿建造中。矿体结构常与变质结构有继承关系或包含关系，例如铁矿的海绵结构。
混合岩化矿床属于变质作用后期由固态重结晶转向重熔过程的转化阶段形成的矿床。根据其发生的阶段不同，又可分为：①原地交代型：属于混合岩化主期，表现为重熔的开始，贯通流体的发生和原岩组分的活化。原岩组分开始时常聚集成为伟晶或粗晶集合体，相当于聚晶作用，随后分解成为含水化合物、络阴离子化合物、氧化物等并逐渐析出。主要矿床有伟晶岩型白云母、锂、铍、铌、钽、磷灰石矿等，混合花岗岩型铀、钍矿等（辽宁连山关）。它们主要特征是：交代作用明显，伴生的热液蚀变矿物与原岩矿物成世代关系，并密切相关，矿体常成顺层状、浸染状或伟晶状并与含矿建造相一致，成矿期与混合岩期相一致。②混合岩化后期热液型：属于混合花岗岩形成后的热液型。它们往往处于后期的近于绝热降压阶段，流体贯通明显，形成矿床的组分基本来自含矿建造内，与含矿建造成线形排列。热液交代现象普遍，主要是铁、镁交代作用和碱性交代作用。这一类型矿床是混合岩化矿床中的重要类型，我国有：受电气石变粒岩所控制的金云母、透辉石化硼镁铁矿及硼镁矿床（辽宁营口—辑安）、受硅铁建造控制的铁镁闪石、铁铝榴石富铁矿床（辽宁鞍山）、受铁、铜建造控制的堇青石、直闪石型铜矿床（甘肃陈家庙）等。
我国变质作用矿床的实例见表3-16。

变质作用矿床可定义为在变质地区中受区域变质作用影响而形成的矿床。它们是在区域变质作用及相继发生的混合岩化作用的共同影响下，原岩建造中的含矿建造、矿源层或原有矿床受变质重结晶、变质热液及混合岩化作用产生的混合岩浆及热液的影响，它们之中的含矿组分经过迁移、搬运而形成的矿床（董申保，1999）。
变质作用矿床的基本控制条件主要包含3个方面：一是原岩中的含矿建造和矿源层，即矿质来源；二是变质成矿作用中媒体介质的流体效应及其形成时的物理-化学作用，即成矿作用过程。三是变质的温度-压力条件。
（一）成矿物源
从上面的定义中可以看出，变质成矿作用的物质来源主要是原岩建造，既包括沉积建造也包括岩浆建造。在区域变质作用过程中，通过重结晶作用、重组合作用、交代作用、混合岩化以及变质热液作用的影响，使原岩中成矿物质发生活化、转移，并在一定条件下富集形成变质矿床。由于其成矿物质来源复杂，造成了变质作用矿床矿产种类的多样性，主要矿产有铁、铜、铝、铅、锌、金、铀、锰、铬、镍、钴、及非金属矿床如白云母、硼、石墨、菱镁矿、滑石、蓝晶石、刚玉、石棉以及一些稀有元素如铌、钽等。
表3-15 区域变质作用类型及特征


