Question

成矿系列结构与成因

Answer 1

镁质非金属矿床成矿系列的内部结构具有同源性、共生性、阶段性、分带性、重叠性、过渡性和互补性等成矿系列的内部结构性质。

1.同源性

镁质碳酸盐岩建造作为镁质非金属矿床的矿源层，初步富集了一些富镁矿物。在古元古代早期，辽东裂谷盆地沉积的辽河群沉积岩中，富集了一些富镁矿物如菱镁矿、白云石、高镁方解石、含镁硼矿物等，这些物质为后期镁质矿物的富集提供了物质条件。有些菱镁岩和白云岩层可能本身就是矿层，后期变质过程中，物质成分没有多大改变，只是其结构和构造发生了较大变化。菱镁矿与白云岩同源性表现在以下三个方面：

1）大石桥组菱镁矿与白云石大理岩中缺乏火山岩，而且发育大量变余的沉积组构，如变余的层理、层纹、斜层理、豆状、结核状、波痕、雹痕、滑塌构造等。菱镁矿层内还见叠层石，从岩相特征看菱镁矿和白云石是沉积成因的。

2）菱镁矿和白云石大理岩的稀土含量接近。另外，菱镁矿与白云石大理岩所含微量元素Cr/Ga比值1.6 ±，与海水的1.67 接近。一些难迁移元素Ti，Zr，Nb，V等的含量均小于或接近于海相碳酸盐岩的含量，说明菱镁矿和白云石大理岩同是海相成因的。

3）菱镁矿和白云石碳同位素δ¹³C（‰）_PDB值接近，其变化范围是-2.9～＋0.3，平均值接近于零，说明同具海水来源。氧同位素δ¹⁸O‰_（SMOW）值也接近，它们的变化范围是＋7.93～＋17.05，平均值接近于＋10，形成于相似的环境下。

对于滑石、蛇纹石、透辉石、透闪石、水镁石等改造成因的矿床来说，菱镁矿和白云石属于它们的成矿母岩。镁质碳酸盐岩建造形成后，经受了后期区域变质和混合岩化以及岩浆作用等若干地质作用的叠加，由于成矿流体的介入，在局部的构造-地球化学条件下，成矿微环境发生了改变，从而形成了一组镁质非金属矿物，富集充填在构造裂隙带或交代碳酸盐岩形成。

因此，这些滑石、岫岩玉、闪石玉、蛇纹石、透辉石、透闪石、水镁石等改造性非金属矿床与菱镁矿矿床具有同源性。

2.共生性

成矿系列的共生性表现在成矿系列内各矿床的共生、单矿床内不同矿种的共生和矿石内不同的镁质非金属矿物的共生，即矿床成矿系列从宏观到微观的共生。

如前文所述，辽东常见的矿床组合为菱镁矿-滑石矿床组合，如海城范家堡子、海城水泉、营口大岭、海城麻尔峪、刘家坟等矿床。其中，滑石矿体多呈似层状、扁豆状、透镜状或豆荚状夹于白色厚层菱镁岩之间，滑石矿体与菱镁矿矿体交替出现，两者之间呈渐变或突变两种接触关系。矿石组构也具有菱镁矿和滑石共生的特点，如滑石贫矿呈交代残余粒状变晶结构、粒状变晶结构等，灰白色滑石沿菱镁矿裂隙或菱镁矿粒间交代，使菱镁矿形成港湾状、波曲状或孤岛状。在矿石构造上，富矿石多为块状、片状或条带状构造，贫矿石当滑石沿菱镁矿粒间呈星散状交代时呈浸染状构造，当交代作用进一步增强时，便形成斑杂状，残留部分形成花斑状构造。

