矿床学课件——变质矿床

变质矿床形成的条件（控矿因素）
水的来源： 在原生沉积岩和火成岩中都含有一定量的水（一般 为8～12%），它们主要以同生裂隙水、层间水、毛细 水的形式，以及各种矿物中的吸附水、胶体水、结晶 水和结构水的形式存在。 在变质成矿过程中，随着温度的不断升高，这些 水变得越来越不稳定，而从岩石中不断析出。
矿床学
所谓变质相，通常将在一定的温度、压力和
气水热液作用范围内形成的变质岩石或矿石，定义
为一个变质相。在相同变质相内岩石或矿石的物化
性质达到平衡，矿石或岩石的矿物组成可以相同， 也可以不同。因此反过来，变质矿床中不同的矿物 共生组合又可以表征不同的变质条件。
矿床学
变质矿床
变质相和变质矿床（一）接触热质成矿作用矿床学变质矿床
变质矿床形成的条件（控矿因素）
1.原岩建造及其含矿性：
变质矿床是原岩、原生矿石经过变质而形成。因 此，变质成矿以前的岩石、矿石的性质在很大程度上 决定着变质以后变质矿床的特征。
矿床学
变质矿床
变质矿床形成的条件（控矿因素）
例如：如果变质以前的岩 石或矿石是沉积成因的，那 么变质之后形成的变质矿床， 无论在矿体的形态、产状、 矿石组成、矿床规模都反映 了沉积矿床的特征，往往由 大理岩、石英岩、云母片岩 等副变质岩系组成。矿体本 身也为比较规则的层状、似 层状，延伸广泛，分布稳定， 矿石矿物组合也 较为单一，矿石品位稳定，含矿层也有一定层位，区域上也可以对 比。 而原岩或原生矿石如果是岩浆岩、火山岩等，则一般不具备上 述特征而显得比较复杂。
矿床学
变质矿床
变质矿床形成的条件（控矿因素）
（二）外部因素—外界环境：
即指变质矿床在形成过程中所处的外界环境，这里 主要是变质矿床在形成过程中的指压力、温度、持续时 间以及气、液流体的参加与否。

第二篇
矿床地质学
ORE DEPOSITS
矿床
矿体
围岩
第七章 矿床概述 1 矿床、矿体和围岩 2 矿体的形状和产状 3 矿石 4 成矿作用及矿床的成因分类 第八章内生矿床 1 概述 2 岩浆矿床 3 伟晶岩矿床 4 气化-热液矿床 5 火山成因矿床 第九章外生矿床 1 概述 2 风化矿床 3 沉积矿床 第十章变质矿床 1 概述 2 区域变质矿床的成矿条件和成矿过程 3 受变质矿床 4 关于层控矿床和矿床工业类型
新疆阿尔泰山地区蒙库铁矿床
围岩
（变基性火山岩）
矿体
（由磁铁角闪岩型矿石组成）
小秦岭石英脉型金矿
矿体
（石英+硫化物）
围岩
围岩
（斜长角闪岩）
大兴安岭南段白音诺铅锌矿床
矿体
围岩
矿床学研究方法
n 野外地质调查
（1）原始地质编录 （2）矿产取样 （3）地质填图
n 室内实验研究
（1）岩矿基础工作 （2）各种测试 （3）数据处理
条带状构造 矿石矿物集合体与脉石矿物集 合体呈条带状相间出现。
条带状铜锌矿石，阿尔泰铁木尔特
浸染状铜镍矿石，新疆喀拉通克
条带状锌矿石，新疆阿尔泰红墩
角砾状构造
围岩或先生成的矿物集合体破碎形成的碎块 被热液充填物胶结。
角砾状矿石，胶东乳山金矿
角砾状金铅矿石，小秦岭文峪金矿
晶簇状构造
结晶矿物沿空洞内壁生长成向中心的连晶。
矿石矿物
脉石矿物
矿石矿物 Ore Mineral 指矿石中能提供有用元素(或组分)或本身可以被直接利用的矿物，即 矿石中的有用矿物。
如铜矿石，即从中提取铜元素的矿石。而其中含铜的矿物如黄铜矿、斑铜矿等就是矿石矿物。 云母矿石，云母就是相应矿石中的矿石矿物。

