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1、第四章 伟晶岩矿床,矿床学,2,第四章 伟晶岩矿床,1 概述 2 形成条件 3 成矿作用和矿床类型,3,1 概述,一、概念 二、矿床特征 三、工业意义,4,一、概念 1、伟晶岩 1）伟晶岩 指矿物成分与母岩相似、结晶颗粒粗大、具一定内部构造特征，且呈脉状或透镜状的地质体称为伟晶岩。属晚期岩浆产物，是在侵入体冷凝的最后阶段形成，位于侵入体的顶部。矿物晶粒一般多在1-10cm以上，大者可达1-2m，富含挥发性组分，稀有元素组分，形态主要成脉状或其它不规则形状的岩体。,5,伟晶岩矿床都与相同成分的侵入体有关。伟晶岩可分岩浆伟晶岩变质伟晶岩。岩浆伟晶岩依据其岩性分为花岗伟晶岩，碱性伟晶岩和基性和超基性
2、伟晶岩 各种伟晶岩的主要造岩矿物成分分别与花岗岩、碱性岩和基性超基性岩相当。其中分布最广，与成矿关系最密切 的是花岗伟晶岩，其次是碱性伟晶岩。,伟晶岩,岩浆伟晶岩,变质伟晶岩,花岗伟晶岩,碱性伟晶岩,基性超基性伟晶岩,2）伟晶岩类型,碱性伟晶岩,基性超基性伟晶岩,花岗伟晶岩,碱性伟晶岩,基性超基性伟晶岩,6,2）伟晶岩类型（1）岩浆伟晶岩：属晚期岩浆产物，是在侵入体冷凝的最阶段形成，位于侵入体顶部。深成岩浆岩常见以花岗伟晶岩最多，碱性伟晶岩较少见，基性超基性伟晶岩更少见。（2）变质伟晶岩：主要是前寒武纪岩石变质改造的各个阶段形成的伟晶岩。,7,2、伟晶岩矿床 是指一种矿物颗粒结晶粗大的、具内部
3、构造特征的脉状或凸镜状地质体，当其有用组分富集达到工业要求时，即称为伟晶岩矿床。地壳深处的熔浆（在封闭环境中）通过缓慢结晶或重结晶作用形成晶粒粗大的脉状或凸镜状岩体，当其有用组份富集达到工业要求时称为伟晶岩矿床，即 具有经济价值的伟晶岩。,8,二、矿床特征,1、矿床产出 2、矿床分带性 3、矿体形态产状 4、矿石组构 5、矿石组份 6、主要矿产,9,1、矿床产出,伟晶岩矿床主要产于岩浆作用或变质作用形成的花岗伟晶岩中,含水晶伟晶岩剖面图（内蒙）1中粗粒黑云母花岗岩；2细晶岩带；3文象伟晶岩带；4长石石英块体带；5长石块体带；6钠长石化长石石英块体带；7钠长石化长石块体带；8石央核；9水晶晶洞；
4、10糖粒状钠长石交代体；11叶钠长石交代体；12钠长石-云母交代体；13钠长石-白云母-石英交代体；14绿柱石；15晚期微斜长石，正长石晶体和晶簇；16黄玉,伟晶岩岩体内部常具明显的带状构造是伟晶岩（矿床）的另一个突出的特征。从脉的边部到脉体中心，无论矿物成分或岩石的结构构造，均呈有规律的变化。一般情况下，一个发育比较完整的伟晶岩体，从外到内可以划分出以下四个带：,2、矿床分带性,边缘带,外侧带,中间带,内核,11,边缘带：主要由细粒的长石和石英组成，成分相当于细晶岩，故又称细晶岩带，厚度一般仅几厘米，形态不规则并不连续，与围岩界线清楚，其该带中最常见的少量共生矿物是电气石、磷灰石和石榴石。,
