变质成矿系统的分布和成矿有利地区预测

区域变质成矿研究问题~

（一）正确区分变质前、变质形成和变质作用后叠加形成的矿床
现今就位于变质岩区的矿床，并非都是区域变质作用形成的。这一认识对于规划布置区域找矿工作，有着现实意义，可以避免一些盲目的工程。
以山东的招远金矿为例。其周围是前寒武纪变质的胶东群，变质达角闪岩相，部分地区为麻粒岩相。虽然也有人提出论据，证明胶东群变质岩是招远金矿的矿源层。但是区内燕山期花岗岩广泛分布，还伴生大量的基性脉岩，后期热液活动显著（胶西北的界河金矿石英脉40Ar-39Ar年龄为130±14Ma），导致金的多期富集，因此可以出现玲珑石英脉型和焦家蚀变岩型金矿。显然，对于该区找矿，应当首先考虑与燕山期花岗岩岩浆活动有关的构造和蚀变带。
表3-16 中国主要变质作用矿床实例


续表


表3-17 中国主要变质作用矿床的时代分布


冀东前寒武纪变质铁矿则完全不同。它是一个变质形成的矿床。其分布主要受变质地层和构造的控制。20世纪70～80年代，冀东铁矿会战，一个突出的成果便是查明迁西水厂—宫店子之间的同斜褶皱构造，角闪麻粒岩相的塑性变形使褶皱转折端铁矿层加厚，这一认识使该区铁矿的储量翻了几番。
（二）原岩建造的研究是扩大变质前的矿床远景的关键
前变质或变质前的矿床，它们形成于变质作用峰期之前。其前身可能是沉积的，或者火山沉积矿床，甚至有的是与变质作用前的侵入体有关。对于此类矿床，查明其原岩建造，查清变质作用前的区域构造环境，是寻找新靶区，扩大矿床远景的有效办法。
像冀东前寒武纪铁矿这样的矿床，实际是变质前的矿床，只不过变质前品位和可选性不够高，麻粒岩相的峰期变质使之富集，磁铁矿粒度增大而具有工业价值。此类变质铁矿，在华北地区乃至世界各个前寒武系发育地区，都有分布。这就是所谓前寒武纪绿岩建造，条带状铁矿是绿岩建造中特征性的岩石之一。
加拿大安大略省西北部的红湖地区含金绿岩带，主要为一套时代为2992～2733Ma的火山岩系，并被约2730～2700Ma的花岗岩基所侵入。金矿及其外围的蚀变带，空间上与大型的剪切系统关系密切。剪切带切穿火山岩系。含金侵入体U-Pb定年说明主变形期和金的成矿应晚于2720Ma，也就是说晚于火山岩系的发育，而且变形是与岩基的底辟侵位有关。详细工作证明金的矿化在时间和空间上都与花岗岩基的接触晕有关。变形带所显示的是接触带的地温梯度，矿物组合研究表明火山岩系的区域变质为绿片岩相至角闪岩相，出现红柱石、堇青石、十字石等表征低压变质梯度的矿物组合。种种证据说明红湖绿岩带金矿晚于区域火山作用，在时间和过程上直接与岩基侵位有关，不均匀的剪切带使地壳中的流体集中，导致大规模的强烈蚀变和金的沉积。流体的来源可能来自花岗岩底辟上升时的变质脱水和底辟本身的脱气作用（Andrews et al.，1986）。
原岩建造的恢复，主要靠地质标志。在变质不深情况下，原岩建造恢复比较容易，可信度也大些。区域变质和变形的增强，使原有的地质标志变得模糊最后消失。例如枕状熔岩中的气孔和杏仁体，在塑性变形条件下会压成扁平，或拉伸成长卵圆形，只有在垂直拉伸轴的断面上，才能看到杏仁体的本来面目。
运用岩石化学和地球化学方法查明火成岩的岩浆系列和大地构造环境，是在高级变质地区中恢复原岩常用的方法。这便是Pearce and Cann（1971，1973）所倡导的岩浆—大地构造判别图解，具体内容可参照Hugh Rollison（1993）。
（三）加强变质地区的构造研究，提高找矿成效
变质地区的矿床与区域构造密切相关，因此查明区域构造是有成效找矿的前提。绿片岩相及其以下的浅变质地区，构造研究方法可以比照一般沉积岩和未受变质地区进行，这里要强调的是高级变质地区的构造研究问题。
高级变质岩常出现于造山带结晶基底和前寒武纪克拉通区，是陆壳的重要组成部分，常蕴藏着多种重要的矿产资源。由于长期居留深部地壳，后来才隆升剥露于地表，经历过多次变质变形的叠加和岩浆事件，其内部构造和岩石间的相互关系总是十分复杂的。年轻的构造变形总是将先存的构造压扁，使得老构造模糊不清，甚至完全抹去。变质重结晶，陆壳的部分熔融（混合岩化）都会破坏先存构造的细节，使之不可恢复。一个深变质的片麻岩区的内部构造，是新老构造的复杂组合，因此如何将他们合理地表现在地质图上，是首先要解决的问题。
大多数高级变质地区原始地层已强烈变形，并转变成构造层理，许多片麻岩区主要是由不同时代的火成岩组成的。因此，常规的地层学原理对大多数片麻岩区是不适用的。高级片麻岩区的填图单位可以是延伸很远的一串特征性岩石透镜体或岩脉系列，他们构成了有用的构造地层标志层，借助这些标志层可以查明大型构造。
一些岩性单调的片麻岩区，可追索的岩石单位很少，填图中要逐点地测量产状，获取密集的构造要素数据，以便综合编制形面图（Form-surface Map）（图3-12）。所谓形面图就是把一个个面理走向，连接成为迹线，从而看出区域构造轮廓。在图上可以画出露头的界线并要把露头上可见的构造现象标在图上，如小型不对称褶皱，褶皱的倒向，多期面理的交切，岩脉，蚀变带，剪切带，破碎带等等。这样一来，形面图就是一张简明易读的实际资料图，对于解释区域复杂构造有重大价值。

