辽宁红透山铜-锌矿矿床成因类型研究

辽宁红透山铜-锌矿矿床成因类型研究

许多火山岩碎屑矿床形成了造山前海相沉积的环境。在采矿过程中，这些矿床与含岩体有关，发生了强烈的变质、变形和矿物激活。矿石结构构造研究是探讨其变质过程的最佳窗口,故一直以来倍受矿床学家重视(Stanton,1972;Vokes,1976;CraigandVokes,1993;GuandMcClay,1992;Cook,1994;Tiwaryetal.,1998)。有些研究者还讨论了块状硫化物矿体受后期韧性剪切而形成的矿石糜棱岩(DuckworthandRickard,1993;刘连登等,1994;Lydon,etal.,2000),然而,有关矿石糜棱岩中超量富集成矿元素的实例只有在张秋生等(1984)和刘连登等(1994)研究红透山矿床的著述中报道过。不过,上述作者将红透山矿石糜棱岩中铜、金的超量富集归咎于各种硫化物在区域变质过程中因塑性不同而产生的固态差异再活化,这样的认识尚待商榷。辽宁省清原县红透山是我国最重要的太古宙块状硫化物矿床(图1)。尽管该矿床已有数十年的开采历史,前人已作过大量研究(张秋生等,1984;刘连登,1994,邓功全,1994),但是有关矿床形成和保存历史中的许多基本问题尚未阐明。譬如,矿床中同生沉积的铁硫化物究竟是黄铁矿还是磁黄铁矿,变质、变形和再活化对矿石的结构和成分发生了何种影响,显著富集铜和金的矿石糜棱岩(俗称“铜条”)究竟属何种成因,其形成环境如何,等等。本文在野外考察和矿石结构研究的基础上,将对这些问题加以探讨。1岛弧环境下的岩石红透山铜-锌矿床产在华北地台东北部浑北花岗岩-绿岩地体内(张秋生等,1984;邓功全,1994;李俊建等,1995)。该地体的下太古界层状绿岩称为清原群,岩性主要为斜长角闪岩、片麻岩、变粒岩和浅粒岩,并夹磁铁石英岩(沈保丰等,1994),原岩为从基性到酸性的不同成分火山岩,化学成分具有低钾拉斑玄武岩到钙碱性系列特征,因而被认为是岛弧环境下的产物(张秋生等,1984;李俊建等,1995)。这些岩石成岩年龄大于3.0Ga,并在2.8～2.9Ga期间经受了麻粒岩相-高级角闪岩相区域变质(张秋生等,1984)。浑北地体中花岗质岩石与绿岩的比例约为3:2(李俊建等,1995),其岩性主要为英云闪长岩-花岗闪长岩,侵入时代为2.8～2.9Ga;在2.5Ga前后又有钾长花岗岩的侵入(张秋生等,1984;邓公全等,1994)。浑北绿岩带中分布着7个有工业价值的块状硫化物型铜-锌矿床、1个硫矿床和100余个矿点,它们均产在清原群红透山组上部厚约百余米的岩性段内。该岩性段被探矿地质工作者称为“薄层互层带”,乃由薄层黑云母变粒岩、片麻岩和斜长角闪岩交替而成,并以含石榴石、直闪石和硅线石为特征,其原岩推测为多旋回的玄武岩-安山岩-流纹岩组合。矿体均与浅粒岩(流纹质原岩)伴生,并常被磁铁石英岩覆盖(张秋生等,1984)。矿区岩石的变质相为高级角闪岩相。赵印香等(1987)用石榴石、角闪石等地质温度计算得的变质温度为600～650℃,压力为0.8～1.6GPa。2红透山y形带红透山是清原地区7个块状硫化物型铜-锌矿床中规模最大者。矿区地层主要为清原群红透山组云母片麻岩、变粒岩、斜长角闪岩和含矿的“薄层互层带”,其变质程度达高级角闪岩相。岩石片理与岩性界线一致,均向南东倾斜,倾角70°～85°,构成一个向形倾竖褶皱(杨振声和余宝祥,1984)。矿层产状总体上与围岩片理一致(图1),采矿垂深如今已达1344米,至此深度的各个中段上,矿带平面形态均呈平卧的、向东开口的“Y”形(图1),即东部的两个矿层向西逐渐汇合而成为一体,然后继续西延。倾竖褶皱直立枢纽位于“Y”形三臂交会处。在该交会处矿体最厚,形成巨大的直立“矿柱”。“Y”形矿带在平面上E-W向的长度仅500m(图1),而据工程控制,矿层沿倾斜延深超过1500m仍未终止,如将向形展平,则两翼矿层南北向总长度超过3000米,因此邓功全(1994)推测红透山矿层在褶皱之前的原始长轴走向应为S-N向或NW向。