控矿条件和成矿规律

1控矿条件和成矿规律本章着重从区域地球化学、构造、岩浆、地层和岩相等方面介绍了矿床形成的控制条件，并在矿床产出的地质及地球化学背景的基础上，阐明矿床在时间上、空间上的分布规律及成矿系列、成矿系统和成矿模式。比较详细的介绍了层控矿层的有关概念及成矿作用、控矿因素等。同时还以板块构造理论，分析了板块构造环境与成矿作用的关系。矿床作为一种特殊的地质体，是在一定的地质时期在特定的地质条件下形成的，是地球内部（地壳与地幔）和外部（水圈-大气圈-生物圈）相互作用的结果。它们在地壳中的分布具有明显的规律性。第一节控矿条件一、区域地球化学特征区域地球化学特征是指一定地区元素的丰度和分布特征，以及在该区地质演化过程中元素迁移、富集或分散的历史。元素在地壳中的分布是不均匀的，往往一些元素集中分布于这个区域，而另一些元素又集中于另一个区域，元素分布具有区域性特点。构成所谓的地球化学省，如中国华南的W，广西北部的Sn，俄罗斯远东的Sn，澳大利亚西部的Au，美国西部的Cu，南非的Cr、U、Au等十分集中，这些地区分别构成相应元素重要的成矿区（带）。Noble（1970，1973）在研究美国西部的金属成矿省时发现金属富集区的空间位置与地壳表层构造无关，不能用地壳中发生的作用来解释。形状简单而且呈线状分布的金属省可能代表一种深成控制作用，起源于地壳底部和上地幔。张本仁（1991）通过对秦岭地区深源岩石（包括基性火山岩、侵入岩、深源包体等）地球化学丰度的对比研究也发现，区域矿床类型与下地壳-上地幔元素丰度间存在一定的对应关系。近年来人们又注意到加拿大科迪勒拉成矿带内不同构造单元中均有铜矿床产出，包括斑岩铜矿、块状硫化物铜矿和层状铜矿。不同成因类型铜矿床在同一成矿带内产出表明铜矿的形成并不只是受地壳表层地质构造因素的控制，其富集的原因可能要归结于该带内铜丰度值高的上地幔。上述几个典型地区地球化学特征研究虽然还是初步的，但已较明确地显示地壳中元素分布的不均匀性主要是由于上地幔化学成分的不均匀性所引起的。将地壳作用和上地幔作用联系起来研究成矿物质来源，可以合理地解释不同区域内成矿专属性的问题。这类研究也是目前国际地学方面重要的前沿课题，其成果可为区域矿产预测提供重要信息。2二、控矿构造条件1．构造背景对成矿的控制作用大地构造背景是矿床形成最根本的控制因素，它决定了成矿物质来源、深度、元素种类、成矿类型及矿床时空分布等。大地构造运动是岩石圈深部，尤其是软流圈热动力显著变化所导致的地球物质的大规模运动。这种运动引起地球上部层圈的物质输运、能量交换和动能传递，推动着岩石圈的演化。从区域性层次看，构造运动常能诱发沉积、岩浆、变质和流体作用，以及改变区域地球物理场的特征。在一定的时空域中，一定性质的构造环境和构造运动，对于成岩和成矿来说，均有其特定的物源、热源、物理化学和动力学条件。这里的物源指地幔和岩石圈的不同结构层以及它们的不同岩石组合。热源指构造运动的摩擦生热、地幔流体对地壳加温、软流层上涌或热点、地壳变厚增温等。物理化学条件包括岩层静压力与地温梯度、构造运动对应力场与地温的改变、流体与挥发分的分压等。动力学条件包括板块离散与俯冲速率、构造应力的拉张、挤压及其速率，以及俯冲、底辟和垫托作用等造成的动力学因素。而这些因素又或直接或间接地影响区域成岩、成矿的环境、因素和作用过程。因此，区域构造背景，尤其是深部构造背景的研究对认识区域成矿规律有至关重要的作用。2．构造对成矿的控制作用构造运动是驱使壳幔物质包括成矿物质运动的主导因素，构造为含矿流体运移和矿质堆积提供空间，矿床的定位和分布又明显受构造控制。控矿构造的规模差别很大，可分为区域性大型控矿构造和局部性中、小型控矿构造。大型控矿构造的特点是：①规模大，一般延伸几十千米，可达几百或上千千米；②切割深，深切下地壳或上地幔；③贯通性强；④一般具长期活动的历史。区域性大型控矿构造既是决定该区域地质构造基本格局的根本因素之一，也是导致各类有关成矿物质大规模分异和富集，形成大型、超大型矿床的基本条件，同时控制区域成矿区和成矿带的形成和分布。