遼寧紅透山銅-鋅礦礦床成因類型研究

遼寧紅透山銅-鋅礦礦床成因類型研究

許多火山巖碎屑礦床形成了造山前海相沉積的環(huán)境。在采礦過程中，這些礦床與含巖體有關(guān)，發(fā)生了強(qiáng)烈的變質(zhì)、變形和礦物激活。礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造研究是探討其變質(zhì)過程的最佳窗口,故一直以來倍受礦床學(xué)家重視(Stanton,1972;Vokes,1976;CraigandVokes,1993;GuandMcClay,1992;Cook,1994;Tiwaryetal.,1998)。有些研究者還討論了塊狀硫化物礦體受后期韌性剪切而形成的礦石糜棱巖(DuckworthandRickard,1993;劉連登等,1994;Lydon,etal.,2000),然而,有關(guān)礦石糜棱巖中超量富集成礦元素的實(shí)例只有在張秋生等(1984)和劉連登等(1994)研究紅透山礦床的著述中報(bào)道過。不過,上述作者將紅透山礦石糜棱巖中銅、金的超量富集歸咎于各種硫化物在區(qū)域變質(zhì)過程中因塑性不同而產(chǎn)生的固態(tài)差異再活化,這樣的認(rèn)識尚待商榷。遼寧省清原縣紅透山是我國最重要的太古宙塊狀硫化物礦床(圖1)。盡管該礦床已有數(shù)十年的開采歷史,前人已作過大量研究(張秋生等,1984;劉連登,1994,鄧功全,1994),但是有關(guān)礦床形成和保存歷史中的許多基本問題尚未闡明。譬如,礦床中同生沉積的鐵硫化物究竟是黃鐵礦還是磁黃鐵礦,變質(zhì)、變形和再活化對礦石的結(jié)構(gòu)和成分發(fā)生了何種影響,顯著富集銅和金的礦石糜棱巖(俗稱“銅條”)究竟屬何種成因,其形成環(huán)境如何,等等。本文在野外考察和礦石結(jié)構(gòu)研究的基礎(chǔ)上,將對這些問題加以探討。1島弧環(huán)境下的巖石紅透山銅-鋅礦床產(chǎn)在華北地臺東北部渾北花崗巖-綠巖地體內(nèi)(張秋生等,1984;鄧功全,1994;李俊建等,1995)。該地體的下太古界層狀綠巖稱為清原群,巖性主要為斜長角閃巖、片麻巖、變粒巖和淺粒巖,并夾磁鐵石英巖(沈保豐等,1994),原巖為從基性到酸性的不同成分火山巖,化學(xué)成分具有低鉀拉斑玄武巖到鈣堿性系列特征,因而被認(rèn)為是島弧環(huán)境下的產(chǎn)物(張秋生等,1984;李俊建等,1995)。這些巖石成巖年齡大于3.0Ga,并在2.8～2.9Ga期間經(jīng)受了麻粒巖相-高級角閃巖相區(qū)域變質(zhì)(張秋生等,1984)。渾北地體中花崗質(zhì)巖石與綠巖的比例約為3:2(李俊建等,1995),其巖性主要為英云閃長巖-花崗閃長巖,侵入時代為2.8～2.9Ga;在2.5Ga前后又有鉀長花崗巖的侵入(張秋生等,1984;鄧公全等,1994)。渾北綠巖帶中分布著7個有工業(yè)價值的塊狀硫化物型銅-鋅礦床、1個硫礦床和100余個礦點(diǎn),它們均產(chǎn)在清原群紅透山組上部厚約百余米的巖性段內(nèi)。該巖性段被探礦地質(zhì)工作者稱為“薄層互層帶”,乃由薄層黑云母變粒巖、片麻巖和斜長角閃巖交替而成,并以含石榴石、直閃石和硅線石為特征,其原巖推測為多旋回的玄武巖-安山巖-流紋巖組合。礦體均與淺粒巖(流紋質(zhì)原巖)伴生,并常被磁鐵石英巖覆蓋(張秋生等,1984)。礦區(qū)巖石的變質(zhì)相為高級角閃巖相。趙印香等(1987)用石榴石、角閃石等地質(zhì)溫度計(jì)算得的變質(zhì)溫度為600～650℃,壓力為0.8～1.6GPa。2紅透山y(tǒng)形帶紅透山是清原地區(qū)7個塊狀硫化物型銅-鋅礦床中規(guī)模最大者。礦區(qū)地層主要為清原群紅透山組云母片麻巖、變粒巖、斜長角閃巖和含礦的“薄層互層帶”,其變質(zhì)程度達(dá)高級角閃巖相。巖石片理與巖性界線一致,均向南東傾斜,傾角70°～85°,構(gòu)成一個向形傾豎褶皺(楊振聲和余寶祥,1984)。礦層產(chǎn)狀總體上與圍巖片理一致(圖1),采礦垂深如今已達(dá)1344米,至此深度的各個中段上,礦帶平面形態(tài)均呈平臥的、向東開口的“Y”形(圖1),即東部的兩個礦層向西逐漸匯合而成為一體,然后繼續(xù)西延。傾豎褶皺直立樞紐位于“Y”形三臂交會處。在該交會處礦體最厚,形成巨大的直立“礦柱”。“Y”形礦帶在平面上E-W向的長度僅500m(圖1),而據(jù)工程控制,礦層沿傾斜延深超過1500m仍未終止,如將向形展平,則兩翼礦層南北向總長度超過3000米,因此鄧功全(1994)推測紅透山礦層在褶皺之前的原始長軸走向應(yīng)為S-N向或NW向。