主要控矿因素分析

区域控矿因素分析~

祁连成矿带铜（镍）、钨、铅锌、金矿产的形成主要受地层、构造、岩浆活动及变质作用四大因素的控制。各种因素在不同成因类型矿床的成矿过程中，具有不同的控制作用。
一、地层控矿作用
地层对区内铜（镍）、钨、铅锌、金等金属矿产的成矿控制作用主要表现在：一是不同矿种和不同类型的矿产常产于特定的含矿沉积建造中，即矿床与岩石是在同一地质环境和同一地质时期形成的；二是地层作为矿源层为矿产的形成提供成矿物质，在构造和岩浆热事件的配合下而成矿；三是地层的物理化学性质对矿化的运移、富集的影响。
（一）地层对铜矿的控制
祁连地区与地层关系比较密切的铜矿主要有海相火山岩型、沉积变质型、砂页岩型等。
1.海相火山岩型矿床
产于基性火山岩系内的矿床绝大多数与蛇绿岩套有关，为富钠海相火山岩系，成矿元素多为Cu型和Cu-Zn型，不含具工业意义的铅；产于酸性火山岩系内的矿床，其火山岩系组成具有双峰式特征，成矿元素为Zn-Pb-Cu型和Cu-Zn型。矿床产出主要受具中心式火山喷发特征的海底古火山穹窿构造的控制，产于火山穹窿构造中或边缘。在矿床规模上前者多形成大中型矿床，矿体形态简单，矿体规模大，成矿元素复杂；后者多形成中小型矿床，矿体规模小，形态复杂，但产出层位多，铜品位高。成矿元素组合与下盘火山岩的成分有关，下盘以玄武岩（细碧岩）为主的火山岩组合，因铅含量低而形成富铜而贫铅的矿体；下盘以流纹岩（石英角斑岩）和沉积岩为主的火山岩系，因铅含量高，而形成富铅的矿体。
在产出层位上，矿体多产于火山岩系中具沉积夹层的部位和不同岩相、不同岩性变化的部位，尤其是从较酸性火山岩到基性火山岩的转换部位，枕状熔岩和火山碎屑岩顶部或上覆岩层的界面处，即成矿作用多发生在火山活动末期、间歇期以及熔岩性质发生改变的时期。
在一些块状硫化物矿层的上部或边部出露火山活动的沉积物——喷气岩，有些研究者称其为有利层位或过渡层，它们是勘查的标志和研究成矿作用的主要对象之一。有利层位的岩石主要为：①含铁硅质岩或碧玉岩，在各类矿床中均有出现。多分布于块状硫化物矿床的顶部，呈透镜状产出。岩石主要由石英、赤铁矿及黄铁矿、少量绿泥石组成，与世界上一些块状硫化物矿床相似。这种岩石大都被认为是火山喷气的化学沉积物，代表着一种氧化沉积环境（宋志高，1982）或为同期、晚期（相对于矿石形成而言）的低温热液排放物（Edmond等，1979）。因此，它可作为硫化物喷气成因的标志，也可作为勘查块状硫化物矿床的指示岩层。②含铁碳酸盐岩，在矿床中作为夹层，或位于矿体的边部、顶部，或类似于具热液性质充填在枕状玄武岩间，多以透镜状产出。颜色呈粉红色，主要为含铁方解石，可能为海底喷气作用的产物。③黑色千枚岩或炭质千枚岩、含碳泥硅质岩，原岩为炭质粉砂岩，多已变质为千枚岩，代表一种还原环境。这类岩石在白银厂、石居里矿区地层及其外围的火山岩系内普遍出现。④重晶石岩（脉），多出现在多金属型块状硫化物矿体的上部或边部，并作为主要的脉石矿物产出，如小铁山和郭米寺等，是进行找矿的重要地质依据。
2.沉积变质型铁铜矿床
矿床赋存于火山－沉积岩系上部有关的沉积岩层中，为一套变质的火山－沉积建造，含矿围岩多为泥钙质板岩、千枚岩、凝灰岩、凝灰质砂岩等，铁矿体呈层状，与顶底板围岩整合产出，整个矿体在宏观上呈条带状分布，品位变化较大，说明铁矿沉积形成于地壳相对稳定时期而海水局部振荡的环境，铁矿石的矿物成分、微量元素比值、硫同位素都能反映出该类矿床为同生沉积矿床。铜矿体受特定层位的控制，显示与铁矿层明显的依附关系。由于受后期的变质变形作用的影响，而显示后生矿床的特点，在空间上铁、铜、金共存于同一含矿建造中。
3.砂页岩型矿床
本区砂页岩型铜矿可分为陆相砂页岩型铜矿和海相砂页岩型铜矿，矿化产于特定的含矿岩系中。海相含铜砂岩成矿环境主要为造山带边缘凹陷盆地，含矿层形成于浅海、滨浅海沉积相或海陆交互相的陆源碎屑岩建造中，有比较充足的物质补给源，含矿地层有志留系、泥盆系和二叠系等。矿层赋存于灰绿色岩层底部或紫红色岩层中的灰绿色夹层中，具稳定的层位特征。陆相砂页岩型铜矿，含矿岩系主要为白垩系河湖相砂岩、泥岩、砾岩，矿化具一定层位，与浅色的砂砾岩层密切相关。
