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区域深部成矿找矿主流规律(岩矿树)新概念模型探讨
河南省政府参事、河南省有色地矿局科技顾问
姚公一2011年1月
在河南省国土资源厅及河南省有色地矿局领导的大力支持下,笔者在2009年七月以《研究规律创新思路进行中深部找矿重大突破》为题,参与地质找矿改革发展大讨论,《中国矿业报》于2009年七月十六日头版头条刊载此文,引起了全球资源战略研究室开放实验室学术委员会主任方克定及河南省副省长张大卫与国际著名独立勘查地质学家刘益康的重视。张副省长对该文批示:“请国土资源厅参阅,对地质找矿改革发展大讨论的有关情况,特别是重要观点,请注意归纳汇总。有关新技术、新理论的情况也请注意收集整理,以便工作中参考。”刘益康先生评价该文:“深刻,击中要害!”在该文中,笔者首次提出“四高”(高风险、高科技、高投入、高产出)很可能是中深部找矿攻深找盲型新的技术经济规律。笔者在该文中还首次提出成矿隐伏岩体的上部或顶面,易形成“物元、热元、水元”聚集循环的成矿中心,此三元同心之处易行成大矿好矿,其相关隐伏成矿构造,是中深部找矿重大突破的首选目标。笔者在该文中还进一步提出了对金属重点成矿区带预测矿集区攻深找盲型中深部找矿突破新思路为“心、向、位”概念模型(将成矿中心、流体流向、找矿靶位有机结合研究的区域成矿找矿规律)。
为了进一步说明“三元同心”及“心、向、位”相结合的新思路,即区域成矿规律,以便从理论上更直接指导中深部找矿,旨在将找到大矿好矿的命中率由现在的1%提高到3%,在腾吉文(中科院院士)及罗铭玖(著名勘查地质学家)的支持下,笔者根据自身数十年找矿勘查实践及全球找矿勘查新进展与前人研究成果的基础上,将中深部找金属矿之复杂问题简单化,抓住其本质与主流,创新编制了区域成矿找矿主流规律(岩矿树)新概念模型(以下简称新概念模型)。
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区域深部成矿找矿主流规律(岩矿树)新概念模
(千米)
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深源热液流体特征深度
I中低盐度富液态水溶液
II低盐度富水泡水溶液
III高盐度含食盐子晶流体05_
CO2-H2O+/-CH4
CH4-CO2-H2O
A1高岭土化、沸石化、冰长石化(低温钾化)、石膏化、玉髓化(低温硅化)、蛋白石化(低温硅化)、绿泥石化、绢云母化、黄铁矿化、
A2绿泥石化、绢云母化、黄铁矿化、碳酸盐化、石英化(中温硅化)、正长石化(中温钾化)、黑云母化°
A3云英石化、黄玉化、方柱石化、电气石化、黑云母化、绿帘石化、
石英化(高温硅化)、微钾长石化25
(高温钾化)、天河石化(高温钾化)、正长石化(高温钾化)、钠长石化(高温钠化)、碱性辉石化
(高温钠化)、碱性角闪石化(高
温钠化)3
祁雨沟、对角沟、大石门沟等)
2009
-
2009
1991
2001
4-
编者:姚公一
时间:2009、7
\
资料來源
(沙沟、葫芦峪、
A1隐伏岩体低温蚀变
浅成中温(上限)
浅成低温(下限)
A2隐伏岩体中温蚀变
形成深度2-成中温斑岩
形成深度0-1硫化陡脉状无
形成深带(脆,
中基性到长英质
准铝质亚碱性岩体(岩矿基体)
-温高硫化浸染(Cu-Au-P
形成深度中(高):
形成深度1千米,火山高温热液矿床,高、中、低温热液矿物混杂
》低温非金属(金V—萤石、白云石、
锚菱铁矿、硬石
-2千米,浅成低中温隐爆角砾岩体矿床
(Au-Ag-Pb)
-3千米,隐爆角砾岩体中高温(Mo-Pb)矿床
形成深度3千米,岩体、及围岩为变质(沉积)浅成中温(下限)(Au-As-Sb)深成高温
A3隐伏岩体髙温蚀变
形成深度3-4千米,角砾岩、岩墙、岩基(Au-Mo-W-Bi)
深成岩体
一形成深度2亓矽卡岩型矿.