矿区内尚未发现标志海底喷流通道的脉状或角砾状矿化,但在“Y”形带北叉的北侧和南叉的南侧分布有浸染状矿石,其厚度变化于几十米至300米之间,硫化物含量10～30vol%(卢文江,1994),是否代表了与海底喷流有关的层状下盘矿化(MortonandFranklin,1987;顾连兴,1999),目前尚无结论。矿区内有众多的石英辉绿岩墙(图1),其厚度小者不足1米,大者可达数十米,多呈NNE走向,明显截切块状硫化物矿层,局部可见块状矿石呈捕虏体产于其中。层状矿体还常被伟晶岩脉切割,有些伟晶岩脉中可见天河石。红透山矿床已探明金属铜50万吨、锌47万吨、金5吨,伴生的银、镉和碲也已达到大、中型矿床规模。矿石平均品位为Cu1.6wt%,Zn1.66wt%,S16.5wt%,Au0.5×10-6,Ag36×10-6,Cd0.00558wt%,Se0.00247wt%;Cu/Zn比率为0.96(卢文江,1994).深部矿体的Cu/Zn比值低于浅部,即浅部富铜而深部富锌。卢文江(1994)认为,这是一种沉积过程中形成的水平分带,浅部的层状矿体更靠近海底喷流中心。矿床中72个硫化物样品的δ34S分布为0.3～1.5‰(CDT)(卢文江,1994)。矿体中块状矿石占90%以上,矿物成分主要为黄铁矿(50%)、磁黄铁矿(20%～30%)、闪锌矿(10%～15%)、黄铜矿(5%～10%)及少量方铅矿、方黄铜矿、银金矿、辉铜矿和磁铁矿等。脉石矿物主要是石英和斜长石,其次为石榴石、角闪石、阳起石、黑云母和白云母等。矿石类型主要为致密块状,次为浸染状和条带状等。3闪岩相系中深达角闪岩相红透山矿区的块状硫化物矿石与其围岩一起受到了深达角闪岩相的变质作用,因此其同生沉积结构几濒绝迹,如今最常见的结构主要是变质、变形过程的产物。3.1磁黄铁矿的形成过程由于进变质作用早阶段的结构绝大部分已为变质峰期的改造所破坏,目前所见到的结构主要是变质峰期后的残留。关于磁黄铁矿的成因是块状硫化物矿床研究的核心问题之一(CraigandVokes,1993;Guetal.,2001)。以往的研究者均把红透山矿区的磁黄铁矿作为同生沉积的黄铁矿在区域变质过程中发生矿物相转变的产物(张秋生等,1994;邓功全,1994),而本文作者认为,本矿区的磁黄铁矿主要是同生沉积的,其依据主要是:(1)矿床中的磁黄铁矿粒径多为2～5mm,大者可达10mm以上,其边界平直,表明这种矿物经历了多期次的变形和重结晶,最后在峰期变质温度附近达到了退火平衡;(2)磁黄铁矿可与黄铜矿和少量细粒黄铁矿立方体一起在矿体的围岩片麻岩中呈浸染状分布,其中见不到黄铁矿向磁黄铁矿转变的结构;(3)块状磁黄铁矿矿石内的黄铁矿多为良好的立方体自形晶,尤其在与磁黄铁矿基质的接触部位呈现平直的边界,见不到被磁黄铁矿交代的现象,只有在与脉石矿物接触处,黄铁矿斑晶才因生长受阻或被强烈交代而具有港湾状边界。这些现象表明,黄铁矿立方体是晚于磁黄铁矿的变斑晶;(4)在黄铁矿斑晶内可以见到散布的、自形的或具有弧形溶蚀边界的磁黄铁矿包裹体,而在磁黄铁矿颗粒内却缺乏黄铁矿包裹体;(5)如果矿区内的磁黄铁矿是由黄铁矿转变而来,那么转变过程中必然会析出巨量的硫,所析出的硫就会造成围岩中铁硅酸盐的硫化反应(Nilsen,1978),形成大量的变质成因硫化物。然而,在红透山矿区的矿体直接围岩“薄层互层带”中,黑云母、角闪石等暗色矿物新鲜如故,说明黄铁矿的脱硫和由此造成的围岩硫化并未发生。因而,磁黄铁矿主要是同生沉积的原始矿物。硫化物被进变质矿物交代的结构普遍可见。磁黄铁矿可被接近定向排列的硅线石切割成光性连续的半岛或弧岛(图版-A)。在透射光下,硅线石呈长柱状至针状,中等突起,Ⅱ级干涉色,正延长。在完全缺乏黄铁矿的石榴黑云阳起片岩中,可见磁黄铁矿、黄铜矿和闪锌矿均被半定向或束状排列的阳起石和黑云母所切割,被切割后的硫化物呈边界不规则的长条状,排列方向与片理相一致,形成假流纹状矿石。这些被切割的硫化物均是同生沉积后经变晶生长的产物。