变质沉积建造中的重要含矿建造有：复理石型千枚岩、变粒岩、片岩系、镁质大理岩系和碎屑岩型的片麻岩系。含矿建造往往处于原岩建造形成时的某一特定环境。它们的矿源层是其中的含矿组分组成部分，主要有前寒武纪的含铁硅质岩（Lake Superior型）、含金属硫化物的碳质千枚岩（北欧）、含金属硫化物的千枚岩和片岩（澳大利亚、陕西、甘肃）、含铜碳酸盐岩（云南东川），金、铀变质砾岩（加拿大）、含石墨片麻岩（山东南墅）、含蓝晶石的变粒岩（山西五台）、含白云母的夕线石、石榴子石片岩（内蒙古）等。
变质火山沉积建造中的含矿建造是变质作用矿床中最重要的类型，来源于火山作用并常经过沉积作用的分选。重要类型有：基性火山沉积型的麻粒岩系和斜长角闪岩系、中酸性火山沉积岩型的变粒岩和浅粒岩系、火山沉积喷气型的硼、钠（钾）变粒岩系、火山作用同生的沉积型的镁质白云岩系、片岩系及变粒岩系、钠质火山沉积岩系中的变粒岩和浅粒岩系。它们往往出现于某些含矿组分的火山作用与沉积作用交替的旋回中，重要的矿源层有：与斜长角闪岩或基性麻粒岩系有关的硅铁建造（Algoma型）、铁、铜型含钠硅铁质建造（云南大红山型）、含金硅铁质建造（Homstack型）、含多金属硫化物的变粒岩和浅粒岩（Boliden型）、含铜、铅、锌硫化物的变粒岩和浅粒岩（Falun型）、含块状多金属硫化物的浅粒岩斜长角闪岩（红透山型）、含金斜长角闪岩（太华型）、含菱镁矿的白云石大理岩、碧玉岩组合（大石桥型）、含硼镁铁矿的电气石变粒岩等。
（二）成矿溶液及其来源
变质作用和超变质作用中的流体相水溶液是由下列各种水形成的：①由于脱水作用而从岩石中释放出来的矿物中的游离水和结合水；②壳下深成（原生）水，这种水是对流热的载体，可能是成矿流体和成矿溶液的化学媒剂；③渗透水（淋滤水）和残余水，常常是强烈矿化的热水。从岩石中释放出的间隙空间水和深部循环的渗透水是低变质相变质溶液的主要组成部分。结合在水合矿物中的水和原生水是组成中、高级变质相和超变质作用的溶液和流体。变质作用和超变质作用中产生的溶液和流体的最主要的性质是：温度高、处于与围岩不平衡的物理化学状态，这就是它们矿化和变为成矿溶液的原因。有关变质热液性状及与成矿的关系详见下节的叙述。
（三）变质温、压条件
变质矿床的形成固然首先取决于成矿物质来源，但是变质的温、压条件却是不可忽视的因素。例如Al2SiO5矿物是高铝的矿物原料，其矿物类型严格受温、压条件的制约，是众所周知的事实。
金红石是重要的钛矿物。近年来随着滨海金红石砂矿资源日益枯竭，变质岩中的金红石矿床的经济意义，逐渐突出。Ramberg（1948、1952）就曾指出：在低变质级岩石中，钛矿物主要是硅酸盐类，比如榍石。从低级到高级变质作用，钛矿物会从硅酸盐转变成氧化物如金红石或钛铁矿。我国苏鲁超高压变质带中产有大型金红石矿床。
Goldsmith和Force（1978）发现在泥质变质岩中，当Al/Ca比大于50时，金红石可以在蓝晶石带开始出现，此时Al/Ca比低于50的其他岩石还只出现榍石。结构关系研究表明，金红石常与石榴子石和黑云母共生，按下述反应：
钛铁矿+白云母+石英=铁铝榴石+金红石+黑云母
在更高级变质岩中，不受 Al/Ca 比的制约，许多成分类型的岩石都含有金红石（图3-11）。
以上材料只是说明在某些情况下区域变质级对成矿物质的富集有影响，许多变质岩区的热液矿床，如西澳大利亚地盾的太古代金矿，它的富集主要受构造和围岩蚀变的控制，与区域变质作用的高峰期并没有直接关系（Soloman and Groves，1994）。

地质历史中一些变质作用具有一定的专属性，如蓝闪石硬柱石片岩相几乎可以说专属于显生宙，而麻粒岩主要见于前寒武纪，且时代多为24亿～26亿年。但也可以看到，最常见的一些变质相共生组合从古到今多次重复出现，呈现出一定的旋回性。可以说，变质作用在地史中是螺旋式上升发展的，几个大的地质时期，如太古宙、元古宙、显生宙等，都有其自身的变质作用特征和成矿专属性（贺同兴等，1988）。

太古宙早期地壳，构造上大都成短轴状褶皱，出现广泛的火山喷发及其岩石组合，包括大量的基性岩和超镁铁质岩石和部分硬砂岩等沉积碎屑岩，这一时期的特点是地壳厚度小，地热增温率大，普遍遭受了麻粒岩相和较低变质相的变质作用，发育有独特的高级变质区和绿岩带，形成较多的花岗岩—片麻岩穹窿。这一时期主要的含矿建造（或组合）有：变质超基性岩建造，绿岩建造，碧玉铁质岩建造，块状硫化物组合，含金组合，含磷、金云母、石墨组合，富铝（夕线石、刚玉）建造。大体上太古宙时期以铁、锰、金、铜、钴、镍等矿床为其特征。

元古宙主要表现为稳定陆台的出现或克拉通化的开始，出现分选较好的碎屑岩和碳酸盐的陆台沉积，火山岩系以含钾的拉斑玄武岩为主，同时分异的粗面-流纹岩系，钙碱性火山岩系也有所增加。构造特征表现了线型褶皱，变形和断裂增多，其变质作用特点是出现了不均衡现象，早成的陆台部分往往不发生变质作用，而活动带大都发生了程度不等的变质作用，一般是低压相系较多出现，混合岩化作用比较普遍，钾质交代作用较为显著。这一时期的主要含矿建造（或组合）有：条带状磁铁石英岩建造，含硼钠长变粒岩建造，层状硫化物建造，菱镁矿与滑石组合，金铀砾岩组合，含磷组合，钒钛组合，含锆（铪）组合等。

至于显生宙不同时代的变质活动带中与变质作用有关的成矿作用，也极为复杂多样。在加里东期、华力西期、燕山期和喜山期的不同时期的变质活动带中，也赋存有丰富的矿床。

我国不同类型变质作用矿床的时代分布参见表3-17。

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