图3-12 形面图的编制

（四）研究变质变形史，正确建立地质事件序列
常规地质条件下的区域地质填图，首要的工作是建立标准剖面，以便拟定填图单位。可是在高级变质地区，填图一开始就应建立区域地质事件序列表。作为“工作模型”，随后在填图跑路线过程中不断补充、修正。
最初的区域地质事件表，应在踏勘的过程中，从路线剖面和系列的露头素描图归纳出来的。根据一系列露头的野外素描，可构思出的地质事件序列，即各类岩石间相互关系表。在后来工作过程中如果发现某些关系与事件表有矛盾，必须仔细分析其性质，以及它对事件表其他部分的影响。要判断这一矛盾究竟是属于个别现象?还是原事件表的缺陷。如属缺漏应予补充。
在野外建立的事件表的基础上，就可以有目的地采集同位素年龄样品，运用同位素定年技术，建立区域地质年代框架。这对于正确厘定成矿时代是十分有帮助的。
变质变形事件的建立，可进而构筑变质作用的P-T-t（温度-压力-时间）轨迹。一个高级区的变质岩的变质演化，一般都要经过P-T空间的一条递进变质轨迹，以达到高峰变质条件，然后经历一个退变质的轨迹而返回地表。具有漫长演化历史的，经历过多次变质的地区，必有更复杂的P-T-t轨迹。精确的P-T-t轨迹需要借助于类质同象矿物的化学成分变化，求出温度/压力的连续变化的轨迹。此种方法称为微分热力学方法。我国东秦岭地区秦岭杂岩，是高级变质岩区，利用其中泥质变质岩，石榴夕线黑云片麻岩中的石榴子石成分环带结合共生的黑云母，揭示出了秦岭杂岩两期构造变质旋回的历史，早期为晋宁期，晚期为加里东期（图3-13）。区域变质与区内两期造山旋回和花岗岩浆活动相对应。

图3-13 豫西秦岭杂岩的变质作用P-T-t轨迹

（五）韧性剪切带与成矿
许多高级片麻岩区都发育韧性剪切带，它是一种面状的高韧性的应变带，高应变带和相对弱的应变域，往往呈网结状构造格局。韧性剪切带是岩石变形强烈的区段，又是成矿流体活跃的部位，所以在变质地区它们直接控制着矿床的分布。
在片麻岩区，剪切带的识别主要看应变梯度。即由弱应变或无应变的围岩到强应变的剪切带中部有递进的变形程度，趋近剪切带面理逐渐增强，围岩中先存的岩脉，岩层，面理沿着剪切带发生位移，剪切带还常见一些剪切标志，如拉伸线理、鞘褶皱、斜卧褶皱，弱变形的透镜体，长石碎斑构成的眼球构造等组构要素（图3-14）。
如果剪切带的宽度大于露头的宽度，这时“不识庐山真面目，只缘身在此山中”，如何识别剪切带，就会成为问题，上述高应变标志，就是解决问题的主要途径。此外，剪切带还具有以下特征性的组构要素：
①层厚稳定而非常规则的层状构造；
②层状构造面（面理）上有线状形态组构（线理）；
③层状构造中出现褶皱轴与线理大致平行的等斜褶皱和鞘褶皱；
④稳定的单斜对称组构要素（糜棱岩中的SC组构，旋转碎斑的不对称拖尾）。
据此，可以发现剪切带并进而追索出它与围岩的接触界线。
一个含矿的剪切带总是多期活动的，但是也很难识别。除非多期变形之间有岩脉或者石英脉的侵位。根据这些脉体的断错，可以识别出后期叠加的断裂。剪切带的韧性变形往往向着剪切破裂转化，应力大小是导致转化的关键。高温变形实验表明应力大于蠕变极限应力时，韧性剪切带就转化为剪切破裂。在地壳10～15km的深度，在韧性/脆性过渡带上，这种转化常导致深源地震。温度、围限压力、湿度、应力变化、岩石类型和矿物粒度都会对转化带来影响。总之，一个韧性剪切带，在适宜的构造环境和应力的作用下，在韧性变形较强的部分，先是发生微裂隙，继而裂隙扩大互相连通，形成剪切断裂，在断裂的内部，早期的糜棱岩成为断裂岩的角砾。

