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北 京 交代蚀变岩岩石学及其找矿意义 Petrology of the Metasomatically Altered rocks and Its significance in Prospecting 内 容 提 要 本 书是 在大量 实际资 料基 础上编 著的 一部有 关热 液成矿 过程中 对矿 体内及 周围 岩石发 生的 交代 蚀 变作 用所形 成的 各种交 代蚀变 岩岩 石学的 专著 。它阐 述影 响交代 蚀变作 用的 各种因 素、 各种交 代蚀 变岩 的 形成 机理、 岩石 特征、 矿物共 生关 系及与 成矿 关系等 , 并 总结了 找矿标 志和 拟定一 些成 矿模式 。为 了增 强 感性 认识和 避免 繁琐的 描述,本书 附有大 量可 以供参 照的 岩石薄 片的照 片。 本 书可 供地质 院所的 师生 、研究 人员 、地质 勘探 和矿山 地质工 作者 参考。 图书在版编目 CIP 数据 交代蚀变岩岩石学及其找矿意义/ 胡受奚 , 叶瑛 , 方 长泉著 . 北京 地质出版社 , 2004.6 ISBN 7 - 116 - 04075 - 7 Ⅰ. 交 . . . Ⅱ. ①胡 . . . ②叶 . . . ③方 . . . Ⅲ. 交代岩 蚀变岩石岩石学 Ⅳ.P588.3 中国版本图书馆 CIP 数据核字 2004 第 051112 号 JIAO DAI SHI BIAN YAN YAN SHI XUE JI QI ZHAO KUANG YI YI 责任编 辑陈磊 彭启明 责任校 对李 玫 出版发 行地质出 版社 社址邮 编北京海 淀区学 院路 31 号 , 100083 电 话010 82324508 邮购部 ;010 82324565 编辑 部 网 址http/ / www .gph .com .cn 电子邮 箱 zbs gph .com .cn 传 真010 82310759 印 刷北京印 刷学院 实习 工厂 开 本 787mm1092mm 1 / 16 印 张 7 .25 图 版118 页;彩色36 页 字 数 176 千字 印 数 1 600 册 版 次 2004 年 6 月北 京第 一版 第一次 印刷 定 价 98.00 元 ISBN 7-116-04075-7/ P2473 凡购买地质出版社的图书, 如有缺页、倒页、脱页者, 本社出版处负责调换 前 言 地壳中由流体, 或矿床学中所称的气化-热液或热液对岩石的 交代蚀变作用所形成新的岩石被称为交代岩 metasomatite 它的 种类繁多, 分布广泛。交代岩按其形成的环境和性质, 又可分为区 域变质交代岩和热液成矿作用形成的交代蚀变岩以及地幔流体的交 代岩等; 本书只讨论与成矿作用有关的交代岩。由于气化 - 热液矿 床是一类矿种繁多、分布广泛和十分重要的矿床, 其周围岩石经常 伴生着不同类型和不同交代蚀变强度的岩石, 因此通常将这种成岩 作用称为围岩蚀变 alteration of wall rock , 由其形成的岩石在习惯 上称为蚀变岩 altered rocks 或合称为交代蚀变岩 metasomatically altered rocks , 简称为交变岩。由于热液交代蚀变作用是流体或热 液在开放或半封闭体系内运动过程中发生和进行的, 因此成岩系统 通常是在动态或非平衡过程中进行矿物和物质置换作用, 其随机性 很大; 同时交代蚀变过程在时间上与区域变质作用过程相比常相对 较短, 在空间规模上常相对较小, 所以在交代蚀变岩中常残留或保 存原岩和早期岩石的矿物、结构、构造和矿物的假象和残留体。由 于成矿热液中的物质可以以离子、分子、分子团进行运动, 因此它 们可以沿着各种大小裂隙, 包括毛细裂隙、粒间、矿物的解理以及 双晶面等对原岩和早期形成的矿物和岩石进行交代或物质置换; 同 时由于热液活动常与构造脉动性相适应而经常表现出多阶段性; 造 成多阶段性的另一原因是由热液在与围岩作用过程中所引起的物理 化学条件变化造成的。早期早阶段矿物常被晚阶段矿物所交代, 常 使岩石内部的结构、构造和矿物共生关系变得更为复杂和丰富多 彩, 这为研究交代蚀变或成矿过程的轨迹创造了有利条件。 由于交代蚀变岩石学 petrology of metasomatically altered rocks 是介于矿床学和岩石学之间的一门学科, 因此被人们长期忽视和缺 乏专门研究。