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从微观尺度探讨韧性剪切带型金矿的成矿模式

从微观尺度探讨韧性剪切带型金矿的成矿模式

付山岭,胡斌

中南大学地学与环境工程学院,湖南长沙410083

摘要:韧性剪切带型金矿是一种非常重要的金矿床类型。目前,关于韧性剪切带型金矿已经有了相当成熟的研究方法和较为完善的研究内容。而关于韧性剪切带型金矿的成矿模式也有诸多研究,不少学者根据对不同矿床实例的研究提出了不同的成矿模式,有“二阶段论”、“三阶段论”甚至“四阶段论”等说法,其中以博氏的“三阶段论”影响最大。试图从微观尺度,通过分析微观构造变形,成矿元素的活化机制、迁移富集机制及沉淀机制等方面,来探讨韧性剪切带型金矿的成矿模式。

关键词:韧性剪切带;微观尺度;金矿床;成矿元素;成矿模式

中图分类号:P618.51文献标识码:A文章编号:1005-2518(2010)02-0031-04

韧性剪切带又称韧性断层,它是一种呈带状展

布的、发育在地壳一定深度下的高应变带,是地表脆性断层向地壳深部延伸部分与地表脆性断裂组成断裂的双层结构模式[1]。所谓韧性剪切带型金矿即成矿机制与控矿因素都与韧性剪切带有关的金矿床类型。目前国内外对韧性剪切带型金矿的研究取得了丰硕的成果,对韧性剪切带与金矿成矿作用之间的关系进行了较为深入的研究。在国内,丁式江[2]、于明旭[3]等系统研究了韧性剪切带与金矿化的关系;王鹤年等[4]、王连登等[5]研究了韧性剪切作用与金的矿化期之间的关系等;曲亚军[6]研究了韧性剪切带内的金矿类型及相关找矿标志;陈柏林等[7]研究了韧性剪切带内构造变形类型与金矿化类型的关系;李晓峰等[8]研究了韧性剪切带变形变质作用与金的矿化富集之间的关系。而国外也有较多研究,如Mapani等[9]从时空和成因上研究了韧性剪切带与金矿床的关系;Rattenbury等[10]系统地研究了韧性剪切作用与金矿的矿化阶段之间的关系等。

目前,也有不少学者从宏观尺度研究韧性剪切带型金矿的成矿模式,并取得了很大的进展,但依然存在着不少争论,对于博氏提出的较为经典的“三阶段论”也开始产生质疑,如在研究成矿物质来源时,Bonnemaison等[11]提出剪切作用导致早期含金矿物的糜棱岩化,并形成可以迁移的金的“微粒云”,但这种“微粒云”是否存在却很难证明,此外,在韧性剪切作用成矿过程中是否只有金的赋存状态改变而无金的加入值得探讨。近年来,微观构造理论无论是从理论上还是方法上均取得迅速发展,并使地质学的研究摆脱了描述学,步入定量化、运动学及动力学的新阶段。1韧性剪切带内常见的微观构造

吴迎春[12]、王吉珺[13]等人在研究具体矿床实例过程中,对研究区见到的各种微观构造进行了较为详细的描述,通过分析整理他们的研究成果,认为韧性剪切带内较为常见的微观构造主要有(在某一韧性剪切带中并不一定能全部见到)微褶皱,主要是受剪切力的作用而形成的微褶皱或构造透镜体,常由矿物颗粒呈定向排列构成,多见于石英脉;旋转眼球体、透镜体及压力影,一般由相对刚性的矿物(如斜长石)及某些粗粒矿物(如石英)受力后而发生的旋转和拉长,沿着垂直应力的方向定向分布,且在眼球体或透镜体两端常由易于梳变的矿物(如绢云母)集中成尾状压力影;矿物拉伸线理,较为常见的是石英及石英集合体组成的拉伸线理;位错现象,强糜棱岩化中心的矿物,透射电镜下可见到大量位错现象等,向外则位错现象变弱;石英的拔丝构造,在硅线石米粒中,可见石英核,其拔丝构造明显,定向大致与S-C带平行;扭折现象,正交显微镜下常可见云母类矿物的扭折现象,多表现为解理面的弯曲,呈“S”形;亚颗粒化,如在较大的石英颗粒轮廓中,形成近于等粒状多边形亚颗粒,有时会发生进一步再结晶使亚颗粒边界消失,但仍可加以鉴别;重结晶,多在糜棱岩中发育,其表现形式也较多样,但总的趋势是初期主要为粒化,经重结晶作用而发生愈合,并定向化;此外,尚有核幔构造、S-C面理等构造也较多见。上述微观构造可从微观尺度上反映韧性剪切带在其不同变形阶段的变形特征,而在不同变形阶段及不同的变形特征条件下,成矿元素的活化、迁移、富集、沉淀等也会呈现不同的特点,因而通过研究微观构造,可以帮助了解该类型金矿的成矿过程。

