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6-火山


第五章
一、概述:

火山成因的矿床

由火山作用形成的一系列矿床,统称为 “火山成因矿床”,火山作用包括火山-岩浆作 用,火山次火山-气液作用、火山-沉积作用。 教材P156将火山成因矿床定义为与火山、 次火山岩有成因联系的金属和非金属矿床。

与火山作用有关的金属非金属矿床是近代矿床学一 个重要的研究领域

。虽然就成矿作用而言,与火山作用 有关的矿床并未构成独立的矿床类型。 因为这类矿床的形成,实质上是在岩浆分异作用, 气水热液作用以及沉积作用过程中,成矿物质发生迁移 富集形成矿床,因此有的教材与专著,分别将上述三大 内容归属于岩浆成矿作用、热液成矿作用,和沉积成矿 作用。 但是,由于这类矿床成矿地质环境的特殊性,其工 业价值的重要性,以及一个突出特点是这类矿床的形成 与火山作用的密切关系,因此本教材将与火山作用有关 的一系列矿床类型和并起来,放在一章里专门论述。

二、火山成因矿床的成矿作用
(一)成矿作用: 与火山作用有关的矿床,主要是通过 ——岩浆喷溢方式、 ——火山喷气方式、 ——火山热液方式、 ——次火山热液方式、 ——火山沉积方式, 通过复杂的交代、充填作用而形成的。所以火 山成矿作用实质上仍为交代作用和充填作用 两大类型。

1、火山喷气成矿作用
火山喷发时喷出大量的气体和金属化 合物等成矿组分,这些喷发物与围岩发生 种种作用,或者通过冷凝结晶作用,或者 不同气体之间的相互反应,在火山口、喷 气孔及其周围形成有用矿物堆积形成矿床 的地质作用称为火山喷气成矿作用。
火山喷出的气体, 在一定的条件下能形成矿物的 堆积,例如在火山岩、磷灰岩,火山熔岩的裂隙中形成 硫磺、雄黄、雌黄、萤石、硼矿等。火山 喷气作用形成 的矿物堆积有时具有较大的经济价值,可供开采,但大 多数工业价值不大,规模太小,然而具有重要的科研价 值。

2、火山热液成矿作用
由火山活动喷出的大量气水热液通过交 代和充填的方式,形成有用组分的堆积,这 种作用称为火山热液成矿作用。 在火山喷发作用的早期,多以固、气体 喷发为主,而在晚期,则以热水活动为主, 这种作用持续的时间 可以很长,也可以周期 性地多次进行。强烈而广泛的火山热液活动 可以形成多种多样,规模大小不同的矿化和 围岩蚀变。

3、次火山气液成矿作用:
在次火山岩体结晶冷凝过程中,聚 集在岩体内的含矿气水热液通过交代和 充填的方式,在火山-次火山机构的构造 空间形成矿床,这种作用称为次火山气 液成矿作用。

次火山岩
所谓“次火山岩” 即一种与火山岩同源的浅成-超 浅成侵入体 (距地表0.5~1.0km).在火山活动的晚期 或间歇期,常伴随着浅成-超浅成相的次火山侵入活动, 它们大部侵入于火山口中或火山口周围的裂隙中。 其生成时间大体与火山岩同时,只不过是同源岩 浆在某些场合表现为火山喷发(地表),而在另一些 场合下则表现为浅成-超浅成侵入体而已。因此次火山 岩常与相应的火山岩密切共生,空间位置直接位于火 山岩之下部。或者说那些与火山岩共生 ,位于火山岩 之下的浅成-超浅成侵入体,为次火山岩。

4、岩浆喷溢成矿作用
在深部的岩浆房中,岩浆经过结晶分 异或熔离分异,使其中的某种成矿物质富 集而成矿浆,然后经过火山喷溢作用将这 种矿浆带至火山机构中(火山口,火山 颈…)或直达地表形成矿床的地质作用, 叫岩浆喷溢成矿作用。

5、火山-沉积成矿作用:

主要是指在各种水体环境中(海洋, 湖泊),由火山作用喷溢的固体物质,通 过与周围环境中的水发生反应,使其中的 成矿物质溶解萃取,再在沉积过程中形成 矿床的成矿作用,叫火山-沉积成矿作用。

海底喷发作用
? ?

