接觸交代(矽卡巖型)礦床課件

接觸交代(矽卡巖)礦床（一）概述（二）矽卡巖型礦床的形成條件（三）矽卡巖型礦床的成礦作用和成礦過程（四）矽卡巖型礦床的類型和特征接觸交代礦床是指中酸性侵入體和碳酸鹽類等巖石的接觸帶及其附近，由含礦熱液交代作用而形成的熱液礦床。在接觸交代礦床中一般都具有典型的矽卡巖礦物組合，而且礦床在成因和空間上都與矽卡巖存在密切的關(guān)系。因此，這類礦床又稱矽卡巖型礦床（skarndeposits）。（主要礦物成分有石榴子石、透輝石、鈣鐵輝石、綠簾石，其次為硅灰石、電氣石、陽起石、綠泥石、石英等。）侵入體的存在是矽卡巖型礦床的一個(gè)前提條件。（一）概述矽卡巖型礦床大多產(chǎn)于中酸性巖漿巖與碳酸鹽類巖石的接觸帶上，并多產(chǎn)于外接觸帶，一般距接觸面100~200m范圍內(nèi)（圖6-1）。礦體的產(chǎn)狀、形狀均比較復(fù)雜，礦體連續(xù)性也差。常呈似層狀、透鏡狀、巢狀、柱狀、脈狀等。規(guī)模大小不一，有直徑數(shù)米的小礦體，也有長數(shù)公里、延深達(dá)千米以上的巨大礦體。一般為中等規(guī)模，厚10~30m，沿走向長200~500m。、除有的鎢、鉬、錫、鐵、銅等類礦床可達(dá)大型外，多數(shù)礦床為中小型。（1）、礦體的產(chǎn)狀、形態(tài)與規(guī)模1、接觸交代（矽卡巖）礦床特點(diǎn)（2）、礦石物質(zhì)成分及結(jié)構(gòu)構(gòu)造非金屬礦物：石榴石、輝石及其它鈣、鎂，鐵，鋁的硅酸鹽礦物（如鎂橄欖石、硅鎂石、符山石，方柱石、蛇紋石、透閃石、陽起石、綠泥石、綠簾石、金云母）等。此外，還有石英、螢石、黃玉及含鎂、鐵的碳酸鹽礦物金屬礦物：以氧化物和硫化物為主，如磁鐵礦、赤鐵礦、錫石、白鎢礦、方鉛礦、閃鋅礦、黃銅礦、黃鐵礦、毒砂等；硼及鈹?shù)V物次之，如硼鎂鐵礦、硼鎂石．硅鈣硼石、日光榴石、香花石、硅鈹石等礦石的結(jié)構(gòu)構(gòu)造：塊狀構(gòu)造、浸染狀構(gòu)造、條帶狀構(gòu)造、晶洞構(gòu)造等；由于成礦溫度較高，有揮發(fā)性組份的參與，因而礦石一般多為粗粒結(jié)構(gòu)（3）、礦床的分帶性

按出露位置，矽卡巖可分內(nèi)帶和外帶二個(gè)帶：內(nèi)帶是指交代巖漿巖形成的矽卡巖帶，內(nèi)帶主要由較高溫礦物組成，如石榴石、輝石等，次要礦物有符山石、方柱石等。外帶是指交代碳酸鹽巖等圍巖形成的矽卡巖帶，外帶主要由高-中溫礦物組成，如石榴石、輝石，角閃石、綠泥石、綠簾石、陽起石等，次要礦物有硅鈣硼石和斧石等。

金屬礦化的分帶性金屬氧化物（磁鐵礦、赤鐵礦等）主要分布在靠近巖體一側(cè)的接觸帶上，和內(nèi)矽卡巖帶共生，很少產(chǎn)于遠(yuǎn)離接觸帶處。金屬硫化物（黃鐵礦、黃銅礦、閃鋅礦、方鉛礦等）主要分布在靠近圍巖一側(cè)的外接觸帶上，和外矽卡巖帶共生，少數(shù)可直接產(chǎn)于碳酸鹽類圍巖中。金屬礦化往往還和某些特定的矽卡巖帶密切共生，如鐵礦化常富集于透輝石、石榴子石矽卡巖帶內(nèi)，銅礦化經(jīng)常和綠簾石、透閃石等矽卡巖伴生，鉛鋅礦化則在矽卡巖體之外，靠近灰?guī)r的地段沉淀。矽卡巖型礦床具有重要的工業(yè)價(jià)值。從世界范圍看，這類礦床是世界鎢的最主要來源（超過70%的世界鎢產(chǎn)量來自該類礦床），是銅、鐵、鉬、鋅的主要來源之一，同時(shí)也是鈷、金、銀、鉛、鉍、錫、鈹、稀土、硼等相對(duì)次要來源。矽卡巖型礦床在我國也占有特殊地位，如矽卡巖型銅礦占我國銅礦儲(chǔ)量的第三位（16.4%），占富銅礦儲(chǔ)量的第二位；鐵礦占富礦儲(chǔ)量的第一位（38.0%）。2、礦床的工業(yè)意義（二）矽卡巖型礦床的形成條件1、物理化學(xué)條件2、巖漿巖條件3、圍巖條件4、構(gòu)造條件1、物理化學(xué)條件

