矿床学 第三章 伟晶岩矿床

第三章伟晶岩矿床

3.1伟晶岩矿床概述

3.2

伟晶岩矿床的形成条件

3.3

伟晶岩矿床的成因

3.4

伟晶岩矿床的分类

3.5伟晶岩矿床的类型及实例3.1伟晶岩矿床概述一概念

伟晶岩是一种矿物晶体特别粗大的常常呈不规则脉状的岩体

伟晶岩矿床－伟晶岩体中常发育有广泛的交代作用，稀有元素高度集中，当伟晶岩中的矿物或有用元素富集达到工业要求时便成为伟晶岩矿床。

伟晶岩种类很多，按其母岩成分不同可分为：

花岗质伟晶岩；

碱性伟晶岩；

基性－超基性伟晶岩。

因绝大多数的伟晶岩矿床与花岗伟晶岩有关，故又称花岗伟晶岩矿床，简称伟晶岩矿床，以下即着重讨论这类伟晶岩矿床。

二

伟晶岩矿床的特点(一)伟晶岩的物质成分

1.化学成分：成分复杂种类多(40多种),主要造岩元素与花岗岩相似锂、铍、铌、钽、钇、铀、钍等稀有和放射性元素极为富集，此外，钨、锡、钼等金属元素和氯、氟等挥发性组份也较富集。稀有、稀土和放射性元素，在伟晶岩中常常高度富集，其含量可以超过克拉克值的几倍、几十倍、几百甚至几千倍。例如，Li和Be的克拉克值分别是0.0021%和0.00013%，而在伟晶岩矿床中含量分别可达1%~2%和1%，大约富集了476~952倍和7692倍。

2.矿物成分：由于伟晶岩中化学成分的多样性，因而伟晶岩中的矿物成分也是丰富多彩的。据统计，伟晶岩中矿物种类在300种以上，主要包括：

(1)(主要造岩)硅酸盐矿物－石英（包括水晶）、长石（斜长石、微斜长石、正长石）、云母（白云母、黑云母）等，（2)稀有和放射性元素矿物:

含锂的锂云母、锂辉石；

含铍绿柱石、硅铍石；

含锆矿物－锆石、曲晶石等；

含铌-钽的铌钽铁矿、褐钇铌矿、烧绿石、细晶石等；

含放射性的钍石、晶质铀矿等；(3)稀土矿物－独居石、褐帘石等；(4)含挥发份矿物－萤石、电气石、黄玉、磷灰石等；(5)其它金属矿物－锡石、黑钨矿、辉钼矿、磁铁矿等。

(二)结构构造

1.伟晶岩结构：

伟晶岩的结构主要有结晶结构和交代结构。结晶结构是早期由岩浆结晶而成，按石英、长石和云母的粒度又可以分为细粒结构，粗粒结构和巨晶结构(又称伟晶结构)。例如，美国缅因洲一个绿柱石晶体重18吨，长5.5米。挪威一个微斜长石晶体重达100吨，大约有10米长，10米宽。苏联乌拉尔的伊尔明，有一个天河石矿的整个采石场及矿山就坐落在一个庞大的天河石晶体上。伟晶岩中的绿柱石达32t、铌钽铁矿达300kg，锂辉石晶体长达14m。当石英和微斜长石共结连生时还可形成文象结构。交代结构—主要由白云母、钠长石及稀有元素矿物组成，是伟晶岩形成晚期的热液交代早期结晶矿物形成的，许多稀有、稀土和放射性元素矿物即是交代作用的产物。

结晶结构按粒度分为:

细粒结构（粒径数毫米或＜1厘米）；

粗粒结构（粒径1-10厘米）；

巨晶结构

(又称伟晶结构，（粒径大于10厘米）；文象结构：石英分布于长石晶体中，二者形成有规律的连晶，组成一种文字状图案

2.伟晶岩构造：伟晶岩的内部构造也比较复杂，有由一种结构单元组成的块状构造，也有由两种或两种以上结构单元组成的混杂状构造、斑杂状构造和树枝状构造等。

伟晶岩矿床中的带状构造是最重要和常见的。其特征是由伟晶岩体内不同结构类型呈环状或平行脉壁的带状分布。发育完好的带状构造自伟晶岩体的边缘向中心，一般可以分为四个带：