?

发生在海洋环境中的海底喷发作用与大陆喷发作用的 特点大不相同。 在海洋环境中,火山热液常与火山碎屑物质或与 其它正常的沉积物质发生化学反应而使有用组分沉淀 富集。并且,由于火山气液在海水中迅速致冷,以及 海水对被吸附在火山碎屑物中物质的溶解作用,火山 碎屑物质的分解作用,使得这些由火山气、液、固体 所带的成矿组分又不断地转入到海水中去,再经过沉 积,形成海底火山-沉积矿床。 很显然,这类矿床除了具有火山作用的特点外,还 具有许多外生矿床的特点。

三、火山成因矿床的分类:
(1)火山岩浆矿床(熔浆)
★岩浆喷溢矿床; ★火山熔离矿床。

(2)火山气液矿床(气液)
★陆相火山-喷溢矿床; ★陆相火山-热液矿床; ★陆相次火山-热液矿床; ★海相次火山、火山-热液矿床。

(3)火山沉积矿床(固体)
★陆相火山-沉积矿床; ★海相火山-沉积矿床。

四、火山矿床的类型:
?
?

1、火山岩浆矿床:
(1)概念:
指地下深处岩浆房中的岩浆经过分异作用 而富集某种成分的“矿浆” ,通过岩浆喷溢作 用贯入到火山口中或喷溢至地表冷凝堆积所形 成的矿床。

(2)特点:
① 岩浆岩:这类矿床可从与各种成分的火 山岩浆活动有关,即与超基性、基性、 中性、酸性、碱性及碳酸质的火山活动 有成因上的联系,最重要的有中-基性火 山熔岩中的铁矿床(如智利拉科铁矿) 和超基性-基性火山熔岩中的金属硫化物 矿床(南非柯马梯komatiite硫化镍矿)。

② 矿体形状:似层状、透镜状、扁平状、饼状、 常位于成分不一致的两类火山岩层之间。矿床为 火山活动的间歇期、或末期形成。

③ 矿石组构:矿石中有用组分含量极高,有的 呈极富的致密块状,少数呈角砾状、浸染状。

④ 矿石矿物:主要有用矿物为磁铁矿、赤铁矿、
氟磷灰石、以及磁黄铁矿、镍黄铁矿、黄铁矿、尖 晶石及少量铜的硫化物。在铁矿床中,矿石多呈极 富的致密块状,含Fe 55%以上,有时矿石全由单纯 的磁铁矿组成(Fe3O4 ),故Fe达70%。在柯马梯 (komatiite)型硫化镍矿床中,镍的矿石质量很好, 镍 Ni 可 达 3· ( 一 般 Ni 大 于 0· , 即 够 工 业 品 5% 3% 位)。

(3)火山岩浆矿床的亚类:
岩浆喷溢矿床: 智利北部的拉科铁矿被
认为是岩浆喷溢矿床的典型代表。这类 矿床主要喷出地面的中-基性熔岩流中 (安山岩、流纹英安岩),矿石矿物主 要 是 铁 的 氧 化 物 磁 铁 矿Fe3O4 , 赤 铁 矿 Fe2O3 ,平均含Fe达65%,矿体表面句特 征的熔岩流动构造、绳状构造、杏仁状、 管状、多孔海绵状,并且大泡及小泡。

火山熔离矿床:这主要是指产于超基性基性火山岩中的金属硫化物矿床。 南非柯马梯岩中的硫化镍矿床是典型的 代表。
科马梯岩Komatite,即镁绿岩,维乔恩等 1969年在南非巴伯顿山地Komatite的地方确认 了一类超镁铁质ultramafic及镁铁质mafic,这 类熔岩常作枕状熔岩产出,并显示出一种特殊 的淬火结构-鬣刺结构。 镁绿岩实际上是太古代绿岩带中由超基性基性喷出岩组成的一套特殊岩系。

2、火山气液矿床
(1)陆相火山-喷气矿床:
概念:在大陆环境中,由火山喷气作用所形成 的矿床叫陆相火山喷气矿床。 总的说来,由火山喷气作用形成的矿床数量 不多,规模也不大。一般仅见又现代火山活动 的地区,而古代地质历史中的火山-喷气矿床一 般不易确认,但有理论研究意义。