(Cu-Au-Bi
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二、新概念模型内容
(一)本质
该概念模型内容的本质是将成矿隐伏侵入岩矿基体(以下简称隐伏岩体)有关的深源热液流体特征与金属矿床类型组合分布,作为一个成矿系统来进行整体研究。抓住成矿金属元素、蚀变组合、成矿温度、形成深度的相关性作为研究本质。按地质大辞典将深度3千米作为深成与浅成的分界,将深度0-2千米、-3千米、3-4千米分别作为低温、中温、高温等热液矿床形成深度。收集国内外多个大型或超大型典型矿床资料,综合研究集成此概念模型。
(二)主流该概念模型的主流是将“三元同心”及“心、向、位”相结合的中深部找矿新思路,进行总体化,树形化,规律化。突出矿床类型、形成深度、隐伏岩体上部或顶面三者的相关性形象,即深部岩矿树概念模型。此可否与达尔文生命之树有异质同形之妙,尚可讨论。虽然,该概念模型仅是框架性的,但是对深部成矿找矿应用理论研究,很可能开创出一条可以探索的新的地质科学研究之路。
(三)描述
环境:一是成矿环境为(面积为100平方千米左右之矿集区)区域深部(成矿深度3千米以下)很可能(70%概率)存在规模较大,呈上细下粗的树状成矿隐伏岩体(中基性到长英质准铝质亚碱性岩体);区域深部构造有利于聚集物元、水元、热元,在隐伏岩体的上部或顶面耦合为深成(深度3-5千米)成矿中心;区域深部围岩有利于成矿、聚矿、储矿。
内涵:由地表到深部的成矿深度与主要热液流体特征及矿床类型时空相关性分布形态
(1)0-500米:无矿空白带,流体主要为低盐度富水泡水溶液;
(2)500米上下:超浅成低温非金属(重晶石、萤石、白云石为主)热液脉状矿床;
(3)1000米上下:火山高温热液矿床,高温、中温、低温热液矿物混杂分布;
(4)0-1000米:浅成低温低硫化热液陡脉状(Au-Ag-Pb-Zn)矿床(多产于斑岩型矿化边缘),流体为低盐度近中性PH值和还原性(硫化物占优势)(腾
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吉文等,2009);
(5)500-2000米:浅成低(中)温高硫化热液(黄铁矿丰富)细脉浸染状矿床(Cu-An-Pb-Zn)或浅成低中温热液隐爆角砾岩体矿床(Au-Ag-Pb);流体为酸性,其PH值小于2,早期以岩浆热液为主,晚期以低盐度岩浆热液与大气降水的混合流体为主(腾吉文等,2009);
(6)2000米上下:浅成中高温(气化-热液)矽卡岩矿床(Cu-Au-Bi-Zn)或(Mo-W),产于斑岩型矿化边缘;
(7)2000-2500米:浅成中温斑岩型矿床(Cu-Au),流体以高盐度含食盐
子晶为主;
(8)2500-3000米:浅成中高温(气化-热液)隐爆角砾岩体矿床(Mo-Pb);
(9)3000米上下:浅深成中高温(气化-热液)斑岩型矿床(Mo-W-Bi)或(岩体、岩墙与围岩)变质(沉积)型矿床(Au-As-Sb-Hg);
(10)3000-4000米:大型脆-韧性剪切带有关的深成高温(气化-热液)脉状矿床(Au-As-Sb-Bi)或与岩体及角砾岩体有关的深成高温(气化-热液)矿床(Au-Mo-W-Bi),流体主要为CH-CO-H0。
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热液流体蚀变组合
(1)隐伏岩体
A1低温蚀变(成矿深度0-2千米)
高岭土化、沸石化
冰长石化(低温钾化)
石膏化、碳酸盐化
玉髓化(低温硅化)蛋白石化(低温硅化)
绿泥石化、绢云母化
黄铁矿化
(2)围岩
B1低温蚀变(成矿深度0-2千米)
似碧玉化、
石膏化、碳酸盐化、
玉髓化(低温硅化)、
蛋白石化(低温硅化)、绿泥石化、绢云母化、
黄铁矿化
A2中温蚀变(-3千米)正长石化(中温钾化)绿泥石化、绢云母化黄铁矿化、碳酸盐化
B2中温蚀变(-3千米)
绿泥石化、绢云母化、
黄铁矿化、碳酸盐化、
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石英化(中温硅化)
黑云母化
石英化(中温硅化)
黑云母化
A3高温蚀变(成矿深度3-4千米)云英石化、黄玉化、方柱石化、微斜长石化(高温钾化)、天河石化(高温钾化)、正长石化(高温钾化)、碱性辉石化(高温钠化)、碱性角闪石化(高温钠化)、钠长石化(高温钠化)、电气石化、黑云母化、绿帘石化石英化(高温硅化)
B3高温蚀变(成矿深度3-4千米)
钠长石化(高温钠化)电气石化、黑云母化、绿帘石化石英化(高温硅化)
以上各类蚀变的定义(资料)来自2005年地质出版社的《地质大辞典》(四)矿床地质、应用地质分册(P-P).