中、小型控矿构造是区域性大型控矿构造的次级控矿构造，其形成和演化受控于区域性大型控矿构造。中、小型控矿构造包括矿田构造、矿床构造等。矿田构造是指在矿田范围内，控制矿床的形成和分布的地质构造总和。矿床构造是指控制矿体的形态、产状和分布的地质构造因素3总和。研究矿田、矿床构造对找矿、勘探和采矿等具有十分重要的意义。控制矿床和矿体的构造类型是复杂多样的，主要包括：①褶皱构造；②断裂构造；③侵入体内部构造（流动构造、原生破裂构造及隐爆角砾岩筒）；④侵入体与围岩的接触带构造；⑤火山构造（环状及放射状构造、爆发角砾岩筒）；⑥成层构造；⑦复合构造。三、控矿岩浆岩条件岩浆活动是内生矿床形成的重要因素，对于外生矿床，岩浆岩风化后可提供成矿物质或形成风化壳型矿床。与岩浆有关的不同类型的内生矿床，与岩浆岩的密切程度是不同的。对于岩浆矿床，岩浆岩矿物组成和化学成分与成矿关系最为密切，成矿具有明显的专属性。例如，富镁的基性-超基性侵入杂岩体与镁质铬铁矿矿床有关；富铁的基性-超基性侵入杂岩体与钒钛磁铁矿矿床有关；酸性花岗岩与钨、锡、铋、钼等矿床有关；金刚石矿床主要与金伯利岩、碳酸盐岩和钾镁煌斑岩有关。另外，岩浆岩侵位深度、规模大小及形态对成矿也有较大影响。如金刚石形成深度达250～300km。形成世界上最大的铬铁矿矿床（占世界铬铁矿83%）和最大的铂族元素矿床（占世界铂族元素86%）的布什维尔德杂岩体的总面积约66000km2。对于热液矿床，岩浆岩成分、产状、规模、形态、侵位方式和岩浆物理化学性质等与成矿有一定关系。岩浆岩成矿专属性不如岩浆矿床明显，成矿物质既可来自岩浆，亦可来自围岩。一些小侵入体常与成矿关系密切，这些小侵入体实际上是深部隐伏大岩体的凸出部位。岩体侵位深度对成矿也有影响，一般在深成部位易形成云英岩型矿床；在中深部位易形成矽卡岩型、绢英岩型矿床；在浅成和近地表条件下，易形成浅成低温热液矿床。岩浆岩的另一个重要作用是为成矿提供热源条件。深部异常热源（岩浆）的存在是形成热液矿床、部分沉积-热液叠加改造矿床的重要条件。岩浆热源既能为含矿热液的运移提供热动力，又能为成矿所需要的物理化学过程提供温度条件。这一点在热液矿床成矿中尤为重要。四、沉积条件沉积条件对于沉积矿床的形成具有头等重要的意义。在广阔的沉积盆地中通过沉积作用可形成煤、铁、锰、铝、磷、盐类等矿床。不整合所代表的古侵蚀面，是聚集残余矿床和砂矿的有利部位。4不同地质时期沉积环境和条件不同，可能形成不同种类或不同规模的矿床。对不同矿床而言，多存在着较重要的形成时期。由于植物从古生代才开始大量繁殖，故煤出现在古生代和古生代之后的地层中。就世界范围看，主要的含煤地层为石炭-二叠系、侏罗系和第三系。锰的成矿时代以前寒武纪和古近纪及新近纪最为重要，集中了全世界锰储量的1/2以上。铝土矿的主要成矿时代是石炭-二叠纪、侏罗纪-白垩纪、古近纪、新近纪和第四纪，在中国以石炭-二叠纪最为重要。铁矿主要产于前寒武纪地层中，大部分条带状含铁建造形成在距今2600～1800Ma的时段里。五、岩性条件岩石物理化学性质对于成矿作用方式、矿化强度、矿体产状及矿床类型等均有明显的控制作用。岩石物理性质方面，岩石的孔隙度、裂隙度、渗透性、抗压强度等对成矿均有影响。例如：多孔状岩石中矿化常较强烈；脆性大的岩石易发育裂隙，有利于矿液的运移和矿质的沉淀。可塑性大的岩石不易产生裂隙，往往成为矿液运移的隔挡层。当脆性岩石和塑性岩石共存时，在脆性岩石中易成矿。岩石化学性质方面，化学性质活泼的围岩可与矿液发生交代作用，形成矽卡岩型或其他交代矿床；在砂页岩中则形成脉状矿床，如湖南瑶岗仙钨矿；在花岗岩体附近的碳酸盐岩接触带中形成矽卡岩型白钨矿，而在花岗岩外围的接触变质砂页岩裂隙中形成黑钨矿石英脉。围岩成分有时对成矿有重要影响，例如硼矿床的形成与白云岩或白云质灰岩密切相关。由于镁是硼矿物的重要沉淀剂，可形成各种镁的硼酸盐矿物（床）。