我们对这一领域的研究己有 40 余年, 不同程度地研 究了数百个矿床, 积累了较为丰富的资料, 在显微镜下观察了约 Ⅰ 13000 块切片, 因此想完成一本对岩石学及矿床学都有一定意义的 交代蚀变岩石学, 并填补它们之间不足的专著, 同时也想建立不同 类型的热液矿床的交代蚀变成矿模式, 为找寻、勘探热液矿床提供 重要的参考资料。但是应当指出 我们的专著除参考国内外有关研 究成果外, 主要以我们所掌握的实际资料为基础, 但由于这些资料 绝大多数为我国东部地区的热液矿床, 而对我国广大的西部地区的 热液矿床的研究明显不足, 因此我们的愿望只是想以我国东部的研 究成果为东部进一步找矿, 也为西部地区找矿和勘探工作提供帮 助, 为此我们在该书最后一章特别阐述交代蚀变成矿模式, 供有关 地质人员参考。 此外, 我们考虑到为了使读者不烦琐于对交代蚀变岩石的细节 描述, 精选了 708 帧黑白照片和 216 帧彩色照片以增加对交代蚀变 岩的感性认识。应当指出 我们所研究观察的大量切片之中有相当 数量是由南京大学矿床教研室和有关教研室的老师、同事、研究生 们所提供的, 主要有徐克勤、李学清、刘孝善、王鹤年、朱金初、 周顺之、孙明之、徐兆文、叶俊、王尔康、富士谷、郑素娟、严正 富等, 研究生有卢冰、曹晓云和徐兵等, 我们在此表示感谢。 总之, 虽然地质工作者对各种交代蚀变作用和交代蚀变岩的研 究, 已有较长的历史, 做了不少研究工作, 并取得一系列成果, 但 总的来说, 对这一重要课题的研究还不够系统和深入; 除了我们在 1980 年写的 交代蚀变岩岩相学 外, 至今在国际上尚未有像变质 岩、岩浆岩和沉积岩那样多的专门著作。近十年来, 我们在承担国 家自然科学基金会的重点项目 编号 49733120 和 9488010 等过程 中, 又积累了较多资料, 为此立志写出一本有特色、有创造性的和 较为系统的专著, 即 交代蚀变岩岩石学及其找矿意义, 以飨读 者, 并请指正, 以求得这一领域的研究工作在前人的基础上向前迈 进。 对国家自然科学基金会提供的出版基金深表感谢。 作 者 2003 年 10 月 Ⅱ 目 录 前 言 第一章 绪论1⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 第一节 关于交代蚀变岩的一些基本概念3⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 第二节 交代蚀变岩的结构10⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 第二章 各类交代蚀变岩及其找矿意义14⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 第一节 矽卡岩及其找矿意义14⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 第二节 钾长石化岩及其找矿意义28⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 第三节 钠长石化岩及其找矿意义32⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 第四节 条纹长石化岩及其找矿意义36⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 第五节 云英岩及其找矿意义38⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 第六节 电气石化岩及其找矿意义41⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 第七节 黑云母化岩及其找矿意义44⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 第八节 黄玉化岩及其找矿意义46⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 第九节 斧石化岩和硅硼钙石化岩及其找矿意义47⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 第十节 浅色云母化岩及其找矿意义49⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 第十一节 方柱石化岩及其找矿意义51⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 第十二节 纤磷钠长石化岩及其找矿意义53⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 