第七章：接触交代矿床

第七章：接触交代矿床主要内容：一、概念及工业意义二、成矿过程三、接触交代矿床的特征四、成矿地质条件五、重要的矿床类型六、思考题与单元实习7.1概念及工业意义（一）概念1、接触交代作用：指岩浆期后热液在岩体与围岩接触带及其附近发生的交代作用。发生接触交代作用的热液主要是来源于侵入岩浆冷凝结晶过程中释放出来的岩浆热液，但是也不排除在岩浆热能作用下参与对流循环的地下水热液。接触交代作用方式可分为接触扩散交代作用（双交代作用）和接触渗滤交代作用。前者是在接触带热液作用下内外接触带的物质相互扩散而发生的交代作用，如外接触带中的CaO、MgO向内接触带扩散交代形成斜长石、方柱石、辉石等矿物（见图7-1）；内接触带的FeO、Al2O3、SiO2向外接触带扩散交代形成石榴石、透辉石、硅灰石等矿物。后者是热液携带的组分在接触带及其附近发生的渗滤交代作用。（见图7-2）图7-1溶液沿花岗岩类及石灰岩之接触面流动时的双交代作用图解1—石灰岩；2—石灰岩中之砂岩层；3—花岗岩；4—矽卡岩带；5—矽卡岩带中原来的接触面；6—各区的界线；7—溶液流动方向；8—发生反应之惰性组份扩散方向Ⅰ、Ⅱ—系双交代作用为主；Ⅲ—接触渗滤交代作用占优势图7-2沿裂隙而发生的接触渗滤式交代作用而形成矽卡岩裂隙穿过石灰岩及硅酸盐质岩石（白色部分）2、矽卡岩：是由接触交代作用形成的具有特征钙镁铝硅酸盐矿物组合的蚀变岩。矽卡岩分类：a、按矽卡岩的产出部位可分为：内矽卡岩（产于内接触带）和外矽卡岩（产于外接触带）。b、按矽卡岩的矿物组合可分为钙矽卡岩和镁矽卡岩。（a）钙矽卡岩常见矿物组合是：石榴石、透辉石、硅灰石、方柱石、角闪石、符山石、黑柱石、阳起石、绿帘石、绿泥石等。（b）镁矽卡岩常见矿物组合是：橄榄石、顽辉石、紫苏辉石、透辉石、硅镁石、透闪石、蛇纹石、韭角闪石、金云母、尖晶石、水镁石等。3、接触交代矿床（矽卡岩矿床）：产于侵入体接触带附近与矽卡岩有成因联系的矿床。（二）工业意义：接触交代矿床中常见金属矿种有Fe、Cu、PbZn、W、Sn、Mo、Be等。常见非金属矿种有硼矿、石棉、硅灰石、（透辉石）等。7.2成矿过程卡尔波娃认为矽卡岩矿床的成矿过程可分为两个矿化期、五个矿化阶段。（一）矽卡岩期：以钙镁铝硅酸盐矿物组合为特征1、早期（干）矽卡岩阶段：形成于早期高温（800-500ºC）条件下，以不含水矽卡岩矿物组合为特征。a、干矽卡岩阶段形成的钙矽卡岩常见矿物组合：石榴石、透辉石-钙铁辉石、硅灰石、方柱石、（白钨矿）等。b、干矽卡岩阶段形成的镁矽卡岩常见矿物组合：橄榄石、顽辉石、紫苏辉石、尖晶石、透辉石、(硼镁铁矿)等。2、晚期（湿）矽卡岩阶段：温度降低（600-400ºC），以含水矽卡岩矿物组合为特征。a、钙矽卡岩：角闪石、符山石、绿帘石、阳起石等。b、镁矽卡岩：蛇纹石、透闪石、韭角闪石、硅镁石等。此阶段是磁铁矿形成的重要阶段。