除上述主要控矿条件外，变质作用、流体特征、次生富集、剥蚀深度等，对矿床的形成和保存也有较大影响。总之，各种影响成矿的条件，往往是相互关联的。一个矿床的形成往往是多种因素综合控制的结果。但对不同区域、不同矿种和不同类型的矿床，上述控矿条件的作用又不是等同的。一个具体矿床常具有一两种控矿条件起决定作用。因此在研究和预测矿床时，对成矿条件要全面分析，具体研究。第二节成矿规律成矿规律是在研究矿床产出的地质及地球化学背景的基础上，阐明矿床在时间上、空间5上的分布规律。由于成矿规律研究涉及面广，综合性强，至今仍有诸多问题有待解决。以下介绍的几个基本问题是在成矿规律研究中经常遇到的，其中有些是带有规律性的认识，有些是经验总结，还缺乏深入的理论分析。一、成矿区域与成矿时代地壳中的矿产在空间上和时间上的分布是不均匀的，在地壳中某种或某些矿产大量集中的那一部分地区称为成矿区域。在一个成矿区域中，矿化往往集中地发生在某个或某些地质时期内。这样的矿化比较集中的时期称为成矿时代。(一)成矿区域成矿区域的范围大小不一，往往可以划分出不同的级别。目前，人们一般按空间规模，把成矿区域划分为全球性成矿域、成矿区（带）、矿带和矿田4个级别。1．全球性成矿域属全球性成矿构造系统，包括巨大板块边界、巨型褶皱带、贯通性深大断裂等，面积—般达n×l05～n×l06km2。全球范围内存在3个重要的成矿域，即环太平洋成矿域、特提斯成矿域和中亚成矿域。斑岩型矿床、块状硫化物矿床、浅成低温热液矿床的广泛分布是三大巨型成矿域的共同之处，它们提供了贵金属与有色金属的重要来源。在理论上，三大成矿域是研究板块构造与成矿关系的理想场所。从目前情况看，在铜、金、钼等金属产量与储量上，环太平洋域雄居榜首，但另两个成矿域在工作及研究程度上均远逊于环太平洋成矿域，因而潜力很大。３个巨型成矿域的地理范围及囊括的成矿时代都存在不少争议，争论本身深化了对成矿域的认识。每个巨型成矿域都包括若干颇有特色、著称于世的成矿区带。（1）环太平洋成矿域：指的是环绕太平洋周围的中、新生代构造-岩浆成矿域。自南美洲南端起，沿南、北美洲西缘经安第斯、科迪勒拉等山系，经阿拉斯加，进入俄罗斯亚洲部分的东北地区，过日本群岛、中国台湾省及东南沿海、菲律宾、巴布亚-新几内亚至新西兰一带，延长达4万多km。整个成矿域又分为内、外2个带。在美洲，内带沿滨海断裂发育，以斑岩型铜（钼）矿、卡林型金矿、陆相火山岩型（浅成低温热液型）金矿的大量产出为特色；外带位于大陆部分，产铅、银及锡矿床等。在亚洲，内带沿岛弧分布，主要发育古近纪6安山岩及铜、金矿床，沿断裂带有基性-超基性侵入岩及铬、镍、铂矿床；外带范围较广，主要指大陆部分的中生代岩浆活动区域，以产钨、锡为特征，并发育铅、锌、金和铋等矿床。（2）特提斯成矿域：包括地中海沿岸及亚洲西南部和南部，从西班牙、意大利起，经巴尔干半岛、小亚细亚半岛进入南高加索、伊朗、巴基斯坦，进入中国西藏、川西及云南，再延至马来半岛，并在帝汶岛与环太平洋成矿域相接，延长约1.6×104km。该成矿域中成矿系统很发育，包括广泛发育的斑岩型铜、钼、金成矿系统，断陷盆地热卤水铅、锌、铜、银成矿系统，蛇绿混杂岩-剪切带金成矿系统和蛇绿岩套铬铁矿成矿系统等。这些成矿系统所在的成矿带大都沿板块结合带及其边缘分布，有很长的延伸距离（可达400～500km）。本区各时代尤其是古特提斯以来的火山岩十分发育，且与成矿关系十分密切。与火山岩有关的矿床类型有：①与晚古生代裂谷洋盆型火山岩有关的块状硫化物银多金属矿床（如老厂）；②产于晚古生代洋脊蛇绿岩套与中新生代浅成-超浅成侵入活动有关的金矿床（如哀牢山）；③与晚三叠世岛弧酸性火山岩有关的黑矿型矿床（如呷村）；④新生代斑岩型铜-钼-金矿床（如玉龙）及浅成低温热液金、银、汞、锑矿床。特提斯成矿域构造-岩浆演化控制了成矿的时空分布。从前寒武纪开始，就不断有金属矿床形成。但是，大规模的成矿作用发生在特提斯演化阶段。古特提斯早期，在板块结合