韧性剪切带型金矿的基本特征和成矿背景

韧性剪切带型金矿的基本特征和成矿背景

摘要通过阅读前人们对韧性剪切带型金矿的大量研究成果，综述了韧性剪切带型金矿的基本特征以及成矿地质背景，着重介绍韧性剪切带型金矿的概念、控矿因素、成矿动力学、流体与金矿化的作用、地球化学特征、成矿机制方面的研究成果。

关键词韧性剪切带控矿因素成矿动力学流体与金矿化的作用地球化

学特征成矿机制

1 韧性剪切带型金矿的概念

韧性剪切带型金矿研究自80年代开始受到人们重视，并提出了“含金剪切带型金矿”的概念，这一理论在1986年在加拿大多伦多召开的金矿国际讨论会上得到了强烈的反响。

韧性剪切带型金矿也称韧-脆性剪切带型金矿或含金剪切带型金矿, 是指受韧性和韧-脆性剪切构造体系控制的矿床, 既包括传统的含金石英脉, 也包括由各类岩石破碎蚀变形成的浸染型矿床。金矿化是在长期的剪切作用过程中逐渐形成的, 剪切作用不仅是控矿因素, 而且是重要的成矿机制[1]。

2 韧性剪切带型金矿控矿因素

2.1控矿构造

剪切带的分类根据剪切带的规模可以分为一级和二级构造。一级构造是切穿地壳的区域性大型构造带, 长度一般大于100 km , 常控制小型侵入体的分布; 二级构造是一级构造的次级单元, 长度一般在1～10 km , 宽数cm 至数百m , 其分布及运动方向受一级构造制约[2] 。

根据剪切带中岩石的变形特征, 可以将剪切带分为韧性剪切带、脆-韧性剪切带和脆性剪切带, 它们形成于地壳的不同深度。大型剪切带的深部为韧性变形, 岩石发生糜棱岩化和强片理化, 两盘有显著位移, 但在填图规模上无不连续界面; 浅部为脆性变形; 中部为脆-韧性转换带。对于长英质岩石而言, 在正常地热梯度下, 脆-韧性转换带的深度为10～15 km[3] 。韧性剪切带和脆性剪切带除

了在同期变形中因构造层次不同发生空间转换外, 还可以在不同变形期中相互叠加, 如早期的韧性剪切带抬至地壳浅部后, 可以叠加脆性变形[4、5] 。

F.Robert和A.C.Brown[6]还进一步将剪切带内的裂隙区分为剪裂隙和张裂隙。在陡倾逆冲剪切带内, 剪裂隙产状近于竖直,主要位于剪切带的中部, 上下盘沿剪裂隙发生滑移; 张裂隙产状近水平, 是由上下盘岩石相对张开而形成的。

构造与成矿的关系韧性剪切带型金矿总体展布受一级构造制约, 但往往具体定位于二级构造内。B.N.Eisenlohr和D.Groves[2]认为这是由于二者物理化学条件不同造成的, 一级构造是流体流经的通道, 是高温带, 有利于金的溶解; 二级构造温度较低, 利于金的沉淀。

含金剪切带常具有韧性与脆性变形的组合特征, 对此, R.H.Sibson等[7] 、E.M.Cameron等[8] 认为金矿形成于脆-韧性转换带位置。R.H.Sibson等用断层阀模式解释成矿机理。E.M.Cameron等认为大型剪切带下宽上窄, 脆-韧性转换带象咽喉一样, 流体从韧性带到脆性带时, 压力的突然降低是矿物沉淀的主要机制。李德威[4]基于对扬子地台南缘及板内变质核杂岩滑脱带中含金剪切带的研究, 提出了与上述观点不同的认识, 他认为大多数含金剪切带是由韧性剪切带经抬升叠加脆性变形的结果, 这可能反映了本区成矿的特点。

