（三）变质矿床的成矿地质条件和富集因素

变质矿床的形成、作用和类别(三千字左右）~

变质矿床-基本概念 变质矿床是指在变质地区，因受区域变质作用影响使成矿物质富集而形成的矿床，以及原有矿床经受强烈的区域变质，成为具有另一种工艺性质的矿床。由内生作用或外生作用形成的岩石或矿石在遭受变质作用时，由于地质环境的改变，温度和压力的增加，以及变质热液的作用，它们的矿物成分、物理性质和构造结构等，都要发生变化，并在变化中形成成矿物质的富集。[1]
变质矿床-主要类型 按变质成矿作用的不同，变质矿床有三种主要类型：
接触变质矿床 1、概念： 由于岩浆侵入使围岩温度升高引起围岩中有用组分重结晶及重组合而形成有用矿物的作用称为接触变质成矿作用，由此而形成的矿床即为接触变质矿床。 接触变质成矿作用的能源来自侵入岩浆热能。成矿物质来自受变质的原岩，与侵入体及其热液无关。
2、矿床特征：
a、矿床分布于较大侵入体周围的接触变质晕圈中。
b、矿体受原岩建造和变质程度控制，产于特定层位，并且由于变质温度的差异随远离接触带矿物组合及结构等常有明显的分带。
c、矿床规模取决于富矿质原岩建造、变质范围和变质程度。
3、重要的变成矿床：
常见的有重要工业意义的矿床有石墨矿床、红柱石矿床、硅灰石矿床、大理石矿床等。
区域变质矿床 1、概念： 区域变质矿床是在区域构造运动和岩浆活动引起的区域变质作用下受到强烈改造的矿床和形成的矿床。
区域变质成矿作用的能源来自地热增温、构造热能和岩浆热能。成矿物质主要取决于原岩建造（可能伴有变质热液的带入和带出）。 2、矿床特征：
　　a、矿床分布于区域变质带中，不限于岩体附近或与其无直接的成因联系。
　　b、在矿床范围内变质程度一致，不具因变质程度差异而形成的分带。
　　c、矿石常见片理构造、片麻理构造、条带状构造及皱纹构造等特征。
　　d、控矿因素是含矿原岩建造和变质程度（相）。
3、意义：
属变质矿床的重要类型，大部分变质矿床均属此类。
混合岩化矿床 1、概念：
混合岩化矿床是指经混合岩化作用形成的矿床。当变质温度升高到一定程度时变质岩将发生部分熔融，其中低熔点组分如石英及钾、钠长石首先熔融形成高挥发组分的花岗质岩浆。这些富钾、钠、硅和高挥发组分的岩浆汇聚并贯入到断裂裂隙中缓慢冷凝结结晶则可形成伟晶岩及伟晶岩矿床。如果这些岩浆分散注入或渗透于变质岩中则形成混合岩及混合岩化矿床。
2、混合岩化成矿作用可分如下两个阶段：
a、主期交代重结晶阶段，即注入岩浆对围岩的（钾、钠）交代作用和使围岩发生重结晶的阶段。
b、中晚期热液充填交代阶段，即随岩浆冷凝由岩浆注入交代作用转变为热液的充填交代作用，形成混合岩化热液矿床。
3、矿床分类：
根据混合岩化作用的特点，混合岩化矿床又可分为以下2类。
①原地交代型矿床：与混合岩化主期同步，矿源层中的成矿组分受混合岩化流体和混合岩浆的影响，形成较大的运移。主要矿床有含白云母、稀有元素和磷灰石的伟晶岩型，含铀、钍和稀有元素的混合花岗岩型及某些非金属矿床。主要特征为：矿床常位于矿源层内，部分受构造控制明显；蚀变矿物与原有矿物成世代关系或为退变质组合，有绿泥石化、白云母化、帘石化、透辉石化、硅化及碳酸盐化，一般碱性交代作用明显，往往形成脉状、浸染状透镜体。