区内其他矿床如热液型铜矿、斑岩型铜矿虽然主要受浅成岩浆侵入活动的控制，但是当成矿流体流经围岩时可部分萃取地层中的成矿元素，会使地层成为其物质来源之一。
（二）地层对铅锌矿的控制
地层对铅锌矿产的控制主要是喷气沉积矿床类型。矿层具有稳定的层位，具有明显的层控－层状产出特点，多产在碳酸盐岩和细碎屑岩沉积层位中，与地层同步形变。例如大东沟铅锌矿床产于长城系浅海碳酸盐岩－碎屑岩建造中，其下岩组二岩性段绿泥绢云千枚岩为含矿层位；锡铁山矿床位于奥陶－志留系滩间山群下部火山—沉积岩组上段的大理岩、炭质板岩、绿泥板岩及薄层凝灰岩组成的层位内，岩层中常见硅质岩、含锌的铁锰碳酸盐岩薄层或纹层；而蓄积山矿床则赋存于上石炭统中吾农山群上部的灰岩和杂色砂岩（已变质为千枚岩）地层中，矿体沿灰岩和杂色砂岩的界面分布或产于灰岩中。
（三）地层与钨矿的关系
祁连地区已知的钨矿床和矿点主要赋存在前寒武系中，对祁连成矿带内区域地层（岩石）地球化学的统计分析表明，钨平均含量值依次为前长城系2.19×10-6，长城系1.72×10-6，蓟县系1.65×10-6，均高于祁连全区平均值（1.44×10-6），呈现富集的特点。研究和找矿勘探已证实，区内元古宙地层，特别是与变质中基性火山喷发－沉积岩系有关的地层都具有较高含量的钨及其他相关的成矿元素，它们是随着深部的岩浆物质在海底喷发沉积而形成的。前寒武系为富钨的矿源层，岩浆热液作用使钨活化、迁移、富集，沉淀成矿，形成如矽卡岩型和石英脉型钨矿床，其成矿物质来源与前寒武系关系密切，在矿体的就位机制上受岩石的物理化学性质的控制。在裂隙发育的碎屑岩中多形成脉状矿体，而在碳酸盐岩层中多形成矽卡岩型矿体。
（四）地层与金矿的关系
金成矿往往具有物质多来源、多成因的特点，是与地层关系比较密切的矿种。在成矿作用的长期演化过程中，各类沉积建造特别是火山－沉积建造对金矿提供了物质来源，成为矿源层和含矿围岩。祁连地区含矿地层岩性多样，有元古宇的（如滩间山金矿床），也有古生界的，但以早古生代各时期的火山－沉积地层为主（如寒武系、奥陶系）。统计表明，寒武系和奥陶系金背景值分别为3.75×10-9和2.83×10-9，远高于其他地层，表明这些地层已构成了该区的主要矿源层。研究表明金矿化强度除与围岩的金丰度有关外，围岩化学活泼性、破碎程度、孔隙度等在金的成矿过程中也起重要作用（夏林圻等，2001）。
二、构造控矿因素
构造对区内的成矿控制作用十分显著。从宏观上，大地构造对矿产的空间分布产生直接的影响，形成不同的矿产和矿床类型，是划分成矿带的基础；就一个具体矿田或矿区而言，控矿构造有断裂、韧性剪切带、火山机构、褶皱等，以及它们不同形式复合和组合的构造。
（一）大地构造对成矿的控制
祁连成矿带铜（镍）、钨、铅锌、金等矿产主要受两大构造因素的控制，一是拉张构造背景，包括裂谷、裂陷、弧后扩张等环境；二是挤压构造背景，包括俯冲造山、碰撞造山、陆内造山等。不同的构造环境常形成不同的矿产，特殊的矿床类型也产于特定的构造环境中。
在拉张构造背景下，形成了较多的矿产和矿床类型。在长城纪和寒武纪大陆裂谷带，分别形成沉积变质型铁（铜）、铅锌矿产（如镜铁山、大东沟等）和与酸性火山岩有关的块状硫化物矿床（如白银厂等），在奥陶纪洋盆、弧后扩张和陆缘裂谷地段，形成与基性火山岩有关的块状硫化物矿床（阴凹槽、红沟、石居里等）及火山喷气成因的铅锌矿床（锡铁山等）。在早古生代陆内裂谷带则形成岩浆岩型铜镍矿床如拉水峡等。
在挤压构造背景下，以构造岩浆热液成矿作用为主，形成的矿产主要为铜、钨、金、铅锌等，矿床类型有矽卡岩型（塔儿沟、小柳沟等）、石英脉型（野马河、后长川等）、斑岩型（车路沟、小赛什腾山、龙尾沟等）、造山型金矿床（滩间山、寒山、鹰嘴山等）等。
（二）深大断裂对成矿的控制
深大断裂通常为构造单元的划分界线，控制着不同类型的沉积建造和岩浆建造的分布，从而也制约着不同类型的矿化和成矿带的分布。祁连地区重要的铜（镍）、金、铅锌、钨矿床皆产于区域性大断裂的两侧。如：寒山金矿床、鹰嘴山金矿床等产于阿尔金山南缘断裂带的南侧；沿北祁连南缘断裂带的南北两侧分布着塔儿沟钨矿床、小柳沟钨矿床、大黑山钨矿点、红沟铜矿床、白银多金属矿田等；鱼儿红－白泉门断裂控制了北祁连弧后盆地火山岩及块状硫化物矿床的分布；中祁连南缘断裂带对黑刺沟、贾公台、哈尔腾河、尼旦沟金矿和日月山－化隆基性超基性岩带及其铜镍矿床具有控制作用；柴达木北缘隐伏断裂带对野骆驼泉、红柳沟、青龙沟、滩间山、赛坝沟金矿及锡铁山铅－锌矿具有控制作用。根据重力、航磁和遥感构造解译，区内北东向大断裂对成矿具有明显的控制作用，镜铁山－小柳沟、白银等许多重要的矿化集中区都分布于北东向隐伏构造与北西向构造相交会的菱形块体内。
