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围岩蚀变三部曲!

2018-01-25  水真香


文章来源:刘先生的地质博客


本文对围岩蚀变进行详细总结,供地质工作者参考。共分为3篇,①理论性总结、②围岩蚀变各论、③围岩蚀变与碱交代作用。



围岩蚀变与矿化作用—围岩蚀变理论性总结

 

一、基本概念


蚀变作用:泛指岩石、矿物受到热液、地表水、海水以及其它作用的影响,产生适合新的物理-化学条件下新的矿物或矿物组合的过程。围岩蚀变、化学风化和变质交代作用,都属于蚀变作用的范畴。


围岩蚀变:指在热液矿床的形成过程中,围岩受到流体和热液的作用影响所发生的各种交代变质作用。影响围岩蚀变的因素主要为热液或流体的性质、成分、温度、压力、围岩的性质和成分等。围岩蚀变的种类很多,如矽卡岩化、云英岩化、钠长岩化和碳酸盐化等。交代蚀变形成的围岩,成为蚀变围岩。如云英岩、矽卡岩、钠长岩等。


蚀变围岩:在热液作用下,使矿物成分、化学成分、结构、构造发生变化的岩石,由于他们经常见于热液矿床的周围,故称为蚀变围岩。一定的热液矿床常与某些类型蚀变围岩共生。因此,蚀变围岩不仅是研究热液矿床成因的重要标志,也是重要的找矿标志之一。某些特殊的蚀变围岩,如明矾石化的火山岩本身就有开采利用的价值。


二、主要蚀变作用


褪色作用:指在热液作用影响下,导致岩石中的深色矿物消失,铁镁组分淋失,使得原来岩石变成浅色的蚀变作用。


碱质交代作用:内生含碱质(如钾和钠)的成矿溶液对围岩所进行的各种交代作用。在这种作用过程中,形成由碱性长石(钾长石、钠长石)、碱性角闪石、碱性辉石、云母、方柱石、霞石等碱性硅酸盐矿物组成的交代蚀变岩石,表现出碱质在溶液及其交代过程中的积极作用。根据碱金属的不同,可分为钾质交代和钠质交代两大类。钾质交代,包括钾长石化、云母化、云英岩化、绢英岩化等;钠质交代,包括钠质辉石化、钠质角闪石化、钠长石化、钠长-更长石化、霞石化、方柱石化及部分沸石化等。碱质交代作用常有冥想的成矿专属性。例如与钾质交代最密切的是钨、锡、钼、铜、金、钽、铌重稀土元素、铷、铯和硼等;与钠质交代最有关的是铁、钒、黄铁矿、轻稀土元素、钴、铌和某些金、铀等矿床。


钾质交代作用:碱质交代作用的一种。即含钾的溶液在对岩石作用过程中,使得交代蚀变岩石产生含有各种钾质矿物的交代作用。其中,包括钾长石化(如微斜长石化、天河石化、正长石化、冰长石化)、云母化(黑云母化、白云母化、绢云母化、金云母化和铁锂云母化等)以及云英岩化、绢英岩化等。与钾质交代作用有关的矿产,有钨、锡、钼、铜、金、钽、重稀土元素、铷、铯和硼等。


钠质交代作用:碱质交代的一种。即含钠的溶液在对岩石交代作用过程中,使交代蚀变岩石产生含有各种钠质矿物的交代作用。其中,包括钠质辉石化(霓石化、霓辉石化)、钠质角闪石化(如钠闪石化、钠铁闪石化、红钠角闪石化等)、钠长石化、霞石化、方柱石化及方钠石化等。与钠质交代有关的矿产,有铁、铌、锆、稀元素(主要是轻稀土元素)、某些金矿及磷灰石等。


三、围岩蚀变与矿化作用(以金矿化为例)


金矿类型很多,尽管不同的类型在地质背景、容矿围岩、控制构造、矿物、元素组合和成矿时代上有很大差别,但它们的共性仍很明显。杜乐天先生提出.金矿床成因与碱交代有关。


1、热液金矿床的蚀变类型


热液金矿床与碱交代有程度不同的关系,有如下四个共性:


  • 第一,无金不硅,无论什么样的金矿类型却广泛发育硅化和大小形态不一的石英脉。当然,有硅不一定有金。

  • 第二,无金不钾,金矿床中到处可见钾长石化、云母化,且越向深处发育程度越强烈。当然,有钾不一定有金,甚至有些矿床和钠化自关,当然钾交代和钠交代都是碱交代。

  • 笫三,无金不液,绝大部分金矿床都与热液成矿作用有关。

  • 笫四,无金不在,金矿床具“弥散定位”的特点,几乎任何岩性、任何构造在一定条件下都可有金的工业富集。通常研究一个矿床,总强调它和其他矿床的区别,面对矿床间共性(通性)却注意甚少。


蚀变岩类型。蚀变类型名单一开始就是八、九种~二十种“化”。这些“化”到底说明什么?热液蚀变是指水一岩反应,热液矿体由于容矿围岩的矿物和岩石不同,甚至同一岩石,均出现多种蚀变。


杜乐天先生(1982)曾把六、七十种热液蚀变,以地球化学的观点归为两三大类(表1):即碱蚀变、酸蚀变和中性蚀变。


表1    热液蚀变的地球化学分类

碱蚀变

中性蚀变

酸性蚀变

微斜长石、正长石化、冰长石化、透长石化、白榴石化、钠长石化、开河石化、黑云母化、白云母化、金云母化、绢云母化、铬云母化、钒云母化、铁云母化、黑磷云母化、铁锂云母化、锂云母化

蛇纹石化、

滑石化、

绿泥石化、

绿帘石化、

云英岩化、

青磬岩化、

阳起石化、

钛辉石化、

透闪石化、

钛闪石化、

石榴石化、

橄槛石化、

尖晶石化、

赤铁矿化、

金红石化、

磁铁矿化

碳酸交代

方解石化、白云母化、铁白云石化、菱铁矿化、菱镁矿化、菱锰矿化、氟碳锑矿化

磷酸交代

胶磷矿化、磷灰石化、磷钇矿化、独居石化、磷酸铁锰矿化

硅酸交代

硅化(玉髓化、蛋白石化和似碧玉化)