（又称磁铁矿阶段）3、氧化物阶段：形成温度约在400ºC左右，以过渡性矿物组合为特征，常见长石、云母、石英、绿帘石、铍的硅酸盐、赤（磁）铁矿、锡石、白钨矿、磁黄铁矿、辉钼矿、毒砂等。（二）石英-硫化物期：温度在400ºC以下，H2S大量溶解并且电离，以石英和硫化物等热液矿物的大量形成为特征。1、早期石英硫化物阶段：以中高温热液矿物组合为特征，如磁黄铁矿、辉钼矿、毒砂、辉铋矿、黄铁矿、黄铜矿等。（又称铁铜硫化物阶段）2、晚期石英硫化物阶段：以中低温热液矿物组合为特征，如方铅矿、闪锌矿、黄铁矿、黄铜矿、碳酸盐等。（又称铅锌硫化物阶段）但是，在一个具体的矿床中可能会出现如下两种情况：a、上述五个阶段不一定全部显示。b、岩体的多次侵位可能有多期多阶段的叠加。7.3接触交代矿床的特征1、矿体：a、产于（中、酸性）侵入体与化学性质活泼的围岩（碳酸盐岩等）接触带附近，一般分布在距正接触带200m之内。b、与矽卡岩密切共生。虽然矽卡岩全岩矿化（即矽卡岩与矿体的形成与分布一致）的情况可能存在，然而一般矿体多产于矽卡岩内，但是在接触交代矿床形成的较晚阶段（即矽卡岩形成之后的有用矿物形成阶段）构造、岩性条件有利的情况下矿体也可以穿越矽卡岩直至大理岩中。（见图7-3）图7-3矽卡岩金属矿床的类型（据阿布杜拉耶夫）1—花岗闪长岩；2—石灰岩；3—含矿矽卡岩；4—矿体；5—无矿矽卡岩c、形态不规则，与围岩呈渐变关系。2、矿化及矽卡岩常据明显的分带，这些分带多起因于形成温度、交代程度的差异和热液成份及原岩成分的变化等。3、矿石的矿物组合复杂，矿石矿物常见硫化物、氧化物、钨酸盐（白钨矿）、硼酸盐及硅铍石、金绿宝石、日光榴石等铍的铝、硅酸盐。脉石矿物主要为构成矽卡岩的铝硅酸盐矿物、石英、碳酸盐矿物等7.4成矿地质条件（一）岩浆岩条件1、岩性：与接触交代矿床有关的侵入体以中、酸性岩为主，显示一定程度的成矿专属性：a、铁矿床多与基性-中性（特别是富钠碱,全碱（K2O+Na2O）8%的）岩体有关，这是由于此类岩石富铁而且富钠热液有利于铁的活化迁移。b、铜矿多与中酸性（特别是富钾碱，（全碱=7-8%的）岩体有关，可能与富钾热液有利于铜的活化迁移有关。c、铅锌矿多与花岗岩岩体有关，主要为花岗闪长岩类侵入体。d、钼矿多与高硅富碱的I型（地壳同熔型）花岗岩有关。e、钨、锡矿多与高硅富碱的S型（陆壳改造型）花岗岩有关。2、深度与规模：与接触交代矿床有关的侵入体多为中-浅成中小型岩体，成矿岩体一般出露面积多在2-10km2或更小，大于50km2的成矿岩体较为少见。中、浅成岩体有利于成矿的原因是接触交代形成矽卡岩的化学反应多伴随二氧化碳气体的形成，中、浅成环境因围岩压力较低二氧化碳易于释放因而有利于进行交代反应。成矿的中、小型岩体则可能是大岩体峰顶部位的小岩株，由于剥蚀较浅面积较小，但是与深部岩体相连。因此，深部岩浆上升的热液有利于在其顶部小岩株中得到富集与交代成矿。相反，出露面积大的岩体说明剥蚀较深，顶部有利成矿部位已被剥蚀，因而往往不见矿化。