成矿过程的阶段性

成矿过程的复杂性~

1.成矿强度的演变
在一个区域成矿系统中，成矿作用过程有长有短，可以根据直接定年法与地质推断法结合获得的各个矿化阶段的年龄进行排序，提出成矿过程的时间表。现以研究工作较系统的安徽沿江地区铜、金、铁、硫矿床为例，说明其成矿强度和成矿物质组成随时间的变化情况。据唐永成等（1998）分析，该区与岩浆活动有关的铜、金、铁、硫成矿作用集中在中生代燕山期（170～90 Ma）的构造-岩浆-热事件中。区内铜-金成矿系列集中于137 ± 5 Ma，为主要成矿期；在晚白垩世初期约100～90 Ma，仅形成个别铜-金矿床，代表金-铜成矿的尾声。铁-硫成矿系列的成矿起止时间与铜-金系列大体相同，但成矿高峰期偏晚，主要集中在135～120 Ma时段，形成了著名的产于中生代火山岩盆地内的“玢岩铁（硫）矿”，是该区铁、硫矿床最主要的成矿期（图5-6，5-7）。从图中可以看出，铜、金系列和铁、硫系列虽都有150～90 Ma的较长形成过程，但主成矿期的间隔是狭窄而短暂的。

图5-6 矿化强度随时间变化

（据唐永成等，1998）
1—强烈；2—较强；3—弱

图5-7 不同地质环境中矿化强度与时间分布

（据唐永成等，1998）
Ⅰ—块断隆起区；Ⅱ—过渡区；Ⅲ—断陷火山盆地
成矿强度随时间的变化，与系统内部各要素耦合状况和外部环境的扰动程度有关。当各种成矿要素开始耦合形成造矿功能时，多是微量、渐变的成矿过程，表现为较轻微或一般强度的变化。当系统内部成矿的持续涨落发展到进入混沌状态边缘时，成矿功能突然进入最强烈状态，形成成矿的高峰，也即大型矿床甚至超大型矿床形成阶段（於崇文，1999）。所以，成矿过程中成矿强度的变化与各成矿要素耦合状态的变化、系统自组织能力的变化以及外界环境干扰状态的变化等因素都有一定关系。
2.成矿组分的演变
除成矿作用过程中成矿强度随时间的变化外，成矿物质组分也有随时间变化的趋势。仍以安徽沿江地区为例（唐永成等，1998），在不同的矿床系列中，主要成矿元素和伴生成矿元素（组合）也呈现出一定的演变趋势（图5-8）。例如，在铁-硫成矿系列中，Fe为主要成矿元素，早期伴生V、Ti、P，中期主要伴生S，到晚期主成矿元素则转化为Cu、Au，间有Pb、Zn和Ag。从安徽沿江地区控矿要素分析，可以认为成矿组分随时间的变化与该区岩浆-热液的成分变化及流体的温度、压力、浓度等的演变有密切关系。
3.矿床类型随时间的演变
成矿系列的形成过程中，成矿方式和矿床类型并非一成不变。如前述的安徽沿江地区铜-金矿床系列形成早期，有层控矽卡岩型、矿浆熔离-贯入型、矽卡岩型等矿床，而其后形成的矿床类型有斑岩型、热液充填-交代型等，最后为单一的脉型。在铁-硫矿床系列中，形成较早的矿床类型有矿浆贯入型、气液伟晶型、玢岩型等，其后为热液交代-充填型和沉积-热液叠加-改造型，最后为单一的脉型。上述两个成矿系列中，矿床类型由早到晚有由复杂到较简单，再到单一的变化趋势。