（三）次级断裂构造控矿
祁连地区主要的后生金属矿床几乎都与断裂（破碎带）有关，断裂破碎带既为成矿热液运移提供了通道，同时为成矿物质的富集、沉淀提供了空间。断裂破碎带控矿的一个重要特征是两组或多组断裂交会处往往是矿床产出部位。寒山和鹰嘴山金矿床产于NEE向与NWW 向断裂构成的“入”型构造格架内；柴北缘的金矿床产于EW 向或NWW 向断裂与NNW、NNE断裂的交会处；小柳沟钨钼矿床受北西向和北东向构造的控制；塔儿沟钨矿床受北西向和南北向断裂的控制，龙尾沟铜矿点受近南北向弧形构造的控制。
（四）韧性剪切带控矿作用
祁连地区韧性剪切断裂非常发育，与金、铜、钨成矿作用关系密切，对成矿具有明显控制作用的韧性剪切断裂带主要是妖魔山－青山－白泉门－祁连韧性剪切带、北祁连南缘韧性剪切带和柴达木盆地北缘韧性剪切带等。妖魔山－青山－白泉门－祁连韧性剪切带内分布有寒山、鹰嘴山、西山梁等金矿床（点）；北祁连南缘韧性剪切带产有大黑山矽卡岩型钨矿点；柴达木盆地北缘韧性剪切带分布着龙尾沟铜矿和野骆驼泉、红柳沟、滩间山、赛坝沟等金矿床。其中寒山金矿位于中酸性火山岩系构成的韧性剪切带中，金矿化主要产于韧性剪切带后期叠加的次级韧—脆性断裂带内，矿化带展布与韧性剪切带总体方向基本一致，各矿化带彼此平行或呈雁行状斜列，剖面上呈叠瓦状分布；龙尾沟铜矿产于弱韧性剪切带之中，矿带产于弱韧性剪切带中强变形域或旁侧的片理化带和糜棱岩化岩石中；滩间山金矿床产于炭质千枚岩中的韧性剪切带内，矿体严格受片理化带（韧性剪切带）的控制。
除上述明显受韧性剪切带控制的金矿外，区内岩金矿床大部分都与脆韧性断裂活动有关。
（五）火山机构对成矿的控制
火山穹窿、火山通道、火山口是区内与酸性火山岩有关矿床的重要控矿构造。白银地区存在白银厂火山穹窿和黑石山火山穹窿，在穹窿内发育着多处火山喷发中心。其中白银厂火山穹窿规模较大，在遥感解译图上，出现大环套小环的特点，可分出东西两个喷发中心，分别产有四个圈和折腰山等矿床。郭米寺矿田存在香子沟和大柳沟两个火山穹窿，其内环形构造发育，分别产有香子沟硫铁矿床和尕大坂多金属矿床；在直河、银灿一带有多个中心式火山口分布，块状硫化物矿床（点）均产于古火山口构造内；裂隙式火山喷发、溢流是与中基性火山岩有关矿床的重要控矿构造，如祁连地区的块状硫化物矿床就产在裂隙式火山机构附近。
除上述5种构造外，褶皱构造也是重要的控矿构造。这些部位的控矿作用主要通过轴面断裂或虚脱部位贮矿或容矿来实现。如滩间山金矿区褶皱构造是重要的控矿构造，其轴面断裂（或劈理）及层间虚脱部位（或层间滑脱带）控制着矿体的分布；镜铁山铁矿层与褶皱同步产出，并在转折端处加厚。
三、侵入岩的控矿作用
祁连成矿带岩浆侵入活动强烈，在空间上遍布各构造单元。在时间上从元古宙到白垩纪均有分布，其中古生代是岩浆侵入活动最为强烈的时期。岩浆侵入活动的控矿作用主要表现在两个方面：一是各类侵入岩上升就位过程中携带成矿溶液以其特有的成矿专属性，形成不同矿种及类型的矿产；二是岩浆活动除提供成矿物质外，本身产生热效应，将围岩中的矿物质活化淬取带出，并运移、富集，或对已有矿化或矿源层进行热液改造和再次富集，成为矿床形成的重要条件之一。
（一）基性、超基性岩的控矿作用
基性、超基性岩与岩浆型铜镍矿床有密切的关系，具明显的成矿专属性。矿体的空间分布严格受岩体的控制，形成时间上与岩体同时或准同时，多产在岩体的内部、顶部、边部及附近的围岩中。成矿岩体一般比较小，多呈小岩墙或岩脉、岩瘤，成群成带产出，岩石组合上以角闪岩、辉石岩为主，并常出现基性岩，在岩石化学成分上SiO2含量高，MgO 含量低，m/f比值变化范围为3.80～3.85，属铁质超镁铁岩。
基性、超基性岩还是金矿床的直接围岩，如鹰嘴山、川刺沟、热水大坂等金矿床（点），岩体分布在洋壳构造岩片带及俯冲杂岩带，多为镁质基性、超基性岩。岩体含金高，为金矿床（点）的主要含矿母岩。
