矿床学07火山有关矿床71.ppt

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1、矿 床 学,中南大学地质工程专业A方向,第七章火山成因矿床,7.1 概 述,7.1.1 概念火山成因矿床系指与火山岩、次火山岩有成因联系的金属和非金属矿床。,次火山岩指：与火山在分布空间、形成时间、成因上相关的浅成超浅成岩。其形成深度往往在几百米以内。由于形成深度小，常出现火山岩的某些特征，如气孔状构造、斑状结构、角砾状构造等。其中角砾状构造形成于地下发生的爆发作用，故称隐爆作用，角砾岩称隐爆角砾岩。,以前我们介绍的矿床类型都是针对侵入岩而言，实际上火山活动同样伴随着岩浆及气液成矿作用。如火山岩（熔岩或火山凝灰岩）本身就是一种非金属矿产（如建筑材料），可以视为岩浆矿床。不少古火山凝灰岩中有似层

2、状的贫铁矿。南太平洋的近代火山灰中央有断续分布的似层状的高铁层（由细粒赤铁矿一镜铁矿及火山灰组成），这说明金属组份同样可经过喷发时碎屑散落沉积成矿。智利拉科铁矿则是由矿浆经火山口直接喷出地表，形成大面积的熔岩状磁铁矿层。,伴随火山活动的气液成矿作用也属于岩浆气液成矿的范畴，这就是火山气液成矿作用。根据对大陆火山活动的观察，有大量的热水、热气喷出。如北美洲的阿拉斯加万烟谷，每年可喷出HCl一百多万吨，HF二十多万吨；意大利维苏威火山每隔半年喷发一次，有一次在十天内就形成4.827km长、4.9144m宽的镜铁矿脉，火山口附近还有大量硫磺堆积。,在水下（特别是海底），由于水介质的存在，火山物质（尤

3、其是热水、热气）不容易飘散，通过水体的作用而成矿，形成火山沉积矿床或火山喷流矿床。,总之，与火山有关的矿床主要包括：1火山岩浆矿床 矿浆（晚期岩浆、熔离岩浆）喷溢、贯入成矿2火山-次火山气液矿床 陆相、海相，火山、次火山3火山沉积矿床 火山来源，沉积形成,7.1.2 火山成因矿床的特点火山成因矿床的主要特点如下：1）矿床位于同构造旋回的火山岩浆一构造活动带中。在矿区内或其附近有同期的火山岩、次火山岩或侵入体的分布。2）含矿介质比较复杂。有岩浆、喷气、热液及火山烤热的海水或湖水。3）矿床产生在地表（陆面、水下），或地下浅处（01.5km）。 成矿温度可从1000C50C。,4）矿体受火山机构控制

4、明显。5）矿石物质成分及结构构造复杂多样。主要类型：火山矿床类型多，分布广泛，矿产丰富，如Fe、Cu、Au、Ag、Pb、Zn、Mn、Mo、Ni、U、B、Li、Sn、W、Be、稀土、Nb（Ta）等金属矿产，还有黄铁矿、金刚石、明矾石、沸石、叶蜡石、石膏、重晶石、高岭土等非金属矿产，在国民经济中意义很大。,7.2 陆相次火山热液矿床斑岩型铜矿床,7.2.1 概念的由来,A. 帕森斯，1933年提出斑岩型矿床的最初概念，特征是：矿床规模大，可供露天或地下大规模、低成本开采，铜矿物在矿体中分布均匀，可用连续法开采，存在对矿床成因起重要作用的斑岩侵入体或其同源岩石，次生富集形成辉铜矿富矿。,概念的由来,

5、经过概念的演变，.帕夫洛娃1978年提出可以与其它内生矿床相区别的斑岩铜矿10大特征。具网状细脉浸染成矿特征；主要金属矿物黄铁矿、磁铁矿、黄铜矿、辉铜矿，有些矿床中有斑铜矿、硫砷铜矿和伴生的非金属矿物石英、绢云母、钾长石、黑云母、高岭石类矿物等的成分稳定；,铜平均含量在原生矿石中比较低0.3%0.8%，而在氧化矿中较高，达11.5%,钼在原生矿和氧化矿中分布都比较均匀，约0.005%0.05%；成矿岩体为中性成分为主的斑岩侵入体花岗闪长斑岩、石英二长斑岩，少量偏酸性（花岗斑岩、石英斑岩）和偏基性（闪长斑岩）；矿化直接或间接发生在斑岩侵入体中或紧靠侵入体的外接触带围岩火山岩、侵入岩和变质岩中；,