此外，在辽东凤城上长阴子、刘家河（徐家台）、太阳沟、岫岩县朝阳一带还见有菱镁矿-滑石-蛇纹石-水镁石矿床组合。其特点是在菱镁矿矿化基础上又叠加蛇纹石和水镁石成矿作用，蛇纹石沿构造裂隙和层间裂隙交代白云石大理岩和菱镁矿大理岩。在辽东著名的岫岩玉见于岫岩县北瓦沟—王家堡子—周家堡子一带见有菱镁矿-滑石-蛇纹石（岫岩玉）-透闪石（透辉石）矿床组合。区内所产玉石矿，无一例外地都产在大石桥组二、三段，并且主要产于三段中—上部镁质大理岩中，与菱镁矿、滑石紧密共生。在本溪连山关、大安口等滑石矿区还见有菱镁矿-滑石-斜绿泥石矿床组合。绿泥石矿体产于菱镁岩和白云石大理岩层间构造带和断裂破碎带中，如菱镁矿呈层状-巨厚层状产于白云石大理岩-菱镁岩中，绿泥石化与滑石化伴生。

可见，富镁质碳酸盐岩建造非金属矿床成矿系列的共生组合不仅表现在菱镁矿和滑石、蛇纹石、斜绿泥石、块状水镁石、透辉石和透闪石的相互共生，还表现在同一矿区内不同矿种的矿层相互伴生和矿石内不同的镁质非金属矿物的共生。

3.阶段性

指辽东地区菱镁矿、滑石等矿床的成矿阶段性特点。总的来看，辽东地区富镁质碳酸盐岩建造非金属成矿系列可划分出三个成矿阶段：一是古元古代早期，菱镁矿蒸发沉积成岩成矿阶段；二是古元古代末期（晋宁运动）变质阶段，富镁质碳酸盐岩建造受区域变质热液交代形成滑石、斜绿泥石、蛇纹石、透辉石和透闪石等热液矿物；三是在印支-燕山期改造阶段，菱镁矿蚀变成蛇纹石，部分分解水化成水镁石。

在不同的矿化阶段，由于成矿的先后顺序不同，往往又可划分出不同的期次。如在有的矿区菱镁矿滑石化过程中，大致可划分出二期，灰色滑石在先，往往质量较差；粉红色滑石在后，往往质量较好。

在刘家河块状水镁石矿区，从热液交代关系、矿物组合上，可以明显地辨识出3个成矿期次。在靠近燕山期中酸性侵入岩体附近，少量的接触变质和矽卡岩化形成蛇纹石、金云母、透辉石、透闪石，但大量的蛇纹石、水镁石成矿是远离岩体形成的。成矿方式以热液交代为主，成矿早期是蛇纹石-水镁石矿物组合，中期是水镁石-蛇纹石-方解石-石英矿物组合，晚期是水镁石-文石-水菱镁矿矿物组合，可见到水镁石交代白云石、菱镁矿、蛇纹石现象。

4.分带性

指成矿系列内不同矿床类型的分带和同一矿床中不同矿石类型的分带现象。辽东地区滑石与菱镁矿矿床的分带现象非常明显，如海城范家堡子、海城水泉、营口大岭、海城麻尔峪、刘家坟等矿床。其中，滑石矿体多呈似层状、扁豆状、透镜状或豆荚状夹于白色厚层菱镁岩之间，滑石矿体与菱镁矿矿体均成带状交替出现，两者之间呈渐变或突变两种接触关系。

在范家堡子滑石矿体内部，根据不同的滑石品级划分出滑石的矿体也成带状分布。一般的，表现为由滑石矿体中间向围岩由I级品滑石→II级品滑石→III级品滑石→滑石化菱镁矿→菱镁矿的分带现象。

5.重叠性

指成矿系列内不同矿床类型和同一矿床中不同矿石类型在同一空间的重叠交叉关系。如滑石与斜绿泥石矿床在同一矿体内出现，常见于本溪连山关、大安口等滑石矿区。斜绿泥石矿体产于菱镁岩和白云石大理岩层间构造带和断裂破碎带中。斜绿泥石矿带与围岩接触处普遍受到交代作用，主要为绿泥石化，其次为滑石化。绿泥石与滑石伴生，在空间上重叠，矿石类型从滑石过渡为滑石-斜绿泥石型。斜绿泥石含量多时，使滑石品级降低，有时绿泥石含量为主而形成绿泥石矿体。