（1）溫度條件——矽卡巖型礦床的形成溫度范圍為900~200℃左右，為氣化至熱液階段的產(chǎn)物，是一類特殊的熱液礦床。據(jù)實(shí)驗(yàn)所知：典型的矽卡巖礦物組合形成溫度在900~500℃之間，金屬氧化物的形成溫度一般在600~350℃之間，而金屬硫化物的形成溫度大致在450~200℃之間。（2）壓力與深度條件接觸交代礦床的形成深度一般為1-4.5km之間，但有的鎢矽卡巖可在4-6km深度下形成，大多數(shù)形成在中-淺成深度條件下。壓力條件大約為(3-30)×107Pa,其中（1-3）×108Pa為較深環(huán)境，（3-10）×107Pa為較淺環(huán)境。

接觸交代過程中，CaCO3分解生成CaO+CO2，這對(duì)形成矽卡巖具有重要意義，如：

CaCO3+MgCO3+2SiO2→CaMgSi2O6+2CO2

（透輝石）

如果接觸交代作用的形成部位過深，所處壓力過大，上式中的CO2就難以從CaCO3中分出，從而不利于矽卡巖的形成。2、巖漿巖條件由于矽卡巖型礦床是巖漿氣水熱液交代圍巖的結(jié)果，所以巖漿巖的成分、形成深度、形態(tài)、規(guī)模等對(duì)矽卡巖型礦床的形成有決定性的影響。有關(guān)的侵入巖類主要為中酸性巖漿巖，按巖性又可分為2個(gè)系列：（1）鈣堿性系列：花崗巖-花崗閃長巖-石英閃長巖-閃長巖；（2）堿性系列：堿性正長巖-花崗正長巖-石英二長巖-二長巖。侵入巖的類型對(duì)矽卡巖型礦床具明顯的成礦專屬性，鐵礦床往往和石英閃長巖、閃長巖有關(guān)；銅礦床、鉛鋅礦床大多和花崗閃長巖、石英二長巖有關(guān)，鎢、錫、鉬礦床主要和花崗巖類有關(guān)。和矽卡巖型礦床有關(guān)的侵入體大多屬于中深成相到中淺成相，巖石常具細(xì)粒結(jié)構(gòu)和斑狀結(jié)構(gòu)，斜長石斑晶中有時(shí)可見到環(huán)帶結(jié)構(gòu)，角閃石中有時(shí)有輝石殘余及反應(yīng)邊結(jié)構(gòu)。部分成礦的淺成相巖體和火山巖關(guān)系密切，屬次火山巖相，成分以中性巖居多。成礦侵入體的規(guī)模以小型為主，個(gè)別規(guī)模小的出露僅為幾平方公里。侵入體的產(chǎn)狀以巖株、巖瘤較為常見。規(guī)模巨大的巖基狀侵入體，除了由它分出的小型巖枝外，一般不形成矽卡巖型礦床。侵入體的產(chǎn)狀對(duì)矽卡巖和礦體的分布有較大影響。一般情況下，矽卡巖和礦體大多分布在侵入體的上盤接觸帶，層狀侵入體或多層侵入體可形成多層礦化，但以上盤接觸帶為主。侵入體的形態(tài)對(duì)矽卡巖和礦體的形成和分布也有一定影響，凹凸不平的接觸面較平整的接觸面有利于形成矽卡巖和礦體。據(jù)已有資料統(tǒng)計(jì)，巖體的凹入部位要較凸出部位更有利于成礦（圖6-2）。侵入體表面的這些奇特形態(tài)多數(shù)是由于圍巖中存在裂隙以及巖漿的多期活動(dòng)造成的。由于這些裂隙為后期含礦溶液的運(yùn)移和交代作用創(chuàng)造了條件，所以常常影響和控制著矽卡巖和礦體的分布。3、圍巖條件