6、矿体发育在广泛出现热液蚀变岩的地带，蚀变岩石为绢云母石英质、黑云母钾长石质、泥质以及青盘岩型交代岩；矿物（元素）分带：Fe3+Mo(Cu)Cu(Mo)Cu(Au)Fe2+(Au)PbZn(Au、Ag)黑云母、钾长石绢云母、石英蒙脱石、高岭石青盘岩；,矿床储量巨大，成本低廉，并有露天采矿的可能性；氧化造成覆盖较贫原生矿的次生硫化物富集带，导致富矿的形成；斑岩型铜矿形成于地槽褶皱区的不同发育时期。,概念的由来,目前，斑岩铜矿的概念有所扩大，除了经典的斑岩铜矿外，还拓展到火山岩型斑岩铜矿和深成岩型斑岩铜矿。,7.2.2 斑岩铜矿床的意义,经济意义很大,斑岩型铜矿为世界铜矿的最重要的工业类型，拥有储量

7、占世界铜储量的55.3%，且多为大型超大型矿床。据统计，目前世界99个500万吨以上储量的超大型铜矿床中斑岩型有63个，占其总储量的63.1%，同时也是世界铜矿的主要开采对象，其产量占世界铜矿石产量的一半左右。,在北美科第勒拉造山带 ,斑岩型铜矿床约占各类铜矿总储量的80 %,斑岩型金矿床约占各类金矿床总储量的 60 %,此外 ,从斑岩型铜金矿床回收的银约占全部银产量的 30 %。斑岩型铜金矿床在金属矿产资源开发利用过程中占有举足轻重的地位。,在我国，斑岩型铜矿的探明储量占35.53，居第一位，也是我国铜金属生产中最主要的开采对象。我国这类矿床主要有西藏玉龙、多霞松多、莽总 ,江西德兴 ,安徽

8、沙溪 ,福建钟腾 ,黑龙江多宝山、八大关 ,吉林小西南岔 ,山西铜矿峪 ,甘肃公婆泉 ,河北小寺沟 ,江苏安基山 ,台湾奇美等。其中较为典型者有德兴、玉龙、多宝山、铜矿峪等斑岩型铜矿床。,据中国国土资源报(地矿版)2000年9月19日头版报道得知,承担国土资源调查项目的新疆地调院在新疆东天山地区发现了土屋延东大型铜矿,这是我国继江西德兴、西藏玉龙之后发现的又一个资源量可望超过1000万的超大型铜矿带。据称该矿的发现是20多年来我国找铜工作中取得的最大突破,该矿平均品位0.5%0.7%,并伴有金、银、钼等贵金属。该矿床的成因类型就是斑岩型。,初步勘查结果表明,东天山铜矿田储量十分丰富,矿体一般长

9、8001400,宽50200;经钻探揭示的最大厚度达到380。矿田的矿物类型比较单纯,铜回收率可达92%以上;且伴生有金、银、钼,将有很好的采冶效益。矿田位于哈密西南80,交通方便,开发条件好。矿田以北50为南湖煤矿,探明储量259亿,可为铜矿提供充足的能源;矿田北部80为大南湖水库,可为铜矿开发提供配套水源。专家认为,此铜矿田开发的经济效益与吐哈油田相当,将在天山东部带动一个中型重工业城市的兴起。,经济意义,世界上最著名的大矿有：智利安托法加斯塔省东北部，丘基卡马塔（Chuquicamata）斑岩型铜钼矿，铜储量5838万吨，品位0.991.38%。矿体呈楔形产于石英二长斑岩内，南北长300

10、0米，东西宽1100米，富矿体宽200米。具硅化和绢云母化，次生富集带深700米。成矿时代第三纪（29Ma）。目前三个矿山露天和地下开采，日产矿山7万吨，年产精铜50万吨。,智利圣地亚哥东南，埃尔特尼恩特（El Teniente）斑岩型铜钼矿床，铜储量2830万吨（累积储量5767万吨），品位0.91.16。矿体呈岛锥状赋存于安山岩、石英闪长岩和英安玢岩中。氧化及次生富集带发育，深500米。成矿时代第三纪（4.32Ma）。1905年投产，日产矿山57400吨，1967年扩建，扩建投资4500万美元。,经济意义,巴拿马塞罗科罗拉多（Cerro Colorado），位于圣地亚哥东南，斑岩型铜钼、金