钠长石化、更长石化、中长石化、拉长石化、倍长石化、钙长石化、方灶石化、方钠石化、霞石化、霓石化、霓辉石化、绿辉石化、硬玉化、透辉石化、电气石化、蓝闪石化、钠闪石化、斐闪石化、异性石化、烧绿石化、绿层硅铈钛矿化、细晶石化、钙霞石化、方沸石化、锂辉石化

硫酸交代

明钒石化、重晶石化、硬石膏化、黄钾铁矾化

硼酸交代

电气石化、硼镁铁矿化

氯交代

氯角闪石化、方钠石化、方柱石化、磷石化

氟交代

萤石化、黄玉化、水铅氟石化、磷灰石化、金云母化、稀土氟碳酸盐化

硫交代

黄铁矿化、黄矿化、磁黄铁矿、方铅矿化、闪锌矿化、其它硫化物矿化

砷锑交代

一系列硫盐、雄黄、雌黄化、毒砂化、辉锑矿化


表中酸蚀变是,根据酸性挥发分带入形成含挥发分阴离子矿物来划分的,故酸蚀变也可称为挥发分蚀变。有时也可把酸蚀变看作是氢交代,这对理解粘土矿物的产生是重要的。例如长石(钾或钠质)的水云母化、蒙脱石化和高岭石化均为硅酸盐矿物中的碱金属淋失,含量逐渐降低而被H+交代的产物。硅化也是一种强酸蚀变的标志。所有的硅(铝)酸盐矿物,如果其中的碱金属、碱土金属,甚至铝、钛等全部被H+交代而淋失,最后则可能剩下SiO2(硅化)。火山岩中的次生石英岩化就是这一作用的例证。


2、热液金矿床的蚀变特征


热液金矿床蚀变,碱交代是先导,后期中酸性成矿热液乃是由它演化而来的(图3-1),酸性溶液只起携带矿质和保证其沉淀富集成矿的作用。在矿床平面上的蚀变水平分带,内部为碱交代岩,向外过渡为中性蚀变,最外为酸性蚀变。如果其中有晚期石英脉叠加贯入,则此舰律就不明显。

金矿床的分布和定位是紧紧地受碱交代岩带(或体)控制的,这是研究金矿蚀变地球化学很重要的一条理论实践惦结论。在垂向上或剖面上的蚀变分带的规律为:碱交代体总是出现在较深处(在矿床的根部),向上逐渐为弱碱性和中性蚀变(Ca,Fe,Mg交代),最上为酸性和强酸性蚀变场。


(据杜乐天等《中国金矿床:进展与思考》)

蚀变岩判别,除了开列“化”之外,一定要明确指出原岩类型,因为热液蚀变是水岩反应,否则如同岩石标本丢失标签一样不可理斛。


3、热液型金矿碱交代模型


矿质沉淀场,总是位于中性区和酸性区,定位于断裂带的靠上部,与K+、Na+在此环境中减少有关,杜乐天先生强调“上硅下碱”、“上酸下碱”,就是这一规律的形象总结。这是一个酸--碱分离的盐析过程。


碱交代成矿理论中,还有一个核心问题是去硅,或称石英的溶解。杜乐天先生对此曾有专门的论述。石英在水溶液中的溶解度随温度、压力和pH值的增高(碱性增大)而急剧加大。这种碱交代热液能大规模溶解“途岩”中的石英以及成矿元素金,沿断裂上升到减压、降温、碱性变弱区就形成含金石英脉及硅化。



四、围岩蚀变找矿意义


1、研究矿床成因条件


围岩蚀变是热液成矿作用的重要组成部分,也是热液矿床的主要特征之一。研究围岩蚀变能提供成矿时的物理化学条件,热液的性质和演化,以及成矿元素的迁移、富集和矿石沉淀的有关信息,丰富并发展成矿理论。因此围岩蚀变可以有助于阐明热液矿床形成过程的物理化学条件及矿床的成因等。


2、判断矿床类型


一定的围岩蚀变类型和一定的矿床类型有关,因此可以通过确定围岩蚀变的类型来判断可能找到的某种类型的矿床,如云英岩化经常伴生有脉状钨、锡、钼矿和金矿化;钾化、硅化和绢云母化得蚀变组合往往和斑岩型铜、钼矿共生;白云岩化和硅化的蚀变围岩是寻找铅锌矿的重要标志。有些蚀变围岩本身就是矿体,如明矾石化除了可以作为寻找某些金、铜矿床以外,所形成的明矾石往往是具有工业价值的矿床。


3、建立蚀变成矿模式


蚀变围岩常具有分带现象,这是建立交代蚀变成矿模式的重要基础。


4、找矿标志


同时,因为蚀变围岩与伴生矿体有着密切的成因和空间关系,蚀变岩的分布范围一般比矿体分布范围广,更易于被发现,所以是极重要的找矿标志之一。它不仅能指示盲矿体的存在,还可根据蚀变岩石的类型、特征,预测矿产的种类、矿体赋存的位置以及矿化富集的程度。



围岩蚀变各论—围岩蚀变之二

 

一、蚀变岩类型


蚀变类型有六、七十种,本文引用杜乐天先生的分类法。杜乐天先生(1982)以地球化学的观点归为两三大类(表1):即碱蚀变、酸蚀变和中性蚀变。


二、围岩蚀变岩各论


1、钾长石化:在汽化-热液交代过程中,形成含有钾长石的蚀变岩石的交代作用或蚀变作用。它包括微斜长石化、天河石化、正长石化和冰长石化,它们都是钾质交代作用的产物。由于这些矿物不易区别,而且它们成分上几乎完全相同,因此常统称为钾长石化。一般来说,微斜长石化、天河石化、发生在汽化-高温热液作用过程中,正长石化发生在高、中温热液作用过程中,冰长石发生在中低温热液作用过程中。与钾长石化有关的围岩种类很多,常见的有花岗岩类岩石等。在蚀变岩石中,共生矿物有钠长石、黑云母、白云母、石英、绿帘石族矿物等。强烈的钾长石化结果,可形成钾长石岩。与钾长石化有关的矿产,有钨、锡、铌、铜、金和钼等。在与花岗岩类有关的并产在这类岩石中的钨、铍、铌、铀、金和重稀土元素等矿床,在成矿作用早阶段或在岩体的深部,往往大范围发育钾长石化(然后是钠长石化、云英岩化或浅色云母化)。在斑岩铜矿和斑岩钼矿床以及玲珑式和焦家式金矿的中部或下部,往往发育强烈的钾长石化。



