第11章 变质矿床

中国地质大学（武汉）ChinaUniversityofGeosciences矿床学Oredepositgeology第十一章变质矿床变质矿床概念、特点和工业意义变质矿床的形成条件变质成矿作用的类型和变质矿床分类中国地质大学（武汉）ChinaUniversityofGeosciences矿床学Oredepositgeology一、变质矿床的概念、特点变质矿床由内生作用或外生作用形成的岩石和矿石，由于地质环境的改变，温度、压力的增高，原有的矿物成分、化学成分、物理性质及结构构造等都要发生变化；同时在变化过程中原岩的物质成分发生强烈改造或者活化迁移，并在新的条件下富集；由该种成矿作用所形成的矿床称为变质矿床。矿床学中讨论的“变质作用”，主要指“区域变质作用”、“接触变质（热）作用”,“混合岩化作用”三大类，以及相对应的变质矿床。而不包括岩浆的“岩浆气水热接触带变质作用”和“自变质作用”。中国地质大学（武汉）ChinaUniversityofGeosciences矿床学Oredepositgeology变质矿床可分为：变成矿床、受变质矿床变成矿床——若岩石中的某些组分，经变质作用后成为有工业价值的矿床，或由于变质作用改变了工业用途的矿床称为变成矿床。富铝岩石经变质后形成的刚玉矿床煤经过接触变质后形成的石墨矿床受变质矿床——若原来已经是矿床，受到变质作用后，矿石的成分、结构构造以及矿体的形态、产状、品位和规模等方面发生了变化，但其工业用途并未改变的矿床称为受变质矿床由赤铁矿-蛋白石组成的沉积铁矿床变质后形成由磁铁矿-石英组成的变质铁矿床等基本概念中国地质大学（武汉）ChinaUniversityofGeosciences矿床学Oredepositgeology1．矿物成分和化学成分的变化这种变化主要由以下变质作用造成：（1）脱水作用（dehydration）：原来岩石或矿石中经常含有较多的水分，变质过程中由于温度和压力的升高，就会使它们变成少含水或不含水矿物。Fe2O3•nH2O（褐铁矿）→Fe2O3（赤铁矿）mMnO•MnO2•2nH2O（硬锰矿）→MnO2（软锰矿）。（2）重结晶作用（recrystallization）：非晶质或隐晶质、胶体矿物重结晶为晶体矿物Al2O3•H2O（一水铝石）→Al2O3（结晶）→Al2O3（刚玉）;SiO2•nH2O（蛋白石）→SiO2（石髓）→SiO2（石英）;CaCO3（泥晶灰岩）→CaCO3（大理岩）;C（煤，无定形）→C（石墨）。中国地质大学（武汉）ChinaUniversityofGeosciences矿床学Oredepositgeology（3）重组合作用（reorganization）：由于温度、压力或其他物理化学条件发生变化，使得原来稳定的矿物组合，被新的条件下稳定的矿物组合所代替。Al2O3+SiO2→Al2O3•SiO2（高温中压变为红柱石/高压中温变为蓝晶石/高温高压变成矽线石）（4）还原作用（reduction）：在高温缺氧条件下，矿物中一些易于还原的变价元素，常由高价转变为低价，而使一种矿物变为另一种矿物。Fe2O3（赤铁矿）→Fe3O4（磁铁矿）（5）交代作用（metasomatism）：在区域变质过程中，往往可产生变质热液，尤其是混合岩化过程中，流体对原岩进行广泛的交代作用，促使原岩多种组分重新组合，通过溶液的迁移和富集，发生矿化和蚀变。中国地质大学（武汉）ChinaUniversityofGeosciences矿床学Oredepositgeology2．矿石结构和构造的变化变质矿床的矿石有变余结构、构造和变成结构、构造。变余结构、构造是指岩石或矿石经变质后保留下来的原来岩石或矿石的结构、构造。磁铁石英岩中的变余鲕状结构变余砂状结构和残留斜层理构造中国地质大学（武汉）ChinaUniversityofGeosciences矿床学Oredepositgeology变成结构、构造是指变质过程中形成的结构、构造。