伟晶岩矿床的形成条件及成矿作用

一、伟晶岩矿床的形成条件

（一）形成温度和压力（深度）

1. 温度

近年来，通过对伟晶岩中斜长石、正长石、黑云母、石榴子石、白云母及气液包裹体进行的测试，取得了不少数据。根据这些数据，边缘带细晶岩的形成温度为1000℃左右；中间带的细粒、中粗粒及块体的形成温度为800~500℃；晶洞矿物的形成温度可降至160℃或更低；各种交代矿物（钠长石化、白云母化、云英岩化、锂云母化、石榴石化等）的形成温度为500~200℃。由此可见，伟晶岩形成温度的范围较大，约为1000~160℃之间，其主体部分则约形成于700~200℃之间，稀有金属矿化主要发生于500~300℃之间。在伟晶岩形成过程中，从边缘到中心，矿物的形成温度是逐渐降低的。

2. 压力

伟晶岩形成时的压力，根据Б.施马京的实验资料，开始时可能达到800~500Mpa，结束时降至200~100Mpa。

绝大部分伟晶岩形成深度均较大，特别是花岗伟晶岩，即它们在相当大的压力条件下形成的。理论和实践都证实，花岗伟晶岩产于3~9km，有的可能更深些。在小于3km深度范围内，除形成极少数含稀有金属矿化的似伟晶岩（块状长石-石英脉）外，一般没有典型的伟晶岩形成。这是因为只有在相当大的压力下，挥发性组分才能保留在岩浆中，形成伟晶岩，否则，这些挥发性组分在超临界温度下发生沸腾、气化和外逸，不利于伟晶岩形成。另外，较大的深度可使热量散失缓慢，从而有利于体系长时间结晶作用进行。

党史文苑证明伟晶岩形成深度很大的地质资料很多：①伟晶岩均出露于那些在地质历史上经受过长期强烈上升或剥蚀的地区；②与伟晶岩伴生的往往是角闪岩相，甚至是麻粒岩相变质岩；③与伟晶岩有关的花岗岩均属深成岩相；④伟晶岩形成时代大多较老，多属古生代或前古生代，中生代伟晶岩多不典型；⑤伟晶岩地区一般不伴生同时代的角砾岩。这些现象均可说明伟晶岩形成深度很大的特征。

按伟晶岩矿床的形成深度可以分出4个伟晶岩相：

（1）较小深度的水晶伟晶岩相，深度为1.5~3km；

（2）中等深度的稀有金属伟晶岩相，深度为3.5~7km；

（3）较大深度的云母伟晶岩相，深度从7~8km到10~11km；

（4）极深的陶瓷原料伟晶岩相，形成深度超过10~11km。

（二）挥发性组分的作用

水、氟、氯、硼、二氧化碳、磷等挥发性组份的存在和数量的多寡，对形成伟晶岩矿床有十分重要的意义。首先，挥发性组分能降低岩浆的粘度和矿物的结晶温度（含水1%能降低熔点30~50℃），延缓结晶时间，有利于形成巨大的矿物晶体和良好的带状构造。其次，挥发性组分可与稀有元素等结合形成易溶化合物，随着温度的下降和挥发性组分的增加，稀有元素在伟晶岩形成作用的后期得到高度富集，并逐渐转入气水热液并发生交代作用，从而形成丰富的稀有元素矿物。另外，挥发性组分具有高的热容，所携带的热量也大，因此有利于长期、缓慢的结晶。

（三）岩浆岩条件

与花岗伟晶岩矿床有成因联系的花岗岩多呈岩基状产出，出露面积可达数百平方公里。通常情况下，花岗岩体愈大，伟晶岩脉数量越多，构成的伟晶岩区规模愈大。一般孤立的“小侵入体”基本上不形成伟晶岩，因为这种“小侵入体”不可能产生形成伟晶岩的大量挥发性物质，而且它们产出的地质环境也不利于伟晶岩的形成。

不同类型的伟晶岩矿床，总是与一定深度相的花岗岩类有关。例如，水晶伟晶岩矿床在成因上是与浅成的花岗岩类侵入体有关；而稀有金属伟晶岩矿床则是与中深成的花岗岩类侵入体有关，它们是有关岩浆分异的最后产物。

空间上，伟晶岩可产于母岩侵入体的顶部和边部，也可分布在母岩附近的沉积-变质岩中（图4-4）。在巨大的花岗岩基中，伟晶岩多集中在外接触带，或分布在岩体顶盖的围岩残余体中。在一些地区的伟晶岩矿田中，经常可见不同类型的伟晶岩围绕花岗岩体呈带状分布，这种带状分布从花岗岩到围岩方向表现为（图4-5）：

图4-4 花岗伟晶岩产状示意图

1-花岗岩；2-伟晶岩；3-片岩

（1）伟晶岩的类型愈来愈复杂，依次出现微斜长石型伟晶岩→微斜长石钠长石型伟晶岩→钠长石型伟晶岩→钠长石锂辉石型伟晶岩→钠长石锂云母型伟晶岩；

（2）伟晶岩脉中的交代作用愈来愈强烈，交代作用的类型依次为白云母化→钠长石化→锂云母化；

（3）伟晶岩中稀有金属愈来愈富集，富集的元素依次为稀土→铌（钽）→铍→锂→铌、锂、铷和铯。含稀土伟晶岩通常产于母岩体内，含钽、锂、铷和铯的伟晶岩通常都产于母岩体边缘或围岩中。

（四）围岩条件

图4-5 四川某地不同类型伟晶岩空间分布示意图

（据地质科学院矿产所稀有组，1975）

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

伟晶岩矿床往往产于区域变质作用较发育地区，所以伟晶岩矿床的围岩往往是各类片岩、片麻岩等，此外还有粗粒花岗岩，少量产在镁铁质和超镁铁质岩石中。在未经变质的沉积盖层以及火山岩中，伟晶岩比较少见。