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碱质交代作用(气化-热液成矿作用主要类型)与成矿相关性各类(与岩浆作用、变质作用、花岗岩化作用、地下水环流作用有关的)(深源)含碱成矿热液流体对岩体及围岩进行各种交代作用,形成由碱性长石、碱性角闪石、碱性辉石、云母、方柱石、霞石等碱性硅酸盐矿物组成的交代蚀变类岩石,可分钾质与钠质交代两类。钾质交代包括钾长石化、云母化、云英岩化、绢云岩化等,以高温、中温为主,与钾质交代密切的矿床有钨、锡、钼、铜、钽、铌,钇族稀土、铷、铯、硼等。花岗岩类蚀变中常见钾质交代,其成矿作用早期(早阶段)或岩体深部,往往大范围内出现钾长石化,然后才是钠长石化、云英岩化或浅色云母化。在斑岩铜矿或钼矿的中部或下部,往往发育钾长石化。钠质交代包括钠质辉石化、钠质角闪石化、钠长石化、钠长-更长石化、霞石化、方柱石化及部分沸石化等,以高温为主。与钠质交代密切的矿床有铁、铌、钒、铈族稀土、锆、钴、金、铀、磷灰石等。
中酸性为主隐伏岩体与气化-热液矿床(高温热液矿床)的成矿专属性一是以岩体(岩石)酸度(主要是SiO含量)作为成矿专属性标准:与基性-中性岩体有关的是各种热液铁矿床;与弱酸性岩体有关的是铁、铜矿床;与花岗岩体有关的是钨、锡、钼、铍、铌、钽等矿床。
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二是以岩体碱度(主要是钾、钠含量)作为成矿专属性标准:岩体中碱度增高是成矿基本因素,同时碱质(钾和钠)和碱度也是确定岩石类型、演化特征及成因的重要因素。与钠质或钠异常的岩体有关的是铁、钴、镍、钛、黄铁砂、铈族稀土、铌、磷、锆、钍等矿床;与钾质或钾异常的弱酸性、酸性岩体有关的是钼、镍、锡、铍、铜、钽、铌、钇族稀土、锂、铷、铯等。
此种一定岩体类型与一定矿床的成因关系,即成矿专属性,取决于不同时代的地质构造、地球化学背景、岩浆岩岩石化学类型及演化特征,围岩岩石化学及性质,岩浆岩与围岩的同化混杂作用等因素。
硅化作用与成矿相关性
岩体在成矿热液流体作用下,产生含有石英、玉髓、蛋白石等蚀变矿物的作用,统称硅化。从高温到低温均广泛发育,各种岩石均可发生硅化作用。花岗岩类岩石经高温硅化作用,可形成云英岩。高、中热液生成的硅化岩石,主要由石英组成,这种蚀变称为石英化。低温热液所生成的硅化岩石常由细粒石英或稳晶质的玉髓及非晶质的蛋白石、似碧玉等组成,分别称为玉髓化、蛋白石化、似碧玉化。火山岩地区硅化岩石分布较广,将其(含高铝矿物:刚玉、红柱石等)称为次生石英岩。沿破碎断裂带常发育硅化带。与硅化作用有关的矿产主要是铜、钼、铅、锌、钨、铀、金、锑、***、萤石、黄铁矿、赤铁矿、压电水晶、重晶石等。
热液矿床
(1)低温
由低温热液(一般50o-200oC)形成的矿床。形成深度由地表至2千米左右。主要矿石矿物有辰砂、辉锑矿、雄黄、方铅矿、闪锌矿、辉银矿等,脉石矿物有重晶石、泡沸石、石膏、高岭石、明矾石、石髓、蛋白石等。矿石构造以角砾状和胶状为主,矿体形态变化大,主要有细脉、网脉、囊状脉以及顺层交代的似层状、透镜状等。这类矿床有的与火成岩有关,有的则无关(如碳酸盐岩层中的层控铅锌矿床,其周围广大区域无岩浆活动,该矿床与火成岩无直接关系,属地下水热液矿床)。主要矿产有***、锑、金、银、铅、锌、铜、铀、锰、***、萤石、重晶石、天青石、明矾石、石膏、高岭土和冰洲石。