2.2 赋矿岩石

虽然韧性剪切带型金矿可以产于几乎所有的岩石中, 但不同岩性的产出机率非常不同。太古宙地盾中的金矿绝大多数产于绿岩带内, 赋矿岩石主要是拉斑玄武质火山岩,其次为中性至酸性侵入岩、酸性火山岩、超镁铁质岩和含铁硅质岩。如安大略红湖区绿岩带中的金矿有95 %以上都出现在科马提岩—拉斑玄武岩层中[9] 。B.N.Eisenlohr等[2]强调赋矿岩石具有高Fe/ ( Fe + Mg)比值, 其抗张强度相对较低。元古宙金矿主要与陆内盆地环境有关, 非造山期岩浆作用与金成矿作用关系密切[10] 。显生宙金矿主要赋存于浊积岩内[11] 。容矿岩石普遍经受了浅—中等变质作用, 大多数为绿片岩相,少数可达角闪岩相。

含金石英脉是含金剪切带的一种特殊情况。含金剪切带型金矿是一类既包括脉状金矿床又包括一些层控浸染型金矿床的、以剪切作用为成矿机制和控矿因素的金矿床。

M.博纳梅宗等经过3年对100多个含金石英脉型金矿床进行的研究表明，含金石英脉型金矿床是金矿化对老的和遭到破碎的无矿石英脉进行浸染而形成的。这些矿床看似简单，却被不恰当地划成了脉型矿床(如加章大红湖区绿岩带中的脉型矿床。魁北克省的西格玛金矿;美国密执安州的罗佩斯金矿以及澳大利亚和印度的一些前寒武纪金矿床等[21、22])，实际上它们并非由矿石充填裂隙而成，而是无矿老石英脉被晚期含金矿化浸染的结果。矿化是因剪切构造作用形成的，呈叠置方式或切割老的无矿石英脉的方式产出。因此，传统的“含金石英脉”型矿床只代表“含金剪切带”这一至今对其认识还比较差的矿床类型的特殊情况。与年轻山脉具有极其复杂的硫化物共生组合，且脉石通常富Fe, Mn碳酸盐的含金～银脉相反，这种含金石英脉的硫化物共生组合极为简单，其“脉石”是由石英组成的，石英含量可达95%以上；而有些矿床，还伴生有少量绢云母、绿泥石、黑云母或电气石。硫化物的含量较少。主要为黄铁矿、毒砂、黄铜矿，常见有微量闪锌矿及方铅矿，极少数情况下还见有辉锑矿或硫盐。金的赋存方式有两种：一是赋存在硫化物中，二是呈微粒云状散布在硫化物晶体周围。后一种方式只有在一种由石英糜棱岩或(和)二氧化硅凝胶体组成的特殊介质条件下才能出现，在这种环境下发生的重结晶作用就形成了微砂糖状石英，其来自富含二氧化硅和在破碎作用下原位发生重新活动的岩石，并充当了金矿化的“储集体气这种石英及硫化物的数量，决定了一个含金剪切带的含金潜力闭。微砂糖状石英在剪切带内为赋存金所做出的特殊贡献，在于它们起了特定的岩性和构造控制作用。因此，在没有大量硫化物存在的情况下，唯有富含二氧化硅的岩石为矿化提供了有利的“储集体”。此外，这些岩石必须是被厚度至少达、控制剪切带格局的断层所破碎和糜凌岩化的。在剪切带内的微砂坡状石英中使金固定下来是一个聚集过程，每当剪切带重新活动时聚集作用便活跃起来。显然，一个经历多次重新活动的“老”剪切带，其含金潜力比一个“年径”的剪切带要大。尽营矿化形态通常呈脉状，但含金剪切带本质上就不同于真正的金矿脉，如不同于年轻山脉的金～银矿脉：年轻山脉的金矿化局限在特定的延伸不大的构造层位上，而含金剪切带内的金矿化发育范围要大得多，垂向上延伸可达1500多米。

2. 3 成矿时代

G.J.Davidson 和https://www.360docs.net/doc/435703149.html,rge[12]对澳大利亚的金矿进行统计, 发现有3个成