收稿日期:2009-10-22;修订日期:2010-01-08.

作者简介:付山岭(1986-),男,河南驻马店人,硕士研究生,从事构造与成矿学研究工作.fushanling@https://www.wendangku.net/doc/129937428.html,

2微观构造变形及其与成矿的关系

韧性剪切带内的变形呈多阶段性,早期的变形多为塑性或韧性变形,随着韧性剪切作用的进行,逐步向韧—脆性变形、脆性变形转化。在不同的变形阶段形成各种微观构造,如在早期变形过程中矿物相没有发生变化,只是在矿物结构构造、形态和颗粒大小方面产生了变化。在变形程度较低的糜棱岩中矿物主要产生了波状消光、变形纹、变形条带和机械双晶等显微构造,这些构造可以很好的反应岩石变形的温压条件。刘铁兵等[14]通过岩石变形实验及对天然糜棱岩的研究表明,岩石在不同温压条件下的变形,可形成不同的显微构造。如黑云母在绿片岩相条件下(温压较低时),变形主要为简单开阔的扭折,而随温压条件的升高,扭折变尖、变窄,在高绿片岩相条件下(温压较高时),开始出现大量重结晶现象。上述微观构造的出现及转变反映了一定的成矿环境及变形特征,更为重要的是在韧性变形过程中,常伴随着细粒化、压溶作用、流体作用、退变质作用、分异作用、构造分解、构造变质和蚀变等,它们对成矿元素的活化、迁移、富集及沉淀等均有十分重要的影响。如细粒化增强了岩石的活性与渗透性,为含矿流体提供通道,压溶作用是成矿物质Au元素活化析出的重要动力,流体作用可以加速应变体系中物质组分的迁移与交换,退变质反应可使围岩释放出SiO2、CO2、H2O、Au、Fe、Cu,S、Pb、Zn等成分,构成热液流体。徐学纯[15]的研究表明,伴随着韧性剪切变形过程所发生的退化变质作用,可使含金韧性剪切带出现绿片岩相退化变质作用及相应的矿物组合,如黑云母(绿色)+白云母+石英+长石,而金元素明显在强退化变质带处富集。张晓东[16]等人的研究表明,由于深部的韧性变形,可使Au的化学位升高,致使其脱离原来矿物或岩石中的赋存部位,与Ag、Pb、Zn、Cu等成矿元素及Si、K、Na、H2O等组分一起被活化分异,形成含矿热液而使原岩的化学成分发生变化等。

研究表明,构造变形的性质与成矿物质的迁移、富集等有着较为密切的关系,如陈柏林[7]的研究表明,随着韧性剪切带内变形类型的变化,成矿物质的富集程度也是不一样的。一般认为,在韧性剪切初期,由于深部较高的温压条件,变形主要为韧性变形,在此过程中常可形成一些微裂隙、C面理以及晶格位错和晶界滑移等微观构造,此时成矿物质开始被活化并初步富集,但还不足以成矿;随着韧性剪切作用的进行及温压条件的变化,变形逐渐向韧—脆性、脆性转化,前期形成的各种微观构造也被扩展为裂隙、碎裂带等,为成矿物质的进一步富集提供了空间条件,而从深部上升侵位的含矿热液进入韧—脆性、脆性带的过程中及以后,其不断地活化萃取矿源层中的成矿物质,并与前期的富集进行叠加,使富集程度进一步提高,进而为成矿提供充足的物质来源。

