成矿作用

什么是成矿作用？~

导致地壳中一种或几种有用成分（元素或矿物）集中形成矿床的各种地质作用，按其能量来源，可分为内生成矿作用、外生成矿作用和变质成矿作用。

虽然相山矿田矿床的含矿围岩不尽相同，但它们的成矿机制是相似的，是在同一成矿系统作用下形成的不同形式、不同赋矿空间的矿床。
一、成矿物质来源
碎斑熔岩、花岗斑岩、流纹英安斑岩均具有很高的相近的δ18O值，夏林圻等(1992)测试的数据是:碎斑熔岩(碎斑流纹岩)11.32～12.00，花岗斑岩(黑云母二长花岗斑岩)11.54，流纹英安斑岩(黑云母石英二长斑岩)11.28。反映它们都是由地壳物质重熔形成，其源区以上部陆壳富黏土质的沉积变质岩为主。
邹家山矿床矿石中U与Th的关系很密切，呈正消长关系，常构成铀钍混合型矿石。Th含量一般比U低，但局部可达1%以上。空间上无U、Th分带现象。由于U、Th在表生热液中是趋于分离的，U、Th的共生富集规律，表明它们来源于深部的岩浆体系，而且都是以氟化物形式共同迁移上来的?
沥青铀矿的稀土总量大于矿石，矿石的稀土总量又大于碎斑熔岩的(也大于花岗斑岩的)，U含量与稀土总量同步增长的规律是由它们相似的地球化学性质所决定的，且碎斑熔岩重稀土含量大于矿石，矿石重稀土含量大于沥青铀矿，稀土配分模式图(图4－7)也反映了这种变化特征。但δEu的变化不大，均表现为较强烈的Eu负异常，表明它们又有内在的联系(张万良等，2005)。

