Question

成矿作用和条件

Answer 1

一、成矿作用

变质矿床形成的主要控制因素是温度、压力和热液流体。由于温度、压力升高以及由此而产生的变质热液影响，使得原岩、矿石的矿物成分和组合、结构和构造、矿体形状和产状发生变化；而在不同地质环境和条件下，原岩或原矿床的这些变化特征不同，反映出变质成矿作用发生的过程和方式有一定差异。为此，根据变质矿床形成时的地质环境和条件，将变质成矿作用分为接触变质成矿作用、区域变质成矿作用和混合岩化成矿作用3种类型。

接触变质成矿作用主要是由于岩浆侵位而引起围岩温度增高所产生的变质成矿作用，在成矿中以热力作用为主，而压力对其影响较小。作用过程中几乎没有外来物质的加入和原有物质带出，挥发分的影响也很微弱。成矿作用方式主要是重结晶作用和重组合作用等。在高温作用下，原来隐晶质矿物便会逐渐结晶，显晶质矿物晶粒变粗，如蛋白石和玉髓变为石英，胶磷矿变为磷灰石，石灰岩变为大理岩，煤变为石墨等均为重结晶作用。原岩物质在高温影响下可产生一系列新矿物，粘土物质在高温中压条件下形成红柱石等；由于温度和压力的作用，会使原岩脱水，如褐铁矿和铁的氢氧化物变为赤铁矿或磁铁矿，硬锰矿和水锰矿变为褐锰矿和黑锰矿等；在高温缺氧条件下，原岩物质中的高价离子就会还原为低价离子，致使矿物发生变化，如赤铁矿变为磁铁矿，软锰矿变为褐锰矿等。所以，接触变质作用还可导致原岩物质重组合。此外，在围岩条件适宜时，局部地段也可发生一定程度的热液交代作用，但这类交代作用多被定义为接触交代成矿作用，在强烈地交代作用下形成的矿床属接触交代（矽卡岩型）矿床。

区域变质成矿作用是由于区域构造运动的影响，产生高温、高压条件，并有岩浆和变质热液的活动在广大区域发生的成矿作用。成矿作用中除了发生重结晶作用、重组合作用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，它们与原岩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分重新组合，并通过溶液使成矿物质溶解、迁移和富集，从而发生矿化和蚀变。大量资料表明，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，品位较高的变质金矿等，矿石中的交代结构、交代残余结构、交代假象结构等十分常见。变质热液流体的主要成分是H₂O和CO₂，其次为各类成矿组分，有时还有F、C1、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。上述水析出后发生聚集可形成规模不等的变质溶液。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，原来的岩石或矿石就发生程度不同的变形。一是矿石结构和构造的变化，如产生片状构造、片麻状构造、皱纹状构造、角砾状构造，压碎结构、鳞片变晶结构等；二是矿体形状和产状的变化，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，使原岩发生部分熔融形成熔浆；这种成分和性质介于水溶液和稀薄熔浆之间的熔浆与不同类型的原岩经过一系列的相互作用，形成混合岩化热液，它是形成混合岩化矿床的主要介质。在混合岩化过程中，熔浆主要通过交代的方式形成各类混合岩和花岗质岩类，以及使原岩中的成矿物质发生迁移和富集成矿。混合岩化成矿作用可分早晚两个阶段。主期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，原岩中的组分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。中晚期热液交代作用为主，这是主期阶段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。

二、成矿条件

首先是原岩的含矿性。变质矿床的成矿物质主要来自原岩或原矿床，因而原岩的含矿性对变质矿床的形成有决定性作用。原岩的含矿性如何，一方面决定了能否形成变质矿床，另一方面还决定了形成什么变质矿床。不同原岩中成矿组分富集程度很不相同，有些原岩在遭受变质作用之前，其所含的成矿物质达到工业品位，已构成矿床，有的则尚未达到工业要求。原矿床经变质作用改造后，通常使原矿石的矿物成分和结构构造发生不同程度的变化，但有用组分含量一般变化不大；局部有成矿组分的迁移，甚至形成一定数量的富矿体；原矿床受变质后称为受变质矿床，主要有铁、锰、铜、铅、锌和金等金属矿床及磷灰石等非金属矿床。含矿原岩建造是变质矿床的矿源岩，变质作用使原岩建造中的成矿物质活化、迁移、聚集而形成工业矿床；大多数变质矿床产于含矿原岩建造中，很少超出原岩建造范围；矿石的矿物成分和化学成分与含矿原岩建造有明显一致性，只是在矿体中成矿组分更为富集而已；由含矿原岩建造受变质后形成的矿床为变成矿床，主要是一些非金属矿床。

其次是温度和压力。温度升高促使组分的活动性增强，从而引起成矿物质的迁移，促进交代作用的发生；能引起矿物的重结晶、重组合。造成局部地区温度升高的原因主要是岩浆活动和地壳变动应力作用，引起区域性温度升高的原因是深部热流的上升。地壳深部上升的热流，在不同时期和不同地区是不一样的，前寒武纪显然较近代为大，所以区域变质作用和与之有关的成矿作用明显。古生代以后，热流的增高以造山带最为显著，区域变质也限于这些地区。影响变质成矿作用的压力主要是由上覆岩层重力所产生的均向压力，可引起矿物的重结晶和重组合作用；在变质作用过程中，压力和温度常同时起作用，如粘土矿物，在高温中压条件下可形成红柱石，而在高压中温条件下则形成蓝晶石，如温度和压力均很高时形成矽线石和刚玉。

第三是变质作用强度。变质作用强度一般以变质矿物相划分，不同的变质相与不同类型的矿产相关。沸石相主要有沸石-绿泥石组合中的自然铜（如美国苏必利尔湖）矿床和受变质的火山沉积铁矿（如祁连山）等；绿片岩相主要为一些受变质的金属矿床，如磁铁矿赤铁矿石英岩、含金砾岩矿床和块状硫化物矿床等；蓝闪石片岩相中如新疆的硬玉矿床等；角闪石相主要有前寒武纪的BIF（如鞍山地区）以及蓝晶石、石榴子石、刚玉、石墨和磷灰石等矿床；麻粒岩相主要有角闪石-辉石-磁铁石英岩矿床（如冀东）、江苏东海的变质磷矿以及一些金红石和金云母等矿床；榴辉岩相多产有金红石矿床。影响变质作用强度的主要因素除温度和压力外，热液流体具有重要的意义；在热液参与下，发生强烈的交代作用甚至混合岩化作用，物质成分被大量带入和带出，原岩被强烈地改造，形成的变质矿床亦较复杂。