碳酸盐化岩及其找矿意义

一、概述

由于是热液中常见组分，而 CO₂又是火山射气的主要成分，它是重要的矿化剂，与许多矿床有着成因的联系。从实验和理论上来看，CO₂在溶液中的溶解度往往随着温度的降低而增高，随着压力的降低而降低。因此，碳酸盐化作用在中-低温热液作用过程中更为常见和重要。

在岩浆和热液作用过程中，碳酸盐化是一种常见的交代蚀变。在自然界中也存在碳酸盐岩浆。碳酸盐矿物种类很多，在交代蚀变岩中所见到的碳酸盐包括钙、铁、镁、锰等的各种碳酸盐，如方解石（及含铁、锰的方解石）、白云石、铁白云石、菱镁矿、菱铁矿、锰菱铁矿以及菱锰矿等。碳酸盐化主要包括方解石化、白云石化、菱镁矿化和菱铁矿化等，其中以方解石化最为普遍。碳酸盐化是一种分布十分广泛和重要的交代蚀变作用。各种热液不论是岩浆作用有关的热液、花岗岩化有关的热液、区域变质热液或是下降的地下水热液，不论它们是在高、中、低温条件下，或是在近地表的或较深的条件下，都能够发生碳酸盐化。所以许多矿床及围岩中常能见到各种不同程度的碳酸盐化现象。

与碳酸盐化有关的围岩种类很多，几乎各种岩石都可发生碳酸盐化，但含钙、镁、铁和锰成分的围岩对碳酸盐化作用是很有利的，因为这些成分有利于碳酸盐化作用的发育。在各种沉积岩中以碳酸盐岩石，如石灰岩、白云质灰岩和白云岩等最为重要，其中的碳酸盐化常是Ca²⁺，Fe²⁺，Mg²⁺和Mn²⁺的交换作用及重结晶作用。火成岩中以中性、基性、超基性、碱性岩及成分相当的变质岩的围岩碳酸盐化最为常见。

与碳酸盐化有关的矿床种类很多。按围岩成因和性质来分，如产在沉积的各种碳酸盐岩石中的铅、锌、银、铜、汞、锑、钨、锡、铁、重晶石、萤石、菱铁矿和菱镁矿等矿床。另一类是产在超基性（包括金伯利岩）、碱性岩中的矿床，如稀土（铈族稀土为主）、铌、（钽）、铁和钛等矿床中的碳酸盐化也十分常见，甚至形成碳酸岩（不排斥岩浆碳酸岩）。第三类是与弱酸性、中性、基性岩的碳酸盐化有关的矿床，主要如铁、铜、锌、铅、黄铁矿、金及铀等矿床。

二、主要岩石类型

碳酸盐交代矿物的能力很强，当石英斑岩遭受碳酸盐化时，石英斑晶也可被碳酸盐强烈交代（照片577）。辉绿岩和玄武岩很易遭受碳酸盐化，不仅气孔中易形成填充的杏仁体构造，同时基质发生碳酸盐化（照片578），但有时选择性交代斜长石斑晶（彩照177）。碳酸盐交代铁、镁、钙的硅酸盐矿物的现象是经常见到的（照片579，580，581，582）。

与碳酸盐化有关的交代蚀变岩种类很多，除了前面已经提到的如碳酸盐-钠长石岩、粘土-碳酸盐-钠长石岩、碳酸盐-黑云母岩、碳酸盐-绿泥石岩、各种类型青磐岩、碳酸盐-石膏-硬石膏岩、碳酸盐-蛇纹石岩以及含稀有元素碳酸岩等外，下列碳酸盐化岩分布也很广。

（1）石英-碳酸盐岩：石英-碳酸盐岩是分布较广的交代蚀变岩。在硅化灰岩中常可见到；虽然灰岩中碳酸盐被交代，但从重结晶的方解石等与石英紧密共生关系来看，可知它与石英是在平衡条件下形成的矿物组合。

除此以外，热液黄铁矿矿床、铁矿床和铅锌矿床等的钙质页岩或泥质灰岩等围岩，也可发育这种交代蚀变岩（照片583）；有时它与碳酸盐-石英-绿泥石岩有着过渡关系。

同样，产在安山岩系、橄榄安粗岩系和闪长玢岩等一些铁、铜、黄铁矿矿床中，也较常见发育石英-碳酸盐岩，并常与青磐岩有过渡关系；有时与交变石英岩也有过渡关系。

这种岩石一般呈灰和深灰色，具花岗变晶、斑状变晶和蟹状变晶结构。

（2）白云石化岩：白云石化主要发生在石灰岩、白云质灰岩以及白云岩中；不纯的泥质灰岩较难发生白云石化。与白云石化有关的热液矿床主要有：各种产在碳酸盐岩石中的铅、锌矿床，如似层状浸染状铅锌矿床（包括美国的三州式，欧洲的西利西亚式铅锌矿）、碳酸盐岩石中不规则交代铅锌矿床以及低温热液的汞、锑等矿床；有些产在碳酸盐岩石中的锡、铜等矿床也伴随有白云石化岩石。