被硅线石切割的磁黄铁矿具有明显的退火平衡结构(图版-A),表明其退火平衡在硅线石形成之前就已发生;硅线石的柱状晶形表明变质作用曾在红柱石-蓝晶石-硅线石三相点温度以上达到了较长时期的稳定。虽然对于该三相点迄今尚无确切的数值,但其温度最可能在550℃上下(Richardsonetal,1969;Holdaway,1971)。与磁黄铁矿被进变质矿物切割的特征相反,斑状黄铁矿中却常见到变质矿物的包裹体,所包裹的黑云母常见膝折构造。这些与斯勘的纳维亚加里块状硫化物矿石十分相似的结构(CraigandVokes,1993;GuandVokes,1996)表明这种黄铁矿也是变质、变形之后变晶生长的产物。顾连兴等(1988)在华南块状硫化物矿床的六方磁黄铁矿中区分出了两种成因的单斜交生体:受六方变体结晶方位控制的叶片状出溶体和受六方变体裂隙、颗粒边界控制的交代产物。GuandVokes(1996)在研究挪威加里东造山带块状硫化物矿床时发现,这些矿床内经过强烈变质和重结晶的磁黄铁矿中通常缺乏单斜出溶体,只有部分颗粒中有少量出溶体的残留。他们认为,这是因为本来含有出溶体的同生沉积磁黄铁矿在重结晶过程中,其内的出溶产物发生了均匀化的缘故。Cook(1996)对挪威的矿石重作研究后称,未发现与GuandVokes(1996)的研究结果有相悖之处。这次所作的磁性胶体法(CraigandVaughan,1981)镜下研究表明,红透山矿区发生了退火和重结晶的磁黄铁矿绝大部分是单纯的六方变体,其中缺乏单斜出溶叶片,只有在部分颗粒中有少量叶片残留。这样的特征与作者对挪威矿床的研究结果相一致。3.2退酒结构退变质过程中形成的结构主要有黄铁矿变斑晶,以及由退变质-变形、二次退火和成矿物质再活化形成的结构。3.2.1变质矿物成矿的机制在块状磁黄铁矿矿石中,黄铁矿斑晶均为立方体(图版-B),粒径多为5～20mm,大者达50mm以上。如下结构特征有助于说明某些斑晶的成因:(1)斑晶呈等轴状形态,其旁则未见到过压力影等同构造结构(Spry,1979);(2)镜下见不到磁黄铁矿交代黄铁矿的现象,相反地可以在黄铁矿斑晶内见到各种先存矿物的包裹体,其中包括散布的、具有平直或弧形溶蚀边界的磁黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿等硫化物和自形黑云母等变质矿物。被包裹的磁黄铁矿具有变形带,说明它在被包裹之前就已发生了变形;(3)在同一个光片中可以看到,变质矿物硅线石明显切割磁黄铁矿,而黄铁矿变晶则未被切割;这些特征表明,这部分黄铁矿斑晶不是构造前或同构造的产物,而是退变质过程中形成的变斑晶。磁黄铁矿矿石中的斑状黄铁矿是国内外许多受变质块状硫化物矿石的常见特征。近年来的研究者趋于认为,这些斑晶是六方磁黄铁矿在降温过程中发生脱硫的产物(Brookeretal.,1987;CraigandVokes,1993;Cook,1996)。YundandHall(1970)曾用实验证实了磁黄铁矿的这种脱硫机制。不过,实验表明在743℃时与黄铁矿平衡的六方磁黄铁矿的最高含硫量为55.1atm%(Arnold,1962),而自然界中六方磁黄铁矿的含硫量最低限是52atm%(CarpenterandDesborough,1964),因而磁黄铁矿在降温过程中出溶所能提供的硫最多不超过3.1atm%。在红透山矿床中,黄铁矿变斑晶的含量远远超过磁黄铁矿含量的3.1mole%,只凭磁黄铁矿的脱硫难以形成,因此有理由推测,矿石中本来就含有一部分同生沉积黄铁矿,而退变质富硫热液的叠加又使这部分黄铁矿发生过增生(顾连兴等,2001)。此外,矿床中还有一种斑状结构黄铁矿-闪锌矿矿石,其斑晶主要为五角十二面体黄铁矿,含量高达30%以上,基质以闪锌矿为主,仅含极少量黄铜矿和磁黄铁矿。这种黄铁矿斑晶中未见到过磁黄铁矿包裹体,应当是沉积-变质的直接产物。3.2.2变质峰期及退变质过程对磁黄铁矿矿土在进变质过程中发生的变形被强烈退火和重结晶清除以后,目前所保留下来的矿物变形结构主要是变质峰期和退变质过程的产物。