甘肃龙首山矿床的成矿动力学机制研究

王宇佳，王 鹏，张献文

（甘肃煤田地质局一四九队，甘肃 兰州 730020）

成矿动力学是在一定的地质构造条件下，形成的矿床分布特点和过程作用机理的复杂学科，在不同条件下产生的矿产资源具有较大的差异性，需要根据产生背景和演化过程逐一研究其矿产的类型和序列。甘肃龙首山矿山作为当地开采速度较快且经济收益较为可观的矿山之一，从矿床的形成机理上进行重点分析能够整体了解该地区的成矿机制，确定矿床产物的历史性演化过程。国内对于该理论的研究进展较快，主要依赖于丰富的矿产资源和矿业的发展，从1999年开始大部分地区已经完成了成矿作用动力学的研究，形成了一套非常有序的多角度分析系统。根据学科中对区域成矿元素的定义，针对每个板框中结构和类型的不同作用，将矿床的组成形式和资源生长分布有机地结合起来，促进了成矿动力机制从流体控制向富集形态的转变。一方面成矿的动力学包括了矿床形成和演化的全过程，能够在作用机理上揭示矿区内静态和动态的成矿规律和原因。另一方面成矿机理的跨度范围从构造至岩体生成历经多个年代，其内部的自身组织结构较为复杂分成了时间和空间两个相对侧重点。本文从选取的甘肃龙首山矿床中展开研究，分析其内部矿床和资源可以成矿的主要动力学机制要素，为传统找矿理论提供新的思路。

1 节理产状孕育矿床布局

节理产状主要是地表的脉节密度，即单位长度内包含的石英性质脉体的数量多少，可以采用地表剖面线的方式将其与石英性物质保持垂直走向，便于测量不同区域内的矿床分布情况。常态下脉节密度与矿床存在的石英性物质量的对比关系，可以判断该段内矿床的分布情况，每个脉节密度在垂直线走向上具有特殊的角度，控制岩石中石英性物质的发育和分布[1]。

甘肃龙首山地区所处的板块构造，经历了四个阶段的演化过程，主要为：一新元古代时期开始，板块的地裂运动，在地下凹陷处形成结晶基底，一直延续到早古生代阶段，形成最底层的凹陷区利于矿床的孕育；二是晚古生代随着南天山盆地的闭合，以及板块之间的碰撞作用，使其在该阶段有形成造山的趋势，在该区域内的基地凹陷有向前陆盆地转化的形式；三是在三叠纪时期主要的前陆盆地开始处于闭合转态，随着晚三叠世的碰撞挤压发生造山运动。于侏罗纪末期到白垩纪时期之间，形成盆地收缩的主要阶段，与造山挤压阶段相互交换产生，将原有底部的盆地结构急剧收缩，整个山体再一次全面抬升，在西南山天体前的盆地地势下，山体内层结构能够形成沉积的暗河，起到包容各类岩浆碎屑岩侵入的作用，使其局部缝隙内带有夹煤层相间的陆相火山岩。四是新生代时期，在印度板块与欧亚板块相互碰撞下，已经显现出隆起势态的山体表面快速隆升，构造带底部的盆地结构向造山带方向俯冲，使得山体的地壳增厚，南部天体再次转入挤压构造背景下，形成了新生代陆内的造山过程。在不同时期内该区域受到的用形式的造山带影响，褶皱、断裂构造发育明显。按角度大小范围可以分为两类：角度控制75范围内时，矿床矿脉中可以发现少量的黑钨矿，在其周围分布产化的硫化物质深度在55m以下，矿床内主要的资源为黄铁矿和黄铜矿，整体分布情况以局部的椭球状可切割式分布。角度超过80范围但不超过180时，石英物质会大量减少呈现透镜状的矿床，以细小的颜色较浅硅化性质强烈的岩体替代，变质砂岩整体的硬度较高可遍布范围处于深度170m～260m之内，多数矿床内的物质层理不清晰。受成矿动力学的复杂过程影响，矿物资源在不断变化中形成了形态不一的矿床分布形态，能够和周围的流体组织和岩体形变产生作用，以此发生沉积等过程控制矿床稳定。根据不同时期的岩浆地质活动，在其内部产生的节理产状形成矿床的初步脉节走向，随着时间的不断推移，在各个角度范围内搜寻成矿物质的组成和分布情况，能够直观的了解节理产状，对甘肃龙首山后期矿床布局的整体影响。

