9-第九章 变质环境中的受变质矿床和变成矿床

第九章变质环境中的受变质矿床和变成矿床矿矿床床学学OreGeologyOreGeologyMainContents概念与特点1.矿床成矿作用2.矿床形成条件3.矿床的分类4.矿床实例分析5.变质作用™Defi：指在地壳形成和发展、演化过程中，早先形成的岩石（包括岩浆岩、沉积岩以及先存的变质岩）在地壳一定深处，在基本保持固态的条件下发生的矿物组成、结构构造以及化学成分的变化。ÊT=200～800℃ÊP=0.02～1.5GPa。Ê此温度范围位于成岩后生作用和岩浆作用之间，压力范围表明处于地壳一定深处，即风化带之下。变质作用发生的环境™与褶皱造山、板块俯冲和碰撞、岩浆活动、构造断裂以及花岗岩化、混合岩化密切相关。影响变质作用的因素1.温度：是使岩石产生变质的最主要因。™根据A哈克的研究，接触变质和中、深区域变质都属于吸热反应，而动力变质和一部分浅带区域变质作用则属放热反应。™温度不仅能影响变质反应的速度，还可使一些矿物发生重结晶和重组合作用。温度进一步的升高，可产生气水溶液的作用乃至混合岩化作用。影响变质作用的因素2.压力：™上覆岩层的重力而产生的静岩压力，是控制变质反应过程中矿物组合变化的重要因素之一。™定向压力可使岩石或矿石破碎、褶皱和流动，并使一向或二向矿物定向排列形成片理、劈理、线理等构造。™有气体参与的变质反应中，压力会加速或推迟变质反应的进行。变质作用温压条件温度压力联合作用影响变质作用的因素3.化学活动性流体（变质热液）成分：水和二氧化碳为主，还包括F、Cl、B等来源：变质岩层、变质反应。挥发分可能源自岩浆或地壳深部作用：ƒ作为变质反应的组分：CaCO3+SiO2＝CaSiO3+CO2ƒ交代反应过程中，物质带入带出的媒介变质作用中反应™脱水作用：铁的氢氧化物变为赤铁矿或磁铁矿；™重结晶作用：隐晶质蛋白石和石髓变为石英，碧玉岩变为石英岩，煤－石墨；™还原作用：赤铁矿→磁铁矿；™重组合作用：粘土物质高温中压：红柱石；高压中温：蓝晶石；高温高压：矽线石、刚玉。™交代作用典型变质岩石沉积岩→变质岩Sandstone:Quartzite,MetaquartziteMudstone:SlatePhylliteSchistGneissLimestone:MarbleShale:变质相™一个变质相指一定的温度、压力区间内的一整套变质矿物共生组合，它们在时、空上反复出现并密切伴生在一起，一个变质相内部其矿物组合和岩石总体化学成分之间有着固定的因而也是可以预测的对应关系。(Fyfe和Turner，1966)变质相地壳中变质相的分布z接触热变质作用z动力变质作用z气－液变质作用z区域变质作用z混合岩化作用z埋藏变质作用z洋底变质作用z冲击变质作用变质作用的类型变质矿床™变质矿床：由内生作用和外生作用形成的岩石或矿床，在变质作用主要营力（热力、压力、时间和各种不同溶液）作用下，改造原矿床或产生新生矿床，将其称之为变质矿床。™主要矿种：铁、金、铜、铅-锌、铀等金属矿床和石墨、滑石、石棉、蓝晶石族（红柱石、蓝晶石、夕线石）、石榴石、刚玉、大理岩等非金属矿床。经济意义™矿种多、分布广、储量大；变质铁矿占世界铁矿总储量2/3以上；™金矿：黑龙江东风山金矿、美国霍姆斯塔克。维特瓦特斯兰德含金铀变质砾岩矿床，世界上最大的金、铀产地。™我国重要变质矿床：云南东川铜矿－变质沉积型山西中条山铜矿－变质火山岩型辽宁大石桥菱镁矿－变质沉积型江苏湖北变质磷矿山东福建等地石墨矿变质矿床特点Ⅰ一、矿物成分和化学成分复杂ƒ自然元素：石墨、自然金等；ƒ氧化物类：磁铁矿、赤铁矿、金红石等；ƒ含氧盐类：磷灰石、菱铁矿、菱镁矿等；ƒ硅酸盐类：红柱石、夕线石、蓝晶石、石榴石、滑石、蛇纹石、叶蜡石、绿泥石、蛭石等ƒ铜、铅、锌等金属硫化物。变质矿床特点Ⅱ二、矿石结构构造复杂ƒ千枚状、板状构造ƒ片状、片麻状构造ƒ变晶结构ƒ变余结构ƒ交代结构变质矿床特点Ⅲ三、矿体形状和产状复杂™形状比较复杂，如凸镜状、串珠状及不规则囊状，有时也有板状或似层状。