650℃。在温度相同，压力不同时，则可出现不同的矿物
变体。如 Al2SiO5 在 500~600℃，当压力较高时成为矽线 石，压力较低时成为红柱石 由构造应力产生的定向压力
变 质 矿 床 形 成 条 件—物理化学条件 压力
压力随着变质程度的增加而增大 绿片岩相 1.5~2×108Pa（5~7km深度） 绿帘石角闪岩相 2~2.5×108Pa（7~9km深度） 麻粒岩相 4.2~4.4×108Pa（15~16km深度）
变质矿床在国民经济中占有十分重要的地位
变质矿床的矿产种类繁多，主要有铁、金、铀、铜、
金刚石、云母、宝石及石棉等非金属矿产以及部分稀有 分散元素矿床等 一些变质矿床分布广，储量大
铅、锌、锰等金属矿产和滑石、菱镁矿、硼、磷、石墨、
如变质铁矿床、变质金矿床、变质铀矿床
变 质 矿 床 的 形 成 条 件
变质矿床的基本 特 征
矿物成分和化学成分的变化
矿石结构和构造的变化 矿体形状和产状的变化
变
质
矿
床
的
特
点
矿物成分和化学成分的变化
1. 脱水作用：温度和压力升高，使原来岩石或矿石变成 少含水或不含水矿物。 2. 重结晶作用：在高温高压作用下，原来小颗粒矿物会 逐渐结晶长大。 3. 重组合作用：由于温度、压力或其它物理化学条件发 生变化，使得原来稳定的矿物平衡组合，被在新的条件 下稳定的矿物组合所代替。 4. 还原作用：在高温缺氧条件下，矿物中一些易于还原 的变价元素，常由高价转变为低价，而使一种矿物变为 另一种矿物。 5. 交代作用：在变质过程中，当有大量化学活动性流体 存在时，原岩组分与化学活动性流体起积极化学反应， 而形成新的矿物或矿物组合。

经济意义
矿种多、分布广、储量大；变质铁矿占世界铁 矿总储量2/3以上； 金矿：黑龙江东风山金矿、美国霍姆斯塔克。 维特瓦特斯兰德含金铀变质砾岩矿床，世界上 最大的金、铀产地。 我国重要变质矿床：
云南东川铜矿－变质沉积型 山西中条山铜矿－变质火山岩型 辽宁大石桥菱镁矿－变质沉积型 江苏湖北变质磷矿 山东福建等地石墨矿
典型变质岩石
沉积岩→变质岩
Sandstone: Mudstone: Shale: Quartzite, Metaquartzite Slate Phyllite Schist Gneiss Limestone: Marble
变质相
一个变质相指一定的温度、压力区间内 的一整套变质矿物共生组合，它们在时、 空上反复出现并密切伴生在一起，一个变 质相内部其矿物组合和岩石总体化学成分 之间有着固定的因而也是可以预测的对应 关系。 ( Fyfe和Turner，1966)
变质矿床形成条件
b. 变质相与矿产
沸石相：美国苏必利尔湖沸石—绿泥石组合中的 自然铜，我国甘肃镜铁山铁矿。 绿片岩相：磁铁矿—赤铁矿石英岩，如我国山西 五台地区铁矿，美国上湖铁矿；黄铁矿型矿床， 如我国祁连山，苏联乌拉尔等，含铀砾岩矿床， 如阿扎尼亚维特瓦特斯兰德。 蓝闪石片岩相：与其相当的有新疆的硬玉矿床， 还有锰和锌的硅酸盐矿石，如西伯利亚的乌辛斯 克矿床和西班牙的古埃列夫矿床。此外，磁铁 矿—角闪石片岩矿床也属此变质相。
变质沉积矿床特征
1. 含矿建造是典型的变质沉积岩组合(石英岩、大理 岩)。 2. 含矿层或矿体通常为层状、似层状或凸镜状，产状与 围岩片理及区域构造线一致。 3. 成矿地质时代与围岩相同，地质年龄值相似。 4. 含矿层在剖面中有一定的层位，一定范围内可以比。 5. 矿石矿物简单稳定，脉石矿物与围岩中造岩矿物相 似。 6. 矿石具条带状、微层状、结核状构造，并具波痕、斜 层理等变余沉积构造，续承原岩层理的片理普遍发 育。 7. 矿层中品位均匀稳定，品位与矿石成分常随岩相变化

