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1、层控矿床的成岩成矿1989年中国地质科学院南京地质矿产研究所所刊Bull.N朋加ngInst.G.ol.M.R.，Chine“Aod.Gcol.Sci.第十卷V01.10第二号N0.2片口扣为，声r卜人人曰冬叫以r转r户J云j笙旬刀界甘，户找孑万J找W邢文巨王文斌季绍新巫怀仁周汉民(南京地质矿产研究所)内容提要本文从成岩分异、成岩交代、自生，脱水、泄水、压实、挤压、扩徽和胶结作用等方面，论述层控矿床的成岩成矿作用.关锐词层控矿床;成岩成矿作用，矿石组构一、问题的提出层控(stratabound)成矿理论被国际矿床学界所接受只是近二十多年的事.目前，人们对层控矿床涵义的认识不尽相同，但有一点是可
2、以肯定的，即层控矿床的原始成矿作用大都与沉积(包括火山沉积或喷气沉积)作用有关，后期又普遍遭受长期复杂的迭加改造.像闽西南马坑式铁矿和长江中下游地区层状含铜黄铁矿矿床就是具有明显沉积和改造特征的层控矿床.对矿床的沉积特征，起初人们重视不够.原因是这些早期的、反映矿床原始成矿作用的沉积特征往往被后期的强烈改造所掩盖或破坏.残留的沉积特征仅一鳞半爪，不易被发现和认识.后来，当注意了原始的沉积作用(如物质来源和沉积环境等)的研究后，又对沉积期后的成岩成矿作用有所忽视.近年来，刘宝君等(1980)在研究某些砂岩型铜矿、铅锌矿和碳酸盐岩中的菱铁矿、黄铁矿矿床时，明确提出了沉积期后分异成矿作用的问题:认为
3、某些层状层控矿床虽然表现出某些沉积特征，但不是沉积分异的产物;矿体虽具有某些热液特征，又基本上与内生作用无关.矿床的形成乃是沉积物被埋藏后的成岩一一后生作用长期过程中物质重新分配及改造的结果.他把这个过程称为沉积期后分异成矿作用.福建马坑式铁矿和长江中下游层状含铜黄铁矿矿床虽有它自己的特征(如后期迭加改造更为强烈)，但基本情况是相似的.矿床不但具有沉积特征和后期热液迭加现象，往往还包括成岩改造作用的影响.本文拟通过实例，谈谈对成岩改造作用的粗浅看法.不当之处请识者斧正.成岩作用通常是在封闭系统中进行的，尽管其经历时间可能很长担基本在原地进行;虽然可有微弱的穿层现象胆主要还是内部的改造作用，表现
4、为矿石的物质成分和结构构造的变化.这就决定了研究成岩成矿作用的主要手段是进行岩石学、矿物学、显微组构学特别是矿相学的研究.二、成岩成矿作用及其产物对成岩作用(dingenesi幻这个术语的理解，各家不尽相同，Mulle:(1967)认为应包括沉积物在它达到变质作用阶段之前发生的全部变化;而H.H.Rick。和G.v.ChilixgarianZIJ认第十卷第二号层控矿床的成岩成矿”为只包括新鲜沉积物转变为基本上硬化的稳定岩石的所有作用.而把继石化之后到遭受变质之前发生的所有变化称之为外成作用(epigenetic)或退化作用(catagentic).笔者比较赞同H.H.Rieke等人的观点，本文
5、以为成岩成矿作用从沉积期后、固结成岩期或稍后期间矿床所经受的各种改造作用.主要包括:沉积期后分异作用，成岩交代作用、自生作用、胶结作用、脱水压实作用、挤压扩散作用等.通过这些作用形成并改变沉积物的矿物成分和结构构造，在一定的条件下和有限的范围内服使成矿物质迁移富集. (一)沉积期后分异、交代作用与铁铜矿物的形成矿床的形成是经历漫长的地质时期和多种复杂的地质作用的.对于马坑式铁矿和长江中下游层状含铜黄铁矿矿床来说，无论认为它是正常沉积(潘廓祥等，1982;李文达，1988)，还是火山沉积(徐克勤等，1980;工文斌等,1982;王道华等，1982;)喷气沉积(王文斌等,1986)成因，也不管它后
