《矿床学》课件-第三章_伟晶岩矿床【中国地质大学(武汉)】.ppt

Pegmatite Ore Deposit,第三章 伟晶岩矿床,本章内容,一 伟晶岩矿床的概念 二 伟晶岩矿床的特点 三 伟晶岩矿床的成矿作用 四 伟晶岩矿床的形成条件 五 伟晶岩矿床的主要类型,在岩浆作用的晚期形成的、或其它成因的富含高挥发份的“残余熔浆”，经过结晶作用和交代作用形成粗大矿物集合体并产生有用组分聚集形成的矿床叫伟晶岩矿床。,一 伟晶岩矿床的概念,伟晶岩矿床的概念,各种成分的侵入体都具有其相应的伟晶岩产出。但是在地壳中分布最广，具有最大工业价值的是花岗伟晶岩，其次是霞石正长伟晶岩。基性、超基性岩质的伟晶岩分布较少，工业价值也很低。 因此平常人们指的“伟晶岩矿床”一般指的是“花岗质伟晶岩矿床”。 此外，变质过程和混合岩化过程中还可形成“变质伟晶岩矿床” 和“混合岩化伟晶岩矿床”。,二 伟晶岩矿床的特点,1.伟晶岩矿床产出的地质背景,伟晶岩矿床的产出与构造的关系密切，伟晶岩矿床可以产在地槽区，也可以产在地台区。但大多数规模巨大的伟晶岩矿床都分布于地槽区的褶皱带内。 例如我国新疆阿尔泰地槽区、秦岭地槽区、以及内蒙、四川等地的伟晶岩矿床。,有工业价值的伟晶岩矿床，其母岩侵入体大多数是花岗岩类，如黑云母花岗岩，白云母花岗岩，和二云母花岗岩。少数为碱性花岗岩。 此外，原岩为长英质物质的变质岩和混合花岗岩也是常见的伟晶岩矿床形成母岩。,2.形成伟晶岩矿床的主要岩石类型,3. 伟晶岩矿床的围岩特征,伟晶岩脉的围岩多为化学性质不活泼的透渗性不好的岩石，如变质岩、片麻岩、片岩、花岗岩，很少产于未经变质的沉积岩及火山岩中。,伟晶岩体的产出形态多为脉状体，故常称“伟晶岩脉”,少数呈串珠状、透镜状、囊状。脉的大小变化很大，长一般几米几十米，少数可达数百米；宽一般几十厘米几十米，个别可达百米宽。,1.规则的脉状；2.不规则的脉状； 3.透镜状；4.囊状；5.串珠状,4.伟晶岩体的大小及形状,5. 空间分布特征,伟晶岩在空间分布上明显受到构造控制，常成群出现，成带分布。 成千上万条伟晶岩脉，大体相互平行，在一个区域内相对集中，构成“伟晶岩田”；若干个伟晶岩田断续分布，延伸几十到几百公里，宽几公里到10-15公里，构成“伟晶岩带”。,北贝加尔白云母区的白云母伟晶岩矿床（118）分布略图,1复杂贯入体带；2正常贯入体带；3单一岩脉带；4白云母矿床带；5平移-逆掩断层和平移-正断层；6深断裂；7伟晶岩的分布界限；8伟晶岩富集程度不同的各带界限；9实验的剪切应力线,空间分布特征,6. 结构构造,1) 结构,伟晶结构（巨晶结构）： 晶体大小一般510，但也有十分巨大的晶体，这方面的报导很多。 例如，美国缅因洲一个绿柱石晶体重18吨，长5.5米。挪威一个微斜长石晶体重达100吨，大约有10米长， 10米宽。一块白云母面积宽达30平方。锂辉石晶体长14米。,又如，我国新疆发现重约60吨的绿柱石晶体，36.2吨的锂辉石以及9吨的铯榴石晶体。 江苏北部东海县1958年挖到3.5吨的大水晶，83年又挖到3吨大水晶。 苏联乌拉尔的伊尔明，有一个天河石矿的整个采石场及矿山就坐落在一个庞大的天河石晶体上。,结构,结构,文象结构： 石英分布于长石晶体中，二者形成有规律的连晶，组成一种文字状图案。,细粒（晶）结构： 矿物晶体1。,粗粒（晶）结构： 矿物晶体101。,磁铁矿粗晶,细粒紫水晶晶簇,结构,伟晶岩体内部具有分带性，是伟晶岩脉的一个重要性质。