流体活动的水-岩反应记录

(1)玄武质岩石单元半整合蚀变带:该带位于块状硫化物矿床下方1~1.5km处(Houetal.,1995),以细碧岩化玄武质岩石的硅化和绿帘石化为表征,在野外断断续续延续几公里的基性岩露头上均有表现(图3-12)。基性岩石已全部细碧岩化,呈间隐结构。辉石被绿泥石和不透明矿物(磁铁矿)所交代;斜长石被钠长石交代,但部分保留了原始的双晶面轮廓,绝大多数呈长柱状;石英、钠长石、绿泥石和方解石产出于基质中。细碧岩化说明了在硅化和绿帘石化之前,玄武质岩石遭受了较低温的水-岩反应。

呷村与嘎依穷地区的海底热水活动,尽管分别发育在不同的盆地内,但因其所处的弧间裂谷环境和海相火山活动背景的相似性,其流体-岩石相互作用形成了相似的热水蚀变系统,记录了海底热水流体系统的发育特征和循环过程。下面重点对呷村矿区的热水蚀变系统做详细描述。

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(一)蚀变类型与蚀变分带

在呷村矿区,海底热水流体活动至少形成了3种类型的蚀变系统(图3-12):①不整合蚀变,即蚀变岩筒,直接伏于块状硫化物矿体之下,位于半整合蚀变带之上,环绕上长英质岩石单元中的硅质矿发育。与日本黑矿的蚀变岩筒类似(Urabe et al.,1983;Lydon,1988);②高温半整合蚀变:主要发育于基性岩石和下长英质岩石单元底部,大约在块状矿下方1000~1500m处。它与Chisel Lake VMS矿床、西澳Panorman VMS矿床以及Noranda VMS矿床的半整合蚀变带类似(Galley et al.,1993);③低温(<25~150℃)热水蚀变:可能形成于成岩期,发育于蚀变岩筒外围远离矿体的广泛区域,与蚀变岩筒无截然边界。

1.蚀变岩筒及其空间分布

根据详细的岩相-蚀变填图和深入的钻孔-薄片资料分析,已识别并圈定了发育较好的蚀变岩筒(叶庆同等,19;侯增谦,19;Hou and Mo,1993;基等,1993)。仔细研究发现,呷村矿区至少有两个空间上部分重叠的蚀变岩筒,分别发育在矿区范围的上下两套长英质火山岩系中,并伴随着上下两层VMS多金属矿化。

(1)下部蚀变岩筒:产于矿区长英质火山岩系的中下部(图3-13),发育在12勘探线附近,围绕25号脉状矿分布。筒径较小,直径只有300m,向下延伸约500m,可能一直渗透至下长英质岩系底部。

蚀变分带:该蚀变岩筒的原岩主要为英安流纹质火山岩,蚀变类型复杂,计有绿帘石化,绿泥石化和硅化-绢云母化等。蚀变岩筒的垂向分带比较明显,自岩筒下部至上部,蚀变出现由绿帘石化带→绿泥石化带→硅化+绢云母化带的递变。绿帘石化带仅在根部局部发育,由25%绿帘石和绿泥石、次生石英、榍石及钛铁矿置换长英质岩石基质而形成;绿泥石化带发育于蚀变岩筒中下部,由绿泥石(可达60%)和少量绢云母、石英组成;绿泥石化带向上逐渐由石英+绢云母带所替代,位于蚀变岩筒上部。

在该蚀变岩筒根部及其底部英安岩系,虽然蚀变强度明显减弱,绿泥石-绿帘石带逐渐被绿泥石-石英脉和绿帘石-石英脉取代,但其矿物组合与蚀变岩筒下部的矿物组合基本一致,暗示着来自更深部的热水流体可能穿透了整个长英质火山岩系,并与伴生的下矿带的脉状矿(25号矿)构成了统一的热水流体成矿系统。

(2)上部蚀变岩筒:位于长英质岩系上部,空间上与下部蚀变岩筒部分重叠(图3-13)。其根部植于长英质岩系上部单元内,顶部直抵古海底,并被层状似层状矿体不整合覆盖。上部蚀变岩筒的特征是具有很大的径/深比,直径0.6~1km,深度不足300m。空间上,该蚀变岩筒更似盛开的“莲花”,因其主要发育于凝灰岩、凝灰角砾岩层位中,具有一定的层位优选性(Forable horizon)和层控特征,从而显示似层状或半整合蚀变带特征(图3-12)。与下蚀变岩筒相比,绿泥石化明显减弱,但硅化和绢云母化明显增强(图3-13),具有与日本黑矿相似的蚀变分带和大致相同的半径(1km,Urabe,1983;Urabe et al.,1983)。

图3-12呷村矿床蚀变带简图(据Hou et al.,1995修改)

