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1、围岩蚀变及其找矿意义围岩蚀变及其找矿意义 刘继顺 围岩蚀变（wall-rock alteration)，又称围岩交代蚀变，主岩交代蚀变，是指容矿围岩在流体（气相、汽相、液相）的作用下所发生的化学变化和物理变化，从而引起围岩化学成分和结构构造的变化。其实质是：在不同的温度和压力环境下，不同性质（酸碱度、氧逸度等）的成矿流体与围岩必然会处于不平衡状态。为了使两者之间趋向于达到化学与物理的平衡状态，必定要发生物质与能量的交换。这就会导致围岩中与流体不平衡的矿物要发生溶解，析出一些元素进入流体中，而另一些化学组分则沉淀下来，形成新的矿物。对于围岩而言，必然会涉及到物质的带入带出。蚀变岩则是指围岩交代蚀

2、变过程中，在一定的物理化学条件下，处于相对平衡状态的矿物共生组合所构成的岩石。交代蚀变岩可以完全由新生矿物所组成，同一平衡矿物组合内各种新生矿物没有交代蚀变现象，几乎是同时形成的，它们具有变晶结构，如矽卡岩。如果原岩没有被完全交代，仍然有原生矿物残留，则具变余结构、残余结构，则可称为“化”，如矽卡岩化。流体与围岩的交代蚀变方式有：扩散交代、渗滤交代和两者兼有的交代三种方式。围岩蚀变可发生在成矿流体运移途中（头晕蚀变，通道蚀变，成矿前蚀变），也可发生在矿质沉淀期间（矿晕蚀变，成矿期蚀变），还可以发生在矿质卸载之后（尾晕蚀变，成矿后蚀变）。由于成矿物质淀积的温压条件不同，其伴随的围岩交代蚀变也不同

3、。对特定的蚀变矿物而言，它既可以是高温成矿期蚀变，也可以是中温成矿期的矿前蚀变或通道蚀变，更可以是成矿后的蚀变。因此，就具体的蚀变矿物而言，对于不同的矿床类型和矿种，其找矿的指示意义可能截然不同。这需要具体情况具体分析。围岩交代蚀变的强度与范围，既取决于流体的物理化学性质，如活度、逸度、pH、Eh、温度、压力等，也取决于围岩的物理化学性质，如孔隙度，渗透性、裂隙的发育程度，顺层还是切层，与流体的远近，与流体化学性质的差异。流体与围岩的化学性质差异越大，围岩交代蚀变越强烈。围岩蚀变可以呈面型、体型分布，也可为线型分布。其分布范围变化很大，有的在矿脉的两侧为毫米级、厘米级宽，有的围绕着矿体则可分布

4、达数十米宽。不同温度压力条件形成的蚀变岩在空间上可以分离，形成不同的晕圈；也可以在时间的推移下，随流体性质的演变而出现共生叠加现象，即高温、中温、低温围岩交代蚀变岩混杂于一处，此时往往会形成多金属矿床。最常见的围岩蚀变有：矽卡岩化：矽卡岩主要是由石榴子石（钙铝石榴子石-铁铝石榴子石）、辉石（透辉石-钙铁辉石）、角闪石及其他一些钙、铁、镁的铝硅酸盐矿物所组成的岩石。它主要产生在中酸性侵入体与碳酸盐类岩石的接触带或其附近，在中等深度条件下，经气水热液的高温交代作用形成的。在矽卡岩中常有一些含挥发份的矿物，如方柱石、萤石、斧石、电气石等，以及如绿泥石、绿帘石、蛇纹石、滑石、各类云母、石英及钙、铁、镁

5、的碳酸盐等热液矿物，金属矿物则以磁铁矿、白钨矿、锡石、黄铁矿及铜、铅、锌的硫化物等为主。与矽卡岩有关的矿产主要有：钨、锡、钼、铁、铜、铅-锌等。 钾化：为钾质交代的产物，主要为以钾为主的长石蚀变，包括微斜长石化、正长石化、透长石化、冰长石化。由于它们不易区别，且成分几乎完全相同，故统称钾长石化。在与花岗岩有关的钨、锡、铍、铌、钽以及斑岩铜、钼矿床等的下部，经常发生有大规模的钾长石化带。由于以钾长石为主的钾化，与花岗质岩石的造岩矿物相同，一般难以识别，需要仔细观察和镜下研究方可确定。低温热液的钾长石化，以冰长石化为主，多发生在中性、弱酸性火山岩中，也可在基性或酸性岩中发生，有时与青盘岩化有关。与