细类

特征

微斜长石化

是高温热液的一种蚀变作用。在含铌、稀土元素、铍的花岗岩的下部,微斜长石化现象常十分发育。在产于花岗岩中的黑钨矿-石英脉和金-石英脉的下部,微斜长石化现象也很普遍。微斜长石化作用的结果,可使石英、黑云母等完全消失,形成钾长石岩或钾长石-钠长石岩。与碱性岩有关的铌、稀土元素、锆、金等矿床中,有时也局部发育微斜长石化。

正长石化

这种作用在斑岩铜矿、斑岩钼矿、辉钼矿-石英脉等矿床中十分显著和普遍。强烈正长石化作用的结果可形成正长石岩。这种岩石,常具他形晶粒状结构或半自形晶粒状结构。此外,在石英脉型和交代蚀变岩型金矿及矽卡岩型铜矿床中,正长石化现象也比较普遍。

天河石化

主要发生在花岗岩和伟晶岩中。花岗岩经天河石化形成天河石花岗岩。这种岩石,具花岗岩外貌。天河石常为浅绿色、浅蓝色或白色的变晶,有时在黑云母花岗岩中呈脉状交代体,主要发育于岩体的顶部。最典型的如中国东天山白石头泉天河石花岗岩等。天河石,本身是一种含铷(铯)、铊的微斜长石。在天河石花岗岩中,还可由铌、钽和稀土元素等富集。

冰长石化

是一种低温热液蚀变作用。火山岩系中的某些中、低温铅、锌、铜、金、银等热液矿床,在晚阶段有时发育冰长石化。


2、钠长石化:属于钠质交代的一种,一般为钠长石化,也可有霓石化、钠闪石化等。指在汽化-热液作用下,导致产生含有钠长石岩石的蚀变作用。有关的围岩主要是各种火成岩、片麻岩、页岩等。在花岗岩类岩石中,钠长石往往发生在钾长石化之后,云英岩化之前。有关的矿产有铌、钽、锂、铍、重稀土金属等。与超基性碱性岩、碱性岩、基性岩等钠质系列火成岩有关的钠长石化作用,常与碱性角闪石化、碱性辉石化等共生。有关的矿产,有铌、锆、铈族稀土金属,铁、钛和铜等。与中性、中酸性火成岩有关的钠长石化,也很普遍。有关的矿产,主要是铁、铜、黄铁矿等。强烈钠长石化作用结果,可形成钠长岩。在地槽区的细碧-角斑岩系形成过程中,钠长石化广泛发育,并具有重要地质意义。

 


3、黄铁矿化:含硫的热液作用于围岩,使围岩产生黄铁矿(包括白铁矿)的一种蚀变作用。它在中、低温热液矿床中最为常见。这种作用可以发生各种围岩中。在中、酸性火成岩中,常与绢云母化和硅化共生;在中、基性火成岩中,常与绿泥石化、绿帘石化、碳酸盐化及黑云母化等共生;它还可以发生在页岩、板岩、千枚岩及片岩中。与其有关的矿产,主要是铜、钼、黄铁矿、铅、锌、金等。氧化带形成褐铁矿化(Fe2O3·nH2O)。



赤铁矿化:一种中、低温热液蚀变。在这种蚀变过程中,原来围岩的铁镁矿物中的铁组分分解、氧化为微小的赤铁矿晶体。同时,也可从热液中结晶出部分赤铁矿。由于这里蚀变岩石常呈红色,又称为红色蚀变。同时,常发生低温硅化作用,形成红色似碧玉岩。赤铁矿化是寻找中、低温热液铀矿床的一种特殊标志。在其它中、低温铜、金等矿床中,也常有这种热液蚀变。


4、硅化:岩石在热液作用下,使围岩中石英或隐晶质二氧化硅含量增加的一种蚀变作用。二氧化硅一般是由热液带入,也可由长石或其他矿物经蚀变后形成。从高温到低温热液条件下,各种岩石都可发生硅化作用。花岗岩类岩石,经高温热液的硅化作用,可形成富石英云英岩。高、中温热液生成的硅化岩石,主要有石英组成。这种蚀变,可称为石英化。低温热液所生成的硅化岩石,常由细粒石英或隐晶质的玉髓以及非晶质的蛋白石、似碧玉等组成。如果硅化十分强烈,蚀变岩全由石英所组成,则称为次生石英岩。次生石英岩常呈糖粒状,花岗变晶结构,等粒结构。因此,分别称为玉髓化、蛋白石化和似碧玉化。在火山岩地区,硅化岩石(含高铝矿物,如刚玉、红柱石等)称为次生石英岩。沿着断裂带,常发育规模巨大的硅化带。有关的矿产,主要有铜、钼、钨、铅、锌、铀、金、锑、汞、萤石、黄铁矿、赤铁矿、压电水晶和重晶石等。


细类

特征

玉髓化

硅化的一种。是一种较常见的低温热液蚀变。由于从热液中带入大量二氧化硅,在低温条件下形成隐晶质的玉髓,因此称为玉髓化。有关的围岩,主要是碳酸盐类岩石,中-酸性火山岩以及各种岩石的破碎角砾岩等。共生矿物,除玉髓、石英及蛋白石外,还有碳酸盐类矿物、重晶石及粘土类矿物等。有关的矿产,有铅、锑、汞、铀、砷、重晶石等。

蛋白石化

硅化的一种。在近地表低温条件下,热液在交代围岩过程中带入大量的二氧化硅,形成非晶质的蛋白石,称为蛋白石化。共生矿物除蛋白石外,有碳酸盐类矿物、重晶石、玉髓及粘土矿物等。有关的矿产,如锑、汞、铅、锌及铀等。

