透辉石地质背景及成矿系统

1、透辉石、透闪石矿成矿地质背景及成矿系统1成矿地质背景本区地处胶辽台隆（II）,北部为胶北台拱（III）,南临胶莱台陷（III）, 横跨6个W级构造单元。区内镁质碳酸盐岩发育，均受到一定程度的区域变质作 用和岩浆活动的影响，对透辉石、透闪石矿床的形成极为有利。1.1地层区内地层主要为新太古代胶东岩群（Ar3j ）、古元古代粉子山群（Ptf）、 荆山群（Ptj）、芝罘群（PJZ）和新元古代震旦纪蓬莱群（Zp），它们组成结品 基地。缺少古生代地层。盖层只有中生代白垩系（K）及新生代新近系（N）和第 四系（Q）。粉子山群、荆山群镁质碳酸盐岩建造是重要的含矿层位，古元古代粉子山群（Ptf）主要岩性为大理

2、岩、黑云变粒岩、透闪岩、透辉 岩、石墨透闪岩、浅粒岩、斜长角闪岩、磁铁石英岩、矽线黑云片岩等。从岩性 组合看，粉子山群原岩下部以碎屑岩为主；中部以富镁碳酸盐岩为主，为透辉石、 透闪石矿的形成提供了原岩基础；上部则以泥质岩系为主。本群岩石变质达高绿 片岩相一低角闪岩相。本群经历了比较强烈的多期褶皱变形。直接覆盖于太古宙 岩系之上。荆山群野头组（PtJ ）是透辉石矿的又一含矿层位。本组据其岩性组合分 为二段，下部祥山段为一套变质的钙镁碳酸盐岩及碎屑岩，各地横向变化较大。 上部定国寺段基本岩性为大理岩，相对比较稳定。从原岩分析，祥山段主要为正 常沉积的碎屑岩和钙镁质碳酸盐岩，但在各地均发育的斜长角闪

3、岩，其原岩应为 基性火山岩类，说明此段沉积过程中，曾普遍发生过较强烈的基性火山喷发作用。 定国寺段在各地延伸稳定，其原岩主要为含杂质的灰岩及白云岩类，但在牟平祥 山、莱阳荆山地区、莱西南墅地区尚夹斜长角闪岩，表明伴随沉积，火山喷发事 件在这些地区时有发生。从变质建造看，荆山群是一套经历了高角闪岩相一麻粒 岩相变质的石榴矽线黑云片岩、石墨岩系、大理岩系。根据以上地层分析，透辉石、透闪石均形成于镁质碳酸盐岩建造和中，且经 历了火山喷发作用及变质作用。1.2岩浆岩区内岩浆岩分布广泛，自太古代以来，区内发生三期岩浆岩活动，相应形成 三期岩浆岩。a、桃科期岩浆岩：指伴随胶江运动和粉子山运动的侵入岩，属晚

4、太古代一 早元古代，多沿基底褶皱成群成带产出，规模较小，主要岩石类型有辉石橄榄岩、 纯橄榄岩和辉石岩，含斑粗中粒二长花岗岩。引燕山期岩浆岩：区内中生代岩浆岩侵入活动频繁而强烈，根据岩体的侵 入时代、绝对年龄划为燕山早、晚两期：早期：形成于早白垩世之前，绝对年龄为180135Ma的侵入岩划为燕山早 期。岩体以酸偏碱性岩石及基性岩石为主，属钙碱性岩石系列。呈岩基或岩株产 出。晚期：把侵入到白垩系，形成于第三系之前，绝对年龄为14070Ma的侵入 岩划为燕山晚期。岩体以中酸性-酸性岩为主，多呈钙碱性系列，呈岩基、岩株 产出。c、喜马拉雅期侵入岩：形成于晚第三纪及第四纪，同位素年龄值 18.6-93.

5、9Ma。以裂隙-中心式基性火山喷发和裂隙式宁静溢流为特征。岩性为碱 性橄榄玄武岩。在该区的透辉石矿床中，岩浆岩虽广泛分布，但绝大多数矿床范围内无大 规模侵入岩体，仅有少量小规模的脉状侵入岩。这些脉状侵入岩，切穿透辉石矿 层，如老官庄透辉石矿区所见的石英闪长石玢岩、闪长岩脉等，属于成矿后侵入 岩，与成矿无关。战山附近的侵入岩，属燕山早期侵入岩。形成时间大大晚于区域变质成矿 时间。透辉石矿体呈残留体分布在石英二长岩中。可见成矿与石英二长岩无关。 但石英二长岩侵入时对透辉石矿产生了强烈的迭加改造。在该区透闪石矿床中，大多分布有桃科期侵入的含斑粗中粒二长花岗岩，岩体呈岩基产出，与张格庄组呈侵入接触关系

