开通VIP，畅享免费电子书等14项超值服
首页
好书
留言交流
下载APP
联系客服
作者: 叶天竺,吕志成,庞振山等编著
出版社：地质出版社
更多内容点击阅读原文
成矿分带研究对找矿预测意义重大，通过矿床区域分带可以指导区域预测，通过矿床分带可以预测深边部成矿元素的变化和隐伏矿体的存在。
一、矿床分带
热液矿床分带是指在区域（一般指三级成矿区带）、矿床（田）和矿体的范围内，矿床类型、矿化元素、矿物成分、化学成分、矿石结构构造、元素组合在空间上的变化规律。热液矿床的分带现象十分普遍，常常造成与单一矿床或一定区域内的一组矿床有关的矿物或元素在空间上的有序分布（姚凤良和孙丰月，2006）。
早在1900年，德朗就拟定了热液矿床的三元分带性，由锡-铋-钼矿化经过铅-锌-银-镍-钴矿化过渡到“矿囊”金矿化和汞矿化。Д.科林斯在1902年阐明了英国Cornwall铜矿石为锡矿石和钨矿石所代替的分带性。Ж.沃勒在1904年描述了塔斯马尼亚的希姆斯克矿田带状构造。Д.斯佩尔在1907年、1909年、1912年、1923年描述了岩浆期后矿床的原生分带性。B.艾孟斯在1924年发表了众所周知的关于含金矿脉内生分带性的著作。此后，C.斯米尔诺夫、А.克罗缪夫、Я.库京纳对矿床分带规律进行了研究。我国学者郭文魁、冯钟燕、陈毓川、翟裕生、姚凤良等对矿床的分带性进行了研究。
矿床分带规律研究对找矿预测意义重大，通过对矿床区域分带的研究，可以指导区域找矿预测。通过对矿床分带规律的研究，可以预测矿床深边部成矿元素及矿化类型的变化，指导深部找矿。矿床分带从规模和尺度上，可表现为区域矿床分带、矿田（床）分带和矿体分带，在空间上表现为水平分带和垂直分带。
（一）区域矿床分带
区域矿床分带是指在同一构造单元和区域成矿地质条件下，由同一构造岩浆活动（或同一构造岩浆活动的不同期次）所形成的同矿种不同矿床类型或不同矿种矿床的区域分带。我国长江以南地区，矿床区域分带现象相当清楚，在1920年出版的《中国矿产志略》中就分出了汞带、锑带、铜铅锌带和锡（钨）带。我国长江中下游地区与中生代岩浆热液有关的矽卡岩型矿床，自西向东矿化元素表现为铁-铁（铜）-铜（铁）-铜（铅锌）-铅锌（铜）的空间分布规律。在美国阿帕拉契亚山南段区域内，矿床空间分带十分明显，区域的中央为金-黄铁矿带，有金矿和黄铁矿矿床；往西分布着磁铁矿和黄铁矿矿床；再往西是磁黄铁矿和黄铜矿矿床；更往西是铅锌矿床；最西边是重晶石矿床（冯钟燕，1984）。在欧洲西北部华力西成矿区带中，可以看到金属矿产的区域分带（图2-50）。
（二）矿床（田）分带
矿床（田）分带指同一个矿床或矿田范围内，由同一个成矿地质体形成的矿床组合、矿化样式的平面和垂向分带。这种空间分布规律往往通过相距不远的矿床组来表现，在热液矿床中经常见到，例如江西南部钨矿床、云南个旧锡矿等，围绕某一侵入体周围，一系列矿床呈规律的带状分布。最典型的例子是英国康瓦尔地区Devon锡铜矿床（图2-51），矿脉和脉旁蚀变围岩中矿化的分带现象已经为人所知一百多年，并用来指导勘探工作。沿矿脉走向和倾斜都有清楚的分带，矿脉中的大量元素、少量元素和微量元素都反映矿物是随着离成矿母岩的距离增大而顺序沉淀的。围绕着成矿岩浆源，从内向外，可以依次看到Sn带、Cu带、Pb-Zn带、Fe带（图2-52）。各带的界面，并不与花岗岩-沉积岩界面平行（冯钟燕，1984）。我国江西南部钨矿床的垂直分带也很明显。