这些结构包括各种矿物的晶界滑移、黄铁矿的碎斑结构、由黑三角孔显示的方铅矿解理和闪锌矿双晶的扭曲、磁黄铁矿的亚颗粒、膝折和变形双晶等。如前所述,红透山矿区经历了退火平衡的粗粒磁黄铁矿边界平直,但这些边界构成的两面角已有相当一部分偏离了120°,三晶嵌结结构(顾连兴和郑素娟,1990)已不典型。在有些地段,磁黄铁矿颗粒被压扁和拉长,颗粒内部发育大量变形条带,这些特征表明,矿区的磁黄铁矿在变质峰期发生退火和重结晶之后,又在退变质过程的动力作用下发生了晶界滑移和晶内塑性变形。已有大量文献(Mookherjee1976;Vokes,1976;顾连兴和郑素娟,1990;邱小平等,1993;Tiwaryetal.1998)论述过硫化物矿石的变质退火作用,然而还应当指出,变质矿石的退火作用具有多幕性。首先,伴随进变质过程的多次变形和递进热增进,必然发生过多幕的退火作用,但目前所保留的退火结构主要与变质峰期前后的重结晶有关。其次,在退变质过程中,已经退火的矿石如果受到叠加的变形并且处在较缓慢的隆升和降温环境下,就可能发生二次退火。顾连兴等(1995)报道过挪威块状硫化物矿床中磁黄铁矿的二次退火现象。在红透山矿石中,常可见到在粗粒磁黄铁矿边界附近或其内部的强烈变形区,嵌有一些较小颗粒,这些小颗粒往往具有平直的边界,部分两面角呈120°,应为二次退火的产物。二次退火新颗粒沿粗晶磁黄铁矿边界分布的现象,可能与粗晶颗粒因边界滑动导致的粒缘变形有关,在成因上与核幔结构相类似。当块状矿石被热液石英脉穿插时,有时可以看到同一个磁黄铁矿颗粒在紧邻石英脉处优先退火,形成一条退火的镶边。这种现象似乎说明,后期流体的加入促进了变形和退火作用的进行。与变质峰期退火不同的是,二次退火发生于地壳隆升和降温条件下,故退火时的温度较低,所获得的热能较弱,退火作用持续的时间也较短。因而,二次退火的产物常局限于应变较强之处,新颗粒通常较细。在红透山矿区,二次退火颗粒粒度通常小于0.1mm。3.2.3剪切变形结构的改变在红透山矿区内,分布有大约30多条高度富集铜、金的富矿带,矿山地质工作者称之为“铜条”。张秋生等(1984)和刘连登等(1994)已正确地指出,这些铜条实际上是块状硫化物矿石受到韧性剪切后形成的糜棱岩带,因此可称为矿石糜棱岩。矿石糜棱岩带长22～30m,宽0.1～1.5m,延深2～30m,规模显著大于挪威矿区的矿石糜棱岩(DuckworthandRickard,1993)。矿石糜棱岩主要产于主矿体内部,尤其在“Y”型三臂交接部位矿体由厚变薄之处或矿体末端较多。极少数矿石糜棱岩产在矿体附近围岩中。作者等在铜坑口-647m中段9～10穿脉所见之矿石糜棱岩带长约30m,宽约1m,延深约30m,产状与围岩一致,走向SE80°。该糜棱岩带一侧与片麻岩边界清晰,另一侧渐变为块状磁黄铁矿矿石。糜棱岩中含不同程度圆化的脉石碎块,部分碎块呈拉长状定向排列(图版-C)。碎块大小从不足1毫米至数厘米。在显微镜下,各种矿物均显示强烈的剪切变形结构。原有的圆粒状石英被剪切成透镜状或拔丝状,有的因旋转而磨成浑圆状(图版-D),其内部已发生明显的动态重结晶,少数颗粒已具退火平衡结构。黑云母强烈膝折,有的被弯曲成弧形。各种硫化物差异流变十分明显。黄铁矿和磁铁矿以脆性变形为特征,并随着变形的加剧逐步形成破裂-碎裂-碎粒-糜棱状(刘连登等,1994)等结构(图版-C、D)。在反光镜下,黄铁矿碎斑轮廓线增粗,突起升高,这可能为应变硬化(刘瑞峋,1988)所致。各碎块常沿剪切方向分离,并在基质中呈带状排列,形成布丁构造(图版-E)。在单向位移的情况下,各碎块间的关系尚可恢复(图版-E),但如果伴有揉碾作用(Durchbewegung),则碎块可被磨成浑圆状碎粒并互不相连地散布于塑性基质中,此时碎粒间的关系已很难恢复,初看时会误视为密集的细粒黄铁矿独立晶体(图版-D)。