6、其有关的矿产主要为火山岩系中的一些金属矿床。钾化还包括各类富钾的云母交代蚀变，如黑云母化、白云母化，绢云母化、伊利石化。钠化：一种钠质交代作用，一般为钠长石化，也可有霓石化、钠闪石化等。在与矿化有关的花岗岩中，钠长石化常发生在钾长石化之后，在钠长石化之后往往发育云英岩化。在这类交代蚀变花岗岩中，常发生铌、钽、铍、稀土等矿化。在一些铁、铜矽卡岩矿床中，在内接触带中，钠化常常发育很好。在青盘岩化岩石中，也常有钠化的发生。 云英岩化：一种发生在花岗岩类岩石中的高温热液蚀变。在云英岩化过程中，常有氟、硼、水等挥发组分和金属元素参加。云英岩化除形成主要特征矿物：石英和白云母外，还可形成锂云母、黄玉、电气

7、石、萤石、绿柱石以及黑钨矿、锡石、辉钼矿等。云英岩化和钾长石化、钠长石化在成因上密切相关，因此在蚀变岩体中，常可见到它们的共生。根据云英岩的主要矿物含量，可划分为：富云母云英岩、富石英云英岩、黄玉云英岩、萤石云英岩与电气石云英岩等类别或岩带。云英岩化常与钨、锡、钼、铋、铌、钽、铍、锂等矿化有关。 绢云母化：一种广泛的中-低温热液蚀变,在中性和酸性火成岩及板岩等富铝岩石中最常见。单矿物的绢云母岩，一般少见。绢云母化常伴随有石英和黄铁矿的产生，因而可称为绢英岩化，若黄铁矿含量超过5时,则称为黄铁绢英岩化。绢英岩化与云英岩化过程在本质上相同，只是后者形成温度较低，它们之间可存在着过渡关系,即云英岩-

8、绢英岩化。在金、铜、铅、锌、钼和铋等以及萤石、红柱石、刚玉等矿床中都能见绢云母化现象。特别是斑岩型铜、钼矿床、黄铁矿型铜矿床和多金属矿床。 绿泥石化：一种重要的中、低温蚀变作用。与绿泥石化有关的原岩主要是中性-基性的火成岩,部分酸性火成岩和泥质岩石也可产生绿泥石化。在围岩蚀变过程中，绿泥石主要由富含铁、镁的硅酸盐矿物经热液交代蚀变而成，也可由热液带来铁、镁组分与一般的铝硅酸盐矿物交代反应而形成。与成矿作用有关的绿泥石化，多与其他热液蚀变作用（如电气石化、绢云母化、硅化、碳酸盐化等）共生，很少单独出现，与其有关的矿产主要是铜、铅、锌、金、银、锡和黄铁矿等。 *青盘岩化*：主要是安山岩、玄武岩、英

9、安岩及部分流纹岩，受中、低温热液作用产生的，一般是在近地表条件下形成。青盘岩化产生的特征矿物为：绿帘石、绿泥石、钠长石和碳酸盐（方解石、白云石和铁白云石），可有少量的绢云母、黄铁矿和磁铁矿。与青盘岩化有关的矿床有：斑岩型铜、钼矿床，热液黄铁矿矿床，多金属矿床，金和金银矿床等。 泥化：可进一步划分为深度泥化和中度泥化两类。深度泥化蚀变的特点是含有特征矿物地开石、高岭石、叶蜡石和石英，常伴有绢云母、明矾石、黄铁矿、电气石、黄玉、氟黄晶和非晶质的粘土矿物。是一种蚀变比较强烈的类型。当岩石中的铝被大量淋出，蚀变就过渡为硅化；随着绢云母含量的增加，则过渡为绢云母化。中度泥化岩石中，以高岭石和蒙脱石类矿物