根据高温气液的氧化物与中温硫化物的空间关系划分为顺向分带和逆向分带两个类型；①顺向垂直分带：该区少见的分带，如漂塘矿区Ⅱ、Ⅲ两个阶段的矿脉，由于受矿质浓度及温度等其他因素的控制，在结晶沉淀过程中，浓度较大的氧化物发育于中下部，硫化物发育于中上部，从而形成顺向分带；②逆向垂直分带：该区钨矿床中的一种普遍现象。常见的特点是：在矿床的垂向剖面中，其分带表现为上部以绿柱石、锡石、黑钨矿等硅酸盐和氧化物为主，中部则为黑钨矿、锡石的氧化物与硫化物共生，下部以硫化物及碳酸盐占优势（如：大吉山、西华山、大龙山等）（翟裕生等，2011）。云南个旧锡矿，可以看到下列分带现象：花岗岩岩体中心→锡石-云英岩带→锡石→石英脉带→锡石→绿泥石→硫化物带→锡石-方铅矿-闪锌矿带→方铅矿-黄铁矿-碳酸盐带（冯钟燕，1984）。
（三）矿体分带
矿体分带指沿矿体走向、倾向和矿体厚度方向，矿石物质成分（矿化元素及组合、矿物组成及组合）及矿石结构构造作有规律的变化。矿体分带是单个矿体中的矿化特征的依次更替变化。如湖南水口山铅锌矿床，矿体上部以方铅矿为主，中部以闪锌矿为主，下部铅锌矿减少，黄铁矿增多。又如安徽铜官山矿床的老庙基山矿体，由接触带向外的水平分带依次为：含铜磁铁矿矿石-黄铜矿、磁黄铁矿矿石-黄铜矿、黄铁矿矿石及胶状黄铁矿矿石（翟裕生等，2011）。斐济的Emperor金矿是个典型例子，在一个主要的富矿体中，金银碲化物垂直分带，Ag/Au比值随深度增加（冯钟燕，1984）。日本的黑矿矿床，向上和向外都可看到一个普遍的分带顺序：Fe→（Sn）→Cu→Zn→Pb→Ag→Ba，这种分带是同生热液分带（冯钟燕，1984）。德国和波兰的二叠纪含铜页岩是静海环境中形成的沉积同生硫化物矿床，分带现象与古地理（古地球化学）环境有关，分带的形式是Cu+Ag→Pb→Zn，Cu+Ag带离海岸最近，Zn带最远（冯钟燕，1984）。
在部分矿床中，出现逆向分带。逆向分带指较低温度条件下形成的矿物组合位于矿床或矿体下部，高温矿物组合则在上部，如赣南钨矿上部以锡石为主，中上部以黑钨矿为主（属高温矿物组合），下部则以辉钼矿、辉铋矿、黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿等硫化物为主（属中或中高温矿物组合）（姚凤良等，2006）。
矿体的分带性表现为分带的结构、方向性和清晰程度。
1.分带性结构
分带性结构是受不同成分带的依次更替所决定的。这种更替可以是重复出现（在矿体范围内某一种成分的带交替出现）的，也可以是不重复的（在矿体范围内每一带的成分和以前按顺序形成的所有带成分都不同）。重复性分带可以沿对称或不对称结构的矿体的厚度方向上观察到，这种结构是和金属矿物在容矿空洞壁上按顺序沉淀有关，或者和交代作用时形成的成矿组合依次形成的带有关。矿体平面上的重复分带性是由一组矿物组合充填的矿柱依次更替造成的，这些矿柱之间的间隔堆积了其他矿物组合，特别是不含金属矿物的矿物组合。
不重复分带性指矿体范围内一些矿物组合为另一些矿物组合所代替，而前者不再重复出现。这种组合可以是几个，但在矿体范围内通常不多，多数为两个，较少见的为三个，多于三个的则更少见。它们都是组成该矿体的典型矿石组合，同时又是属于该矿床按顺序沉淀的矿物综合体。
2.分带性的方向