图4-7 矿石、沥青铀矿及成矿围岩稀土配分型式

成矿期萤石的87Sr/86Sr=0.71327，碎斑熔岩钾长石87Sr/86Sr=0.7124(范洪海，2001)。由于成矿期萤石成矿年龄要比碎斑熔岩的成岩年龄晚，成矿热液中的Sr同位素组成会有一定的增长，因而它们的87Sr/86Sr是基本一致的。
成矿期水云母的δ18O为14.13～10.88，其δ18OH2O为1.83～1.42，矿后期方解石的δ18O为5.20，其δ18OH2O为－9.14。根据云际和巴泉矿床的资料，以钠长石化为主的碱交代热液的δ18OH2O为1.54～5.16。
从成矿期到成矿后，成矿热液的δ18OH2O值是逐渐降低的，这与许多岩浆热液矿床(包括斑岩型)的成矿热液δ18OH2O的变化规律一致(张理刚，1985)，即成矿早期或前期，成矿流体主要以岩浆水为主，之后，岩浆水不断与地下水或大气降水混合，δ18OH2O逐渐降低，至成矿后期大气降水是主要组分。
因此认为，成矿物质与碎斑熔岩和花岗斑岩一样，都是深部岩浆过程的产物，都来源于深部的岩浆体系，即成矿物质、斑岩、火山岩具有相同的来源(张万良等，2009)。
二、成矿物质迁移和沉淀
根据蚀变矿物的共生组合关系，围岩蚀变可明显划分为两期，早期为以钠长石化为特征的碱交代，形成温度范围为110～330℃;晚期为以水云母化、萤石化为特征的酸蚀变，形成温度范围为86～200℃。早期的碱交代蚀变除钠长石化外，还有磷灰石化、赤铁矿化、碳酸盐化、绿泥石化、硅化，碱交代蚀变相对较弱，分布仅局限于较深部位，形成的是一些单铀低品位的铀矿化。热液呈碱性，阳离子以Na+和Ca2+为主，阴离子主要是CO2－3、HPO2－4，其次是Cl－。U迁移的存在形式为［UO2(CO3)2］2－和［UO2HPO4］0，沥青铀矿是在含矿热液的性质发生变化如温度、pH降低的过程中而形成的。
晚期的酸性蚀变形成的萤石化和水云母化常共生在一起，并伴随强烈铀矿化以及黄铁矿化和少量金属硫化物，有时也伴生硅化。矿化蚀变以沿裂隙充填为主，同时对两侧岩石进行交代。热液呈弱酸—酸性，阳离子以K+和Ca2+为主，阴离子有F－、SO2－4、CO2－3、H2PO－4、Cl－等，U在含矿热液中的迁移形式可能是［UO2F3］－、［UO2F4］2－、［UO2H2PO4］+、［UO2(SO4)］0、［UO2(CO3)2］2－，沥青铀矿是在富含碳酸盐、氟化物、多硫、中等盐度以及热液性质向中性演化过程中沉淀的。
源于较深部的富U的高化学能量热流体，初始性质呈碱性，温度＞300℃，阳离子主要是Ca2+、Na+，而阴离子则包括CO2－3、PO3－4、SO2－4、SiO4－4、F－等，当其与围岩发生反应时，围岩中碱性较弱的阳离子如Ca2+、Mg2+、Fe2+以及部分K+被置换出来进入流体，造成岩石的强钠长石化和溶液组分的不断变化;随着Na+的大量消耗，溶液的pH降低了，并逐渐向弱碱性至中性演化及U不断富集并开始沉淀，Ca2+与溶液中的PO3－4结合生成磷灰石，形成U－磷灰石型矿石，当PO3－4消耗完之后，多余的Ca2+又与溶液中的CO2－3化合生成方解石，形成U－方解石型矿石，Mg2+、Fe2+与溶液中的SiO4－4结合生成绿泥石，形成U－绿泥石型矿石。随着溶液中的SiO4－4、CO2－3、PO3－4的不断消耗，溶液向弱酸性至酸性演化，溶液中的强酸性组分SO2－4，F－等逐渐增多，其中S2－增多到一定程度时，则与溶液中的Fe2+及其他金属离子结合生成黄铁矿等金属硫化物，这种偏酸性的溶液或沿裂隙充填交代早先形成的碱交代岩或矿体，或沿裂隙继续运移，并与围岩发生化学反应，如长石的分解，生成大量水云母或萤石，形成U－萤石水云母型矿石，并与少量磷结合形成磷灰石。此时，溶液中除Si之外的阴离子或阳离子逐渐消耗殆尽，溶液向富Si的酸性溶液转化，最后形成矿后期的硅化带。

新立金矿床成矿作用可分为热液期成矿作用和表生期成矿作用。

一、热液期成矿作用

（一）成矿阶段划分及矿物生成顺序

通过野外观察和室内光薄片鉴定，结合矿物共生组合、结构构造特点，以及脉体彼此间的穿切关系等（图5-24），可将热液期矿化划分为四个矿化阶段：

图5-24　金矿脉穿插关系素描图

1.粗粒黄铁矿、石英阶段

由于构造活动，使已形成的粗粒石英、黄铁矿发生破碎。又被后期石英，多金属硫化物等充填胶结。据此划出第一成矿阶段。

早期黄铁矿晶粒较粗大，粒度一般为0.5～2.5mm，普遍具压碎现象，多呈半自形晶立方体，少数呈他形残余状，其集合体常聚集呈斑点状或团块。

石英多为粒状集合体，白色，颗粒粗大，波状消光强烈，有时变形拉长，并具颗粒化现象及变形纹。切面呈半自形板状，粒度一般为0.5～2mm。该组合常呈黄铁矿石英脉（白色）形式产出。

2.含金细粒黄铁矿、石英阶段

第一阶段矿体形成以后，由于构造热液的多次活动，含金石英黄铁矿的含矿热液沿早期裂隙呈不规则脉状，网脉状充填，据此划出第二成矿物质阶段。

该阶段矿物有：黄铁矿、石英、绢云母、银金矿。

黄铁矿呈半自形或自形，细粒状，粒度一般0.1～0.6mm，少数可达1mm、晶形主要为立方体。

石英呈半自形，细小柱粒状，粒径一般0.1～0.4mm，其间隙嵌布鳞片状绢云母，且彼此之间相互嵌连而无明显的颗粒界线。金矿物主要呈晶隙金及裂隙金存在。

该组合宏观特征为灰色黄铁矿、石英脉或细脉浸染状、浸染状矿石出现。

3.金银多金属硫化物阶段

当金细粒黄铁矿、石英沉淀以后，又发生新的构造和含矿热液活动，金银多金属硫化物集合体呈浸染状或规则脉状在早期矿体缝隙或边部沉积下来，从矿体中央到边部依次形成由不同矿物共生组合组成的矿石带，构成矿体的分带性，据此划出第三成矿阶段。