圍巖巖性對(duì)矽卡巖型礦床的形成有重要影響，最有利的圍巖是碳酸鹽類巖石。石灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r，白云巖等碳酸鹽類巖石以其化學(xué)性質(zhì)活潑、脆性較大，滲透性強(qiáng)和富含CaO或MgO而易被交代，形成各種類型的矽卡巖。凝灰?guī)r、安山巖等火山巖在一定條件下也可形成矽卡巖型礦。如我國長江中下游一些矽卡巖型鐵礦床的圍巖即為火山巖。矽卡巖礦物有數(shù)十種之多，常見的有十余種（表6-1）。圍繞硅質(zhì)團(tuán)塊放射狀生長的硅灰石（湖北馮家山）（殘余硅質(zhì)團(tuán)塊邊緣分布有透輝石、石榴石）以透輝石和石榴石為核心放射狀生長的硅灰石（湖北馮家山）

按成分可把矽卡巖分成鈣矽卡巖和鎂矽卡巖兩類：鈣矽卡巖是指熱液在接觸帶交代石灰?guī)r時(shí)主要形成石榴子石（鈣鋁榴石-鈣鐵榴石）、輝石（主要為透輝石-鈣鐵輝石），有時(shí)還有相當(dāng)數(shù)量的符山石、硅灰石、方柱石以及透閃石、陽起石、綠簾石等。由于這些矽卡巖礦物的成分中都含有一定數(shù)量的鈣，故稱為鈣矽卡巖。鈣矽卡巖是最常見的一類矽卡巖。鎂矽卡巖是指熱液在接觸帶交代白云質(zhì)灰?guī)r或白云巖時(shí)，由于白云質(zhì)巖石中不僅含CaO，而且還富含MgO，因此常形成鎂橄欖石、透輝石、尖晶石、硅鎂石以及金云母、蛇紋石等礦物。這些矽卡巖礦物的成分中富含鎂，故稱為鎂矽卡巖。鎂矽卡巖在自然界分布不如鈣矽卡巖廣泛。由于白云質(zhì)灰?guī)r中同時(shí)富含鈣和鎂，所以鎂矽卡巖往往和鈣矽卡巖伴生產(chǎn)出。無論是鈣矽卡巖還是鎂矽卡巖，按其礦物組合，又可進(jìn)一步分為簡單矽卡巖和復(fù)雜矽卡巖兩種類型。簡單矽卡巖是指只由石榴子石、輝石等組成的矽卡巖，它是矽卡巖化早期高溫氣水階段的產(chǎn)物。復(fù)雜矽卡巖是在簡單矽卡巖的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，早期形成的石榴子石和透輝石等礦物，經(jīng)晚期熱液交代形成了陽起石、透閃石、綠簾石和綠泥石等礦物。這種有晚期礦物疊加的矽卡巖，稱為復(fù)雜矽卡巖。鎂矽卡巖也可有簡單和復(fù)雜之分。簡單的鎂矽卡巖主要由鎂橄欖石、透輝石、硅鎂石和尖晶石組成，為早期階段產(chǎn)物。復(fù)雜的鎂矽卡巖是在上述礦物組合基礎(chǔ)上，疊加有晚期產(chǎn)生的蛇紋石、金云母等礦物而成的。碳酸鹽巖層的構(gòu)造對(duì)矽卡巖型礦床的形成也有一定影響，薄層灰?guī)r比厚層灰?guī)r有利于成礦，特別是薄層灰?guī)r和頁巖、粉砂巖、火山巖等巖層互層時(shí)，由于它們的物理性質(zhì)有明顯差異，層面間的結(jié)合比較虛弱而有利于熱液的流通，所以熱水溶液更易于選擇交代薄層灰?guī)r而形成矽卡巖和礦體。圍巖的節(jié)理、裂隙及孔隙度等對(duì)礦化富集及礦體的形態(tài)、產(chǎn)狀等也有重要影響。4、構(gòu)造條件