礦區(qū)內(nèi)尚未發(fā)現(xiàn)標(biāo)志海底噴流通道的脈狀或角礫狀礦化,但在“Y”形帶北叉的北側(cè)和南叉的南側(cè)分布有浸染狀礦石,其厚度變化于幾十米至300米之間,硫化物含量10～30vol%(盧文江,1994),是否代表了與海底噴流有關(guān)的層狀下盤礦化(MortonandFranklin,1987;顧連興,1999),目前尚無結(jié)論。礦區(qū)內(nèi)有眾多的石英輝綠巖墻(圖1),其厚度小者不足1米,大者可達(dá)數(shù)十米,多呈NNE走向,明顯截切塊狀硫化物礦層,局部可見塊狀礦石呈捕虜體產(chǎn)于其中。層狀礦體還常被偉晶巖脈切割,有些偉晶巖脈中可見天河石。紅透山礦床已探明金屬銅50萬噸、鋅47萬噸、金5噸,伴生的銀、鎘和碲也已達(dá)到大、中型礦床規(guī)模。礦石平均品位為Cu1.6wt%,Zn1.66wt%,S16.5wt%,Au0.5×10-6,Ag36×10-6,Cd0.00558wt%,Se0.00247wt%;Cu/Zn比率為0.96(盧文江,1994).深部礦體的Cu/Zn比值低于淺部,即淺部富銅而深部富鋅。盧文江(1994)認(rèn)為,這是一種沉積過程中形成的水平分帶,淺部的層狀礦體更靠近海底噴流中心。礦床中72個硫化物樣品的δ34S分布為0.3～1.5‰(CDT)(盧文江,1994)。礦體中塊狀礦石占90%以上,礦物成分主要為黃鐵礦(50%)、磁黃鐵礦(20%～30%)、閃鋅礦(10%～15%)、黃銅礦(5%～10%)及少量方鉛礦、方黃銅礦、銀金礦、輝銅礦和磁鐵礦等。脈石礦物主要是石英和斜長石,其次為石榴石、角閃石、陽起石、黑云母和白云母等。礦石類型主要為致密塊狀,次為浸染狀和條帶狀等。3閃巖相系中深達(dá)角閃巖相紅透山礦區(qū)的塊狀硫化物礦石與其圍巖一起受到了深達(dá)角閃巖相的變質(zhì)作用,因此其同生沉積結(jié)構(gòu)幾瀕絕跡,如今最常見的結(jié)構(gòu)主要是變質(zhì)、變形過程的產(chǎn)物。3.1磁黃鐵礦的形成過程由于進(jìn)變質(zhì)作用早階段的結(jié)構(gòu)絕大部分已為變質(zhì)峰期的改造所破壞,目前所見到的結(jié)構(gòu)主要是變質(zhì)峰期后的殘留。關(guān)于磁黃鐵礦的成因是塊狀硫化物礦床研究的核心問題之一(CraigandVokes,1993;Guetal.,2001)。以往的研究者均把紅透山礦區(qū)的磁黃鐵礦作為同生沉積的黃鐵礦在區(qū)域變質(zhì)過程中發(fā)生礦物相轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物(張秋生等,1994;鄧功全,1994),而本文作者認(rèn)為,本礦區(qū)的磁黃鐵礦主要是同生沉積的,其依據(jù)主要是:(1)礦床中的磁黃鐵礦粒徑多為2～5mm,大者可達(dá)10mm以上,其邊界平直,表明這種礦物經(jīng)歷了多期次的變形和重結(jié)晶,最后在峰期變質(zhì)溫度附近達(dá)到了退火平衡;(2)磁黃鐵礦可與黃銅礦和少量細(xì)粒黃鐵礦立方體一起在礦體的圍巖片麻巖中呈浸染狀分布,其中見不到黃鐵礦向磁黃鐵礦轉(zhuǎn)變的結(jié)構(gòu);(3)塊狀磁黃鐵礦礦石內(nèi)的黃鐵礦多為良好的立方體自形晶,尤其在與磁黃鐵礦基質(zhì)的接觸部位呈現(xiàn)平直的邊界,見不到被磁黃鐵礦交代的現(xiàn)象,只有在與脈石礦物接觸處,黃鐵礦斑晶才因生長受阻或被強(qiáng)烈交代而具有港灣狀邊界。這些現(xiàn)象表明,黃鐵礦立方體是晚于磁黃鐵礦的變斑晶;(4)在黃鐵礦斑晶內(nèi)可以見到散布的、自形的或具有弧形溶蝕邊界的磁黃鐵礦包裹體,而在磁黃鐵礦顆粒內(nèi)卻缺乏黃鐵礦包裹體;(5)如果礦區(qū)內(nèi)的磁黃鐵礦是由黃鐵礦轉(zhuǎn)變而來,那么轉(zhuǎn)變過程中必然會析出巨量的硫,所析出的硫就會造成圍巖中鐵硅酸鹽的硫化反應(yīng)(Nilsen,1978),形成大量的變質(zhì)成因硫化物。然而,在紅透山礦區(qū)的礦體直接圍巖“薄層互層帶”中,黑云母、角閃石等暗色礦物新鮮如故,說明黃鐵礦的脫硫和由此造成的圍巖硫化并未發(fā)生。因而,磁黃鐵礦主要是同生沉積的原始礦物。硫化物被進(jìn)變質(zhì)礦物交代的結(jié)構(gòu)普遍可見。磁黃鐵礦可被接近定向排列的硅線石切割成光性連續(xù)的半島或弧島(圖版-A)。在透射光下,硅線石呈長柱狀至針狀,中等突起,Ⅱ級干涉色,正延長。在完全缺乏黃鐵礦的石榴黑云陽起片巖中,可見磁黃鐵礦、黃銅礦和閃鋅礦均被半定向或束狀排列的陽起石和黑云母所切割,被切割后的硫化物呈邊界不規(guī)則的長條狀,排列方向與片理相一致,形成假流紋狀礦石。這些被切割的硫化物均是同生沉積后經(jīng)變晶生長的產(chǎn)物。被硅線石切割的磁黃鐵礦具有明顯的退火平衡結(jié)構(gòu)(圖版-A),表明其退火平衡在硅線石形成之前就已發(fā)生;硅線石的柱狀晶形表明變質(zhì)作用曾在紅柱石-藍(lán)晶石-硅線石三相點(diǎn)溫度以上達(dá)到了較長時期的穩(wěn)定。