图3-14 韧性剪切带中常见的组构要素

一般说来，强构造作用下的韧性变形转化为弱构造作用下的脆性变形，在空间上这一转化的界面是热液活动的场所，在时间上这一转化阶段，正是热液蚀变转化为热液成矿的阶段。岩石剪切变形之后，强度大增，出现工作硬化（Work Hardening）。在韧性剪切带的边界，正是两种力学强度不同的过渡带，有利于后期脆性断裂的叠加。山东招远的焦家金矿，在韧性剪切带上成矿裂隙并不发育，矿化弱，而其旁侧脆性裂隙密集，矿化强烈。韧性剪切带在成矿作用中实际起了隔挡层的作用。
四川的东北寨金矿是个大型微细浸染金矿，前人认为是脆性断裂控矿，1995年发现矿化沿一个南北向的逆冲型剪切带分布，断裂角砾为糜棱岩，矿化沿糜棱岩的晚期显微破裂充填，胶结物也有矿化。看来，韧性剪切带与断层破碎带在时间上具连续性，在应力持续作用下，韧性剪切带向剪破裂转化，产生大量微裂隙，最终形成金矿脉。
近10年来，硫化物的变形实验已经识别出一系列从脆性到韧性的显微～超微的变形现象，如晶内和粒间的破裂，低温晶内塑性变形（滑移带，扭折带和机械双晶），位错蠕变，溶解沉淀蠕变，固态扩散蠕变，特别是对细粒硫化物高温变形最为重要的颗粒边界滑移（即超塑性）。借助这些变形现象，可以反演变质金属矿床的变形史（详见Brill B A，1989）。

1.区域地质背景对成矿有利
昆阳裂谷的成矿作用是全球元古宙裂谷事件及其铜矿成矿作用的重要组成部分。产于裂谷中的矿床类型主要有稀矿山式、落雪式、桃园式和滥泥坪式，构成裂谷成矿系“四代同堂”的矿床序列，简称东川式铜矿的“四层楼”成矿模式（黎功举，1982；冉崇英等，1993；何毅特，1996）。
昆阳裂谷是在新太古代康定群、哀牢山群组成的克拉通基底上发展起来的受一组南北向深大断裂控制的狭长海槽，其基底构造形态复杂，由一系列南北向隆起、凹陷组成，北宽而南窄。裂谷期沉积系列主要由大红山群（苴林群）、昆阳群两套巨厚的海相火山—沉积岩系组成，构成两大火山沉积旋回。中新元古代裂谷带自北至南分布有东川—笔架山、禄丰—武定、易门、元江等4个地堑式火山断陷盆地，构成了昆阳裂谷带内四大铜矿化集中区。
2.含矿地层
禄丰—武定地区铜铁多金属矿床主要产于中元古界昆阳群鹅头厂组、落雪组与因民组中，含矿岩性为一套含铜的碱性玄武岩、火山角砾岩和热水沉积矿物，喷流岩有磁铁矿钠长石岩、赤铁矿硅质岩、铁锰镁钙的碳酸盐岩等。其矿床特征及成因基本与东川式铜矿一致，属海相火山喷流沉积变质—改造型矿床。世界上这类铜矿规模大，铜品位富，是仅次于斑岩型铜矿的主要铜矿类型。但我国这类矿床分布较为局限，迄今仅见于云南东川—禄丰、武定—易门地区和内蒙古狼山—渣尔泰地区（翟裕生等，2004），探明铜金属储量占全国总储量的5.16%。
3.构造、岩浆活动条件
禄丰—武定地区属昆阳裂谷带的一部分。裂谷自古元古代至新元古代的徽江时期，经历了早期上拱断裂阶段，中期扩张与晚期回返封闭阶段。早期上拱断裂和中期的拉张断裂，大都是深及壳下长期活动的具有同沉积生长断裂的特点，这些断裂不但是岩浆喷发的通道，也是矿源上升的通道，并控制含矿层展布；在裂谷内部，北东向、北西向次级断裂和因民角砾岩带等则形成地堑、地垒控制岩相和地层厚度的变化。沿断裂带古元古代呈中心式喷发，中新元古代呈裂隙式喷发，有大量含铜、铁的碱性玄武岩的溢出和火山—沉积角砾岩带的形成。早期的上拱断裂伴有碱质基性火山活动，形成了火山喷流型的铜铁矿床；中期扩张成裂谷阶段，伴随蒸发岩的沉积，形成了沉积的层状铜矿床；晚期回返封闭，随挤压、剥蚀和酸性岩浆活动，形成了砂砾岩铜矿、脉状铜矿及铜、铅、锌、钨、锡等多金属矿。
4.变质作用
区内含矿层均有不同程度的区域变质或热液变质作用，变质程度较高的石榴子石黑云母绿泥石片岩及黑云母绿泥石片岩中的矿相对富而厚，说明变质对矿质的聚集富化成矿有利。背、向斜轴部附近应力作用最强，变质作用最深，因而矿体往往出现在背、向斜轴部附近。