淡斜绿泥石矿带与围岩接触处普遍受到交代作用，主要为绿泥石化和滑石化。这两种交代方式相伴作用，形成了滑石矿体与斜绿泥石矿体的重叠。此外，还有透闪石化和硅化。透闪石化主要发育在小榆树沟区，以白云石菱面体的假象嵌布在白云石大理岩中，形成透闪石白云石大理岩。尔后，又经水化蚀变被滑石所替代，透闪石很少保留下来。这又是滑石化与透闪石化重叠的另一种情况。

6.过渡性

指各种镁质非金属矿物或其矿物组合在空间上的过渡关系。如辽东岫岩北瓦沟岫岩玉矿床，按照矿物共生关系，可划分为三个岩矿组合形式：①白云石大理岩-菱镁矿；②蛇纹石大理岩-蛇纹岩-蛇纹石软玉；③透闪石大理岩-透闪透辉岩-滑石岩。这种矿床组合在北瓦沟地区稳定，在矿床上以蛇纹石软玉为主，向东过渡为以透闪岩-滑石矿床为主，如大房身滑石矿。透闪石大理岩-透闪透辉岩-滑石岩产于玉石矿层之下，有的透闪岩与玉石矿同层共生或逐渐过渡。透闪石软玉是两者过渡的产物。透闪岩、透辉岩包括其过渡类型，是新型的工业矿物。透闪岩中透闪石含量可达90%以上，透辉岩中透辉石也在80%以上，最高可达98%。此类岩石中常共生有水镁石和滑石，形成小规模水镁石矿体（或水镁石透闪岩）和滑石透闪岩，质量较好的滑石岩即是滑石矿，如老爷庙滑石矿。

7.互补性

指不同矿床类型在空间上的互补关系。如海城范家堡子、海城水泉、营口大岭、海城麻尔峪、刘家坟等矿床中滑石矿体多呈似层状、扁豆状、透镜状或豆荚状夹于白色厚层菱镁岩之间，菱镁矿以及顶、底板白云岩等作为滑石的成矿原岩。在滑石形成的地段，菱镁矿质量欠佳，矿层变薄，或转为围岩或矿体夹层；反之，形成大量菱镁矿地段则滑石矿化较差，甚至无矿体。反映了滑石矿床与菱镁矿矿床的互补关系。

8.转化性

指前一种矿床类型转化为后一种矿床类型，或前一种矿石类型转化为后一种矿石类型的性质。这也是非金属矿床成矿系列区别于金属矿床成矿系列的特征之一，究其原因在于金属矿床利用的是金属元素，非金属矿床利用的是矿物或岩石的工艺性能。辽东地区非金属矿床成矿系列转化性不仅表现在菱镁矿向热液矿物滑石、斜绿泥石、蛇纹石、水镁石、透辉石和透闪石的转化，还表现在热液矿物之间的转化关系，如透辉石、透闪石向滑石的转化、蛇纹石向水镁石的转化等。

辽东地区产于镁质大理岩中的滑石矿床，都与菱镁矿、白云岩紧密共生。如海城范家堡子、海城水泉、营口大岭、海城麻尔峪、刘家坟等矿床，且无论从矿层的共生关系、交代残余结构上，都反映出菱镁矿向滑石转化，如在滑石矿石组构上，具有菱镁矿滑石化特点，呈显微鳞片变晶结构。贫矿灰白色滑石沿菱镁矿裂隙或菱镁矿粒间交代，使菱镁矿形成港湾状、波曲状或孤岛状，当滑石沿菱镁矿粒间呈星散状交代时呈浸染状构造，当交代作用进一步增强时，便形成斑杂状，残留部分形成花斑状构造。

