成矿模式讨论

成矿作用与成矿模式探讨~

一、钨矿化垂向“五层楼”分带
前人总结了石英脉型钨矿“五层楼”模式，它是指根据钨矿化石英脉体的形态变化、结构构造、矿物组合、矿化富集和围岩蚀变程度，沿脉体的倾斜方向，从上到下而划分成5个垂向带，每带称为一层从而构成“五层楼”。“五层楼”各层之间既有各自矿化特点，又相互联系、过渡(图7-24)。

图7-24 石人嶂矿区“五层楼”脉带分布图(转引自袁见齐(1985)，略有修改)


图7-25 梅子窝钨矿“五层楼”叠加示意图

粤北地区钨矿脉具有明显的“五层楼”分带，自上而下分别为:微脉带、稀疏细脉带、细脉薄脉带、薄脉带、大脉薄脉带，各脉带的特点如下:
Ⅰ、微脉带:也称微细裂隙蚀变带，脉带宽度25～60m，延深30～50m，主要有硅质薄膜云母线蚀变带、石英微脉蚀变带两种类型，单脉宽度常常小于3mm，仅具有微弱矿化，不具工业价值。此类脉带分布在隐伏的天平架脉带和蕉树沟脉带的顶部，是隐伏脉型矿床(体)的良好找矿指示标志。
Ⅱ、稀疏细脉带:脉带宽度8～40m，延深50～140m，由几毫米至几厘米的石英细脉或云母细脉平行产出，WO3品位:细脉0.20%～0.60%，脉带0.05%～0.10%，也是找矿标志带。发育在地表1045m标高至965m中段。
Ⅲ、细脉薄脉带:脉带宽度3～20m，延深40～180m，具主、次脉，由1～2条脉宽大于10cm的主干薄脉和3～7cm的细脉组成，主脉旁的羽状平行细脉高度密集发育，相互交织，形态复杂，WO3品位细脉0.50%～1.20%，脉带平均0.20%～0.25%，具一定工业价值。发育在965m中段至884m中段。
Ⅳ、薄脉带:脉带宽度2～3m，延深30～60m，由几条脉宽大于10cm的主干薄脉和少量细脉组成，呈平行排列、分支复合、侧幕交替，脉组连续性好，主脉幅明显增大，含矿性强，WO3品位0.7%～3.1%，工业价值高，为钨矿富集地段。发育在884m中段至760m中段。
Ⅴ、大脉薄脉带:宽度0.4～2.5m，延深180～450m，系主支矿脉的最终收拢合并，呈单一的大脉或薄脉产出，脉宽可大于1m，最宽2m多，沿走向两侧逐步变小尖灭，WO3品位0.7%～3%，为最主要的工业矿体，发育在760m中段至560m中段。本脉带在矿区内虽还未完全揭露，但在北组、中组和南组脉带等地段往地下深部侧伏方向已开始出现矿体厚度变小、品位变贫的趋势。
二、梅子窝钨矿两期钨矿脉叠加现象
石英脉型钨矿“五层楼”矿化模型由我国地质工作者在勘探研究中首先提出，它的诞生很快得到广大地质工作者的认可(冶金部南岭钨矿专题组，1979，1983;柳志青，1980;古菊云，1984;杨明桂，1984;梅勇文，1985;康永孚等，1994;彭恩生等，1994;胡世杰，2006)，并成为典型矿床范例纳入教科书(袁见齐等，1985;郑明华，1993;姚凤良等，2006)。梅子窝钨矿是我国“五层楼”矿化模型的发源地之一。随着梅子窝矿山生产揭露，发现钨矿脉深入到花岗岩内部二、三百米仍然没有尖灭，与传统的“五层楼”矿化模型存在出入，作者在全国危机矿山接替资源勘查项目立项答辩时就相关现象进行汇报时，曾有专家提出疑问。在项目实施过程中，项目监理专家经过现场观察，对梅子窝和石人嶂出现的新情况予以极大关注。
以梅子窝钨矿区640m中段为例，目前生产的59#矿脉粗达0.64m以上(脉幅大小相当于薄脉带)，往北东方向几十米的3.5m内发育有5条1.6～3cm宽的石英细脉大致平行产出(脉幅大小相当于细脉带)，再往东几十米范围内，又断断续续见到十几条1～8cm宽的石英细脉，矿山同志对这些细脉出现也很不理解，据他们掌握的情况，该区段没有相应矿脉出现。上述两类脉体不仅脉幅差别大，成分也不一致，其中细脉为成分不纯的石英脉，其中包含围岩残留物(脉幅3cm)，而正常的细脉带均为纯净的石英脉(脉幅7～27cm)。在同一中段上相距不远的地方，同时独立出现大脉与细脉，这与单一的“五层楼”分带特点显然不相符合。虽然薄脉带中也有细脉平行产出，但这些细脉都是由薄脉分支形成的或者在薄脉旁侧派生出不规则细(网)脉，但是，同属一个脉带的细脉与薄脉都是相伴出现的。故此我们推测，石英薄脉与石英细脉群分属两期不同的矿脉。
据广东932队研究，在印支期(γδ15)嶂下花岗闪长岩体之下，又发育有燕山期(γ25)含矿隐伏花岗岩岩体，与梅子窝矿区近邻的较低海拔的石人嶂矿区生产坑道已部分揭露。综上资料分析，我们认为，梅子窝矿区存在的两期花岗岩侵入活动，它们分别形成了两期成矿作用，从而造成的两个石英脉“五层楼”在空间上互相叠置，使得同一中段上可以同时出现脉幅大小不等的、属于不同“层”的钨矿化石英脉。
通过2008年坑内钻探揭示，在ZK0601钻孔中发现，在海拔190m(孔深372m)左右发现浅灰白-浅白色细粒花岗岩，这与上部浅灰色中粗粒的花岗闪长岩明显不同。细粒花岗岩中长石25%～40%，石英40%～55%，暗色矿物(角闪石、黑云母)稀少(这点与花岗闪长岩明显不同)，蚀变不明显，部分硅化强烈，岩石结构致密，断裂不如上部的花岗闪长岩明显。花岗岩与花岗闪长岩的化学成分对比见表7-30。据林小明等(2006)研究，梅子窝正在生产的44#钨矿脉中石英的氧同位素δ18O值自下而上降低(表7-31)，表明热液来源主要由深部隐伏岩浆岩提供，也从成矿流体角度支持石英脉型钨矿“五层楼”矿化模型主要由岩浆活动及与之相关的构造运动所控制。
表7-30 花岗闪长岩和花岗岩化学成分对比表(%)