矿床特点:
——形成环境:矿床产于地表或地表附近,形成温度约 为600~100℃; ——矿体形状:似层状,与火山岩互层产出,或作为火 山岩的夹层产出,另外亦有脉状、不规则的脉状形式 充填于火山管道的裂隙中,以及环状,放射状裂隙中, 火山筒中。 ——围岩蚀变:较轻微的硅化,明矾石化,高岭石化… ——矿石组成:自然硫、雄黄AsS、雌黄As2S3、萤石 CaF2、硼酸、盐等;

(2)陆相火山热液矿床: 概念:在陆相火山活动过程中,在地表 或近地表由火山热液中的成矿物质直 接结晶出或经过化学反应而形成有用 组分的堆积,称为陆相火山热液矿床。

矿床特点:
——形成环境:矿床主要产于喷出岩(基、中、酸)及 火山碎屑岩中,形成部位较浅,约为几+米→ 1000米。 ——矿体形状:矿床是由火山喷发的热液交代火山岩及 围岩,或者直接充填于喷气孔和裂隙之中,因此矿床 形态复杂多样,一般为脉状、复脉状、层状、似层状、 巢状及其它不规则的形状。 ——围岩蚀变:较强烈,有青盘岩化、绿泥石化、绢云 母化、硅化、高岭石化、明矾石化、碳酸盐化、石膏 化…

——矿石组成:共生矿物种类较多,有萤石、重 晶石、石膏、沸石、明矾石、叶腊石、刚玉、 红柱石、Cu.Pb.Zn.Av.Ag.Hg.Sb等。矿石品位富, 矿体规模大小不等,中等居多。 ——矿床类型:产于玄武岩中的Cu-沸石矿床,如 美国苏必利尔湖,四川二叠纪玄武岩中的自然 Cu矿床;安山岩中的Au-Cu石英脉,如台湾金 瓜石;火山岩中的Au-Ag碲化物矿床;玄武岩, 安山岩中的汞锑矿床;流纹岩中的萤石矿床, 如浙江建德系火山岩中;中酸性喷发岩中的明 矾石矿床,如浙江平阳矾山;凝灰岩中的Pb-Zn 多金属矿床,如浙江黄岩。

(3)陆相次火山热液矿床(重要类型)
概念:与次火山有成因联系的热液矿床称为次火 山热液矿床。 矿床特点: ——次火山岩体:与矿床有成因及时空关系的次 火山岩有闪长玢岩、安山玢岩、花岗闪长斑岩、 石英闪长斑岩等中性,中酸性浅成、超浅成侵 入体。这些次火山岩常位于火山口或火山口周 围,为火山系统的浅成超浅成部分。含矿热液 主要来源于次火山岩体冷凝结晶过程中挥发组 分的气化和蒸馏作用。

矿体产状
?

矿体常产于次火山岩中,或次火山岩与 围岩的接触带上,以及附近的喷出岩、 火山碎屑岩,甚至邻近的沉积岩和变质 岩中。

矿体形状
由于次火山热液矿床是在浅成,超浅成条 件下形成的,围岩压力降低十分迅速, 致使高温高压的挥发份自熔浆中强烈析 出,具有较高的蒸气压力而能爆破围岩, 因此往往形成隐爆角砾岩,放射状环状 裂隙、冷凝收缩裂隙系统等,因而矿体 形状十分复杂,常构成环状、板状、脉 状、管状、似层状、条带状。

矿石组构
?

由于矿床形成的特殊环境成矿时温度下降较快,因 此常产生复杂多样的矿物共生组合及矿石结构构造, 不仅具有高温条件下形成的粗晶伟晶结构,也有较低 温条件下形成的细粒微晶结构,既有块状、浸染状构 造、也有在低温条件下以充填方式为主的角砾状、晶 洞、晶簇状、及胶状构造。 成矿环境:形成深度一般0.5~2Km,比火山热液 矿床形成的深度要大。成矿主要以-高中温(500~ 200℃)热液期为主,围岩蚀变强烈,因此不论是矿物 共生组合,还是围岩蚀变类型,均体现了高、中温热 液交代充填的特点。

矿床类型
?