图5-8 铁、硫矿床系列成矿元素组合随时间变化示意图

（据唐永成等，1998）
Ⅰ—主成矿期；Ⅱ—晚成矿期
4.控矿要素随时间的演变
上述成矿强度、成矿组分和矿床类型随时间前进而发生的种种变化，都与成矿系统中的成矿要素和控矿条件随时间的变化有关。前已说明，成矿系统是一个动态的开放系统，系统与环境之间一直进行着物质和能量的交换作用，这个作用时而强烈、时而轻微，视各成矿要素间的耦合程度而变化。成矿过程中，如矿源场的组成和供应数量、供应速度发生变化，或流体中加入某些成矿物质，或溶液中P、T、Eh、pH等参量变化导致某些伴生组分的相对浓集等，都可能使成矿物质组分发生变化。成矿过程中，成矿流体的状态或赋矿围岩发生明显变化，如由较高温、密度较大的富矿熔浆（鄂东南和宁芜地区的富铁矿浆等）转变为温度较低、密度较小、挥发分增多的富铁气液时，则形成的矿床类型相应由矿浆型铁矿转化为热液交代-充填型铁矿（如大冶灵乡铁矿）。当围岩为碳酸盐岩时易被含矿流体交代而形成矽卡岩型矿床，而后来的矿液再上升在碎屑岩中就位时，则易形成裂隙充填型矿脉。
总之，由于成矿组分，成矿方式和成矿强度以及控矿因素随时间的显著变化，一个统一的成矿过程显示出阶段性，下一节专门讨论这一问题。

一、矿床规模与矿体特征
乳山金矿田金青顶矿区现已圈定金矿体13个，属大型矿床。其中，Ⅱ号矿体占储量的85%，其他矿体规模甚小，呈平行脉状隐伏于—200m标高之下Ⅱ号矿体上、下盘。现择Ⅱ号矿体简述如下。
该矿体由含金石英单脉组成，局部脉体与脉侧矿化蚀变岩构成复合型矿体。其形态为似板状，在平面上呈反“S”型，剖面上为弱弯曲“S”型。赋存标高＋120——770m，最大长度365m，平均280m。矿体延深＞延长，侧伏斜深800m尚未尖灭。矿体向NNE侧伏，侧伏角65°左右。矿体走向14。47°，趋势走向约30°；趋势倾向在10线以南为SE，倾角77°—90°，10线以北为NW，倾角＞85°；水平厚度0.30—6.96m，真厚度0.29—6.75m，平均2.10m，变化系数72%（较稳型）；金品位最高318.00×10-6（—285m中段12A线），一般（1.5—30）×10-6，平均20.10×10-6，变化系数156%（不均型）。
从脉状矿体的厚度分布特征来看（图2-2），其南北端部趋向减薄，中心趋于加厚，这是由于南北两端断裂走向拐折段趋于消失、区域应力松弛所致断裂引张部位在端部趋于封闭造成的。15线以南，矿体在垂向上厚薄相间的特点比较明显，与该区断裂剖面呈“S”型弯曲密切相关。矿体厚度在断面向NW倾地段明显加大，甚至在13、15、17诸线，矿体只出现于此种地段。
矿体中富矿段在以45°角侧伏方向上，呈十分明显的等间距分布（图2-3）。各富矿段中心间距约为250m，由浅而深略有增大。富矿段的形态受两组构造控制，一组是大体向 NNE方向倾斜的裂隙系统，它与主断裂的交线向（N)NE侧伏，这是该区裂隙系统的主体（见第二章），因而控制富矿段向（N)NE侧伏方向等间距反复出现，同时使 0m、—150m处两个富矿段呈扁豆体状向（N)NE侧伏；另一组构造是大体向S—SW倾斜的裂隙系统，它与主断裂的交线向（S)SW侧伏，由于其不是本区裂隙系统的主体，故不能控制矿体的总体分布。但是主断面拐折线也为（S)SW倾伏，与该组裂隙系统联合作用却使—300m和—500m处富矿段以扁豆体状向（S)SW侧伏，0m和—150m富矿段的北上方也出现零星富矿。同矿体厚度的变化类似，断面向NW倾部位，金品位增高，断面向SE倾部位，金品位下降。