边缘带：矿物晶体比较细小，由细粒结构的石英、长石组成，又称细粒结构带。该带厚度不大，仅为几厘米。形态常不规则，分布不连续，一般不含矿。外侧带：矿物结晶颗粒较粗，主要呈粗粒或文象结构，又称文象粗粒结构带。外侧带的厚度比边缘带大，有时稳定，有些情况下也不对称和不连续，一般不含矿，但有时可出现绿柱石。由斜长石、钾微斜长石、石英、白云母等组成；有时也有绿柱石等稀有矿物出现。中间带：矿物结晶颗粒更大，常呈粗粗结构、似文象结构和块状结构，又称块状长石-石英带。矿物成分也较复杂，除长石、石英、云母外，出现大量的稀有、放射性、稀土元素矿物，且交代作用发育，常常是稀有元素矿化发育的主要部位。此带的厚度一般较前两带大，对称性和连续性也更好些。内核：矿物结晶特别粗大，由石英块状集合体或石英和锂辉石块状集合体构成。多分布在伟晶岩体膨胀部位的中央，或发育良好的伟晶岩体的中心。不同的伟晶岩体，带状构造发育的程度很不一致，这与其形成的条件有关。伟晶岩的带状构造，只有在经过详细的观察和分析研究之后才可能划分出来。此外，在一些伟晶岩体膨胀部分的中心，或巨厚的伟晶岩体的中心（相当核部位）可形成晶洞构造，常有压电石英及宝石类矿物产出。伟晶岩体内部分带构造示意图

图4伟晶岩体带状构造示意图

(据C.F派克)1-边缘带;2-外侧带;3-中间带;4-内核;5-裂隙充填和交代;6-花岗岩

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(三)形状产状规模

1、伟晶岩的形状大多呈脉状，少数呈透镜状、串珠状、囊状，甚至不规则状产出。

2、伟晶岩的产状复杂多样，有的沿围岩层理或片理贯入，产状与围岩一致；有的沿构造裂隙贯入，与围岩呈切割关系。

3、伟晶岩的规模差别很大，长可由几米到几十米，百米，个别可达千米以上。厚由数十厘米至数米为最常见，个别可达数十米。延深一般为数十米至数百米。如非洲扎伊尔有两条世界上最大的稀有金属伟晶岩脉，长5000米，宽400米，罕见的矿脉。伟晶岩脉的产状一般较为陡直，左右对称。也有产状平缓者。

3.2

伟晶岩矿床的形成条件一、物理化学条件：

1、温度：伟晶岩矿床的形成是一种缓慢的结晶-交代过程，其温度变化范围较大。不同地区伟晶岩的形成温度也各有不同，但大体上有一个变化范围。例如经研究，在分带完好的伟晶岩脉体中：边缘带细晶岩的形成温度为1000℃左右；中间带的细粒、中粗粒及块体的形成温度为800~500℃；晶洞矿物的形成温度可降至160℃或更低；各种交代矿物（钠长石化、白云母化、云英岩化、锂云母化、石榴子石化等）的形成温度为500~200℃之间。由此可见，伟晶岩形成温度的范围较大，约为1000~160℃之间，其主体部分则约形成于700~200℃之间，稀有金属矿化主要发生500~300℃之间。在伟晶岩形成过程中，从边缘到中心，矿物的形成温度是逐渐降低的。

2、压力、深度：由于伟晶岩矿床的形成需要一定的温度和保持一定的围岩压力，才能使挥发份不致逸散，结晶作用充分进行。因此伟晶岩的形成是在较大的压力条件下，即在离地表较深的条件下形成的。实际资料和理论推导都证明伟晶岩矿床的形成深度一般为3～9公里。(3km－水晶，3－5km为稀有金属，5－8km为白云母，8－9km为稀土金属).

这个深度，一般较岩浆矿床形成深度小得多，而大于气成热液矿床的形成深度。伟晶岩矿床形成时的压力与伟晶岩矿床的形成相关，根据斯马京的实验资料，为800—100MPa。证明伟晶岩形成深度很大的地质资料很多：①伟晶岩均出露于那些在地质历史上经受过长期强烈上升或剥蚀的地区；②与伟晶岩伴生的往往是角闪岩相，甚至是麻粒岩相变质岩；③与伟晶岩有关的花岗岩均属深成岩相；④伟晶岩形成时代大多较老，多属古生代或前古生代，中生代伟晶岩多不典型；⑤伟晶岩地区一般不伴生同时代的角砾岩。这些现象均可说明伟晶岩形成的深度很大的特征。3、挥发份作用