™产状变化也较大，常有褶曲和断裂，矿体可直立甚至可以倒转。江西新余杨家桥变质矿床形成条件1.物理化学条件：基本同变质作用的温压范围。2.地质条件：a.时代及分布：各各时代，以前寒武纪为主；Ê前寒武纪地盾：多属角闪岩相和绿帘角闪岩相，也有绿片岩相和麻粒岩相。一般受到较高温度下的变质作用。蕴藏有极为丰富的矿产，特别是金、铀、镍、铬、钴、铂、钒、铁、铁、磷、锰、云母、石棉、菱镁矿、石墨以及稀有稀土元素矿床，在世界上变质矿产大部分储量都集中在前寒武纪矿床中。变质矿床形成条件Ê显生宙造山带：蓝闪石片岩相和沸石相较普遍。也产有丰富的矿产，主要有铬、铁、铜、铅、锌、钨、钼、稀有、稀土和分散元素、放射性元素以及云母、压电石英、石棉等。Ê岛弧和大洋中脊：浅变质的沸石相和绿片岩相。与之有关的矿产主要是受轻微变质的火山－沉积和火山－热液黄铁矿型铜、铅、锌矿床，铁和锰的氧化物矿床。变质矿床形成条件b.变质相与矿产Ê沸石相：美国苏必利尔湖沸石—绿泥石组合中的自然铜，我国甘肃镜铁山铁矿。Ê绿片岩相：磁铁矿—赤铁矿石英岩，如我国山西五台地区铁矿，美国上湖铁矿；黄铁矿型矿床，如我国祁连山，苏联乌拉尔等，含铀砾岩矿床，如阿扎尼亚维特瓦特斯兰德。Ê蓝闪石片岩相：与其相当的有新疆的硬玉矿床，还有锰和锌的硅酸盐矿石，如西伯利亚的乌辛斯克矿床和西班牙的古埃列夫矿床。此外，磁铁矿—角闪石片岩矿床也属此变质相。变质矿床形成条件b.变质相与矿产Ê角闪岩相：铁燧岩和铁英岩矿床，如我国辽阳弓长岭铁矿，苏联库尔斯克和克里沃罗格铁矿。地台区结晶片岩中受变质的硫化物矿床，如澳大利亚布罗肯山铅锌矿床。还有刚玉粉矿床以及蓝晶石、石榴石、刚玉、石墨和磷灰石等。Ê麻粒岩相：产有角闪石-辉石-磁铁矿石英岩矿床，如我国辽西和冀东变质铁矿，苏联乌拉尔和卡累利阿石榴石矿床。此外还有江苏东海变质磷灰石矿床、河北和印度的刚玉矿床，以及金红石和金云母矿床等。Ê榴辉岩相：多产出一些金红石矿床，如江苏新海连一带榴辉岩中的金红石矿床，此外还有轻稀土元素矿床等。变质矿床形成条件3.原岩建造的含矿性控制原岩建造中成矿的物质基础。不同建造成矿物质富集程度不同。Ê沉积型含矿建造：铁、金、铀等金属矿床、含石墨、菱镁矿、磷灰石矿及刚玉等非金属矿产的建造Ê古火山及火山－沉积型含矿原岩建造：鞍山、迁安－海底火山活动形成硅铁建造经变质作用形成。Ê岩浆型含矿原岩建造：常见于古老变质岩区，如绿岩带中铬铁矿床，变质超基性岩中含铜、镍、铂的含矿建造。变质沉积矿床特征1.含矿建造是典型的变质沉积岩组合(石英岩、大理岩)。2.含矿层或矿体通常为层状、似层状或凸镜状，产状与围岩片理及区域构造线一致。3.成矿地质时代与围岩相同，地质年龄值相似。4.含矿层在剖面中有一定的层位，一定范围内可以比。5.矿石矿物简单稳定，脉石矿物与围岩中造岩矿物相似。6.矿石具条带状、微层状、结核状构造，并具波痕、斜层理等变余沉积构造，续承原岩层理的片理普遍发育。7.矿层中品位均匀稳定，品位与矿石成分常随岩相变化而变化。变质成矿作用类型™接触变质成矿作用：又称岩浆热变质作用，岩浆侵位而引起围岩温度增高而产生的变质作用，压力影响较小。™区域变质成矿作用：区域构造运动影响，高温、高压以及岩浆活动的联合作用，使原来的岩石经受强烈的改组和改造。也称热－动力变质。™混合岩化成矿作用：区域变质作用进一步演化，深部上升流体或岩石部分熔融产生的“混浆”，与不同类型的原岩经过相互作用形成。混合岩化二阶段™主期交代重结晶阶段：新生的长英质熔浆对原岩组份进行交代反应，以硷质交代为主（钾化和钠化）。Ê首先是硅酸盐重结晶，使矿物颗粒增大，形成云母、刚玉、石榴石、石墨等非金属矿床。Ê进而发生交代作用，辉石蚀变形成阳起石、透闪石等，形成大量硷性长石，熔浆逐渐演化为热液。™中晚期热液交代阶段：中晚期热液中一般含大量Fe、Mg、Ca等组份，因而产生铁镁质交代作用。如沉积变质硼矿床，磷、铀、金、铜、REE等矿床。