这类矿床具有重要性的代表有

? 斑岩铜矿

? 玢岩型铁矿两种

斑岩铜矿porphyry copper deposit:
在成因以及时、空关系上均与斑状结构的中 酸性浅成-超浅成小侵入体有关的铜矿床,又称 “细脉浸染型铜矿床” 。
这类铜矿床是铜矿石的重要来源,也是一类最为重要 的陆相次火山热液矿床。其特点的是矿品位低,矿量大, 即一贫二大,铜一般0.5~1%。目前,世界各国均在斑岩 出露的地区注意寻找这类铜矿床。 除了斑岩铜矿外,与中酸性浅成-超浅成侵入体有关 的矿床还有“斑岩钼矿” 、“斑岩钨矿” 、“斑岩锡 矿”,“斑岩铅锌矿” 等,其成矿作用 大体相似。 典型的实例有美国克拉玛祖斑岩铜矿,我国江西德兴 铜矿。

斑岩型铜矿床主要特点
(1)地质构造环境:岛弧,特别是活动大陆边缘火山岩 浆弧环境钙碱系列的安山岩带有利于斑岩型铜矿的形 成。矿床多分布于不同大地构造单元过渡带相对隆起 的一侧,一般为深-大断裂带及其上盘。 (2)成矿岩体的特征:为钙碱系列的小型(多<1km2) 中性及中酸性(闪长岩、花岗闪长岩、石英二长岩、石 英斑岩、花岗斑岩)复式岩体。岩体形状为岩株状、岩 筒状、岩墙状、脉状。

(3)成矿作用:气水热液的交代-充填

(4)矿化与围岩蚀变分带(图):从斑岩 中心、接触带到围岩 ——蚀变:核心带→钾化带→石英绢云母化 带→泥化带→青盘岩化带 ——矿化:钼(铜)矿化→铜(钼)矿化→ 铅锌矿化→金矿化 ——矿化类型:浸染状 → 细脉浸染状 → 细 脉状 → 脉状

斑 岩 铜 矿 床 的 矿 化 与 围 岩 蚀 变 分 带

(5)矿体的产状与形态受侵入体的形状、 接触带的情况、角砾岩筒、构造裂隙带等因 素控制。
(6)矿石为细脉浸染状构造(浸染状、角 砾状),主要金属矿物为黄铁矿、黄铜矿、 斑铜矿、黝铜矿、辉钼矿、方铅矿、闪锌矿。

玢岩铁矿(porphyrite iron deposit)
在陆相安山质火山岩分布的地区,与辉石闪 长玢岩侵入体有成因及时、空上有密切联系的 以铁为主的一组矿床,叫玢岩铁矿。 这是我国地质工作者60年代在南京-安徽芜 湖地区的铁矿大会战,总结出来“宁芜铁矿” 的成矿理论和成矿模式。
教材P167-174有详细的描述,同学们课下参考,要掌握矿床: ①矿床产出的地质特点(岩浆岩,构造…),②矿体的特点: (围岩蚀变,矿体产出位置,几何形状…),③矿石特点:(矿 物组成,分带性…),④形成原因。

(4)海相火山-次火山气液矿床:
概念:海底火山活动过程中所产生的射气 和热液上升到海底或到达海底附近的环境中 通过充填、交代作用产生有用的矿物的堆积, 叫做海相火山次火山气液矿床。
一般说来,海底火山次火山气液矿床远比大陆火山次 火山热液矿床更为常见,经济价值也更大。

矿床特点:
分布: 海底火山次火山气液矿床多分布于地槽褶 皱带中。也即是板块学说中的大陆板块或岛弧 与大样板块之间的地带。 在这样的构造地区,往往是深大断裂长期 活动的地区,这些深大断裂控制着海底火山活 动,而矿床则常围绕着火山喷发中心成群成带 分布。

形成环境: 矿质的沉淀富集都发生于水下的海底环境中,矿床 的形成主要与海相火山喷发间歇期,或晚期的 火山次火山气液作用有关,矿床的成矿温度一般为 250℃~50℃。