矿高峰期, 分别为215～415 、1515～2010 、26～28 亿a , 这与世界范围内的情况是一致的。其中, 显生宙金矿的成矿类型较多, 除了韧性剪切带型金矿外, 浅成低温热液型、斑岩型、夕卡岩型金矿等也占有重要地位; 元古宙、太古宙金矿主要为韧性剪切带型。从成岩成矿的相对时间来看, 韧性剪切带型金矿成矿时间大大晚于容矿火山岩的成矿时间, 时间间隔可达300 Ma[9、13]。大型剪切带的形成常与花岗岩基的侵位有关, 金矿化与热变质作用高峰同期, 属于剪切变形作用的后期。我国韧性剪切带金矿的成矿时代, 多数研究者强调燕山期或海西—印支期的重要性。产于新太古代胶东群中的玲珑--焦家式金矿, 花岗岩侵位时代为188～118 Ma , 成矿时代推断为中生代[14、15] 。小秦岭式金矿的赋矿岩石形成于新太古代—古元古代, 金矿定位于燕山期[16] 。广东河台金矿的容矿岩石为震旦系浅变质岩, 加里东期隆起, 并遭受区域变质作用和混合岩化, 金活化富集; 海西—印支期金局部富集, 形成矿床[17] 。

2. 4 成矿的多期多阶段性

据前人丰富的研究资料表明，剪切变形、接触热变质作用、热液蚀变作用及金矿化作用普遍是同期的[23、24]。

博纳梅宗等(1887)通过对法国海西期基底含金剪切带的详细研究得出了这一结论。根据金产出的不同方式，可分为3个阶段:含“暗金”的早期阶段。含细粒金的中期阶段(形成各种不同的脉状充填)和含块金的晚期阶段(活化前两个阶段的矿化，同时出现块金效应，形成数毫米大的金颗粒，并伴有大量银)。含金剪切带的每一个阶段均具有特征性的地球化学标志，把这些标志填在图上就可对各类含金剪切带开展成矿预测研究，并可对最有利的潜在含金地段确定勘查靶区[25]。

含金剪切带构成了一种大大不同于其它类型的脉状矿床丈（如浅成热液矿床，其形成时间较短暂)。浅成热液金矿床矿石中的富矿是局部物理～化学条件突然变化的结果[26]。而含金剪切带的情况则相反，具有经济意义的矿化形成时间很长，这与深部反复发生的构造活动有关，每当发生构造活动时，金的富集作用可在各种岩相内不停地继续下去。

3 韧性剪切带型金矿的成矿动力学研究

韧性剪切带型金矿一般受高角度(50～80°) 逆冲断层控制。根据应力分析, 在水平挤压体制下, 既不利于这种断层的形成,也不利于其活动。R.H.Sibson等近些年来对断层的成因和运动体制进行了研究, 他们提出的断层阀模式受到了广泛关注。

3.1 高角度逆断层的成因

R.H.Sibson等[7] 认为这些高角度逆断层是先存构造的重新活化, 可能的情况有:(1) 拉张体制下形成的高角度正断层, 当区域应力变为挤压时转化为高角度逆断层;(2) 当区域应力方向变化时, 由陡直的走滑断层转化而成; (3) 初始的低角度逆断层逐渐变陡。

3.2 高角度逆断层的运动—断层阀模式

R.H.Sibson等[7] 认为, 在水平挤压体制下, 流体的作用对于高角度逆断层的活动是至关重要的。大型韧性剪切带在深部为韧性变形, 其运动方式是连续的或称非地震性的; 在浅部为脆性变形, 地震性滑动, 地震成核作用发生在脆性层的底部, 即脆-韧性转换带, 它对上部的地震滑动起控制作用。R.H.Sibson 等[7]的断层阀模式阐述了脆-韧性转换带的断层活动机制。

3.2.1 破裂前

断裂处于愈合状态, 对于深部来的流体而言, 上部地壳起到盖层作用。随着流体的持续涌入, 流体压力逐渐升高, 当达到静岩压力时, 水平裂隙张开。

3.2.2 地震破裂

当流体压力超过静岩负荷时, 累积的剪应力将导致陡直脉发生剪切破裂。破裂过程是首先在地震带的底部发生地震成核作用, 然后产生直达地表的地震破裂, 同时产生大量的渗透性裂隙。破裂的产生使剪应力得以释放。