在浅变质时，矿物重结晶不明显，通常表现为隐晶变晶结构；由于矿物定向排列产生千枚状或板状构造。当变质程度较深时，主要有花岗变晶、斑状变晶、鳞片变晶等结构及片状、片麻状、皱纹状等构造。当动力作用显著时，由于定向压力的影响，产生劈理及破碎，常见压碎结构及角砾状构造。在变质过程中，当变质气水热液作用显著时，常见各种交代结构和脉状构造等。中国地质大学（武汉）ChinaUniversityofGeosciences矿床学Oredepositgeology3．矿体形状和产状的变化变质矿床矿体的形状和产状，受原来岩层或矿体的控制原生的沉积矿床经变质后矿体形态依然比较规则；原生的内生矿床形态本来就较复杂，经变质后矿体形态更为复杂。中国地质大学（武汉）ChinaUniversityofGeosciences矿床学Oredepositgeology变质矿床的矿产种类繁多金属矿产——主要有铁、金、铀、铜、铅、锌等金属矿产非金属矿产——滑石、菱镁矿、硼、磷、石墨和石棉等。一些变质矿床分布广、储量大变质铁矿床储量占全球铁矿总储量的2/3以上变质金-铀砾岩矿床则是世界上金和铀的主要来源二、变质矿床的工业意义我国主要矿床类型及保有储量情况序号矿床类型保有储量（亿吨）占总量比例（%）1沉积变质型269.458.12晚期岩浆型55.612.03接触交代型54.711.84沉积型41.79.05火山岩型22.24.86风化淋滤型4.61.07其它15.33.3合计463.5100.0*沉积变质铁矿保有储量占全国保有储量的58.1%，我国10个特大型铁矿床中有6个属这一类型。已有的大中型铁矿山一半以上开采的是此类型铁矿床。序号矿床名称类型资源/储量（亿吨）1辽宁齐大山铁矿“鞍山式”铁矿16.42辽宁胡家庙子（红旗）铁矿“鞍山式”铁矿11.33辽宁东鞍山铁矿“鞍山式”型铁矿12.64辽宁西鞍山铁矿“鞍山式”铁矿17.285辽宁南芬铁矿“鞍山式”铁矿12.896河北司家营铁矿“鞍山式”型铁矿17.027内蒙白云鄂博铁矿“白云鄂博式”铁矿13.898四川攀枝花铁矿“攀枝花式”铁矿10.839四川红格铁矿“攀枝花式”铁矿18.3510云南惠民铁矿火山沉积变质型铁矿11.27总计141.12我国特大型铁矿床中国地质大学（武汉）ChinaUniversityofGeosciences矿床学Oredepositgeology变质矿床概念、特点和工业意义变质矿床的形成条件变质成矿作用的类型和变质矿床分类中国地质大学（武汉）ChinaUniversityofGeosciences矿床学Oredepositgeology1．地质条件（1）时代与分布：前寒武纪古老的地盾区和地台区是变质矿床的最重要分布区，显生宙造山带是另一类比较重要的变质矿床分布区。大面积分布的古老地盾和地台区蕴藏着极为丰富的变质矿产，特别是金、铀、钒、钛、铬、钴、铂、锰、稀有稀土、磷、云母、石棉、菱镁矿、石墨等，大部分储量都集中在前寒武纪矿床中；显生宙造山带中变质岩呈带状分布，其内也有较丰富的变质矿床，主要有铬、铁、铜、铅、锌、钨、钼、钴、稀有稀土、放射性元素以及云母、压电石英、石棉等。中国地质大学（武汉）ChinaUniversityofGeosciences矿床学Oredepositgeology（2）原岩建造：原岩建造的含矿性是形成变质矿床的物质基础。不同类型的岩石含矿性往往差别很大，而产于不同地质背景下的同类岩石含矿性也往往不同。有些原岩在遭受变质之前，其所含的成矿物质已达工业品位和规模，变质过程中成矿物质又发生局部迁移，形成一定数量的富矿体。但是，更多情况下，原岩只是比其他区段岩石相对富集成矿元素，远未达到工业品位和规模，经过变质后才形成工业矿床。因此，原岩建造的含矿性研究，对变质矿床形成机理及找矿都具有十分重要的意义。中国地质大学（武汉）ChinaUniversityofGeosciences矿床学Oredepositgeology对含矿建造含矿性的研究应首先确定其原岩的含矿建造类型：沉积型？