6、，另外，还见有规模较小的基性岩 脉、闪长岩脉、花岗岩及花岗斑岩脉、长英岩脉等。岩脉一般位于含矿带附近。 为矿化提供了丰富的硅质来源。1.2.1变质作用据文献资料，硅质白云石大理岩遭受前进区域变质，产生一系列的岩石组 合，指示一个低压变质相。透辉石大致在角闪岩相的开端形成。结合粉子山群岩 石的变质程度和透辉石矿在区域分布上的层位稳定性特征，说明调查区的透辉 石、透闪石矿是区域变质作用的产物。2成矿系统根据本调查区岩石组合，矿石类型,本区为镁质碳酸盐岩建造成矿系统2.1成矿物质来源成矿物质来源是成矿系统中的物质基础，根据透辉石、透闪石的化学成分分 析，成矿物质主要为MgO、CaO、SiO2。a、钙

7、镁质物质来源本调查区透辉石、透闪石的主要含矿层位张格庄组（Ptf z g）、巨屯组 （PtifJ）、野头组（PtjY ）从岩性组合和岩石中含的大量的变余沉积结构分析（如 变余层理、斜层理、豆状、结核状等），说明原岩为沉积成因的钙镁质碳酸盐岩 和碎屑岩，其钙镁物质来自于海水及古陆风化的含钙镁质岩石。b、硅质来源本区透辉石的主要含矿层位为巨屯组（PtfJ）、野头组（PtjY），岩浆岩虽 广泛分布，但绝大多数矿床范围内无大规模侵入岩体，仅有少量小规模的脉状侵 入岩。这些脉状侵入岩，切穿透辉石矿层，透辉石矿体呈残留体分布在石英二长 岩中，可见与成矿无明显关系。故其硅质来源主要为变质原岩和其成矿围岩。以

8、 矿石的主要化学成分MgO、CaO、SiO2等计算原岩成分（考虑区域变质过程中除 CO2和H2O带出外，其它组分不变）老官庄透辉石矿的原岩成分为白云石48.33%、 方解石4.03%、石英40.76%、其它6.89%。其原岩应为含硅质钙镁质碳酸盐岩和 碎屑岩。由此可见，透辉石矿床硅质主要来源于陆源碎屑沉积岩本区透闪石矿主要含矿层位为张格庄组(Pt1f Z g)，矿石为滑石透闪岩， 围岩均为白色白云石大理岩，原岩化学成分中硅质含量较低(如蓬莱大季家透闪 石矿区围岩的主要化学成分平均为Si02:7%； Mg0： 20.3%； Ca0： 29.67%； L0I： 37.36%)，形成透闪石矿床除原岩

9、中所含硅质成分外，还需外来硅质成分的加入。 本区矿床中，大多分布有桃科期侵入的含斑粗中粒二长花岗岩，岩体呈岩基产出， 与张格庄组呈侵入接触关系，另外，含矿带附近还见有规模较小的基性岩脉、闪 长岩脉、花岗岩及花岗斑岩脉、长英岩脉等。在区域地质条件下，桃科期岩浆期 后含Si02热液沿着层间破碎带对白云石大理岩进行交化，可产生蚀变及矿化形 成透闪石。因此透闪石矿床硅质除来源于原岩沉积的陆源碎屑外，还应来源于岩 浆期后含Si02的热液。2.2成矿地质作用本区桃科期由于构造运动和岩浆作用导致地壳开裂，地层产生变质、褶皱、 断裂及层间破碎，大量岩浆物质及期后含Si02热液，上升侵入或喷出地表，加 热地壳内

10、流体循环和溶解成矿物质，形成化学活动性流体，并沿盆地边缘同生断 裂上升，沿矿区内层间破碎带及发育的各种小构造(如小褶曲，层间破碎和节理 裂隙)运移、对镁质碳酸盐岩进行交代，产生相应蚀变及矿化作用。形成透闪石 矿。首先在中深部产生蛇纹石化，形成蛇纹石蚀变带：6CaMg (CO ) +4SiO+4H O=Mg (Si O ) (OH) +6CaCO +6CO t TOC o 1-5 h z 322254 11322白云石蛇纹石420 (体积，下同)217随着交代作用的进行，温度逐渐降低，在中浅部产生透闪石化，形成透闪石 矿：5CaMg (C0 ) +8Si0+H 0=Ca Mg (Si 0 ) (

