第15讲（变质矿床）.doc

地质学基础与铀矿地质讲义2007（第15讲） 内容提要 第十章 变质矿床 10.1 概述 10.2 区域变质矿床成矿条件和成矿过程 10.3 受变质矿床 10.4 关于层控矿床和矿床工业类型 参看地质学pp.188-197. 第十章 变质矿床 10.1 概 述 一、变质矿床的概念 变质矿床是成矿原岩或原矿床，经变质作用的转化再造之后，所形成的或改造过的矿床，称为变质矿床。 在变质成矿过程中，温度和压力是引起成矿作用的主要因素，然而这是外因；作为决定性因素的是原岩或原矿床中成矿物质的存在，这是内因。如果在变质作用发生之前，没有成矿物质的存在和一定程度的富集，就不会形成相应的变质矿床。所以，成矿物质的先期存在是形成变质矿床的先决条件，必须具备这个物质基础，然后通过高温、高压环境中所产生的变质作用，才能形成变质矿床。 生成变质矿床的地质作用称为变质成矿作用。 1、成矿方式主要有以下几种 1）脱水作用。 当温度和压力升高时，原岩中的含水矿物经脱水形成一些不含水矿物，如褐铁矿变为赤铁矿。 2）重结晶作用。 细粒、隐晶质结构变为中粗粒结构，如灰岩变为大理岩，蛋白石变为石英。 3）还原作用。 矿物中的一些变价元素由高价变为低价，使矿物成分变化，如赤铁矿变为磁铁矿。 4）重组合作用。 温度、压力等变化使原来稳定的矿物平衡组合被新条件下稳定的矿物组合代替，如粘土矿物转变为蓝晶石和石英。 5）交代作用。 在区域变质作用和混合岩化过程中产生的变质热液交代原岩，使其矿物成分发生变化。 6）塑性流动和变形。 在高温、高压条件下岩石可发生揉皱、破碎和塑性流动，使岩石产生定向构造。 7）局部熔融。 高温、高压及流体的参与，岩石出现选择性重熔和局部熔融，形成混合岩化岩石。 2、按变质成矿作用范围可分为接触变质成矿作用和区域变质成矿作用。 接触变质作用和区域变质作用，除形成相应的变质岩外，在成矿物质先期存在的条件下，都可以形成变质矿床。而动力变质作用一般难以形成有意义的工业矿床。 1）接触变质成矿作用的影响范围小（几十米到几百米）， 在变质作用过程中，很少有外来物质的加入和原有物质的带出。它的成矿作用，主要表现在原岩或原矿床在岩浆热力影响下所发生的结晶或重结晶作用，从而提高了或改变了其工业意义。例如，石灰岩之变成为大理岩，煤之变质成为石墨等等。经由此种变质成矿作用所形成的矿床，称作接触变质矿床。 2）区域变质成矿作用影响范围很广，可达几百甚至几千平方公里，变质作用复杂而强烈，不仅使岩石或矿石在矿物组成及结构、构造上发生强烈变化，而且可使某些成矿组分在变质热液或混合岩化交代作用之下发生迁移富集现象。经由这种变质作用所形成的矿床，叫做区域变质矿床。 有很多大型金属矿床，特别是铁矿床，是在区域变质作用之下形成的，占我国铁矿储量的49％，占世界铁矿储量的60％。除铁矿床外，部分金矿、锰矿、铀矿、磷灰石矿以及其他许多非金属矿（例如大理岩、石墨等）也来自于区域变质矿床，因此，区域变质矿床的研究具有重大的实际意义。 二、变质矿床的成因分类 从成因上，变质矿床首先可分为接触变质矿床和区域变质矿床两大类。区域变质矿床又可分为以下两种类型 1、受变质矿床即在变质作用之前已经是矿床，变质之后不改变矿床的基本工业意义。如沉积铁矿床之变质成为变质铁矿床。 