第十三节 交变等色岩及其找矿意义55⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 第十四节 霓长岩化岩、碱性辉石化岩、碱性角闪石化岩及其找矿意义56⋯⋯⋯⋯ 第十五节 帘石化岩及其找矿意义60⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 第十六节 独山玉化岩及其成因62⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 第十七节 绢英岩、黄铁绢英岩及其找矿意义63⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 第十八节 交变石英岩 或硅化岩 及其找矿意义65⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 第十九节 绿泥石化岩、青磐岩及其找矿意义69⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 第二十节 碳酸盐化岩及其找矿意义71⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 第二十一节 叶蜡石化岩、水铝石化岩、刚玉化岩及其找矿意义76⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 第二十二节 硫酸盐化岩及其找矿意义78⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 第二十三节 蛇纹石化岩及其找矿意义81⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 第二十四节 萤石化岩及其找矿意义83⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 第三章 交代蚀变成矿模式及交变花岗岩的特征和成因86⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 主要参考文献105⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ Ⅲ 第 一 章 绪 论 在地壳中通过流体或成矿热液所发生的交代蚀变作用是一类重要的地质作用, 它对于 成矿物质的活化转移、搬运和集中, 矿床及其周围交代蚀变岩石的形成, 以及对于区域变 质作用和岩浆作用等都具有重要的意义。由于流体的交代作用十分广泛, 所以在本书中只 集中讨论与成矿有关的气化 - 热液或热液的交代蚀变作用, 及其有关岩石的特征与找矿 意义。 各种交代作用是在流体参与下发生的。当流体或成矿溶液在岩石的各种裂隙、孔隙和 间隙中运动时, 由于它们与不同物理化学条件下形成的围岩构成一个体系, 则必然会趋于 使该体系内的不同岩石、矿物和流体之间达到化学平衡, 从而引起一系列化学反应, 表现 为某些新物质 或矿物 的形成和原物质 或原矿物 的消失或变化, 或某些新物质的带 入或原物质的带出。例如当石灰岩发生硅化时, 则发生碳酸钙的带出和消失, SiO2的带入 和石英等的形成。 交代作用的特点是 ①溶解和沉淀几乎是同时进行的; ②交代作用是成矿溶液对固体 岩石直接发生作用, 因此有时可以保存原来岩石的结构和构造, 以及矿物的假象; ③交代 作用通常是受等体积定律支配的, 也就是说交代作用过程中一般不发生体积的改变, 所以 交代作用并不是以等分子置换的方式进行的。在少数情况下,也存在不等体积的交代作 用, 如在交代作用过程中, 物质的带出在体积上小于物质的带入, 也就是说, 热液作用于 围岩或矿物时, 所产生的平衡反应十分强烈, 以至带出的量在体积上少于带入的量, 从而 使体积发生膨胀作用, 形成不等体积的交代作用, 如橄榄岩转变为蛇纹岩时, 常发生明显 的体积膨胀, 并对介质发生挤压现象。但也存在着相反的情况, 使岩石的空隙度增加, 以 及产生晶洞等现象。因此等体积交代定律不是绝对的。 按成矿溶液对交代和被交代物质 或组分 交换和转移方式的不同, 可将交代作用分 为 ①交代作用主要是靠流动溶液进行的, 也即是在交代作用过程中, 组分或物质的带入 和带出主要是通过流经岩石的溶液进行的渗滤交代作用; ②交代作用是通过物质的扩散作 用实现的, 也就是说, 组分或物质的带入和带出并不是依靠溶液的流动, 而是由于组分浓 度差 浓度梯度 所引起的扩散作用过程进行的扩散交代作用; 组分总是从高浓度向低浓 度方向扩散, 因此浓度梯度是扩散作用的必要条件。