表7-31 梅子窝矿区44#钨矿脉氧同位素δ18O值分析结果表



图7-26 石人嶂钨矿五层楼模式

注:资料引自林小明等(2006)。
三、讨论与建议
根据矿山提供的生产数据统计以及现场观察，梅子窝矿区除了按照上述“五层楼”模式正常展布的矿脉外，还有一部分矿脉是在矿山深部生产坑道中才揭露出来的，它们在地表并没有出露，属于隐伏矿脉。比如:24线出露地表标高1150～960m的矿脉(NE→SW)有2#、58#、66#、68#、74#，而隐伏于标高820m～730m变质岩中的矿脉有67#、71#、72#、73#、75#、76#、80#，而55#隐伏于深部700m的花岗闪长岩中，说明存在有两群矿脉分别出露在不同的标高上(图7-26)，它们是否就代表两期矿脉值得研究。此外，59#矿脉主要出露在930～805m标高上，平均脉幅为0.18～0.23m，这些中段平均品位高达0.97%～2.53%;而59-3#和59-4#两条支脉出露在680m中段上，平均脉幅约0.25m，平均品位只有0.4%左右。虽然矿山把它们编为同一条矿脉，但它们很可能并非有成生联系。
不同构造期次或阶段形成的原生晕在空间上叠加往往形成构造叠加晕，这在石英脉型金矿中非常普遍(李惠等，2004)。同样道理，在石英脉型钨矿中也应该存在构造叠加现象。
相信通过梅子窝钨矿床成矿机理的深入研究，必将为钨矿成矿理论的进一步发展提供宝贵资料。诚然，目前我们的认识还很肤浅，仍需要对两期花岗岩成矿开展细致、深入的对比研究，包括矿物组合、成矿元素分带、围岩蚀变分带、流体包裹体特征、成矿年龄测定等对比研究，钨矿脉“五层楼”叠加模式更有待于深部钻探工程的验证。

