2001年矿床地质
MINERAL DEPOSITS第20卷第4期
文章编号：0258-7106（2001）04-0323-08
块状硫化物矿石中硫化物的压溶和增生及成矿意义
———以加拿大西部矿床为例!
因果的真相顾连兴1Ken R.McCia y2周继荣3吴昌志1（1南京大学地球科学系及内生金属矿床成矿机制国家重点实验室，江苏南京210093；2De p artment of Geoio gy，Ro y ai Hoiiowa y，Universit y of London，E g ham，Surre y TW200EX，U.K.；3地质出版社，北京100083）
摘要加拿大西部块状硫化物矿石普遍地发生过硫化物的压溶和增生。增生作用根据增生体的成分可以分为同质增生和异质增生，根据动力环境可以分为静态增生和动态增生。三晶嵌接结构可以是静态增生的产物。压溶和增生是块状硫化物矿床成岩和变质过程中的重要作用。脉石矿物的压溶可使原生矿石就地加富，硫化物的压溶可使成矿物质发生再活化。增生可促进矿质沉淀。富含硫化物的地层之所以能成为地球化学障而有利于后期热液叠加和层控矿床的形成，硫化物晶芽的增生是一种重要机制。
关键词黄铁矿压溶增生再活化块状硫化物层控矿床
中图分类号：P571；P578.2文献标识码：A
自从McCia y等（1977）发现了沉积岩中硫化物的压溶以来，研究人员对层控金属矿床中硫化物的压溶作了大量研究，认为压溶可能在成岩作用的早期就已经开始，并是低级变质过程中硫化物塑性变形的一种重要机制（McCia y et ai.，1983；CoX，1987；Marshaii et ai.，1987；McCia y，1991；Gu et ai.，1992）。至于增生，早已有大量文献描述（Stanton，1972；S p r y，1979；Barker，1990；Ramsa y，1983），但是，前人对压溶和增生的成矿意义尚未充分认识。本文将在研究加拿大西部块状硫化物矿床的基础上，阐明压溶使原生矿石就地加富并使成矿物质发生再活化的机制，并探讨硫化物增生在层控矿床形成过程中的作用。
1矿床地质特征
Faro和Tom锌铅矿床位于育空地区，而Drift-p iie和Cir g ue矿床位于不列颠哥伦比亚省西北部（图1）。这些矿床产在古北美克拉通西缘古生代Seiw y n 盆地和Kechika海槽中（Carne et ai.，1982），含矿岩系分别是寒武系千枚岩（Faro矿床）和泥盆系海相碎屑岩、黑色页岩和碳酸盐岩（Tom矿床，Drift p iie 矿床及Cir g ue矿床）。主要的硫化物矿体均呈层状或透镜状，其矿石以块状和层纹状为主。Tom矿床西矿带南端层状矿体下方还发现了作为海底热液通道的脉状和角砾状矿化（McCia y，1991）。这些矿床的矿石矿物主要有黄铁矿、方铅矿和闪锌矿，局部地段存在磁黄铁矿
和磁铁矿；脉石矿物有碳酸盐、重晶石、石英和粘土矿物。前人研究表明，这些矿床是克拉通边缘盆地中形成的块状硫化物矿床（Carne et ai.，1982；McCia y，1991；Jonasson et ai.，1987），矿床及其围岩的变形和变质发生在晚侏罗世至中白垩世，变质程度达低级绿片岩相。
为了研究矿石中硫化物的结构特征，笔者将全部矿石光片用!（HNO
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浸蚀后，在矿相显微镜下进行观察。
黄铁矿的原生结构主要有微晶结构、莓球和球粒结构（Gu et ai.，1992）。黄铁矿微晶多为半自形至自形，粒径1~8!m。莓球直径变化于5~150!m 之间，其中可含有20~30个呈细胞状排列的黄铁矿微粒。球粒中有相当一部分呈菊花状，直径多为10 ~50!m