雖然對于該三相點(diǎn)迄今尚無確切的數(shù)值,但其溫度最可能在550℃上下(Richardsonetal,1969;Holdaway,1971)。與磁黃鐵礦被進(jìn)變質(zhì)礦物切割的特征相反,斑狀黃鐵礦中卻常見到變質(zhì)礦物的包裹體,所包裹的黑云母常見膝折構(gòu)造。這些與斯勘的納維亞加里塊狀硫化物礦石十分相似的結(jié)構(gòu)(CraigandVokes,1993;GuandVokes,1996)表明這種黃鐵礦也是變質(zhì)、變形之后變晶生長的產(chǎn)物。顧連興等(1988)在華南塊狀硫化物礦床的六方磁黃鐵礦中區(qū)分出了兩種成因的單斜交生體:受六方變體結(jié)晶方位控制的葉片狀出溶體和受六方變體裂隙、顆粒邊界控制的交代產(chǎn)物。GuandVokes(1996)在研究挪威加里東造山帶塊狀硫化物礦床時發(fā)現(xiàn),這些礦床內(nèi)經(jīng)過強(qiáng)烈變質(zhì)和重結(jié)晶的磁黃鐵礦中通常缺乏單斜出溶體,只有部分顆粒中有少量出溶體的殘留。他們認(rèn)為,這是因?yàn)楸緛砗谐鋈荏w的同生沉積磁黃鐵礦在重結(jié)晶過程中,其內(nèi)的出溶產(chǎn)物發(fā)生了均勻化的緣故。Cook(1996)對挪威的礦石重作研究后稱,未發(fā)現(xiàn)與GuandVokes(1996)的研究結(jié)果有相悖之處。這次所作的磁性膠體法(CraigandVaughan,1981)鏡下研究表明,紅透山礦區(qū)發(fā)生了退火和重結(jié)晶的磁黃鐵礦絕大部分是單純的六方變體,其中缺乏單斜出溶葉片,只有在部分顆粒中有少量葉片殘留。這樣的特征與作者對挪威礦床的研究結(jié)果相一致。3.2退酒結(jié)構(gòu)退變質(zhì)過程中形成的結(jié)構(gòu)主要有黃鐵礦變斑晶,以及由退變質(zhì)-變形、二次退火和成礦物質(zhì)再活化形成的結(jié)構(gòu)。3.2.1變質(zhì)礦物成礦的機(jī)制在塊狀磁黃鐵礦礦石中,黃鐵礦斑晶均為立方體(圖版-B),粒徑多為5～20mm,大者達(dá)50mm以上。如下結(jié)構(gòu)特征有助于說明某些斑晶的成因:(1)斑晶呈等軸狀形態(tài),其旁則未見到過壓力影等同構(gòu)造結(jié)構(gòu)(Spry,1979);(2)鏡下見不到磁黃鐵礦交代黃鐵礦的現(xiàn)象,相反地可以在黃鐵礦斑晶內(nèi)見到各種先存礦物的包裹體,其中包括散布的、具有平直或弧形溶蝕邊界的磁黃鐵礦、黃銅礦、閃鋅礦等硫化物和自形黑云母等變質(zhì)礦物。被包裹的磁黃鐵礦具有變形帶,說明它在被包裹之前就已發(fā)生了變形;(3)在同一個光片中可以看到,變質(zhì)礦物硅線石明顯切割磁黃鐵礦,而黃鐵礦變晶則未被切割;這些特征表明,這部分黃鐵礦斑晶不是構(gòu)造前或同構(gòu)造的產(chǎn)物,而是退變質(zhì)過程中形成的變斑晶。磁黃鐵礦礦石中的斑狀黃鐵礦是國內(nèi)外許多受變質(zhì)塊狀硫化物礦石的常見特征。近年來的研究者趨于認(rèn)為,這些斑晶是六方磁黃鐵礦在降溫過程中發(fā)生脫硫的產(chǎn)物(Brookeretal.,1987;CraigandVokes,1993;Cook,1996)。YundandHall(1970)曾用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了磁黃鐵礦的這種脫硫機(jī)制。不過,實(shí)驗(yàn)表明在743℃時與黃鐵礦平衡的六方磁黃鐵礦的最高含硫量為55.1atm%(Arnold,1962),而自然界中六方磁黃鐵礦的含硫量最低限是52atm%(CarpenterandDesborough,1964),因而磁黃鐵礦在降溫過程中出溶所能提供的硫最多不超過3.1atm%。在紅透山礦床中,黃鐵礦變斑晶的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過磁黃鐵礦含量的3.1mole%,只憑磁黃鐵礦的脫硫難以形成,因此有理由推測,礦石中本來就含有一部分同生沉積黃鐵礦,而退變質(zhì)富硫熱液的疊加又使這部分黃鐵礦發(fā)生過增生(顧連興等,2001)。此外,礦床中還有一種斑狀結(jié)構(gòu)黃鐵礦-閃鋅礦礦石,其斑晶主要為五角十二面體黃鐵礦,含量高達(dá)30%以上,基質(zhì)以閃鋅礦為主,僅含極少量黃銅礦和磁黃鐵礦。這種黃鐵礦斑晶中未見到過磁黃鐵礦包裹體,應(yīng)當(dāng)是沉積-變質(zhì)的直接產(chǎn)物。3.2.2變質(zhì)峰期及退變質(zhì)過程對磁黃鐵礦礦土在進(jìn)變質(zhì)過程中發(fā)生的變形被強(qiáng)烈退火和重結(jié)晶清除以后,目前所保留下來的礦物變形結(jié)構(gòu)主要是變質(zhì)峰期和退變質(zhì)過程的產(chǎn)物。