Question

受变质矿床

Answer 1

受变质矿床是指变质前的已存矿床经受变质后，矿石的成分、组构以及矿体的形态和产状发生一定程度变化，但其矿产种类和工业用途并未改变的矿床。例如:由原来沉积作用形成的以赤铁矿-蛋白石为矿物组合的沉积铁矿，经受变质作用后，形成了以磁铁矿-石英为组合的沉积变质铁矿;原来沉积成因的磷块岩矿床，经受变质作用后，形成了变质磷矿床;原来沉积形成的含金含铀砾岩，经受变质作用后，形成了砾岩型变质金-铀矿床。

一、区域变质铁矿床

区域变质铁矿床即通常所指的沉积变质型、磁铁石英岩型或BIF(条带状铁建造)铁矿床，分布广泛，是最主要的铁矿类型。这类矿床受变质前的原矿石建造是沉积铁矿床，且大多为火山沉积铁矿床，经受区域变质作用和混合岩化作用变质后，形成了磁铁石英岩型矿床和与之相伴的富铁矿床。

这类矿床绝大多数产于前寒武纪变质岩系中，在全球古老陆台变质基底中几乎都有出露，以其分布面积广，储量巨大而著称。含矿带长达数十公里至数百公里，面积可达几百至几千平方公里，含矿岩系厚数百米，单个矿床的储量由数十亿吨至数百亿吨。含矿围岩多为板岩、千枚岩、云母片岩、绿泥片岩、角闪片岩和斜长角闪片麻岩等，有时出现混合岩。依据含矿围岩类型，矿床的含矿岩系可分为两类，一类是以角闪质岩石为主并伴有一定数量黑云母变粒岩的含铁岩系，它们形成于优地槽海底火山喷发环境，原岩为基性火山岩及少量安山质岩石、中酸性火山岩和粘土质沉积岩，在区域变质作用下，原来的基性火山岩变质成为斜长角闪岩、角闪片岩、角闪变粒岩、角闪斜长片麻岩和麻粒岩等，原来的中酸性火山岩变成黑云母变粒岩和浅粒岩，加拿大的阿尔戈马型铁矿和我国的鞍山式铁矿等属于此类。另一类是以石英岩、板岩、白云岩为主的含铁岩系，是冒地槽浅海沉积岩经受较浅的区域变质作用形成，美国苏必利尔型的铁矿床属于该类。

矿床中矿体常呈巨厚层状，含矿层延伸稳定。矿石的矿物成分简单，主要由硅质(石英或燧石等)与铁质(磁铁矿为主、少量赤铁矿等)两种条带共生组合而成。多为贫矿，矿石的铁品位一般为25%～40%。在贫矿体内或附近，或由于风化淋滤、或由于变质热液作用、或由于混合岩化影响，可沿构造裂隙形成富铁矿体，矿石呈致密块状，含铁量一般可达50%～60%，最高可达70%。在富矿体附近往往有明显的热液蚀变，最常见者为绿泥石化，其次有镁铁闪石化、阳起石化、铁铝榴石化、绢云母化、黑云母化等。矿床在我国主要分布于鞍山、本溪和冀东等地区，辽宁弓长岭铁矿床是重要代表。

辽宁弓长岭铁矿区位于辽宁省辽阳市，属于鞍山-本溪铁矿带的一部分。区内出露地层为太古宇鞍山群，含矿岩系层序(图8－1)自上而下为:

图8－1 鞍山铁矿弓长岭矿区地质剖面图

Ⅲ—上混合岩层:岩性与下混合岩层基本相同，厚度约100m，同位素年龄18亿年。

基础矿床学

Ⅰ－下混合岩层:主要为条带状混合岩和伟晶混合岩，厚度约1500m，同位素年龄20亿年。

矿区共有6层铁矿，与含矿围岩相间产出。矿体呈层状，延长数千米，延深较大。在第六层贫铁矿中有富铁矿分布，呈层状、透镜状或不规则状产出，厚度由几十厘米至几十米，延长由几十米至千余米。矿石多具条带状构造和揉皱构造，富矿石为致密块状。矿石矿物成分主要为磁铁矿和石英，其次有角闪石、镁铁闪石。富矿石主要由磁铁矿、赤铁矿组成，伴生有少量黄铁矿、黄铜矿等硫化物。矿石品位一般为含铁25%～40%，富矿石含铁可达60%以上，硫和磷含量均较低，工业价值较大。富矿与贫矿之间界线清楚。靠近富矿附近的贫矿层中常有铁的贫化现象，并有明显的围岩蚀变，其中以绿泥石化、镁铁闪石化和石榴石化为主。