11、银矿，铜储量1800万吨，品位0.6。矿床赋存于石英闪长玢岩中，围岩蚀变有绢云母化、青盘岩化。成矿时代第三纪（56百万年）。1970年发现，1985年尚未开采。,经济意义,美国宾厄姆峡谷（Bingham Canyon），位于犹他州盐湖城西南，为斑岩型铜（钼金银）矿床，铜储量1145万吨，品位0.71。矿化产于硅化、绢云母化石英二长斑岩岩株内和北东外接触带。矿体长18002100米，宽620米，延深500米。氧化带深50米，次生富集带深250米。成矿时代第三纪（37Ma）。露天开采，日产矿石10.8万吨。,经济意义,7.3 斑岩铜矿床的形成条件和分布规律,7.3.1 形成时代,绝大多数钙碱性斑岩

12、铜金矿床来讲 ,其形成时代为中生代 ,第三纪或更年轻。碱质类斑岩型铜金或金矿床的形成时代为早侏罗世 。 （环太平洋、阿喜带）古老斑岩铜金矿床的形成时代为古生代。（中亚蒙古带，包括东疆土乌铜矿）前寒武纪偶有报导。,7.3.2 成矿条件,大多数斑岩型铜金矿与钙碱性及偏碱性花岗岩类有关，含矿岩石可以是闪长岩、斜长花岗岩、花岗闪长岩、二长花岗岩、石英斑岩等成份，属安第斯型 (Andinotype)(又称 I型、磁铁矿型、壳幔同熔型)花岗岩类侵入岩。岩性差异影响成矿元素组合，主要是铜与钼的比例。,1. 岩浆条件,含矿侵入岩体的规模变化很大 ,它们既可呈群或带出现 ,也可作为单独的复式岩体存在。侵位深度多

13、为 1.53 km,最深达 4km,浅至几百米。岩体出露面积不大，如玉龙斑岩带岩体面积仅0.11km2，德兴铜厂、富家坞、朱砂红岩体分别为0.7、0.2、0.06km2。,2. 构造条件,斑岩铜矿床的形成与板块构造、大地构造单元以及深大断裂有密切关系。在空间上，斑岩铜矿常分布于不同构造单元的交接部位,特别是大洋板块与古陆块俯冲带的陆块一侧；或者产在优地槽褶皱带和陆块内部,要么同造山期或造山晚期钙碱性岩浆活动有关 ,要么受基底深大断裂控制。,矿床受区域断裂-构造带控制，故常呈带状分布。矿体常受次一级构造控制，即岩体和围岩中的微裂隙控制（层间裂隙、片理、原生裂隙等）。典型的斑岩型矿床中角砾岩化或角

14、砾岩体很发育，它与成矿关系密切。,西利托（Sillitoe）首次采用斑岩铜矿床板块成因模式来说明板块运动与斑岩铜矿床形成的关系。他认为洋壳俯冲使得富铜的洋壳和富含碱金属的洋壳沉积物进入俯冲带深部，并通过熔融进入斑岩岩浆形成含矿斑岩岩浆。,但是，我国东南省区一些中生代斑岩铜矿床产于远离俯冲带的大陆板块内部的古生代构造层中，很难用板块俯冲带模式来解释。胡受奚等称之为俯冲带的远距离效应。,矿体的围岩岩性对成矿有一定影响，如为硅铝质岩石，裂隙又不发育，岩石致密，可作为岩体顶盖的“隔挡层”，使矿液不易流通和散失，有利于矿液在岩体内部特别是顶部和接触带成矿，多宝山矿床，岩体顶部为奥陶纪安山玢岩覆盖，岩体内

15、矿化富集。德兴铜矿，产于白垩纪中酸性火山岩系不整合覆盖的前震旦纪绢云母、凝灰质千枚岩中。,3. 围岩条件,如围岩为碳酸盐岩石，因其化学性质活泼，易于交代而形成品位较富的脉状或似层状矿体，或沿接触带或其附近形成矽卡岩型矿体。这时岩体内为细脉浸染型矿石，接触带及围岩中则为致密块状硫化物矿石。,矿床的围岩蚀变很发育，蚀变范围可达几百米到几千米。常具明显的、有规律的水平和垂直的分带现象。围岩蚀变呈带状分布的特点，可作为寻找斑岩铜矿的有效标志 。斑岩型矿床典型的蚀变分带是：从岩体中心向外依次出现,4. 围岩蚀变,钾化带（钾质蚀变带）：包括钾长石化和黑云母化。主要矿物为钾长石、黑云母、石英。石英一绢云母化