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，其构成往往是一些棒条状的黄铁矿围绕一!本文为国家自然科学基金（49773194）和英国国务院访问学者基金联合资助项目成果
第一作者简介顾连兴，男，1944年生，南京大学地球科学系教授，博士生导师，从事矿物学、岩石学、矿床学专业教学和研究工作。
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收稿日期2001-05-14；改回日期2001-08-10。李岩编辑。
图1加拿大西部古生代盆地主要块状硫化物型铅锌矿床分布图（据Carne et aI.，1982）Fi g.1LOcatiOns Of ma Or massive suI p hide Iead-zinc de p Osits in PaIaeOzOic basins Of western
Canada（data frOm Carne et aI.，1982）
个或几个黄铁矿莓球或黄铁矿自形单晶（图2a）呈放射状排列，放射状排列的外层通常比其核心更易受到硝酸的浸蚀。
2硫化物的压溶结构
压溶又称CObIe蠕变，是指岩石发生变形时，其中处于高应力部位的易溶物质被溶解，并通过间隙流体的扩散而转移到低应力部位重新沉淀下来的过程（McCIa y，1977）。加拿大西部块状硫化物矿石中的如下常见结构，表明矿床中的硫化物曾经发生过显著的压溶：
（1）莓球或球粒之间相互嵌入，其接触面呈弯曲状、波状或锯齿状，形成缝合线（图2b），表明压力在这里造成了硫化物的强烈溶解。先形成的莓球或球粒可被后期黄铁矿或其他矿物颗粒嵌入或贯穿，表明来自后期矿物的压力使莓球发生了溶解。
（2）有些黄铁矿单晶可在一个方向上受到溶蚀而在另一个方向上增生，致使颗粒呈透镜状。在图2c中，一个黄铁矿颗粒左右两侧的增生部分与原有颗粒边界十分清晰。这种结构明显展示了物质从高
应力部位向低应力部位的转移。
（3）虽然较粗粒的矿石对于压溶并不灵敏（Rut-ter，1983；COX，1987；Lehner，1990；S p iers，1990），但仍可见到明显的压溶现象。在图2d中，上方的一个黄铁矿颗粒压入了下方的颗粒，使下方颗粒产生垂向张裂，并在两者的弧形接触面上形成由细粒黄铁矿残留体构成的压溶线（p ressure sOIutiOn am）。
（4）压溶线的存在表明在应力作用下易溶矿物的优先溶解和难溶矿物的相对聚集（Ramsa y et aI.，1983）。尤其在由黄铁矿和（或）闪锌矿与碳酸盐和（或）硅质构成的矿石中，后两者在应力集中处的优先溶解，往往使黄铁矿和（或）闪锌矿聚集成压溶线。压溶线既可较平直，也可呈波状弯曲或交织成网状，其厚度从数微米到数毫米不等，既可与层理平行，也可与层理垂直或斜交。有时，大量相互平行的压溶线使矿石呈现条纹状的外貌（图2e）。
（5）当黄铁矿莓球微层与硅质和（或）碳酸盐微层相间而构成层纹状矿石时，若这种矿石发生揉皱，则可见到压溶使易溶的脉石条带在微褶皱翼部强应力处变薄，莓球聚集成压溶线，并使层理被劈理置换
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图2
加拿大西部块状硫化物矿石的压溶和增生结构
Fi g .2
Pressure soIution and over g rowth textures of massive suI p hide ores in western Canada