似碧玉化

近地表低温条件下的一种硅化作用。由非晶质的蛋白石或隐晶质的玉髓,并混有铁、锰等氧化物所组成的一种红色或红褐色燧石状的硅质岩石。它是由热液带入二氧化硅交代围岩(主要是碳酸盐类岩石)而成。在石灰岩中的低温铅锌、铀、铁、黄铁矿、萤石等矿床中,这种蚀变较为常见。


5、碳酸盐化:岩石遭到热液(中、低温热液为主)蚀变后,产生相当数量的碳酸盐矿物,如方解石,菱铁矿、铁白云石、白云石及菱镁矿等的作用。大多数岩石都能发生碳酸盐化。主要可分为五类:



中-基性岩石

遭受热液蚀变时,常发生碳酸盐化,共生的有绿泥石化等,有关的矿产,主要是铜、铅、锌、铁及黄铁矿等。

石灰岩和白云岩

遭受碳酸化作用时,可以生成各种碳酸盐矿物。有时,主要生成白云石。这种蚀变,可以称为白云石化。与此有关的矿产,主要是铅、锌矿。白云岩遭受碳酸盐化时,能形成菱镁矿矿床。这种蚀变作用,称菱镁矿化。

超基性岩

遭受碳酸盐化时,能形成滑石菱镁岩或菱镁岩。

超基性-碱性岩

主要形成于霓石化。霞石化以后的碳酸盐化阶段,与其有关的矿产是铌、锆、稀土、钍及铁矿等。

花岗岩类岩石

遭受碳酸盐化时,形成重稀土矿床。如果形成的碳酸盐矿物主要为方解石,则这种蚀变可称为方解石化。


白云石化:碳酸盐化的一种。有关的围岩,主要是各种碳酸盐类岩石。共生矿物,除白云石外,还有方解石、铁白云石及重晶石等。有关的矿产,主要有铅、锌、锑、汞和重晶石等。


6、矽卡岩化:矽卡岩的生成是由于两种化学性质不平衡的介质——碳酸盐岩石和铝硅酸盐岩石在高温岩浆期后溶液作用下,通过接触反应交代而生成。在这里扩散作用(双交代作用)起主导作用,当溶液沿着碳酸盐岩石和铝硅酸盐岩石接触带运移时,发生了钙向铝硅酸盐岩石方向扩散,而SiO2和Al2O3向碳酸盐岩石方向扩散,于是这两种岩石就发生交代,形成某些反应矽卡岩带。


这些蚀变岩石,具有能反映流体流向、温度变化、流体演化及围岩性质的空间和时间上的分带。当流体在钙质碳酸盐岩中迁移交代,形成石榴子石(钙铝榴石-钙铁榴石),远处是辉(透辉石-钙铁辉石),此大理岩接触带是符山石或蔷薇辉石-硅灰石,这些岩石叫钙质矽卡岩。如果流体在镁质碳酸盐岩或镁铁质岩石内迁移交代,则形成镁橄榄石、透辉石、尖晶石、金云母、硅镁石、硼镁石等交代矿物,叫镁质矽卡岩。通常把形成钙质矽卡岩和镁质矽卡岩的蚀变作用,统称矽卡岩化。也可把前者叫钙质矽卡岩化,后者称镁质矽卡岩化。矽卡岩化常与铁、铜、铅、锌、钨、锡、铍、硼矿化有关。

  


7、云英岩化:在高温热液作用下,形成由石英、云母等组成的蚀变岩石。在云英岩化过程中,常有氟、硼、水等挥发组分和金属元素参加。云英岩化除形成主要特征矿物:石英和白云母外,还可形成锂云母、黄玉、电气石、萤石、绿柱石以及黑钨矿、锡石、辉钼矿等。云英岩化和钾长石化、钠长石化在成因上密切相关,因此在蚀变岩体中,常可见到它们的共生。花岗岩类岩石,在云英岩化过程中,二氧化硅常是主要的惰性组分,而其它组分(CaO、MgO、FeO、Fe2O3、和Na2O3)等有显著的淋失。斜长石、钾长石、黑云母等最易为石英、浅色云母和萤石等说交代。云英岩化所形成的各种蚀变岩石,按矿物的组合不同,可分为:1正常云英岩,最常见,其中石英占60%~70%,云母占25%~40%;2富云母云英岩,浅色云母的含量超过40%,一般在70%~90%,在这种岩石中,三氧化二铝有明显带入,而二氧化硅显著带出;3富石英云英岩,石英含量超过70%;4含黄玉云英岩;5含电气石云英岩;6、含萤石云英岩,萤石含量达10%以上时,可称作萤石云英岩;7含矿云英岩,有用的金属矿物达到工业要求,其中又可分为锡石云英岩、黑钨矿云英岩、绿柱石云英岩等。云英岩化是寻找钨、锡、铍、铌、钽等矿物的重要标志。



8、绢云母化:一种广泛的产生绢云母的中-低温热液蚀变,由于中-低温热液带入钾所引起的,在中性和酸性火成岩及板岩等富铝岩石中最常见。单矿物的绢云母岩,一般少见,常与黄铁矿化、绿泥石化、高岭土化等相共生。。绢云母化常伴随有石英和黄铁矿的产生,因而可称为绢英岩化,若黄铁矿含量超过5%时,则称为黄铁绢英岩化。绢英岩化与云英岩化过程在本质上相同,只是后者形成温度较低,它们之间可存在着过渡关系,即云英岩-绢英岩化。在金、铜、铅、锌、钼和铋等以及萤石、红柱石、刚玉等矿床中都能见绢云母化现象,特别是斑岩型铜、钼矿床、黄铁矿型铜矿床和多金属矿床。