（二）中酸性侵入岩的控矿作用
祁连地区中酸性岩浆侵入活动强烈。岩体有500多个，面积超过2×104km2。成岩时代主要为加里东期，其次是华力西期。与中酸性岩体有关的矿产主要有钨、钼、铜、金等，矿床类型主要为矽卡岩型、石英脉型和斑岩型等。
1.中酸性浅成岩的控矿作用
祁连成矿带中酸性浅成侵入岩主要分布在北祁连南缘和柴达木盆地北缘，呈链状产出。目前已发现的成矿岩体有车路沟山斜长花岗斑岩（锆石U-Pb年龄445.6Ma士3.2Ma）、浪力克闪长玢岩、干沙河正长斑岩（岩体的Rb-Sr等时线年龄为256.11Ma士12.5Ma）、龙尾沟花岗闪长斑岩（锆石U-Pb年龄为358.7Ma士3.8Ma）、小赛什腾山花岗闪长斑岩（K-Ar同位素年龄为218.5Ma±3.59Ma）等。其成矿类型主要是斑岩型，成矿元素为铜、金、钼、钨、稀土金属元素等。岩体呈脉状、条带状、透镜状产出，平面形态呈不规则状，规模一般比较小，出露面积除车路沟山斜长花岗斑岩体较大为16km2，其他不足0.3km2，但矿区岩体数量较多，且常为复式岩体。含矿岩体SiO2质量分数小于70%,Na2O+K2O3.2%～9%，早古生代岩体小于6%，晚古生代及以后的岩体在8%～10%之间。Na2O通常大于K2O。含矿岩体主要为加里东中晚期、华力西期及印支期侵入体。岩体主要侵位于前寒武系和早古生界中。岩体多数属I型花岗岩。
2.中酸性中浅成岩的控矿作用
祁连成矿带中浅成侵入岩主要分布在北祁连、中祁连等地。与成矿有关的岩体主要有野马河、塔儿沟、南尕日岛、小柳沟、金佛寺、白佛寺、尕子黑、大黑山、花石峡、大峡、先密科十余处岩体。成矿岩体的剥蚀大多数达中等程度，仍有较多的围岩捕虏体，少数为隐伏岩体（如小柳沟）。成矿岩体多为复式岩体，在其周围发育较多的岩枝和岩脉。含矿岩体产在大型岩基的边缘部位或在隐伏岩基的顶缘部位，一般为岩株、岩脉等，属I—S型或S型。在时间上复式岩体的侵入次序一般是中酸性→酸性→偏碱性，成矿岩体或含矿岩体相对富SiO2和K2O,SiO2质量分数主要集中在65%～75%之间，Al2O313.30%～16.10%,Na2O+K2O平均6.30%～8.80%,Na2O通常小于K2O，其成矿元素含量高。
与成矿有关的侵入岩主要有二长花岗岩、花岗闪长岩、斜长花岗岩、石英闪长岩和花岗岩等，成矿元素主要为钨、钼、铜、铅锌、铌钽等。钨钼矿产主要与二长花岗岩、花岗闪长岩有关，铌钽矿产多与花岗岩有关。成矿类型主要为矽卡岩型和石英脉型。成矿岩体的时代主要是加里东中晚期、华力西期以及印支期。一些大型矿床的形成与多期次的岩体有关。
3.中酸性岩体热液活动的成矿作用
本区各种类型的金矿，其形成多与中酸性岩浆成岩过程中的热液活动密切相关，热液活动使含矿物质活化、运移、富集、沉淀形成矿化。分布在柴北缘一带的华力西期岩浆岩（斜长花岗斑岩、花岗细晶岩、闪长玢岩）是滩间山、青龙沟等金矿床和双口山铅锌矿床形成的一个重要条件；中酸性岩浆活动产生的矽卡岩化及热液蚀变作用，使青龙滩含铜黄铁矿床进一步富集。分布在祁连西段的多数金矿床（点）均与中酸性岩体有密切关系，为金矿的形成提供了热源和矿源。
四、变质作用因素
对沉积变质型铁铜矿产来说，变质作用使赤铁矿变成镜铁矿，在一定的定向压力下形成定向变晶结构。变质热液对硫化物影响较大，黄铜矿由于活动性大，易发生活化、迁移、再富集，显示后生矿床的一些特征。与赤铁矿相互成层的菱铁矿，经变质和构造作用，进一步发生活化和迁移，形成了脉状菱铁矿。
动力变质作用对海相火山岩型和喷气沉积铅锌矿床等也有较大的影响，使其遭受了构造改造，矿体沿顶面常发生顺层滑动。常造成：①使矿体形态变得复杂，原来为层状矿体变为透镜状和串珠状，呈斜列式展布，以及矿体在强应变带被挤压变薄、拉断或被断裂错失，在构造扩容带膨大等；②使矿石具变晶结构、碎裂结构，条带浸染状构造或千枚状、片状构造等；③矿石如黄铜矿常沿黄铁矿的裂陷充填或胶结，表现明显的脉状穿插，黄铜矿和方铅矿发生迁移，形成一些脉状矿体。
区域变质作用所形成的变质热液，从围岩中萃取成矿物质，在有利地段富集成矿，这种现象在金矿床中表现比较明显。