围岩及蚀变: 围岩主要为火山岩,次火山岩及火山沉积岩,矿 体与火岩或火山沉积岩互层产出,沿水平方向矿层有 时逐渐过渡为火山岩,沉积岩。 围岩蚀变强烈广泛,具中、低温热液蚀变的特点, 主要有硅化、石英绢云母化、青盘岩化、高岭石化、 黄铁矿化、重晶石化、石膏化、硬石膏化。

—— 矿体形状:总体要比上述三类火山气液矿床规则许多,
多与火山岩成整合状、层状、透镜状、交错脉状、网脉状。 ——矿石特点:矿石多为结晶粒状结构、交代结构、块状、纹 层状、浸染状、角砾状、胶状、变胶状构造;常见矿物有黄 铁矿、白铁矿、黄铜矿、黝铜矿、方铅矿、闪锌矿、辉锌矿、 金银矿、菱铁矿、赤铁矿、磁铁矿、石膏、白云石、方解石、 石英、玉髓、蛋白石、绿泥石、绢云母、重晶石…为中-低 温热液的矿物共生组合。

主要矿床类型
? 绿色凝灰岩建造中的“黑矿” ?细碧角斑岩中的含铜黄铁矿 ? 流纹安山岩中菱铁矿 ? 基性-中性火山岩中赤铁矿-磁铁矿矿床。

以典型的矿物共生组合为主,分类: ①黄铁矿型矿床(块状硫化物矿床):矿床中黄 铁矿、磁黄铁矿占硫化物的95%以上,以S为主,次为 Cu,Pb,Zn… -基瓦丁-里奥-廷托型:Cu+Zn; -黑矿型;Pb+Zn(+Cu); -塞浦路斯型:Cu; -芒特-艾萨型:Cu+Pb+Zn。 ②磁铁矿-赤铁矿-镜铁矿矿床(铁的氧化物): ③菱铁矿矿床: ④铁铜矿床。

块状硫化物矿床
A、大地构造环境:
——现代成矿环境:大洋中脊和亲弧(裂谷)盆 地。(太平洋北纬 21°东,大西洋北纬12— 41? 间的热水排放场为1个/90km—1个/25km。 后者见于冲绳海槽、劳盆地、马里亚纳盆地 等)。海水深度较大(>1km)。 ——古代:岛弧及板块缝合带(优地槽褶皱带)。

21? N东太平洋中脊热液排放场素描图

B、成矿作用模式

(如下图)

海 底 火 山 次 火 山 气 液 矿 床

C、 矿体特征
——喷流-沉积矿体:呈层状顺层产出,其下为火 山熔岩及火山碎屑岩,可有强烈的蚀变;其上 为(含铁)硅质岩、(重晶石岩)、(含炭) 硅质页岩等,无蚀变或蚀变微弱。矿石多为块 状、角砾状构造及层理构造,主要金属矿物为 黄铁矿、黄铜矿、方铅矿、闪锌矿,脉石矿物 为石英、重晶石等。 ——充填交代矿体:位于沉积矿体之下,呈筒状、 凸镜状穿层产 出。围岩为火山熔岩及火山碎 屑岩,蚀变强烈。矿石呈浸染 状及细脉浸染 状构造,主要有用矿物为黄铁矿、黄铜矿。

D、围岩蚀变特征:
主要发生在层状矿体的下部,且自充填交 代矿体向外有规律分带,但因岩性而异。 ——中、酸性火山岩:硅化(次生石英岩化)→ 石英-绢云母化→绢云母-绿泥石化→青盘岩化 ——中、基性岩:硅化-绿泥石化→绿泥石-绿帘 石化→青盘岩化。

E、 矿床类型:
a、塞浦路斯型块状硫化物矿床:产于洋脊蛇 绿岩套中的枕状玄武岩中,层状矿体产于枕状 玄武岩层间或其顶部,主要是沉积的层状矿体。 由块状矿石构成,主要矿物是黄铁矿,含黄铜 矿。围岩蚀变主要是硅化、绿泥石化、绿帘石 化。(图28)