這些結(jié)構(gòu)包括各種礦物的晶界滑移、黃鐵礦的碎斑結(jié)構(gòu)、由黑三角孔顯示的方鉛礦解理和閃鋅礦雙晶的扭曲、磁黃鐵礦的亞顆粒、膝折和變形雙晶等。如前所述,紅透山礦區(qū)經(jīng)歷了退火平衡的粗粒磁黃鐵礦邊界平直,但這些邊界構(gòu)成的兩面角已有相當(dāng)一部分偏離了120°,三晶嵌結(jié)結(jié)構(gòu)(顧連興和鄭素娟,1990)已不典型。在有些地段,磁黃鐵礦顆粒被壓扁和拉長,顆粒內(nèi)部發(fā)育大量變形條帶,這些特征表明,礦區(qū)的磁黃鐵礦在變質(zhì)峰期發(fā)生退火和重結(jié)晶之后,又在退變質(zhì)過程的動力作用下發(fā)生了晶界滑移和晶內(nèi)塑性變形。已有大量文獻(xiàn)(Mookherjee1976;Vokes,1976;顧連興和鄭素娟,1990;邱小平等,1993;Tiwaryetal.1998)論述過硫化物礦石的變質(zhì)退火作用,然而還應(yīng)當(dāng)指出,變質(zhì)礦石的退火作用具有多幕性。首先,伴隨進(jìn)變質(zhì)過程的多次變形和遞進(jìn)熱增進(jìn),必然發(fā)生過多幕的退火作用,但目前所保留的退火結(jié)構(gòu)主要與變質(zhì)峰期前后的重結(jié)晶有關(guān)。其次,在退變質(zhì)過程中,已經(jīng)退火的礦石如果受到疊加的變形并且處在較緩慢的隆升和降溫環(huán)境下,就可能發(fā)生二次退火。顧連興等(1995)報(bào)道過挪威塊狀硫化物礦床中磁黃鐵礦的二次退火現(xiàn)象。在紅透山礦石中,?？梢姷皆诖至４劈S鐵礦邊界附近或其內(nèi)部的強(qiáng)烈變形區(qū),嵌有一些較小顆粒,這些小顆粒往往具有平直的邊界,部分兩面角呈120°,應(yīng)為二次退火的產(chǎn)物。二次退火新顆粒沿粗晶磁黃鐵礦邊界分布的現(xiàn)象,可能與粗晶顆粒因邊界滑動導(dǎo)致的粒緣變形有關(guān),在成因上與核幔結(jié)構(gòu)相類似。當(dāng)塊狀礦石被熱液石英脈穿插時,有時可以看到同一個磁黃鐵礦顆粒在緊鄰石英脈處優(yōu)先退火,形成一條退火的鑲邊。這種現(xiàn)象似乎說明,后期流體的加入促進(jìn)了變形和退火作用的進(jìn)行。與變質(zhì)峰期退火不同的是,二次退火發(fā)生于地殼隆升和降溫條件下,故退火時的溫度較低,所獲得的熱能較弱,退火作用持續(xù)的時間也較短。因而,二次退火的產(chǎn)物常局限于應(yīng)變較強(qiáng)之處,新顆粒通常較細(xì)。在紅透山礦區(qū),二次退火顆粒粒度通常小于0.1mm。3.2.3剪切變形結(jié)構(gòu)的改變在紅透山礦區(qū)內(nèi),分布有大約30多條高度富集銅、金的富礦帶,礦山地質(zhì)工作者稱之為“銅條”。張秋生等(1984)和劉連登等(1994)已正確地指出,這些銅條實(shí)際上是塊狀硫化物礦石受到韌性剪切后形成的糜棱巖帶,因此可稱為礦石糜棱巖。礦石糜棱巖帶長22～30m,寬0.1～1.5m,延深2～30m,規(guī)模顯著大于挪威礦區(qū)的礦石糜棱巖(DuckworthandRickard,1993)。礦石糜棱巖主要產(chǎn)于主礦體內(nèi)部,尤其在“Y”型三臂交接部位礦體由厚變薄之處或礦體末端較多。極少數(shù)礦石糜棱巖產(chǎn)在礦體附近圍巖中。作者等在銅坑口-647m中段9～10穿脈所見之礦石糜棱巖帶長約30m,寬約1m,延深約30m,產(chǎn)狀與圍巖一致,走向SE80°。該糜棱巖帶一側(cè)與片麻巖邊界清晰,另一側(cè)漸變?yōu)閴K狀磁黃鐵礦礦石。糜棱巖中含不同程度圓化的脈石碎塊,部分碎塊呈拉長狀定向排列(圖版-C)。碎塊大小從不足1毫米至數(shù)厘米。在顯微鏡下,各種礦物均顯示強(qiáng)烈的剪切變形結(jié)構(gòu)。原有的圓粒狀石英被剪切成透鏡狀或拔絲狀,有的因旋轉(zhuǎn)而磨成渾圓狀(圖版-D),其內(nèi)部已發(fā)生明顯的動態(tài)重結(jié)晶,少數(shù)顆粒已具退火平衡結(jié)構(gòu)。黑云母強(qiáng)烈膝折,有的被彎曲成弧形。各種硫化物差異流變十分明顯。黃鐵礦和磁鐵礦以脆性變形為特征,并隨著變形的加劇逐步形成破裂-碎裂-碎粒-糜棱狀(劉連登等,1994)等結(jié)構(gòu)(圖版-C、D)。在反光鏡下,黃鐵礦碎斑輪廓線增粗,突起升高,這可能為應(yīng)變硬化(劉瑞峋,1988)所致。各碎塊常沿剪切方向分離,并在基質(zhì)中呈帶狀排列,形成布丁構(gòu)造(圖版-E)。在單向位移的情況下,各碎塊間的關(guān)系尚可恢復(fù)(圖版-E),但如果伴有揉碾作用(Durchbewegung),則碎塊可被磨成渾圓狀碎粒并互不相連地散布于塑性基質(zhì)中,此時碎粒間的關(guān)系已很難恢復(fù),初看時會誤視為密集的細(xì)粒黃鐵礦獨(dú)立晶體(圖版-D)。