6、期的热液迭加改造如何强烈，都不同程度地存在沉积期后改造的迹象.实际上，除了正常沉积的一些碎屑矿床、盐类矿床和单一矿浆喷溢的火山成因矿床能在同生阶段分异成矿之外，对大多数沉积矿床来说，由于其原始沉积物的物质成分复杂，同生沉积阶段短暂，来不及分异成矿.只有在沉积期后的成岩期才能充分分异成矿.矿质分异的主要机制是成岩期的氧化还原作用.众所周知，原始沉积物沉积时接近地表，处于相对氧化的环境，随着上祝沉积物的加厚，理藏加深，压力增大，温度升高，在封闭系统中，有机质开始分解成HS-, HSO万、HZS, NH3，使介质处于相对还原环境.原始沉积物颗粒因不稳定而溶解，使封存水(裂隙水)变成含有成矿物质的矿化
7、水.矿化水使物质重新分配、组合，形成新矿物.黄铁矿、白铁矿就可在这种缺氧条件下形成.从而使早期的沉积物得到净化.本区最典型的例子就是一种板状结构(图版I-1)的形成，原始沉积的胶黄铁矿表面污浊，内部包裹很多细小的泥质、钙质污点.在分异作用下，部分胶黄铁矿分解形成表面净亮的、定向的板条状白铁矿及充填其间的结品黄铁矿.出现污浊的胶黄铁矿与净亮的黄铁矿、白铁矿三者共存.此外，部分层纹状矿石中胶黄铁矿与细晶黄铁矿互成条带也可能与分异作用有关.有时鲡状黄(白)铁矿的核心见有黄铜矿(图版I-2)，从保留的鲡状结构和黄(白)铁矿呈放射状其颗粒呈中细边缘粗等可以看出，黄铁矿等是由胶黄铁矿结晶分异而成的.其核心
8、的黄铜矿是结晶分异的结果，而不可能是后期热液充填交代的产物. 成岩过程中的交代作用往往和青盐组分有关.长江中下游地区由热液交代三叠系中膏盐层形成的许多大型铁矿床，如大冶式铁矿、宁芜纷岩铁矿已众所周知，而成岩过程中的交代作用却为人鲜知.蔡元吉(1983)通过硬石青转化黄铁矿的实验研究，认为在一定的温度压力条件下(250-4501r ,100-500 x 10争a)，含铁热水溶液与硬石膏作用，在形成磁铁矿的同时，使溶解了的硬石青中SO二一还原，形成HZS，为溶液中形成黄铁矿提供硫源.他进一步指出，300以下主要形成磁铁矿，300以下主要形成黄铁矿.长江中卜游的层状矿床中黄铁矿可能有一部分是这种方式
9、形成.笔者在安徽峙门口黄铁矿床中见到的一种由硬石膏与黄铁矿互层构成的条带状矿石(图版I-3)，其沉积特征十分明显.硬石青肯定是沉积的，黄铁矿部分可能是沉积成因，部分可能是由硬石膏转变而来.有趣的是、黄铁矿条带密集部分，硬石青含量少，脉石矿物主要是硅质钙质.相反，以硬石膏为主的部分，黄钦矿条带稀疏细小，并有切层的细微黄铁矿小脉穿插湿然这一部分是属于硬石青转化黄铁矿的作川较弱部分.由于残存的硬石膏多，为继续这种转变提供可能，这种穿层的小脉，卜是石化后这种转变的产物.从该矿床本身的沉积特征和周围环境看，该区没有多少内生作用的痕迹.因此，中国地质科学院南京地质矿产研究所所刊1989年这种矿物相的转变完
10、全可能是成岩作用的产物.应该指出，蔡元吉的实验中，硬石青转变而成的磁铁矿比黄铁矿多得多，可是在层状含铜黄铁矿矿石中磁铁矿含盆却很少.这可能与转变温度偏低有关.根据实验，硬石青与含铁热水溶液反应时，在高温下(400以上)才大量形成磁铁矿，这在陆相火山作用成矿阶岩铁矿)和接触交代成矿(大冶式铁矿)条件下是完全能够达到的;温度偏低(300以下)主要形成黄铁矿.成岩期温度不可能很高，因此，只能形成黄铁矿而难以形成磁铁矿. 而马坑铁矿主矿体下部沉积特征最明显的石英磁铁矿矿石中见有较多的硬石音与磁铁矿紧密共生，这可能是因为铁矿的形成靠近火山喷口，局部温度压力较高，造成了硬石青转变磁铁矿的温压条件.形成了石