2、变成矿床原来是没有工业价值的岩石，经过变质改造之后而成为矿床；或者原来是矿床，但在变质改造之后，发生深刻变化，而成为另外一种具有不同工业意义的新矿床。在这种变成矿床之中，金属矿床很少，主要是一些非金属矿床。由于它们是在高温、高压下形成的，所以矿石常具有特殊的物理化学性质，在工业上可供作研磨材料、耐火材料以及建筑材料等之用。属于这类矿床的有用矿产，有大理岩、石英岩、板岩、滑石、石棉、石墨、石榴石、菱铁矿等。 在这几种变质矿床中，工业价值最大的是区域变质矿床中的受变质矿床。在各种金属受变质矿床中，最具有工业意义的是沉积变质铁矿床。 10.2 区域变质矿床的成矿条件和成矿过程 一、区域变质矿床成矿条件 1、成矿原岩条件 含矿原岩（或矿床）的存在，是形成变质矿床的物质基础，这也是它们不同于内生矿床的基本特点之一。形成变质矿床的含矿原岩，常见的有以下两种成因 1）沉积型含矿原岩 是沉积形成的一套含矿原岩，以富含某些有用组分为特征。如变质前某些有用组分的富集已经达到一定标准，则通过变质作用就可以形成一般所谓的沉积变质矿床。 2）火山沉积型含矿原岩 这是古火山的喷发作用或同时还伴有正常沉积作用所形成的一套含矿原岩，其中某些有用组分的富集都直接或间接同古火山的活动有关。这一类型的变质铁矿床，过去曾被认为是沉积变质矿床。鉴别这类矿床的首要标志是由火山熔岩及碎屑岩变质成的变质岩的存在。 2、成矿构造背景 变质岩和变质矿床的分布与地质时代关系密切。地壳中广为分布的是前寒武纪变质岩，显生宙特别是中、新生代以来，变质作用及其变质岩的出现较为局限，主要发生在岛弧、洋脊等板块边缘等地区。 3、物理化学条件 变质矿床形成的温度可从100℃至800℃，不同的温度可生成不同的矿物组合，引起变质的温度常与较高的地热流有关，这些地区一般有较强的构造-岩浆活动。压力是控制变质反应过程中矿物组合变化的主要因素。 对于某些多型变体的矿物，压力作用尤为重要，如Al2SiO5的多型变体，在500～600℃压力较高时生成蓝晶石，压力较低时生成红柱石。 二、含矿原岩的变化 在区域变质过程中，含矿原岩在温度、压力增高以及H2O、CO2等挥发组分的影响下，发生重结晶、重组合及变形等作用，改变了矿物成分和结构、构造；但一般情况下，含矿原岩总的化学成分基本不变。含矿原岩或矿床，在变质成矿过程中的变化可有以下两种情况 1、含矿原岩或原矿床的改造 矿石的矿物成分和结构构造，一般均发生有不同程度的变化，从而对其经济价值有一定的影响，但矿石的品位一般变化不大。主要为受变质矿床。如，沉积铁矿床，在区域变质成矿作用中，其氢氧化铁经脱水和重结晶作用变为赤铁矿，赤铁矿又可还原为磁铁矿；矿石中的蛋白石矿物类，则重结晶为石英。 2、新矿物的形成 某些原岩虽然含有某些有用组分，但没有工业价值；只有在区域变质过程中，经过重结晶作用，形成新矿物之后，才能作为工业原料来利用，成为新矿床（即变成矿床）。这类矿床主要是一些非金属矿床，如富含有机碳的原岩，经过重结晶后可以成为石墨矿床。 三、变质热液的产生及其成矿作用 变质热液又称变质水，是在区域变质过程中产生的，在变质成矿过程中占有重要地位。这种热液和岩浆成因的汽化热液不同，它一部分是来源于原岩颗粒空隙中的水分（粒间溶液），一部分这是变质过程中矿物间发生脱水反应时所析出的。在某些地区，变质热液还和裂隙水及其地下水有一定联系。 