图2-2　金青顶矿区Ⅱ号矿体等厚线垂直纵投影图


图2-3　金青顶矿区Ⅱ号矿体Au品位等值线垂直纵投影图

二、矿石组构
1.矿石结构
按照矿石结构的成因特点.可分为：①反映矿物结晶作用的结构，包括全自形粒状、半自形粒状、他形粒状等结构；②反映应力作用的结构如压裂结构、碎屑结构；③反映矿物生成顺序的结构如包含结构、填隙结构和网脉状结构；④反映成分转移的结构如交代残余结构、结肠状结构、反应边结构、溶蚀结构、假象结构等；⑤反映固溶体分解的结构如溶离结构、乳滴结构等。
2.矿石构造
主要有脉状、梳状、浸染状、条带状、斑块状、角砾状和晶洞状构造。矿化作用的前锋，一般硫化物含量较低而温度较高，物质分布相对较均一，多形成梳状、浸染状。矿化作用高峰期，大量硫化物沉出，形成致密块状、脉状构造。矿化晚期成矿物质被大量消耗，热液温度大大降低，伴随的构造作用又使早期形成的构造遭到破坏，故此时以斑块状、条带状、角砾状为特征。晶洞状构造的产生主要取决于含矿热液中的沉淀物质对构造空洞的充填度，充填度小则晶洞较多，反之亦然。金青顶金矿中，晶洞构造在整个矿化期都有生成，但占整个矿石构造的比例极微，说明物质供应足够充分，因而也才得以形成大型单脉金矿床。
三、矿床矿物组成
乳山金矿床现已发现包括自然元素矿物、氧化物、硫化物、碲化物、碳酸盐、硫酸盐和硅酸盐7类共28种矿物。其中以氧化物、硫化物和碳酸盐含量最高，硅酸盐矿物主要见于局部发育的蚀变岩型矿石和脉状矿石的角砾中。已有结果综合如下。
原生成矿热液形成的矿物：主要有自然金、黄铁矿、黄铜矿、石英、绢云母和菱铁矿；其次有银金矿、方铅矿、闪锌矿、碲金银矿、水云母、绿泥石和方解石，尚有少量磁黄铁矿、毒砂、辉铜矿、斑铜矿、碲银矿、碲铅矿、碲铋矿、铁白云石、铁方解石和重晶石。
次生作用形成的矿物主要有褐铁矿、石英、高岭石、孔雀石、蓝铜矿，少量辉铜矿和绿泥石、蒙脱石等。
四、矿石类型
按矿石构造特征主要分为脉状矿石、网脉状矿石、角砾状矿石、浸染状矿石等四类。
按矿物组合主要分为：石英－黄铁矿－金矿石；石英－多金属硫化物－金矿石；石英－黄铁矿－菱铁矿－金矿石。尚有较少石英－绿泥石－黄铁矿－金矿石。
矿石自然类型主要是原生矿石。次生氧化带仅在地表数米内发育。原生带—250m以上以多金属硫化物矿石为主，以下以黄铁矿矿石为主。
五、成矿阶段划分
将军石断裂中金矿床的形成是以昆嵛山岩体的形成为前提的。在此基础上，可将成岩成矿过程划分为成岩期、成岩成矿过渡期、成矿期和表生期。
1.成岩期
指昆嵛山岩体和黑云二长花岗伟晶岩的形成期。研究表明，该岩体为乳山金矿田矿质的主要来源。
2.成岩成矿过渡期
这一时期，基本固结的岩体受各种内力和构造力作用而形成众多微裂隙和一系列大型断裂，残余热液在高温压、高化学位驱动下，通过微裂隙向大型断裂运移过程中，固液体系处于高氧逸度碱性条件下，发生范围广阔的线状和面状红化带。绢英岩化早期，Au等成矿元素一方面被调动，一方面被封闭，形成 Au元素氧化－还原动态平衡略以还原为主导的局面，因此仍属成岩成矿过渡时期。
3.成矿期
成矿期的开端，应以介质由碱性向酸性、氧化向还原，金由迁移向沉淀的转变点算起。以此为原则，根据矿物共生组合特征和形成先后关系，可将乳山金矿田成矿期划分为早晚两期八个成矿阶段。
第一期，以黄铁矿为特征的早成矿期。
包括以下四个阶段：
（1）黄铁绢英岩化阶段：黄铁绢英岩典型矿物组合为石英、绢云母（水云母）、黄铁矿。石英是相对较酸性条件下的产物，黄铁矿为还原环境的产物。黄铁绢英岩的出现，标志成矿介质已开始由高氧逸度碱性特征向低氧逸度酸性转化。金也开始由 Au1＋、Au3＋价态转变为还原态Au而沉淀。因此，黄铁绢英岩化即是成矿期的开端。