5、伟晶岩内部分带示意图（据中国地质大学）1-边缘带；2-外侧带；3-中间带；4-内核；5-交代矿物带,12,外侧带：位于边缘带内侧，矿物颗粒较粗，由文象结构和粗粒结构的长石，石英和云母组成。成分与花岗岩相似，厚度比边缘带大而稳定。带中常见绿柱石等伴生矿物。由于具有典型的文象结构、成分与花岗岩相似，又称为文象花岗岩带。,13,此带内有时长石和石英集中的部位有所不同，又可进一步分成亚带，靠外侧带处先晶出的一般主要为长石，靠内核部分则常出现钾长石和石英，前者称中间外带，后者称中间内带。这主要根据实验工作的需要。,中间带：位于外侧带和内核之间，由巨晶结构的长石和石英组成，常见矿物除长石、石英外，还常有绿
6、柱石、锂辉石等稀有元素矿物。此带中的交代作用已较发育同时与交代作用有关的稀有元素矿物也增多，成为矿化发育的地段，是伟晶岩矿床的主要部分。此带厚度较大，可几十厘米到数十米。,14,内核：因位于伟晶岩体的中央，所以称为内核，矿物组成主要是颗粒粗大的石英，其次还有长石、锂辉石等矿物。在内核的中心部位由于结晶的作用往往有空洞形成（晶洞）。内核的形态常不规则，核的大小常取决于伟晶岩体的大小和岩体膨胀部分的特征，同时也取决于岩体分异程度或构造明显程度。,1-边缘带；2-外侧带；3-中间带；4-内核；5-裂隙充填和交代；6-花岗岩,15,在伟晶岩形成的整个过程，结晶首先从边缘开始，早期形成边缘带，矿物颗粒细
7、小，他形结构；随后形成外侧带，矿物颗粒增大，以文象结构、自形-半自形结构为主。随着温度降低，矿物不断的晶出，矿物粒度愈来愈大，残余熔浆挥发分不断增多，到晚期形成则以交代结构最为特征。稀有元素化合物由于具较低浓度，因而不可能在早期阶段晶出，往往被挤向伟晶岩体的中部或顶部，在晚期阶段富集起来。中间带是伟晶岩矿床发育的主要地带（如稀有金属矿床），次为外侧带（如绿柱石等）。,16,3、矿体形态产状,伟晶岩产出的形态多呈各种类型的脉状体，故又通称为伟晶岩脉。最常见的矿体形态呈脉状、囊状和透镜状及不规则状（如串珠状、树枝状、网状等）。工业意义最大的是纺锤状透镜体(表面积最小，散热慢，内部晶形大，有用组份富
8、集）。,伟晶岩体形态图1规则的脉状体；2不规则脉状体；3凸镜状体；4囊状体；5串珠状体,17,1）形态控制因素 构造：压性裂隙中的伟晶岩脉，形态规则延伸较远，常作雁行状排列。张裂隙中的伟晶岩体，多呈透镜状，规模较小。围岩：片麻岩、片岩中多呈板状，墙状，产于花岗岩类岩石中常呈脉状、珠状瘤状。伟晶岩形态:对成矿最有利的伟晶岩形态是纺缍状透镜体，因为形态表面积最小，与外界接触面积小，散热缓慢，有利于形成颗粒粗大的矿物及挥发份的聚集，使稀有元素富集成矿。伟晶岩体的大小差别很大，厚度从几厘米到几十米，沿走向长几米几百米甚至上千米，延深可达几百米。稀有元素矿物往往聚集中在厚大的伟晶岩中。,18,2）产状
9、陡立：内部构造表现为对称的带状构造，稀有元素和矿物主要分布于脉体的上部。平缓：内部的带状构造不对称，稀有元素矿物主要分布于脉体的上盘。根据研究和实际工作中的经验，对稀有金属成矿最有利的产状：板状伟晶岩倾角为45-90。因为当岩脉倾角陡立时，有利于挥发分和易熔化合物向上移动而集中，使得稀有元素成矿物质分异彻底而充分富集，形成富矿。而产状过于平缓的伟晶岩脉，由于挥发分和易溶化合物向上移动困难，不能进行彻底的分异作用，使得挥发分和成矿物质分散在岩脉的上盘，不利于矿质集中。,19,4、矿石组构,1）矿石结构（1）结晶粒状结构：以矿物自形程度好，晶粒巨大的巨晶结构为特点；按粒度大小分为细粒结构（粒径数m