2 变质基底制约成矿岩性

地层某一个单位内的化学元素能够在自由游离的状态下合并组合，并根据不同性质的元素定义其自身的浓度含量，按照其基底的变质作用形成的多种化学排列形式，逐渐构成了矿产岩性的制约因素。甘肃龙首山矿床区域内具备典型的砂砾岩型，在其周围岩性分布特征来看，能够根据砂砾比重以及颜色等特征，将其划分成五个岩性生长阶段，以此分析变质基底对成矿岩性的控制作用。第一阶段为上部第五岩性段，为主要的含矿层阶段，其发育交互地带具有明显的浅紫地层结构。第二阶段和第三阶段为产生的锌矿点位，在局部地区构造带的源层分布下，内部发育为封闭性较好的石膏层泥岩，能够形成较为有利的成矿条件。第四阶段和第五阶段主要是在大规模的褪色蚀变后，整个地区的褐色岩性遭受到铁矿化，沿着石膏分布区形成了较为稳定的砂砾锌矿带或者异常矿化地带。主要考虑岩性成型期间内基底的变质作用的制约效果，地壳内不同的化学元素能够在自身的演变过程中自主集中，按照正态或者负态的形式进行类别组合从而产生多种矿产资源，常见变质基底的化学组成元素如表1所示。

表1 基底变质中岩性的元素含量（%）

根据表中数据可知在不同元素的排列组合中，每组元素的丰度值与浓集系数的比例具有正相关联系，能够判断某个时段内该地表沉积成岩中岩石的元素含量高低。而叠加强度能够影响元素的变质作用，在不同的叠加程度中其岩性特征可以从单一元素转化成多种元素沉积，以此丰富矿化性质和成矿富集程度。

将整体已发现的矿床点数以此按照成矿时间段进行划分，在长期的变质基地演化过程中，能够在不同的地质构造带内形成众多矿床点位，根据成矿岩性的异常特点能够圈定小范围内，金属矿床和能源矿床的依存特性，以此确定形成的矿床的主要区域，在不同时期内发展中成矿岩性特征的制约条件。

3 局部与区域动力转换影响成矿效果

矿床的分布在一定程度上具有区域和局部的趋势，根据成矿的年代不同在不同形态下的矿产，会根据自身的元素组合产生相对集聚效果。在区域内和局部中存在内源动力，大规模的动力转换过程会对矿产的成矿起到重要作用，龙首山的矿床主要集中发生在侏罗和白垩纪时期。该时期内局部的岩石圈构造在转换动力势态下发生强烈的伸展剪切动力阶段，造成构造的早期转换完成矿产物质由封闭向渗透迸发[2]。按照不同时期内地质局部的动力演化，推演该状态下成矿的全过程，一是侏罗纪时期早新特提斯洋发育和发展中，急剧的地质张裂状态形成拉伸力，使得地层内部被动陆缘向箕状转化，在内力冲击作用下逐步形成有边的沉积陆缘地带。早白垩世时期内其继续沿着纵深向发展，大部分陆缘地带并逐渐成型，在继承侏罗纪时期深水盆地的沉积格局外，四周边缘地带呈现向外伸展扩张趋势，与滞留沉积的泥质岩性物质频繁交替叠加组合，伴随一系列火山活动的集聚运动，在塌陷区域沉积大量的岩石微裂物质，为后期的矿床形成提供基础。不同局部的挤压环境可以划分成较为分散和相对分散两种状态，前者可以在拉张的环境中产生分异聚集，方便地下深层次的矿物质形成，后者受同构造期中流体的作用常发生强烈的干扰力致使结构减少伸展。区域性的动力转换主要集中在地壳和地幔的内源动力作用中，在地幔组织大幅加热后能够在地壳中形成多级组织的岩浆房，以此形成对流主导的热传输效应。该效应主要的动力作用被当做被动扰乱从而驱使上层的成矿速度。在较深层次的流变过程中各类矿产元素处于分散状态，局部和区域内完成动力转换能在一定程度上控制成矿效果，着重影响矿产资源的类型和矿产结构的分布情况。受局部挤压的长期影响，在板块交界地带能够形成与之抗衡的反作用力，两者在长久的板块运动和岩浆侵入作用下，以此转换矿床形成的内部区域动力，促进不同种类类型矿床的生长，对不同时间矿床内部的成矿效果具有重要影响作用。

