矽卡岩矿床

矽卡岩矿床Skarn Deposits1、定义：有使用“skarn”一词的许多定义。

矽卡岩可以形成于区域的或接触变质作用影响，也可以由各种交代作用形成，包括岩浆的、变质的、流星的或许有海洋成因的热液交代。

它们出现于深成岩体（pluton）邻近，沿断层和主要的剪切带（shear zones）内，在浅地热体系中，在海床（seafloor）底部，在深埋变质域的地壳深部。

连结近些不同环境和定义一种岩石为矽卡岩的是矿物学。

该矿物学上，包含钙质硅酸盐的广泛变种和伴生矿物，然而通常是石榴石（garnet）和辉石（pyroxene）佔优势。

根据若干标准矽卡岩可以细分。

外矽卡岩(exoskarn)和内矽卡岩（endoskarn）是用来特指沉积的或火成原岩（igneous- protolith）的术语。

镁质的和钙质的矽卡岩（magnesian and calcic skarn）可以用来描述原岩及其导致的矽卡岩矿物的主要成分。

这些术语可以结合使用，如在由白云岩形成橄榄石-透辉石（forsterite-diopside）矽卡岩时可以使用镁质外矽卡岩。

钙硅酸盐质角页岩（calc-silicate hornfels）是经常用于描述相关细粒钙硅酸盐的术语，这些岩石是不纯碳酸岩单元，像泥质（silty）灰岩和钙质页岩变质的结果。

反应矽卡岩（reaction skarn）可以由页岩和碳酸盐岩稀疏交互地层的等化学变质（isochernical metamorphism）。

在那里,邻近岩性间,成分的交代转移可能在小规模（也许几公分）尺度上发生。

类矽卡岩（skarnoid）是用于描述相对细粒贫铁的钙质硅酸盐岩石的术语，它起码是局部受原岩成分控制的反映。

类矽卡岩是纯变质角页岩与纯交代的粗粒矽卡岩间的过渡体。

对于所有先前这些术语来说，原岩的成分和结构趋向于控制形成矽卡岩的成分和结构。

比较而言，多数有经济价值的重要矽卡岩矿床是大规模交代迁移的结果。

这里液体的成分控制由此而产生的矽卡岩及其矿石矿物。

2、矽卡岩的矿物学。

正像矿物学是认可和定义矽卡岩的一把钥匙一样，它也是在理解其成因方面，和在经济意义上判定重要矿床的准则。

矽卡岩矿物作为围绕潜在矿床的广泛蚀变圈(“alteration envelope”)，在野外可以填图。

由于多数矽卡岩矿床是分带的，在勘查阶段早期识别最终蚀变特征可能是至关重要的。

矽卡岩矿物学特征和分带性细节可以用于制定专门的矿床探测模型，也可以用于服务农业发展和区域综合发展的更一般勘查模型。

尽管许多矽卡岩矿物是典型的造岩矿物，某些矿物是很少的。

然而，多具有成分变异，可以为其形成环境提供重要信息。

某些矿物，如石英和方解石，出现在差不多所有矽卡岩中。

另一矿物，如硅镁石（humite）、方镁石（periclase）、金云母（phlogopite）、滑石（talc）、蛇纹石（serpentine）和羟镁石（brucite）是镁矽卡岩的典型矿物，而且不出现于其它类型的矽卡岩中。

另外，有许多含锡、硼、铍和氟的矿物很具局限性，但局部意义是很重要的，寓有基因（parageneses）的。

Zharikov(1970)或许是第一次描述主要矽卡岩分类中矽卡岩矿物学上的系统变化。

他应用相平衡（phaseequilibria）、矿物兼容性（mineral compatibilities）和固溶体系列的成分变化来描述并对不同矽卡岩类型的特征矿物组合（characteristic mineral assemblages）进行预言。

他的观察已被Burt（1972）和Einaud（1981）等拓展了，包括矿床类型的广泛多样性以及类型间的矿物学变异。

最多用于分类和勘查的矿物是像石榴石、辉石和闪石那些在所有类型矽卡岩中出现的矿物，以及指示标记成分变化的矿物。

例如，含锰辉石（manganiferous pyroxine）、锰钙辉石（ohannsenite）、差不多总是专属性发现于含锌矽卡岩。

无须很多信息支持，它的出现就可以定义为这种矽卡岩类型。

当成分数据有效可用时，以端元（end menbers）摩百分比（mole percent）表示（denote）矿物成分就成为可能。

例如，辉石含70mol%的铁钙辉石（hedenbergite），28mol%的透辉石(diopside)和2mol%的锰钙辉石，可以表示为HD70Di28J02。

许多矽卡岩体系中，铁含量的变化是最重要的参数。

所以，许多矿物的描述简单化为其含铁端元。

也就是Hd10或Ad90。

大量的成分数据可以用图式来概括。

三角图解（triangular plots）常用于表达复杂矿物(如石榴石、辉石)成分上的变化。

闪石(amphibols)较难以用图解来描绘（portray），因为它们存在结构和成分的变化。

不同矽卡岩类型中闪石间的主要差异在Fe、Mg、Mn、Ca、Al、Na和K数量上变化。

来自含Au、W和Sn 矽卡岩的闪石，逐渐增多是更含铝的（阳起石actinolite-绿钠闪石hasting site-角闪石hornblende）；来自含Cu、Mo和Fe矽卡岩的是更富铁的透闪石tremolite-阳起石系列的闪石；来自含锌矽卡岩的是富锰并是贫钙的，波动在阳起石至锰铁闪石（dannemorite）间。

