长江中下游中生代矽卡岩成矿作用
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摘要：通过调查发现，长江中下游矽卡岩大部分是岩浆结晶形成，矽卡岩岩浆可以通过与硅酸盐岩浆混合或熔离、结晶分异等作用形成含矿矿浆。长江中下游地区的矽卡岩岩浆热液成矿作用形成了大量矽卡岩热液型矿床，叠加复合成矿作用在长江中下游地区普遍存在。
关键词：矽卡岩 岩浆 结晶 成矿作用
在长江中下游地区，广泛分布着中生代矽卡岩和相关矿床。调查研究发现这些矽卡岩和相关矿床是区域矽卡岩岩浆作用和矽卡岩岩浆热液成矿作用的产物。矽卡岩岩浆作用包括矽卡岩岩浆形成和就位作用以及矽卡岩岩浆混合、熔离和结晶分异作用。由于作用过程不同，所形成的产物特征也明显不同。
1. 矽卡岩岩浆形成和就位作用
实验岩石学资料（赵斌等，1995）表明，矽卡岩岩浆可由高温的硅酸盐（主要是中酸性―中基性）岩浆与碳酸盐岩围岩发生同化混染作用形成。矽卡岩岩浆是客观存在的，大部分矽卡岩是由矽卡岩岩浆结晶作用形成的，而不是由交代作用形成的。对长江中下游地区安徽桃冲铁矿和安徽安庆铜矿矽卡岩以及滨江矽卡岩的综合地质调查结果表明，它们是由矽卡岩岩浆侵入结晶形成的。
安徽桃冲铁矿，矽卡岩沿五通组之上的层间断层呈似层状分布于五通组与栖霞组之间，并与次级向斜同步褶曲，未见与侵入岩接触。矽卡岩与围岩的接触边界清楚截然，在矽卡岩与大理岩接触带上可见冷凝边。安徽安庆铜矿，矽卡岩发育于月山闪长岩体与三叠系月山组和南陵湖组接触带。矽卡岩与大理岩地层接触界线清晰且截然，但与闪长岩间多为渐变过渡关系。滨江地区，矽卡岩出露于滨江复向斜南部的滨江花岗岩体与泥盆系上统五通组（D3w）石英砂岩的接触带上，与接触带产状基本一致，与岩体和地层接触界线截然。
安徽桃冲铁矿矽卡岩中石榴石环带很发育，部分可见熔融包裹体，提供了桃冲铁矿由矽卡岩岩浆结晶形成的岩相学证据。李秉伦和谢奕汉（1989）测定的安徽铜陵铜官山和狮子山矿区矽卡岩石榴石和透辉石中熔融包裹体的均一温度为850―980℃，李院生（1991）测定的小铜官山石榴石矽卡岩钙铁辉石中熔融包裹体的均一温度为1050―1150℃，如此高的均一温度表明相关寄主矿物肯定是岩浆结晶形成的。
根据矽卡岩的就位位置不同，可将矽卡岩分为原地矽卡岩和异地矽卡岩两类。原地矽卡岩的典型特征包括：A. 与侵入岩体紧密伴生而分布在侵入岩体与碳酸盐围岩的接触带上；B. 在靠近围岩的矽卡岩中常能见到因同化混染作用不彻底而留下的围岩捕虏体（多已变质成角岩和大理岩）；C. 矽卡岩体周边一般没有冷凝边和烘烤边。安徽安庆铜矿和铜山铜矿的矽卡岩以及湖北大冶铁矿的部分矽卡岩就属于原地矽卡岩。异地矽卡岩的典型特征包括：A. 常分布在断裂带和地层虚脱带中，附近一般没有侵入岩体与其紧密伴生；B. 在矽卡岩中一般见不到围岩捕虏体；C. 矽卡岩体周边一般有冷凝边和烘烤边。安徽桃冲铁矿和滨江地区的矽卡岩以及湖北大冶铁矿的部分矽卡岩就属于异地矽卡岩。
2. 矽卡岩岩浆混合、熔离和结晶分异作用
在高温硅酸盐岩浆与碳酸盐围岩发生同化混染作用形成矽卡岩岩浆以后，受构造扰动的影响，矽卡岩岩浆可以与硅酸盐岩浆发生混合作用。在矽卡岩岩浆冷却结晶过程中，后期补充的矽卡岩岩浆或硅酸盐岩浆也可以与早期尚未完全固结的早期矽卡岩岩浆发生混合作用。这种混合作用可以使矽卡岩具有十分复杂的结构构造和矿物组合。
同时，在岩浆结晶过程中，矽卡岩岩浆可以在特定条件下发生岩浆熔离作用，形成具特殊成分的矿浆，矿浆冷却结晶后就形成矽卡岩矿浆型矿床。矽卡岩原地矿浆型矿床见于安徽桃冲铁矿和湖北大冶铁矿。在安徽桃冲铁矿，既可以见到由磁铁矿和石榴石或钙铁辉石相间分布而构成的条带状矿石（图1-1a），也可以见到镜铁矿在矽卡岩中呈港湾状（图1-1b）或沿钙铁辉石解理分布。在湖北大冶铁矿，不仅可以见到致密块状（图1-1c）和蜂窝状（图1-1d）磁铁矿矿石，而且在矽卡岩型矿体中或在块状矿体与接触带附近的矽卡岩中可以见到脉状或网脉状磁铁矿。这些矿石特征都表明，它们可能是矽卡岩岩浆发生熔离作用，熔离的铁矿浆在原地冷却结晶形成的矽卡岩原地矿浆型矿床。