事实上, 这两种作用常是相互配合进 行的。 决定交代作用的因素,是热力学的平衡因素,即温度、压力、浓度和化学组分的性 质、活度或化学位以及被交代岩石的体积等。它们都是热力学平衡的参数。成矿溶液的数 量、围岩的裂隙度和作用的时间等都不是平衡的因素, 但它们能影响交代作用的强度和 范围。 成矿溶液在各种温度下, 一般对围岩都可发生交代作用, 但在高温条件下, 可以增加 1 成矿溶液中组分的扩散和渗透的能力、化学活动性及交代速度, 因此高温常比低温条件下 更易与围岩发生剧烈的交代作用。例如气化 - 高温的接触交代矿床, 不仅可以形成大规模 的矽卡岩体, 且可形成大规模的矿体。但这不是说, 低温条件下不能形成范围广大、强烈 的交代蚀变岩石和大型矿床。 对于交代蚀变作用和交代蚀变岩石的命名问题, 目前还没有统一的标准, 存在着几种 不同的命名途径。如以新生的特征性矿物作为命名根据, 如绿泥石化、电气石化、绢云母 化等; 有的则以特征性的交代元素、化学组分或化合物作为命名根据, 如钾交代、钠交 代、氢交代、硅交代以及碳酸盐化和硫酸盐化等; 有时还用交代蚀变岩石的颜色或颜色的 变化来命名, 如红色蚀变、深色蚀变、浅色蚀变和褪色蚀变等。这些命名方法目前都是通 用的, 它们都是从某一角度来阐述交代蚀变作用的特征。 对于交代蚀变岩石的命名, 目前可以说是很不统一和不完善的, 存在着不少混乱的现 象, 比较公认的和习惯上常用的交代蚀变岩石的名称, 如矽卡岩、云英岩、青磐岩、电英 岩等, 它们反映一定的矿物共生组合, 多数代表一类岩石。如矽卡岩又可分为石榴子石矽 卡岩、透辉石矽卡岩、硅灰石矽卡岩等。但是对于大多数交代蚀变岩石来说, 到现在还没 有统一的命名规则 有的以矿物为命名原则, 如绿泥石化岩、电气石化岩和方柱石化岩 等; 有的以元素命名, 如钾化岩、钠化岩和硅化岩等; 有的则以化合物命名, 如硫酸盐化 岩、碳酸盐化岩等。由于上述命名是从不同角度出发的,都有其合理性, 或是应用已久, 人们已经习惯, 但用时需正确理解; 如硅化, 这一名词很含糊, 因为碳酸盐围岩发生矽卡 岩化时, SiO2有明显带入, 但都不称其为硅化, 只有当石英及其变体, 如石髓、蛋白石等 交代时才称为硅化; 俄罗斯学者称此为次生石英岩化, 也不无道理, 只是他们将次生石英 岩的内容过于扩大, 搞乱了命名原则。 交代蚀变岩石常是多矿物组合, 其中有的属于同阶段形成的“同届矿物” , 有的却属 于不同阶段的“异届矿物” , 有的是原岩中的“残留矿物” , 有的是参加热液交代平衡的原 岩中的“继承性矿物” 。这在研究交代蚀变岩石时, 应把它们一一加以区别开来。交代蚀 变岩石的科学命名必须建立在参加化学平衡的“矿物相”或“同届矿物”的基础上, 因为 它们是在一定物理 - 化学条件下的产物。如由绢云母 - 石英组合的交代蚀变岩石, 即绢云 母 - 石英相, 应称为绢英岩; 电气石 - 石英相,应称为电英岩; 黄玉 - 白云母 - 石英相, 称黄玉云英岩等。对于单矿物交代蚀变岩石来说, 为了与其他成因大类岩石相区别, 因此 采用矿物的全名来命名更为合适, 例如由钠长石组成的交代蚀变岩石,可称为钠长石岩, 以区别岩浆成因的钠长岩; 由钾长石组成的交代蚀变岩, 可称为钾长石岩; 其他如透辉石 岩以区别超铁镁岩中的辉岩; 阳起石岩以区别区域变质的角闪岩; 白云石岩以区别白云 岩; 方解石岩以区别大理岩; 用交代石英岩来区别沉积和变质的石英岩等; 此外, 为了区 别交代蚀变的程度, 我们认为, 当原岩遭受较弱的交代蚀变, 并基本上保持原岩特征时, 应将原岩作为命名的基础, 而冠以交代蚀变作用, 如明矾石化流纹岩、钠长石化板岩和硅 化灰岩 或石英化灰岩 等。当原岩较完全或完全被交代蚀变矿物交代时, 则应采用通常 的交代蚀变岩石的命名原则, 如云英岩、钠长石岩等。如果要说明原岩的性质, 则可称由 灰岩交代蚀变成的交变石英岩; 由玢岩交代蚀变而成的钠长石岩等。 我们采用按“同届矿物”作为笫二级岩石的命名 如矽卡岩又可分石榴子石矽卡岩、 透辉石矽卡岩、石榴子石 - 透辉石矽卡岩等。 2 由于成矿溶液是不断运动的, 其物理 - 化学条件在空间上和时间上是不断变化的, 因 此自下而上, 从早到晚, 由热中心向外, 温度常是由高到低变化的, 因此交代蚀变岩的分 布常具有分带性, 这为建立交代蚀变成矿模式提供了重要依据。尽管由于成矿溶液活动常 表现出脉动性, 使交代蚀变岩和成矿作用具有多阶段的叠加特征, 但在研究矿物共生关系 时, 常能找出它们活动的轨迹, 这也为找矿提供了重要线索。 