对于特定的矽卡岩矿床或矽卡岩聚合体（group of skarns），在较不普通矿物相，如符山石（idocrase）、钙蔷薇辉石（bustamite）或橄榄石（olivine）上的成分变化，可能提供洞察到分带模式或区域岩石成因的信息。

3、矽卡岩的时空演化(evolution)作为最初（1902~1918）对矽卡岩特征的认识，矽卡岩矿床的形成是动力作用的结果。

在多数大的矽卡岩矿床中都存在早期或末期（distal）变质作用导致的角页岩反应硅卡岩和类矽卡岩向晚期或最近的交代变质导致的相当粗粒含矿矽卡岩的过渡（transition）。

由于强大的热力梯度和大规模流动循环单元，比其借助区域变质的等化学再结晶的简单模型，接触变质可能相当复杂。

例如，循环变化着的溶液通过相当简单的碳酸岩原岩中的断裂可以引发若干不同的反应。

因此，在最深成环境中，陡的（steep）热力梯度通常导致连结小规模交代运移的复杂变质环（aureole）的形成，反应矽卡岩和类矽卡岩就是证据。

更复杂一些的变质热液同时加入了一些岩浆成分，像Fe、Si、Cu等，产生纯变质和纯交代作用之间的闭联体(continuum)。

在相当高的温度下（Wallmach和Hatton1989年描述>1200℃），早期的变质作用和相继的交代作用，伴随当温度下降（declinz）时的退蚀变作用（retrograde alteration），在矿床中其空间和时间的连接是一个共同的课题（theme），要求小心解释那些看来仅发生于特殊空间的特征。

在矽卡岩规模（size）、形态（geometry）和蚀变类型方面，更基本的控制因素之一是形成深度。

定量的地压（geobarometric）研究经典地使用矿物平衡（Anovitz and Essene,1990）、液态包裹体（Guy atal,1989）或者这些方法的结合（Hames et al,1989）用以确定变质作用深度。

定性方法包括地层学（stratigraphic）和其它地质重建及火成结构的解释。

冷却边缘（chilled margins）、斑岩基质颗粒大小、深成岩形态的简单观测，角砾形成作用和脆性断裂的出现，允许作出相对浅部和深部环境的野外描述。

深度对变质作用的影响主要呈现为侵入前、侵入时和侵入后周围墙岩温度的函数。

对于大约每公里35℃（Blackwell et al,1990）的切向压缩带（orogenic zone）假定(assuming)平均地热梯度，侵入前2km 深处围岩(ambient wall rock)温度将达70℃，在12处将达420℃。

因此，随着局部火成活动提供的附加热流，受到400~700℃温度影响的大量岩石比浅成岩的将有一个相当大和相当长时间的环状矽卡岩形成。

此外，较高的温度将影响深成岩的结晶史，同时使矽卡岩矿物的退化蚀变量减到最小。

在环境温度约400℃的12公里处，如果没有相继的抬升和其它构造变动，矽卡岩将不会有低于石榴石和辉石稳定相的冷却。

较大范围和强烈的深部变质作用，可以影响围岩（host rocks）的渗透性（permeability），减少碳酸岩对变质液反应的有效量。

一个极端的案例在加拿大Cantung被Diek 和Hodgson(1882) 描述，在那里“瑞士干酪灰岩”，在矽卡岩形成前的变质作用中几乎完全变为另一类的含钙硅酸盐质角页岩。

不多的灰岩残块（remaining patches）形成的矽卡岩含有某些世界知名度最高的钨矿矽卡岩(Mmathiason and Clak,1982)。

矽卡岩的形成温度还将影响围岩的力学性质（mechanical property）。

在深成矽卡岩环境，岩石趋向于柔性（ductile）大于易碎性的变形。

在深部对沉积围岩的侵入的接触趋向于近平行层状（sub-parallel to bedding），或深成岩沿层面或沉积岩褶皱（fold）或流纹（flow）插入，直至它们结盟（aligned）为侵入接触。

深成矽卡岩矿床中，侵入接触是同层面近乎平行的(sub-parallel)，矽卡岩通常限制在狭窄范围，但垂直延伸大，呈带。

在pine creek，矽卡岩不足10m宽，但局部在长度和垂向延伸上超过1km （Newberry,1982）。

因此,形成于较深部的矽卡岩,相对于杂合的深成岩体及其变质环,可以看作是小规模的狭窄外壳(rind)。

相比之下，在较浅深度处的围岩，碎裂和断层倾向引起的变形将比褶皱引起的多。

在Einaudi回顾的13个相对浅成矽卡岩矿床中（1982），其多数的侵入接触是同地层极不协调的，矽卡岩切割层理并緻密交代有利地层,有等于或超过杂合深成岩的矽卡岩规模。

强大的水压碎裂（hydrofracturing）同浅水平侵入作用的结合，对围岩大大增加的不仅是与岩浆作用相关的变质热液，而且也增大后来的（可能的冷却器）大气液流的渗透性。

大气水（meteoric water）的流入和相继发生的退交代过程中矽卡岩矿物的毁灭，这是浅成环境中矽卡岩形成显著特征之一。

已知最浅（和最年轻）的矽卡岩是在近代活动地热体系（Medowell and Elders,1980;Cavarretta etal,1982;Cavarretta and Puxeddu,1990）和海床上的热泉出口（vents）形成的（Zierenberg and Shanks,1983）。