变质热液中，除了H2O为其主要组分外，还常含有CO2及硫、氧、氟、氯等易挥发组分；其物态可为液态，也可为气态；既能成为不能自由活动的粒间溶液；在某种情况下，也可成为能流动的热液；可起溶剂和矿化剂的作用，促进岩石中各种组分重新分配组合以及迁移搬运，在原岩发生重结晶作用的同时，形成各种新矿床或使原矿床中有用组分进一步富集。 四、混合岩化中富矿体的形成 混合岩化作用是区域变质作用的高级阶段。这个阶段的成矿作用可分为两期，即早期以碱性交代为主的成矿时期和中、晚期以热液交代为主的成矿时期。在早期交代阶段，伴随着各种混合岩及花岗质岩石的形成，在某些含矿原岩中，可有云母、刚玉、石榴石、磷灰石等非金属矿床以及某些非金属、稀有金属伟晶岩矿床的形成。 到了混合岩化的中、晚期阶段，混合岩化作用中分异出来的热液，已含有一定量的铁分，而更重要的是，在高温高压条件下，它们可通过溶解作用从贫矿石中取得更多的铁分。它们运移着这些铁分至压力较低地段，交代贫矿石中的石英引起去硅作用并把铁质沉淀下来，形成富铁矿体。 10.3 受变质矿床 受变质铁矿床是变质矿床中工业价值最大者。以受变质铁矿床为例来说明受变质矿床的一般特征。 一、受变质矿床的一般特征 1、矿石特点 成分简单，品位变化较均匀。有用矿物有磁铁矿、赤铁矿、镜铁矿等；脉石矿物以石英为主，其次是方解石、长石、角闪石、阳起石、绿泥石、云母等。结构为全晶质，矿石构造以条带状、片理状为主。 2、矿体特点 多呈层状、似层状，少数为不规则的其他形状。在产状上一般变化较大，倾角较陡，矿体中褶曲、断裂、直立、倒转等现象较为普遍。矿体在剖面中具有一定的层位。 3、围岩特点 围岩都是变质岩。常见的有各种片岩、片麻岩、大理岩以及混合岩等。 此类铁矿床在我国前震旦系中有广泛的分布，而以鞍山本溪地区为最丰富。矿床位于鞍山群及辽河群地层中，属于重、低级区域变质，并遭受强烈的混合岩化作用。其地质年龄为1924亿年。 二、沉积变质铁矿床的开采特点 1、由于变质作用过程中地壳运动较强烈，矿床的地质构造条件是较为复杂的，围岩稳定性大为降低，开采中需要加强安全措施。然而，地质构造复杂的地段，常是热液活动的良好场所，对成矿作用来说，则是有利的一面。 2、本类矿床如果暴露到地表或近地表的部分，经氧化作用后可以使磁铁矿氧化成赤铁矿，如果赤铁矿储量很大，可以考虑分采、分选，以提高选矿回收率。 3、本类矿床中的某些大型矿床，具有规模大、矿体厚等特点；如果埋藏较浅，则特别适合露天开采。 4、矿床内变质岩石和矿石的矿物成分，有的与岩浆岩相似，有的与沉积岩相似，凡硅酸盐类矿物、碳酸盐类矿物、氧化物类矿物均含有之。它们对采掘的影响，可参考前几章有关内容。 10.4 关于层控矿床和矿床工业类型 从矿床成因上看，尽管所有矿床都可以归入内生矿床、外生矿床或变质矿床三大类中的某一类，但是颇多矿床是复合成因的或是跨类的，从而使问题复杂化了。其中，最引人注目的是从层位和岩性控制角度对所谓的“层控矿床”的研究。 一、层控矿床的概念 目前，对层控矿床（Stratabound deposits）的含义有不同的理解。有些学者把层控矿床定义为与岩浆作用无关的，只是受沉积和热液叠加改造而形成的矿床。另一些学者则将一切层状矿床，如典型的风化矿床、沉积矿床，甚至产于层状侵入体内的岩浆矿床都归人层控矿床。有的学者甚至将遭受花岗岩化后产在某一较大的地层单元中的非层状矿床，也划入层控矿床。 