总之, 系统研究交代蚀变岩石具有重要的理论和实际意义。 第一节 关于交代蚀变岩的一些基本概念 一、概 述 当流体或热液作用于岩石时, 两者之间必然趋于达到化学平衡和发生物质交换作用, 其结果导致岩石中部分或全部原矿物的消失和新矿物的形成, 即原岩中某些物质部分或全 部地带出和新物质带入的交代作用。在矿床学上这种交代作用通常称为蚀变作用 alter- ation , 一般不包括金属矿石矿物的交代作用。由于热液矿床的矿体周围岩石 简称围岩 经常伴生这种蚀变作用, 因此, 又称为围岩蚀变 wall - rock alteration , 遭受蚀变的围岩, 称为蚀变围岩 altered rock。 需要指出的是蚀变作用是个常用语, 不很严格, 除了应用于热液作用外, 也常应用于 表生作用等所引起的岩石和矿物的各种次生变化; 而我们所讨论的仅限于与热液成矿作用 有关的热液交代蚀变作用 metasomatic alteration , 因为任何热液蚀变作用都不是原岩中矿 物的简单的变化, 而总是伴随着物质的带入和带出的作用。因此, 为了尊重习惯我们认为 仍可袭用蚀变作用一词; 为了使概念确切, 则可采用交代作用; 为了兼顾两者, 可称为交 代蚀变作用 metasomatic alteration。目前, 这些名称在国内外都是通用的, 但本书主要采 用交代蚀变作用这个术语。 任何岩石受到热液作用时都可能发生交代蚀变, 并不局限于直接与成矿溶液有关的仅 发生在矿体周围岩石的交代蚀变作用, 因为成矿溶液只是各种热液中的一部分; 而且成矿 溶液也不完全是“传统”上所理解的那样, 即从岩浆中分离出来形成的, 而是多成因的。 许多事实表明 成矿溶液也常是不同成因的热液在长期作用和发展过程中逐渐形成的。在 许多情况下, 成矿溶液中的成矿物质也可能是热液在交代围岩过程中获得的, 并在有利的 条件和地段集中成矿。同时成矿溶液在成矿以后, 还会继续运移活动, 继续对其流动经过 的岩石发生交代蚀变作用, 甚至再继续成矿。所以即使与成矿溶液有关的交代蚀变作用也 不局限于矿体周围的岩石, 而广及热液的整个活动范围。这一活动范围往往远比矿体周围 的围岩广泛得多。例如一个埋藏在 500～600m, 甚至 1000m 以下深度的矿体,在其上面的 岩石也经常发生与该矿床形成有关的交代蚀变作用。同样, 在矿体以下很深的地方, 也常 分布有与该矿床形成有联系的交代蚀变作用的交变岩。 有的热液交代蚀变作用具有区域性, 例如在火山活动过程中的某些交代蚀变作用 如 有些青磐岩化、绿泥石化等 , 可在整个火山岩盆地中不同程度地有所表现。此外, 沿着 断裂破碎带分布的硅化带, 其厚度可达数百米至千米以上, 长度可达几千米、十几千米、 甚至几十千米。 3 大家知道, 热液成矿作用总是伴随着热液的交代蚀变作用, 但热液交代蚀变作用却并 不一定伴随有矿床的形成。我们的重点虽然放在与成矿作用有关的交代蚀变作用和交代蚀 变围岩上, 但也需要指出 与成矿有关的交代蚀变岩石和与成矿无直接关系或无成矿现象 的交代蚀变岩石, 从本质上来说, 都是热液作用的产物, 在不少情况下, 单从矿物组合上 来看, 是不易区分的, 只有进行全面地和系统地研究, 才有可能找到成矿的线索。 二、交代蚀变岩中的矿物共生关系 在研究蚀变围岩时, 首先要搞清楚其中矿物的共生关系及其成因。一般把共生在一起 的矿物称为共生组合或共生矿物。但严格地说, 矿物组合是指在同一热液交代蚀变过程中 所形成的矿物群, 而不包括不同成因的矿物, 即不包括原岩中残留的矿物和在地表条件下 风化形成的矿物。因此不能把交代蚀变岩中共生在一起的各种不同成因的矿物理解为矿物 共生组合, 而共生组合是指在同一交代蚀变过程中所形成的一群矿物。 如果再深入一步研究, 常会发现这一群矿物不都是同时形成的, 而常是有先有后, 这 是由于整个交代蚀变过程常是一个漫长的过程, 不仅热液的物理化学条件随时随地地不断 变化, 而且常表现出多期性和多阶段性。常可见到早期早阶段形成的交代蚀变矿物被后期 后阶段的交代蚀变矿物所交代的现象。因此, 搞清矿物共生组合中矿物形成的次序, 彼此 间的关系, 即矿物共生关系 paragenesis , 这对于交代蚀变岩和交代蚀变作用过程的研究 是很重要的。首先, 应区分出交代蚀变岩中同一阶段, 即同时或接近同时形成的矿物, 这 一组矿物可称为“同届矿物” , 它们是在平衡或准平衡条件下形成的。那些不同阶段形成 的矿物组合, 可称为“不同届矿物” 。晚阶段形成的矿物对早阶段形成的矿物常具有明显 的交代现象, 这表示当热液演化到晚阶段时, 物理化学条件, 或平衡条件已发生一系列变 化。