（aII sam p Ies etched with nitric acid ）a .黄铁矿立方体微晶和莓球的两阶段增生。微晶外围黄铁矿增生体的晶面与基体晶面平行；
莓球外围的黄铁矿棒条状增生体呈放射状生长。Drift p iIe 矿区。b .黄铁矿莓球的增生和球粒的压溶。球粒由棒条状黄铁矿增生于莓球外侧而成，视域中部两个球粒的增生部分已因压溶而消失，并形成锯齿状的缝合线。Drift p iIe 矿区。c .黄铁矿颗粒因南-北方向的压溶和东-西两侧的增生而呈透镜状。Drift p iIe 矿区。d .两个黄铁矿颗粒的碰撞和压溶。弧形接触面上有细粒黄铁矿的压溶线，
下方的颗粒因受压而发生南-北方向的张裂。Faro 矿床。e .莓球状黄铁矿矿石中平行排列的压溶线。因脉石矿物的优先压溶而使黄铁矿莓球在强应力处相对聚集成亮带。矿石中的层理已被劈理所置换。Cir g ue 矿区，抛光面。f .揉皱状黄铁矿矿石的压溶。
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黄铁矿条带由大量莓球构成，压溶使脉石矿物条带在强应力的微褶皱翼部变薄，莓球聚集成明亮的压溶线，并使层理被劈理置换。Faro 矿区，抛光面
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23第20卷第4期顾连兴等：块状硫化物矿石中硫化物的压溶和增生及成矿意义
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续图2
Fi g.2（Cont.）
g.球粒状矿石剪切带中的压溶。视域两侧为未受剪切的球粒状矿石。球粒的核心为较难浸蚀的黄铁矿自形单晶或莓球，外部为极易浸蚀的放射状排列的黄铁矿。视域中部为南北方向的剪切带，其中球粒的外部已被溶解而仅残留其核部高反射率的黄铁矿莓球或立方体微晶，部分黄铁矿莓球已被拉长或解聚。Faro矿床。h.黄铁矿颗粒的剪切压溶和增生。视域中三个较大的黄铁矿颗粒在南-北方向上发生压溶而在东西方向上增生，故成透镜状。增生部分与原颗粒界线清晰。三个颗粒的排列方式表明矿石曾受左旋剪切应力作用。Faro矿床。i.黄铁矿球粒的动态增生。增生体沿球粒的东、西两侧定向排列。增生部分比球粒本身更难受到浸蚀。Cir g ue矿床。j.黄铁矿的静态增生。核部黄铁矿因易受浸蚀呈黑色。增生部分的颗粒边界两面夹角多呈l20 ，形成三晶嵌接结构。Tom矿床。k.黄铁矿微晶的两个世代增生。增生体晶面与基体晶面呈45 夹角。Drift p iie矿床。l.黄铁矿微晶（白色）和球粒上的闪锌矿增生体（深灰色），呈南北方向排列。
Drift p iie矿床
（图2f）。
（6）矿石如果受到剪切作用，则常可见到剪切带中硫化物的强烈溶解现象。图2g为球粒状矿石，其核心由较难浸蚀的黄铁矿莓球和立方体构成。图2g中部为南北方向的剪切带，此带中球粒的放射状易浸蚀部分已被溶解殆尽，仅留下核部高反射率的黄铁矿莓球和立方体微晶，多数莓球因受剪切变形的影响而成透镜状或长条状。图21中有三个黄铁矿颗粒，均包括一个中部的原生单晶和两侧的增生部分，其核心单晶的浑圆状和透镜状形态表明这些单晶曾受到过接近南北向的压应力所造成的压溶，其雁行排列方式和东、西两侧的增生表明该压应力可能为北东向左旋剪切力的派生产物。
~eaId（1955）的研究表明，由压力引起的不同矿物溶解度加大的程度，按如下顺序递增：锆石和黄铁矿（最小），榍石、电气石和胶磷矿，云母、绢云母和粘土矿物，长石，石英，方解石，赤铁矿（最大）。上文所列的证据表明，在硫化物矿石中，不但脉石矿物可以发生强烈压溶，就是~eaId顺序中最难溶的矿石矿物黄铁矿，其压溶效应也不容忽视。
3硫化物的增生结构