②后期热液交代型矿床：属于混合岩化晚期热液作用形成的矿床。热液来自构造期后由于张力影响而形成的流动溶液，可形成延伸较长的矿化带和矿床。主要矿床有富铁矿床、硼矿床、铜矿床、部分稀有元素伟晶岩以及与交代岩（钠长石岩、黄铁细晶岩等）有关的稀有元素矿床。主要特征为：蚀变矿物与围岩变质矿物之间存在有世代关系,重要的有铁铝石榴石-铁镁闪石化、堇青石-直闪石化、金云母-透辉石化、钠长石化和硅化等；含矿组分基本来自含矿建造，但常受一定的构造和层位的控制；矿石结构与混合岩化结构相似，表现为残留结构、云雾状浸染及丝缕状结构;矿体成透镜状、层状、往往不连续，但常有一定的排列方向。
4、矿床特征：
　　a、矿床分布于混合岩化区。
　　b、成矿时代大致与混合岩化时代相同。
　　c、矿化受构造裂隙控制，常伴有明显的围岩蚀变。
　　5、相关的矿床：
　　包括菱镁矿、滑石、硼矿、金矿、铀矿、铜矿及稀有和稀土矿床。[2]
变质矿床-成矿条件 物理化学作用 1、温度：用是决定变质程度（变质相）和变质矿床类型的主导因素。
2、压力：
a、影响变质反应的温度和变质相及矿物的形成一般压力升高变质反应反应所需温度也会相应升高；一些变质相如蓝闪石片岩相、榴辉岩相仅形成于高压环境；蓝晶石类矿物种类的形成均取决于压力。
b、促进元素和流体的迁移。
c、产生定向构造（片理及片麻理等）。
3、流体（水溶液）：
a、起介质作用，促进重组合及交代反应的进行。
b、水分压升高可降低受变质岩石发生部分的熔融温度，促进混合岩化作用。
地质构造条件 构造岩浆活动强烈，热流值高是发生区域变质作用的原因，因此变质作用及变质岩变质矿床的分布受构造岩浆活动的控制。如：
1、中-新生代变质岩及变质矿床集中分布于裂谷、洋中脊和岛弧等大地构造单元——板块增生边缘和消亡边缘，变质岩及受变质矿床已经和正在形成，变质程度可达绿片岩相。
2、古生代变质岩和变质矿床分布于古板块碰撞缝合带及岛弧等构造单元（地槽褶皱带）。变质成矿作用可能发生在碰撞前、碰撞造山期及造山晚期。变质程度多属角闪岩相，形成相应的变成矿床及受变质矿床。
3、元古代及太古代的变质岩及变质矿床分布于大陆板块内部这些老地层分布区（地轴、地盾）。此种构造单元中变质岩分布普遍，变质程度可达麻粒岩相，可形成相应的变质矿床。
原岩建造条件 原岩建造是变质矿床成矿的物质基础，决定矿种、变质含矿建造及矿体的分布规律。
1、沉积型含矿原岩建造
a、识别标志：
（a）具有代表沉积岩的岩性组合——如大理岩、石英岩、石墨及云母片岩。
（b）矿体成层状、似层状、凸镜状并且产状与围岩中不同岩性的界面一致。
（c）矿石成分简单、多可见残余沉积结构构造，如层理、条带、结核、波痕等。
（d）矿体中矿物的分带和品位的变化与构造无关。
b、有关的变成矿床及含矿建造：
　　（a）煤系、炭质泥（页）岩及灰岩建造变质后形成石墨片岩、片麻岩及石墨大理岩建造。
　　（b）硅质灰岩建造变质后形成硅灰石大理岩建造。
　　（c）镁质碳酸盐岩建造经变质和变质热液交代形成菱镁矿（滑石）大理岩建造、金云母大理岩及含硼大理岩建造。
　　（d）富铝粘土岩建造变质形成红柱石（蓝晶石、矽线石）片岩及片麻岩建造、刚玉片岩及片麻岩建造。
　　（e）钙（铁）质泥岩及泥灰岩建造变质形成石榴石片岩及片麻岩建造。
2、火山及火山碎屑岩型含矿原岩建造
a、识别标志；
　　（a）岩性组合为绢云石英片岩、浅粒岩、片麻岩、绿泥石片岩、斜长角闪岩、石英岩。
　　（b）变余火山岩的结构构造：如变余的斑状结构、气孔构造、杏仁构造、流纹构造。
b、重要的受变质矿床：磁铁石英岩型铁矿、细碧角斑岩型块状硫化物矿床等。
3、岩浆型含矿原岩建造
　　a、特征：常具蛇纹岩、滑石岩、辉岩、角闪岩黑云母片岩等岩性组合且多呈不规则状分布。矿体形态复杂，产状不规则。
　　b、受变质矿床：铬铁矿矿床、铜镍硫化物矿床、钒钛磁铁矿矿床。[3]