蚀变分带:该蚀变岩筒自上而下,自内而外,可分为3个带:石英-钡冰长石化带→绢云母+石英化带→绢云母+绿泥石化带(图3-12)。

①石英-钡冰长石化带:发育于蚀变岩筒顶部和核部,由石英和钡冰长石以及少量绢云母、黄铁矿组成,偶见少量钾长石化。

3800~4200m代表现在的标高;上下两套蚀变岩筒大体以断层F为界,A见图3-12

硅化在该带中表现为不同形式:在块状熔岩中呈石英细脉出现;以细粒他形体交代凝灰角砾岩中的长石;以燧石形式(非晶硅)出现在凝灰岩层中。强烈的硅化使流纹岩几乎成为硅质体,由晶形完好的石英组成,形成富硅流纹岩(SiO2>80%,Hou et al.,1995)。在蚀变岩筒顶部因强烈硅化,常形成厚约10~50cm,长约几米的硅质层壳,主要由细粒他形石英和少量钡冰长石、绢云母组成。

钡冰长石化:钡冰长石(BaO 6.5%~19.6%,Hou et al.,1995)发育于蚀变岩筒最上部并和石英共生,两者密切相关,呈脉状、网脉状、团块状不均匀分布,也作为块状矿脉石矿物,蚀变原岩为流纹质火山岩。钡冰长石在该带中有3种主要表现:a.交代钾长石斑晶和基质;b.结晶程度高的钡冰长石和少量石英构成体;c.充填于流纹质熔岩杏仁体中。稳定的钡冰长石和石英矿物组合出现于蚀变岩筒核部,暗示在蚀变岩筒核部形成时,于通道中加入通过绝热冷凝的成矿热水的海水数量是极少的。

②绢云母-石英蚀变带:该带以大量出现绢云母为特征,发育于蚀变岩筒中部,位于石英-钡冰长石化带下部及外侧50~300m范围内(图3-12)。蚀变矿物组合为绢云母+石英以及少量绿泥石和黄铁矿。

绢云母强烈交代长石斑晶和基质,主要表现为3种形式:a.在凝灰岩和凝灰角砾岩基质中,形成大量鳞片状、席状、板片状绢云母体,含量可高达20%。石英数量少且以粒状石英体出现,主要集中于中上韵律层位;b.在上部韵律层中,以显微粒状鳞片结构和细粒鳞片结构出现,与次生石英含量相当;c.交代绿泥石,本带中绿泥石不常见。

③绢云母-绿泥石带:发育于蚀变岩筒下部和绢云母-石英带外侧,部分产出于岩筒根部的英安质火山岩系中,仅见于深部图3-13呷村矿床蚀变岩筒A垂直分带图(据Hou et al.,1995)钻孔。蚀变矿物组合为绿泥石(3%~15%)、绢云母(5%~15%)和少量石英、绿帘石(3%~5%)。绿泥石、绿帘石为英安质火山岩中基质及暗色矿物蚀变所形成,但其核部的绿泥石-绿帘石组合有可能与下部蚀变岩筒相似,由更深部的热水带来(图3-12)。

2.高温半整合蚀变带及其空间分布

硅化:至少有30%基性岩石遭受了不同程度的硅化蚀变。硅化主要有两种方式:①石英细脉,主要产于块状熔岩和辉绿岩墙中;②均匀硅化蚀变,沿火山岩层产于多孔火山成因碎屑和凝灰质岩石中。石英细脉宽度从几毫米至几厘米,主要在基性岩下部顺层理发育,但在近辉绿岩墙处脉的密度变大,并形成平行于岩墙群方向的网结脉(Hou et al.,1995)。这些细脉中常常出现诸如黄铁矿、方铅矿、闪锌矿等硫化物矿物,暗示着和硫化物矿床的成因联系。均匀硅化蚀变呈浸染状,沿着火山岩层发育,在近岩墙部位,硅化明显增强,以致于出现了类似安山岩和英安岩的岩石。

绿帘石化:在空间上和时间上与硅化紧密相关的绿帘石化,遍布于整个细碧岩化和硅化的玄武质岩石中。呷村矿床向北2~5km处,强烈的绿帘石化产于相互平行的基性岩墙中(侯增谦,1988,博士论文)。绿帘石化以3种形式产出:①绿帘石细脉;②绿帘石族矿物呈粒状交代斜长石;③绿帘石族矿物呈粒状交代辉石。在加拿大Manitoba的Chisel Lake Zn-Cu VMS矿床下方1~2km处的基性岩中发现了相似的绿帘石化半整合蚀变带(Skirrow and Franklin,1994),另外在古洋壳的席状岩墙杂岩体中也有相同发现(Nehlig and Juteau,1988)。