(2)中温
成矿温度200-300€,明显低于水的临界温度的含矿热水溶液。成矿深度变化大,一般
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-3千米。矿体形态有脉状、似层状、扁豆状、囊状、细脉侵染状等。主要矿产有铜、铅、锌、金、钼、钴、锡、钨、铁、铀、石棉、硼、水晶、萤石等。
(3)高温
由高温气水溶液形成的矿床,成矿温度300-500€,成矿深度变化大,一般3-4千米。矿床常产在岩体的内外接触带及其附近的沉积变质岩内,或以脆-韧性大型破碎带脉状矿出现,主要矿产有金、钼、钨、锡、铋、锂、铁、铀、稀土、铌、钽、铜、钴等。
矽卡岩矿床
产生在(火成)岩体与碳酸盐岩石为主或火山-沉积岩系(为次)接触带的接触交代矿床,因含有大量的矽卡岩矿物而称其为矽卡岩矿床。一般距岩体200-400米,少数可达1000米以上,基本上在其热接触变质带内。矽卡岩矿床形成过程很复杂,矽卡岩本身的温度为400-600€。主要有钙、铁、镁、铝的硅酸盐矿物组成,金属矿物形成温度为200-450^,其成矿过程可分为矽卡岩期和石英-硫化物期两个成矿期和若干成矿阶段。矿床一般形成于中浅成深度,成矿深度变化大,一般为2000米上下。矿体主要受接触带控制,一部分矿体产于内接触带(岩体内),大多数矿体产于外接触带(围岩内)。矿体形态复杂变化大,常呈似层状,透镜状,囊状,脉状等。主要矿产有铁、铜、铍、锡、钼、钨、铅、***、硼和水晶。
斑岩型矿床
该矿床类型很可能是中深部找矿取得重大突破的主流类型。该矿床多产于汇聚板块边界,与挤压环境有关,表现为地壳增厚隆起的大陆边缘、岛弧、造山带与坳陷带过渡带偏造山带一侧。具体而言,该矿床常产于断裂交汇的火山-岩浆活动中心,与浅成次火山岩(斑岩-隐爆角砾岩)-火山岩有关,而成矿与中-酸性浅成斑状结构岩体有关。矿化多呈细脉侵染状和隐爆角砾岩状,矿体主要产于岩体上部及内接触带内,品位低,矿化延续均匀,规模大,埋藏浅,矿物成分简单,易采易选,经济意义巨大。其含矿斑岩体蚀变规律性强:自内向外石英-钾长石化(Mo、Cu、An)—石英-绢云母化(Cu、Mo)—伊利石-水云母化或绿(青)盘岩化(Pb、Zn、Au、Ag)。地球化学(微量元素)分带:内带为Mo(Bi、W)、中带(Cu、Au)、外带(Co、Ni、Pb、Zn、Ag、Mn)o地球物理方面有重、磁、电、遥等异常显示。表生有铁帽(原生硫化物次生氧化作用产物)标志,整个带高硫。成矿时代相同的浅成低温低硫化热液脉状矿床、浅成低温高硫化热液细脉侵染状矿床、中浅成中(高)温气成-热液矽卡岩型矿床、隐爆角砾岩矿床、斑岩型矿床视为一个矿床系列,乃广义斑岩型矿床。其分布密切,前者多产于隐伏斑岩体上方,后三者多产于隐伏斑岩体的周边外围,值得中深部找矿高度重视。
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与斑岩型有关的矿产有铜、金、钼、锡、钨、铅、锌、铀、稀土元素等。
(1)造山运动中期与晚期形成的侵入岩体;
(2)造山运动期后浅成侵入杂岩(年青岩体含有亲石元素者。亲石元素定义见《地质大辞典》(二)P);
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(3)岩体顶部或形态变化强烈部位(岩株);
(4)与正常花岗岩比较,岩体SiO、NaO、KO含量较高,TiO,FeO、MgO、