该组合矿物有：黄铜矿、方铅矿、闪锌矿、黄铁矿、磁黄铁矿、金银矿、银黝铜矿等。

黄铜矿、方铅矿、闪锌矿：均呈他形不规则粒状、脉状，分布于早期黄铁矿晶隙、裂隙及脉石晶隙中。

黄铁矿：自形，微细粒状、粒度一般0.01～0.05mm，一般包含在黄铜矿、方铅矿、闪锌矿中。

磁黄铜矿：它形、微细粒状，多分布于黄铁矿晶隙。

银黝铜矿：它形、粒状，各种不规则状，灰色，均质，多与黄铜矿、方铅矿共生。分布于金属矿物及脉石矿物晶隙。

4.石英方解石阶段

矿化后期形成的石英、方解石脉沿矿石中微细裂隙充填分布，穿切以上各组合矿物。

该组合矿物主要为石英、方解石，其次有绿帘石、绿泥石。该组合宏观特征以白色方解石细脉形式产出。

成矿阶段的划分及矿物生成顺序列于表5-27中。

（二）成矿作用

新立金矿床热液期成矿作用具有脉动矿化、多次叠加的特点，成矿作用从早期到晚期，成矿热液的成分不断发生变化，晶出的矿物组合由简单到复杂再到简单，金含量由多到少，银含量由少到多。成矿作用可分为早期蚀变作用、中期矿化作用和晚期蚀变作用。

1.早期蚀变作用

新立花岗岩演化的末期，产生大量的富含钾质的碱性成矿热液，含矿热液温度高（350℃以上）、内压大（可达9×10⁷Pa），pH值、Eh值高，渗透交代能力强。当沿玲珑超单元与马连庄超单元的接触带发生断裂时，含矿热液便渗透到断裂裂隙中，并波及到数百米之外，对围岩进行了广泛的交代。

表5-27　成矿阶段及矿物生成顺序表

富含钾质热液的蚀变前锋以交代原岩矿物为主，引起强烈的赤铁矿化和钾长石，从而形成了宽大的赤铁矿化、钾长石化带。

断裂构造的继承性活动，此时已使岩石由塑性变形转化为脆性变形，为热液活动提供了有利的空间，为蚀变作用的进行创造了有利条件（岩石破碎、增加热液和岩石的接触面积），原岩中的长石和暗色矿物蚀变成绢云母，同时析离出的SiO₂形成石英，暗色矿物蚀变时析出的铁与热液中的硫结合，生成黄铁矿，

。

黄铁矿呈星点状嵌布在绢英岩中，构成了黄铁绢英岩或黄铁绢英岩化岩石。

总之，早期蚀变作用以赤铁矿化，钾长石、黄铁绢英岩化等蚀变作用为主，从而形成了各种蚀变岩。

2.中期矿化作用

早期蚀变作用之后，断裂构造继承性的活动，新立断裂局部地段产生扭张，早期蚀变作用产生的各种蚀变岩，进一步破碎，形成了黄铁绢英岩化碎裂岩、角砾岩等。为中期叠加矿化提供了有利空间。此时含矿热液经过早期的钾交代之后，钾元素由热液进入岩石中，而SiO₂则由岩石进入热液，热液逐渐由碱性演变成中性至酸性，并由高温氧化状态逐渐演变为中温还原状态，含矿热液的这种物理化学性质的变化，使一些中、高温矿物诸如自然金、黄铁矿等开始沉淀：