矿石的分带在四个方向上出现：陡倾矿体沿它们的最大厚度方向最常出现分带结构；沿矿体倾斜方向上出现矿石的分带结构；沿矿体走向方向上出现矿石的分带结构；在矿体倾向和走向上同时出现矿石的分带结构。其中矿石成分沿倾斜方向上出现的分带性比其他方向更常被发现，几乎所有的铅锌矿床中，随深度的增加，沿倾斜方向上可以观察到闪锌矿数量有所增加，铅锌矿石被锌铅矿石取代。倾向分带现象在热液型铜钼矿床、锡矿床、金矿床、铀矿床等都有所报道。我国南岭地区钨矿的“五层楼”模式属于矿石结构、构造沿深部出现分带的典型案例。A.索洛沃夫指出，由于各种元素在多金属矿床中的分带性特点不同，它们的含量比例由矿体上部向下部发生变化，根据稳定而单调变化的元素的比例，可以对深部矿体进行预测，这也是勘查地球化学利用原生晕对深部矿体进行定位预测的理论基础。矿石成分沿矿体走向有分带性变化的情况是很少见的，保加利亚罗先矿床Ⅲ矿脉可以作为该类分带性的例子。根据А.托多罗夫的资料，该矿脉沿走向方向可观察到磁铁矿-赤铁矿矿石变为黄铁矿矿石，进一步变为黄铜矿-辉钼矿矿石，最后变为碳酸盐矿石。美国亚利桑那州马格马矿脉走向的一端集中了早于其他矿物沉淀的闪锌矿，而另一端集中了较晚沉淀的黄铜矿和斑铜矿。加拿大魁北克省万马克矿山6号矿脉中，所有的金都集中在矿脉长轴的中央部分，而翼部则由无矿石英-碳酸盐-黄铁矿-电气石矿物组成。矿石成分既沿矿体走向又沿倾向发生分带变化，因而不同的矿物组合在矿体面上造成同心带状分布的现象则更少见。俄罗斯远东某些锡矿床的矿体结构中发现同心分带性，矿脉面上的中央部分由石英-锡石矿石组成，稍远追索到黄铁矿-磁黄铁矿矿石带，更远为含细粒锡石的多金属矿石，最后矿脉的边部由石英-碳酸盐矿物组成。
3.矿体分带的清晰程度
矿体分带的清晰程度取决于一种成分的带向另一种成分的带转变的界限性质。界限可以是微观的矿物化学成分渐变界限，也可以是宏观的矿物组成的明显变化。
二、元素分带
元素分带是矿床分带在化学成分上的具体表现。在矿床或矿田范围内，元素分带具体表现为不同成矿元素和伴生元素在平面的空间分布。在矿体尺度上，表现为元素出现轴向分带和水平分带。根据矿床元素分带特征，可以作为深部找矿预测的重要手段。
关于元素分带的具体内容详见第六章第三节。
三、矿床分带的影响因素
矿床分带是客观存在的，影响这种分带的因素较为复杂。概括起来可分为两种：一种为外因，即大地构造特征及大陆动力学环境、成矿物理化学条件（如温度、压力、氧化-还原条件等）、成矿作用时间和期次、围岩性质、地质构造等因素；一种为内因，即各种物质成分的地球化学习性（如元素离子电位和平衡常数）、含矿热液的浓度和性质、成矿物质的来源等。
自然界成矿过程中，成矿流体在开放体系中，成矿分带往往是以上两种因素影响的综合结果，即受到复杂的温度、压力、pH值、E h值变化的影响。对每个成矿分带来讲，各种因素所起的作用又是不相同的，必须从实际情况出发，分析成矿分带的原因。
1.大地构造特征及大陆动力学环境
大地构造分区特征和拉张、会聚、碰撞、造山等动力学环境，直接影响着大地构造分区引起的成矿分带。
2.成矿物理化学条件
内生矿床常常以温度、压力变化影响大，外生矿床常常以氧化还原条件影响大。
实例1.内生矿床：如大兴安岭地区钼铅锌（银）组合，西藏冈底斯铜（银）金组合，西藏林周-江达地区金铅锌组合，湘中锑金钨组合，湘南钨锡钼（铋）铜铅锌组合，浙西、皖南钨钼铅锌银组合。
实例2.外生矿床：如滇中砂岩铜矿、赤铁矿、斑铜矿、辉铜矿、黄铜矿、黄铁矿组合，中国北方砂岩型铀矿。