当晚阶段交代蚀变作用不太强烈时,可见到晚阶段矿物对早阶段矿物的叠加交代现 象; 而当晚阶段交代蚀变作用强烈时, 则早阶段矿物或原岩中的矿物成为残留矿物, 甚至 完全被“消灭” 。总之, 交代蚀变岩与岩浆岩中矿物的共生关系有着本质上差别, 后者是 由其组分的共结比 eutectic ratio 所决定的, 而前者却要复杂得多, 虽然它是各种平衡因 素决定的, 但这些平衡因素却是随时随地地变化。例如当花岗岩发生云英岩化时, 常是白 云母先交代长石, 然后才是云母和石英同时交代,形成正常云英岩, 再后石英交代云母, 形成富石英云英岩, 或云母交代石英,形成富云母云英岩。交代蚀变作用常形成单矿物 岩, 如石榴子石矽卡岩、钾长石岩、钠长石岩、方柱石岩和绿帘石岩, 而在岩浆岩中单矿 物岩是很少见的。 在交代蚀变岩中还应区分出原岩的“残留矿物” , 不能把它们当作早阶段交代蚀变矿 物, 更不能把它们当作“同届矿物” 。但是,应当指出的是当岩石被交代蚀变时,并不是 原岩中所有的矿物都变为不稳定矿物而被交代, 在不少情况下, 某种或某些矿物可以参加 热液交代过程中的平衡作用, 成为“继承性矿物” 。例如, 花岗岩遭受云英岩化时, 其中 的石英, 有时还有白云母, 就成为交代蚀变岩中的“继承性矿物” , 并成为交代蚀变岩的 重要组成矿物。但必须指出的是原岩中那些参加交代平衡过程的“继承性矿物” , 不只是 表现为扩大再生长, 而是常常被改造为适应新条件下的新矿物。例如最常见的是当钠长石 化时, 原岩中的斜长石转变为钠长石 形成环状、环带状和假象交代结构等; 同样,还 可见到钾长石交代钾长石、黑云母交代黑云母、辉石交代辉石、角闪石交代角闪石等各种 4 现象; 这是由于在热液交代过程中, 不仅要使原岩中“继承性矿物”在成分上完全或较完 全适应新的条件, 而且在矿物的结构上 如钾长石的双晶、三斜度、2V 及晶胞常数等 适合新的条件; 更为特殊的是石英, 虽然没有根据认为 原岩中的石英与交代蚀变的石英 在成分和晶体结构上有差别, 但是花岗岩中的石英在中低温硅化过程中也常见改造为细 粒石英 交代石英岩。灰岩和白云岩在热液交代蚀变过程中,新形成的碳酸盐矿物常表 现为重结晶现象, 并且在不少情况下, 也伴随着成分上的变化, 如钙、镁、铁和锰的增加 或减少。灰岩的白云石化、白云石岩的菱镁矿化等是常见的现象。 三、有关交代蚀变岩岩相、岩类建造和岩套问题 所谓交代蚀变相 facies 也就是交代蚀变岩的矿物相, 它是在同一地质环境中,同 一物理化学条件下, 同时或近于同时形成的矿物共生组合。例如花岗岩在交代蚀变过程中 转变为由黄玉、白云母和石英组成的交代蚀变岩, 即黄玉云英岩, 也即是黄玉 - 白云母 - 石英相, 这一组共生矿物即是在同一地质环境中,同一物理化学条件下形成的“同届矿 物” 。有的交代蚀变岩是由一种交代蚀变矿物组成的, 称为单矿物相, 如石榴子石矽卡岩、 透辉石矽卡岩、钠长石岩等。 目前, 国内外对交代蚀变相的概念的划分标准不很一致, 它与传统的和目前所流行的 变质相和亚相 subfacies 的划分标准也不易作确切的对比, 因此, 交代蚀变相是指热液 与围岩在平衡或准平衡的条件下所形成的具有一定矿物共生组合和特征的交代蚀变岩。现 代关于变质岩相的概念 如 eskola、turner 等 可以概括为 “矿物相是在一定的、同一的 地质条件和物理化学条件下形成的矿物共生组合的综合体” 。这一概念或定义与我们所采 用的交代蚀变相的概念基本一致。由此可见,云英岩中的石英 - 云母相、黄玉 - 浅色云 母 - 石英相等, 或矽卡岩中的石榴子石相、透辉石相、符山石相和透辉石 - 石榴子石相等 都是在自然界中独立存在的矿物相, 也是在一定物理化学条件下产生的交代蚀变岩。虽然 石榴子石矽卡岩和透辉石矽卡岩的形成在许多条件上是相近或相同的, 但在化学条件上却 有一定差别。因此, 将它们各自列为一种独立矿物相是符合定义的, 也是合理的, 实际上 也是可行的。这种划分标准已为很多人 如 Anderson、Burnham 等 所采用。当每一种相 进一步根据矿物细分时,一般不必采用变质岩中所采用的亚相这个术语,而用矿物组合 即可。 云英岩、矽卡岩及青磐岩等都包括多种矿物相或交变岩, 因此, 可称为岩类, 如矽卡 岩类、云英岩类和青磐岩类等; 在国外也有人把成因上有联系的岩类称为建造 a- tion。所谓交代蚀变岩类或建造, 即在同一交代蚀变作用过程中、在相近物理化学条件下 形成的由多种矿物相所组成的岩石综合体。 我们在绪论中已谈到, 交代蚀变作用在空间上影响的广度和时间上的延续性常远远超 过成矿过程, 因此, 如果与成矿过程比较, 常可分出成矿前的交代蚀变作用、成矿期间交 代蚀变作用、成矿晚期和成矿期后的交代蚀变作用。