关于受变质铁矿(贫矿)的成因，目前多认为铁质和硅质是海底热水沉积经受后期区域变质作用而形成，属遭受区域变质改造的火山环境中的热水沉积铁矿床;富矿体主要由混合岩化变质热液交代作用富集而成。

二、区域受变质磷矿床

这类矿床主要由原来海相沉积成因的磷块岩矿床经受区域变质作用而形成，即沉积变质磷矿;而由火山沉积含磷岩系经受区域变质作用形成的受变质磷矿由于含磷较低，一般不具工业价值。受变质磷矿床产于由云母片岩、石英岩、石英云母片岩、白云质大理岩及少量含绿泥片岩组成的前寒武纪变质岩系中，矿体与变质白云岩层密切共生，呈层状或透镜状产出，往往有多个磷矿层。矿石主要由细晶磷灰石组成，其次为白云石、金云母、石英，有时含菱锰矿等。矿石含P₂O₅一般8%～9%，高者可达20%～30%。矿石具显晶质结构，条带状、条纹状构造，有的还保留原生沉积角砾状构造。

这类受变质磷矿床在世界有较广泛矿分布，我国主要分布于江苏、安徽、湖北、吉林等地区，以江苏海州锦屏磷矿床为重要代表。

海州锦屏磷矿位于江苏省新海连市。矿区地层下部为混合岩，中部为含磷岩系，上部为白云母片麻岩夹少量透镜状大理岩和石英岩(图8－2)。

图8 －2 江苏新海连市含磷岩系综合地层柱状示意图

含磷岩系厚度在400米以上，自下而上可分四部分:下部含磷岩系主要由变质白云岩、含石英和云母的变质白云岩、磷灰石矿层等构成，夹有白云质石英岩、锰矿层等。该层总厚40m，其中磷矿层厚1～9m，呈不规则透镜状产出;下部白云质云母片岩系主要由白云岩、白云质云母片岩和含石英的云母片岩组成，厚65～250m;上部含磷岩系由磷灰石矿层、变质白云岩、含磷石英岩组成，此外还有少量堇青石片岩、石榴石变质白云岩夹层，总厚14～40m，其中磷矿层厚1～19m;上部白云质云母片岩系岩性与下部白云质云母片岩系相同，总厚0～300m，厚度变化很大。

磷矿体产出层位稳定，呈似层状、透镜状，但产状和厚度变化较大。矿体和围岩呈渐变过渡关系。矿石具条带状构造。主要矿物成分为氟磷灰石、白云石、石英等，矿石一般含P₂O₅10%左右，局部地段较富可达34.2%。据矿物组合等特点，可将矿石划分为三种类型:1)细粒磷灰石矿石，是本区主要的磷矿石类型，具层理构造和块状构造，细粒变晶结构，以氟磷灰石、细晶磷灰石、白云石为主，其次为石英和白云母，少见黄铁矿。矿石品位变化较大;2)锰磷矿石，在矿区局部分布，矿石具疏松土状构造，或由褐黑色锰质层与白色磷灰石层相间构成条带状构造，主要由磷灰石、白云石、软锰矿、硬锰矿等组成，并有少量石英和白云母，这类矿石品位较高，多为富矿;3)云母磷灰石矿石，分布于下部含磷层的底部，由磷灰石、白云母及石英、长石等组成，质量较差。

关于矿床的成因，以前曾认为属热液交代成因，但据含磷岩系、含磷层位、矿石中具层理构造、矿体与围岩无明显界线等特征，现在大多认为是沉积的层状磷块岩经强烈的区域变质作用而形成，属沉积受变质磷矿床。而在山东等地的含磷岩系与混合岩接触处出现与围岩界线清晰的脉状矿体，为磷矿层或含磷岩层经混合岩化热液交代再富集而成，亦属受变质磷矿床。