16、带（似千枚岩化带）主要矿物成分有石英、绢云母、少量黄铁矿。泥化带（粘土化带）：矿物成分有高岭土、绢云母、石英、绿泥石。青盘岩化带：矿物成分为绿帘石、绿泥石、绢云母、石英、黄铁矿。次生石英岩化带：矿物成分主要为石英、黄铁矿、高岭土等，是较低温的热液活动的产物。,典型例子：圣马纽埃卡拉马祖圆心状蚀变带,富家坞铜矿蚀变分带,7.3.3 分布规律,世界上已知斑岩铜矿的分布可大致分3个带：中新生代2个带：环太平洋带；阿尔卑斯喜马拉雅带。古生代（主要是海西期）褶皱带中的斑岩铜矿位于中亚蒙古带，重要的有乌兹别克东部、哈萨克斯坦巴尔喀什湖以北地区、蒙古的中北部额尔德图音鄂博和南部东戈壁的察干苏布尔加。,7.4

17、 斑岩铜矿的基本特征,7.4.1 矿体特征,矿体形态：矿体形态主要受各种复杂地质条件控制，如侵人体的形态、接触面的形状和产状、成矿前的裂隙构造及围岩蚀变等。全岩矿化，则矿体形状多呈柱状、筒状沿接触带矿化，矿体则多呈环状、似层状,围岩为裂隙发育的硅铝质碎屑岩，沿裂隙形成细脉浸染体，如德兴斑岩铜矿，矿石储量约23产在围岩中。沿岩体内外构造破碎带成矿，则多呈脉状、条带状等。岩墙或岩床状侵人体，全岩矿化，则矿体多呈板状。规模：大，可达大型、超大型，全岩矿化产状：浅，往往可以露采,7.4.2 组成成分,斑岩铜矿原生矿的主要矿石矿物为黄铜矿和斑铜矿，金属矿物还包括黄铁矿、磁黄铁矿、辉钼矿、磁铁矿、赤铁矿、

18、自然金、闪锌矿、方铅矿及其它较次要的硫化物和硫盐矿物。对于某一具体矿床来说，一般矿物组成简单，以数种主要矿物为主。矿石品位一般较低，但矿化均匀。矿化分带明显，自矿化中心向外为：MoMo+CuCuCu+S（黄铁矿）一Au+Ag。,总体来说，品位低，但也有高的。原生矿中铜品位一般在0.30.8。丘基卡马塔 0.991.38 埃尔特尼恩特 0.9 1.16 塞罗科罗拉多 0.6 宾厄姆峡谷 0.71,中国斑岩铜矿72个资料统计，90的品位在0.41.4之间，储量在50万吨以上的大型超大型矿床的品位在0.40.8之间。德兴铜厂 0.454朱砂红 0.423富家坞 0.501玉龙斑岩型矿体 0.85,7

19、.4.3 结构构造,原生矿石由含矿石矿物细脉和浸染体的蚀变岩石组成。岩石裂隙是控制成矿作用的重要因素。典型的矿石构造为细脉浸染状。也可出现致密块状、角砾状等构造。从岩体中心向外，矿石构造呈现分带性： 浸染状微细脉状细脉状脉状,7.5 斑岩铜矿的成矿作用,7.5.1 成矿物质来源,西利托(1987)曾强调指出,富金斑岩体大都沿板块会聚带产出,并且与不连续的线性构造带具密切空间分布关系。他认为,板块快速和低角度的俯冲作用有利于金的富集成矿,铜、钼和金起源于地球软流圈或地幔,上述金属元素的成矿作用与地壳的厚度和混染程度无关。,麦克米兰(1976)通过对加拿大不列颠哥伦比亚省大型斑岩铜矿床的研究,认为