11、OH) +3CaC0 +7C0 t 2222254 112222白云石透闪石350252350最后，热液中的SiO2浓度降低，水分增加，以低温交代为主。透闪石经水 化全部或部分生成滑石矿。3Ca Mg （Si 0） （OH）+2H 0+C0 =5Mg（Si 0） （OH）+6CaC0 +4Si0 TOC o 1-5 h z 254 11222234 10232透闪石滑石756685同时，热液中残留的Si02、H20与白云石大理岩作用也可直接生成滑石。3CaMg （Ca ） +4Si0+H 0=Mg （Si 0 ） （OH） +3CaC0 +3C0 t322254 10232白云石滑石21013

12、7成矿阶段硅质成分较充分，但由于矿体体积较原岩缩小935%，所以共生 矿物方解石含量较高，一般为935%，同时会有白云石残留矿物。滑石矿大多 在透闪石基础上形成，所以零星分布或包容于透闪石矿体中。而这种滑石矿由于 体积较原岩仅缩小9%，所以质量较纯。共生矿物方解石含量小于9%。成矿作用 仅发育于中浅部位，矿体相应延深较小。另外，层间破碎带规模小，矿体因此常 呈透镜状。但矿化因受层位控制，而含矿层分布十分稳定，所以矿化是比较连续 的。原岩受构造应力影响，上覆岩层和围岩的压力以及残余地幔或热点也可使 地壳热流值升高形成成矿流体，较高压力的成矿流体沿剪切带上升，并与围岩交 代形成大规模矿化。透辉石矿

13、的典型矿物共生组合是：透辉石+透闪石+方解石+石英。这一共生 组合，可出现在多种变质条件下。根据收集的资料，一般在压力为7千巴的高压 条件下，这一组合可出现在高级变质相带内，但这和本区的泥质岩石和基性火山 岩的变质程度不吻合。在本区这些岩石属中级变质岩，所以研究区透辉石矿亦应 是中级变质的产物。在含CO2高的流体条件下，当压力大于3千巴时，透辉石晚于镁橄榄石形 成，出现透辉石+透闪石+镁橄榄石+方解石+白云石的矿物共生组合。在本区的透 辉石矿石中不存在这样的共生组合，因此本区的透辉石矿只可能在压力小于3 千巴的条件下形成。由透闪石形成透辉石的变质反应：CaMg Si O OH +3CaCO +

14、2Si0 -5CaMgSi O +3CO +H O258 222322 622透闪石 方解石 石英 透辉石其生成物的CO2/H2O+CO2的克分子比约为0.9。在此条件下，当压力Pf=1千 巴时，透辉石的生成温度为486C15； Pf=2千巴时，为515C15； Pf=3 千巴时，温度为595C左右。按巨屯组上复岩层总厚56千米（上复岗嵛组0.91.2千米，蓬莱群总 厚4.1千米），计算岩层静压力为1.381.65千巴。张格庄组上复岩层总厚6 7千米（上复巨屯组0.71.2千米，岗嵛组和蓬莱群的厚度同上），计算静压 力为1.651.93千巴，若考虑附加构造应力，估计透辉石矿形成时的压力将不 会

15、超过3千巴。若考虑局部构造翘起，则形成压力可能在1千巴左右。若不考虑 上复蓬莱群所造成的静压，则压力在0.5千巴左右。按照上述透辉石矿形成的温度和上复地层厚度（透辉石矿形成的深度）， 估计形成透辉石矿的地热梯度将在100C/km左右。这个地热梯度与都城秋穗划 分的低压型区域变质作用的梯度基本一致。在透辉石矿成矿过程中（区域变质过程中），有大量H20和CO2的带出。没 有H20和CO2的带出，硅质白云岩和白云质砂岩将保持原岩成分，或成为大理岩 保存至今。据老官庄透辉石矿石和地下已渐变为非矿岩石的碳酸盐含量的差别， 前者方解石含量小于1%，后者可达20%，造成这种差别的原因之一，是地表碳盐 矿物风

16、化淋失。但矿区矿石基本为致密块状，矿石组成的淋失量不大。按前述地 表矿石体重为2.81，地下为3.11，假设体重差别完全由化学风化作用，使碳酸 盐矿物淋失引起，用矿石体重差别计算其淋失量也仅为9%，况且淋失物非为碳 酸矿物，体重差别还由于物理风化作用，使矿石产生裂隙，体重变小。所以浅部 矿石中碳酸盐矿物含量低，亦与变质成矿过程中钙的部分带出有关。钙的迁移带出与CO的迁移有关。迁移形式如下：2CO2 （由碳酸盐矿物分解产生）+H2O=H+HCO3-CaCO3+H+HCO3=CaHCO32 （随变质热带出）由于原岩中二氧化硅对钙、镁的固定作用，钙的带出量是不大的。但这对透 辉石矿（碳酸盐矿物含量1