三、区域变质金矿床:含金砾岩型和霍姆斯塔克金矿床

南非含金砾岩型矿床产于前塞武纪石英片岩系的变质砾岩层内，目前世界上仅在南非、加拿大等少数国家和地区发现，但其规模巨大，因此是今后金矿勘查的重要目标。这类矿床以南非维特瓦特斯兰德金-铀矿床为代表，故普遍称之为兰德型金矿床。

兰德型金矿床产于下元古界维特瓦特斯兰德变质岩系中，该岩系形成年龄为22亿年，主要由云母片岩、石英岩、长石石英岩及砾岩组成，砾岩和石英岩常呈互层产出，不整合于太古宙片麻岩之上。金矿体主要产于岩系上部的砾岩层中(图8－3)，在全区有十余层，层位较稳定，多位于不同层位的侵蚀面上。单层厚15cm至3～4m，沿走向延长可达290km。砾岩层中的砾石主要为脉石英，砾石中不含金。胶结物为石英、绢云母、绿泥石、叶腊石等。金成微粒状与黄铁矿、磁黄铁矿等硫化物一起散布于胶结物中，矿石的金品位为10～17g/T。砾岩层中还含铀矿物，主要为晶质铀矿、沥青铀矿等，含U₃O₈为0.03%。

图8－3维特瓦特斯兰德含矿层(含金砾岩带)示意地质剖面图

研究表明，金是与砾石同时沉积的，在区域变质作用过程中，有部分金被溶液溶解、活化、迁移，并与硫化物一起沉淀于胶结物中。有的金与沥青铀矿充填于砾岩或黄铁矿的微细裂隙中，并有交代作用发生，与变质热液有关，故矿床属沉积受变质成因。对含金砾岩型金矿床的成因存在不同认识，但矿床严格的成矿时限、含金岩层独特的沉积环境和矿质来源应是这类矿床最本质的特点。

受变质金矿床还有一类产于前寒武纪绿岩带BIF中，以美国的霍姆斯塔克金矿床为代表，我国黑龙江省的东风山金矿床属该类型。该类矿床的金产量约占世界金产量的13%左右，矿床规模一般较大，仅次于兰德型金矿床。

霍姆斯塔克金矿床分布在前寒武纪地台隆起边缘的变质绿岩带中，绿岩带中有结晶片岩、片麻岩、变质基性和酸性火山岩及变质的含铁碳酸盐岩。已知有多个矿化层位，如镁菱铁绿泥片岩、含铁碳酸盐岩、含铁绿泥石岩、含硅含铁碳酸盐岩中都有这类矿床产出。大部分矿体与含铁硅质岩有成因联系，但工业矿体多在含铁的碳酸盐岩地层中，层位稳定。矿体多呈透镜状、扁豆状、似层状和层状，也有切层的网状矿脉，表明热液活动成矿特征比较显著。金的矿化富集受变形构造控制，金矿体多位于紧密交错褶皱和早期同斜褶皱的核部。矿石类型主要为含金石英脉型，围岩遭受明显的蚀变，以绿泥石化为主。

一般认为该矿床的原生金和围岩系同生沉积的产物，含金镁铁建造中的金在区域变质作用过程中经受变质热液活动影响而迁移至有利构造部位富集成矿。

除上述几种主要类型受变质矿床外，受变质锰矿床、受变质金属硫化物矿床等都具有重要的经济价值。

四、成矿作用

上述受变质矿床主要是通过区域变质作用形成，部分与混合岩化作用有关。

区域变质成矿是在区域构造运动过程中，由于高温、高压等条件以及岩浆和变质热液活动，发生的区域成矿作用。成矿作用中除了发生矿物重结晶、成分重组合以及矿物脱水和还原作用外，更重要的是交代作用和变形作用。在区域变质过程中，往往可产生变质热液流体，它们与原来岩石或原含矿建造发生广泛的交代作用，形成新矿物，促使原岩中的多种组份重新组合，并通过溶液使成矿物质溶解、迁移和富集，从而成矿。大量研究资料表明，交代作用在区域变质成矿中相当普遍，尤其是富矿体的形成，如前述BIF中的富铁矿体，品位较高的变质金矿等，矿石中的交代、交代残余和交代假象等结构现象十分常见。中低级变质热液流体的主要成份是H₂O，中高级变质热液流体的主要成份为CO₂，其次为各类成矿组份，有时还有F、Cl、B等。它们大部分来源于受变质岩、矿石本身，如沉积物成岩之后，孔隙和层间仍含有一定量的H₂O、CO₂，在变质作用中因温度压力升高而析出。还有原岩中含水矿物和碳酸盐在脱水和去碳酸盐化的过程中，亦可析出大量的H₂O和CO₂。上述水析出后可聚集形成变质溶液。在区域变质过程中，由于区域性构造运动产生较大的应力，在应力的持续作用下，原来的岩石或矿石多会发生变形，一方面原来矿石结构和构造改变，如产生片状、片麻状、皱纹状、角砾状等构造，压碎、鳞片变晶等结构;另一方面矿体形状和产状发生变化，甚至可出现脉状矿体。