对于矿床（田）分带和矿体分带，温度的影响是显著的。含矿气水溶液从深部上升的过程中，由于地温梯度，温度自下而上不断降低，溶液中结晶温度高的矿物先沉淀，并依次沉淀中温到低温的矿物。或由于侵入岩体热的影响（由侵入体向外，围岩中的温度不断降低），高温矿物一般位于下部靠近侵入体，中低温矿物沉淀其上或在离侵入体较远部位。因此，围绕侵入体在空间上出现了矿床的原生分带（翟裕生等，2011）。
对于矿床（田）分带和矿体分带，氧化-还原条件的影响也是显著的。在某些矽卡岩铁矿中，矿体上部以赤铁矿为主，向下过渡为磁铁矿矿石，再向下黄铁矿、黄铜矿等硫化物增加，最深处甚至为磁黄铁矿矿石所替代。这种带状分布与含矿溶液沉淀时所处的氧化-还原环境有关，即上部为氧化环境，下部逐渐过渡为还原环境（翟裕生等，2011）。
3.元素在热液中的地球化学行为
（1）离子电位
离子电位影响元素分带，在矿区（田）和矿床分带中影响显著。一般情况下，离子电位大的阳离子距离成矿地质体位置近，离子电位小的阳离子距离成矿地质体远。下面举例说明地质事实：斑岩型铜钼矿床，其外带经常伴生Cu、Pb、Zn、Ag、Au矿化，如果确认属于同一成矿系统，而且在同一成矿作用过程中形成，其离子势（电位）如下：Au +0.73，Ag +0.79，Pb2+1.67，Cu +1.04，Zn 2+2.70，Cu 2+2.90，Au 3+3.53，Pb 4+4.76，Mo 4+5.88，Mo6+10，如果地质事实为Mo→Cu→Zn→Pb→Ag→Au分带，则络合物阳离子为Mo 4+→Cu2+→Zn 2+→Pb 2+→Ag +→Au +；如果出现Ag、Au相反，则应为Au 3+→Ag +；如果出现Cu、Pb、Zn相反，则应为Zn 2+→Pb 2+→Cu +，在此我们把“稳定”的表述理解为优先形成的稳定矿物。这就是成矿元素分带过程的基本原理。
（2）矿物或化合物溶度积常数
矿物溶解度指达到溶解平衡时，单位体积溶液中可溶解的固体矿物的摩尔数。这是度量矿物形成的溶解度平衡常数。由于不同矿物的常数不同，而形成矿物分带。
（3）元素在共存相中的分配
有学者认为，成矿元素围绕岩体呈同心圆带状分布受成矿元素在硅酸盐熔体和流体共存相中的分配控制。元素的分配系数大意味着它们在流体里的浓度大。高温流体沿断裂带、岩石的微裂隙和层间滑动面运移，在远离岩体的合适环境里，流体中的矿质沉淀，富集成矿。显然，在流体向岩体外围运移过程中，一些成矿元素被分散在微裂隙中。分配系数大的成矿元素分布在远离岩体的部位，分配系数小的成矿元素分布在岩体中或其附近。Nb、Ta的分配系数最小，故它们主要在花岗岩体中形成岩浆矿床。Cu、Pb、Zn的分配系数较大，因而它们多在远离岩体的地方形成矿床。W、Sn、Mo的分配系数比Nb、Ta的大，但比Cu、Pb、Zn的分配系数小，所以它们在岩体附近或岩体中分布。
由于气水热液矿床是多阶段形成的。这种多阶段性又与构造裂隙的多次活动有关。在不同阶段所形成的构造裂隙系统内，依次沉淀出不同的有用组分。每一次含矿溶液由于成分不同，形成不同的矿物组合，它代表一个成矿阶段。由于各阶段形成的产物在空间分布上的差异，因而形成矿床分带（翟裕生等，2011）。同期次快速成矿易形成多元素分带型，多期次缓慢成矿易形成多元素叠加型，同元素叠加改造型一般由于不同构造旋回叠加作用而形成。