有些黄铁矿和脉石碎粒环绕磨成浑圆状的脉石碎块定向排列(图版-D);也可见到较大的黄铁矿碎斑具浑圆状边界和同心环状裂纹,圆形边界外侧还可存在一圈微细粒的被碾脱的碎粒。这些揉碾构造(Durchbewegungstructure,Vokes,1969;MarshallandGilligan,1989;顾连兴等,1995)表明,脉石和黄铁矿碎斑在变形过程中曾发生过强烈的颗粒边界滑移,并相对于基质发生过旋转。矿石中强干的黄铁矿变斑晶的破碎和细粒化使矿物颗粒边界滑移只需克服周围细小颗粒群的阻力而无需搬动原有的整个变斑晶(刘瑞珣,1988),因而大大促进了矿石的剪切变形。“铜条”中有些黄铁矿碎斑已被再活化而来的黄铁矿愈合。矿石糜棱岩的基质主要由塑性较强的磁黄铁矿、黄铜矿和闪锌矿等金属矿物,以及碾碎的脉石矿物和片麻岩、片岩构成。塑性金属矿物常被剪切成条带状,其中塑性相对较弱的闪锌矿可在黄铜矿基质中形成断续相连或雁行排列的透镜体(图版-E)。基质中的多数颗粒大小均不足0.1mm,与未受剪切的块状矿石(粒度>1mm)成鲜明对照。磁黄铁矿是极易产生变形的矿物,但矿石糜棱岩中的磁黄铁矿却缺乏变形带,这表明这种矿物变形后均发生了二次退火。局部地段可以见到磁黄铁矿二次退火达到平衡所形成的三晶嵌接结构,但未发现过黄铁矿碎斑的显著退火现象。鉴于磁黄铁矿的退火在温度高于450℃时才显著,而黄铁矿在高于550℃的条件下才发生显著退火(MarshallandGilligan,1987),故可推测矿石糜棱岩的退火温度为450℃～550℃,显著低于赵印香等(1987)算得的峰期变质温度600～650℃。这种退火应当发生于退变质条件之下。4活化转移和再活化Mookherjee(1976)将组分从一处转移到另一处的过程称为活化转移(mobilization),而将组分从先存矿体转移出并形成新矿体的过程称为再活化(remobilization)。Marshall和Gilligan(1987)将活化转移和再活化的过程分为化学的、机械的和复合的三种类型。下文主要讨论红透山太古代块状硫化物矿床成矿后的再活化。4.1结构和构造环境在高级角闪岩相温、压条件下,许多硫化物具有很强的塑性,因此机械(固态)方式再活化十分重要(MarshallandGilligan,1987;SkinnerandJohnson,1987)。红透山矿床虽然总体上呈层状形态,但各具体地段的矿体明显地厚薄不匀,并有尖灭再现和穿入围岩的现象。这些现象表明,矿石是前构造(pre-tectonic,MarshallandGilligan,1993)的产物,并在区域变质和变形过程中发生了强烈的塑性流动。如前所述,红透山诸矿体排列成了平卧的“Y”形,而在“Y”形三个臂的交会处,即倾竖褶皱转折部位形成了巨厚的“矿柱”。杨振声和余宝祥(1984)认为,在他们识辨出的四幕变形中,倾竖褶皱是第二幕变形的产物,而褶皱转折部位“矿柱”的形成则是变形过程中塑性(或半塑性)硫化物向转折端低压处发生固态迁移而导致的构造加厚。在块状硫化物与片麻岩的接触部位(图2),脆性片麻岩常形成尖顶-舌状褶皱(cuspate-lobatefold,RamsayandHuber,1987),而塑性硫化物则呈牛角状突起,形成角顶(cusp,MarshallandGilligan,1989)构造,当角顶穿过片麻理时则形成穿刺角顶(piercementcusp,MarshallandGilligan,1989)。硫化物块体中还可见到剥离下来的经圆化的片麻岩碎块。在矿区第14线剖面上,矿体浅部薄而深部厚,在向斜转折处最厚,从而呈现鱼勾状形态,这可能是褶皱过程中矿石向转折端低应力部分发生固态再活化的产物。但是按SkinnerandJohnson(1987)的解释,这种形态也可能是由于矿石密度显著高于围岩,在变形过程中发生了重力下沉的缘故。在显微镜下,常可见到黄铁矿自形变斑晶碎裂后,其裂隙被塑性硫化物充填,充填物中尤以黄铜矿最为常见、其次是磁黄铁矿和闪锌矿。在有些光片中,黄铁矿斑晶的各碎块可以很好地拼合(图版-B),并且裂隙内的充填物可与碎斑外侧的同种矿物相连,这表明充填物可能是基质中的塑性矿物在变形过程中机械挤入的产物。