在岩脉内，一般都有几个带，环绕内核作带状分布。,花岗伟晶岩脉的内部构造（据费尔斯曼） 1花岗岩；2长英岩带；3文象花岗岩带；4长石石英带；5晶洞带,2）构 造,伟晶岩矿床的分带,1浮土；2块状石英带；3块状微斜长岩带内带；4小块状钠长石带；5石英锂辉石带；6锂辉石带；7石英白云母巢状体带；8块状微斜长石带外带；9细粒钠长石巢状体带；10文象花岗岩带；11辉长岩；12锂云母带,例如我国新疆阿尔泰地区一条伟晶岩脉，由于具有良好的封闭条件，分异作用充分彻底，因而在岩钟状膨大处的伟晶岩脉体内可以划分出多达10余个呈同心环状的伟晶岩带。,辽宁海城长石伟晶岩剖面图,1岩石碎屑；2钾长石片麻岩；3辉绿岩；4云斜煌斑岩；5黑云母辉长片麻岩；6斜长石中粒伟晶岩；7文象带；8块状斜长石带；9石英核；10块状微斜长石带 、长石锂辉石型伟晶岩 没有文象带和内核、交代作用非常强烈、主要由钠长石、锂辉石、石英和大量稀有金属元素矿物构成的伟晶岩。此种伟晶岩构成重要的稀有金属矿床。,1二云母花岗岩； 2微斜长石型伟晶岩； 3微斜长石钠长石型伟晶岩； 4钠长石型伟晶岩； 5钠长石锂辉石型伟晶岩；6钠长石锂云母型伟晶岩；7类型分带线； 8类型分带编号 微斜长石伟晶岩带； 微斜长石-钠长石带；钠长石带； 锂辉石带； 锂（白）云母带,在水平及垂直方向上,甲基卡伟晶岩脉环绕二云母花岗岩体大致呈离心式带状成群分布。区内统计伟晶岩脉共498条,多产于二云母花岗岩体顶部外接触带,在内接触带仅22条。岩脉形态和产状受成岩前及成岩期构造裂隙控制,在岩体内主要产于冷缩性质的纵、横裂隙中,产状陡。,四川甲基卡伟晶岩空间分带图,（1）边缘带： 该带与围岩接触，带内矿物结晶不好，具典型的细粒结构（1），断续不连。主要由长石、石英、云母组成，有时可见少量的石榴石、电气石、绿柱石、偶见稀有元素矿物。其中金属矿物不具工业意义。,伟晶岩矿床的分带,一般说来，伟晶岩脉大体可分为四个带：,伟晶岩矿床的分带,（2）外侧带： 矿物组成与边缘带基本相同。这一带内绿柱石（Be）,白云母常具工业价值，矿物主要呈粗粒和文象结构； （3）中间带： 岩脉的主体部分，矿物成分复杂，除主要矿物之外，还含有大量金属矿物等有用组分，如稀有、稀土、分散元素矿物等、绿柱石、锂辉石，因此此带是稀有稀土分散元素矿化最为集中的部位，具较大的工业价值。呈粗粒结构、文象结构和块状构造； 有时在实际工作中，根据工作的需要可进一步细分为多个亚带。,（4）内核： 位于伟晶岩体的中心部位，常由结晶粗大的石英和长石组成，或仅由石英以及电气石、锂辉石等组成致密块状内核。有时亦可构成晶洞，可有质量较好的水晶产出。 此外，在许多伟晶岩矿区，常有更晚期的裂隙充填-交代型石英脉叠加在上述各带之上，而往往在这种具有充填-交代作用的脉中有更具工业价值的金属组分。,伟晶岩矿床的分带,花岗伟晶岩矿床的主要矿物成分与花岗岩母岩的差别不大，即主要由： 石英、 长石（斜长石、微斜长石、钠长石、正长石）， 云母（黑云母、白云母）组成。 这三大类矿物占伟晶岩矿体的9095%左右。 在伟晶岩中，大约集中了四十余种元素，其中稀散元素很多。组成伟晶岩的矿物亦多达300余种，比组成岩浆岩的成分要复杂得多。,6. 