另外，在多元素共伴生矿床中，经常出现不同成矿元素根据其离子电位大小，在多期构造活动过程中分阶段成矿，同时在空间上形成成矿元素分带。例如：斑岩型铜矿，岩体深部出现少量辉钼矿，向上以黄铜矿为主，向外接触带依次为闪锌矿、方铅矿、金（银）矿。在空间呈显著的过渡分带，在期次上为先后分阶段关系。
如在南岭地区，与酸性花岗岩有关的主要为钨、锡、钼等矿床，与中酸性岩有关的为铜、铅、锌矿床；与碱性岩有关的为稀土元素矿床。大兴安岭北段额尔古纳陆块区以铅锌+银±金组合为主，大兴安岭中段以铅锌±银组合为主，扬子陆块南缘以钨+钼±铅锌组合为主，胶东、辽吉、冀东北、小秦岭金矿等地区分布都和前寒武纪基底有关等，都与岩石圈浅部结晶基底和盖层物质成分特征存在密切的关系。
6.围岩
对热液矿床分带，围岩也起一定的作用。如有的矿脉穿过大理岩和片岩的互层时，矿脉的成分有明显的不同。在片岩层内基本为石英组成，而方解石、黄铁矿、磁黄铁矿、黄铜矿和方铅矿极为少见；反之，当矿脉穿过大理岩岩层时，矿脉则由石英-方解石组成，并富含白钨矿。又如湖南瑶岗仙钨矿床，在砂页岩与碳酸盐岩石接触带上形成矽卡岩型白钨矿矿石，而在铝硅质岩中则形成黑钨矿石英脉型矿石（翟裕生等，2011）。
四、矿床分带的成因及研究意义
矿床分带现象复杂多样，因而有各种各样的成因解释，概括起来主要有以下几种。
1.地热分带说
地热分带说最早由美国学者W.H.艾孟斯提出，他认为当花岗岩岩基侵入后，从中分泌出来的含矿热液向上或向旁侧移动时，由于温度和压力的降低，含矿溶液中所溶解的矿质，便会按其溶解度大小相反的次序逐次沉淀出来。首先沉淀的是最难溶的化合物，然后依次沉淀。这一观点强调温度是矿质自含矿溶液中沉淀的最重要因素，因而形成了高温矿物组合靠近岩基，而低温组合远离岩基的分带现象。根据这一认识，由岩基自内向外或由下而上，排列出一个矿物沉淀顺序：①无矿带；②Sn；③W；④Bi-Mo；⑤As；⑥Au；⑦Cu-U-Ni-Co；⑧Cu；⑨Zn；⑩Pb；⑪Ag；⑫无矿带；⑬Au-Ag；⑭Sb；⑮Hg；⑯无矿带。显然，这个分带是理想的、综合性的，是一种顺向分带。自然界中任何一个地区都找不到这样完善的分带系统，但其中部分顺序可在许多地区分别见到。
艾孟斯还认为，如果出现相反现象，即逆向分带，主要是由于某些金属盐类的特殊高的浓度，使得较易溶解的盐类反而先于较难溶解的盐类发生沉淀而成的。
2.脉动分带说
脉动分带说由原苏联C.C.斯米尔诺夫提出，他认为地热分带只考虑含矿溶液在空间上的变化，而未考虑在活动时间上的变化。他认为在侵入体附近的矿床或矿体，不是由同一种含矿溶液，而是由不同时间活动的不同成分含矿溶液形成的。这些含矿溶液是由矿源经过一定的时间间隔，一次又一次地沿成矿期构造上升所造成的，因而具有脉动性质。早期溶液沿裂隙上升，裂隙被沉淀后的矿质充填，通道被堵塞；经过若干时间，构造活动又产生新裂隙或重新张开旧裂隙，又为新的矿液开辟了通道；之后又被充填堵塞。这样的反复活动类似脉搏跳动一般，故造成的分带称为“脉动分带”。由于溶液活动间隔，其性质、成分和温度均发生了变化，于是在同一矿体或矿床内就可生成不同阶段的矿物共生组合。
脉动分带说可以较好地解释逆向分带，也可以说明不同阶段矿物组合的穿插现象，但未能说明造成构造、热液活动的原因，对确实存在的顺向分带现象也未作必要的解释。
3.沉淀分带说
沉淀分带是指成矿物质从含矿溶液中先后有次序地沉淀出来，因而在空间上造成分带现象。沉淀分带说与地热分带说不同，它主张在一个成矿阶段中或同一含矿溶液中，不同物质沉淀有先有后，在空间上有深有浅，距侵入体有远有近，从而形成带状分布。沉淀分带主要决定于元素及其化合物的性质和含矿溶液的物理化学条件。