有些裂隙正是在塑性矿物挤入过程中得到了进一步扩展(图版-B)。在挪威的加里东块状硫化物矿床中,作者还观察到了磁黄铁矿沿黄铁矿中平行裂隙强力挤入时使黄铁矿碎片发生弯曲的现象(顾连兴等,1995)。4.2红透山-大荒沟状责任基因在整个变质作用过程中均可发生成矿组分的化学再活化,但进变质与退变质过程的化学再活化特征有显著差异。进变质过程发生于埋深加大、地温增高的环境中,因而硫化物机械再活化显著,并且流体携带金属进行长距离迁移的能力较强。块状硫化物矿体中很少见到进变质的化学再活化产物,表明绝大部份活动性组分已随流体迁移到了矿体之外。即使有少量组分曾被卸载于矿体内部,也会在接近峰期时再度转移,最后在矿体以外较低级的变质相带中沉淀。在红透山-大荒沟块状硫化物铜金成矿带中有一些受韧性剪切带控制的金矿床(如南龙王庙等),有人认为矿床中金的源岩为该区绿岩岩系(刘连登等,1994;李俊建等,1995;戴仕炳,1993)。倘如此,其中也应当包括夹于该绿岩系中的块状硫化物矿层。因此,这些金矿可能部分地代表着块状硫化物矿床进变质远程再活化产物。与进变质过程不同的是,退变质过程温度和压力逐渐降低,机械再活化已不显著,流体携带金属进行长距离迁移的能力也已减弱,但是随着裂隙的张开和循环流体的出现,化学再活化仍很活跃。该时期的。再活化可以发生在不同尺度内。在红透山矿床中发育大量硫化物-石英脉,这些脉不但切割块状硫化物矿体,还常切割后期辉绿岩墙,这是矿床尺度的再活化产物。在微观尺度内,矿石的种种结构纪录了成矿物质被流体带出和再次聚集的场所,即化学再活化的起点和终点。4.2.1乳滴棒条和黄铜矿疾病表征再活化起点的最常见结构是黄铜矿、磁黄铁矿和闪锌矿等硫化物被扇状或放射状阳起石和细鳞片状黑云母等交代的结构。在退变质氧逸度增高的情况下,黄铜矿可被磁铁矿+磁黄铁矿+黄铁矿组合交代(图版-F),从而使铜和部分硫发生再活化。图版-F中的无数磁黄铁矿板状晶体长度数微米,消光方位各不相同,因而不是原有大颗粒的交代残余,而是交代过程的产物。这种交代矿物组合表明退变质流体局部物理化学条件位于磁铁矿-磁黄铁矿-黄铁矿三相点附近(Guetal.,1997)。在未变质或轻微变质的块状硫化物矿床中,闪锌矿内常含有大量微米粒径的黄铜矿乳滴和棒条(Barton,1978;Eldridgeetal.,1983;Large,1992;Guetal.,1998)。这些乳滴和棒条以往曾长期地被视为出溶体,但近年来几乎一致地认为,这种交生结构相当一部分是闪锌矿受含铜溶液交代的产物,因而被称为黄铜矿疾病(Chalcopyritedisease,Barton,1978;Eldridgeetal.,1983)。但是,在红透山矿床中黄铜矿疾病较少,这可能是因为闪锌矿在变质重结晶过程中已发生自净作用的缘故,分布于闪锌矿粒内和粒缘的一些细粒状或斑点状黄铜矿正是自净作用的产物。关于闪锌矿的这种自净和均匀化效应前人已多论述(Scott,1983;Craig,1983;Eldrigeetal,1988)。目前所见的红透山黄铜矿疾病主要发生于退变质含铜流体活跃之处,“病毒”多沿闪锌矿解理和双晶纹分布。这种结构既代表了黄铜矿的再活化终点,也代表了闪锌矿的再活化起点。黄铁矿是矿床中最稳定的硫化物,但在退变质较晚阶段热液过程中仍可被石英、碳酸盐等强烈交代,从而发生硫化铁的再活化。正因为这种晚阶段的热液交代作用,红透山矿床中的黄铁矿变斑晶不像挪威Sulitjelma和Gjersvik等矿区那样普遍具有完好的立方体外形,而常具有内凹的港湾状边界。4.2.2缝充填体中黄铜矿的迁移成矿元素经过一定时间的运移之后被析出,于是某种组分的再活化作用到了其终点。最能代表再活化终点的结构是铜等金属硫化物沿裂缝充填和交代先存矿物的各种结构。如上文所述,充填于黄铁矿变斑晶内某些可拼合裂缝中的黄铜矿和闪锌矿等硫化物有可能是机械再活化所致。