（一）火山岩源区特征与部分熔融
义敦岛弧弧后火山岩以高度分异的高酸性流纹岩为主，这给探索幔源岩浆化学成分特征带来了困难，但其中的高场强元素（HFSE）和重稀土元素（HREE）由于在岩浆的运移和演化过程中变化较少，故基本能够反映源区性质和分异过程，从而为我们认识源区特征提供了一条有效途径。
Nb、Zr是参与造山带地幔循环的两个重要的不相容元素，对地幔源区的特征具有良好的指示意义。从两者的相关图中（图4-49）可以清楚地看出，本区弧后盆地中的火山岩位于离FMM不远的右上方，反映了源区轻度富集特征。另外，由于Nb比Zr具有更强的不相容性，两地火山岩在图中都表现出的w（Zr）／w（Nb）比值的变化，说明扩张盆地内火山岩浆作用的源区也存在不均一性。从农都柯矿区外围→农都柯矿区→孔马寺矿区→孔马寺矿区外围，火山岩的w（Zr）／w（Nb）比值从7.5→10→15→20不断增高，说明它们的地幔源区富集程度不断减弱。岛弧区流纹岩w（Zr）／w（Nb）比值在13左右，其源区富集程度介于两者之间。

图4-49 义敦岛弧弧后盆地和板内酸性火山岩w（Nb）-w（Zr）图

图4-50是图4-49原点附近区域的放大，Wallance和Carmichacl（1999）认为Nb、Zr的相关特性不仅可以区分岩浆源区的亏损及富集特点，而且还可以表征岩浆源区的部分熔融程度。从图中可以看出，义敦岛弧弧后盆地中火山岩大都分布在富集源区曲线附近，只是孔马寺矿区外围（西侧）的样品发生偏离。熔融程度大致处于5%～20%之间。从总体分布看，农都柯地区火山岩熔融程度较低，大体为5%～9%；孔马寺地区较高，在12%～20%之间，反映出盆地扩张接近高峰时其熔融程度比扩张初期要高，与地幔楔减压熔融机理相一致。

图4-50 义敦岛弧弧后盆地酸性火山岩Nb-Zr图

（二）俯冲组分对弧后岩浆作用的贡献
在俯冲带造山过程中，由俯冲板片释放出来的流体是决定岛弧岩浆作用性质、强度及其演化的关键因素。然而，在弧后扩张盆地中，由于离俯冲带位置较远，是否有俯冲组分参与了弧后环境的岩浆作用?由俯冲带到弧后岩浆源区俯冲组分的运移轨迹和交换机理与主弧环境有什么差别?这些都是地质学家们广泛关注并一直争论不下的问题。尤其是俯冲组分是否参与了弧后岩浆成矿作用更是摆在人们面前的一个重要科学问题。近年来，人们从地球化学、同位素、模拟实验等多个方面对这一问题开展了研究。例如利用马里亚纳海槽中的现代熔岩计算了由俯冲板片释放的富水流体中各组分的含量。Ewart等（1998）进一步利用他们的实验结果对Tonga-Lau岛弧-弧后系统火山岩开展了实验模拟，较好地再现了实际观测到的熔岩成分，并对不同化学元素在俯冲流体中的行为以及用于判别俯冲组分参与岩浆循环的可靠程度做出了评估。结果他们发现Yb在俯冲流体活动中是一个完全不活动元素，可以用来判别和区分其他化学组分在主弧和弧后岩浆作用中受俯冲流体影响的程度。他们最后得的化学元素受俯冲组分影响不断增强的顺序是：［HREE，Ti（没有指示意义）］→（MREE，Zr，Nb）→（LREE，Y）→Th→（U，Pb，K，Sr，Ba，Sc，Cs）。利用不同级序元素的对比关系和相关图解，我们能够对义敦岛弧弧后区火山岩中俯冲组分的参与情况做出评价。
在w（Y）-w（Yb）相关图中（图4-51），Ewart等（1998）给出了由中性地幔（FMM）不加俯冲组分和加入0.5%俯冲组分经15%重熔所产生的熔体的模拟结果。本区火山岩在图中分布规律很清楚，农都柯矿区外围的火山岩与主弧带的流纹岩接近，位于含0.5%俯冲组分熔体演变线上侧，说明在岩浆生成过程中俯冲组分参与较多（＞0.5%）。农都柯矿区和孔马寺矿区的火山岩一致，位于不含俯冲组分和含0.5%俯冲组分演变线之间，按相对位置估算，岩浆中俯冲组分含量大约在0.25%左右，比岛弧火山岩减少一半，这从地质作用上分析也是合理的。孔马寺矿区外围的火山岩位于FMM之上的富集区，说明它们的岩浆源区与矿区的弧后环境还有差别。