围岩条件对伟晶岩矿床的影响主要表现在2个方面：一是由于围岩的物理性质影响裂隙的性质及其发育程度，因而也影响到伟晶岩的形态，如在片岩化的围岩中易形成板状伟晶岩，在片麻岩和花岗岩质岩石中常形成透镜状和柱状伟晶岩。另一是围岩的成分对伟晶岩中某些元素的分散和富集也有一定影响，如围岩为灰岩时，可使伟晶岩中的锂富集，形成大量锂辉石；围岩是角闪岩、黑云母片岩、镁铁质岩等含镁岩石时，由于镁和锂的地球化学性质相似，易于发生类质同象置换，使部分锂分散到围岩中，而引起伟晶岩中锂的贫化。

（五）地质构造条件

钠长石地质构造对伟晶岩的分布具有明显的控制作用。大量资料表明，花岗伟晶岩主要分布在褶皱带内、地台边缘的区域断裂带附近或不同构造单元结合部位。沿着区域性断裂带，伟晶岩带延伸常达数十、数百甚至数千公里以上，宽度往往只有数公里到十几公里。

伟晶岩带内的伟晶岩分布也是不均匀的，一些地段伟晶岩稀少，一些地段伟晶岩密集，密集的地段有人称为伟晶岩区或伟晶岩田。伟晶岩区（田）内的伟晶岩和其相邻的花岗岩体大都来源于同一岩浆源，是岩浆演化不同阶段的产物。

伟晶岩区（田）常受背斜轴部、地层接触带、断裂带等构造控制。伟晶岩区（田）内的伟晶岩脉的分布常受各种断裂、裂隙等次一级构造的控制。

此外，地质构造环境对伟晶岩的形态、分带特征及矿化富集影响较大，如相对稳定的构造环境，形成的伟晶岩形态简单，分带性好，矿化富集；而产于不稳定构造环境中的伟晶岩，一般形态复杂，分异分带性差，很少富集稀有元素。

应该指出，伟晶岩矿床的形成，是各种条件综合作用的结果，因此在研究伟晶岩矿床的成因时，应该分析各种条件在成矿中的作用，从而获得比较全面和深入的认识。

二、伟晶岩矿床的成因

伟晶岩的成因问题，特别是伟晶岩形成的物理化学条件演化问题是现代矿床学中最有争议的问题之一。

（一）岩浆伟晶岩矿床成因

由岩浆作用形成伟晶岩的假说较多，归纳起来主要有如下3种不同观点：

1. 岩浆结晶观点

以费尔斯曼、尼格里、弗拉索夫等为代表。他们认为，在高温、高压下，挥发性组分能无限溶解于岩浆中，因此在岩浆结晶末期，形成富含挥发组分的岩浆，缓慢冷却而结晶形成伟晶岩。根据这一假说推断，如果没有专门的、富含挥发分的高温伟晶岩浆，便不可能有伟晶岩。关于伟晶岩浆的形成，费尔斯曼等认为，它是由母岩浆经结晶分异作用而分离出来的富含水等挥发分的残余岩浆，在这种岩浆中水的溶解度是无限的；而弗拉索夫考虑到硅酸盐熔浆中水溶解度的有限性，提出它是由大量挥发分和稀有元素化合物等在花岗岩浆上部局部聚集形成的。

2. 热液交代观点

赞成这一观点的以查瓦里斯基和尼基京为代表。他们注意到水在花岗岩浆中的有限溶解性，所以否认有专门的伟晶岩浆的存在，并认为伟晶岩是气化热液对原岩交代改造形成的。

花岗伟晶岩矿床的具体形成过程分为2个阶段：

龙生九子各有所好第一阶段为母岩再结晶阶段。气水热液在封闭系统内对母岩发生作用，使其中的造岩矿物发生再结晶形成伟晶岩的主体，与此同时，发生长石和石英的带状分异，随分异程度的不同，形成各种不同的带状构造。

第二阶段为交代作用阶段。交代作用是在开放系统内进行的。当气水热液引起母岩再结晶之后，随着分馏作用的进行，热液成分逐渐得到改变，和母岩矿物之间的平衡状态也随之被打破，于是发生了一系列的交代作用，最后导致伟晶岩中稀有元素的富集。

彭斯3. 岩浆结晶与热液交代兼容的观点。

这一观点以美国地质学家琼斯、赫斯、舍列尔等为代表。他们认为伟晶岩是按照一种复杂的方式通过综合途径形成的，其形成的过程可以分为2个独立的阶段：首先是岩浆阶段，在这一阶段，残余熔体充填了空隙，按照岩浆结晶的方式形成简单成分的带状伟晶岩，这时，体系是半封闭的，即对带出是开放的。第二阶段是交代阶段，在这一阶段，系统是完全开放的，通过深部岩浆房来的汽化热液对简单伟晶岩的交代改造，形成成分和结构复杂的伟晶岩体。

上述关于岩浆伟晶岩矿床的3个成因观点在5个主要方面存在明显的分歧，具体归纳于表4-1中。

表4-1 关于岩浆伟晶岩矿床成因观点的对比

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成因观点	残余岩浆的作用	交代作用的意义	溶液的来源	系统的封闭程度	挥发分在岩浆中的溶解度
残余岩浆结晶	决定性的作用	辅助性作用	伟晶岩体系内部	封闭的	无限的溶解
残余岩浆结晶与热液交代	考虑其作用	起重要作用	深处	开始半开放，后来全开放	未研究
热液交代天空下的城市	否定其作用	起决定性作用	伟晶岩内或深处	从封闭到半开放到开放	有限的溶解