（二）围岩条件：与接触交代矿床有关的侵入体围岩均属化学性质活泼的围岩，主要是碳酸盐岩。围岩的物理、化学性质与成矿的关系可体现在如下几个方面：1、围岩的岩石类型影响矽卡岩的类型及成矿a、钙质碳酸盐岩：经接触交代作用形成钙矽卡岩，有利于硅灰石、白钨矿形成。原因是围岩为有用矿物的形成提供了钙，钙是钨的沉淀剂。b、镁质碳酸盐岩：经接触交代作用形成镁矽卡岩、有利于石棉、硼酸盐的形成。原因是围岩为有用矿物的形成提供了镁，镁是硼和铁的沉淀剂。2、富含成矿物质的围岩有利于形成相应的层控矽卡岩矿床。例如：a、硅质（条带、结核）的钙碳酸盐岩利于形成层控硅灰石矿床。硅灰石围绕硅质团块生长的现象说明形成硅灰石的硅和钙主要来自围岩。b、硅质（条带、结核）的镁质碳酸盐岩有利于形成层控石棉矿床。矿床中也可见蛇纹石及石棉围绕硅质团块的现象。c、含菱铁矿、黄铁矿的碳酸盐岩有利于铁矿的形成。这是因为地层提供了成矿物质和矿化剂，如铜官山石炭系黄龙组。d、含膏盐的碳酸盐岩层有利于铁矿的形成。原因是氯化钠溶于热液有利于铁的活化迁移；溶解崩塌所形成的盐（膏）溶角砾岩渗透性强为含矿热液提供了良好的流动通道和成矿场所。3、裂隙发育，渗透性强的围岩有利于矽卡岩及矿床的形成。如薄层及与不同强度的岩层互层的碳酸盐岩比厚层及岩性单一的同类岩石易于蚀变和成矿。（三）构造条件1、大地构造环境：有利与接触交代矿床成矿的大地构造单元是大陆边缘弧、岛弧及断裂凹陷带，这些构造环境中酸性岩浆活动强烈。2、控制岩体的构造：经常是大断裂、不同方向的断裂交汇部位、大型褶皱的转折端及倾伏端。原因是上述构造部位常构成岩浆上升的通道。3、控制矿体的构造a、接触带构造：接触代构造是控制矿体分布及形态的主要构造，主要表现在如下几个方面：(a)平盖型接触带多形成规则的矿体。（见图7-4）图7-4平盖接剖面图1—灰岩；2—岩浆岩；3—矿体；4—钻孔(b)超覆型接触带多形成富而不规则状及透镜状矿体（见图7-5）图7-5超覆接触剖面图1—闪长岩；2—石榴石—透辉石—柱石矽卡岩；3—蚀变闪长岩；4—大理岩；5—透辉石矽卡岩；6—闪长玢岩岩墙；7—矿体；8—含黑云母透辉石闪长岩(c)岩体凹部有利于成矿，多形成不规则矿体。这是由于该部位的围岩断裂裂隙发育，与岩体接触面积大，有利于发生接触交代作用。（见图7-6）图7-6某地锡石—硫化物矿床地质图1—上三叠系泥质灰岩、灰岩互层（T2K21)；2—下三叠系灰岩、白云质灰岩互层（T2K12)；3—上三叠系灰岩（T2K21）；4—变辉绿岩；5—含斑黑云母花岗岩及其过渡带；6—矽卡岩；7—矿体（Cu、Zn、Pb、Be）；8—断层(d)层理面倾向接触面的接触带有利于成矿。原因是层理面常构成热液向上、向外运移的通道。b、捕虏体构造：被捕虏的围岩裂隙发育，与岩浆有相对最大的接触面积，因而有利于接触交代作用与成矿。c、断裂构造：与接触带重合及相交的断裂有利成矿（见图7-7）。原因是断裂及其破碎带常构成热液活动的通道和成矿的场所，远离接触带的矿体多受断裂控制。