（2）黄铁矿石英阶段：是交代作用向充填成矿的转变点。生成以乳白色粗粒自形－半自形石英为主、含少量粗粒自形黄铁矿的石英大脉。脉体梳状构造发育。由于主要矿物石英（含量占 85%＋）仅含金 0.149×10-6，银 1.4×10－6（山东第三冶金地质勘探公司，1989）山东第三冶金地质勘探公司，金青顶金矿地质勘探报告，1989。，故不达工业品位。
（3）石英黄铁矿阶段：以大量中细粒半自形黄铁矿和少量石英的生成为特征，呈较宽大脉体（5—30cm）穿切黄铁矿石英脉。其主要矿物黄铁矿（含量占60%＋）含Au高达239.6×10-6、Ag1284.7×10-6，是最重要的成矿阶段。
（4）石英菱铁矿阶段：石英黄铁矿阶段使热液中S2－大量消耗；在fco2增高情况下，便形成石英菱铁矿脉。其中仅微量黄铁矿和金银系列矿物，是矿化作用间断的标志。
第二期，以多金属硫化物为特征的晚成矿期。
晚成矿期是早成矿期在断裂附近聚集的含矿热液大量散失，成矿物质大量沉淀以后，气液物质进一步从固结较晚的花岗岩中逸出聚集的结果。由于与早期热液物质来源可能不完全相同，二者成分有较大差异。
晚期也可分为四个阶段：
（5）镜铁矿石英阶段：典型矿物组合为石英、镜铁矿、磁铁矿、菱铁矿，为作者首次发现并确立的成矿阶段。金青顶矿区发育较差，仅以细脉穿切石英菱铁矿脉，又被多金属硫化物脉所穿切。福禄地金矿可见3—5cm宽的镜铁矿石英脉穿切绢英岩，或在石英黄铁矿脉壁上生长，伴生的黄铁矿具溶蚀结构，属早期产物。镜铁矿石英脉带状构造明显，反映矿物生成顺序为石英→镜铁矿→磁铁矿→菱铁矿。该阶段物质分布量虽然不大，但对成矿作用的认识很有意义。它表明早期成矿之后，成矿介质再次回归到氧化环境，这对围岩中尚未活化的Au氧化参与成矿无疑是有利的。
（6）多金属硫化物阶段：是晚成矿期热液短暂氧化之后还原的转变点。石英、黄铁矿仍是脉体的主要成分，但黄铜矿、方铅矿、闪锌矿为其特征组合。此外，磁黄铁矿和多种碲化物在此阶段也可见到。硫化物约占脉体30%—50%。它是晚成矿期主要成矿阶段，与早期的石英黄铁矿阶段相比，贵金属含量显著降低，黄铜矿、方铅矿和闪锌矿的含金量分别只有2.13×10-6、0.44×10-6和 2.12×10-6，黄铁矿和石英也仅42.1×10-6和0.645×10-6。
（7）石英绿泥石阶段：以细鳞片状铁镁绿泥石和细粒石英为特征组合，少量细粒黄铁矿、菱铁矿和铁白云石分布不均。1990年作者首次在金青顶矿区—195m——235m中段12线附近发现含黄铁矿石英绿泥石脉，1991年又先后在金青顶—285m、—335m和—385m中段10线附近及邓格庄、铜锡山、初家沟、吉子园、双山子、福禄地等矿石中大量见到。其分布的广泛性已明显超过石英方解石阶段，含细粒黄铁矿的石英绿泥石脉体微金分析可达11.87×10-6（中国地质大学（北京）化分室，1991）。探针分析菱铁矿含Au0.24%，铁白云石1.145%（2点平均）（中国地质大学（北京）探针室，1991）。已构成一种重要的贫矿矿石类型。
（8）石英方解石阶段：多呈细小脉体或在晶洞洞壁生长。石英、方解石有时呈带状脉，形成顺序为石英→方解石。二者多分布不均，常见单矿物石英脉或方解石脉。它标志着整个成矿过程的结束。
4.表生期
其地质作用表现为对原生矿石的改造和破坏，但主要在地表0至几米内产生明显影响。因地下水沿裂隙渗透，深部也局部可见表生矿物。其特征矿物组合在地表为褐铁矿、孔雀石、蓝铜矿，向下有辉铜矿、蓝铜矿以及高岭土、绿泥石等。地表矿石构造主要是块状和蜂窝状。块状构造较发育，说明表生作用不强烈。
现将乳山金矿田主要矿物生成顺序综合列表如下（表2-3）。
表2-3　乳山金矿田矿物生成顺序表