对于受韧性剪切带控制的金矿床的成因模型，国内外学者的研究成果较多，其中有代表性的矿床成因模式有“断层阀”模式（Sibson R H et al.，1988；Boullier A M et al.，1992）和“三阶段演化成矿模式”（Bonnemaison et al.，1990），对此，陈柏林等（1999）和王义天等（2004）都曾做过系统的介绍。“断层阀”模式的前提是“断层双层结构”模型，即大型剪切带在深部表现为韧性变形，构造运动方式是连续的、非地震性的；在浅部则为脆性变形，其运动方式为非连续的地震性滑动。地震成核作用发生在脆性层的底部，即韧脆性转换带，它控制了浅部的地震滑动。该模式的基本内容如下：①破裂前：断层处于愈合状态，对于从剪切带深部向上运移来的成矿流体而言，浅部地壳起着盖层作用。由于剪切带向上逐渐变窄，流体压力将随着流体的持续涌入和聚积而逐渐增高，当达到或超过静岩压力时，引起岩石破裂，产生水平裂隙。②地震破裂（断层阀）：当流体压力超过静岩负荷时，累积的剪应力将导致陡直剪切破裂的产生。破裂过程首先是在地震带的底部（韧脆性转换带）发生地震成核作用，然后是形成直达地表的地震破裂，同时产生大量的渗透性裂隙。破裂过程使累积的剪应力得以释放。③流体充填（地震泵吸）：破裂的发生使流体压力降低，在剪裂隙及其次生裂隙系统中将发生成矿流体充填作用，流体中的成矿物质则产生沉淀作用，如形成含金石英脉。④自愈合：流体充填和矿物的沉淀作用使剪裂隙逐渐愈合，导致渗透率逐渐降低。⑤再循环：破裂愈合之后，流体压力和剪应力将再次发生积聚，重新开始上述过程而进入下一个循环。成矿流体如此反复多次的运移聚集，在剪切带中将导致广泛的蚀变与矿化，从而形成金矿床。
根据含金剪切带的构造演化过程和成矿作用特征，Bonnemaison et al.（1990）提出金成矿作用的三阶段模式：①早期阶段：韧性剪切带的形成使岩石发生糜棱岩化和强烈片理化，从而为热液活动提供了通道，使剪切带内的岩石遭受强烈蚀变，并在剪切带中心部位形成强硅化蚀变岩带。该阶段最初形成含金磁黄铁矿，接着被含金黄铁矿-白铁矿和毒砂所代替，金为分布于硫化物晶格内的不可见金，是金的初步富集阶段。②中期阶段：在脆韧性变形过程中，剪切作用形成脆性裂隙及各种充填脉，如透镜状、脉状石英。剪切作用的持续进行使矿物遭受压碎作用，石英细粒化成糖粒状，成为金矿物的有利储集体。该阶段的热液作用导致早期的含金硫化物分解，不可见金在有利部位富集为可见金。③晚期阶段：在脆性变形机制下，大量张性裂隙在剪切带中形成。前期形成的金矿化发生原位重新活化，矿物组合更复杂，形成粒度较粗的金。金矿化在剪切带的构造演化中经历了不可见金→微细粒金→粗粒金的富集过程，金含量不断升高。这一模式强调韧性变形形成的动态重结晶细粒状石英对金元素的富集起到了储集器的作用。
小西弓金矿床是北山南带受韧性剪切带控制的典型金矿床之一，区域上受杨圈沟—西尖山—华窑山深层次韧性剪切带控制，矿体赋存在中元古界西尖山群中低级变质岩地层中，受韧性剪切带持续演化过程中叠加发育的韧-脆性转换构造变形破碎带控制。小西弓矿区围岩蚀变类型有黄铁绢英岩化、绢云母化、硅化、绿泥石化和碳酸盐化等，但金矿化主要与硅化和黄铁绢英岩化关系密切。矿石类型包括含金石英脉型和蚀变糜棱岩型，矿石矿物中主要发育自然金、银金矿、黄铁矿、磁黄铁矿、毒砂和少量的贱金属硫化物等中低温矿物组合。流体包裹体研究表明，小西弓金矿床成矿流体属中低盐度的CO2-H2O-CH4-NaCl体系，成矿温度变化范围大，介于133～400℃之间，成矿过程中发生了显著的多组分流体不混溶过程。氢氧同位素示踪表明，多种来源的成因水参与了成矿过程，包括岩浆水、变质水和大气降水。地层和矿区岩浆岩的含金性特征、不同类型的矿石硫铅同位素与中元古界长英质片岩以及矿区钾长花岗岩的对比研究表明，矿石中成矿物质具有混源特征，西尖山群上亚群变质岩和海西期钾长花岗岩可能都为金矿床的最终形成提供了物质来源。前人获得小西弓矿床石英脉型和蚀变岩型矿石绢云母的K-Ar同位素年龄分别为267±7 Ma和284±4 Ma（聂凤军等，2002a），表明小西弓金矿床成矿作用发生在海西晚期-印支早期，这与陈柏林等（2003）根据区域金矿床成矿时代和地质特征的对比得到的小西弓金矿床的形成时限一致，也大体上与区域韧性剪切变形和推覆构造的活动时间（306～289 Ma）基本一致（聂凤军等，2002a）。
总结小西弓金矿床的成矿机制为：海西晚期，北山南带洋盆沿柳园-大奇山深大断裂向南持续俯冲，在敦煌地块北缘安北旧寺墩构造岩浆带发育大规模的地壳深部韧性剪切变形和浅部的陆内推覆构造，伴随强烈的造山和抬升剥蚀，早期发育的韧性剪切带被抬升后叠加发育了韧脆性构造，而深层次的韧性剪切变形持续发生，导致区域前长城系变质岩发生混合岩化乃至重新熔融，造成大面积重熔型中酸性岩浆活动和岩浆侵入，岩浆组分中可能有少量的上地幔物质或壳-幔过渡带物质的混入造成基性岩脉的侵入。由于前长城系变质岩本身金等成矿元素含量比较高，所以深层次韧性变形导致的变质分异作用形成的热液流体和重熔型岩浆均含有丰富的成矿物质，同时随着中酸性岩浆的演化分异形成部分富含成矿元素的岩浆热液，它们与动力变质分异热流体一起向地表浅部运移集中，并进一步萃取变质岩地层中的金等成矿元素。当混合的成矿流体上升到韧脆性构造发育部位，由于裂隙渗透性大大增强，压力降低引起流体不混溶，含矿流体充分交代糜棱岩或构造片岩，形成蚀变岩型矿体。同时，部分成矿热液继续上升至地壳更浅部位的脆性构造部位，并与地表浅部的加热地下水混合，在有利的张性裂隙中充填形成含金石英脉型矿体。这一成因模式和上述与韧性剪切带有关的金矿床成因模式相比，强调了与剪切作用同时期形成的变质重熔型岩浆在金矿成矿作用中的贡献。