矿物、组分,矿物、组分,据统计，我国各地伟晶岩中产出的稀散元素矿物主要有: 锂矿物（Li）：锂辉石、锂云母、透锂长石、磷锂矿 铍矿物（Be）：绿柱石、金绿宝石、硅铍石、硅铍钇矿 铌钽矿物(Nb.Ta)：铌钽铁矿、铌铁矿、钽铁矿、细晶石、褐 钇铌（钽）矿 稀土矿物（TR）：独居石、铌钇矿、褐帘石、氟碳铈矿 锆铪矿物（Zr-Hf）：锆英石、曲晶石、水锆石 铯矿物：铯榴石 铷矿物：天河石 铀钍矿物：晶质铀矿、方钍石、钍石 钛矿物：榍石、金红石、锐钛是矿 此外，还有锡石、黑钨矿、辉钼矿、磁铁矿、辉铜矿等其它金属硫化物，以及含有挥发份的矿物如磷灰石，黄玉，电气石，萤石等。,矿物、组分,主要矿产有： 稀有元素，稀土元素（REE），分散元素，放射性元素： Li. Be. Ta. Nb. Cs. Rb. Zr. Hf. La. Ce. U. Th. Y. 长石、云母、水晶（石英）, 宝石类：黄玉、水晶、绿柱石、电气石、石榴石,三 伟晶岩矿床的成矿作用,伟晶岩矿床是一种多期多阶段形成的产物，它经历了一种十分复杂的地质演化过程。 总的说来，伟晶岩矿床的形成主要经历了以结晶作用为主的结晶作用阶段和以交代作用为主的交代作用阶段。或者说，在伟晶岩形成的早期，以结晶作用为主，在晚期则以交代作用为主。而不论是早期的结晶作用阶段，还是晚期的交代作用阶段，挥发份在伟晶岩矿床形成的整个过程中都起着十分重要的作用。,即在伟晶岩和伟晶岩矿床形成的早期，挥发份逐渐增多，在挥发份的影响下残余的熔浆保持为液体状态，构成所谓“花岗伟晶岩岩浆” 。当温度下降质800时，长石、石英、云母等主要矿物便从伟晶岩浆中结晶析出，构成伟晶岩脉的主体。,1.结晶作用,挥发份对花岗岩结晶的控制作用实验相图,熔浆含H2O,矿物熔点,易形成富含挥发组分的熔浆,即伟晶岩浆. P,熔浆含H2O;,结晶作用,在这时，仅有少量的绿柱石、铌钽铁矿等含稀散元素的矿物结晶。 若此时构造活动超于稳定状态时，由于岩浆内部挥发份的影响，温度下降缓慢，有利于岩浆房内结晶分异作用的进行，因此可形成粗大的晶体以及完好的带状构造。并且，长石和石英达到共结比，形成典型的文象结构。 在这一阶段，交代作用不明显，或处于次要地位。所形成的矿物主要是呈结晶方式析出的长石、石英、云母。稀有和稀土元素或进入矿物晶格或在挥发组份中残留富集，有利于稀有元素伟晶岩矿床形成。,结晶作用,新疆可可托海采矿遗址,伟晶岩矿床的交代作用，主要发生在伟晶岩主体形成的后期。早先形成的岩石或矿物（长石、石英、云母）与残存的气液流体发生化学反应。早期形成的矿物分解，释放出稀有或稀散金属元素，有利于稀有金属伟晶岩矿床形成。,2.交代作用,花岗伟晶岩型锡稀有金属矿床分带模式图,1-黑云母二长花岗岩；2-二云母（白云母）钾长石奥长石（早期钠长石）伟晶岩；3-富铍白云母钠长石（奥长石）钾长石伟晶岩；4-富铍铌白云母钾长石钠长石伟晶岩；5-富锂铷铯铍钽（铌）锡白云母钠长石锂辉石伟晶岩；6-富锡钽（铌）白云母钠长石伟晶岩；7-前寒武系（或前泥盆系）绿片岩-低角闪岩相变质岩系含矿伟晶岩的类型：二云母-微斜长石-钠长石型、白云母-微斜长石-钠长石型、白云母-（微斜长石）-钠长石-锂辉石型、白云母-钠长石型、锂云母-钠长石型，这些类型的伟晶岩常随远离花岗岩体依次呈带分布 。,3.伟晶岩矿床成矿过程演示,四 伟晶岩矿床的形成条件,1.岩浆岩条件,富含挥发份的岩浆。以形成一系列富含挥发组分的结晶矿物为特点。 