20、铜主要来自花岗岩类岩基。,蒂特利(1987)断然反对上述观点,他认为北美众多大型超大型斑岩铜金矿床中的金银主要起源于成矿区范围内的基底岩层,热液流体(大气降水、变质流体、岩浆热液或者混合热液)对斑岩体和围岩的淋滤萃取,可形成富矿热液流体,然后沉淀富集成矿。浅成侵入岩体是导致热液对流循环的“ 热发动机”。,流体氢氧同位素研究结果表明：引起钾化作用的热液主要是岩浆热液千枚岩化作用由地下水与岩浆热液的混合溶液引起。产生泥化、青盘岩化的热液来源于地下水,大量的室内外研究结果业已表明,斑岩体系中的金属元素是呈氯、碲或硫络合物形式在富钠氯合物热卤水中运移与搬运的。在早期成矿阶段,含矿流体以岩浆热液为主,随

21、着时间推移和热液体系的对外开放,大量的大气降水进入热液成矿体系,斑岩成矿体系物理化学条件的改变可导致各类含金络合物的分解与沉淀,进而形成斑岩型铜金矿床。,7.5.2 成矿条件,1. 温度：大量研究结果表明，斑岩铜矿蚀变矿化温度一般在100600之间，钾化作用的温度300580似千枚岩化温度280380泥化和青盘岩化温度100300。,2.pH值：热液流体常呈中性、弱碱性、弱酸性，3.热液成分：热液含盐度1050(wt)，并富含NaCl和KCl，K/Na值一般为0.260.59；同时还富含Cu、Mo、Pb、Zn等成矿元素。4.氧逸度和硫逸度氧逸度一般为10-2010-40bars，硫逸度一般为1

22、0-510-20bars。,斑岩蚀变机制有3种认识：温度分带；物质分带（水岩反应）；岩浆流体与地下水溶液混合分带。,7.5.3 斑岩蚀变机制,蚀变分带机制还可归结为K、H交代作用。当斑岩岩浆含钾和氢高时，钾和氢交代强烈，形成完整的分带，即为二长岩分带模式；反之，只形成钾化带和青盘岩化带，为闪长岩分带模式。,7.5.4 成因模式,1）正岩浆成因模式，该观点认为成矿物质和产生蚀变与矿化流体来源于斑岩岩浆。斑岩岩浆侵位后的演化可以形成由近岩体到远离岩体温度从高到底的温度场，同时分异出岩浆热液，热液由岩体向外围运动，并在温度场的控制下会依次形成钾化带、似千枚岩化带、泥化带和青磐岩化带。,在蚀变过程中伴

23、生矿化作用。当蚀变过程为黑云母钾长石+绿泥石白云母时，相对应的矿化作用为磁铁矿黄铜矿磁铁矿黄铁矿黄铁矿，即铜的矿化主要发生在钾化带和似千枚岩化带之间。,2）对流成因模式，该观点认为成矿物质井非来源于斑岩岩浆，而是来源于围岩。水未饱和的斑岩岩浆侵位后的演化可以形成由近岩体到远离岩体温度从高到低的温度场，导致围岩中的流体球形状向斑岩体运动：在运动过程中流体不断与岩石发生反应，一方面依次形成青磐岩化带、泥化带、似千枚岩化带和钾化带：另一方面不断萃取成矿物质，并在似千枚岩化带与钾化带之间这种特定的物理化学条件下发生矿化作用，形成矿体。,3）混合成因模式：该观点认为成矿物质主要来源于岩浆，部分来源于围岩

24、。岩浆侵位后的演化分异出岩浆热液，产生钾化带后向外流动；岩浆演化也会引起围岩中的流体流动，并不断发生水岩反应形成青磐岩化带、泥化带，再向内流动；上述两种溶液发生混合，形成似千枚岩化带，并改变物理化学环境，导致成矿物质的沉淀而发生矿化作用。,在铜矿化蚀变时，硅酸盐相和氧化物硫化物相之间的平衡是离子活度比和时间的函数，离子比值反映了流体的性质。,绿泥石,黑云母,磁铁矿,钾长石,白云母,黄铜矿,斑铜矿,黄铁矿,4）脉动喷发成因模式：该观点认为成矿物质来源于岩浆。侵位后斑岩岩浆在其演化过程中的不同阶段可以形成带不同性质的热液流体，并发生脉动喷发作用而形成各种蚀变带及其相对应的脉体。,5)“双层结构”成矿模式。根据矿化岩体小但蚀变范围很广的特点推断，深部有大型岩体作为矿质来源，此大岩体称为“深部矿源岩体”，而矿化主要是富集在浅部小岩体中，则此小岩体称为“浅部含矿岩体”。故称“深部矿源岩体”和“浅部含矿岩体”的“双层结构”模式。,