10、m-10mm），中粒结构（1-5cm），粗粒结构（5-10cm），巨晶结构（10cm）。巨晶结构又称伟晶结构。有的绿柱石重50t（我国新疆），黄玉重60kg（乌拉尔）石英重40t，黑云母7m2，白云母30m2。,20,长石伟晶岩,21,云母伟晶岩,22,电气石伟晶岩,23,（3）交代结构：交代形成的矿物由白云母、钠长石及稀有元素矿物组成，为后期热液交代作用的产物。,（2）文象结构及似文象结构：主要是岩浆共结的产物，由长石、石英共结生成。少部分由石英交代长石（井百、双晶面而成）。,24,2）矿石构造 矿石主要具块状构造、晶洞状构造（发育在石英核中，伟晶岩形成晚期）。,5、矿石组份,1）矿物成分
11、伟晶岩的矿物成分以硅酸盐和氧化物为主。（1）硅酸盐矿物如石英、长石(斜长石、正长石、微斜长石)、云母(黑云母、白云母)、霞石、辉石等；（2）稀有和放射性元素矿物主要有含锂矿物如锂云母、锂辉石等，含铍矿物如绿柱石、硅铍石，含铌钽矿物如钽铁矿、烧绿石等，含锆矿物如锆石等；（3）稀土元素矿物如独居石、磷钇矿、褐帘石等；（4）金属矿物如锡石、黑钨矿、磁铁矿等；（5）含挥发份矿物如萤石、电气石、磷灰石等。,26,2）化学成分（1）主要为与母岩相同的氧和亲氧的造岩元素如Si、Al、Na、K、Ca等；（2）稀有、分散、稀土和放射性元素如Li、Be、Nb、Ta、Cs、Rb、Zr、Hf、La、Ce、U、Th等；
12、（3）金属元素如W、Sn、Mo、Fe、Mn等；（4）挥发组份如F、Cl、B、P等。,2）化学成分：组成伟晶岩的元素，主要是一些与母岩相同亲氧的造岩元素：O、Si、Al、Na、K、Ca、Mg、Fe、Mn等。另外还有高度集中的稀有元素：Li、Be、Nb、Ta、Zr、Hf、U、Th、TR、Cs等40余种元素。大多数集中于伟晶岩矿床中的稀有元素，仅占花岗岩体积的极小部分，其总量不超过万分之一；而伟晶岩矿床中这些稀有元素含量可超过花岗岩母岩中的数十、数百乃至数千倍。如Li在花岗岩等酸性岩中为410-5而在伟晶岩矿床中，可富集到12%，即大约增加了250-400倍；又如Be在酸性岩中的含量为5.510-6
13、，但在工业伟晶岩中含量可达1%以上，即浓度富集达2000倍左右。,28,6、主要矿产：稀有金属，稀土元素，云母，水晶，陶瓷原料等,29,三、工业意义,是某些稀有元素(Li、Be、Nb、Ta、Cs)和稀土元素(REE)矿产的重要来源；有关重要金属矿产有W、Sn、Mo、U、Th。伟晶岩矿床的主要矿产为云母、长石、石英等。其它非金属矿床有萤石、磷灰石、压电石英等。常见宝石类矿产是海蓝宝石（绿柱石）、碧玺（电气石）、黄晶（黄玉）、水晶等。,30,据斯米尔诺夫（1985）报道：乌拉尔：一个采石场整个都在一个天河石晶体中；一黄玉晶体重60 kg 美国锂辉石晶体长14 m，绿柱石晶体长5.5 m；白云母达5