(2)长英质岩石半整合蚀变带:该蚀变带在野外沿火山岩层方向断续出露于下长英质岩石单元底部。该带蚀变岩以石英和少量绢云母为特征组合。石英以粒状体及细脉产出,斜长石斑晶被石英和绢云母交代,基质中硅化强烈,并伴有绢云母和少量绿泥石。根据氧同位素分析(见后述),该蚀变带与基性岩半整合蚀变带处于同一个水-岩反应系统,两者具有相似的水/岩比和相似的形成温度。

3.低温热水蚀变及其空间分布

该类蚀变主要发育在蚀变岩筒外围或远离矿体的地区,可能为蚀变岩筒和半整合蚀变带的背景蚀变(后述)。蚀变主要见于矿体下盘长英质岩石和东安山岩单元中。

(1)下盘长英质岩石单元:蚀变矿物组合为伊利石+石英+高岭石+钠长石和少量碳酸盐(方解石)。伊利石往往交代基质;高岭石常常产于斜长石表面;钠长石为斜长石低温蚀变而成,也可能为残留相;方解石则呈浸染状零星分布。以上蚀变特征可与日本黑矿的沸石相相比(Urabe,1983;Marumo,1989;Pisutha-Arnond and Ohmoto,1983),可能由于区域变质的影响,而未观察到丝光沸石及蒙脱石。

(2)下盘东安山岩单元:蚀变矿物组合为伊利石+石英+方解石+绿泥石+绿帘石+钠长石+榍石+磁铁矿。此组合可能代表了蚀变和变质的混合产物(Hou et al.,1995)。大多数角闪石和普通辉石往往被绿泥石、绿帘石和碳酸盐交代;伊利石产于基质中并与可能发生了重结晶的石英颗粒共生。保存较好的岩石结构和原生矿物以及伊利石+石英+方解石组合均表明其在变质作用前已经发生了蚀变作用(Hou et al.,1995)。

(二)蚀变矿物与化学成分

1.蚀变矿物

在呷村矿床,蚀变岩筒中蚀变矿物为:石英、绢云母、绿泥石、绿帘石、钡冰长石、钾长石、白云石。基性岩石半整合蚀变带中蚀变矿物主要为:石英、绿帘石、绿泥石、钠长石。低温蚀变带主要为钠长石、伊利石、高岭石、方解石等。在各蚀变带中,蚀变矿物的具体产出特征总结于表3-5。

表3-5呷村VMS矿床蚀变矿物产出特征

基等1993年发现

2.化学成分特征

绿泥石:绿泥石的化学成分及晶体化学式见表3-6,具有如下主要特征:一般贫硅、富铝;从含铁系数(f)可看出,不同产状绿泥石又有不同:蚀变岩筒底部绿泥石细脉中绿泥石f,可达48%,但细碧岩化基性岩中绿泥石该系数f较前者低。由于矿体赋存于蚀变岩筒中,因此绿泥石含铁系数f不仅可作为蚀变岩筒的标志,还可作为找矿标志;呈类质同象的微量元素Ti、Mn、Ni、Cr等成分含量相近,从一侧面可反应上、下2个热水结构单元处于同一热水系统中。根据晶体化学式中Si的离子数及含铁系数f,本区的绿泥石均为鲕绿泥石。

绢云母:绢云母化学成分和晶体化学式分析表明(表3-7),蚀变岩筒中的绢云母,其Si∶Al>3∶1,为富硅绢云母,水化弱,为典型的热水蚀变绢云母,而非伊利石或水化白云母。

表3-6绿泥石化学成分(wB/%,电子探针分析)及晶体化学式

分析者:地质科学院矿产资源研究所余静等

表3-7绢云母化学成分(wB/%,电子探针分析)及晶体化学式

分析者:地质科学院矿产资源研究所余静

绿帘石:蚀变岩筒底部交代长石之绿帘石的FeO含量明显低于其他产状绿帘石FeO含量(表3-8);而基性岩中浸染状绿帘石FeO含量,可达12.97%;基性岩绿帘石-石英细脉中绿帘石FeO含量介于基性岩石中其他产状绿帘石FeO含量之间。FeO含量变化规律及晶体化学式表明:①蚀变岩筒底部斜长石先期发生黝帘石化,后又遭受自下而上的成矿热水叠加,使帘石中FeO含量增加,从而使铁离子数达0.4875~0.575;②绿帘石细脉中之绿帘石铁离子数和FeO含量与基性岩中其他产状绿帘石相比,前者可能是直接由热水结晶而成。

表3-8绿帘石化学成分(wB/%,电子探针分析)及晶体化学式

分析者:地质科学院矿产资源研究所余静等

长石:由长石化学分析得知:①长石Na2O含量普遍远高于K2O和CaO,平均可达10.43%,均为钠长石,Ab可高达99.19%;②MgO含量普遍较高,Mg以类质同象替代Ca,可能反应了海水与岩石的反应过程。