9、青磐岩化:又称变安山岩化,一般是在近地表条件下形成。它是由含二氧化碳、硫化氢等的中、低温热液,对安山岩、英安岩、玄武岩等中-基性火山岩以及中性、弱酸性浅成侵入岩等进行交代的一种蚀变作用。青盘岩化产生的特征矿物为:绿帘石、绿泥石、钠长石和碳酸盐(方解石、白云石和铁白云石),可有少量的绢云母、黄铁矿和磁铁矿。在中-基性火山岩地区,因受火山热液的影响常广泛发育。与青盘岩化有关的矿床有:斑岩型铜、钼矿床,热液黄铁矿矿床,多金属矿床,金和金银矿床等。



10、绿泥石化:是一种形成含绿泥石蚀变岩石的中、低温热液蚀变作用。在围岩蚀变过程中,产生绿泥石的方式有两种:1绿泥石主要由富含铁、镁的硅酸盐矿物经热液交代蚀变而成;2也可由热液带来铁、镁组分与一般的铝硅酸盐矿物交代反应而形成。与绿泥石化有关的围岩,主要是中、基性火成岩和变质岩。此外,部分酸性岩和泥质岩也可以发生。绿泥石化单独出现较少,常与电气石化、黄铁矿化、绢云母化、青磐岩化、绿帘石化及碳酸盐化等相伴生,有关的矿产,主要是铜、铅、锌、金、银、铁、锡及黄铁矿等。



11、泥化:一种中、低温热液蚀变作用,围岩主要为各种富含硅铝酸盐的岩浆岩。可进一步划分为深度泥化和中度泥化两类。深度泥化蚀变的特点是含有特征矿物地开石、高岭石、叶蜡石和石英,常伴有绢云母、明矾石、黄铁矿、电气石、黄玉、氟黄晶和非晶质的粘土矿物,是一种蚀变比较强烈的类型。当岩石中的铝被大量淋出,蚀变就过渡为硅化;随着绢云母含量的增加,则过渡为绢云母化。中度泥化岩石中,以高岭石和蒙脱石类矿物占优势。它们主要是斜长石的蚀变产物,通常呈带状,向外可过渡为青盘岩化,向内(矿脉方向)过渡为绢云母化。易受泥化的岩石主要为基性、中性、酸性火成岩,尤以火山岩最为发育。与泥化有关的矿床,如斑岩铜矿床、斑岩钼矿床、热液赤铁矿矿床、萤石矿床、高岭土矿床等。深度泥化常构成某些铜、铅、锌矿蚀变的内带。中度泥化分布较广泛,与金、银、铜、铅、锌矿化有关。



12、黑云母化:岩石在高、中温热液作用下,产生含有黑云母、水黑云母的蚀变作用。有关的岩石,一般是基性、超基性、中性和弱酸性火成岩,含角闪石、辉石的变质岩以及硬砂岩、页岩和板岩等。岩石中的主要共生矿物,除黑云母、水黑云母外,有绿帘石、碳酸盐矿物、电气石、黄玉、黄铁矿、钾长石、金云母、绿泥石、石英及白云母等。可以作为寻找细脉浸染型铜、钼矿床,钨、锡矿床,某些金矿床和铁矿床等的标志。在细脉浸染型铜矿床中,常与钾长石化和黄铁矿化等共生。在钨锡矿床中,常与电气石化、铁锂云母化等共生。在铁矿床中,与钠长石、碳酸盐化等共生。


13、金云母化:高-中温热液在岩浆岩与白云岩的接触带发生接触交代作用,或富含镁质的岩浆岩(如碳酸岩、镁铁岩、超镁铁岩或金伯利岩等)受自身汽化-热液或来自深部的汽化-热液作用,使岩石内形成了含量不等的金云母,叫金云母化。


14、阳起石化:岩石在高温热液作用下,发生的一种含有不同数量阳起石(包括纤闪石)的蚀变作用。共生矿物除阳起石外,常有绿帘石、钠长石及绿泥石等。有关的围岩主要是中-基性、中-酸性火成岩及沉积的碳酸盐类岩石。在蚀变的岩石中,如果阳起石呈细长的晶体,并具纤维状构造时,称为纤闪石化。与阳起石化有关的矿产有铁、铜等。在磁铁矿-磷灰石-阳起石建造矿床中,这种蚀变最为特征。


15、绿帘石化:岩石在热液作用下所发生的一种含有不同数量绿帘石类矿物的蚀变作用。有关的围岩主要是中、基性火成岩,变质岩及泥质岩石。在蚀变岩石中,常见的共生矿物,除绿帘石、黝帘石、斜黝帘石外,常有阳起石、钠长石、钾长石、黑云母、绿泥石、黄铁矿、石英以及碳酸盐类矿物等。这种蚀变是寻找铁、铜、铅、锌、黄铁矿等矿床的标志。


16、电气石化:含硼的高温热液对围岩作用形成含电气石蚀变岩石的蚀变作用。有关的围岩,主要是中-酸性火成岩、泥质岩石、硬砂岩以及一部分变质岩。花岗岩类围岩经过这种蚀变除形成电气石云英岩外,还可形成由电气石和石英组成的电英岩。电气石化可以作为寻找高温钨、锡、锂、铌、钽以及金、铜、钴、铁等矿床的重要标志。


17、黄铁绢英岩化:曾当作岩浆岩,错译为黄铁细晶岩化。由黄铁矿、石英、绢云母等组成的蚀变岩石。主要是中酸性火成岩和变质岩在中、低温热液的作用下发生的蚀变。在蚀变过程中,长石分解为绢云母和石英,暗色矿物为黄铁矿等所交代。黄铁绢英岩化是寻找斑岩铜矿、斑岩钼矿、黄铁矿、金和多金属等矿床的标志。


18、蛇纹石化:超基性岩中的一种后期自变质产物,或中、低温热液对含镁的岩石进行交代产生含蛇纹石的一种蚀变作用。蛇纹石化作用有两类:1由含镁高的硅酸盐矿物,如橄榄石、斜方辉石等受热液蚀变分解而成,主要发生在超基性、基性岩中。2由热液中带入二氧化硅等,与围岩中氧化镁结合形成蛇纹石或蛇纹石化大理岩。主要发生在镁质碳酸盐类岩石,如白云岩和白云质石灰岩中。有关的矿产,主要有石棉、滑石及菱镁矿、硼镁矿等。在含镁碳酸盐岩石中的镁矽卡岩铁、铜等矿床,也常伴随蛇纹石化现象。