10、占优势。它们主要是斜长石的蚀变产物，通常呈带状，向外可过渡为青盘岩化，向内（矿脉方向）过渡为绢云母化。易受泥化的岩石主要为基性、中性、酸性火成岩，尤以火山岩最为发育。深度泥化常构成某些铜、铅、锌矿蚀变的内带。中度泥化分布较广泛，与金、银、铜、铅、锌矿化有关。 硅化：使围岩中石英或隐晶质二氧化硅含量增加的一种蚀变作用。二氧化硅一般是由热液带入，也可由长石或其他矿物经蚀变后形成。硅化几乎在任何岩石中都可发育，从高温到低温条件下均可产生。由于硅化可以在广泛的环境中由热液作用形成，因此硅化常与其他蚀变，如绢云母化、绿泥石化、泥化、长石化等共生。如果硅化十分强烈，蚀变岩全由石英所组成，则称为次生石英岩。

11、次生石英岩常呈糖粒状，花岗变晶结构，等粒结构。与硅化有关的矿床很多，其中主要有：铜、铅、锌、钼、钨、金、锑、汞、明矾石、重晶石矿，等等。围岩蚀变-色彩斑斓美丽新世界作者：宋建潮 来源：科学网当热液流经岩石时，就在岩石中留下了流体的痕迹，这个痕迹就是围岩蚀变。当路径此处的地质工作者看到五彩斑斓的矿物组合时（我们现在所看到的可能更多地都遭受了后期的风化淋滤作用），都会引起无限的遐想。如果你是个矿床工作者，你肯定会想到钾化、青磐岩化、绢云母化、泥化-，这些耳熟能详的蚀变类型。然而时至今日，因为不同的工作者对蚀变的称呼不同，显得还有些凌乱。例如青磐岩化，代表了绿泥石+绿帘石+白云母+钠长石一套矿物的组

12、合，也许许多人只会择其一而称为绿泥石化、绿帘石化、-等等，其实这套矿物也是典型绿片岩相的矿物组合。图1、图2（照片来自网络）对图1你一定不陌生，我们在前面中已经有所介绍。图2是HS和LS浅成低温热液矿床的围岩蚀变分布模式。围岩蚀变其实就是围岩对热液的一种适应过程的调解，我们大多数所讲的围岩蚀变都是H+离子对围岩矿物的一种交代作用，许多围岩蚀变类型都是在研究斑岩型矿床的过程中总结出来的。我们今天并不想探究各种围岩蚀变名称的来龙去脉，只是想介绍对其发展做出了突出贡献的Julian Hemley。Julian主要研究面向围岩蚀变和矿物沉淀过程的实验热液地球化学。Chuck Meyer在1987年Ju

13、lian获得SEG的Silver Medal时总结到：“Julian在围岩蚀变方面的早期研究成果被推崇备至，以致于许多作者不再标注引用的来源，而作为一种公认的基本常识而加以广泛应用。”Julian是受他父亲的影响入了地质的道，他父亲是北墨西哥的一名探矿者和采矿者。德克萨斯大学的Howard Quinn和西北大学的Bob Garrels引导他向地球化学进军，在Gareles的指导下，Julian的硕士论文是关于硫化物（方铅矿）的溶解性问题，这在当时是个前沿的课题。在雪佛龙（Chevron）当了几年研究性地质工作者后，Julian和Bob Fournier、Roy Woodall、John Hun

14、t等成了Chuck Meyer在伯克利分校Old Bacon Hall地下实验室的第一批研究生。Meyer教导他们野外关系才是地质研究的核心基础。Julian自己设计、动手、解释了长石、云母、粘土的水解反应试验（即K2O-Al2O3-SiO2-H2O系统）（公式1、2）。他非常仔细地为Meyer付诸大量心血在Butte矿床研究的蚀变矿物组合装饰上图案（Meyer对围岩蚀变的研究贡献甚至比Julian还要大，但因离我们这个时代较远些，所以就暂时不单独介绍了）。3KalSi3O8+2H+=KAl3Si3O10(OH)2+6SiO2+2K+ 公式（1）钾长石 白云母2 KAl3Si3O10(OH)2