3.3.3 破裂后流体充填

由于流体压力降低, 剪裂隙及其次生裂隙中将发生流体充填作用, 并在其中发生矿物的沉淀作用。

3.3.3 自愈合

流体充填和矿物的沉淀作用, 使剪裂隙逐渐愈合, 渗透率降低。

3.3.4 再循环

破裂愈合之后, 流体压力和剪应力再次积聚, 进入下一个循环。R.H.Sibson 等[7] 还推论, 由于静岩压力与静水压力的差值为17 MPa/ km , 因此在10 km 处因断层地震破裂引起的流体压力降是巨大的, 它必然影响到石英及其他矿物的溶解度, 是导致矿物沉淀的重要因素。另外, 该类矿床的成矿流体一般为含CO2的低盐溶液, 压力的突然降低必然导致溶液沸腾或不混溶作用, 从而引起碳酸盐沉淀。

3.3 断层阀模式的实证

A.M.Boullier等[7]对阿比梯比绿岩带瓦尔德奥(Vald′or) 地区的几个主要金矿床进行了深入细致的矿物显微组构和流体包裹体研究, 提出了矿物生长—变形的2 阶段模式, 并发现了不同成分包裹体选择性定向现象。他们的研究成果是对断层阀模式的最好实证。近水平张性脉是由很多个增量生长层组成的, 其中与生长有关的显微组构很发育,如矿物纤维、拉长的石英晶体、充填构造和裂隙愈合构造等; 陡倾斜剪切脉中变形组构发育, 如石英的波状消光、亚颗粒、颗粒边界的重结晶作用、缝合线构造等。研究认为, 矿脉的生长和变形是周期性交替进行的, 其过程可以分作2 个阶段, 分别对应于断层阀模式的破裂前后阶段。

第1 阶段: 近水平张性脉张开, 对应于破裂前阶段。此时陡倾斜剪切脉处于愈合状态(渗透障) , 流体在断裂系统中积聚, 流体压力P f 逐渐升高。当满足条件P f =σ3 +T , σ1 - σ3 < 4 T( T为岩石抗张强度) 时,近水平张性脉张开。充填构造、矿物纤维等都是这种条件下的产物, 此外, 近水平张性脉中还产生水平向微裂隙。剪切脉在该阶段发生塑性变形和缝合线构造。

第2 阶段: 沿剪切脉地震滑动, 对应于破裂后阶段。随着流体压力的逐渐升高, 剪切脉的塑性变形达到一定程度时, 产生了脆性破裂, 沿剪切脉发生地震滑动。此时渗透率提高, 流体逸散, 流体压力突然降低, 导致断层上盘下滑, 近水平张性脉由拉张变为竖直向压缩, 产生一系列与之对应的变形组构(竖直向张性裂隙的形成、矿物纤维褶皱、电气石层的石香肠化等) 。

张性脉的生长对应于第1 阶段, 地震破裂后经历变形; 剪切脉在破裂前发生塑性变形, 破裂后生长, 矿物结晶导致剪切脉愈合, 再次成为渗透障。

A.M.Boullier等还发现不同类型的包裹体在不同方向的微裂隙中分布, 这在近水平张性脉中表现尤为明显: CO2型包裹体面产状近水平, H2O ±NaCl 型包裹体面产状近于竖直向。A.M.Boullier 等的解释是, 当剪切脉发生地震破裂时, 断层上盘下滑, 水平脉受到竖直向压缩而产生竖直向的微裂隙,他们与破裂前发育于水平脉中的水平向微裂隙沟通; 地震破裂使流体压力陡然降低, 导致流体的不混溶, 富CO2相与水溶液相发生分离, 由于CO2流体的润湿角约90°，水溶液的润湿角可低至40°, 因此, 富CO2相流体将保留在水平裂隙中, 水溶液相在毛细作用下进入竖直向裂隙中。这些微裂隙被矿物结晶作用愈合, 形成面状分布的包裹体。

4 剪切带流体与金矿化的作用

4.1 成矿流体来源

剪切带中流体往往携带有大量的成矿物质,而成为成矿流体。成矿流体具有复杂的来源,主要有:岩浆上侵过程中分解或结晶释放的流体;变质过程中脱水脱挥发份产生的流体;压实或构造收缩挤压产生的流体;大气降水或海水下渗循环产生的流体;地幔排气作用产生的流体; 交代作用产生的流体[27、28] 。