由上述分析可知,从微观构造尺度出发,不仅能揭示韧性剪切带的剪切作用过程,而且对分析韧性剪切带型金矿的成矿过程也有重要帮助。

3成矿元素的活化迁移富集机制

3.1成矿元素Au的活化

Au元素在周期表中位于第六周期第一副族镧系元素之后,其原子结构具有一定的特殊性,最外层孤独的6s1电子使金原子具有较强的不对称性[17],因而其对环境变化(尤其是压力变化)比较敏感,在高温高压条件下易于变形和被极化,故而较易转变为不稳定的活化状态。在韧性变形过程中,流体的活动性也是很强的,而流体相又是韧性剪切带型金矿中成矿物质迁移、聚集和成矿的重要介质,在H2O、CO2、CO32-,SO42-等组成的流体作用下,打破了剪切带内系统的化学平衡,剪切带内的岩石也在流体作用下常发生如绿泥石化、绢云母化、碳酸盐化和黄铁矿化等蚀变作用,导致析出Si、K、Ca、Fe等元素,同时从蚀变岩中释放出Au、Ag等元素,特别是K转入含矿溶液中,增加了矿液的碱度并提高了Au元素的溶解度,流体中携带的Au元素以络合物形式沿着剪切带内已经形成的微裂隙迁移。即在韧性剪切带的韧性变形阶段Au元素就很容易活化而进入流体,使Au元素初步富集,也就是说韧性变形改变了Au元素的赋存状态,使其活化进入成矿流体,为成矿创造了初步条件。3.2成矿物质来源及其迁移富集特征

成矿物质来源主要有浅源说与深源说2种[18],但近年来,随着研究的不断深入,越来越来越多的研究表明,这2种说法都是片面的,如浅源说无法解释由韧性剪切带形成的大型及超大型金矿,因为单靠从矿源层中萃取Au元素明显不现实,矿源不足;而深源说却很难解释某些韧性剪切带只在局部成矿的事实。许多矿床实例也证明多数韧性剪切带型金矿的成矿物质是多源的,既有来自地壳深部抑或上地幔中的Au元素,又有在成矿流体上升侵位过程中萃取的矿源层中的Au元素,只是在不同的矿床中各自

所占的比例不同。如我国吉林东部及胶东地区产出的韧性剪切带金矿的矿源经验证为多期、多源的,国外的如俄罗斯叶尔果茹金多金属矿、加拿大红湖地区的金矿及澳大利亚南部产出的奥林匹克坝铜—铀—金多金属矿床等。

韧性剪切过程发生于地壳较深部(相对高温、高压环境),常能在其带内的地质体中形成1个由中心向两侧、由深部向浅部依次降低的梯度场,如温压梯度场。前人研究表明,呈液态、气态或进入溶液中的物质,在受到外界条件变化的影响时,都会从温度高、压力大的地方向温度、压力较低的方向迁移。因此,韧性剪切变形过程中,金等较易活化物质进入流体相后,其迁移方向在总体上与变形过程中的动、热力梯度场变化方向基本一致,即成矿物质随含矿流体由深部向浅部、由韧性变形带向韧—脆性变形过渡带及脆性变形带迁移。同时韧性剪切带在自韧性变形向韧—脆性变形转换的过程中,由于温度、压力、化学位等物理化学条件的变化,导致含矿流体中金的络合物失稳、分解,进而从流体中分离出来,在变形较为强烈、温压条件相对较低的韧—脆性剪切带中富集,并在后期发生脆性变形叠加时进一步富集。