在成矿的时间维上，可划分为三个基本层次或尺度，即成矿事件、成矿期和成矿阶段。一个成矿系统的形成过程，相当于一个成矿事件。在一个事件过程中，因成矿强度、成矿组分、矿床类型及控矿条件的显著变化而划分出成矿期。在一个成矿期中，因成矿微过程，即具体成矿方式的变化，可划分出若干个成矿阶段。可以用不同成矿期来表示成矿作用过程中的几次显著变化。每一个成矿期都产有一定的矿种（组合）和矿床类型（组合）。这些矿床类型组合或矿床系列则各有其一定的空间位置，产于成矿区带中的某一构造-岩石部位，有的构成成矿亚区或亚带。现以冀北—辽西地区燕山期金属成矿系统为例，说明成矿期、成矿阶段的划分依据以及各不同矿床系列间复杂时空结构。

冀北-辽西地区经历了太古宙—古元古代克拉通基底形成、中-新元古代克拉通基底上裂陷槽沉积和古生代稳定大陆环境下的陆表海沉积、印支期—燕山期陆内造山作用和新生代伸展体制下的盆岭构造演化等阶段，形成大型山系及盆地。本区燕山期造山作用对岩浆活动及与之有关的矿床形成起了极为重要的作用。石准立等（1996）厘定了燕辽地区中生代构造岩浆活动的时空序列，提出了中生代花岗岩类单元-超单元-岩基段划分方案。将区域中的内生金属矿床划分为斑岩型、矽卡岩型、岩浆热液脉型、次火山热液型及热泉型等8种类型。总的构成一个成矿系统，即燕山期花岗岩类有关的成矿系统，再依据矿化与岩浆岩的关系划分出四个矿床系列，即：

Ⅰ.与钙碱性中酸性侵入岩有关的钼、铁、铜、铅、锌、铀矿床系列；

Ⅱ.与铝过饱和酸性侵入岩有关的蚀变岩型铌、钽矿床系列；

Ⅲ.与中酸性火山-次火山岩有关的热液及热泉型银、金、锰矿床系列；

Ⅳ.太古宙变质岩及中酸性侵入体中的热液金矿床系列。

其中，第Ⅰ成矿系列又可根据成矿环境和热液蚀变岩特征分出三个矿床亚系列：Ⅰ₁—与中浅成中酸性岩有关的矽卡岩成矿亚系列；Ⅰ₂—与浅成中酸性岩有关的斑岩型成矿亚系列；Ⅰ₃—岩浆热液脉状、网脉状成矿亚系列。

各成矿系列的矿床具有多期性，期与期的划分是以构造应力场的转换为界限的。依据构造-岩浆-成矿作用的差异，将研究区的燕山期花岗岩有关的成矿系统划分为三个成矿期，即：①印支末期—燕山早中期（T₁—J₂），本区以东西向挤压、拉张构造控制为主，形成沉积带边缘的矽卡岩型钼、铅、锌矿床（杨家杖子）和隆起带的热液型金矿（小营盘）；②燕山中期（J₃）以北东-南西向走滑断层为主，形成斑岩型和热液脉型钼、铁、铜、铅、锌、金矿床（大湾、兰家沟等）；③燕山晚期（K₁）为北西-南东向拉张期，伸展构造遍布全区，发育有火山-次火山热液型银-金-铅-锌矿床（蔡家营子），其中冀北隆起区的北西-南东向断裂是主要控矿构造。

在上述工作基础上，石准立等提出了区域中生代成矿系统的内部结构及时空分布规律图——区域成矿模式图（图5-9）。

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