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CaO含量较低者;
(5)稀有金属含量高者;
(6)具有浅色矿物成分;
(7)含有特殊副矿物组合如锡石、萤石、电气石、绿柱石、铌、钽、铁、锰矿物;
(8)有气化-热液交代蚀变;
(9)自变质作用发生钾长石化、钠长石化、白云母化的岩体等;
三、新概念模型应用
(一)应用条件
成矿时代:古生代、中生代、新生代,以中、新生代为主,成岩成矿时间大致衔接。
适用领域:环太平洋、特提斯-喜马拉雅(青藏中-新生代地槽区)、古亚洲(天山、昆仑-秦岭造山系)等成矿构造域,其大陆边缘与岛弧环境,即洋壳与陆壳之间,陆壳与陆壳之间的造山隆起带及相关沉降带之衔接部位,特别是靠造山隆起带一侧有关的火山岩、角砾岩、斑岩等深源浅成岩体构造环境,其适用相关的概率较大,甚至可达70%。
要注意成矿深度与找矿深度的差异性:这主要是由于成矿后地壳运动的抬升、下降、平移、倒转所致,但两者深度又有相关性。要综合研究其剥蚀深度与位移及倒转等构造运动,特别是新构造运动对两者深度的影响。要充分利用重(力)、磁(法)、电(法)、地(震)等地球物理勘查方法,圈定异常区,对其进行反(正)演,以
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70%的概率,由此模型已知的成矿深度估计找矿深度。就找矿深度而言,可能出现高温蚀变矿物组合在中低温蚀变矿物组合之上的递向分带,这可能与成矿的多次、多期、多阶段有关,也与成矿期间或成矿后的构造运动有关,要注意综合研究。
此概念模型是区域成矿找矿主流规律的综合形象反映,将其深部隐伏岩体理论形态可以较大概率模拟为一棵“岩矿树”,按其成矿温度推断成矿深度相关的各个金属热液矿床类型,如同果实一样,不是分布于“该树”顶部树枝上就是分布于“该树”上部树干内,很可能在深度3-5公里或更深处有个三元同心的成矿中心。
要强调的是这个的新概念模型是指矿床类型的区域成矿找矿主流规律,而非同一个矿区矿床类型的垂直分带。在运用时这一点必须注意。
(二)可全方位进行中深部相邻新矿床类型预测,启迪深部找矿新思路。以新概念模型为指导,以热液流体特征蚀变进行综合类比,结合区域大型或超大型典型矿床,可进行相邻新矿床型预测。豫西熊耳山及外方山一带不少矿集区发现了造山类型(陈衍景等,2001)浅成低温低硫化脉状矿床(Ag-Pb-Zn),若在该矿集区推断有隐伏矿体存在的平面周围与其垂向深度范围内,那么以发现的脉状矿床为基准,往下几百米预测很可能有(70%概率)浅成低温高硫化浸染状矿床(Cu-Au-Pb-Zn)或往下几百米至1000米可能有矽卡岩型矿床(Mo-W)(50%概率)或往下1000至1500米可能有斑岩型矿床(Mo)(50%概率)。往平面周边3-5千米内预测可能有脉状Au矿床(50%概率)。这些较大概率预测将科学启迪深部找矿新类型,将找到大矿好矿的概率很可能由1%提高到3%。
(三)该新概念模型要经过实践进一步完善。
此新模型很可能对把握深源(中基性到长英质准铝质亚碱性)岩浆(变质大气降水)热液流体的有关金属矿床深部成矿找矿主流规律有较好的指导作用具有可操作性。但由于成矿深度与找矿深度的差异性、区域成矿找矿规律的非线性,矿床类型分布与成矿深度的相关性等复杂问题简单化研究,均处于探索阶段,难免有不成熟之处,尚需经过实践检验,进一步完善。