4成矿模式的探讨

关于韧性剪切带型金矿的成矿模式有诸多的争论,众多学者从不同的侧重点提出了相应的成矿模式,其中以Bonnemaison[11]提出的“三阶段”模式影响最大。该模式的要点:在早期韧性变形阶段,以构造变形和热液蚀变为主,在糜棱岩化片理面上形成含毒砂和硫化物的浸染状金矿化,使Au元素初步富集,所形成矿体一般不具有工业价值。中期韧—脆性变形阶段,初期Au元素不呈独立矿物存在,而是以络合物的形式存在,仅仅在毒砂晶体的边缘富集。隐伏的乳白色石英脉在早期韧性剪切带或其附近定位,这种脉体中可有Bi、W、Mu或Sn等元素共生,在构造再次活动过程中,使其中的一部分成为新的矿化载体,但总体上继承了早阶段的矿化,重新活化富集形成金矿。这种现象反映在中期阶段的富集相中,并首次形成独立的自然金。晚期脆性阶段,形成网脉状石英脉,并以不同的矿化形式形成不同品位的块金。该模式在早期韧性剪切带型金矿的成矿预测与找矿工作中起到了非常积极的作用,并发现较多的大型金矿床。但随着对韧性剪切带型金矿成矿模式的研究不断深入与具体矿床的实际开采,逐渐发现该成矿模式有许多问题无法解释甚至与事实相背离,如韧性剪切带型金矿中经常出现的“块金”。因此不少学者开始通过研究具体矿床中韧性剪切带与金的成矿作用之间的关系,进而提出了自己的成矿模式。

在认真分析众多学者的研究成果的基础上,尤其从微观尺度分析韧性剪切带中的微观构造变形过程与金成矿作用的关系,认为韧性剪切带型金矿的成矿作用可以划分为4个阶段:成矿元素的活化阶段,在早期韧性变形过程中,岩石处于一种高温、高压、高化学位的整体压缩状态下,产生强烈的塑性变形,从造岩矿物中释放出大量的H2O和CO2,与围岩发生强烈的水—岩反应,形成中高温蚀变带,而在此过程中,由于岩石的渗透性和溶解性增大,矿物中的金元素解离出来而进入上述流体中构成含矿热液,但由于此时的岩石处于高压状态,且没有产生明显的破裂,含金流体不可能作大规模的迁移,故构成1个临时的、近于封闭的循环体系,成矿元素产生较大规模的活化作用。成矿元素的迁移富集阶段,在剪切带由韧性开始向脆性转化时,岩石中常诱导出一些显微裂隙,并建立起高的流体压力梯度,促使含金流体沿剪切带中的显微裂隙上升,并发生中温蚀变作用,进一步加强了Au元素从矿源层中迁出,最终使含矿热液中的Au元素在韧性剪切带中富集。成矿元素的沉淀成矿阶段,随着韧性剪切作用的进行,韧性变形转化为韧—脆性变形,由于应力的部分释放或者埋藏深度的减小,早期形成的显微裂隙开始扩张,使温度梯度、压力梯度、化学位等也随之明显降低,导致流体与围岩的反应,并使Au属元素先后沉淀而形成金矿,但此时形成的金矿品位仍相对较低,不足以形成大规模的块金;后期的叠加改造阶段,在韧性剪切作用后期发生的脆性变形形成了脆性断裂带或破碎带,为金元素的进一步富集提供了通道和沉积场所,如沿韧性剪切带侵入的热液活动促使Au在韧性剪切带中进一步活化迁移而富集。在此过程中早期形成的韧性剪切带仅起到了为含矿流体提供通道的作用,而后期形成的韧—脆性剪切带与脆性断裂带或破碎带则成了良好的容矿构造。由于构造运动的多旋回性,韧性剪切带的活动也将是多期次的,那么多期次的韧性剪切活动必然造成Au元素的迁移和富集过程的多阶段性,这样多次富集叠加便可提供充足的成矿物质而形成富而大的金矿床。

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Discuss Metallogenic Model of Ductile Shear Zone Type Gold Deposit from Mi-crocosmic Scale

FU Shanling,HU Bin

School of Geoscience and Environmental Engineering of CSU,Changsha410083,Hunan,China

Abstract:Ductile shear zone type gold deposit is an important type of gold deposits.So far,the study about ductile shear zone type gold deposit has formed rather mature methods and contents.Many experts have studied the metal-logenic model of ductile shear zone type gold deposit,but there is still much controversy.Some experts put forward different models based on examples different deposits,such as“Two Phase Theory”,“Three Phase Theory”and even “Four Phase Theory”,especially the“Three Phase Theory”which is put forward by Bonnemaison is best famous. From micro-scale,we try to study the metallogenic model of ductile shear zone type gold deposit based on the anal-ysis of tectonic deformation,activation,migration,concentration and deposition of ore-forming elements and so on. Key words:Ductile shear zone;Micro-scale;Gold deposit;Ore-forming elements;Metallogenic model

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