古火山－沉积岩型？或岩浆岩型？沉积型建造：典型变质沉积岩组合（大理岩、石英岩、云母片岩等）；矿层或矿体通常为层状、似层状或透镜状，与围岩片理或构造线一致；含矿层在剖面中占据一定位置，一定范围内可以相互对比；矿石矿物成分简单而稳定，脉石矿物成分与围岩一致；矿石可保留原始的沉积构造特征；矿层与围岩一起发生褶皱变形；等古火山－沉积岩型建造：变质源岩主要为火山熔岩和碎屑岩；区别于后期岩浆热液活动有关的矿床，围岩蚀变受区域变质或混合岩化而变得不明显；热水沉积建造组合岩浆型建造：古代岩浆作用有关的建造中国地质大学（武汉）ChinaUniversityofGeosciences矿床学Oredepositgeology2．物理化学条件（1）温度：温度变化是使岩石发生变质的最主要因素，因为变质作用是随温度的变化而进行的。温度的升高和降低决定了变质作用进行的方向和速度。温度的增加促使吸热反应的进行，而温度的降低有利于放热反应的进行。根据研究，接触变质和中、深区域变质都属于吸热反应，动力变质和一部分浅区域变质则属放热反应。温度的升高促使变质含矿流体的活动性增强，从而引起成矿物质的迁移，促使交代作用的发生。温度升高还能使矿物发生重结晶和重组合，进一步可发生选择性重熔，引起复杂的混合岩化作用。中国地质大学（武汉）ChinaUniversityofGeosciences矿床学Oredepositgeology变质矿床形成的温度可分为3类第一类相当于沸石相-绿片岩相（100~450℃），第二类为绿帘石角闪岩相（450~650℃），第三类相当于角闪岩相和麻粒岩相（600~800℃）。中国地质大学（武汉）ChinaUniversityofGeosciences矿床学Oredepositgeology（2）压力：压力在变质成矿作用中也具有重要意义。变质过程中，压力和温度的变化往往是同时进行的，有些矿物的形成温度随着压力的变化而变化，如压力为1×105Pa时，硅灰石的形成温度为470℃，当压力增至500×105Pa时，其形成温度为650℃。在温度相同，压力不同时，则可出现不同的矿物，如Al2SiO5在500~600℃，当压力较高时成为矽线石，压力较低时成为红柱石。中国地质大学（武汉）ChinaUniversityofGeosciences矿床学Oredepositgeology（3）流体作用：各种流体在变质过程中也起重要作用，其中以H2O和CO2为主，其次还包括F、Cl、B等。它们部分来源于受变质岩层本身，另一部分可能来源于岩浆或地壳深部。在一般的变质过程中H2O和CO2等流体可以与外界自由交换，它们可以促进化学反应和重结晶的进行，如：H4Al2Si2O9→Al2SiO5＋SiO2＋2H2O高岭石红柱石石英CaCO3＋SiO2→CaSiO3＋CO2↑方解石石英硅灰石上述反应中PH2O和PCO2的高低对变质反应方向有明显的制约。中国地质大学（武汉）ChinaUniversityofGeosciences矿床学Oredepositgeology变质矿床概念、特点和工业意义变质矿床的形成条件变质成矿作用的类型和变质矿床分类中国地质大学（武汉）ChinaUniversityofGeosciences矿床学Oredepositgeology1．区域变质成矿作用区域变质成矿作用（regionalmetamorphicore-formingprocess）是指在地壳深部地质作用过程中，由于区域性温度、压力升高和岩浆作用等，使原岩或原生矿床中的成矿组分聚集或改造形成矿床的作用。由此形成的矿床称为区域变质矿床。区域变质成矿作用主要发生在前寒武纪古老的地盾或地台区，少数发生在后期造山带。区域变质矿床分布广泛，矿种繁多，主要矿产有铁、金、铜、铀以及磷、菱镁矿、石墨和石棉等区域变质矿床规模一般较大，具有重要的工业价值中国地质大学（武汉）ChinaUniversityofGeosciences矿床学