吃山药会过敏吗增生可以发生在不同的地质作用下。就成分而言，增生物质既可以围绕同成分的矿物沉淀，也可以在另一种矿物的表面淀积（Gar y et aI.，1973）。
就应力环境而言，增生可以有两种方式。一种在岩石中具有一定方位，增生产物的延长方向大致对应于最小主应力方向或剪切带的S面理方位。图21中三个黄铁矿颗粒两侧增生部分的延长方向大致相当
于北东向剪切的S面理。在图2i中，后期黄铁矿主要增生于基体黄铁矿球粒或单晶的左右两侧，表明增生过程发生于南北向的压应力条件下；与明亮的增生部分相比，基体黄铁矿因易受硝酸浸蚀而反射率降低。图21和2i中的增生作用均发生于定向应力条件之下，可以称为动态增生。这种增生可能是矿床变质和变形过程中的产物。
与图21及2i不同的是，图2a、2b、2和2k的增生黄铁矿无一定优选方位。在图2a中，两个不同世代的黄铁矿或者呈柱条状围绕一个黄铁矿莓球呈放射状增生，或者使原有的自形黄铁矿微晶次生加大。黄铁矿莓球的增生可有两种方式，除了图2a和2b 中围绕整个莓球增生的方式外，有时还可见到流体渗入莓球内部，使黄铁矿增生于各微晶之上，其结果使莓球发生膨胀。在图2k中黄铁矿立方体也经历了两个世代的增生。第二世代增生黄铁矿的晶面在图2a和2中与基体黄铁矿晶面平行，而在图2k中则与基体晶面呈45 夹角。这可能取决于增生过程中溶液物理化学条件的差异，这种差异控制了黄铁矿不同晶面的生长速度。这种黄铁矿无优选方位的增生，表明增生作用发生在无定向应力的条件下，可以称为静态增生。这种增生应是成岩阶段的产物。房贷年利率
在由单矿物组成的岩石或矿石中，矿物颗粒边界平直镶嵌的结构常被视为退火结构，而两面夹角呈120 时的三晶嵌接结构（顾连兴等，1990）则通常被认为是退火达到了平衡的产物，因而被称为退火平衡结构（Stanton，1972；Crai g et aI.，1993）。然而，图2中增生于易浸蚀的黄铁矿基体之上的黄铁矿亮晶也具有平直的边界，并且相当一部分两面夹角也呈120 。由此可见，三晶嵌接结构并非退
火平衡所独有，无定向应力条件下的静态增生也可形成这种结构。
以上照片中的增生产物与基体成分相同，即是所谓同质增生（s y ntaxiaI over g rowt1）（Ramsa y，1983）。从各同质增生照片可以看出，基体部分通常比增生部分易受浸蚀，因而反射率较低，这种特征酷似白云石中常见的雾心亮边结构（余志伟，2000），其形成可能是因为成岩晚期流体比早期流体溶质浓度低，沉淀速度慢，产物所含晶内杂质和缺陷较少的缘故。另一种情形是增生产物与基体成分不同，即是所谓异质增生（antitaxiaI over g rowt1，Ramsa y，1983）。在图2I中除了可以见到黄铁矿增生于黄铁矿之上外，还可以见到闪锌矿选择性地增生于黄铁矿之上。增生产物同光片中的脉石矿物一样，大致呈南北方向排列，表明该光片中的增生是在应力作用下的动态增生。在Drift p iIe和Cir g ue矿区常见到闪锌矿和方铅矿围绕黄铁矿莓球，或者棒条状黄铁矿围绕一个闪锌矿核心呈放射状增生而构成的球粒。尽管这些矿区铜含量甚低，但仍可见到黄铜矿增生于黄铁矿之上的现象。矿床中普遍存在裂缝发育的黄铁矿，这些裂缝如被后期矿物充填，则最常见的充填物是黄铜矿，其次是闪锌矿和方铅矿，脉石矿物通常较少。黄铜矿和其他硫化物的优先充填显然缘于它们与黄铁矿的较强亲合性。在异质增生过程中，增生体与基体在晶体化学和结构上的匹配误差，可由周期性的位错来补偿（S p r y，1979）。
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第20卷第4期顾连兴等：块状硫化物矿石中硫化物的压溶和增生及成矿意义正高级职称