图7-7某地铁矿地质剖面图（示：断裂破坏的接触带构造）1—表土；2—灰岩；3—闪长岩；4—矽卡岩化闪长岩d、褶皱构造：矿体多形成于接触带附近褶皱的转折端及翼部层间滑动面。7.5重要的矿床类型1、矽卡岩型铁矿床此类矿床规模大小不一，可构成中、大型矿床，一般多为富矿，而且常伴生Co、Ni、Au、Cu、Pb、Zn→Cu、Pb、Zn、Mo、Bi、W、Sn等多种有用金属组分，并且常与矿浆贯入型铁矿、矽卡岩型铜矿、矽卡岩型锡等矿床共生。重要的矿床如（河北）中关、（湖北）铁山、（新疆）磁海、（菲）Parap、（美）EagleMountain、（墨）Fierro。（1）地质构造背景有利成矿的大地构造位置是不同地质时期的大陆边缘弧及岛弧、大陆边缘隆起中的凹陷带和与之相邻的坳陷带及裂谷。矿床形成于中、浅成侵入体与碳酸盐岩、钙质凝灰岩及钙质页岩等化学性质活泼的围岩接触带及其附近。与成矿有关的岩体可为辉长岩及辉绿岩、闪长岩及二长岩、石英闪长岩及石英二长岩、花岗闪长岩及花岗岩，一般富碱质（多富Na2O）或偏碱性，规模多属中、小型。成矿深度一般在1-4.5km，蚀变及矿化的温度一般在800-200ºC，主要矿化温度在500-400ºC。（2）矿床特征矿体呈似层状、凸镜状、囊状、不规则状产于接触带的矽卡岩中，主要受接触带、断裂及层间破碎带、捕虏体等构造控制，与围岩多呈渐变关系。矿石矿物以磁铁矿为主，可见赤铁矿、菱铁矿、镜铁矿、磁黄铁矿、黄铁矿、黄铜矿、锡石、闪锌矿、方铅矿等。脉石矿物为矽卡岩矿物组合，如石榴石、透辉石及钙铁辉石、方柱石、钠长石、阳起石、符山石、绿泥石、方解石、金云母、蛇纹石、白云石、石英等，因矿床和矽卡岩类型而异。矿石具交代结构、交代残余结构、它形-半自形粒状结构，浸染状、条带状、斑杂状、角砾状、致密块状等构造。围岩矽卡岩化普遍，且常具有一定的分带性，分带情况因矿床而异、蚀变最强烈的部位多在正接触带。近矿围岩多见金云母化、阳起石化、透闪石化、绿泥石化。（3）成矿作用模式（见图7-8）虽不排除部分矿床的铁来自岩体的围岩，但大多数矿床的铁质是岩浆热液带入的，岩体富钠及钠化蚀变作用有利于铁质进入热液。当岩体侵位于中、浅部位的碳酸岩盐等有利围岩冷凝结晶时，岩浆中的挥发组分开始向岩体的顶部及边部集中，在早期高温阶段（超临界状态）流体通过双交代或渗滤交代作用形成干矽卡岩；其后因温度降低沿接触带上升的接近临界状态的富铁流体与围岩（包括干矽卡岩）交代形成湿矽卡岩矿物组合及磁铁矿，即铁矿的主要形成阶段；在更晚阶段则形成伴生的赤铁矿、锡石等氧化物及铜、铅、锌的硫化物。4a2a2b4b3b1b1a3a4a地表成矿近似深度(km)43211a12893104567图7-8与中-酸性侵入体有关的矽卡岩型铁矿床模式图（据翟裕生（1995）原图修改）1-砂砾岩；2-粉砂岩和泥灰岩；3-大理岩；4-中-酸性脉岩；5-闪长岩（和/或石英闪长岩、花岗岩）；6-接触交代矿体；7-蚀变带；8-沉积-接触变质改造