4 脉间距控制脉体生长

龙首山两侧的不同地表结构构造上能够明显看出深层剪切和浅层流动两部分的熔线，与其矿床的形成有着矿化的直接成因联系，典型花岗质与眼球状的糜棱岩在区域的物理条件下能够和环境达成统一，具有相对协调的变化趋势[3]。随着主要矿层的开发能够发现，矿床的整体布局是在数以万计的演变后而形成，无论是那个赋存年代，在矿床系统内均可以找到海水下渗和流入的痕迹，根据海水和火山活动的双重影响，在矿区内形成分径明显的矿石分列带，即不同脉石的生长间距，以此控制不同种类的矿石生长。矿区内深部层次的重熔岩浆沿断裂地带，由上至下侵入到侏罗纪时期和白垩两个时期阶段，在随着水流的热循环系统的不断作用，大气水向下渗透并受热上返，逐步形成以岩浆热源体为中心的水热对流循环系统。

热液岩浆岩流径区域内的岩石，可以在已经形成的矿体中冲击出易溶的组分，构成输送通路使之源源不断地进入流体，从而输送富含矿物质的热液岩浆。当含矿流体上升到开放空间时，随着温度和压力及其它物理化学条件的突变，含矿物质的岩浆热液会打破原有的平衡，由此热液中的水气相得到释放，完成液相的相接分离状态后再相继结晶，从而形成了不同时期内的脉石间距。在不同脉间距的分布范围内矿山的物质可以呈现不同的生长态势，每种脉间距的长度不一致造成该段内的矿产为填补空缺逐渐向两侧或更上层生长，根据龙首山单侧的断裂结构绘制脉体的生长情况，如下图1所示。

图1 不同脉间距离中脉体成长速度

如图所示将该断裂结构的脉间距按照每个阶段10m的程度进行划分，在其小于45m范围内脉体的生长速度较为缓慢，直到在转换点时生长速度呈现直线上升趋势。主要是在断裂区中存在的应力作用能够在该长度下形成集中的势态，无论是从高程还是深度层次都符合矿床中脉体的进一步生长。如果当含矿物质的热液在没有阻力下形成新型间距，则岩浆的冲击作用会使该阶段的物质自主堆积，在其内部无法形成带有间距的成矿物质，但能够在局部地区使得该成分下的成矿物质进行富集。

成矿流体在地壳的演变时期为各个矿床提供了多种矿物质成分，并在不同时间的深部岩浆作用下，为成矿流体转移提供了较强热动力条件，促使其能够形成坚实有利的矿石部位但在区域变质升温的转变下，部分地区的基层会受到低温变质影响，在其内部发育的矿化脉石会遭受较强蚀变，但自身的矿物质含金量品位会更高。矿山在亿万年变迁过程中能够形成多种独特的脉间结构，在地壳的深度运动下控制这脉体的生长，促进矿床的形成。

5 结语

本次通过不同矿床组成的动力学要素分析成矿的机制，按照成矿影响的先后顺序排列动力学机制重要程度划分准则。

按照地质构造与脉间距离的作用下可以得出不同矿区的成矿岩性，并在区域和局部的动力转换过程中控制成矿效果，划分每个区域内矿床的矿产资源类型。但由于本人能力和时间有限，在研究过程中仅能从各类影响元素的表层机理进行谈论，没有展开同类型矿山的广度调查，产生的结论具有一定的局限性。后续在研究过程中可以针对某一区域内的矿产资源进行多角度结合，通过不同的矿产资源重组排列分析出每一类成矿动力学的作用机制，为我国矿山开采提供有力依据。