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）。

目前开发利用的稀有稀土元素变质矿床不多。矿床类型中所列出的3类变质矿床，主要富集稀土元素和锆，特别是重稀土元素，它们或作为副产品回收，或作为风化壳砂矿开采，有的目前尚未提到开发议事日程上来。此外，由于经受变质改造，含矿岩石的原始面貌难以恢复，有关矿床成因及成矿物质来源等问题难以查清，妨碍了对这类矿床的深入研究。下面仅以湖北应山广水及大悟邓家湾火山-沉积变质矿床为例进行讨论。这两个矿床的矿体产状、矿石组成以及赋存的层位均相同。

1）构造：含矿地层属元古宇红安群。所在地区位于中朝地台与扬子地台间秦岭大别山造山带的武当-淮阳隆起内，地层走向北西。其中矿层赋存于区域殷家沟-老虎冲复式向斜内的次一级向斜构造的核部倾伏端。向斜倾伏端具有保存矿层的良好地质条件。向斜中更次一级的小型紧密褶皱影响到矿层的厚度及产状。区内断裂构造发育。区域南侧有扬子地台北缘深断裂作北西向展布。沿断裂带分布着大量长英质片岩和绿片岩，成分分别相当于流纹岩和玄武岩，意味着区域发育着双峰式火山岩套，指示该地带元古宙时为一裂谷构造环境。广水和邓家湾的含矿岩石，岩石成分即相当于酸性流纹岩。

2）岩石：含矿层属元古宇红安群黄麦岭组中段，矿化岩石有二长浅粒岩、钾长浅粒岩、钠长浅粒岩、钠长变粒岩、白云钠长变粒岩、白云钠长石英片岩、白云石英片岩、绿泥绿帘钠长片岩等。其中主要矿化岩石为浅粒岩和变粒岩。矿层顶底板岩石均为绿泥绿帘钠长片岩，与矿层整合产出，逐渐过渡。区域岩石变质程度大致相当于绿片岩相。矿化浅粒岩又以二长浅粒岩为主，主要造岩矿物有钠长石、微斜长石、石英及少量白云母。主要副矿物是磁铁矿和赤铁矿。此外常见磷灰石、榍石、褐帘石等。稀有稀土矿物有硅铍钇矿、褐钇铌矿、磷钇矿及锆石，以硅铍钇矿为主，其常与石英连生或被包裹在钠长石中。矿化变粒岩中以白云钠长变粒岩为主。与上述浅粒岩相比，岩石中白云母大量增加，微斜长石显著减少。副矿物和稀有稀土矿物特征与矿化浅粒岩中的相同。在顶、底板绿泥绿帘钠长片岩直接靠近矿层部位，有时钇铍含量增高构成绿片岩型矿石，主要由钠长石、绿泥石及绿帘石组成，主要产出硅铍钇矿。红安群黄麦岭组下段当地又称含磷岩段。该岩段顶部普遍见有一层或两层含磷层，主要由含磷大理岩组成，是区域地层对比的标志层，也可作为本类钇铍矿的找矿标志。

3）成矿物质来源：依据吴澄宇等的论述（Wu Chengyu et al.，1993），有关矿床成因及成矿物质来源有三种认识：①古砂矿说，成矿物质来自北部古陆；②变质溶液交代说，成矿物质来自北部混合岩；③火山沉积说，成矿物质由火山岩浆带来。古砂矿说认为本区古元古代为滨海-湖区，其北部为准阳古陆中华山半岛。古陆上混合花岗岩广布，产出独居石、磷钇矿、锆石等稀有稀土矿物。广水及邓家湾当时位于滨海地带，古陆上的稀有稀土矿物被海水搬运到海滨，富集形成砂矿层，经后来绿片岩相变质作用而形成今天的含矿岩石。古砂矿说难于解释硅铍钇矿的成因，该矿物不耐磨，经不住长距离搬运。变质溶液交代说认为，矿层中的钇、铌、锆等也来自北侧古陆混合岩，但不是呈矿物态带来，而是呈元素态由变质溶液带来。原岩在遭受混合岩化作用时导致岩石中这些元素活化，它们与钠结合随溶液渗透进入上覆岩石中，岩石中的白云母分解后游离出来的铍与溶液中的钇结合，以硅铍钇矿沉淀。溶液中的锆、铌也相应以矿物形式晶出。成矿主要应归因于变质溶液对沉积岩的交代作用。这种认识难于说明含矿岩石的矿层产状，以及岩石中稀有稀土矿物的早期晶出。火山沉积说认为矿化主要与浅海水域高度分异演化的流纹岩岩浆活动有关。深处上升并以火山喷发沉积方式形成的流纹岩本身已带有钇、铍、铌、锆等元素。虽经历区域变质作用，岩石中这些元素的含量和状态并无大的改变。含矿岩石的矿层产状、微量元素地球化学研究，以及硅铍钇矿等呈副矿物赋存在岩石中等，支持这种认识。另外，国外已有类似火山沉积稀有稀土矿床的例子。在国内，内蒙古巴尔哲碱性花岗岩型钇、铍、铌、锆矿床，在岩石成分和矿化特征上与广水、邓家湾矿床极为相近。

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