由于热液在不断运动 在成矿中心常 以向上运动为主 , 以及其物理化学性质 温度、压力、化学成分等 和介质的条件的不 断变化和构造脉动作用, 因此, 交代蚀变作用及其产物不仅显出多期性和多阶段性, 而且 在空间上和时间上不同交代蚀变岩的分布具有垂直分带和水平分带以及叠加的特征, 并产 生由各种不同交代蚀变相和岩类或建造组成的交代蚀变柱或带。例如与花岗岩有关的热液 5 交代蚀变和成矿过程, 在内接触带中发生钾长石化带、钠长石化带、云英岩化带等, 在外 接触带中产生浅色云母化带、电气石化带、黑云母化带、毒砂化带和黄玉化带等交代蚀变 岩 非碳酸盐围岩 和矽卡岩 碳酸盐围岩; 在这些交代蚀变产物中, 不仅产生多种交 变岩, 而且产生几种岩类 或建造 , 这些彼此有成因上联系的岩类 建造 和岩相,应 当称为交代蚀变岩套 suites of rocks。岩套也就是彼此在成因上有联系的岩石、岩类 或 建造 的综合体。交代蚀变岩套是拟订成矿模式的重要基础, 某些交代蚀变岩套的命名就 可以与成矿模式联系起来, 如与钨、锡、铍、铌、钽等有关的交代蚀变岩有关的交代蚀变 岩套、与斑岩铜矿有关的交代蚀变岩套、与玢岩铁矿有关的交代蚀变岩套、与超基性 - 碱 性 - 碳酸盐岩有关的交代蚀变岩套等。虽然有些岩套目前还没有确切的专门名称, 但客观 上是明显地存在着的。这需要今后研究中逐步加以确定。 四、有关交代蚀变岩的命名问题 为避免混乱现象需对交代蚀变岩正确地定名。因此, 确定交代蚀变岩的命名原则是有 重要意义的。交代蚀变岩的科学命名必须建立在矿物相或矿物组合上。这是因为它们是由 交代蚀变作用过程中的物理化学条件, 即热力学条件所决定的。如由石英和绢云母组合的 交代蚀变岩, 即绢云母 - 石英相, 命名为绢英岩; 由黄铁矿、绢云母和石英等矿物组合的 岩石, 即黄铁矿 - 绢云母 - 石英相, 即黄铁绢英岩。 对于交代蚀变岩的命名, 必须考虑它们与火成岩、沉积岩和变质岩的区别。至于单矿 物交代蚀变岩, 为了区别于火成岩, 可以采用主要矿物的全名来命名, 例如由钠长石组成 的交代蚀变岩, 可称为钠长石岩, 以区别于岩浆成因的钠长岩; 由钾长石组成的交代蚀变 岩, 可称为钾长石岩; 其他如透辉石岩或透辉石矽卡岩以区别于超铁镁岩中的辉岩; 阳起 石岩以区别于岩浆或变质成因的角闪岩等。同样, 为了区别于沉积岩及变质岩, 也可采用 上述原则, 例如由白云石组成的交代蚀变岩,可称为白云石岩, 以区别于沉积的白云岩; 由方解石组成的交代蚀变岩, 可称为方解石岩, 以区别于变质的大理岩或重结晶灰岩。但 当有两种或两种以上矿物组合的交代蚀变时, 为了避免名称过长, 则可去掉“石”字, 例 如黝帘 - 钠长岩。此外, 用硅化岩或交变石英岩以区别沉积的硅质岩和沉积或变质的石 英岩。 由于变质岩的命名常把岩石的结构和构造当作重要的命名根据, 如片麻岩、片岩和千 枚岩等就是按岩石构造划分的; 进一步再冠以矿物或岩石的名称, 如花岗片麻岩、斜长片 麻岩、黑云斜长片麻岩、白云母片岩等。而交代蚀变岩的命名一般是不考虑岩石的构造因 素的。正因为如此, 交代蚀变岩的名称就易于与一般的变质岩相区别; 例如由金云母化形 成的金云母岩, 由绿泥石化形成的绿泥石岩, 由绢云母化形成的绢云母岩, 就可以与云母 片岩、绿泥石片岩、绢云母片岩或千枚岩相区别。如果交代蚀变岩经区域变质, 则应以变 质岩来命名。特别是火山 - 热液 - 沉积成因的黄铁矿型矿床中的一套交代蚀变岩石, 如绢 英岩、黄铁绢英岩、绿泥石岩等, 常因区域变质作用而成为绢云母 - 石英片岩、绿泥石片 岩等。如果要将这些变质岩恢复原来的交代蚀变岩, 需要进行详细的研究工作。为了说明 问题, 应该将原岩、交代蚀变岩以及变质成的岩石分别加以说明, 如由角斑岩经交代蚀变 形成的绢英岩, 后经区域变质作用所形成的绢云母 - 石英片岩。 这里应当指出 近年来, 在研究斑岩铜矿的交代蚀变岩石时, 国外常用 phyllic rock 和 6 phyllic alteration 等术语。这类术语在美国有的指含有云母 绢云母、白云母和黑云母 的 交代蚀变岩, 其实是一类岩套, 有的是指黄铁矿 - 绢云母 - 石英相岩石和绢英岩, 有的是 指泥化岩, 我们认为按矿物组合分别命名更为合适。此外, 在前苏联, 最初把黄铁绢英岩 当作黄铁细晶岩 Б е р е з и т , 这是不确切的, 我们按矿物组合命名为黄铁绢英岩, 它是交 代蚀变岩, 而不是岩浆岩。 