Question

成矿机制讨论

Answer 1

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。