变质作用本质上属内生作用的范畴。其作用基本上是在固态下进行的,但随着变质作用增强,原来矿物或岩石中所含的结晶水、粒间水和层间水受温度和压力的影响形成变质的气水溶液,以及在深变质作用条件下,由于岩石的部分熔融还可形成一些硅酸盐流相体,从而发生广泛的交代作用及混合岩化作用,在这过程中也可使一部分有用元素发生迁移和富集形成矿床。
变质作用使岩石或矿石发生变化,是由下列作用造成的:
(1)脱水作用 原来的岩石或矿石中经常含有多量的水分,当变质时,由于温度和压力的影响,就会使它们变成少含水或不含水的矿物,如褐铁矿和铁的氢氧化物变为赤铁矿或磁铁矿。
(2)重结晶作用 在高温高压作用下,原来隐晶质矿物便会逐渐结晶,如蛋白石和石髓变为石英。
(3)还原作用 原来高价的离子,在高温缺氧条件下就会还会为低价的离子,致使矿物发生变化。如赤铁矿变为磁铁矿。
(4)重组合作用 原先沉积的物质,在变质过程中,可产生一系列新矿物。如粘土物质,在高温中压条件下可形成红柱石;在高压中温条件下形成蓝晶石;在高温高压条件下形成硅线石和刚玉。
(5)交代作用 在区域变质过程中,往往可产生变质热液,尤其当变质作用强烈时,由于混合岩化作用,可以产生混合岩化热液,它们与原岩常产生广泛的交代作用,促使原岩中的多种组分进行重新组合,并通过溶液进行迁移和富集,从而发生矿化和蚀变。
变质矿床通常分布于变质岩区,据统计变质岩在地壳上分布很广,在大陆的硅铝层中占50%以上,组成所有大陆的基底。在整个地壳发展的历史之中,不但在寒武纪以前所形成的岩石大多已成为变质岩,就是在寒武纪以后的地槽活动区,往往也是由变质岩系所组成。由此可见,变质岩不仅分布广、而且时间延续也很长。由于自然界中,成矿作用和成岩作用有着不可分割的联系,因此变质矿床不仅矿产种类多,而且分布广,其中有的矿产储量大、品位高,在国民经济中,占有很重要的地位。如:前寒武纪的变质铁矿床,在全球各大陆均有分布,其铁储量占世界铁矿总储量的2/3以上;我国前震旦纪的变质铁矿储量约占我国铁矿总储量的50%左右,近年来还在这些矿区中发现成因上与变质作用有关的富矿体,品味可达60~70%,是富铁矿石的重要来源;
南非(阿扎尼亚)的维特瓦特斯兰德含金铀砾岩矿床,是世界上最大的金铀矿区。据统计,它的金产量占资本主义世界的75%,铀储量占世界储量的45%。类似的矿床在加拿大、加纳和巴西等国均有发现;菱镁矿、石墨、大理岩、石英等矿产主要产于变质矿床中,我国辽宁大石桥的菱镁矿不仅质量好,而且规模居世界首位;
变质矿床中的锰、铜、铅、锌、钴、稀有、分散元素和放射性金属以及硼、磷、滑石、石棉、金云母、刚玉、石榴石、蓝晶石、红柱石、硅线石等都有一定的工业价值。
变质矿床的分类目前还没有一个公认的方案。绝大多数地质工作者比较公认的有2种方案:
(1)根据变质成矿作用前后矿石的工业意义和工艺加工特性分为:
受变质矿床 是由于变质作用使原有矿石或岩石受到某种程度变化,但未改变其有用矿物的物理化学性质和工艺特性的矿床,如受变质的铁、磷等矿床;
变成矿床 强烈地改变了原来的矿石或岩石的组分,使其物理化学性质和工艺特性发生了根本的改变,产生了新的有用矿物的堆积体,如石墨、蓝晶石和石棉等矿床。
(2)根据变质成矿作用的类型把变质矿床划分为三种成因类型:接触变质矿床;区域变质矿床;混合岩化矿床
4.主要矿石实例
正如前述,变质矿床的矿产分布广,种类多,有的规模很大,具有重要的工业意义,现将最重要的几种矿石类型介绍于后:
变质型铁矿石 产于前震旦系片岩、片麻岩、石英岩、大理岩、千枚岩等变质岩系中。矿石的主要矿物是磁铁矿、赤铁矿、假象赤铁矿及石英,角闪石等。次要矿物有针铁矿、褐铁矿、菱铁矿、绿泥石、绢云母和辉石等。矿石以条带状、皱纹状构造为主,部分为块状构造。矿石呈粒状变晶结构、多为贫矿石,平均含Fe25~40%,一般未30~35%,富矿石含Fe50~70%;含SiO2在40~50%,富矿石含SiO2小于10%;S、P的含量一般很低,为万分之几。这类铁矿床在世界上分布很广泛,有不少规模为大型和特大型,为世界上最重要的铁矿类型。辽宁鞍山铁矿及海南石绿铁矿均属此类型。
变质型含铜铁矿石 产于钠质熔岩、层凝灰岩、凝灰角砾岩等变质火山岩系中。矿石中主要金属矿物为磁铁矿、赤铁矿、菱铁矿和黄铜矿。次要矿物为钛铁矿、斑铜矿、黄铁矿和磁黄铁矿。非金属矿物主要的有钠长石、白云石、黑云母、绿泥石和石英等,次要的有石榴石、角闪石、磷灰石和电气石等。矿石呈条带状、条纹状、皱纹状、浸染状和块状构造。矿石结构为粒状结构,粒状变晶结构、固溶体分解结构等。粒度大小不等,磁铁矿一般0.2~0.5mm,大者达5mm,赤铁矿一般0.2~0.4mm,菱铁矿粒度为0.3~0.7mm,黄铜矿的粒度在0.03mm左右。贫矿石含Fe28%左右,富矿石含Fe50~60%,含Cu0.02~0.2%。伴生组分有钛和钒,含TiO2高可达1.4%,含V2O5高可达0.63%,可以综合利用。由于含SiO2为6~35%,故铁矿石为高硅低磷的酸性矿石,以富矿石为主。矿床规模为大型,有一定工业意义。
含金铀砾岩矿石 产于前寒武系变质岩系中古老底砾岩层中。砾岩中砾石以石英岩卵石为主,形态为椭圆形板状,大小不一,平均直径3.5cm左右。胶结物为细粒,其中石英占70~80%,已硅化成灰色玻璃状石英岩,其余为绢云母、绿泥石、金红石、电气石、锆英石、方解石等。硫化物呈浸染状分布于充填物及胶结物中,以黄铁矿为主。其次还有镍黄铁矿、磁黄铁矿、闪锌矿、黄铜矿、方铅矿和毒砂等。自然金呈微粒状,直径大多在0.01~0.06mm之间,呈浸染状分布于胶结物中,常被磁黄铁矿或石英包裹,金含量可达10~17g/t。铀主要呈晶质铀矿、沥青铀矿、碳铀钍矿等,其次有含铀独居石和锆英石。矿石中平均含U3O80.03%。还含Ag5~10g/t不等,可以综合利用。本类矿石金产量占世界资本主义国家金总产量的75%,铀储量占世界铀储量的45%,工业意义巨大。
变质硼矿石 产于前震旦系的电气石变粒岩、含钠变粒岩及其它变粒岩等以富硼为特征的变质岩系中。按矿石中主要矿物成分不同划分为3种类型:
硼镁石矿石 矿石矿物以纤维硼镁石为主或以纤维硼镁石和遂硼镁石为主,两者都含有少量硼镁铁矿、磁铁矿。脉石矿物主要有镁橄榄石、硅镁石、金云母、蛇纹石,其次有透闪石,菱镁石、白云石、滑石以及少量的硫化物。矿石为片状、条带状、脉状和角砾状构造。此类矿石品位较高,质量较好,矿床规模较大,是镁矿产的重要类型。
硼镁铁矿或硼镁铁矿-稀土元素矿石 矿石矿物以硼镁铁矿为主,次之为磁铁矿、纤维硼镁石、遂硼镁石,脉石矿物与硼镁石矿石相似。有的矿石还含有独居石、柿硼硅石等稀土元素矿物。此类矿石可综合利用铁、硼和稀土元素。
硼镁石-硼镁铁矿矿石 和硼镁铁矿矿石的特点相似。矿石中硼镁石的含量较硼镁铁矿为高,以提取硼镁矿为主。
变质硼矿石的矿床规模自大型到小型都有。上述第1种第3种两个类型在工业上能开采、利用,有较大的工业意义,第2种类型因选矿冶炼技术未得到完全解决,目前暂时不能开采利用。此类矿床在我国东北有分布。
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