有些黃鐵礦和脈石碎粒環(huán)繞磨成渾圓狀的脈石碎塊定向排列(圖版-D);也可見到較大的黃鐵礦碎斑具渾圓狀邊界和同心環(huán)狀裂紋,圓形邊界外側(cè)還可存在一圈微細(xì)粒的被碾脫的碎粒。這些揉碾構(gòu)造(Durchbewegungstructure,Vokes,1969;MarshallandGilligan,1989;顧連興等,1995)表明,脈石和黃鐵礦碎斑在變形過程中曾發(fā)生過強(qiáng)烈的顆粒邊界滑移,并相對于基質(zhì)發(fā)生過旋轉(zhuǎn)。礦石中強(qiáng)干的黃鐵礦變斑晶的破碎和細(xì)?；沟V物顆粒邊界滑移只需克服周圍細(xì)小顆粒群的阻力而無需搬動原有的整個變斑晶(劉瑞珣,1988),因而大大促進(jìn)了礦石的剪切變形?！般~條”中有些黃鐵礦碎斑已被再活化而來的黃鐵礦愈合。礦石糜棱巖的基質(zhì)主要由塑性較強(qiáng)的磁黃鐵礦、黃銅礦和閃鋅礦等金屬礦物,以及碾碎的脈石礦物和片麻巖、片巖構(gòu)成。塑性金屬礦物常被剪切成條帶狀,其中塑性相對較弱的閃鋅礦可在黃銅礦基質(zhì)中形成斷續(xù)相連或雁行排列的透鏡體(圖版-E)?；|(zhì)中的多數(shù)顆粒大小均不足0.1mm,與未受剪切的塊狀礦石(粒度>1mm)成鮮明對照。磁黃鐵礦是極易產(chǎn)生變形的礦物,但礦石糜棱巖中的磁黃鐵礦卻缺乏變形帶,這表明這種礦物變形后均發(fā)生了二次退火。局部地段可以見到磁黃鐵礦二次退火達(dá)到平衡所形成的三晶嵌接結(jié)構(gòu),但未發(fā)現(xiàn)過黃鐵礦碎斑的顯著退火現(xiàn)象。鑒于磁黃鐵礦的退火在溫度高于450℃時才顯著,而黃鐵礦在高于550℃的條件下才發(fā)生顯著退火(MarshallandGilligan,1987),故可推測礦石糜棱巖的退火溫度為450℃～550℃,顯著低于趙印香等(1987)算得的峰期變質(zhì)溫度600～650℃。這種退火應(yīng)當(dāng)發(fā)生于退變質(zhì)條件之下。4活化轉(zhuǎn)移和再活化Mookherjee(1976)將組分從一處轉(zhuǎn)移到另一處的過程稱為活化轉(zhuǎn)移(mobilization),而將組分從先存礦體轉(zhuǎn)移出并形成新礦體的過程稱為再活化(remobilization)。Marshall和Gilligan(1987)將活化轉(zhuǎn)移和再活化的過程分為化學(xué)的、機(jī)械的和復(fù)合的三種類型。下文主要討論紅透山太古代塊狀硫化物礦床成礦后的再活化。4.1結(jié)構(gòu)和構(gòu)造環(huán)境在高級角閃巖相溫、壓條件下,許多硫化物具有很強(qiáng)的塑性,因此機(jī)械(固態(tài))方式再活化十分重要(MarshallandGilligan,1987;SkinnerandJohnson,1987)。紅透山礦床雖然總體上呈層狀形態(tài),但各具體地段的礦體明顯地厚薄不勻,并有尖滅再現(xiàn)和穿入圍巖的現(xiàn)象。這些現(xiàn)象表明,礦石是前構(gòu)造(pre-tectonic,MarshallandGilligan,1993)的產(chǎn)物,并在區(qū)域變質(zhì)和變形過程中發(fā)生了強(qiáng)烈的塑性流動。如前所述,紅透山諸礦體排列成了平臥的“Y”形,而在“Y”形三個臂的交會處,即傾豎褶皺轉(zhuǎn)折部位形成了巨厚的“礦柱”。楊振聲和余寶祥(1984)認(rèn)為,在他們識辨出的四幕變形中,傾豎褶皺是第二幕變形的產(chǎn)物,而褶皺轉(zhuǎn)折部位“礦柱”的形成則是變形過程中塑性(或半塑性)硫化物向轉(zhuǎn)折端低壓處發(fā)生固態(tài)遷移而導(dǎo)致的構(gòu)造加厚。在塊狀硫化物與片麻巖的接觸部位(圖2),脆性片麻巖常形成尖頂-舌狀褶皺(cuspate-lobatefold,RamsayandHuber,1987),而塑性硫化物則呈牛角狀突起,形成角頂(cusp,MarshallandGilligan,1989)構(gòu)造,當(dāng)角頂穿過片麻理時則形成穿刺角頂(piercementcusp,MarshallandGilligan,1989)。硫化物塊體中還可見到剝離下來的經(jīng)圓化的片麻巖碎塊。在礦區(qū)第14線剖面上,礦體淺部薄而深部厚,在向斜轉(zhuǎn)折處最厚,從而呈現(xiàn)魚勾狀形態(tài),這可能是褶皺過程中礦石向轉(zhuǎn)折端低應(yīng)力部分發(fā)生固態(tài)再活化的產(chǎn)物。但是按SkinnerandJohnson(1987)的解釋,這種形態(tài)也可能是由于礦石密度顯著高于圍巖,在變形過程中發(fā)生了重力下沉的緣故。在顯微鏡下,?？梢姷近S鐵礦自形變斑晶碎裂后,其裂隙被塑性硫化物充填,充填物中尤以黃銅礦最為常見、其次是磁黃鐵礦和閃鋅礦。