野外地质调查表明查干敖包铁-锌矿产于石英闪长岩外接触带的矽卡岩中，成因类型属矽卡岩型矿床。地球化学特征也显示，查干敖包铁-锌矿与石英闪长岩有密切的成因联系。然而，硫同位素分析结果显示查干敖包闪锌矿与石英闪长岩中的黄铁矿存在一定区别。闪锌矿的δ³⁴S值为10.3‰，相比之下，石英闪长岩中的黄铁矿的δ³⁴S值为0.8‰，因此矿床的硫同位素可能是来自沉积岩与岩浆硫的混合。锶-钕-铅同位素示踪结果显示查干敖包成矿物质来源岩浆并受到壳源物质的混染。

赵一鸣等（1983）研究大冶地区和华北地区的矽卡岩铁矿认为，近矿岩浆岩的钠质交代能使暗色矿物分解并带出铁质。查干敖包石英闪长岩镜下观察结果显示发育钠长石化，说明在钠长石化过程中有很大一部分铁质被活化，从石英闪长岩中迁移出来。至于发育角砾状磁铁矿（图5-3A）和条带状磁铁矿（图5-3C）、磁铁矿又交代角砾的现象（图5-3B），则说明查干敖包铁-锌矿床具有多期次热液活动的特征。

综上所述，可以认为查干敖包铁-锌矿的形成过程为：237±6 Ma时，受华北板块北缘和西伯利亚板块南缘的白音乌拉-东乌旗印支期碱性岩浆带活动的影响，含矿的古老残留洋壳部分熔融，受到富钾基性地幔的交代后侵入到浅部，当高温的中-酸性含矿气液与碱性的大理岩相遇时，由于物理化学条件的急剧变化，发生接触交代作用，接触交代的结果导致磁铁矿、闪锌矿等的沉淀富集，进而形成矿床。

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