如白云母KAl2(AlSi3O10)(OH)2 ，锂云母K(Li,Al)3(Si,Al)4O10(OH,F)2,电气石(Na,Ca)(Mg,Fe,Mn,Al)3(Al,Mg,Fe)6Si6O18(BO3)3(OH,F)4 ，黄玉Al2SiO4(F,OH)2 ，独居石NaAlSi2O6.H2O ，铯榴石（Cs,Na）AlSi2O6.H2O ，褐帘石（Ca,Ce）2（Fe2,Fe3,Al） Al2Si04Si207O（OH） ，氟碳铈矿（Ce,La,Pr）CO3F2，水晶等。,据 .斯米而诺夫,岩浆岩条件,造山中晚阶段花岗岩及板内碱性花岗岩有利伟晶岩矿床形成。,岩浆岩条件,伟晶岩矿床是在岩浆结晶后期富含挥发份的残余岩浆冷凝结晶、交代而成 。,甲基卡稀有金属矿床成矿模式图 1-二云母花岗岩浆；2-伟晶岩浆；3-伟晶岩脉；4-伟晶岩类型界限；5-伟晶岩类型；6-构造裂隙；7-西康群地层,伟晶岩脉围绕二云母花岗岩呈同心圆状分布; (2)矿床的控矿构造是构造裂隙，特别是岩体内部赋存伟晶岩脉的构造属于岩体收缩冷却断裂，这说明，伟晶岩的形成要晚于二云母花岗岩的形成; (3)根据岩体和伟晶岩的地质、地球化学和流体特征表明，二者为同一母岩浆发生液态不混溶作用的结果; (4)深部岩浆房内的伟晶岩熔体是在瞬间侵位的;,伟晶岩脉多分布与岩体顶部、边部及附近围岩中。,岩浆岩条件,伟晶岩与花岗岩体的关系示意图（Crny, 1991b） A-花岗岩体向外分离结晶，外围为伟晶岩脉带；B-伟晶岩脉产于由岩体冷却产生的裂隙中；C-伟晶岩熔体在自母岩浆上升的过程中结晶成脉,1）大地构造背景（控制成矿区域）： a.前寒武地轴、地盾区白云母伟晶岩带（内蒙古土贵乌拉白云母伟晶岩矿床）； b.显生宙地槽褶皱带（造山带）稀有金属伟晶岩（新疆阿尔泰稀有金属伟晶岩矿床）； c.古板块内部或边缘深断裂碱性稀有金属稀土伟晶岩（四川冕宁牦牛坪稀土伟晶岩矿床）； 2）区域构造部位（控制伟晶岩带的分布）： （相对减压带） a.复背斜的轴部，尤其是地槽内部坳陷区中的隆起构造； b.深大断裂的上盘； 3）构造的交汇部位：控制伟晶岩群的分布； 4）次级断裂、节理、片理：控制伟晶岩脉的分布及形态；,2.构造条件,区域构造及构造交汇部位对伟晶岩带及伟晶岩矿田的控制,北贝加尔白云母区的白云母伟晶岩矿床（118）分布略图,1复杂贯入体带；2正常贯入体带；3单一岩脉带；4白云母矿床带；5平移-逆掩断层和平移-正断层；6深断裂；7伟晶岩的分布界限；8伟晶岩富集程度不同的各带界限；9实验的剪切应力线,断裂及节理构造对伟晶岩脉的控制,1伟晶岩脉； 2东西向压性断裂； 3裂隙走向实线箭头表示压应力方向；虚线箭头表示张应力方向 ；,据 胡受奚等,1981,1) 物理性能对伟晶岩脉形态的影响; 2)化学成分对成矿的影响： 如，去硅伟晶岩利于刚玉（Al203）的形成； 富钙围岩利于褐帘石（Ca,Ce）2（Fe2,Fe3,Al） Al2Si04Si207O（OH）、锂辉石（LiAlSi205）的形成； 富镁围岩不利于锂、铯等元素富集成矿；,3.围岩条件,伟晶岩形成的物理化学条件属于现代矿床学中最有争议的问题之一。 1）温度变化范围很大 A.费尔斯曼认为花岗伟晶岩浆开始结晶温度在800-7000C，而伟晶岩作用的主要阶段为6004000C； 邹天人等（1975）对我国新疆阿尔泰伟晶岩形成温度研究表明其形成温度为5534650C；,4.物理化学条件,H.