山东省莱州市新立金矿床成矿规律研究及成矿预测

高氧化状态的金Fe^2＋被氧化，而自身被还原，形成自然金：

山东省莱州市新立金矿床成矿规律研究及成矿预测

早期形成的金成色较高，并被包在黄铁矿中，形成包体金。此时热液中的SiO₂也有大量沉淀和黄铁矿叠加在一起，形成了黄铁矿石英脉，由于其内无细晶硫化物，故早期的石英呈乳色，黄铁矿颗粒粗大。

黄铁矿石英阶段之后，构造继承性活动，使黄铁矿石英脉被压裂、压碎，各种蚀变岩裂隙更加发育，为含矿热液的富集沉淀提供有利的场所。此时由于大量SiO₂的沉淀，热液由酸性演化到弱酸近中性。Fe²⁺/Fe³⁺比值明显增高，热液处于还原状态，有利于金的沉淀。成矿作用进入了金石英细—中粒黄铁矿阶段。

山东省莱州市新立金矿床成矿规律研究及成矿预测

随着温压条件的降低，Fe²⁺/Fe³⁺比值更高，热液处于低温还原状态，金的沉淀达到鼎盛时期，此期形成的金矿物主要为银金矿。

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热液中Fe^2＋浓度高，温度较低，热液脉动周期减短，以细粒状晶出，形成的石英脉由于受显微黄铁矿浸染，也多呈灰白—灰色。

随着构造的多阶段性活动，热液不断的分异演化，热液中Cu^2＋、Pb^2＋、Zn^2＋浓度增大，温度、压力进一步降低，热液演化为中性还原状态。此时成矿作用进入了金银多金属硫化物阶段。

山东省莱州市新立金矿床成矿规律研究及成矿预测

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随着热液脉动灌入的减弱，温度、压力进一步降低，形成的金矿物多为金银矿，银的沉淀作用进一步增强，形成了各种含银矿物。

2[AgS]+Fe²⁺=2Ag↓＋FeS₂↓

各种金银矿物大量形成之后，热液中成矿元素便已基本消耗尽，中期成矿作用至此结束。

3.晚期蚀变作用

经中期成矿作用之后，热液成分亦趋简单，热液性质由于中性变化至碱性，此时温度已降到200℃以下，热液中

、

及游离的CO₂、CH₄等与热液中的Ca^2＋形成方解石，SiO₂同时沉淀，形成了石英-方解石脉，穿切于各种蚀变岩及断裂上盘的变质岩中。热液中残留和少量S^2-和Fe^2＋结合形成细粒黄铁矿与石英、方解石共生在一起。

含矿热液经过不断的演化，最终以石英-方解石阶段结束了整个热液期的成矿作用。

二、表生期成矿作用

新立金矿床为隐伏金矿，为第四系所覆盖，而且大部分的蚀变带位于海平面之下，受地理因素制约，新立金矿的勘探工程布设控制矿体均在-105m以下，矿床中矿体均为原生矿石，仅在构造裂隙发育处见有后生褐铁矿化，但在漫长的地质年代里，新立金床与周邻矿床一致，曾因地壳抬升受剥蚀而暴露于地表，发生表生成矿作用。

当新立金矿床暴露地表后，长期处于风化带内，在富含游离氧的地下水作用下，矿石中的硫化物逐渐被氧化，形成H₂SO₄，使地下水在表生作用初期显示出较强的酸性。这种含强酸的水溶液和围岩特别是含碳酸盐矿物的围岩发生作用后，逐渐被中和，pH值升高，溶液的性质也相应发生了变化，即从较强酸性→酸性→弱酸性→弱碱性方向变化。溶液性质的这种演化，直接影响整个氧化带发展过程中元素的迁移和变化。

如黄铁矿在氧化带内最终被氧化成褐铁矿。

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其他如黄铜矿在酸性溶液作用下，形成了CuSO₄，其大部分溶解在水中被带出氧化带，少量遇到碳酸盐物质形成孔雀石。

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CuS04和闪锌矿作用生成铜蓝

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闪锌矿在强酸作用下生成硫酸锌，溶解在水中带出氧化带。

方铅矿和酸液发生作用，生成铅矾，大部分矾溶解在水中被带走，只有少量铅矾留在氧化带中。

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