滑石交代作用通过两种方式进行，在贫硅的含石英菱镁矿大理岩中主要是由含硅酸的热液与围岩中的菱镁矿反应形成滑石；在富硅的石英（化）菱镁矿大理岩中，在成矿热液作用下围岩中的菱镁矿和石英完全变为活动组分，互相置换组成新矿物滑石，成矿热液在交代中起了促进和平衡作用，被交代的石英化菱镁矿大理岩中的部分石英脉、石英“鲕粒”和石英晶簇仍保持其原有的外表形态。

成矿热液交代含石英菱镁矿大理岩和硅化菱镁矿大理岩形成滑石可表示为

中国重要成矿系列的形成机制和结构特征

辽东地区产于镁质大理岩中的岫岩玉矿，无一例外地都与菱镁矿、滑石紧密共生。如北瓦沟玉石矿，具有工业价值的玉石矿均产于白云石大理岩层中的菱镁矿（岩）之中，菱镁岩是成矿原岩，蛇纹石是热液交代矿物。因此，两者是交代和转化关系。

温度升高，白云岩、菱镁矿首先与流体中少量的SiO₂形成蛇纹石（岫岩玉）或蛇纹石化大理岩。反应式如下：

中国重要成矿系列的形成机制和结构特征

在绿片岩相区域变质作用中，不纯大理岩常变质形成透闪石、透辉石矿物，并有透闪石向透辉石的转化，其反应式如下：

中国重要成矿系列的形成机制和结构特征

中国重要成矿系列的形成机制和结构特征

中国重要成矿系列的形成机制和结构特征

当透闪石、透辉石富集达到工业要求时，即形成透闪石、透辉石矿床。

造成成矿系列上述特征的原因主要有以下几个方面：

1）成矿系列的形成都受一定的大地构造控制，富镁质碳酸盐岩建造镁质非金属矿床成矿系列形成的构造背景是大陆裂谷环境。大石桥组镁质碳酸盐岩沉积时期岩相古地理为海相蒸发泻湖相环境。滑石、蛇纹石、透辉石和透闪石等矿床形成的构造背景是辽东裂谷闭合时区域变质环境。

2）所有镁质非金属矿床菱镁矿、滑石、斜绿泥石、蛇纹石、水镁石、透辉石和透闪石等都产在富镁质碳酸盐岩建造内，也就是说，镁质碳酸盐岩建造既是它们的成矿母岩，又是他们成矿的场所，是镁质碳酸盐岩建造使这些镁质非金属矿床具有同源性。

3）成矿物质来源相同，成矿条件基本相同，但成矿微环境的差异和成矿作用的先后变化差异决定了不同的矿床组合的共生，即上述4种矿床组合形式。

4）成矿主岩相同，都是富镁质碳酸盐岩建造，成矿物质来源相同，但由于不同时期成矿条件的差异，则形成镁质非金属矿床成矿的阶段性。

5）造成成矿系列内分带性的原因有成矿原岩的因素，也有成矿作用强度的差异即热液交代作用的强弱的差异，还有交代作用的先后顺序所致。

6）由于成矿原岩差异，或成矿条件的交替变化，造成成矿作用在同一成矿空间的叠加或交错出现，表现为镁质非金属矿床成矿系列的重叠性。

7）由于成矿原岩矿物成分或纯度的差异，或成矿作用强弱变化，形成成矿系列内矿体或矿石的过渡性。

8）由于成矿作用的继承或演变为另一种成矿作用，且后一种成矿作用并不彻底时，造成成矿系列内不同矿床类型的互补性。

9）一种矿床类型形成后，由于成矿地质条件的改变，原矿石遭受蚀变，或成矿流体交代原矿石，使其而转化为后一种矿床类型，或转化为后一种矿石类型。

总之，镁质碳酸盐岩建造有关的镁质非金属矿床种类较多，各矿床成因类型之间按一定规律共生现象明显，是与辽东裂谷发生、发展和闭合密切相关的一组典型的非金属矿床成矿系列。