19、钠黝帘石化:又称糟化。一种产生含有黝帘石、钠长石等的中、低温热液蚀变作用。有关的围岩主要是中-基性火成岩和变质岩。共生的蚀变矿物除黝帘石和钠长石外,常有绿帘石、斜黝帘石、绿泥石、碳酸盐矿物和钾长石等。这种蚀变是寻找铜、铁、黄铁矿等矿床的标志。


20、石膏化:含有大量硫酸根的溶液,在交代围岩过程中产生硬石膏和石膏的一种浅成低温热液蚀变作用(硬石膏化也可发生在高-中温)。这种蚀变,主要发生在火山岩和碳酸盐类岩石分布地区。黄铁矿型铜矿床、黄铁矿型多金属矿床及玢岩铁矿床中,常见这种蚀变。它是寻找铁、铜、黄铁矿及明矾石、重晶石等矿床的标志。此外,在干旱地带的金属硫化物矿床上部,特别是块状硫化物矿床的氧化带,由地下水的氧化作用也可以生成一部分石膏化现象,应与上述低温热液的石膏化区别。


21、叶蜡石化:中酸性火山岩和凝灰岩经火山热液交代作用,淋滤出二氧化硅后形成蜡石为主的岩石。在中国东部,晚侏罗世-早白垩世的流纹岩和晶屑凝灰岩发生强烈的火山热液交代作用,形成大型叶蜡石矿床,如福建峨眉叶蜡石矿床和浙江青田叶蜡石矿床。在变质作用过程中,也可发生叶腊石化,形成一些叶腊石占主要成分的变质岩,如叶腊石-蓝晶石片岩。


22、萤石化:热液在围岩交代过程中,使氟与钙化合,形成氟化钙沉淀的作用。有关的围岩,除钙质岩石(如石灰岩,白云岩和钙质砂页岩)外,还有各种花岗岩类和流纹岩等。是分布广泛的汽化热液蚀变作用,可形成白色、黄色、绿色、紫红色、紫色和黑紫色萤石。常与稀土金属、铍、铌、铀、矿化及铅、锌硫化物矿化有关。


23、明矾石化:产生含有明矾石的低温热液蚀变作用。这种作用,主要是在火山岩地区近地表低温条件下发生的。由于近地表的强氧化作用,热液中硫离子被氧化成为亚硫酸或硫酸。这种溶液,与含铝硅酸盐的火山岩相互作用,就能产生明矾石。大多数发生在中、新生代火山岩发育的地区。与其有关的火山岩,主要是粗面岩、流纹岩、英安岩、安山岩及凝灰岩等。明矾石化岩石中的矿物,除明矾石外,有时还有石膏、硬石膏、萤石、玉髓、蛋白石及粘土矿物和叶蜡石等。明矾石化岩石本身就能构成明矾石矿床,还可以作为中、酸性火山岩地区寻找金、铜、黄铁矿、铅、锌及铁等矿床的找矿标志。



 围岩蚀变与碱交代—围岩蚀变之三


一、围岩蚀变实质


围岩蚀变其实质是:在不同的温度和压力环境下,不同性质(酸碱度、氧逸度等)的成矿流体与围岩必然会处于不平衡状态。为了使两者之间趋向于达到化学与物理的平衡状态,必定要发生物质与能量的交换。这就会导致围岩中与流体不平衡的矿物要发生溶解,析出一些元素进入流体中,而另一些化学组分则沉淀下来,形成新的矿物。对于围岩而言,必然会涉及到物质的带入带出。


围岩交代蚀变的强度与范围,既取决于流体的物理化学性质,如活度、逸度、pH、Eh、温度、压力等,也取决于围岩的物理化学性质,如孔隙度,渗透性、裂隙的发育程度,顺层还是切层,与流体的远近,与流体化学性质的差异。流体与围岩的化学性质差异越大,围岩交代蚀变越强烈。


交代蚀变岩可以完全由新生矿物所组成,同一平衡矿物组合内各种新生矿物没有交代蚀变现象,几乎是同时形成的,它们具有变晶结构,如矽卡岩。如果原岩没有被完全交代,仍然有原生矿物残留,则具变余结构、残余结构,则可称为“化”,如矽卡岩化。矽卡岩形成的条件是岩体与灰岩的裂隙不发育,溶液只能沿接触面渗滤,而扩散作用通常作用是双方相向进行,对岩体来说,灰岩的浓度大,可通过孔隙向岩体扩散;对灰岩来说,岩浆岩中的硅、铝含量高,可向灰岩扩散。因此,在岩体边缘形成内矽卡岩带,在接触面外侧的围岩中形成外矽卡岩带(图1)。


图1   矽卡岩形成过程


蚀变作用多达60~70种,关于蚀变作用的分类,有的以温度来划分(高温、中温、低温),有的以蚀变方式划分(扩散交代、渗滤交代和两者兼有的交代3种方式),有的以时间划分(成矿期、成矿后),有的以位置划分(头晕蚀变、通道蚀变、成矿前蚀变),还有的以形态划分(面型、体型,线型)。


杜乐天先生以地球化学的观点归为两三大类:即碱蚀变、酸蚀变和中性蚀变。同时杜乐天先生认为碱交代是先导,后期中、酸性成矿热液乃是由它演化而来的,酸性溶液只起携带矿质和保证其沉淀富集成矿的作用。杜先生见解独到,也是本文引用的主要观点。


二、碱交代基本概念


碱交代是指富含钾、钠碱金属离子的热液流体,引起岩石蚀变、发生结构和成分改变的一种地质行为。碱质交代作用的实质是内生含碱质的成矿溶液对围岩所进行的各种交代作用。在这种作用过程中,形成由碱性长石、云母、方柱石、霞石等碱性硅酸盐矿物组成的交代蚀变岩石。