变质矿产是原来的成矿物质在地球内力作用下发生改变或改组而形成的矿产。它的分布固然一方面与原来的成矿物质的分布有关，但更重要的则是与强烈的构造带，特别是时代较古老的强烈构造带有关。我国大陆上各条纬向构造带，川滇经向构造带，大别山-祁连山北西向构造带，北东东向的阿尔金山、龙门山和华夏系诸隆起构造带等是变质矿产分布的主要地带。由于中国大陆的发展是从北方开始的，所以最有意义的变质矿床主要分布在北方。

对变质矿产我们研究较少，仅以鞍山式铁矿聚集区的预测为例:

我国北方，太古宙地层中有好几层铁矿。在东北、铁矿夹于鞍山群、单塔子群中。在内蒙古、冀北、山西，太古宙变质岩系中也有多层铁矿。这些铁矿皆与中基性喷发岩和硅质岩有密切关系。它们的分布，无论地层出露的方向还是岩相带的走向皆与东西向构造及北东向构造相关。在辽宁、京北及冀东，角闪岩类的含量和铁矿的数量都较多。但向西，越过北东向构造带的范围，至张家口一带，角闪岩类岩石的含量和铁矿数量急速降低，地层中火山物质减少，泥砂质岩类增多。再西，到呼和浩特以西，在另一条北东向构造带范围内，角闪岩类及铁矿数量又有增多。显然阴山纬向构造带与北东向构造复合对含铁物质的分布起了重要的控制作用。根据这一规律，辽东半岛、冀东、北京-五台山、包头-四子王旗等地区，显然地层中含铁最为丰富的地区。

研究结果说明，阴山纬向构造带与北东向构造复合不仅对含铁物质的分布起了重要的控制作用，对铁矿层的加厚和热液加富作用也起着主要的控制作用。因此在纬向构造与北东向构造复合处，如辽东半岛、冀东、北京-五台山、包头-四子王旗等地区，应该是寻找鞍山式铁矿最有意义的地区。

综上所述，内生成矿系统的分布主要是受构造体系所控制;外生成矿系统的分布则既受构造体系控制，还受海水进退、气候变迁、大陆演化等基础条件的制约;变质成矿系统的分布规律最复杂，既与原成矿物质的分布有联系，又受变质时构造条件所制约。不过，从地质力学观点来看，无论构造体系，海水进退，气候变迁，大陆演化，岩浆活动，变质活动，乃至成矿作用，都是地球运动过程中一些物质的运动现象。只要地球在转动，物质变化就不会停止，有用元素就会反复不断地迁移聚集。因此严格说来，在“内生”、“外生”、“变质”矿床之间是没有明确界限的，也不是一成不变的。每一场有一定规模的地壳运动，必然引起一次海水的运动;气候的变迁;岩浆活动;出现一批构造体系;并形成一批矿产。因此从空间分布着眼来研究构造体系对矿产分布的控制无疑是正确的。然而从成矿的角度来说，认为矿产的分布是受地壳运动所形成的有联系的各种地质现象的总体———地质系统和地质体系所控制，则更为全面。

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