(H2O、F、Cl、B、S、CO2、P等)

挥发性组分的存在和数量的多寡，对形成伟晶岩矿床有十分重要的意义，主要表现在三个方面：①挥发性组分具有高的热容，所携带的热量大，能降低岩浆的黏度和矿物的结晶温度（含水1%能降低熔点30~50℃），延缓结晶时间，有利于形成巨大的矿物晶体和良好的带状构造。②挥发性组分可与稀有元素等结合形成易溶或易挥发的络合物，随着温度的下降和挥发性组分的增加，稀有元素在伟晶岩形成作用的后期得到高度富集，并逐渐转入气水热液、发生交代作用，从而形成丰富的稀有元素矿物。③矿化剂的存在增加了伟晶岩浆的内应力，在构造应力作用的影响下，容易侵入到母岩的外壳或围岩构造裂隙中去，形成伟晶岩。二地质条件１、岩浆岩条件

伟晶岩在成因上和空间上主要与花岗岩类侵入体有关，与伟晶岩矿床有成因联系的花岗岩多呈岩基状产出，出露面积可达数百平方千米。通常情况下，花岗岩体愈大，伟晶岩脉数量越多，构成的伟晶岩区规模愈大。一般孤立的“小侵入体”基本上不形成伟晶岩，因为这种“小侵入体”不可能产生形成伟晶岩的大量挥发性物质，而且它们产出的地质环境也不利于伟晶岩的形成，不同类型的伟晶岩矿床，与一定深度相当花岗岩类有关。金兹堡等指出，各种类型伟晶岩矿床的形成深度不同，稀土元素伟晶岩在最深处(超过8~9km)形成，白云母伟晶岩通常深5~8km，稀有金属伟晶岩深3.5km，水晶伟晶岩深约3km左右，更浅的地方不形成伟晶岩田。他们是有关岩浆分异的最后产物。空间上，伟晶岩可产于母岩侵入体的顶部和边部，也可分布在母岩附近的沉积-变质岩中。在巨大的花岗岩基中，伟晶岩多集中在外接触带，或分布在岩体顶盖的围岩残余体中。在一些地区的伟晶岩矿田中，经常可见不同类型的伟晶岩围绕花岗岩体呈带状分布２、地质构造条件

伟晶岩在空间分布上，明显地受地质构造的控制，如地槽-褶皱带、古地块边缘断裂带，不同构造单元的结合地段等，形成断续延伸几十公里到几百公里以上，宽几公里到10-20Km的伟晶岩带。在矿田范围内，伟晶岩体或岩田受次一级或更次一级构造的明显控制，如受剪切裂隙、断裂、接触带、破裂带以及层理、片理、劈理、侵入体顶部的原生裂隙等的控制。

伟晶岩带的总体延展方向与大地构造的关系

在相对稳定的构造环境产出的伟晶岩，一般形态简单、规整，产状稳定，内部分带性好，脉内一些板状柱状矿物定向生长，在规模较大的脉体中较交代作用强烈。在不稳定的构造环境下产出的伟晶岩，形态复杂，通常成分枝、交叉等不规则状，产状变化很大，内部分带性差模块外无定向排列，常见矿物被挤压、破碎、弯曲等现象，交代作用无一定规律性。总体说来，处于不同构造环境下的伟晶岩，无论在形状、产状、内部构造、矿化部位等方面均存在一定的差别。３、围岩条件有利于伟晶岩矿床形成的围岩主要是区域变质岩、片岩、片麻岩、混合岩以及一些火成侵入岩。伟晶岩矿床均产于区域变质作用比较发育的地区，所以伟晶岩矿床的围岩往往是各类片岩、片麻岩、混合岩和花岗岩等。由于伟晶岩矿床类型与其形成深度有关，因此也与围岩的变质相有一定的联系，如稀土伟晶岩是产生在水分压较小的麻粒岩相或角闪岩相下部；白云母伟晶岩产于水分压较大的高级角闪岩相中；而稀有金属伟晶岩则多产于低级角闪岩相中；水晶伟晶岩则产于绿片岩相中。在未经变质的沉积盖层以及火山岩中，伟晶岩比较少见。围岩条件对伟晶岩矿床的影响主要表现在二个方面：一是由于围岩的物理性质影响裂隙的性质及其发育程度，因而也影响到伟晶岩的形态，如在片岩化的围岩（片状岩石）中易形成板状伟晶岩，在片麻岩和花岗质岩石（块状岩石）中常形成透镜状和柱状伟晶岩。二是围岩的成分对伟晶岩中某些元素的分散和富集也有一定的影响，如围岩为灰岩时，可使伟晶岩中的锂富集，形成大量锂辉石；围岩是角闪岩、黑云母片岩、镁铁质岩等含镁岩石时，由于镁和锂的地球化学性质相似，易于发生类质同象置换，部分锂分散到围岩中，而引起伟晶岩中锂的贫化。