構(gòu)造對(duì)矽卡巖型礦床的形成有重要的控制作用。對(duì)礦體形態(tài)、分布和規(guī)模有影響的地質(zhì)構(gòu)造主要有下列幾類：（1）接觸帶構(gòu)造（2）圍巖層理和層間破碎帶（3）斷裂和裂隙（4）褶皺構(gòu)造（5）圍巖捕虜體（1）接觸帶構(gòu)造——根據(jù)侵入巖和圍巖的接觸關(guān)系可把接觸帶構(gòu)造分成2種類型：①“整合”接觸型，接觸面與圍巖層面平行一致，這類構(gòu)造所形成的矽卡巖及礦體的形態(tài)比較規(guī)則，以似層狀和透鏡狀為主，產(chǎn)狀和圍巖層理基本一致。②“不整合”接觸型，接觸面產(chǎn)狀和圍巖產(chǎn)狀斜交，矽卡巖及礦體的形態(tài)復(fù)雜多變，除沿接觸帶分布外，還可沿圍巖層理分布，圍巖中的矽卡巖或礦體常呈分枝狀與接觸帶相連，形成一個(gè)形態(tài)復(fù)雜多變卻又統(tǒng)一的矽卡巖體或礦體。當(dāng)侵入體局部超覆圍巖之上形成超覆接觸時(shí)，由于超覆接觸面的傾斜經(jīng)常比較陡，所形成的矽卡巖和礦體的產(chǎn)狀也較陡。（2）圍巖層理和層間破碎帶圍巖的層理面本身就是構(gòu)造脆弱帶，不同巖性的巖層之間的接觸面、層間斷裂、破碎帶和層間剝離，對(duì)形成矽卡巖型礦床有特殊的意義，它可使含礦氣水熱液在遠(yuǎn)離侵入體的圍巖中形成穩(wěn)定的似層狀礦體或透鏡狀礦體（圖6-5）。（3）斷裂和裂隙巖漿巖的侵入接觸帶往往就是斷裂構(gòu)造帶，穿切接觸帶的斷裂可使氣水熱液進(jìn)入圍巖，形成脈狀或分枝狀的矽卡巖體和礦體，也可使晚期含礦熱液在矽卡巖中形成脈狀礦體。在斷裂構(gòu)造交匯處還可形成囊狀、柱狀富礦體。值得注意的是，未經(jīng)錯(cuò)動(dòng)的接觸帶對(duì)形成矽卡巖型礦床是不利的。據(jù)統(tǒng)計(jì)，幾乎所有形成礦化的接觸帶都存在有構(gòu)造破碎現(xiàn)象。（4）褶皺構(gòu)造

褶皺構(gòu)造主要表現(xiàn)在對(duì)巖體及含礦熱液流通的控制。與矽卡巖型礦床有關(guān)的褶皺構(gòu)造主要是背斜構(gòu)造，這類背斜構(gòu)造往往是巖體侵入時(shí)的同期構(gòu)造，有的甚至就是由巖體侵入所引起的“被動(dòng)”褶皺。

背斜構(gòu)造形成時(shí)所派生的層間空隙、軸向斷裂以及環(huán)狀或放射狀斷裂等，為含礦熱液流通提供了有利的空間。背斜構(gòu)造的軸部、傾伏端、軸線轉(zhuǎn)折處等，因空隙較大而有利于礦液的流動(dòng)，所以是形成矽卡巖和礦體的有利部位（圖6-6）（5）圍巖捕虜體侵入巖中的灰?guī)r捕虜體也可形成一定規(guī)模的矽卡巖和礦體。一般情況下，捕虜體大多位于接觸帶附近，所形成的矽卡巖體和礦體經(jīng)常與接觸帶斷續(xù)相連。和捕虜體有關(guān)的矽卡巖化和礦化同樣受捕虜體接觸面控制，少數(shù)情況下矽卡巖和礦體幾乎交代了整個(gè)捕虜體。捕虜體中的褶皺、斷裂和層間破碎等構(gòu)造同樣影響著矽卡巖和礦體的形態(tài)和分布。（三）矽卡巖型礦床的成礦作用和成礦過程1、成礦作用2、成礦過程3、礦床成因1、成礦作用