变质矿床分类可有不同依据及方法。™最早的分类：变质再结晶矿床、变质热液矿床和混合岩化矿床三类。™形成地质条件与成矿作用为根据，分为接触变质矿床、区域变质矿床和混合岩化矿床三大类，再向下分为受变质矿床和变成矿床二个亚类，亚类之下可再按含矿建造作进一步划分。矿床亚类型－受变质矿床™含矿原岩建造原先含有用组份较富，已达到可被利用的程度，它们受变质作用的改造，使原岩（矿石）的矿物成分、结构构造发生不同程度的变化，但有用组份的含量一般变化不大。此类矿床称受变质矿床，如铁、锰、铜、铅、锌和金以及磷灰石等非金属矿床。矿床亚类型－变成矿床™原来一些岩石，或者是含某一有用组份的矿石，经受变质作用后，使之成为矿石，或者成为具有另一种工艺技术特性的矿石。矽线石矿床粘土岩蓝晶石矿床石榴子石矿床石墨矿床此类矿床称变成矿床，广义上说，板岩、大理岩也属此类矿床。煤炭质页岩类型1─接触变质矿床1、(热)接触变质矿床™主要由岩浆侵位引起围岩温度增高导致原岩变质形成的矿床；™接触变质成矿中压力的作用较小；™成矿作用主要方式：重结晶、重组合™几乎缺少外来组分的带入和原岩组分带出接触变质矿床实例：™沉积赤铁矿、菱铁矿矿体受热变质在接触带形成磁铁矿；™沉积锰矿体受热变质，在接触带形成褐锰矿黑锰矿，品位提高；™含煤地层与岩体接触，热接触变质作用形成石墨矿床，如湖南郴州二叠系煤层与岩体接触带形成石墨矿床；湖南鲁塘石墨矿床矿体分布略图P2c-长兴组；P2d-斗岭组；γ52-骑田岭花岗岩；Ⅱ-Ⅳ-石墨矿化；1-砂岩；2-板岩；3-角岩化粘土岩；4-石墨矿体™刚玉-红柱石矿床是富铝泥质岩石热接触变质形成，刚玉常与磁铁矿共生，红柱石常产在角岩中；™大理岩/汉白玉矿床由石灰岩热接触变质而成。接触变质矿床实例：2、区域变质矿床™区域变质作用形成的矿床™在区域构造运动影响下，原岩在变质温度、压力及构造活动联合作用下，原岩/矿石遭受强烈改组/改造的区域变质过程中形成的矿床。类型2─区域变质矿床(1)区域变质铁矿床™多形成于前寒武纪变质岩系中，在全球古老变质基底中几乎都有分布---前寒武纪变质铁矿™分布广，储量大，单矿床数十亿~数百亿吨矿石™是沉积/火山-沉积原岩建造区域变质而成的Ê沉积原岩建造——如：美国苏必利尔型铁矿Ê火山-沉积原岩建造——如：加拿大阿尔戈马型铁矿、中国鞍山式铁矿区域变质铁矿床™多为条带状铁建造（BIF）——磁铁石英岩型铁矿矿石由硅质(石英/燧石)和铁质(磁铁矿和少量赤铁矿)两种条带组成™多贫矿(25~40%)，贫矿中有不同成因和规模的富矿体(50~70%)™分布:北美地盾、南美巴西地盾、印度地块、澳大利亚地台、非洲地块、中朝地块、中国鞍本最典型“鞍山式”铁矿辽宁弓长岭区域变质火山－沉积铁矿™构造：复背斜东北翼，呈陡倾单斜。™产状：层状倾向北东，倾角60。™规模：延长4－6公里，延深千米以上。™矿石矿物：磁铁矿，含铁60%以上。™围岩蚀变分带：富矿体向外，依次为镁铁闪石化、石榴石化、绿泥石化。蚀变带一般厚十几米至几十米。辽宁弓长岭区域变质火山－沉积铁矿Ⅰ-下混合岩层；Ⅱ1-角闪岩层；Ⅱ2-下含铁带；Ⅱ3-钠长变粒岩和片岩带；Ⅱ4-上含铁带；Ⅱ5-石英岩层；Ⅲ上混合岩层(2)区域变质磷矿床™主要由海相生物-化学沉积磷块岩经过区域变质而形成；™由火山-沉积含磷岩系经过区域变质改造形成的区域变质磷矿一般不具有工业意义；™矿体产在前寒武纪变质岩系中，变质岩包括云母片岩、石英岩、石英云母片岩、白云质大理岩；(2)区域变质磷矿床™矿体层状、透镜状，多个磷矿层，与变质白云岩层密切共生；™矿石主要由细晶磷灰石组成，少量白云石、金云母、石英；™矿石含P2O5一般8%~9%，可达20%~30%；™矿石为晶质结构，条带状、条纹状构造。海州磷矿地质图（据张秋生）1-钾质花岗岩（混合花岗岩）；2-细粒钾质花岗岩（混合片麻岩）；3-眼球状片麻岩；4-含磷岩系；5-白云母片麻岩海州含鳞变质岩系1-白云母片麻岩;2-云母片岩;3-堇青石片岩4-变质白云岩;5-含