图4-51 义敦岛弧弧后酸性火山岩Y-Yb图

w（K）／w（Yb）-w（Nb）／w（Yb）图（图4-52）是Peate等（1997）根据对西南太平洋Vanua岛弧火山岩的研究结果编制的，用以估算岛弧岩浆活动中俯冲组分中高指示元素K的参与比例。从该图中我们可以看出，义敦岛弧弧后火山岩形成过程中显然也有俯冲组分（K）参与。农都柯矿区外围的火山岩与主弧带中流纹岩俯冲组分中K含量最高，占90%左右，农都柯矿区和孔马寺矿区的火山岩中俯冲组分K较低，大体在30%～60%之间。虽然火山岩浆的高度分异会使岩石K2O含量增高进而造成上述估计值偏高，但其相对顺序与Y-Yb图得出的结论一致，并与地质事实相符。孔马寺矿区外围的火山岩与A线平行分布，意味着它们来自均一源区，并且离俯冲组分较远。

图4-52 义敦岛弧弧后盆地酸性火山岩w（K）／w（Rb）-w（Nb）／w（Yb）图

（三）地壳物质同化与分离结晶
义敦岛弧弧后区火山岩中，玄武岩在分布面积上只占流纹岩的1/10左右（胡世华等，1991），并且在流纹岩中出现极度分异的超酸性岩石，说明有大量的地壳物质参与了本区的弧后岩浆作用。同时，这套双峰岩系的ISr=0.705979（胡世华等，1991），也说明岩浆形成过程中有较多的地壳物质参与。Johnson等（1996）在研究阿拉斯加Augustine火山岩时指出，不相容微量元素比值能够有效地分辨地幔原生岩浆与地壳物质的相互作用过程。在w（K）／w（Rb）-w（Rb）图中（图4-53），大量地壳物质的均匀同化驱使岩浆向w（K）／w（Rb）急剧降低的方向演化（BA），地幔原生岩浆封闭的分离结晶作用（斜长石+单斜辉石+斜方辉石+磁铁矿+角闪石）使残余岩浆向Rb增加的方向演化（CCF）。若地壳物质同化与分离结晶作用同时发生，则岩浆演化趋势介于CCF与BA之间，火山岩沿AFC方向分布。本区火山岩在该图中分布趋势很清楚，大多数沿AFC线分布，特别是农都柯地区的火山岩从矿区到外围，样品沿AFC线连续分布，充分反映了地壳物质同化与分离结晶对该区火山岩浆演化的控制作用。孔马寺地区火山岩在该图中，表现出两种趋势，矿区内的分布在BA线两侧，说明它们主要受地壳物质同化混染控制，岩浆的结晶分离作用不明显。矿区边部和外围的火山岩沿AFC线分布，说明在这些火山岩的形成过程中除了地壳物质同化混染外还有较明显的结晶分离作用。

图4-53 义敦岛弧弧后酸性火山岩w（K）／w（Rb）-w（Rb）图

任何岩浆在固结成岩过程中，总免不了发生或多或少的结晶分离作用。主要矿物的结晶分离可以主宰岩浆的演化趋势（如农都柯地区的火山岩）。反之，火山岩结晶分离趋势不明显（如孔马寺矿区）并不排除少量矿物或副矿物的分离结晶，在氧化物对SiO2变异图中显示出本区各地火山岩都有呈现线性相关的组分，不同地区呈线性相关的氧化物，指示着发生分离的矿物种类不同。这种趋势在w（V）／w（Ti）-w（Ti）／w（Zr）图中，（图4-54）得到了进一步体现。根据Ti、V、Zr 3种元素在不同矿物中的分配系数，再结合主要氧化物的变异特点，我们能够对不同地区火山岩发生分离的矿物种类做出判定。从图中我们可以看出，农都柯和孔马寺两地区火山岩的演化趋势各具特点，区别非常清楚。农都柯地区火山岩虽然矿区内和矿区外围岩浆源区有差异，但它们在图中共同构成双曲分布，说明它们的演化受同一种矿物分离作用制约。这种分离趋势要求分离相中各元素分配系数遵守KV＞KTi＜KZr。根据Marumo（1989）的综合资料，在中酸性火山岩中符合这一条件的矿物为斜长石。CaO与SiO2表现出的负线性相关也支持了这一结论。孔马寺地区火山岩的w（V）／w（Ti）与w（Ti）／w（Zr）比值呈现正相关并由高到低变化，要求分离相中各元素分配系数应具有KV＞KTi＞KZr关系，从矿物分配系数和氧化物含量变化（图5-31）来看，该矿物应为磁铁矿。由于磁铁矿在火山岩中为少量矿物，它的分离并没有造成整个岩系沿分离结晶趋势演变，所以在图4-53中仍表现出明显的地壳同化混染趋势。从这里我们还可以获悉，对于某一特定地区来讲，火山岩的岩浆源区可以不同，但当岩浆离开源区侵位到浅部或喷出地表后，其冷凝固结过程往往受同一结晶矿物分离控制。这时起决定作用的是岩浆所处的环境条件，如温度、压力、氧逸度、水活度等因素。因为这些因素在某一特定区域内是相对稳定和均一的。