除上述分带理论外，对分带现象的解释还有过滤分带，固定系数序列控制分带等论点。
4.双重因素成因说
涂光炽和赵振华（1999）通过对南岭地区与花岗岩有关的矿床水平分带研究，提出了矿床水平分带的双重因素成因说。一是花岗岩提供内带矿床的成矿物质W、Sn、Nb、Ta、Be及部分Pb、Zn、As和外带成矿的热量和挥发分；二是围岩地层，提供外带成矿物质Pb、Zn、As、Sb、Hg、U等，并为成矿物质沉淀提供有利的物理化学条件。根据双重因素成因模型，矿床水平分带的形成机理可概括为：水平分带区花岗岩是花岗岩浆高度分异演化的产物，其中富集Nb、Ta、W、Sn、Be等强不相容元素和挥发分。岩浆为矿床内带的形成提供了成矿物质，也为地层中活泼元素的迁移提供了挥发分和热源。围岩地层中Pb、Zn、As、Sb、Hg等成矿元素的高含量是形成矿床水平分带外带的先决条件。南岭地区泥盆纪地层不仅是容矿的空间，而且是成矿物质的来源。这种地层的分布控制了矿床水平分带的展布，并提供了亲硫元素沉淀成矿的有利介质条件。同位素研究证明，湖南东坡铅锌矿内接触带的硫同位素受单一的花岗岩控制，远离岩体分布于地层中的铅锌矿硫同位素变化范围大，并多出现负值，表明地层是矿床中硫的主要来源。
郭文魁（1963）以华南的四个金属矿床为例，从构造条件、围岩性质、变质及蚀变程度、矿物生成阶段和矿石建造等方面，探讨金属矿床原生分带的成因。他认为，矿物沉淀序列是形成原生分带的主要控制因素，同时也考虑裂隙多次张开、矿液间歇活动以及围岩组分等对分带的影响。
近年来多数学者认为，单一成因的分带（无论是地热或脉动）在矿床中并不多见，多数矿区是既有脉动分带，又有沉淀分带。在复杂的自然成矿现象中很难只突出一种因素，而忽视另一种因素，脉动分带与地热分带也难以截然分开。在脉动分带的每一次矿液的沉淀过程中，地温递变起了很大作用，而在每一次沉淀分带过程中同样有构造的脉动活动。
在不同类型的矿床中，可能一种分带机制起主导作用，而另一种则较次要。如谢格洛夫以外贝加尔为例，说明脉动分带主要出现在与浅成裂隙活动有关的矿床中，而沉淀分带主要出现在深成矿床中。拉德凯维奇提出了类似的但不甚相同的见解，他认为与热液来源地相近的矿床以地热分带为主，而远离热液发源地的矿床则常是多次成矿，表现出以脉动分带为主。
近年来对成矿热液的研究又获得大量新的资料，认为在中深到浅成条件下，岩层中的地下热卤水的活动对热液矿床的分带现象也起到重要的控制作用，如斑岩铜矿的气流模式。当存在温度差、密度差和组分浓度差的层间地下水向炽热侵入体方向流动时，水与岩体接触因加温而气化（蒸发）时，便从中析出从围岩中淋滤出的被溶物质。这一观点可以较好地解释为什么溶解度较大的物质（如Fe、Cu矿物），远比溶解度小的物质（如辰砂）更靠近火成岩体。
研究热液矿床的带状分布，不仅可以了解矿床的成因及其分布特征，同时对指导找矿勘探，正确评价矿床及其开采利用均具有重要意义。
目前，除对于矿床的矿化带状分布研究在逐渐深化外，对围岩蚀变分带规律的研究和总结也在不断深入，将两者结合起来进行研究是矿床学研究的方向之一。例如斑岩铜矿、玢岩铁矿等一系列典型矿床模式的建立，将矿化分带和蚀变分带有机结合起来，并在矿产勘查评价上发挥了重要指导作用（翟裕生等，2011）。随着综合研究的不断深化，必将促进矿床分带理论的发展。