14、 m2，黑云母达7 m2，俄罗斯一颗黑晶近10 t，哈萨克斯坦石英晶体重70 t，挪威一微斜长石晶体重100 t,31,2 形成条件,一、温度压力 二、岩浆岩条件 三、构造条件 四、围岩条件,32,一、温度压力 1、温度：700150，边缘带700600，主体部分600300；不同矿物形成于不同的成矿温度，如晶洞中的矿物形成于150左右，稀有金属矿物形成于500200。,2、压力：伟晶岩形成时的压力为800500 MPa，到结束时的压力为200100 M Pa。伟晶岩矿床形成的深度较大，深度小的近地表和浅成带不利于伟晶岩的形成，因为压力大，挥发份才能保存在矿床中。不同深度可形成不同类型的伟晶岩
15、矿床。.金兹堡等将其分为四种：即 较小深度（1.53km），形成与水晶有关的矿床；中等深度（3.57km），形成与稀有金属有关的矿床；较大深度（78到1011km），形成与云母类有关的矿床；极大深度（超过1011km），形成与陶瓷原料有关的矿床。,34,二、岩浆岩条件,1、不同类型的岩浆岩形成不同类型的伟晶岩矿床 1）花岗伟晶岩分布极广，通常形成与稀有、稀土元素、白云母、长石、刚玉等有关的矿床。2）碱性伟晶岩分布很少，通常形成与锂、铍、钍和稀土元素有关的矿床。3）基性和超基性伟晶岩很少出露，目前仅见与磷灰石、磁铁矿等有关的矿石,35,2、与伟晶岩有关的花岗岩类常呈岩基状或巨大的岩柱状产出，因为
16、一般的“小侵入体”不可能形成伟晶岩的大量挥发物质。3、不同深度的花岗岩类形成不同的伟晶岩矿床 1）浅成花岗岩类侵入体可形成水晶伟晶岩矿床；2）中深成花岗岩类侵入体可形成稀有金属伟晶岩矿床。,36,三、构造条件,1、在空间上伟晶岩分布明显受区域构造控制。伟晶岩很少单独出现，而是成群成带地产出，并形成断续延伸数十-数百公里的伟晶岩带。即褶皱带（地槽区）、地台区的边缘深大断裂控制着伟晶岩带的分布。,37,2、伟晶岩矿田分布受次一级构造控制，矿田内所有伟晶岩都与同一侵入体或同时侵入的不同岩体有关。3、伟晶岩脉的分布受更次一级断裂构造控制，如羽状裂隙、帚状裂隙、围岩的片理岩体内部的次生裂隙等次级构造为伟
17、晶岩脉所充填。,38,四、围岩条件,由于伟晶岩矿床主要产于强烈褶皱带和侵入体大规模发育的地区，故伟晶岩矿床的主要围岩是区域变质岩及一些基性和超基性岩。1、区域变质岩为伟晶岩矿床的主要围岩，混合岩化形成的花岗岩发育的地区可形成白云母矿床或稀土元素矿床。未变质的沉积或火山岩盖层中，伟晶岩少见。,39,2、围岩的物理性质的影响：可塑性小、刚性强、渗透性差的基性岩、花岗岩和花岗片麻岩有利于伟晶岩的形成，特别是形成稀有金属伟晶岩；而具定向性的层理、片理发育的片岩类，则对稀有金属矿化不利。3、围岩的化学成分：若围岩为超基性岩或碳酸盐类岩石时将引起伟晶岩的同化混染作用。,40,3 成矿作用及矿床类型,伟晶岩
18、成因争论的焦点 伟晶岩矿床的成因在某种程度上可说是伟晶岩的成因，很久以来就是地质学上一个有争论的问题。同时，也是矿床学界中引起激烈争论的最主要问题之一。从费尔斯曼（1940）发表伟晶岩专著至20世纪末，讨论伟晶岩成因和有关形成作用的文献在200篇以上，其争论的焦点在于：1）有没有伟晶岩浆（残余岩浆）存在？2）伟晶岩的形成方式主要是结晶作用，还是交代作用方式生成？3）伟晶岩的形成是在封闭系统中还是开放系统中生成？,41,3 成矿作用及矿床类型,一、岩浆结晶观点 二、变质成因 三、成矿作用方式 四、伟晶岩矿床的演化过程 五、矿床类型,42,一、岩浆结晶观点,1、残余岩浆说费尔斯曼 要点：1）有残余