然而,有些变斑晶的裂缝具有港湾状边界或具有明显的不可拼合性(图版-G),也有些被黄铜矿充填的变斑晶外侧根本不存在黄铜矿(图版-G),这些裂缝中的硫化物很难用机械注入来解释,而应当是再活化流体充填和交代的产物。碎裂黄铁矿作为硫化物再活化终点的现象在许多矿区均有报道(VokesandCraig,1993;Cooketal.,1994;LarocqueandHodgson,1995)。尽管红透山矿床内铜的平均品位与锌相近,然而在黄铁矿裂缝充填物中黄铜矿的数量却远远超过闪锌矿,有些填隙物中甚至只有黄铜矿而完全缺乏闪锌矿。VokesandCraig(1993)认为,黄铜矿的优先充填说明在退变质流体中铜比锌容易发生迁移。作者等赞同这种差异迁移的观点,然而另一个因素同样值得考虑,即黄铜矿比起闪锌矿来可能更容易依附黄铁矿的表面结晶。图版-G中黄铁矿碎斑的左侧均为闪锌矿所包围,而在碎斑裂缝中以充填和交代方式产出的硫化物却只有黄铜矿。在安徽铜陵铜官山、马山、冬瓜山和新桥等矿区的块状磁黄铁矿矿石中均存在一种广为人知的结构,即黄铜矿常环绕黄铁矿斑晶聚集而呈鸟眼状。在显微镜下可以看到,这种黄铁矿的内部裂缝中也多被黄铜矿充填。这种结构表明,比起基质中的磁黄铁矿来,斑状黄铁矿是黄铜矿再活化优先选择的终点。作者(GuandMcClay,1992)曾注意到,即使在一些含铜很低的铅锌矿区,充填在黄铁矿裂缝中的主要硫化物仍然是黄铜矿,闪锌矿数量较少,而方铅矿则更少。这可能表明黄铜矿比起闪锌矿和方铅矿来,它与黄铁矿之间的界面自由能更低,因而更容易形成异质增生(顾连兴等,2001)。许多作者(翟裕生等,1997;於崇文等,1998)所强调的层控矿床形成过程中黄铁矿质矿胚层对热液铜的地球化学障作用,即可用这种异质增生机制来解释。在黄铁矿之后,再活化黄铜矿优先选择的终点矿物依次是闪锌矿和磁黄铁矿。在脉石矿物中,再活化黄铜矿优先选择黑云母解理缝进行充填,Cooketal.(1994)在纳米比亚的Matchless矿床中也报道了这种现象。如前所述,红透山矿区沉积-变质的六方磁黄铁矿内部通常缺乏单斜磁黄铁矿出溶体,但是沿其颗粒的边缘和裂缝有时可见单斜变体的斑点、团块和叶片。这些单斜变体是退变质过程中富硫热液对六方变体的交代产物。在有些地段还可见到磁黄铁矿与黄铜矿等其它硫化物一起交代黄铁矿变斑晶,或呈细脉穿插块状矿石的现象。这些退变质的磁黄铁矿均为六方与单斜变体的交生体。这样的特征酷似挪威加里东造山带块状硫化物矿床中的退变质磁黄铁矿(GuandVokes,1996),表明磁黄铁矿主晶的形成温度高于单斜-六方转变温度254℃(KissinandScott,1982),因而在缓慢降温过程中发生了单斜变体的出溶。在红透山矿床中,石英只有在退变质最晚阶段与磁铁矿一起交代各种硫化物,这与VokesandCraig(1993)研究挪威Gressli矿区后得出的黄铜矿-闪锌矿-石英这样的再活化先后顺序一致。4.3蚀变的进矿物质红透山铜条的平均铜品位在6wt%以上,最高达22wt%(刘连登等,1994)。据矿山分析资料,产有铜条的硫化物矿石整体铜品位与不含铜条的块状矿石相比,铜品位提高到块状矿石的4倍,金提高到3.8倍,银提高到3.9倍,但不同地段的铜条在成分上又有差异。“铜条”矿物为黄铜矿10～50vol%,闪锌矿5～15vol%,脉石10～30vol%,磁黄铁矿或黄铁矿30～60vol%。磁黄铁矿与黄铁矿的含量比例在不同铜条中变化很大,有的铜条以磁黄铁矿为主,而另有的铜条则以黄铁矿占绝对优势。张秋生等(1984)和刘连登等(1995)曾认为,铜条是不同矿物间塑性差异所造成的差异固态再活化产物,但是,有些铜条中脆性黄铁矿含量可超过50vol%,表明固态再活化观点不能令人信服。相反地,铜条中发育强烈的热液蚀变,如石榴石化、角闪石化(具浅蓝色多色性)、阳起石化、绿帘石化、斜黝帘石化、黑云母化、白云母化、钠长石化、碳酸盐化和硅化等。此外,黄铜矿沿裂缝充填和交代黄铁矿乃至脉石碎块的现象比比皆是(图版-H)。