变质矿床
重结晶作用
1. 概念、特点及工业意义
— 随着变质温度和压力的升高，矿物逐渐由非 晶质和隐晶质向结晶质、由小晶体向大晶体转 变（向着熵增大和自由能降低的方向进行—热 力学第二定律）
蛋白石、玉髓石英 碧玉岩石英岩 石灰岩大理岩
胶磷矿磷灰石
变质矿床
还原作用
1. 概念、特点及工业意义
主要矿床类型
变质铁矿床 变质金铀砾岩矿床 变质磷矿床
区 域 变 质 矿 床
受变质矿床
变质金属硫化物矿床
蓝晶石-矽线石矿床
变成矿床
石墨矿床 石英岩矿床 滑石-菱镁矿矿床
变质矿床
3. 变质成矿作用与变质矿床类型
区域变质铁矿床
— 多分布于前寒武纪（晚太古代－早元古代， 26-18 亿年）变质岩系中，这些古老的变质岩 系构成地台或地盾区的基底，变质程度深浅不 一（沸石相～麻粒岩性）
变成矿床(metamorphogenic deposit)
—岩石中的某些有用组分经变质作用后，成为有 工业价值的矿床，以及原有矿床由于变质作用 改变了其工业用途的矿床。
富Al的岩石
（粘土岩、富Al片麻岩）
区域变质
矽线石、红柱石 刚玉矿床
煤矿床
接触变质
石墨矿床
变质矿床
1. 概念、特点及工业意义
变质矿床的特点
Precambrian Banded Iron Formations (BIF), Australia
变质矿床
3. 变质成矿作用与变质矿床类型
—以贫矿为主（5~40%），但在贫矿体中或附近 往往有富矿体（50~70%） —主要分布于：北美地盾、南美巴西地盾、印度 地块、澳大利亚地台、非洲地块、中朝地块

杂，如凸镜状、串珠状及不规则 囊状，但也出现较规则的板状或 似层状矿体。矿体产状的变化也 大，常具有不同程度的褶曲和断 裂，矿体倾角可以直立乃至倒转。
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变质矿床矿体的形状和产状，既受原 来岩层或矿体的控制，也受变质作用 强度和类型的制约。其中尤其是变质 作用过程中，成矿组份活化转移的能 力和塑性形变的强度，对矿体的改变 有重大影响。成矿组份的活化转移， 可使矿体形状发生较大的变化，如似 层状矿体转变为脉状矿体，但这些矿 体总的不超出含矿建造的范围。
11.2 变质矿床的特点
变质矿床的特征就是岩石或矿床 经受变质作用后，所产生的多方 面的变化，基本上可归纳为以下
三方面。
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11.2.1 矿物成分和化学成分的变化 变质矿床的矿物成分和化学成分与原来的岩石或矿
石相比，产生了显著的变化。 变质矿床的矿物成分常见的有如下几种： ①自然元素类，如石墨、自然金等； ②氧化物类，如磁铁矿、赤铁矿、金红石等： ③含氧盐类，如磷灰石、菱铁矿、菱镁矿等； ④硅酸盐类，如红柱石、矽线石、蓝晶石、石榴子
4）重组合作用：原先沉积的物质， 在变质过程中，可产生一系列新 矿物。如粘上物质，在高温中压 条件下，可形成红柱石；高压中 温条件下，形成蓝晶石，高温高 压条件下，形成矽线石和刚玉。
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5）交代作用：在区域变质过程中， 往往可产生变质热液，尤其当变 质强烈时，由于混合岩化作用， 可以产生混合岩化热液，它们与 原岩常产生广泛的交代作用，促 使原岩中的多种组汾进行重新组 合，并通过溶液进行迁移和富集， 从而发生矿化和蚀变。
石、滑石、蛇纹石、叶蜡石、绿泥石、蛭石等。 此外，在某些变质的沉积型和火山一沉积型矿床中，
还大量地出现铜、铅、锌等金属硫化物。

变质作用的方式
重组合作用：温度、 重组合作用：温度、压力或其他物理化学条件发 生变化使得原来稳定的矿物平衡组合， 生变化使得原来稳定的矿物平衡组合，被在新的 条件下稳定的矿物组合所代替 矿物组合所代替， 条件下稳定的矿物组合所代替，如方解石和石英 转变为硅灰石；粘土物质高温中压：红柱石； 转变为硅灰石；粘土物质高温中压：红柱石；中 温高压：蓝晶石；高温高压：矽线石、刚玉。 温高压：蓝晶石；高温高压：矽线石、刚玉。
变质作用的方式
交代作用：变质热液的参与会使原岩发生广泛的 交代作用：变质热液的参与会使原岩发生广泛的 交代作用，使物质迁移和富集。 交代作用，使物质迁移和富集。①区域变质尤其 是混合岩化过程中(变质热液 混合岩化热液)； 变质热液/混合岩化热液 是混合岩化过程中 变质热液 混合岩化热液 ；② 岩石、 岩石、矿物在定向或非均匀压力作用下发生塑性 流动和变形；③在温压升高及流体参与下岩石发 流动和变形； 生选择性重熔、局部熔融等。 生选择性重熔、局部熔融等。
变质相
地壳中变质相的分布
变质相与矿产——沸石相 变质相与矿产
沸石相：美国苏必利尔湖沸石 绿泥石组 沸石相：美国苏必利尔湖沸石—绿泥石组 合中的自然铜，我国甘肃镜铁山铁矿。 合中的自然铜，我国甘肃镜铁山铁矿。 沸石相：浊沸石+绿泥石 石英； 浊沸石+ 绿泥石+石英 沸石相：浊沸石 绿泥石 石英； 浊沸石 葡萄石+绿泥石 石英； 葡萄石+方解石 绿泥石+石英 方解石+绿 葡萄石 绿泥石 石英； 葡萄石 方解石 绿 泥石+石英 石英。 泥石 石英。 变质岩石类型为浅变质的中基性火山岩和 硬砂岩等。 硬砂岩等。
菱镁矿
Andalusite
红柱石

