甘肅龍首山礦床的成礦動力學(xué)機制研究

王宇佳，王 鵬，張獻文

（甘肅煤田地質(zhì)局一四九隊，甘肅 蘭州 730020）

成礦動力學(xué)是在一定的地質(zhì)構(gòu)造條件下，形成的礦床分布特點和過程作用機理的復(fù)雜學(xué)科，在不同條件下產(chǎn)生的礦產(chǎn)資源具有較大的差異性，需要根據(jù)產(chǎn)生背景和演化過程逐一研究其礦產(chǎn)的類型和序列。甘肅龍首山礦山作為當(dāng)?shù)亻_采速度較快且經(jīng)濟收益較為可觀的礦山之一，從礦床的形成機理上進行重點分析能夠整體了解該地區(qū)的成礦機制，確定礦床產(chǎn)物的歷史性演化過程。國內(nèi)對于該理論的研究進展較快，主要依賴于豐富的礦產(chǎn)資源和礦業(yè)的發(fā)展，從1999年開始大部分地區(qū)已經(jīng)完成了成礦作用動力學(xué)的研究，形成了一套非常有序的多角度分析系統(tǒng)。根據(jù)學(xué)科中對區(qū)域成礦元素的定義，針對每個板框中結(jié)構(gòu)和類型的不同作用，將礦床的組成形式和資源生長分布有機地結(jié)合起來，促進了成礦動力機制從流體控制向富集形態(tài)的轉(zhuǎn)變。一方面成礦的動力學(xué)包括了礦床形成和演化的全過程，能夠在作用機理上揭示礦區(qū)內(nèi)靜態(tài)和動態(tài)的成礦規(guī)律和原因。另一方面成礦機理的跨度范圍從構(gòu)造至巖體生成歷經(jīng)多個年代，其內(nèi)部的自身組織結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜分成了時間和空間兩個相對側(cè)重點。本文從選取的甘肅龍首山礦床中展開研究，分析其內(nèi)部礦床和資源可以成礦的主要動力學(xué)機制要素，為傳統(tǒng)找礦理論提供新的思路。

1 節(jié)理產(chǎn)狀孕育礦床布局

節(jié)理產(chǎn)狀主要是地表的脈節(jié)密度，即單位長度內(nèi)包含的石英性質(zhì)脈體的數(shù)量多少，可以采用地表剖面線的方式將其與石英性物質(zhì)保持垂直走向，便于測量不同區(qū)域內(nèi)的礦床分布情況。常態(tài)下脈節(jié)密度與礦床存在的石英性物質(zhì)量的對比關(guān)系，可以判斷該段內(nèi)礦床的分布情況，每個脈節(jié)密度在垂直線走向上具有特殊的角度，控制巖石中石英性物質(zhì)的發(fā)育和分布[1]。