因此,按作者的意见,铜条是由退变质韧性剪切形成的矿石糜棱岩受后期流体叠加而成。鉴于铜条只在主矿体内局部分布,且单个铜条规模较小,其伴生的蚀变矿物具有高级绿片岩相组合,因此铜条应当形成于高级绿片岩相退变质环境下。上述由磁黄铁矿和黄铁矿退火特征所得出的推论也与此认识相符。矿石糜棱岩转变成铜金富矿石取决于多种因素。首先,韧性剪切本身会导致压溶,使石英等压溶敏感矿物(孙岩等,1984;吴学益,1998)淋失,从而使矿石相对富化(GuandMcClay,1994)。其次,矿石糜棱岩为流体运移和聚集提供了空间。许多研究者曾论述过韧性剪切对岩石和硫化物矿石孔隙度的影响(Clarketal.,1973;Boulter,1987;Chenetal,1998;Zhangetal.,2000),而尤其需要提出的是,红透山矿石中丰富而强干的黄铁矿变斑晶在破碎之后,其碎块相互支撑,使孔隙的连通性显著改善,于是大大促进了再活化流体的循环。同时,矿石糜棱岩的强烈细粒化会使矿物表面积增加,更有利于铜、金的沉淀(Chen,1996)。上文已经论述,黄铁矿破裂面是再活化铜发生沉淀的最佳终点。许多学者还研究过硫化物对于金沉淀所起的作用(Seward,1984;罗天明,1991;鲍振襄,1993)。JeanandBancroft(1985)和HylandandBancroft(1989)的实验证实,黄铁矿等硫化物可将溶液中的金络合物吸附于其表面,并将金直接从络合物中还原出来。张世柏等(1996)的实验证明黄铁矿越破碎对金的吸附能力越强。此外,即使闪锌矿变形产生的机械双晶缝,也能为叠加热液的结晶和交代提供成核位置(ClarkandKelley,1973)。值得提出的是,许多变质热液铜金矿床均以强烈硅化为特征,而红透山“铜条”中的硅化却不如其它蚀变显著。这是由于,正如上文所述的那样,本矿区退变质流体只有到了最晚阶段才析出石英。也正是因为成矿金属浓度未因石英的大量沉淀而被稀释,矿石糜棱岩才能如此地高度富集铜和金。红透山矿床矿石糜棱岩中铜、金的富集表明了退变质再活化对于成矿的重要意义。至于再活化物质的来源,目前尚无可靠的地球化学、同位素或包裹体准则来加以判别(MarshallandGilligan,1993)。然而,鉴于“铜条”的分布主要限于主矿层内部,因而可以推测,叠加的铜、金可能主要来自附近的块状矿石。5磁黄铁矿成矿作矿红透山矿床在同生沉积-成岩过程中形成了磁黄铁矿、黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿和长英质矿物组合。在后期变质过程中,不但发生了金属矿物重结晶和矿物相转变,还发生了成矿物质机械的和化学的再活化。这种再活化作用,不但使矿体的形态和与围岩的关系变得复杂,使研究者将某些同生沉积矿床误认为同构造矿床(MarshallandGilligan,1993),还能在适宜的部分形成新矿体。以往曾简单地认为,块状硫化物矿床中只有黄铁矿才是同生沉积的,而磁黄铁矿和磁铁矿均是变质反应的产物。近年来的研究证明,无论黄铁矿还是磁黄铁矿都既可以是变质成因的,也可以是同生沉积的(Finlow-Batesetal.,1977;CraigandVokes,1993;GuandVokes,1996)。在挪威Lokken矿床中,作者还见到过莓球状黄铁矿与微晶磁铁矿交替形成的条带状矿石,其中的黄铁矿无任何被交代痕迹,表明磁铁矿也可以是同生沉积的。综合世界各地的资料,块状硫化物矿床的磁黄铁矿可以分为三种主要成因类型:(1)同生沉积-变质重结晶的磁黄铁矿,如红透山、挪威加里东造山带(CraigandVokes,1993;GuandVokes,1996)和澳大利亚MtIsa等(Finlow-Batesetal.,1977)。在大厂长坡矿区未受变质和热液交代的生物碎屑灰岩中,作者曾见到过浸染状分布的板状磁黄铁矿自形晶,这种磁黄铁矿显然是成岩过程的产物。沉积的磁黄铁矿可以含有单斜出溶体,但常常因为受到后期变质而发生了均匀化(GuandVokes,1996);(2)