（1）滲濾交代作用熱液和巖石間的組分交換是通過流經(jīng)巖石裂隙的流動(dòng)熱液實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)上升熱液沿著幾乎垂直于灰?guī)r和硅鋁質(zhì)巖石的接觸面流動(dòng)時(shí)，溶液和圍巖發(fā)生反應(yīng)、溶解和吸取圍巖中的組分，并將其帶至上覆圍巖，與之交代反應(yīng)形成矽卡巖。滲濾交代作用中，溫度梯度和壓力梯度是引起熱液流動(dòng)的動(dòng)力，因而熱液能作較長距離的運(yùn)移，故有可能形成厚大的矽卡巖帶。（2）擴(kuò)散交代作用溶液和巖石間的組分交換，是以停滯的巖石粒間溶液為介質(zhì)，通過組分的濃度差所引起的擴(kuò)散作用實(shí)現(xiàn)的。上升溶液沿石灰?guī)r和硅鋁質(zhì)巖石接觸面流動(dòng)時(shí)，灰?guī)r中的CaO通過粒間溶液，以上升溶液為媒介向硅鋁質(zhì)巖石方向擴(kuò)散，相反，硅鋁質(zhì)巖中的A12O3和SiO2以同樣方式向灰?guī)r方向擴(kuò)散。由于這種組份的交代是由雙方相互的擴(kuò)散作用進(jìn)行的，所以又稱為雙交代。雙交代作用的結(jié)果，使接觸帶兩側(cè)的巖石發(fā)生成分置換，形成矽卡巖。其反應(yīng)為：3CaCO3+A12O3+3SiO2→Ca3Al2Si3O12+3CO2↑在擴(kuò)散交代作用中，濃度梯度是擴(kuò)散組分運(yùn)移的動(dòng)力，隨反應(yīng)帶厚度的增加和交代過程的停止而減小，因而擴(kuò)散作用不可能形成厚大的交代帶。2、成礦過程兩個(gè)礦化期，五個(gè)礦化階段（1）矽卡巖期早期矽卡巖化階段；晚期矽卡巖化階段；氧化物階段；（2）石英-硫化物期早期硫化物階段；晚期硫化物階段；（1）矽卡巖期

——主要形成各種鈣、鐵、鎂、鋁的硅酸鹽礦物，無石英形成。該成礦期又可分為以下3個(gè)成礦階段。①早期矽卡巖階段：形成硅灰石、鈣鋁-鈣鐵石榴石、透輝石-鈣鐵輝石和方柱石等無水硅酸鹽和少量符山石等含水硅酸鹽，組成矽卡巖的主體，一般又稱干矽卡巖階段，是在高溫的超臨界條件下形成的。這一階段除少量磁鐵礦外，一般不形成有用礦物，通常是不具工業(yè)意義的，故這一階段也可稱之為無礦矽卡巖階段。②晚期矽卡巖階段：形成陽起石、透閃石、綠簾石等含水硅酸鹽，故又稱濕矽卡巖階段，是在接近超臨界狀態(tài)條件下形成的。這一階段形成的礦物明顯地交代早期矽卡巖礦物，且磁鐵礦大量出現(xiàn)，有時(shí)構(gòu)成富集的磁鐵礦礦體，故又稱為磁鐵礦階段。③氧化物階段：這一階段中硅酸鹽類礦物已很少見，開始出現(xiàn)石英、螢石等礦物。它介于矽卡巖期和石英硫化物期之間，具有過渡性質(zhì)，是由溫度較高的熱液作用形成的。金屬礦物除赤鐵礦、白鎢礦、錫石外，還有少量磁鐵礦。后期同時(shí)開始出現(xiàn)少量硫化物，如輝鉬礦、磁黃鐵礦等。（2）石英-硫化物期在這一成礦期中，SiO2一般不再和Ca、Mg、Fe、Al組成矽卡巖礦物，而是獨(dú)立形成大量石英，并有典型的熱液礦物如綠泥石、方解石等和大量金屬硫化物形成。該成礦期又可分為2個(gè)階段：①早期硫化物階段：矽卡巖礦物被大量交代，開始形成綠泥石、絹云母等，這一階段中出現(xiàn)大量石英和螢石，成為礦石的主要脈石礦物。金屬礦物主要有磁黃鐵礦、黃鐵礦、黃銅礦、斑銅礦、毒砂和部分輝鉬礦等，金屬氧化物已很少見，所以也可稱為鐵銅硫化物階段。它們是在高-中溫?zé)嵋簵l件下形成的。②晚期硫化物階段：這一階段中，除交代早期形成的硅酸鹽礦物如綠泥石和絹云母等外，石英和螢石的數(shù)量繼續(xù)增加，開始出現(xiàn)大量方解石。金屬礦物主要為閃鋅礦、方鉛礦和黃鐵礦，所以也可稱之為鉛鋅硫化物階段，是中溫?zé)嵋簵l件下形成的。矽卡巖型礦床中的矽卡巖和金屬氧化物是汽化熱液交代的產(chǎn)物，硫化物則是純粹的熱液作用產(chǎn)物。上述成礦階段的期次和順序只是接觸交代礦床的一般規(guī)律，不同矽卡巖型礦床的成礦發(fā)展可以不完全相同。有的礦床只見早期幾個(gè)成礦階段，后期礦化