对于内生金矿床来说,成矿物质主要来自下地壳及上地幔,构造与岩浆岩是两大重要控矿因素。许多金矿床中及其附近发育煌斑岩脉,说明成矿流体来自深部。一些金矿床与岩浆晚期及期后流体活动密切相关,从早到晚岩浆岩演化趋势为钙碱性岩→碱性岩,即晚期碱交代作用明显。碱性岩含金性好,在时间上离成矿流体近,成为金矿有利的赋矿围岩。而碱性岩多形成于张性环境下,如裂谷、B 型俯冲期后靠近大陆一侧伸展构造区(处于松弛阶段) 。深部流体易于在这些大地构造单元中的深大断裂内迁移。流体同位素研究表明,金成矿流体主要来自下地壳及上地幔,因此只有区域性深大断裂才能到达这一深度,成为成矿流体上升和扩散的极佳通道。区域性深大断裂切割深,深达岩浆房,贯通性好,不仅具有导岩功能,而且具有导矿作用。深部成矿流体主要沿区域性深大断裂两侧一定区域内交代、扩散,因此金矿床仅分布于区域性深大断裂两侧一定区域内。区域性深大

断裂可分为板块间区域性深大断裂及板内区域性深大断裂,两者在深部往往交汇在一起,例如青峰—襄广断裂分划了扬子板块与秦岭褶皱系(为华北板块组成部分) ,秦岭褶皱系内部的两郧断裂、新城—黄陂断裂、桐柏—磨子潭断裂等在深部均与前者交汇,因此成矿流体在深部提供了源源不断的成矿物质。中国东部大部分金矿形成于燕山期,与燕山期岩浆(期后) 流体密切相关。事实上,在全球范围内,岩浆(期后) 流体成为金矿床的主要成矿流体。

4.2 蚀变分带

从远离矿体到矿体，韧性剪切带型金矿的蚀变分带一般为，绿泥石蚀变带(绿泥石+方解石士铁白云石)、碳酸盐化带(铁白云石+菱铁矿)、黄铁矿化带（即一系列金矿脉内含有铁白云石、白云母、石英、钠长石、黄铁矿及少量菱铁矿）。这些蚀变带与金矿化一起，是同期发生事件的组成部分。

4.3 成矿流体的沸腾作用与金矿沉淀

压力的迅速降低往往引起剪切带中成矿流体沸腾。造成压力的迅速降低往往有以下情形:(1)裂谷的形成,边界及内部发育区域性深大断裂,具正断层性质,切割深,可深达上地幔,区域性深大断裂不仅是应力的有效释放区,而且是成矿流体的极佳运移通道;(2)逆冲推覆构造向伸展构造转化,应力状态由挤压作用向张性作用转变,在转化过程中可造成压力迅速降低;(3)B型俯冲期后,靠近大陆一侧松弛变形阶段;(4)构造岩浆强烈活动带(区);(5)韧性剪切变形迅速向脆性剪切变形转化,系统由“封闭”状态变为开放状态;(6)断陷带,尤其是中新生代断陷带;(7)地壳缓慢抬升向快速抬升演化。由于沸腾作用,单相流体分解成两相或多相,大量气体逸出,残余的成矿流体含大量金银等成矿物质。由于压力的持续下降,温度也迅速下降,金、银等成矿物质在成矿流体中的溶解度越来越小,因此迅速发生沉淀。成矿流体交代剪切带及其围岩,形成蚀变岩、石英脉,进而形成金矿。

Richard等[7]David 等强调指出,在太古宙绿岩带中,许多石英脉型金矿产于高角度剪切带中;在韧性变形的末期和脆性变形的初期,系统由于水的作用致使破裂产生大量微裂隙、裂隙、节理;当压力迅速降低时,温度也迅速下降,当降低到某一临界值时,成矿流体开始发生沸腾,成矿作用开始,金矿形成于韧性变形向脆性变形之过渡阶段。Eion[8]在研究挪威Bamble剪切带金矿时指出,成矿与剪