叶尔马科夫等对伟晶岩中连续晶出的矿物中的汽液包裹体测温研究表明：黑云母结晶温度为760-5000C，早期晶出的石英为600-5400C，白云母为500-4350C，绿柱石为5004000C，尔后晶出的石英和黄玉为5103000C，更晚期的石英为3001300C，而紫水晶上的玉髓外壳为90550C； 卢焕章等（1996）对我国新疆阿尔泰伟晶岩不同相带中矿物中的熔融包裹体、流体熔融包裹体和流体包裹体进行温度测定，其结果表明熔融包裹体的均一温度为700-900 0C，流体熔融包裹体的均一温度400-600 0C，而流体包裹体均一温度为300-5000C；,物理化学条件,物理化学条件,据.施马京的实验资料，伟晶岩开始形成时压力可达到800-500MPa，在作用结束时降到200100MPa。 与蓝晶石矽线石变质相有关的白云母伟晶岩形成压力为800-750MPa，温度650-6200C；与红柱石矽线石变质相有关的稀有金属伟晶岩形成压力为500-450MPa，温度为670-5200C； 伟晶岩矿床形成深度变化于：1.5-10余公里； 其中，1.5-3Km(水晶的形成深度)；3.5-7Km（稀有金属的）；7-11Km（云母的）；大于11Km（陶瓷原料的）；,2）压力变化范围同样很大,五 伟晶岩矿床的主要类型,在实际工作中，人们从不同的角度，根据不同的标准和原则，强调不同的因素，提出各种不同的分类方案。 下面以花岗伟晶岩为例，介绍其中的几种主要分类方案。,1）简单伟晶岩：矿物成分简单，长石、石英、云母，交代不明显。 2）复杂伟晶岩：矿物成分复杂，长石、石英、云母，还有大量含挥发份及稀散元素的矿物，交代作用明显。,1.根据伟晶岩矿物复杂程度分类,2.根据伟晶岩的成分与围岩的关系分类,1）单纯伟晶岩：与围岩成分一致，如围岩为片岩、片麻岩、花岗岩等，围岩成分未参与伟晶岩的形式，未发生物质的交换。 2）复杂伟晶岩：与围岩成分相差很大，如超基性岩、基性岩、碳酸盐岩等，发生物质成分的交换混染伟晶岩（围岩为基性岩，可同化夺取其中的Al，形成红柱石、兰晶石、矽线石）；去硅伟晶岩（围岩为不含Si的如碳酸盐岩、超基性岩、碱性岩等，发生物质成分的交换，岩浆中Si大量进入围岩中）。,3.根据伟晶岩矿床的工业意义分类,史奈特洪分为二十一种伟晶岩，即Sn.W.Ta.Ta-Nb.Zr-Ta.Be.宝石、云母、长石、磷灰石、石墨等。 或简单划分为： 稀有元素伟晶岩矿床； 长石云母石英类伟晶岩矿床； 宝石类伟晶岩矿床。,根据伟晶岩矿床中的共生组合关系及结构构造特征划分五种类型： 文象和等粒型伟晶岩；块状型伟晶岩；完全分异型；稀有金属交代型；钠长石-锂辉石伟晶岩型,4.弗拉索夫分类,思考题,1.伟晶岩矿床多形成于何种大地构造环境？其分布有何规律？多受何种构造控制？ 2.分异完全的花岗伟晶岩内部常可分为哪些带？各带的矿物组合及结构构造有何特征？ 3.含矿的伟晶岩多具哪些特征？常见相关矿种多产于伟晶岩的何种部位？,1.裴荣富，1995，中国矿床模式，地质出版社，118-120，168-171 2.白鸽、袁忠信，1980，我国稀有稀土金属矿床的若干成矿特征，矿床地质学术论文摘要汇编，57-59 3.邹天人、杨岳清，1980，我国花岗伟晶岩矿床类型及稀有金属矿化特征，矿床地质学术论文摘要汇编，75-79 4.中国矿床编委会，1994，中国矿床（中册），地质出版社，316-325 5.田熙等人，1989，非金属矿床地质学，武汉工业大学出版社，38-41 6. Robb, L.J. Introduction to ore-forming processes, Blackwell Publishing,2005,主要参考文献,