混合岩化成矿作用中，主要发生岩石重熔作用和交代作用，尤以交代作用广泛而强烈。区域变质作用进一步发展，当温度、压力高于麻粒岩相变质条件时，原来岩石中的低熔组分发生部分熔融形成初始熔浆;这种初始熔浆富含挥发份，成分和性质介于水溶液和熔浆之间，经过与不同类型原岩的物质交换，形成混合岩化热液。这种热液是混合岩化成矿作用的主要介质。在深变质地区的混合岩化过程中，熔浆主要通过交代方式形成各类混合岩和花岗质岩石，并伴随发生原岩中成矿物质的迁移和富集成矿。混合岩化成矿作用可分早晚两个阶段:1)混合岩化主期以交代和重结晶作用为主，长英质熔浆对原岩的注入交代以碱质为特征，形成钾长石、钠长石、白云母等;在交代过程中由于长英质熔浆的加入，温度增高，原岩中的组份主要发生重结晶和重组合作用，使含矿建造中的有用矿物粒度加大和局部富集，使其具有工业价值;主要形成云母、刚玉、石榴子石、石墨和磷灰石等非金属矿产，还可形成一些稀有稀土元素矿床(锆英石、独居石、金红石等);在混合岩化主期的进一步交代过程中，原岩石的矿物大量分解，通过各种交代反应形成一系列新矿物，如透辉石被交代成为阳起石和透闪石，角闪石变成黑云母等;同时由于碱交代，形成大量的碱性长石;随着这一过程的进行，原来的长英质熔浆部分形成混合花岗岩，部分演变为热液，即混合岩化热液。2)混合岩化中晚期热液交代作用为主，这是主期长英质熔浆交代原岩时从原岩中释放出来的各种水分和深部气液形成的变质热液，对围岩进行的强烈交代作用;由于这些溶液中携带着主期阶段从原岩中带出的有用组分，因而在交代围岩时可发生围岩蚀变或形成矿床。混合岩化热液的成分与含矿原岩建造的成分有关。有些情况下，由于主期交代铁镁质硅酸盐，使中晚期热液中含有大量的Fe、Mg、Ca等组分，因而产生Fe、Mg质交代作用。BIF中的富铁矿体和蚀变就是这样形成的。变质的钙镁碳酸盐建造，在主期交代阶段形成富Mg和Ca的混合岩化热液，因而在中晚期热液交代阶段形成滑石和菱镁矿。富硼的含矿建造，经主期交代作用之后，分散于造岩矿物和电气石中的硼，可与部分铁镁一起进入热液。在中晚期交代过程中，富硼的混合岩化热液交代镁质大理岩即可形成硼镁铁矿和硼镁石矿床。在这一阶段中还可形成磷、铀、金、铜及某些稀有、稀土金属等矿床。