切带性质转换有关,即富CO2的流体,从巨型的韧性剪切带中溶解出大量的金,并将金迁移到后期的窄小的脆性剪切带中,在有利的构造空间中沉淀下来,形成金矿。

剪切带中成矿流体沸腾作用对大多数内生金矿床的形成至关重要。如果成矿流体不发生沸腾作用,一方面系统温度缓慢下降;另一方面交代蚀变作用过长,蚀变范围过大,金沉淀速度很慢,往往形成金异常,即使有矿化,也是星星点点,非常分散,根本形成不了工业矿体。

5 韧性剪切带型金矿的地球化学特征

据金与硫化物共生组合之间的关系，确定了As为某些含金剪切带的特征元素，而Pb则为富金带的特征元素翎(M.博纳梅宗，1986)。

体现剪切带本身特征的元素称为半战略性地球化学标志，只体现剪切带中富金带特征的元素为战术性地球化学标志。半战略性地球化学标志是通过剪切带中的破碎带内大量存在的矿物(硫化物、碳酸盐、电气石等)，或是通过热液作用对容矿岩石引起的化学变化(SiO2、MgO等的富集，Na2O、TiO2的淋失等)所提供的。根据这一地球化学标志，按有无大量As可以区分出两类含金剪切带：含As的一类(如法国海西期基底内的含金剪切带中始终含有As，因而As就是含金剪切带最佳的半战略性地球化学标志);另一类为不含As的剪切带。在加拿大诺兰达--金谷地区的卡迪亚克断层构造通道内可以见到这两类韧性剪切带。

L-阿弗拉姆切夫和S-勒贝尔德洛莱特(1981)对位于卡迪亚克断层构造通道内的213个金矿床(点)进行了研究，并得出:在fit个产于卡迪亚克火山一沉积岩层内的矿床(点)中，有52个含As(占84%),8个含Cu(占13%);在34个产于花岗闪长岩内的矿床(点)中，没有一个是含As的;在产于基性一超基性岩系中的117个矿床(点)中，只有一个含As， 67个含Cu(占57%)。由此可看出，含金剪切带内的As 与区域性发育的容矿岩系的性质密切相关，因而As可以作为这些与具有酸性或中性特征的火山一沉积岩系有关的含金剪切带的标志。

6 金的成矿机制

剪切带与金成矿作用之间的关系一直存在争议。F.Robert和W.C.Kelly[19]

认为金晚于石英脉形成, 其依据是金充填于矿脉的微裂隙中, 属后生性质。

A.M.Boullier等[18]观察到含金微裂隙被随后的增量生长所截切, 因此, 认为金是在矿脉生长过程中就位的, 属同生性质。M.Bonnemaison等[5、20]基于对法国大量韧性剪切带型金矿的研究, 提出含金剪切带是在长期的演化过程中形成, 金含量逐渐增加, 他们提出了含金剪切带金成矿作用的3 阶段模式。

(1) 早期阶段剪切带形成, 带内岩石发生糜棱岩化和强烈片理化, 为热

液活动提供了通道。热液作用使带内岩石遭受强烈蚀变, 并在剪切带的中心部位形成强硅化带。该阶段金为不可见金, 含于硫化物晶格内。

(2) 中期阶段剪切作用形成脆性裂隙及各种充填脉。当剪切作用继续进行时, 矿物将遭受压碎作用, 形成糖粒状石英, 它是金矿物的有利储集体。该阶段的热液作用普遍含有Fe 、Cu、Pb、Zn 等元素, 热液作用导致早期含金硫化物分解, 金在有利部位富集为可见金, 粒度在1～100μm , 其银含量一般很低(小于15 %) 。

(3) 晚期阶段为脆性变形机制形成大量张性裂隙。前面阶段形成的矿化发生原位重新活化。晚期阶段的成矿溶液富Pb、Cu、Ag 等, 形成的矿物组合很复杂。该阶段形成的金粒度较粗, 可达数毫米, 其银含量较高(20 %～60 %) , 属银金矿。

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