目前, 在交代蚀变岩的命名上还有一种模糊的用法, 例如硅化灰岩这一名称, 常不能 明确反映原岩遭受交代蚀变的程度和矿物组合, 因为矽卡岩化过程中也有大量的 SiO2带 入, 显然不能称此为硅化。但为了照顾传统上的命名, 现在依旧可用此名。严格地说, 应 是指交变石英岩、交变石髓岩或交变蛋白石岩或交变似碧玉岩等。 当原岩遭受较弱的交代蚀变, 基本上保持原岩的矿物、结构、构造和外貌特征时, 我 们认为应将原岩作为命名的基础, 而冠以交代蚀变作用, 如明矾石化流纹岩、钠长石化板 岩等。当原岩较完全或完全被交代蚀变矿物取代时, 则应采用通常的交代蚀变岩的命名原 则, 如云英岩、钠长石岩等。如果要说明原来岩石的性质, 则可称由花岗岩交代蚀变成的 云英岩, 由玢岩交代蚀变成的钠长石岩等, 而不必将原岩放入交代蚀变岩的命名中。 俄罗斯岩石学家 如纳科夫尼克等 所引用的次生石英岩的概念不只是指交变石英 岩, 而且包括由火山岩遭受的刚玉化、红柱石化、水铝石化、明矾石化、高岭石化 粘土 化、青磐岩化以及绢云母化等而形成的整个岩套, 这显然过于扩大化了, 另外,他们只 把火山岩作为次生石英岩的原岩, 又显得过于狭窄。我们认为, 不能把青磐岩、明矾石 岩、粘土化岩、绢英岩、叶蜡石岩和刚玉化岩等都归入次生石英岩; 同样,也不能把灰 岩、花岗岩等岩石经硅化作用形成的岩石不当作交变石英岩, 因为由各种岩石经强烈硅化 作用形成的岩石, 都是由石英或玉髓等组成的。在成因上都是一致的。在特征上也常是相 同的。因此, 这种“次生石英岩”的名称不应受原岩性质所限制。我们认为次生石英岩可 以由各种硅质岩经变质而成, 因此不适宜用于交代蚀变岩的命名, 这类岩石以交变石英岩 命名最为适当。对于在国内已通用的交代蚀变名称, 如“钠黝帘石化”及其有关的“钠黝 帘石岩” saussurite , 我们认为有必要改变这一译名, 因为这一名称容易使人误解为形成 一种含钠的黝帘石的作用, 其实“钠黝帘石化”是形成钠长石 - 黝帘石岩的作用; 把化学 元素和矿物名称混合在一起作为命名的根据,是不太适当的,建议改为钠长黝 帘石化 saussuritization 和钠长黝帘石岩。 五、有关交代蚀变作用的相平衡问题 在气化 - 热液或流体与固相围岩两个不同成因和物质体系构成一个体系时, 就会发生 物质交换作用或新物质替代原物质的作用, 此时平衡作用就会起重要的作用。一般所指的 平衡作用是指在孤立体系中发生的, 当外界条件不变的情况下, 新和原物质的交换或替代 作用就会发生, 并能维持稳定。但自然界的热液交代蚀变作用是在开放体系中进行的。从 总体来看, 流动的热液与岩石相互作用过程中, 各个片段间的温度、压力、组分 compo- nent 及其浓度等常是不相同的, 而且热液又是在运动着, 所以总的是不平衡的。但是在 一很小的范围内, 在瞬时间内, 就可能接近或达到平衡。正如恩格斯所指出的 一切平衡 都只是相对的和暂时的。绝对的静止, 无条件的平衡是不存在的, 个别运动趋向于平衡, 总的运动又破坏平衡。 7 所谓平衡是表示体系内热力学参数 如温度、压力、组分及其浓度或活度等 之间的 相互联系性的存在。从理论上说, 当体系达到平衡时, 交代作用过程也就停止了。但热液 的交代蚀变过程是一个不断趋向建立平衡, 又不断破坏平衡, 并不断趋向建立新的平衡的 过程; 也就是说, 在交代蚀变过程中, 也是各种因素不断变化的过程, 是平衡不断移动的 过程, 是典型的动态平衡过程。因此, 从总体上来看, 在时间上表现出交代作用的阶段 性, 在空间上表现出不同交代蚀变相的分带性。但也不是说, 交代蚀变岩中矿物组合随时 随地都有变化。事实上, 交代蚀变作用形成的交代蚀变相, 在一定范围内和一定阶段内是 比较稳定的, 这是因为每一种交代蚀变矿物或每一组的“同届矿物”的形成有它们一定的 稳定域, 在此稳定域内温度、压力、组分及其浓度等虽可发生变化, 但并不影响交代蚀变 矿物或其组合的形成和存在, 即不影响交代蚀变的矿物组合。只有当这些影响平衡因素超 过其稳定域时, 才会使交代蚀变相发生变化, 进一步发生交代, 形成新的矿物组合或新的 交代蚀变岩。 决定矿物相的平衡, 也就是物理化学的相平衡。热液交代蚀变有相当一部分属于多元 和多相体系 每一相代表一种矿物。而多相体系内不论有多少组分参加和多少相所构成, 在体系中各相平衡的条件内, 任何一种组分在各相中的化学位应是相等的, 即等化学位 的。化学位是表示某一组分在一定条件下, 从某一相内逸出的能力。具体地说, 当在相平 衡条件下, 每一组分在各相里的化学位是相等的。 大家所熟悉的相律, 更准确地说, 应称为相平衡定律,通常所指的就是吉布斯相律, 它只受外界温度和压力影响的平衡的热力