甘肅龍首山地區(qū)所處的板塊構(gòu)造，經(jīng)歷了四個階段的演化過程，主要為：一新元古代時期開始，板塊的地裂運動，在地下凹陷處形成結(jié)晶基底，一直延續(xù)到早古生代階段，形成最底層的凹陷區(qū)利于礦床的孕育；二是晚古生代隨著南天山盆地的閉合，以及板塊之間的碰撞作用，使其在該階段有形成造山的趨勢，在該區(qū)域內(nèi)的基地凹陷有向前陸盆地轉(zhuǎn)化的形式；三是在三疊紀(jì)時期主要的前陸盆地開始處于閉合轉(zhuǎn)態(tài)，隨著晚三疊世的碰撞擠壓發(fā)生造山運動。于侏羅紀(jì)末期到白堊紀(jì)時期之間，形成盆地收縮的主要階段，與造山擠壓階段相互交換產(chǎn)生，將原有底部的盆地結(jié)構(gòu)急劇收縮，整個山體再一次全面抬升，在西南山天體前的盆地地勢下，山體內(nèi)層結(jié)構(gòu)能夠形成沉積的暗河，起到包容各類巖漿碎屑巖侵入的作用，使其局部縫隙內(nèi)帶有夾煤層相間的陸相火山巖。四是新生代時期，在印度板塊與歐亞板塊相互碰撞下，已經(jīng)顯現(xiàn)出隆起勢態(tài)的山體表面快速隆升，構(gòu)造帶底部的盆地結(jié)構(gòu)向造山帶方向俯沖，使得山體的地殼增厚，南部天體再次轉(zhuǎn)入擠壓構(gòu)造背景下，形成了新生代陸內(nèi)的造山過程。在不同時期內(nèi)該區(qū)域受到的用形式的造山帶影響，褶皺、斷裂構(gòu)造發(fā)育明顯。按角度大小范圍可以分為兩類：角度控制75范圍內(nèi)時，礦床礦脈中可以發(fā)現(xiàn)少量的黑鎢礦，在其周圍分布產(chǎn)化的硫化物質(zhì)深度在55m以下，礦床內(nèi)主要的資源為黃鐵礦和黃銅礦，整體分布情況以局部的橢球狀可切割式分布。角度超過80范圍但不超過180時，石英物質(zhì)會大量減少呈現(xiàn)透鏡狀的礦床，以細(xì)小的顏色較淺硅化性質(zhì)強烈的巖體替代，變質(zhì)砂巖整體的硬度較高可遍布范圍處于深度170m～260m之內(nèi)，多數(shù)礦床內(nèi)的物質(zhì)層理不清晰。受成礦動力學(xué)的復(fù)雜過程影響，礦物資源在不斷變化中形成了形態(tài)不一的礦床分布形態(tài)，能夠和周圍的流體組織和巖體形變產(chǎn)生作用，以此發(fā)生沉積等過程控制礦床穩(wěn)定。根據(jù)不同時期的巖漿地質(zhì)活動，在其內(nèi)部產(chǎn)生的節(jié)理產(chǎn)狀形成礦床的初步脈節(jié)走向，隨著時間的不斷推移，在各個角度范圍內(nèi)搜尋成礦物質(zhì)的組成和分布情況，能夠直觀的了解節(jié)理產(chǎn)狀，對甘肅龍首山后期礦床布局的整體影響。

2 變質(zhì)基底制約成礦巖性

地層某一個單位內(nèi)的化學(xué)元素能夠在自由游離的狀態(tài)下合并組合，并根據(jù)不同性質(zhì)的元素定義其自身的濃度含量，按照其基底的變質(zhì)作用形成的多種化學(xué)排列形式，逐漸構(gòu)成了礦產(chǎn)巖性的制約因素。甘肅龍首山礦床區(qū)域內(nèi)具備典型的砂礫巖型，在其周圍巖性分布特征來看，能夠根據(jù)砂礫比重以及顏色等特征，將其劃分成五個巖性生長階段，以此分析變質(zhì)基底對成礦巖性的控制作用。第一階段為上部第五巖性段，為主要的含礦層階段，其發(fā)育交互地帶具有明顯的淺紫地層結(jié)構(gòu)。第二階段和第三階段為產(chǎn)生的鋅礦點位，在局部地區(qū)構(gòu)造帶的源層分布下，內(nèi)部發(fā)育為封閉性較好的石膏層泥巖，能夠形成較為有利的成礦條件。第四階段和第五階段主要是在大規(guī)模的褪色蝕變后，整個地區(qū)的褐色巖性遭受到鐵礦化，沿著石膏分布區(qū)形成了較為穩(wěn)定的砂礫鋅礦帶或者異常礦化地帶。主要考慮巖性成型期間內(nèi)基底的變質(zhì)作用的制約效果，地殼內(nèi)不同的化學(xué)元素能夠在自身的演變過程中自主集中，按照正態(tài)或者負(fù)態(tài)的形式進行類別組合從而產(chǎn)生多種礦產(chǎn)資源，常見變質(zhì)基底的化學(xué)組成元素如表1所示。

表1 基底變質(zhì)中巖性的元素含量（%）

根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知在不同元素的排列組合中，每組元素的豐度值與濃集系數(shù)的比例具有正相關(guān)聯(lián)系，能夠判斷某個時段內(nèi)該地表沉積成巖中巖石的元素含量高低。而疊加強度能夠影響元素的變質(zhì)作用，在不同的疊加程度中其巖性特征可以從單一元素轉(zhuǎn)化成多種元素沉積，以此豐富礦化性質(zhì)和成礦富集程度。