在有些光片中,黃鐵礦斑晶的各碎塊可以很好地拼合(圖版-B),并且裂隙內(nèi)的充填物可與碎斑外側(cè)的同種礦物相連,這表明充填物可能是基質(zhì)中的塑性礦物在變形過程中機(jī)械擠入的產(chǎn)物。有些裂隙正是在塑性礦物擠入過程中得到了進(jìn)一步擴(kuò)展(圖版-B)。在挪威的加里東塊狀硫化物礦床中,作者還觀察到了磁黃鐵礦沿黃鐵礦中平行裂隙強(qiáng)力擠入時使黃鐵礦碎片發(fā)生彎曲的現(xiàn)象(顧連興等,1995)。4.2紅透山-大荒溝狀責(zé)任基因在整個變質(zhì)作用過程中均可發(fā)生成礦組分的化學(xué)再活化,但進(jìn)變質(zhì)與退變質(zhì)過程的化學(xué)再活化特征有顯著差異。進(jìn)變質(zhì)過程發(fā)生于埋深加大、地溫增高的環(huán)境中,因而硫化物機(jī)械再活化顯著,并且流體攜帶金屬進(jìn)行長距離遷移的能力較強(qiáng)。塊狀硫化物礦體中很少見到進(jìn)變質(zhì)的化學(xué)再活化產(chǎn)物,表明絕大部份活動性組分已隨流體遷移到了礦體之外。即使有少量組分曾被卸載于礦體內(nèi)部,也會在接近峰期時再度轉(zhuǎn)移,最后在礦體以外較低級的變質(zhì)相帶中沉淀。在紅透山-大荒溝塊狀硫化物銅金成礦帶中有一些受韌性剪切帶控制的金礦床(如南龍王廟等),有人認(rèn)為礦床中金的源巖為該區(qū)綠巖巖系(劉連登等,1994;李俊建等,1995;戴仕炳,1993)。倘如此,其中也應(yīng)當(dāng)包括夾于該綠巖系中的塊狀硫化物礦層。因此,這些金礦可能部分地代表著塊狀硫化物礦床進(jìn)變質(zhì)遠(yuǎn)程再活化產(chǎn)物。與進(jìn)變質(zhì)過程不同的是,退變質(zhì)過程溫度和壓力逐漸降低,機(jī)械再活化已不顯著,流體攜帶金屬進(jìn)行長距離遷移的能力也已減弱,但是隨著裂隙的張開和循環(huán)流體的出現(xiàn),化學(xué)再活化仍很活躍。該時期的。再活化可以發(fā)生在不同尺度內(nèi)。在紅透山礦床中發(fā)育大量硫化物-石英脈,這些脈不但切割塊狀硫化物礦體,還常切割后期輝綠巖墻,這是礦床尺度的再活化產(chǎn)物。在微觀尺度內(nèi),礦石的種種結(jié)構(gòu)紀(jì)錄了成礦物質(zhì)被流體帶出和再次聚集的場所,即化學(xué)再活化的起點(diǎn)和終點(diǎn)。4.2.1乳滴棒條和黃銅礦疾病表征再活化起點(diǎn)的最常見結(jié)構(gòu)是黃銅礦、磁黃鐵礦和閃鋅礦等硫化物被扇狀或放射狀陽起石和細(xì)鱗片狀黑云母等交代的結(jié)構(gòu)。在退變質(zhì)氧逸度增高的情況下,黃銅礦可被磁鐵礦+磁黃鐵礦+黃鐵礦組合交代(圖版-F),從而使銅和部分硫發(fā)生再活化。圖版-F中的無數(shù)磁黃鐵礦板狀晶體長度數(shù)微米,消光方位各不相同,因而不是原有大顆粒的交代殘余,而是交代過程的產(chǎn)物。這種交代礦物組合表明退變質(zhì)流體局部物理化學(xué)條件位于磁鐵礦-磁黃鐵礦-黃鐵礦三相點(diǎn)附近(Guetal.,1997)。在未變質(zhì)或輕微變質(zhì)的塊狀硫化物礦床中,閃鋅礦內(nèi)常含有大量微米粒徑的黃銅礦乳滴和棒條(Barton,1978;Eldridgeetal.,1983;Large,1992;Guetal.,1998)。這些乳滴和棒條以往曾長期地被視為出溶體,但近年來幾乎一致地認(rèn)為,這種交生結(jié)構(gòu)相當(dāng)一部分是閃鋅礦受含銅溶液交代的產(chǎn)物,因而被稱為黃銅礦疾病(Chalcopyritedisease,Barton,1978;Eldridgeetal.,1983)。但是,在紅透山礦床中黃銅礦疾病較少,這可能是因?yàn)殚W鋅礦在變質(zhì)重結(jié)晶過程中已發(fā)生自凈作用的緣故,分布于閃鋅礦粒內(nèi)和粒緣的一些細(xì)粒狀或斑點(diǎn)狀黃銅礦正是自凈作用的產(chǎn)物。關(guān)于閃鋅礦的這種自凈和均勻化效應(yīng)前人已多論述(Scott,1983;Craig,1983;Eldrigeetal,1988)。目前所見的紅透山黃銅礦疾病主要發(fā)生于退變質(zhì)含銅流體活躍之處,“病毒”多沿閃鋅礦解理和雙晶紋分布。這種結(jié)構(gòu)既代表了黃銅礦的再活化終點(diǎn),也代表了閃鋅礦的再活化起點(diǎn)。黃鐵礦是礦床中最穩(wěn)定的硫化物,但在退變質(zhì)較晚階段熱液過程中仍可被石英、碳酸鹽等強(qiáng)烈交代,從而發(fā)生硫化鐵的再活化。正因?yàn)檫@種晚階段的熱液交代作用,紅透山礦床中的黃鐵礦變斑晶不像挪威Sulitjelma和Gjersvik等礦區(qū)那樣普遍具有完好的立方體外形,而常具有內(nèi)凹的港灣狀邊界。4.2.2縫充填體中黃銅礦的遷移成礦元素經(jīng)過一定時間的運(yùn)移之后被析出,于是某種組分的再活化作用到了其終點(diǎn)。