15、+2H+3H2O=3Al2Si2O5(OH)4+2K+ 公式（2）白云母 高岭土这些实验研究和随后发表的论文对围岩蚀变和硫化物沉淀有着不可磨灭的贡献，他和Jones以及Meyer综述性的文章所建立的不同类型围岩蚀变的名称在今天被我们所广泛应用。他与Meyer在Barnes编著的Geochemistry of Hydrothermal Ore Deposits1969年版中的有关围岩蚀变的文章，即使在40多年后的今天，依然是出版的有关围岩蚀变的经典文献。Julian在Berkeley的研究开启了他40年始终如一日对实验地球化学的探索，主要是作为USGS的研究学者，也有5年是作为Anaconda公

16、司的首席地球化学家。Julian40年原创性的工作产生了30多篇高质量的论文，这些论文不但有价值较高的热力学资料，也包括对一些野外问题的细致应用。紧随早期工作，他的工作重点转向与花岗岩围岩有关的H+交代作用、围岩蚀变和金属沉淀。他也研究其他与金属沉淀有关的许多别的研究者研究的水-岩反应系统，如玄武岩-海水的反应、岩石变质反应、风化作用、有毒废物处置、地球化学能量等等。这包括在以下几篇标志性的文章中：1969年有关明矾石的文献，描述了酸-硫酸盐环境。1979年有关镁系统的平衡文献，把蚀变反应应用于超基性岩、夕卡岩和海相围岩蚀变系统。他1992-1996，在高温高压条件下岩石缓冲系统中的溶解性实验

17、研究显示压力对金属溶解性的影响比理论条件下获得的结果大得多。这项工作对许多热液矿床中的金属分带模式有着重要的意义。包括了斑岩成矿系统中早期的矿化作用。1968年，受John Hunt等的介绍，Julian去了Anaconda公司，在盐湖城开启了采矿工业界第一个实验地球化学项目，以弥补野外工作的不足。主要研究镁系统的实验问题。他在Anaconda公司的研究的一项成就是激励了那些在野外的地质工作者，那时John Hunt等正在招兵买马，扩充找矿勘探队伍，这其中还包括了大名鼎鼎的Gustfason、Einaudi等等。Julian强调了野外对矿物数量和组合的精细观察使得Anaconda公司已有的高质

18、量的填图技术“再上一层楼”，他对地球化学作用的解释提高了对矿床成因概念的理解，使勘探目标更为明确。没有其他的实验地球化学家就矿体的野外真实的地质特征和蚀变模式教导自己，高效的将矿业公司的地球化学家和研究单位的地球化学家结合起来。他的退休（1999年前）会在这一领域留下一个“缝隙”，需要年轻一代的实验地球化学家弥补。这体现在复杂的热力学资料、高温资料、对矿化围岩蚀变的精细解释、精确选择勘探靶区等诸多方面。任重而道远，需长期锲而不舍、坚持不渝的努力，而非一日之功，也非“80天环游地球”。在1999年Julian获得Penrose奖的讲话中，对地球科学有一个很好的陈述：时下地球科学的许多方面取得了长

19、足的进步，但是矿床形成的过程地球化学和模拟却有所欠缺，拖了后腿。板块构造的提出为大陆的演化提出了强有力的工具，而地球化学的银幕上却没有上演精彩的剧集。特别是岩浆-热液区的金属的高温、高压地球化学了解还很少，即使是对Fe、Cu等普通经常可见的金属亦是如此，更不用说那么不怎么常见的W、Mo、Co等了。即使认为研究较透的斑岩矿化模式也处处透露着神秘色彩，仿佛那“神秘的大佛”。“为什么这个斑岩携带了可观适量的Au，而另一个斑岩却没有？”，这可能正是矿床学的魅力之所在，也才会鼓励那些莘莘学子或者有志青年愿意为之挥舞骚动的青春。滞后的主要原因就是实验研究的锐减，大多数高P-T实验室在美国甚至加拿大已经关门大吉，或者转了方向。“桌子稳定至少需要三根腿”，矿床沉淀地球化学亦如此野外观察、理论发展、实验研究。三足不鼎立，事业终难成。也学有些人会问：“在当今的计算机时代，我们不能计算这些东西吗？为什么还需要手把手的实验？”，答案是我们确实可以利用计算机做大量的计算，然而大量的热力学数据却需要实验研究而获得。这就需要资质出众的后来者加入这个领域，在不远的将来改变这种目前所存在的状态。