图4-54 义敦岛弧弧后盆地和板内酸性火山岩w（V）／w（Ti）-w（Ti）／w（Zr）图

一、矿源层

燕山地区太古宙—古元古代斜长角闪质中深变质岩系是金、银、多金属矿化的主要矿源层，它为成矿作用提供了矿质来源，这已为大量地质资料所证实。

1.矿化与太古宙—古元古代变质岩系空间分布的紧密相关性

燕山地区金、银、多金属矿床多数分布于太古宙—古元古代中深变质岩系中，如金厂峪金矿、华尖金矿、小营盘金矿、青羊沟铅锌矿、姑子沟银-多金属矿、金厂沟梁金矿、莲花山金矿等，冀东地区金矿多数分布于迁西群斜长角闪岩分布区，且矿化与矿源层空间上紧密伴生，矿源层金丰度较高（表4-1）。

表4-1　燕山地区太古宙—古元古代变质岩金丰度对比表

2.矿源层提供金、银、铅、锌等矿质的可能性

大量测试资料表明，燕山地区矿源层的Au、Ag、Pb、Zn、Cu含量较高，其在斜长角闪岩、斜长角闪片岩、片麻岩中的含量高于地壳克拉克值。于润林等以大量微金分析资料说明：冀东金厂峪一带迁西群以斜长角闪岩为主的变质岩金平均丰度为5.05×10^-9，高于地壳克拉克值3.5×10^-9；笔者在远离矿区的未蚀变的迁西群斜长角闪岩中取样并测定金丰度，测出其金含量为4.5×10^-9，高于区内混合岩、麻粒岩与中生代火山岩，也高于地壳克拉克值（表4-1）。杨锡彬、傅成义等分别对冀西北、辽西地区变质岩与中生代岩浆岩的Pb、Zn、Ag、Mo丰度进行过研究，结果表明，在斜长角闪岩质变质岩中这些元素的丰度常高于混合岩与中生代火山岩、侵入岩（表4-2）。

表4-2　燕山地区变质岩与岩浆岩Cu、Pb、Zn、Mo、Ag丰度对比表

因此，燕山地区矿源层具有提供Au、Ag、Pb、Zn等矿质的良好地球化学背景。杨凯（1988）对冀东角闪质变质岩中金的浸出能力进行过实验研究，结果表明，在含HS^-、Cl^-等离子的较酸性溶液中，斜长角闪岩中的金有较强可溶性，易于迁入热液中；这为斜长角闪岩作为金的矿源层提供了实验依据。

3.金、银、多金属元素来源于矿源层的同位素证据

矿石铅同位素资料表明，燕山地区金、银、铅锌矿床的矿石混合铅中，第一阶段铅均来自于矿源层，模式年龄t₁反映了矿源层的成岩年龄（表3-12）。从而说明矿源层对区内重要矿床成矿作用至少提供过部分矿质。

一些学者通过氢、氧同位素资料证实，成矿热液中有变质水的影响或加入（王时麒等，1985）。

上述资料充分地反映了燕山地区矿源层对金、银、多金属矿化的重要意义。

二、岩浆控矿

燕山地区中生代岩浆侵入、火山喷发作用对金、银、多金属矿化具有明显的控制作用。

1.岩浆活动与矿化空间上的紧密伴生性

燕山地区中生代大部分金、银、铜、铅、锌、钼矿化都与印支、燕山期岩浆侵入体或火山活动存在空间上的密切伴生关系；矿体或分布于中酸性火山岩、侵入岩内部，或分布于侵入岩接触带，前者如斑岩型金-铜-钼矿、火山岩型金-银矿、脉型钼矿，后者如夕卡岩型铜-钼-铅锌矿、脉型铅锌矿-多金属矿（表2-1）。中生代石英脉型金矿部分分布于中生代花岗岩内，如峪耳崖金矿、东坪金矿、茅山金矿、水泉金矿等（表2-1），部分分布于中生代花岗岩周围，如山家湾子金矿、金厂沟梁金矿、金厂峪金矿、撰山子金矿等矿床。蚀变岩型金矿如后沟金矿、高家店金矿等皆分布于中酸性侵入体中。中生代矿化与岩浆活动在空间上紧密伴生，并具有成因联系。

2.岩浆活动与矿化时间上的一致性

中生代金、银、多金属矿床成矿期与赋矿岩体、火山岩的成岩时代具有一致性，见表3-9、3—10和3—11。

在时间演化方面，燕山地区燕山期金、银矿化存在两个高峰期，其时代分别为160～170Ma与100～110Ma，与区内燕山期岩浆活动两个高峰期的发生时间一致（图3-20）。