19、岩浆存在（富含挥发组分的伟晶岩浆）；2）伟晶岩浆存在于相对封闭和高温、高压的环境中；3）缓慢冷凝通过结晶作用形成伟晶岩矿床。优点：可较好地解释伟晶岩与围岩之间存在清楚界线和具有良好带状构造的伟晶岩脉。,43,2、非残余岩浆说查瓦里茨基 要点：1）任何一种岩浆经过正岩浆结晶阶段之后都会产生残余气态溶液（超临界状态流体）2）流体为富含挥发性组分、稀有金属元素、硅酸盐组份 3）在封闭条件下使早期形成的矿物发生重结晶，形成粗粒（钾长石）伟晶岩；在开放系统中进一步发生交代作用（钠交代钾产生钠长石化），形成伟晶岩矿床。优点：交代作用十分发育，产在花岗岩体内部的伟晶岩脉，界线不清楚,44,二、变质成因,1、
20、要点 由超变质的深熔作用或选择重熔作用形成的一种深熔流体，随着挥发组分的聚集，对固态岩石发生重结晶作用和交代作用，或沿构造裂隙贯入而形成伟晶岩脉。,2、不同类型的伟晶岩矿床形成于不同的变质相带：1）稀土伟晶岩矿床产于水分压较小的麻粒岩相或角闪岩相下部，2）白云母伟晶岩矿床产于水分压较大的角闪岩相的十字石-蓝晶石亚相中 3）稀有金属伟晶岩矿床产于角闪岩相的低级亚相或绿片岩相中 4）压电石英伟晶岩矿床产于绿片岩相中,三、成矿作用方式,1、结晶作用 主要发生于伟晶岩矿床形成的早期，因温度降低使组成伟晶岩的主要矿物如长石、石英和云母及一些稀有元素矿物从万金油熔浆中逐渐结晶出来。,2、挥发组份作用：伟晶
21、岩矿床（具有工业价值）一般都与酸性岩浆有关，酸性岩浆中挥发性组分（主要是H2O、F、Cl、P、B等）含量最高，其重要作用：1）由于挥发组份热容大和热储能很大，而粘性和导热性小，降低残余岩浆的粘度，有利于伟晶岩浆冷却缓慢，延长岩浆完全结晶的时间，形成颗粒粗大、晶形完整的伟晶岩。2）挥发组份可与成矿元素形成络阴离子而使其在残余岩浆中充分富集。3）伟晶岩浆中挥发组份增加了伟晶岩浆的内应力，故在构造力作用下可侵入到母岩外壳或围岩构造裂隙中形成伟晶岩脉。,48,3、重结晶作用 主要是指母岩的重结晶作用。由于残余岩浆中富含母岩组份和挥发组份的气态溶液，因条件适宜而使母岩中造岩矿物重结晶形成巨大晶体。4、交
22、代作用 主要发生于伟晶岩主体形成的后期，交代早期形成的矿物，并造成围岩蚀变。如白云母化作用、钠长石化作用、锂云母化和混染作用等。,49,四、伟晶岩矿床的演化过程,1、岩浆阶段（900800）费尔斯曼和杰翰斯 岩浆阶段是伟晶岩结晶的最初阶段。此时的伟晶岩通常为浅绿色，它形结构、粒状-花岗结构，主要有用矿物为电气石、独居石和磁铁矿。相当于花岗岩的结晶阶段。,50,2、伟晶阶段（后岩浆阶段，800600）：1）800700，在伟晶岩边部形成糖粒状细晶岩，将粗粒伟晶岩与岩浆岩体分开。此时的伟晶岩通常为红色，具有细晶结构和斑状结构，可见石榴子石和磁铁矿斑晶。2）700600，形成伟晶岩矿床中的伟晶岩带和