3.3

伟晶岩矿床的成因伟晶岩矿床的成因问题，特别是伟晶岩形成的物理化学条件演化问题是现代矿床学中最有争议的问题之一。伟晶岩矿床可以由岩浆作用形成，也可由变质作用形成一、岩浆伟晶岩矿床成因由岩浆作用形成伟晶岩的假说较多，归纳起来主要有如下几种不同观点：（一）岩浆结晶观点（残浆结晶说）费尔斯曼、尼格里、伏格特等人，认为在高温、高压下，挥发组份能无限溶解在岩浆中。在岩浆结晶的末期能形成富含挥发份的伟晶岩岩浆。在相对封闭和高温、高压的条件下，缓慢冷却结晶而形成伟晶岩。与这种假说类似的另一说法，则认为伟晶岩浆并非残余岩浆，而是在岩浆运动过程中，由于射气作用使挥发组份和稀有元素化合物，在花岗岩浆中局部地带聚集形成的。（二）再结晶—交代观点

查瓦里茨基和尼基京等人则注意到水在花岗岩浆中的有限溶解性，因而否认有特殊的富含挥发组份的伟晶岩岩浆的存在。提出再结晶—交代观点:

认为任何一种岩浆，在冷凝过程中都会残留残余的气体溶液，它是一种超临界状态的流体，富含成矿物质、挥发组份和硅酸盐组份。因此，这种气体溶液对母岩成分来说是饱和的。在封闭的条件下，作用于早期形成的矿物使它们发生重结晶，形成伟晶岩的粗粒结构，以后进一步发生交代作用，这时已转为开放系统，于是形成了伟晶岩矿床。形成过程分为两个阶段：第一阶段为母岩再结晶阶段。岩浆凝固后残余下来的气水热液在封闭系统内对母岩发生作用，使早期形成的造岩矿物发生再结晶形成伟晶岩的主体，与此同时，发生长石和石英的带状分异，随分异程度的不同，形成各种不同的带状构造。第二阶段为交代作用阶段。交代作用是在开放系统内进行的。当气水热液引起母岩再结晶之后，随着分馏作用的进行及深部热液混入，热液成分逐渐得到改变，和母岩矿物之间的平衡状态也随之被打破，于是发生了一系列的交代作用，导致伟晶岩中稀有元素的富集。形成伟晶岩矿床。

二、变质伟晶岩矿床的成因

该观点认为有些伟晶岩是混合岩化作用的产物。混合岩化作用发生于区域变质作用的后期，由超变质的深熔作用或选择重熔作用形成的一种深熔流体(混合岩化热液)，随着挥发组分的聚集，对固态岩石发生重结晶作用及交代作用，或沿构造裂隙贯入而形成伟晶岩或伟晶岩矿床。

3.4

伟晶岩矿床的的主要类型及实例一、伟晶岩矿床

的分类（一）邹天人等的分类，

依云母与共生矿物共分四大类（黑云母类；二云母类；白云母类；锂云母类）九个类型。（二）符拉索夫依矿物的共生关系和结构特征分五类：

1．第一类型——文象和等粒型伟晶岩主要矿物为钾一钠长石和石英，代表开始阶段。长石和石英有规律的连生同时形成，构成文象结构或等粒结构，常组成边缘带。

2．第二类型——块状型伟晶岩在边缘带内靠近岩脉的中心部分，常有粗大结晶带，由大小数十厘米至数米的微斜长石晶体或晶块和同样大小的石英晶块所组成。有一定数量的稀有金属矿物产于块状石英中，交代现象不显著。

3．第三类型——完全分异类型分三带：文象结构或花岗结构伟晶岩带、微斜长石带和石英带。长石石英已完全分离，形成两个独立的单独矿物带。有交代，开始有工业价值绿柱石和锂辉石。