將整體已發(fā)現(xiàn)的礦床點數(shù)以此按照成礦時間段進行劃分，在長期的變質(zhì)基地演化過程中，能夠在不同的地質(zhì)構(gòu)造帶內(nèi)形成眾多礦床點位，根據(jù)成礦巖性的異常特點能夠圈定小范圍內(nèi)，金屬礦床和能源礦床的依存特性，以此確定形成的礦床的主要區(qū)域，在不同時期內(nèi)發(fā)展中成礦巖性特征的制約條件。

3 局部與區(qū)域動力轉(zhuǎn)換影響成礦效果

礦床的分布在一定程度上具有區(qū)域和局部的趨勢，根據(jù)成礦的年代不同在不同形態(tài)下的礦產(chǎn)，會根據(jù)自身的元素組合產(chǎn)生相對集聚效果。在區(qū)域內(nèi)和局部中存在內(nèi)源動力，大規(guī)模的動力轉(zhuǎn)換過程會對礦產(chǎn)的成礦起到重要作用，龍首山的礦床主要集中發(fā)生在侏羅和白堊紀(jì)時期。該時期內(nèi)局部的巖石圈構(gòu)造在轉(zhuǎn)換動力勢態(tài)下發(fā)生強烈的伸展剪切動力階段，造成構(gòu)造的早期轉(zhuǎn)換完成礦產(chǎn)物質(zhì)由封閉向滲透迸發(fā)[2]。按照不同時期內(nèi)地質(zhì)局部的動力演化，推演該狀態(tài)下成礦的全過程，一是侏羅紀(jì)時期早新特提斯洋發(fā)育和發(fā)展中，急劇的地質(zhì)張裂狀態(tài)形成拉伸力，使得地層內(nèi)部被動陸緣向箕狀轉(zhuǎn)化，在內(nèi)力沖擊作用下逐步形成有邊的沉積陸緣地帶。早白堊世時期內(nèi)其繼續(xù)沿著縱深向發(fā)展，大部分陸緣地帶并逐漸成型，在繼承侏羅紀(jì)時期深水盆地的沉積格局外，四周邊緣地帶呈現(xiàn)向外伸展擴張趨勢，與滯留沉積的泥質(zhì)巖性物質(zhì)頻繁交替疊加組合，伴隨一系列火山活動的集聚運動，在塌陷區(qū)域沉積大量的巖石微裂物質(zhì)，為后期的礦床形成提供基礎(chǔ)。不同局部的擠壓環(huán)境可以劃分成較為分散和相對分散兩種狀態(tài)，前者可以在拉張的環(huán)境中產(chǎn)生分異聚集，方便地下深層次的礦物質(zhì)形成，后者受同構(gòu)造期中流體的作用常發(fā)生強烈的干擾力致使結(jié)構(gòu)減少伸展。區(qū)域性的動力轉(zhuǎn)換主要集中在地殼和地幔的內(nèi)源動力作用中，在地幔組織大幅加熱后能夠在地殼中形成多級組織的巖漿房，以此形成對流主導(dǎo)的熱傳輸效應(yīng)。該效應(yīng)主要的動力作用被當(dāng)做被動擾亂從而驅(qū)使上層的成礦速度。在較深層次的流變過程中各類礦產(chǎn)元素處于分散狀態(tài)，局部和區(qū)域內(nèi)完成動力轉(zhuǎn)換能在一定程度上控制成礦效果，著重影響礦產(chǎn)資源的類型和礦產(chǎn)結(jié)構(gòu)的分布情況。受局部擠壓的長期影響，在板塊交界地帶能夠形成與之抗衡的反作用力，兩者在長久的板塊運動和巖漿侵入作用下，以此轉(zhuǎn)換礦床形成的內(nèi)部區(qū)域動力，促進不同種類類型礦床的生長，對不同時間礦床內(nèi)部的成礦效果具有重要影響作用。