23、文象带。在靠近脉壁部分形成标准的文象花岗岩（通常呈红色），靠近中心部分形成拉长的黑云母,51,3、气成阶段（600400）：具有明显的交代作用。1）600-500形成玫瑰色伟晶岩，具似伟晶结构、交代结构，形成黑电气石（含硼和氟）、白云母（含水和氟）、绿柱石（含铍）、黄玉（含硼）、钾长石和石英（烟水晶和墨晶）等。2）500400（超临界温度），钾长石分解为条纹长石和钠长石，并形成锂辉石、锂云母，有时形成红色电气石（含铯），最后形成黄玉，还可形成黑色稀土矿物，但其量较少。,52,4、热液阶段（40050）：1）高温相（400300）特征矿物为冰晶石和萤石；2）中温相为硫化物如方铅矿、闪锌矿和黄铜矿
24、；3）低温相为沸石和碳酸盐矿物。5、表生阶段 表生相,53,正岩浆阶段,侵 入,上地壳,稀有-稀土矿床,封闭环境,伟晶岩矿床,残余岩浆阶段,开放环境,气水热液矿床,花岗岩浆,总结,54,玄武岩浆,总结,正 岩 浆 阶 段,侵 入,上地壳,早期岩浆分结矿床,晚期岩浆分结矿床,岩浆熔离矿床,基性伟晶岩脉,残余岩浆阶段,矿产类型？,55,五、矿床类型,1、按矿物共生组合和矿石结构构造划分 K.A符拉索夫 1）文象-等粒型：主要矿物为等粒的K、Na长石和石英简单伟晶岩，代表伟晶岩结晶作用的开始阶段。长石与石英有规律连生，构成文象结构或等粒结构。,56,花岗伟晶岩脉的内部构造（据费尔斯曼）1-花岗岩，2
25、-长英岩带；3-文象花岗岩带；4-长石-石英带；5-晶洞带,57,2）块状型：块体的。在边缘带内靠近岩脉的中心部分，长石比石英析出的时间稍早。,58,3）完全分异型：全分异的。分三带（1）文象结构或花岗结构伟晶岩带（2）微斜长石带（3）石英带，石英与长石在空间上形成两个独立的矿物带。,59,4）稀有金属交代型：为独立的交代带，具独特的矿物组合：钠长石、云母、晚期石英、绿柱石、铌钽铁矿、铯榴石、磷灰石、铀矿物等。完全分异型和稀有金属交代型中稀有金属辨别：（1）自形程度好的产于完全分异型；（2）稀有金属交代型中稀有金属矿物产于长石亚带中，而完全分异型产于石英亚带中；（3）稀有金属交代型中稀有金属矿
26、物粒度较小。,60,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,61,5）钠长石-锂辉石型：主要由钠长石、锂辉石和石英组成。一般矿物颗粒较小。,工业价值：文象-等粒型无实际价值，块状型和完全分异型为云母和陶瓷工业原料的主要来源，而稀有金属交代型和钠长石-锂辉石型则为多种稀有金属的重要来源。,62,新疆阿尔泰含稀有金属花岗伟晶岩脉地质平面图 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,63,2、按有用元素或矿物划分 1）稀有金属伟晶岩矿床：如锂、铍、铌、钽等矿床，具有巨大的工业意义，如新疆阿尔泰；2）稀土元素伟晶岩矿床；3）白云母伟晶岩矿床，如内蒙土贵乌拉；4）含水晶的伟晶岩矿床；5）长石伟晶岩矿床。,64,3、按成因划分 1）岩浆伟晶岩矿床：与正岩浆作用有关的（花岗伟晶岩矿床、碱性伟晶岩矿床）；2）变质伟晶岩矿床：与变质作用有关的。,65,思 考,1、何谓伟晶岩、伟晶岩矿床？2、简述伟晶岩内部分带性及各带的矿物组合及结构构造特征。,