硫化物矿层组成
金矿体赋存在该建造下部含锰硫化物矿
层中，呈似层状、透镜状
变质矿床实例
金主要以自然金独立矿物
金的成色平均933.5
矿床的各组成部分硫同位素（δ34S‰）组成：
中部细晶大理岩组：+2.8—+10.7 平均+5.06
硅质层： -11.5—+9.0 平均+2.99
铁矿层：
含锰硫化物矿层：
-6.9—+3.3
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变质矿床类型
②区域变质矿床 是在区域构造运动影响下，原岩在变 质高温、高压及岩浆、构造活动的联合 作用下，使原来岩石或矿石遭受强烈的
改组或改造，成矿作用主要发生物质组
分的重组、交代作用和变形
区域变质矿床
这种变质作用下形成的矿床称区域变质
矿床，也称动-热变质矿床 如：产于古老大陆中的含金硅铁建造，经 区域变质作用，形成金、铁沉积变质矿床
4．重组合作用
变质作用过程中由于温度、压力及其它 物理化学条件发生变化，使原来稳定矿物 平衡组合，在新的条件下被新的稳定矿物 组合所代替。如粘土矿物转为为蓝晶石和 石英
变质成矿作用
5．交代作用
在区域变质或混合岩化较高级变质作用
过程中，由于产生大量变质热液，而发
生变质交代作用，对变质矿床形成具有
重要意义
成矿作用演化
③镍-铜矿床-主要产于大岩盆岩浆岩杂岩 体底部，是大陆壳环境造就了这类矿床的 形成 ④金刚石矿床-含金刚石的金伯利岩体首次 出现在早元古代，表明巨厚的岩石圈已形 成，为金刚石形成需要极大的压力提供了 可能
成矿作用演化
⑤条带状铁矿床 是条带状铁建造大量形成时期，元古代有
了稳定大陆，条带状硅铁岩系能在大陆边

变质型金矿也是金矿床的重要类型之一， 美国霍姆斯塔克金矿 加拿大赫姆洛金矿 我国黑龙江东风山金矿 南非的维特瓦特斯兰德含金铀砾岩矿床是世界上最大的 金和铀产区 变质型铜矿也极具规模， 如沉积变质型铜矿（我国东川铜矿、赞化亚-扎伊尔铜矿 带等） 火山变质型铜矿（我国中条山铜矿、澳大利亚莱伊尔山 铜矿等）
二、变质矿床的工业意义
变质铅锌矿床也不乏大矿，如澳大利亚的布罗肯山铅锌矿床， 其铅锌含量大于20％，储量大于600×104t，铜、金、银 和镉可综合利用。 变质菱镁矿（辽宁大石桥），变质锰矿（印度、巴西），变 质磷矿（江苏、湖北、吉林） 变质硼矿（我国辽东、瑞典） 变质石墨矿（我国山东、黑龙江、福建、印度） 云母、宝石及研磨原料，部分稀有分散元素矿床等
Al2O3 • H2O（一水铝石） → Al2O3 （结晶）→ Al2O3（刚玉）; SiO2 • nH2O （蛋白石）→ SiO2 （石髓）→ SiO2 （石英）; CaCO3 （泥晶灰岩）→ CaCO3 （大理岩） ; C （煤，无定形）→ C（石墨）。
一、变质矿床的概念、特点-特点
（3）重组合作用（reorganization）：由于温度、压力或 其他物理化学条件发生变化，使得原来稳定的矿物组合， 被新的条件下稳定的矿物组合所代替。 Al2O3 + SiO2 → Al2O3 • SiO2 （高温中压变为红柱石/高 压中温变为蓝晶石/高温高压变成矽线石） （4）还原作用（reduction）：在高温缺氧条件下，矿物中 一些易于还原的变价元素，常由高价转变为低价，而使一 种矿物变为另一种矿物。 Fe2O3 （赤铁矿） → Fe3O4 （磁铁矿） （5）交代作用（metasomatism）：在区域变质过程中，往 往可产生变质热液，尤其是混合岩化过程中，流体对原岩 进行广泛的交代作用，促使原岩多种组分重新组合，通过 溶液的迁移和富集，发生矿化和蚀变。