4 脈間距控制脈體生長

龍首山兩側(cè)的不同地表結(jié)構(gòu)構(gòu)造上能夠明顯看出深層剪切和淺層流動兩部分的熔線，與其礦床的形成有著礦化的直接成因聯(lián)系，典型花崗質(zhì)與眼球狀的糜棱巖在區(qū)域的物理條件下能夠和環(huán)境達(dá)成統(tǒng)一，具有相對協(xié)調(diào)的變化趨勢[3]。隨著主要礦層的開發(fā)能夠發(fā)現(xiàn)，礦床的整體布局是在數(shù)以萬計的演變后而形成，無論是那個賦存年代，在礦床系統(tǒng)內(nèi)均可以找到海水下滲和流入的痕跡，根據(jù)海水和火山活動的雙重影響，在礦區(qū)內(nèi)形成分徑明顯的礦石分列帶，即不同脈石的生長間距，以此控制不同種類的礦石生長。礦區(qū)內(nèi)深部層次的重熔巖漿沿斷裂地帶，由上至下侵入到侏羅紀(jì)時期和白堊兩個時期階段，在隨著水流的熱循環(huán)系統(tǒng)的不斷作用，大氣水向下滲透并受熱上返，逐步形成以巖漿熱源體為中心的水熱對流循環(huán)系統(tǒng)。

熱液巖漿巖流徑區(qū)域內(nèi)的巖石，可以在已經(jīng)形成的礦體中沖擊出易溶的組分，構(gòu)成輸送通路使之源源不斷地進入流體，從而輸送富含礦物質(zhì)的熱液巖漿。當(dāng)含礦流體上升到開放空間時，隨著溫度和壓力及其它物理化學(xué)條件的突變，含礦物質(zhì)的巖漿熱液會打破原有的平衡，由此熱液中的水氣相得到釋放，完成液相的相接分離狀態(tài)后再相繼結(jié)晶，從而形成了不同時期內(nèi)的脈石間距。在不同脈間距的分布范圍內(nèi)礦山的物質(zhì)可以呈現(xiàn)不同的生長態(tài)勢，每種脈間距的長度不一致造成該段內(nèi)的礦產(chǎn)為填補空缺逐漸向兩側(cè)或更上層生長，根據(jù)龍首山單側(cè)的斷裂結(jié)構(gòu)繪制脈體的生長情況，如下圖1所示。

圖1 不同脈間距離中脈體成長速度

如圖所示將該斷裂結(jié)構(gòu)的脈間距按照每個階段10m的程度進行劃分，在其小于45m范圍內(nèi)脈體的生長速度較為緩慢，直到在轉(zhuǎn)換點時生長速度呈現(xiàn)直線上升趨勢。主要是在斷裂區(qū)中存在的應(yīng)力作用能夠在該長度下形成集中的勢態(tài)，無論是從高程還是深度層次都符合礦床中脈體的進一步生長。如果當(dāng)含礦物質(zhì)的熱液在沒有阻力下形成新型間距，則巖漿的沖擊作用會使該階段的物質(zhì)自主堆積，在其內(nèi)部無法形成帶有間距的成礦物質(zhì)，但能夠在局部地區(qū)使得該成分下的成礦物質(zhì)進行富集。

成礦流體在地殼的演變時期為各個礦床提供了多種礦物質(zhì)成分，并在不同時間的深部巖漿作用下，為成礦流體轉(zhuǎn)移提供了較強熱動力條件，促使其能夠形成堅實有利的礦石部位但在區(qū)域變質(zhì)升溫的轉(zhuǎn)變下，部分地區(qū)的基層會受到低溫變質(zhì)影響，在其內(nèi)部發(fā)育的礦化脈石會遭受較強蝕變，但自身的礦物質(zhì)含金量品位會更高。礦山在億萬年變遷過程中能夠形成多種獨特的脈間結(jié)構(gòu)，在地殼的深度運動下控制這脈體的生長，促進礦床的形成。

5 結(jié)語

本次通過不同礦床組成的動力學(xué)要素分析成礦的機制，按照成礦影響的先后順序排列動力學(xué)機制重要程度劃分準(zhǔn)則。

按照地質(zhì)構(gòu)造與脈間距離的作用下可以得出不同礦區(qū)的成礦巖性，并在區(qū)域和局部的動力轉(zhuǎn)換過程中控制成礦效果，劃分每個區(qū)域內(nèi)礦床的礦產(chǎn)資源類型。但由于本人能力和時間有限，在研究過程中僅能從各類影響元素的表層機理進行談?wù)摚瑳]有展開同類型礦山的廣度調(diào)查，產(chǎn)生的結(jié)論具有一定的局限性。后續(xù)在研究過程中可以針對某一區(qū)域內(nèi)的礦產(chǎn)資源進行多角度結(jié)合，通過不同的礦產(chǎn)資源重組排列分析出每一類成礦動力學(xué)的作用機制，為我國礦山開采提供有力依據(jù)。