此外，随着温度的降低，矽卡岩岩浆发生冷却结晶作用，先结晶的粗粒高温矿物会因重力作用而下沉形成矽卡岩堆积晶，引发结晶分异作用，使矽卡岩的成分发生改变。随着结晶分异作用的不断进行，可以形成矽卡岩岩浆热液，导致相应的围岩蚀变和矿化作用。对安徽滨江矽卡岩进行的区域地质调研提供了矽卡岩岩浆结晶分异作用的证据。在安徽滨江地区，可以见到完全由粗粒自形石榴石组成的致密块状矽卡岩，也可以见到由少量细粒石榴石胶结粗粒石榴石而成，它们可能是由结晶分异作用形成的石榴石堆积晶。
由上可见，长江中下游地区的矽卡岩主要是由高温硅酸盐岩浆与碳酸盐围岩发生同化混染作用形成矽卡岩岩浆，矽卡岩岩浆在原地就位或在异地侵入就位后冷却结晶形成的。
3. 矽卡岩岩浆热液成矿作用
矽卡岩岩浆热液在形成后没有发生远距离迁移而是在原地直接交代早期无水硅酸盐高温矿物组合和碳酸盐围岩就形成矽卡岩原地热液矿床，而矽卡岩岩浆热液在形成后发生远距离迁移，在异地交代碳酸盐围岩就形成矽卡岩异地热液型矿床。与此类似，矽卡岩岩浆热液在形成后没有发生远距离迁移而在原地直接交代早期无水硅酸盐高温矿物组合和更早时期矿源层就形成矽卡岩原地层控热液型矿床，而矽卡岩岩浆热液在形成后发生远距离迁移，在异地交代更早时期矿源层就形成异地层控热液型矿床。
安徽桃冲铁矿主要矿床类型为矽卡岩热液脉型、矽卡岩热液层型。长江中下游地区的矽卡岩岩浆热液成矿作用形成了大量原地矽卡岩热液型矿床和异地矽卡岩热液型矿床，它们都包括矽卡岩热液脉型、矽卡岩热液层型和层控矽卡岩热液等亚型矿床。
4．叠加复合成矿作用
长江中下游地区在中生生了强烈的壳幔混源岩浆―矽卡岩岩浆热液成矿作用。这类成矿作用在很多地区叠加在古生代海相喷流－沉积热液成矿作用之上，形成了大量叠加改造成因的层控矽卡岩矿床。与此同时，在有些地区，由于具备多种条件的成矿环境，这类成矿作用可以同时形成壳幔混源岩浆热液矿床、矽卡岩热液矿床或层控矽卡岩热液型矿床，构成所谓复合矿床。
陆建军等（2003）对安徽冬瓜山铜矿进行了矿石结构构造、矿物相变和矿物组合、围岩蚀变和矿石同位素地球化学研究，提供了复合叠加成矿作用的典型实例。
从矿石结构构造来看，燕山期岩浆热液作用不仅形成了典型热液成因的矽卡岩型和斑岩型矿体，而且对层状硫化物矿体进行了改造和叠加，形成了脉状、环斑状和浸染状等具典型热液成因特征的结构构造。从矿物相转变和矿物组合特征来看，在块状硫化物矿石中存在由胶黄铁矿―黄铁矿―磁黄铁矿―磁铁矿的矿物相变。这种相变可能是由岩浆侵入带来的热量使矿石发生变质形成的。同样由于受到热的作用，石膏可脱水转变成硬石膏。层状矿体中的石英和碳酸盐等脉石矿物与岩浆流体相互作用，可形成蛇纹石、绿泥石、高岭石和滑石等矿物。矿石组构及其矿物组合研究表明，流体的叠加－改造作用不仅改变了矿体的物质组成，而且使其富集铜等成矿物质。
矿石硫同位素来看，冬瓜山层状矿体含铜硬石膏―黄铁矿矿石中硬石膏和黄铁矿的硫同位素组成随着远离岩体而呈现出规律性变化。随着远离岩体，硬石膏的δ34S值依次为14.8‰，17.1‰，16.5‰和20.5‰，表现出逐渐升高的趋势，并最终与黄龙组中沉积硬石膏的δ34S值20.5‰―21.6‰接近，而黄铁矿的δ34S值则表现出相反的演化趋势，其δ34S值依次为7.7‰，6.2‰，6.5‰和4.0‰，并最终接近胶黄铁矿的δ34S值4.07‰（唐永成等，1998）硬石膏和黄铁矿的这种同位素变化与岩浆热液对层状矿体的改造有关。
总之，叠加复合成矿作用在长江中下游地区普遍存在，形成了大量层控矽卡岩热液矿床以及矽卡岩热液矿床与斑岩矿床复合产出的复合矿床。由于叠加复合作用使成矿物质在局部更加富集，使很多矿床成为大矿和富矿。
5. 结论
实验证明矽卡岩岩浆是客观存在的。长江中下游地区安徽桃冲铁矿和安徽安庆铜矿矽卡岩以及滨江矽卡岩的综合地质调查结果表明，它们是由矽卡岩岩浆侵入结晶形成的。根据岩浆侵位位置可分为原地矽卡岩岩浆和异地矽卡岩岩浆，各具特征。长江中下游地区的矽卡岩主要是由高温硅酸盐岩浆与碳酸盐围岩发生同化混染作用形成矽卡岩岩浆，矽卡岩岩浆在原地就位或在异地侵入就位后冷却结晶形成的。长江中下游地区的矽卡岩岩浆热液成矿作用形成了大量原地矽卡岩热液型矿床和异地矽卡岩热液型矿床，它们都包括矽卡岩热液脉型、矽卡岩热液层型和层控矽卡岩热液等亚型矿床。叠加复合成矿作用在长江中下游地区普遍存在，形成了大量层控矽卡岩热液矿床以及矽卡岩热液矿床与斑岩矿床复合产出的复合矿床。