3.岩浆活动提供矿液与矿质的可能性

燕山地区除矿源层提供矿质外，中生代岩浆活动也为矿化带来了部分矿质与矿液。

中生代赋矿岩体的有关微量元素丰度高于一般非含矿岩体，如铅锌矿、铜-钼矿赋矿岩体岩石Pb、Zn、Cu、Mo含量高于其他岩体（表4-2）。牛心山、茅山、峪耳崖、高家店等发育金矿化的花岗质岩石微金含量明显高于非金矿化岩体，也高于地壳克拉克值（表4-3）。这为有关矿化提供了良好的地球化学背景。

峪耳崖金矿、洼子店金矿等矿床的矿石硫同位素资料表明，δ³⁴S呈单塔型分布，峰值所对应的δ³⁴S略正偏（图4-1）；反映矿石硫来源于下地壳或上地幔。

以上资料说明，中生代岩浆活动为本区成矿作用提供了部分成矿物质与成矿热液。

中生代岩浆活动与矿化空间上的紧密伴生性、时间上的一致性与岩浆活动提供矿质、矿液的可能性充分反映了燕山地区岩浆控矿的意义。

成矿热液的氢、氧同位素资料表明，部分矿床如峪耳崖金矿、金厂峪金矿的成矿热液部分来自于岩浆水，三家金矿、茅山金矿与金厂峪金矿的成矿热液有岩浆水的混入（图4-2）。

表4-3　燕山地区岩浆岩、变质岩金丰度对比表

①据于润林，1989；②据刘英俊等，1984；③据黎彤，1976；其余为本文资料。上角有＊者为含金矿化岩石，其他为非含金矿化岩石。

图4-1　矿质来源于下地壳或上地幔深部源的金矿床矿石硫同位素分布图（据吉林冶金地质勘探公司研究所，1979资料编绘）

Fig.4-1　Diagrams of sulfer isotopic compositions of gold deposits in Yanshan area

a—峪耳崖金矿；b—洼子店金矿。纵坐标N为样品数

三、构造控矿

1.陆内造山作用创造出有利的成矿地质背景

图4-2　燕山地区部分金矿床含矿热液δD—δ¹⁸O图解（据于润林、余昌涛等，1989资料编绘）

Fig.4-2　Isotopic diagram of δD—δ¹⁸O of gold deposits in Yanshan area

燕山地区地质历史时期发生了多期强烈的地壳运动，但区域金、银、多金属成矿作用主要发生于中生代陆内造山时期，而在其它时期仅形成少量的金-多金属矿床（图3-18、3—19）。究其原因，主要是因为中生代陆内造山作用提供了非常有利的成矿地质背景，陆内造山期频繁的构造-热事件产生了金、银、多金属成矿所必需的热动力、成矿流体、合适的物理化学条件及良好的成矿构造环境。因此，中生代陆内造山作用成为燕山及邻区金-多金属成矿不可缺少的区域背景。

2.不同级别的构造在区域成矿中发挥不尽相同的作用

在燕山陆内造山带内，中生代不同级别的构造对不同级别的成矿单元提供不同类型的成矿地质条件。一级纬向与北东—北北东向隆起带提供金-多金属成矿的有利区域构造环境，区域主干深断裂带为热源体即岩浆的上涌提供必需的通道，区域性二级、三级断裂构造及其复合提供了良好的导矿构造与成矿流体长距离运移、循环的主要通道。矿田、矿区范围内的北东—北北东向、东西向、北西向及近南北向断裂、断裂破碎带、裂隙构造为成矿流体的运移、矿质富集提供了良好的空间。

3.断裂构造通过控制热源体分布进而制约矿化的空间展布

在燕山陆内造山带内，中生代断裂构造对火山喷发、岩浆侵入均有显著的控制作用。大部分的岩浆侵入体与次火山岩都沿不同级别的断裂带展布。而中生代岩浆是本区金-多金属矿化最主要的热源体，并能提供一定的矿质与成矿流体。因此，燕山陆内造山带断裂、岩浆活动、成矿作用三种地质事件常在时间、空间与成因上紧密关联，三位一体，构成中生代不同级别的断裂-岩浆-成矿带（吴珍汉，1991）。

4.主造山期构造脉动性活动导致成矿作用的多阶段性

在燕山陆内造山带内，中生代主造山期构造-岩浆热事件频发，构造调整作用非常活跃，使成矿期构造应力场发生一定程度的变动，导致矿田、矿区范围内成矿物化条件的波动与已形成矿脉的错动或破碎，在容矿构造带内部不断造成新的裂隙并在其中充填新的成矿物质，形成新的矿脉，从而产生热液型金、银、多金属矿化的多阶段性特点。不同阶段矿脉的矿石矿物组合、形成的温压条件都不相同，并且在空间上叠加或相互交切（图4-3）。

图4-3　冀东典型金矿床不同阶段矿脉穿切关系素描图

Fig.4-3　Sketch map showing the cross-cutting relation of veins of different metallogenicstages of gold deposits

1—绿泥石化花岗岩；2—绢云母片岩；3—绢英岩；4—钠长石-石英复脉；5—乳白色石英脉；6—硫化物-石英脉；7—第Ⅰ阶段石英脉；8—第Ⅱ阶段石英脉；9—成矿前石英脉；10—过渡地质界线

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　主要控矿因素分析视频