杜乐天先生认为碱交代作用是所有热液蚀变中最具有决定意义的始祖性蚀变及主控性蚀变,周期表第一族的常量强碱金属(如Na、K)是控制热液中所有酸性矿化剂(如SiO32—,F—,Cl—等)存在的主导因素。所有的氢交代(即酸蚀变)、二价碱土族元素交代以及三价、四价、五价、六价、七价成矿元素的活化、迁移、富集和成矿都受其控制并由它派生。可以认为碱交代作用过程是整个热液过程的主体过程。在分析碱质交代作用过程时,不仅要重视碱质交代对原岩的影响,同时也不能忽略了后期大量酸性挥发分的变化。


在许多岩矿测试手段中,薄片鉴定是最简便而有效的。第三是地球化学判别。杜乐于称王称霸提出的简单而有效的地球化学判别公式如下:


钾交代:△K2O(+)·△Na2O(一) ·SiO2 (一)

钠交代:△Na2O(+)·△K2O(一) ·SiO2(一)

钾一钠交代:△K2O(+)·△K2O(+)·SiO2(一)

△:蚀变岩中K2O或Na2O含量与原岩含量之差,正值为带入,负值为带出,绝对值大小反映带入或带出的强度。

碱交代分为高温碱交代和中低温碱交代两种类型,高温碱交代与铌、钽、锂、铍金属矿化有关,中低温碱交代与铀矿化有关。


三、碱交代一些特性


1、钾-钠不相容性


在自然界中,钠交代和钾交代是不能在热液流体中同时发生的。K十、Na十虽同为强碱金属,但在热液的水一岩反应中两者常相克,称此为“钠钾地球化学不相容性”,就派生出蚀变前后的钠一钾一钠钾在蚀变中的交替产出。这是碱交代作用中的一个重要规律。

在富Na十热液作用下,岩石中的钾质矿物就不稳定,而优先破坏分解(蚀变)。同样,在富K十热液作用下,Na质矿物就优先被交代。这种不相容性如图2所示。

 

图2    钾钠不相容示意图

Ⅰ—封闭系;Ⅱ—半开放-半封闭系;Ⅲ—封闭系;

坐标为样品系列

 

当根据蚀变右石,只是钾带入增量或钠带入增量还不能确切判定是碱交代时,可以二者相对的含变化来判定之。比方,如K2O增高同时,Na2O又降低,就可准确判定这是钾交代或钾化;若Na2O增加同时K2O又降低,则为钠交代无疑。


由于K—Na不相容性,蚀变上的钾一钠一钾……波更替,可图示为图3。例如,在微斜度石化之后,往往会有晚期钠长石化随后出现;或者早期大规模钠长石化之后又有后期的微斜长石化或绢云母化出现。


  图3   钾、钠波更替示意图


在碱交代岩中,有时是钾钠混合交代,好像并未显示钾钠不相容的规律。其实,镜下观察可以发现,这是钠一钾波更替前后叠加造成的假象.二者并不是同期的。由此又引伸出一个重要规律,可利用K—Na含量来判断碱交代作用系统的封闭程度。


封闭系:钾钠二者虽不相容,但不能分离,只能前后叠加。

开放系:钠钾二者彻底分离,沿深大断裂的碱交代就是如此,要么为纯钠交代,要么为纯钾交代。金矿、铀矿多属此开放系类型。


2、碱交代与硅(石英脉)析出的关系


无机化学证实,SiO2是不溶于酸性强酸性溶液的(HF例外),它在碱性溶液中溶解迁移。因此,碱质热液交代原岩时,原岩中的硅质会被溶解进入热液中。


对于富石英的原岩,碱交代是使原岩减硅,对于无石英岩石在碱交代中反而增硅,因此,碱交代中的这种现象称为“去石英化”较合适。去石英化在碱交代中的发育程度与系统的开放程度紧密相关,封闭系统下,溶出的石英无法迁移到别处去,在岩体顶盖形成特征的石英壳或伟晶岩壳和富含石英的超酸花岗岩;半封闭-半开放系统下,去石英化发育不彻底,原岩中仍有石英残余;开放系统下,原岩去石英化最彻底,溶出的石英随热液迁移,与围岩反应生成大量硅质蚀变岩和石英脉石矿物。


3、碱交代过程中热液的变化


热液中除了存在碱金属离子外,必然存在大量酸性组分。在碱交代的过程中,当热液中Na+、K+进入固相蚀变岩石后,热液的碱性必然降低,酸性(H+浓度)增强,溶液中的酸根也将与H+形成强挥发性气体,这些气体带着被萃取出的成矿元素与酸根结合成的络合离子离开碱交代体而逸出或随热液向外向上运移。以上原碱性热液中酸性组分离开碱性组分的过程就是酸碱分离。


酸碱分离作用产生的条件是出现减压区,系统变为开放系统,在地质作用上的表现相当多样,诸如产生断裂构造、岩体接触面、矽卡岩等。携带大量成矿元素和硅质的酸性热液沿着这些裂隙运移,与围岩交代反应形各种酸性蚀变岩和硅质脉体,统称酸体。


四、碱交代作用与金属成矿关系


1、国内外碱交代的研究


上世纪50年代前苏联铀矿地质的研究。乌克兰地盾基洛夫铀聚集区共有20余个钠交代型铀矿床,钠交代作用沿碎裂岩化带发育,交代了花岗岩、混合岩、片麻岩中的所有构造岩。铀矿化与钠交代作用十分密切,铀矿体均产于钠交代岩体中,钠交代最发育的地段也是矿化最富的地段,铀的成矿温度比一般热液铀矿床成矿温度稍高,矿前期为300~320℃,铀成矿期为200~300℃(Dahlkamp,1993)。