4．第四类型——稀有金属交代型

这一类型具有独特的矿物组合：钠长石、各种云母、晚期石英、绿柱石、铌钽铁矿、铯榴石、磷灰石、铀矿物等。构成一独立交代带，一般不是在伟晶岩体的中心部分发生，而是在两个单矿物带的接触处，即石英和钾钠长石接触带发生，并且交代它们，但主要是交代钾钠长石。这类伟晶岩以颗粒较细为特征。

5．第五类型——钠长石一锂辉石伟晶岩

主要由钠长石、锂辉石和石英组成，并有少量的微斜长石和大量的稀有元素矿物。从化学成分上，本类型比第四类型更为复杂，但矿物种类却较少，这说明它的分异作用不如第四类型完善。该类型伟晶岩的分带性也较差。不存在文象结构带，无巨大石英核，交代作用起着巨大的作用，交代矿物组合在伟晶岩体中到处可见，矿物颗粒也较小。从工业价值而论，第一类型伟晶岩无实际价值，二、三类型为云母和陶瓷原料（长石）的主要来源，而四、五类型则为多种稀有金属的重要来源。二、伟晶岩矿床的主要实例（一）稀有金属伟晶岩矿床稀有金属伟晶岩矿床一般分布在相关花岗岩体的内外接触带中，但也有的分布于远离岩体达数千米以外的围岩中。围岩主要为各种片岩、闪长岩和辉长岩。伟晶岩矿体的形态复杂多样，如岩株状、各种脉状以及似层状等。脉体规模大小不等，一般规模大者，都有良好的分带现象；规模小的脉体，则往往属于不分带或弱分带的伟晶岩。这种不分带或弱分带的稀有金属伟晶岩矿床也可能是后期强烈交代作用的结果。这类伟晶岩矿床最重要的特征是具有复杂的交代作用，主要为钠长石化作用和稀有元素矿物的交代作用。强烈的交代作用致使某些伟晶岩的原生结构构造全遭破坏，大部分块体微斜长石和块体石英被后期热液交代，微斜长石和条纹长石等只剩一些残留体。矿石矿物成分十分复杂，除微斜长石和石英外，还有钠长石、锂辉石、锂云母、磷辉石、电气石、白云母、绿柱石、铌铁矿、钽铁矿、锡石、磷灰石、透锂长石、铯榴石、硅铍石、黄玉、沥青铀矿、锆石、磁铁矿、钛铁矿及一些硫化物矿物等。稀有金属伟晶岩矿床是锂、铍、铌、钽等矿床的重要类型。此类矿床在我国分布广泛，其中不乏规模较大的矿床。新疆阿尔泰含稀有金属花岗伟晶岩矿床是这一类型的典型代表。

二、白云母伟晶岩矿床空间上，这类矿床绝大多数产于寒武纪的深变质岩中，围岩往往是花岗片麻岩、片麻岩、结晶片岩、大理岩以及角闪岩等。区域上常有花岗岩的侵入活动。矿体就是含白云母的花岗伟晶岩。伟晶岩体呈板状、凸镜状或巢状，长数十米至数千米，厚数十厘米至数十米，延深可达一、二百米。矿脉常成群出现。脉体分带清楚。矿物成分较为简单，主要为长石、石英和白云母，次为黑色电气石，磷灰石、石榴子石、偶见绿柱石、铌钽铁矿、晶质铀矿等。此类矿床是工业用白云母的主要来源。白云母既可由伟晶岩浆直接结晶形成的，也可由热液交代而成。巨大的白云母片都是由伟晶岩浆直接结晶形成的，他们常常富集在倾斜伟晶岩脉的上部，其下紧接石英-长石块体带；热液交代形成的白云母都分布于石英-白云母交代带或交代集合体中，白云母片小，杂质多，往往在开采巨片状白云母时顺便回收。除开采白云母外，此类矿床还可开采长石（作为陶瓷原料）。少数矿床还可开采绿柱石和晶质铀矿。这类矿床广泛分布于我国，其中内蒙古丰镇土贵乌拉是我国白云母伟晶岩矿床的主要产地。典型实例－内蒙大青山(土贵乌拉)白云母伟晶岩矿床

为我国北方开采最早、规模最大的白云母伟晶岩矿床。区内广泛分布着前震旦纪片麻岩，并构成北东一南西向复向斜和复背斜。岩浆活动甚为频繁，有花岗