五、勘查评价要点

受变质矿床中以区域变质岩区的矿床分布最广，规模最大，类型最多，价值最高。矿床在空间和成因上都与一定的变质岩有关，它们的形成时代，自太古宙到新生代都有，但主要形成于前寒武纪。前寒武纪的变质岩在地壳中广泛分布，因此，变质矿床主要产于前寒武纪变质岩系中，而其他时代的变质矿床不仅数量很少，而且规模较大的亦不多，如北美地台、加拿大地盾、非洲地盾、印度地盾、俄罗斯地台以及中朝陆台这些前寒武纪地盾中，变质岩大多属角闪岩相和绿帘石角闪岩相，也有绿片岩相和麻粒岩相的，其中蕴藏有极为丰富的矿床，特别是金、铀、锌、铬、铂、钒、钛、铁、磷、锰、云母、菱镁矿、石棉、石墨等在前寒武纪地盾中集中了它们在世界上的大部分储量。古生代和以后的造山带中也有变质岩分布，如阿尔卑斯山变质带、秦岭变质带和喜马拉雅变质带等。在这些造山带中，花岗质岩石和区域变质岩石分布广泛，但没有象前寒武纪地盾中那样发育。变质程度相对要弱一些，以蓝闪石片岩相和沸石相的变质岩比较普遍，而麻粒岩相的变质岩则非常稀少;在显生宙造山带的变质岩系中也有较丰富的矿产，如铁、铜、铅、锌、钨、钼、稀有和稀土元素、放射性元素以及云母、石棉等，它们大多为受变质矿床。在岛弧边缘和大洋中脊，从中生代开始至现在一直都有变质作用发生，变质程度多属于沸石相和绿片岩相，与之有关的矿产主要是受轻微变质的火山-沉积型和火山-热液型金属硫化物矿床以及铁、锰的氧化物矿床。

沉积的、火山及火山-沉积的含矿原岩建造对受变质矿床的形成意义最大。沉积型含矿原岩建造是由沉积作用形成的一套原岩建造，以富含某些成矿元素为特征，它们的富集主要决定于当时的地球化学和古地理环境;一些矿床产出的变质岩系(包括矿体)，保留有较多明显的沉积成因标志，可以判断矿床形成是与沉积型含矿原岩建造受变质作用改造有关。而对于产于变质岩系中的某些铜、铅、锌和稀土元素等矿床，由于变质作用改造强烈使矿层及其围岩的沉积标志不清晰，但却有不少热液成矿特征，以前多被认为属于岩浆热液成因，如赞比亚铜矿、我国云南东川铜矿等。通过对含矿原岩建造岩性组合、含矿层或矿体的产状和形态、含矿层或矿体的层位稳定性、矿石与围岩成分对比、矿石中的残余沉积构造和结构、矿体与岩浆岩的时空成因关系以及成矿流体的性质和成矿地质时代等多方面的深入研究后，近年多数人认为是受变质的同生沉积矿床。

火山及火山-沉积的含矿原岩建造是古火山的喷发作用或同时还伴有的沉积作用形成的。原岩建造中成矿元素的富集，有些与火山沉积作用有关，但更多的情况下是与古火山的喷气或热液作用有关。还有些情况是含矿建造由变质火山岩及沉积岩组成，成矿物质的来源与火山作用有间接关系，例如由于海底火山活动使海水中的铁和硅浓度增大，在特定的物理化学条件下形成了硅铁建造，变质后即成为磁铁石英岩型铁矿床。在很长的时期内人们对古火山型含矿建造的重要意义认识不足，将产于这类建造中的变质矿床定为受变质的沉积矿床或是岩浆热液矿床。近年研究证明，在前寒武纪的区域变质岩系中，这一类型的含矿原岩建造的成矿意义甚至超过了正常沉积建造，特别是对铜、铁、金、锌、硼、磷等变质矿床的形成非常重要。

含矿原岩建造的规模及矿化程度亦是受变质矿床的重要评价要点，一般原岩建造规模愈大，即含矿岩系厚度大，延长远，含矿层位多，且所含成矿组份含量高甚至已有贫矿形成，则形成的变质矿床的工业意义愈大，如南非维特瓦特斯兰德的含金-铀砾岩型矿床。

变形作用对变质热液矿床的形成和产出位置有直接影响，尤其是富矿体的就位多与构造有关。如鞍山地区的变质铁矿床，富矿体多产在磁铁石英岩的裂隙中。绿岩带硅铁建造中的金矿脉，都产于硅质铁碳酸盐岩的同斜褶曲的核部。我国河南银洞坡火山沉积-变质热液改造型金矿床，工业矿体主要呈鞍状赋存在背斜转折端。因此，含矿原岩建造遭受区域变质的同时发生构造变形作用，形成的多种褶曲和断裂破碎带、裂隙带，是大而富的矿体可能存在的重要位置。

围岩蚀变发育、强烈，蚀变带规模大，是判断大型变质矿床的重要标志，反映了有变质热液长期强烈的活动，有大量成矿组份叠加。