17、0%）是必须的。从透辉石的残余砂状结构中，钙、镁保持原岩中碳酸盐物质的胶结物的位置； 条带状矿石中，从硅质条带向两测依次变为透辉石条带表明，变质成矿过程中除 H2O、CO2和少量CaO的带出外（富钙的石云岩中有少量CaO带出），原岩主要组 分Ca。、Mg。、Siq等仅参与了原地变质作用，形成透辉石含矿的巨屯组、张格庄组中，都夹有不少石英岩。这些石英岩或夹于白云大理石中（张 格庄组内），或位于白云石大理岩附近（在巨屯组中），若在区域变质成矿时，有关元素如 MgO、CaO、SiO2等有长距离的迁移，它们完全可以组合成透辉石或其它钙镁硅酸盐矿物，但 它们至今仍以石英岩的面貌出现，充分证明，区域变质过

18、程中，主要成岩元素，没有发生大 规模、长距离的迁移。2.3成矿构造部位本区透辉石矿床（点）分布的构造部位的特点是：透辉石与下向构造关系密 切。如战山透辉石矿床产于近背斜核翼部。最典型的是老官庄透辉石矿床，由于 近背斜核部地层褶皱加厚，形成了肥厚的矿体。同时背斜核部发育的张裂隙，使 成矿过程中（区域变质过程中）叫、H2O迅速排出，保证了透辉石矿形虾必需 的介质条件。反之在向斜构造核部，由于流体压力较高，只利于滑石、透闪石、 蛇纹石等矿物生成。如蓬莱李家透闪石矿就位于向斜核部。2.4成矿后热液蚀变调查区内的透辉石、透闪石矿中，普遍存在成矿期后的热液蚀变。透辉石矿 中的热液蚀变有两种情兄：一种是退变

19、质热液蚀变；另一种是与燕山早期侵入岩 活动有关的热蚀变。前一种如在战山等透辉石矿点中所见的，透辉石依次变为透 闪石、滑石等，同时有大量粉状碳酸盐化伴生。又如老官庄透辉石矿中矿石节理、 裂隙发生的透闪石化及蓬莱李家透闪石矿发生的硅化、碳酸盐化等。3成矿规律及资源开发潜力3.1成矿规律综上所述，钙镁质碳酸盐岩建造是形成透辉石、透闪石的基础。虽然形成透 辉石矿可以是石英砂质白云岩，也可以是硅质白云岩，但它们都属于钙镁质碳酸 盐建造。（按照透辉石矿的化学组成计算，当白云岩原岩中SiO2含量在内40%时 最利于形成透辉石矿并要求硅质和钙、镁组分均匀地分布在岩石中）。岩浆期后 热液的交代，提高了矿石的化学

20、活性，促进了矿化的形成。白云岩向碎屑岩过渡 的岩段，经低压型中级变质的角闪岩相变质（压力为13千巴，温度在500 C 左右，稍低于这一温度透辉岩将被透闪岩代替。较高温度下，变质共存矿物组合 中出现橄榄石。所以透辉石矿常与透闪岩或橄榄大理石共生），形成透辉石。正 向构造岩层局部上抬地段，是形成透辉石矿的必要构造条件。在这种构造环境中， 变质成矿时产生的CO2和H2O能够顺利迁移带出，保证形成透辉石所需的低CO2 和HO分压条件。23.2资源开发潜力通过本次地质调查工作，区内较有潜力的透辉石、透闪石可分为三个区域：蓬莱市东南部透辉石、透闪石成矿区：成矿区位于蓬莱市东南。含矿地层 属于张格庄组、巨屯组，已开采的矿床（点）有战山透辉石矿、蓬莱大赵家透闪 石矿。这一成矿区内产出多种类型的透辉石、透闪石矿。在这一成矿区内将可发 现较多的透辉石、透闪石矿。福山区透辉石透辉石成矿区：成矿区在烟台福山镇西南一带，成矿层位为 粉子山群巨屯组，老官庄透辉石矿床即产于本区。成矿区内仍有较大潜在的资源 量。但本区距开发区较近，矿床开发对环景有一定的破坏作用。莱阳、莱西透辉石矿成矿区：成矿区位于莱阳西部、莱西东部。含矿地层 为