胡受奚等(1962)深入研究钨矿碱交代作用的空间分布规律,提出石英脉型W、Sn、Be、Nb、Ta、REE矿床上硅下碱的垂向分带模式。


2、碱交代与金属离子析出的关系


Na+、K+是自然界最强的碱金属,它有破坏、改造、交代其它所有矿物的强大能力。凡是二价金属元素(例如Fe2+、 Ca2+、Mg2+、 Sr2+、 Ba2+、Co2+、Ni2+、 Pb2+、 Zn2+、 Cd2+、 Mn2+、 Cu2+等)基本上都是碱土弱碱性反应,在强碱溶液中凡是含上述二价金属的矿物和岩石都不稳定被交代,其中的二价元素即转入溶液迁移带出。这才有下一步的众多二价元素的热液蚀变及脉充填或成矿(例如绿泥石化,碳酸盐化,萤石化,硫化物等等)。另外,诸如三价离子(如Fe3+、Cr3+、Al3+、REE3+等),四价离子(如C4+、U4+、Th4+、Ti4+、Sn4+、Zr4+、Hf4+等),五价离子(如Nb5+、Ta5+、V5+等),六价离子(如U6+、Mo6+、Re6+等)以及一价的Tl+、Au+、Ag+等,在热液中主要是以络合物(Mn+Axm一)的形式进行迁移,其中M代表碱金属离子,这说明溶液中碱金属浓度越大越有利于这些高场强元素的络合和稳定迁移,这正是一系列微量元素只有在碱交代热液中才大量浸出和迁移的重要原因。只有在碱性热液中才能从被碱交代的原岩中萃取浸出、迁移。成矿元素经碱交代作用的影响被大量萃取进入热液,因此,碱交代岩是矿床中提供矿源的重要地质体,矿源提供的量与碱交代岩的发育规模和强度紧密成正比。


当热液中碱性降低,酸性增强,这才过渡到硅化、氯化、氟化、碳酸化、磷酸化、硫化、砷化、硒化、碲化、硼化等蚀变。没有前期的碱交代,就不可能有以后的这些酸交代。而成矿恰恰是发生在碱性热液被酸化之后的酸尾演化阶段。


不错,酸浸出、酸交代作用同样也可以活化、释放许多成矿元素和提供矿源。但其范围、规模远不能和碱交代作用相比。火山作用的酸浸出酸蚀变脱离不开深部的大规模长石化、云母化碱交代。


3、碱交代作用成矿模型


碱交代作用可总结为两大阶段:前期碱带入,后期酸迁移,硅和矿质均在酸迁移之中,硅和矿质均在酸迁移之中。杜乐天将热液作用成矿过程和其基本规律概括为:酸碱分离―先碱后酸―下碱上酸―下碱上硅―下碱上矿―矿酸同步迁移―同步定位―同场共聚。这一规律的总结使得碱质交代具有很大的找矿意义,碱质交代现象本身甚至可以作为找矿标志来看待(图4)。


在矿床平面上的蚀变水平分带,内部为碱交代岩,向外过渡为中性蚀变,最外为酸性蚀变。如果其中有晚期石英脉叠加贯入,则此舰律就不明显。


在垂向上或剖面上的蚀变分带的规律为:碱交代体总是出现在较深处(在矿床的根部),向上逐渐为弱碱性和中性蚀变(Ca,Fe,Mg交代),最上为酸性和强酸性蚀变场。


图4  热液金矿床碱交代成因模型(点为碱交代区)

(据杜乐天,1989,充实


五、实例


1、斑岩性铜矿床(钾核)


成矿环境:矿床的形成与板块俯冲过程中钙碱质中酸性岩浆的高侵位斑状侵入体有关,矿床形成于地壳浅部,成矿温度属高-中温。


含矿岩体:钙碱系列的小型(多<1km2)中性及中酸性复式岩体。岩石类型多为花岗闪长斑岩、石英二长斑岩、石英闪长岩,可见闪长岩、石英斑岩、花岗斑岩。岩体形状为岩株状、岩筒状,可见岩墙状、脉状。


矿体特征:产于斑岩体上部、边部及内外接触带附近。常见的矿体形态有柱状、筒状、板状(全岩矿化)分布于斑岩体的上部,呈环状产于岩体的边部或成脉状、凸镜状沿裂隙带分布。


矿石矿物组合:从中心向上向外矿化从钼(铜)矿化→铜(钼)矿化→铅锌矿化→金矿化。


矿石结构构造:从斑岩体中心向上、向外,矿石及矿化类型从浸染状 → 细脉浸染状 → 细脉状 → 脉状

围岩蚀变:从岩体中心向上、向外,蚀变类型从钾(钾长石、黑云母)化带→石英绢云母化带→泥化带→青盘岩化带,铜的矿化位于石英绢云母化带。

钾核的意义:钾核一般矿化较弱,从碱交代角度讲,具有重要意义,完全符合:“内部(/根部)为碱交代岩,向外(/上)过渡为酸性蚀变”。(图5)


图5 斑岩型铜(钼)矿床的成矿模式

(据芮宗瑶等人,1995)

①基底岩石;②火山岩;③泥沙质岩;④碳酸盐岩;⑤泥质岩;⑥深成岩基;⑦浅成斑岩体;⑧爆破角砾岩筒;⑨带黑点的范围表示斑岩型铜钼矿化;⑩矽卡岩型矿化;⑾钾化带底界;⑿绢英岩化带底界;⒀青盘盐化带底界;⒁青盘盐化带顶界;⒂上升岩浆流体;⒃循环天水


2、河北水晶屯金矿(上硅下钾)


水晶屯金矿位于崇礼一赤城韧脆性剪切带南侧的拆离带上,是石英脉型金矿。


矿区出露地层简单,主要为太古宙桑干群化家营组浅色麻粒岩和涧沟河组暗色变粒岩。矿区内虽未见侵人岩体,但断裂及构造裂隙发育岩浆热液产物长英质岩脉及含金石英脉。水晶屯外营一黑林山断裂为矿区主干断裂,近EW向展布。矿区内断裂构造十分发育,按其方向可分为近EW、近SN、NW向3组,控制着不同走向的含金石英脉。


Ⅱ矿脉近SN向,长近700米,延深大于300米,具有典型上硅下钾特征。


Ⅷ矿脉位于矿区北部,近EW向,矿化带长大于1600米,呈尖灭再现,复合分支,矿化强的地段硅化蚀变强,矿化弱的地段钾化强硅化弱。总体来看具有东硅西钾的蚀变特征,西部矿化强度弱于东部。


图6   河北水晶屯金矿床模型


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