最能代表再活化終點(diǎn)的結(jié)構(gòu)是銅等金屬硫化物沿裂縫充填和交代先存礦物的各種結(jié)構(gòu)。如上文所述,充填于黃鐵礦變斑晶內(nèi)某些可拼合裂縫中的黃銅礦和閃鋅礦等硫化物有可能是機(jī)械再活化所致。然而,有些變斑晶的裂縫具有港灣狀邊界或具有明顯的不可拼合性(圖版-G),也有些被黃銅礦充填的變斑晶外側(cè)根本不存在黃銅礦(圖版-G),這些裂縫中的硫化物很難用機(jī)械注入來解釋,而應(yīng)當(dāng)是再活化流體充填和交代的產(chǎn)物。碎裂黃鐵礦作為硫化物再活化終點(diǎn)的現(xiàn)象在許多礦區(qū)均有報(bào)道(VokesandCraig,1993;Cooketal.,1994;LarocqueandHodgson,1995)。盡管紅透山礦床內(nèi)銅的平均品位與鋅相近,然而在黃鐵礦裂縫充填物中黃銅礦的數(shù)量卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過閃鋅礦,有些填隙物中甚至只有黃銅礦而完全缺乏閃鋅礦。VokesandCraig(1993)認(rèn)為,黃銅礦的優(yōu)先充填說明在退變質(zhì)流體中銅比鋅容易發(fā)生遷移。作者等贊同這種差異遷移的觀點(diǎn),然而另一個因素同樣值得考慮,即黃銅礦比起閃鋅礦來可能更容易依附黃鐵礦的表面結(jié)晶。圖版-G中黃鐵礦碎斑的左側(cè)均為閃鋅礦所包圍,而在碎斑裂縫中以充填和交代方式產(chǎn)出的硫化物卻只有黃銅礦。在安徽銅陵銅官山、馬山、冬瓜山和新橋等礦區(qū)的塊狀磁黃鐵礦礦石中均存在一種廣為人知的結(jié)構(gòu),即黃銅礦常環(huán)繞黃鐵礦斑晶聚集而呈鳥眼狀。在顯微鏡下可以看到,這種黃鐵礦的內(nèi)部裂縫中也多被黃銅礦充填。這種結(jié)構(gòu)表明,比起基質(zhì)中的磁黃鐵礦來,斑狀黃鐵礦是黃銅礦再活化優(yōu)先選擇的終點(diǎn)。作者(GuandMcClay,1992)曾注意到,即使在一些含銅很低的鉛鋅礦區(qū),充填在黃鐵礦裂縫中的主要硫化物仍然是黃銅礦,閃鋅礦數(shù)量較少,而方鉛礦則更少。這可能表明黃銅礦比起閃鋅礦和方鉛礦來,它與黃鐵礦之間的界面自由能更低,因而更容易形成異質(zhì)增生(顧連興等,2001)。許多作者(翟裕生等,1997;於崇文等,1998)所強(qiáng)調(diào)的層控礦床形成過程中黃鐵礦質(zhì)礦胚層對熱液銅的地球化學(xué)障作用,即可用這種異質(zhì)增生機(jī)制來解釋。在黃鐵礦之后,再活化黃銅礦優(yōu)先選擇的終點(diǎn)礦物依次是閃鋅礦和磁黃鐵礦。在脈石礦物中,再活化黃銅礦優(yōu)先選擇黑云母解理縫進(jìn)行充填,Cooketal.(1994)在納米比亞的Matchless礦床中也報(bào)道了這種現(xiàn)象。如前所述,紅透山礦區(qū)沉積-變質(zhì)的六方磁黃鐵礦內(nèi)部通常缺乏單斜磁黃鐵礦出溶體,但是沿其顆粒的邊緣和裂縫有時可見單斜變體的斑點(diǎn)、團(tuán)塊和葉片。這些單斜變體是退變質(zhì)過程中富硫熱液對六方變體的交代產(chǎn)物。在有些地段還可見到磁黃鐵礦與黃銅礦等其它硫化物一起交代黃鐵礦變斑晶,或呈細(xì)脈穿插塊狀礦石的現(xiàn)象。這些退變質(zhì)的磁黃鐵礦均為六方與單斜變體的交生體。這樣的特征酷似挪威加里東造山帶塊狀硫化物礦床中的退變質(zhì)磁黃鐵礦(GuandVokes,1996),表明磁黃鐵礦主晶的形成溫度高于單斜-六方轉(zhuǎn)變溫度254℃(KissinandScott,1982),因而在緩慢降溫過程中發(fā)生了單斜變體的出溶。在紅透山礦床中,石英只有在退變質(zhì)最晚階段與磁鐵礦一起交代各種硫化物,這與VokesandCraig(1993)研究挪威Gressli礦區(qū)后得出的黃銅礦-閃鋅礦-石英這樣的再活化先后順序一致。4.3蝕變的進(jìn)礦物質(zhì)紅透山銅條的平均銅品位在6wt%以上,最高達(dá)22wt%(劉連登等,1994)。據(jù)礦山分析資料,產(chǎn)有銅條的硫化物礦石整體銅品位與不含銅條的塊狀礦石相比,銅品位提高到塊狀礦石的4倍,金提高到3.8倍,銀提高到3.9倍,但不同地段的銅條在成分上又有差異?！般~條”礦物為黃銅礦10～50vol%,閃鋅礦5～15vol%,脈石10～30vol%,磁黃鐵礦或黃鐵礦30～60vol%。磁黃鐵礦與黃鐵礦的含量比例在不同銅條中變化很大,有的銅條以磁黃鐵礦為主,而另有的銅條則以黃鐵礦占絕對優(yōu)勢。張秋生等(1984)和劉連登等(1995)曾認(rèn)為,銅條是不同礦物間塑性差異所造成的差異固態(tài)再活化產(chǎn)物,但是,有些銅條中脆性黃鐵礦含量可超過50vol%,表明固態(tài)再活化觀點(diǎn)不能令人信服。