根据比较多数学者的见解，“层控矿床”系指那些受多种成矿作用影响，但矿体呈层状或基本呈层状，包括部分不规则状，但仍受一定地层层位控制的矿床。 层控矿床往往是多成因的，它是以外生成矿作用为基础，又受到内生成矿作用包括岩浆、变质和热液等作用的叠加和改造而形成的复成因矿床。层控矿床是一类既具有同生成矿作用标志，又具有后生成矿作用标志的复成因矿床。 二、层控矿床成矿作用 层控矿床成矿作用包括三个方面 1、成矿物质来源有陆源风化产物、地下水溶解物质或海水-海底热液中溶解物质； 2、成矿物质初步富集（矿源层的形成）是通过同生沉积、成岩和后生过程中的水-岩间相互作用、介质物理化学条件的突然变化以及生物-生物化学作用等实现的； 3、成矿物质的叠加改造作用对矿源层的活化、转移、再改造和再富集，包括热液叠加改造作用和变质叠加改造作用，前者主要有流体的参与并发生大规模的元素的带入带出，后者主要为温度压力的变化引起。热液叠加改造作用具有更重要的意义。 二、层控矿床的特征 1、具有外生和内生矿床的某些特点，故兼有同生和后生矿床的某些成矿标志，反映出其成矿过程的多阶段性和复杂性。 2、矿源层的存在是层控矿床主要特征之一，但矿源层和贮矿层可以是同一层位，也可以是不同层位。 3、矿床严格受一定地层层位和岩性的控制，其矿体多局限出现于一个或少数几个层内，且与这些层位的岩性密切相关。 4、矿体形态多样，既可以出现层状、似层状的矿体，又可以出现脉状、囊状、或其他不规则状的矿体；矿体既可以与围岩呈整合接触，也可呈非整合接触。而形态复杂的富矿体多出现于局部地质构造复杂地段。 5、围岩为沉积岩、火山岩或变质岩，后者也是从前两者经变质作用而形成的。 6、矿床的分布成群成片常构成统一的成矿区，因此，层控矿床往往储量大，分布广。 层状矿床与层控矿床示意图 层控矿床与内生矿床、外生矿床的相互关系 三、层控矿床的主要类型 由于层控矿床的定义尚未完全统一，所以其分类也无一致的方案，对狭义的层控矿床（即认为层控矿床是指由沉积或火山沉积先形成矿源层，然后再经过变质热液或地下水热液的改造而富集形成的矿床）一般可以分为 1、 沉积岩中的层控矿床，又可分为 1）砂砾岩中的层控矿床。以南非的威特沃特斯兰德矿床最为著名，多产于元古界地层的砂砾岩中。 2）砂页岩中的铜或多金属矿床。包括含铜砂岩矿床、含铜或含多金属页岩矿床等。 3）碳酸盐岩类岩石中的铅锌、锑或汞矿床。产于石灰岩或白云岩中。 2、火山岩中的层控矿床。 3、变质岩中的层控矿床。 四、矿床工业类型 这是从矿床工业开发利用角度出发对矿床所进行的分类。每一矿种的矿床都可以划分为若干个工业类型。由于矿床工业上开发利用条件与其成矿地质条件及矿床成因是有着密切联系的，所以在分类中往往要综合考虑矿床的赋存条件、成因、开采技术条件以及矿石的加工工艺特征。这种分类的目的是为了更深入地掌握有较大工业价值矿床地地质及开发利用特征，以便在找矿勘探和开发利用中做到更有预见性。 思考题 1、掌握以下几个概念 变质矿床，受变质矿床，变成矿床，层控矿床。 2、变质成矿作用的方式有哪些 3、从作用范围上变质成矿作用分为哪几种类型，它们的成矿作用特点是什么 4、区域变质矿床的成矿原岩特征和含矿原岩的变化特征。 5、变质热液的作用是什么 6、了解受变质矿床的一般特征，沉积变质铁矿的开采特点。 7、层控矿床成矿作用包括哪些方面 8、了解层控矿床的主要特征及层控矿床的主要类型。 作业1、2、4 5