11、英硬石青磁铁矿组合. (二)沉积物的脱水与变胶结构，泄水作用与揉皱构造矿石中看到的胶状、鲡状、环带状组构就是磁铁矿、黄铁矿等成矿物质曾以胶体相存在的标志(Park等，1975).胶体是很不稳定的，极易发生变化.在成岩过程中，当胶体沉积物在上硕沉积物的压力下，开始脱水压实硬化，凝结成块，凝块将自动发生胶凝收缩作用，出现放射状或同心环状干裂纹和剥离现象(图版I-4)，继而胶体凝块发生聚集晶化作用，首先沿凝块边缘结晶(图版I-5).如胶黄铁矿结晶成黄铁矿和白铁矿.赤铁矿被结晶磁铁矿交代，形成变胶结构、花边结构、环带构造及梳状构造等等(图版1-6).而其核心，往往还保留着胶黄铁矿(或赤铁矿)的残余，偶
12、尔还可见到黄铜矿核心，这很可能是在胶体中所含的铜质分异结晶的结果(图版1-2).当凝胶体全部结晶时，胶状构造全部消失.再加上后期热液、构造作用的影响，使得这种变胶结构也很少保留. 这里需要说明一下磁铁矿的变晶结构.苏联学者cb B丘赫洛夫(1965)认为在一定的条件下，海底形成相当于磁铁矿胶体的可能性是存在的.并引证实例，说明在苏联的洛林、英国以及其他地方的沉积铁矿中均可见到具鲡状、豆状、钟乳状构造，由胶体偏胶体形成的磁铁矿.笔者在四川二滩耐火粘土矿下部，也见到一层0.5-I m的磁铁矿与石炭系耐火粘土紧密伴生，那儿没有岩浆热液作用的影响.在马坑矿区，胶体形式出现的绷状磁铁矿成层排列(图版1-
13、7)，无疑是沉积(火山沉积)过程的产物. 但是，无论是沉积作用或是火山沉积作用，铁矿质以胶体的形式沉积后，最后形成磁铁矿则要经脱胶和分异.众所周知，磁铁矿是在比较缺氧和还原环境中才能形成，氧化条件下只能形成赤铁矿.这种缺氧还原环境一般只有在沉积期后的封闭体系中，沉积物中的有机物分解，发生分异后才能出现.所以，沉积磁铁矿和沉积菱铁矿、黄铁矿一样，其真正形成的时间应该是沉积期后的成岩阶段. 马坑式铁矿几个主要矿床中磁铁矿的形成，虽经后期的强烈改造，其沉积特征仍可辩认，如简单的矿物成份(主要是石英和磁铁矿组合);他形细粒结构、胶状、绷状结构、碎屑状尘埃状结构、层纹状韵律结构;条带状、致密块状构造;层
14、状、似层状产出，与地层产状一致;石英磁铁矿的同位素年龄为3461 68Ma,属海西期说明与围岩同时形成;磁铁矿的微量元素组成也与热液矽卡岩及岩浆型矿床不同，而与火山喷发沉积型的磁铁矿相似.这些都说明沉积(火山沉积)成因磁铁矿确实存在. 由沉积菱铁矿、赤铁矿转变成磁铁矿的典型例子是福建德化阳山铁矿床.该矿属马坑式铁矿.在其主要矿石矿物磁铁矿中，见有沉积成因的菱铁矿和赤铁矿残体.菱铁矿显隐晶状、碎屑状、角砾状或球粒状，部分为含碧玉菱铁矿.其矿石物质组分、结构构造、矿第十卷第二号层控矿床的成岩成矿” 一一-一-一一一一-二生-一一物共生组合、徽盆元素都显示沉积特征，而与热液成因菱铁矿有较大的区别.赤
15、铁矿肉眼很少见到，镜下可见有显徽绍状、球粒状、鱼子状赤铁矿的残余. N.K. Perry和P.K. Tan认为，在成岩和变质过程中，铁矿层中多数磁铁矿是在数量不等的有机物存在的情况下，由铁的氢氧化物或氧化物转化而来.P.E. Coud也曾作过推算，当s%的有机炭存在于含FcC03 10%的沉积物中，是足以形成含磁铁矿Fe3仇30%的岩石的.马坑铁矿和阳山铁矿中分别残留有机炭0.01-0.06%以及0.02-0.11%由此可以推测本区部分磁铁矿，可能是原火山沉积菱铁矿、赤铁矿经成岩改造而成的.这种菱铁矿、赤铁矿向磁铁矿的转变，通常认为是后期的变质作用和热液迭加改造作用结果，笔者认为从成岩期就开始了.在阳山矿区块状磁铁矿石中见到赤铁矿的残余(图版I-8)，在放大2800倍的电镜下可以看到磁铁矿呈细脉状穿擂交代显徽绍状、鱼子状的赤铁矿.这么细小的磁铁矿细脉不可能是后期热液贯人的，而是在成岩作用影响下，封存的矿化水进行交代或短距离迁移成矿的结果.从宏观上看，含这种赤铁矿残余的磁铁矿呈层状、细粒结构，致密块状，未见有后期热液脉.交代穿插的现象. 总之，脱水作用