塞浦路斯型块状硫化物矿床

塞 浦 路 斯 型 块 状 硫 化 物 矿 床 成 矿 模 式 图

b、细碧角斑岩型块状硫化物矿床: 含矿岩系为细碧角斑岩建造(弧后裂 谷?)。矿体主要产于角斑岩,由块状矿 石构成的层状矿体和细脉浸染状的充填交 代矿体均可发育。主要硫化物是黄铁矿、 磁黄铁矿、白铁矿、黄铜矿、斑铜矿、黝 铜 矿、闪锌矿、方铅矿。围岩蚀变自中 心向外依次出现硅化、绢云母化、绿泥石 化、青盘岩化。主要有用金属为铜、锌 (铅),常伴生金。

c、黑矿型块状硫化物矿床
含矿岩系为弧后及弧间裂 谷环境的中酸及酸性(英安质 -流纹质)火山碎屑岩及熔岩,可含少量玄武岩。 矿 体产于绿色凝灰岩中,自下而上可分为: ——细脉浸染状的硅矿:主要矿物是石英、黄铜矿、黄 铁矿; ——黄矿——主要由块状的黄铁矿、黄铜矿构成。 ——黑矿——主要矿物为方铅矿、闪锌矿、重晶石,具 块状、角砾状的构造。 另外矿体上部及侧翼可出现重晶石层、石膏层。
围岩蚀变分带:自中心向外依次为硅化、绢云母化、绿泥石化、泥 化(蒙托石-沸石化)。 主要金属为铜、铅、锌,常伴生银。

典型黑矿矿床的理想剖面图

3、火山沉积矿床
(1)概念: 火山活动所携带的固体气体和液体物质, 一旦进入水盆地中后即与海水、湖水等发生作 用并沉积下来称为火山-沉积作用,由这种作 用所形成的矿床叫做火山-沉积矿床。

火山喷发活动所携带的组分,除气体和液体外, 还有大量固体物质,当其落于海盆地或湖盆地中时, 与海水湖水作用后必然会从其中淋滤出许多易溶组 分而形成含矿溶液,它们与火山气水热液一起,随 着水流运移,搬迁至平静的海湾或湖湾中聚集下来 沉积,形成矿床。 这样,当火山沉积作用在距火山口较近的地方, 火山活动的迹象则保留甚少,甚至显示正常的沉积 特征。 由此可见,火山沉积矿床的物质来源主要为各 种火山喷出物(固、气、 液),而成矿作用则是在 外生的水体环境中进行的,因此火山沉积矿床既具 有内生-火山成矿作用特点,也具有外生-沉积矿床 的特点。

(2)矿床特点
——分布:矿体常分布于火山碎屑岩中(主要是凝 灰岩)也有产于正常沉积岩中者,而往往沿水平 方向逐渐相变为各类火山岩,在垂直方向上均可 见到火山岩类沉积物。 ——矿体:规则的层状、似层状、大的透镜状、延 伸大、与上下层位呈整合关系,与火山岩、火山 沉积岩互层,显示同生沉积的特点。 ——矿石:以低价氧化物及硫化物为主,富含K质或 Na质,具特征的纹层状、条带状和浸染状,有时 具块状、网脉状、豆状、鲕状等内、外生矿床的 矿石组构特点。

(3)矿床类型:
-陆相火山沉积矿床,规模小,分布少,如 东南亚,印尼等。 -海底火山沉积矿床:是在水下一定深度的 海底进行的,规模大,分布广,工业意义巨大, 有Fe.Cu.Pb.Zn.Ag矿床等。例如甘肃省镜铁山 铁矿床最为典型。许多沉积变质型Fe(Cu)矿床 等,也可归入此类。

思考题
1、火山气液矿床有何特征及重要矿床类型? 2、陆相火山(浅成低温)热液型金矿床产于何 种地质构造环境?含矿岩系及矿床有何特征? 3、斑岩型铜矿床产于何种地质构造环境?含矿 岩体及矿床有何特征? 4、海相火山(次火山)热液型块状硫化物矿床 有何共同特征?可进一步分为哪些类型?地质 构造环境及特征有何不同?

参考文献
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地球的力量 地球四种伟大的能量--火山、大气层、冰川和海洋 这就是我们的星球-...火山对地球的贡献不仅仅如此,有助于留住大气层内的热能。约 6 亿年前,火山最...
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