相反地,銅條中發(fā)育強(qiáng)烈的熱液蝕變,如石榴石化、角閃石化(具淺藍(lán)色多色性)、陽起石化、綠簾石化、斜黝簾石化、黑云母化、白云母化、鈉長石化、碳酸鹽化和硅化等。此外,黃銅礦沿裂縫充填和交代黃鐵礦乃至脈石碎塊的現(xiàn)象比比皆是(圖版-H)。因此,按作者的意見,銅條是由退變質(zhì)韌性剪切形成的礦石糜棱巖受后期流體疊加而成。鑒于銅條只在主礦體內(nèi)局部分布,且單個銅條規(guī)模較小,其伴生的蝕變礦物具有高級綠片巖相組合,因此銅條應(yīng)當(dāng)形成于高級綠片巖相退變質(zhì)環(huán)境下。上述由磁黃鐵礦和黃鐵礦退火特征所得出的推論也與此認(rèn)識相符。礦石糜棱巖轉(zhuǎn)變成銅金富礦石取決于多種因素。首先,韌性剪切本身會導(dǎo)致壓溶,使石英等壓溶敏感礦物(孫巖等,1984;吳學(xué)益,1998)淋失,從而使礦石相對富化(GuandMcClay,1994)。其次,礦石糜棱巖為流體運(yùn)移和聚集提供了空間。許多研究者曾論述過韌性剪切對巖石和硫化物礦石孔隙度的影響(Clarketal.,1973;Boulter,1987;Chenetal,1998;Zhangetal.,2000),而尤其需要提出的是,紅透山礦石中豐富而強(qiáng)干的黃鐵礦變斑晶在破碎之后,其碎塊相互支撐,使孔隙的連通性顯著改善,于是大大促進(jìn)了再活化流體的循環(huán)。同時,礦石糜棱巖的強(qiáng)烈細(xì)?；瘯沟V物表面積增加,更有利于銅、金的沉淀(Chen,1996)。上文已經(jīng)論述,黃鐵礦破裂面是再活化銅發(fā)生沉淀的最佳終點(diǎn)。許多學(xué)者還研究過硫化物對于金沉淀所起的作用(Seward,1984;羅天明,1991;鮑振襄,1993)。JeanandBancroft(1985)和HylandandBancroft(1989)的實(shí)驗(yàn)證實(shí),黃鐵礦等硫化物可將溶液中的金絡(luò)合物吸附于其表面,并將金直接從絡(luò)合物中還原出來。張世柏等(1996)的實(shí)驗(yàn)證明黃鐵礦越破碎對金的吸附能力越強(qiáng)。此外,即使閃鋅礦變形產(chǎn)生的機(jī)械雙晶縫,也能為疊加熱液的結(jié)晶和交代提供成核位置(ClarkandKelley,1973)。值得提出的是,許多變質(zhì)熱液銅金礦床均以強(qiáng)烈硅化為特征,而紅透山“銅條”中的硅化卻不如其它蝕變顯著。這是由于,正如上文所述的那樣,本礦區(qū)退變質(zhì)流體只有到了最晚階段才析出石英。也正是因?yàn)槌傻V金屬濃度未因石英的大量沉淀而被稀釋,礦石糜棱巖才能如此地高度富集銅和金。紅透山礦床礦石糜棱巖中銅、金的富集表明了退變質(zhì)再活化對于成礦的重要意義。至于再活化物質(zhì)的來源,目前尚無可靠的地球化學(xué)、同位素或包裹體準(zhǔn)則來加以判別(MarshallandGilligan,1993)。然而,鑒于“銅條”的分布主要限于主礦層內(nèi)部,因而可以推測,疊加的銅、金可能主要來自附近的塊狀礦石。5磁黃鐵礦成礦作礦紅透山礦床在同生沉積-成巖過程中形成了磁黃鐵礦、黃鐵礦、黃銅礦、閃鋅礦和長英質(zhì)礦物組合。在后期變質(zhì)過程中,不但發(fā)生了金屬礦物重結(jié)晶和礦物相轉(zhuǎn)變,還發(fā)生了成礦物質(zhì)機(jī)械的和化學(xué)的再活化。這種再活化作用,不但使礦體的形態(tài)和與圍巖的關(guān)系變得復(fù)雜,使研究者將某些同生沉積礦床誤認(rèn)為同構(gòu)造礦床(MarshallandGilligan,1993),還能在適宜的部分形成新礦體。以往曾簡單地認(rèn)為,塊狀硫化物礦床中只有黃鐵礦才是同生沉積的,而磁黃鐵礦和磁鐵礦均是變質(zhì)反應(yīng)的產(chǎn)物。近年來的研究證明,無論黃鐵礦還是磁黃鐵礦都既可以是變質(zhì)成因的,也可以是同生沉積的(Finlow-Batesetal.,1977;CraigandVokes,1993;GuandVokes,1996)。在挪威Lokken礦床中,作者還見到過莓球狀黃鐵礦與微晶磁鐵礦交替形成的條帶狀礦石,其中的黃鐵礦無任何被交代痕跡,表明磁鐵礦也可以是同生沉積的。綜合世界各地的資料,塊狀硫化物礦床的磁黃鐵礦可以分為三種主要成因類型:(1)同生沉積-變質(zhì)重結(jié)晶的磁黃鐵礦,如紅透山、挪威加里東造山帶(CraigandVokes,1993;GuandVokes,1996)和澳大利亞MtIsa等(Finlow-Batesetal.,1977)。在大廠長坡礦區(qū)未受變質(zhì)和熱液交代的生物碎屑灰?guī)r中,作者曾見到過浸染狀分布的板狀磁黃鐵礦自形晶,這種磁黃鐵礦顯然是成巖過程的產(chǎn)物。沉積的磁黃鐵礦可以含有單斜出溶體,但常常因?yàn)槭艿胶笃谧冑|(zhì)而發(fā)生了均勻化(GuandVokes,1996);(2)