当灰岩遭受白云石化时，有时可形成规模较大的白云石岩。从沉积岩角度来看，白云岩往往是在高盐度海水对灰岩发生离子交换，即白云石化而成。白云石化过程中，可使原来致密的灰岩形成细粒、中粒、粗粒花岗变晶结构和不等粒状变晶结构，有的呈斑状变晶和浸染状结构的岩石。当不纯灰岩遭受白云石化时，常以浸染状交代为主。当纯灰岩和不纯灰岩互层时，白云石化对前者的选择性交代现象常十分明显。白云质灰岩遭受白云石化时，则伴随着镁对钙的交换作用。在热液成因的白云石岩中，常可见原岩的残留物质（照片584）。

交代蚀变形成的白云石岩的颜色种类较多，与原岩相比，常有某种程度的褪色现象，有白色，也有深灰色以及杂色等。强烈褪色作用的结果形成白色白云石岩，常发育在断裂破碎带，具有脉状、网脉状及角砾状特征；结晶颗粒也常较粗，并具花岗变晶结构。

在白云石岩中共生的可有重晶石、黄铁矿、石英、铅和锌的硫化物等。当石英较多时，便成为石英-白云石岩。当重晶石较多时，便成为重晶石-白云石岩。当白云石中有时含铁、锰较多时，形成铁白云石等矿物，有关的交代蚀变称为铁白云石化，形成的岩石称铁白云石岩。

（3）菱镁矿化岩：菱镁矿化岩几乎无例外地与含镁高的围岩有成因上的联系。菱镁矿化有两个途径形成菱镁矿，一种是由白云岩或在白云石化岩进一步发生镁离子交代钙离子而成（照片585）；另一种途径是与超铁镁岩或蛇纹岩经菱镁矿化而成。应当承认，其中有一部分菱镁矿与风化淋滤作用有关，产于风化壳的下部。但有的深度达200m以上。这种菱镁矿矿床，除了在裂隙中充填的脉状体外，还具交代蛇纹岩特征，这可能与低温热液的填充和交代蚀变作用有关。

我国辽宁大石桥菱镁矿矿床是世界上著名的超大型矿床，主要就是由变质热液交代改造元古宙白云岩和白云质灰岩而成的，品质优良，多为花岗变晶结构（彩照178）。

除此之外，据四川207地质队的资料，产于震旦系上统白云岩中的四川团宝山铅锌矿矿区中，伴生着相当规模的交代蚀变成因的菱镁矿矿床（照片585）。

菱镁矿本身是重要的镁矿和耐火材料矿床。多为白、灰白、浅灰、深灰及棕褐色。呈细粒、中粒、粗粒花岗变晶结构、不等粒变晶结构以及斑状变晶结构等，局部为巨粒变晶结构。一般菱镁矿都有强的玻璃光泽和晶面裂纹；有的菱镁矿具有条带状构造。

（4）菱铁矿化及其有关的菱铁矿岩：菱铁矿化是一种具有独立意义的碳酸盐化。与其有关的围岩主要是沉积的碳酸盐岩，如石灰岩、白云质灰岩及白云岩，也常有沉积的铁锰碳酸盐岩。此外，超基性岩也可发生菱铁矿化，其他如火山岩、次火山岩（照片586，587，588）以及砂页岩等也都可以发生菱铁矿化。

菱铁矿化本身可以形成一定规模的菱铁矿矿床，如我国大冶铁矿中有相当数量的菱铁矿，是由菱铁矿化作用形成的，并构成有一定工业意义的矿体。它主要是由热液对三叠纪灰岩交代蚀变，即菱铁矿化的结果；菱铁矿与赤铁矿、磁铁矿密切共生。另外，据长春地质学院富铁矿科研组的资料，我国吉林产在前震旦系辽河群碳酸盐岩与千枚岩互层的大栗子铁矿，除了发育交代成因的赤铁矿和磁铁矿矿化外，也发育一定工业价值的交代蚀变成因的菱铁矿矿体。从成因上来说，它是沉积加热液交代的叠生矿床。

近几年，在长江中下游石炭-二叠纪灰岩中找到有工业意义的菱铁矿矿床，其中石炭纪地层中可能存在着原生的沉积菱铁矿矿床，如安徽新桥黄铁矿型铜金矿床在燕山期构造、岩浆和热液作用的影响下，不仅使石炭纪灰岩发生菱铁矿化，并使其上部二叠纪灰岩也发生菱铁矿化，具有相当规模，从而在石炭-二叠纪灰岩中形成有工业前景的交代蚀变成因的菱铁矿岩及矿体。此外，近年在贵州、广东等省泥盆纪地层中找到了原生的沉积菱铁矿矿床，同时，也发现沿着构造裂隙和地层发育的交代成因的，即菱铁矿化形成的菱铁矿体。

除此以外，与菱铁矿化有关的还有铅、锌和铜等硫化物矿床；与晚期岩浆成因的铬铁矿有关的蛇纹岩中，有时也局部发育有菱铁矿化的岩石。

这种交代蚀变成因的菱铁矿岩，为白色、灰白、浅黄、黄褐和褐色等。一般颜色浅的菱铁矿岩，经地表氧化，皆变为黄褐、褐色，甚至黑褐色。一般为细粒花岗变晶结构，或不均匀粒状变晶结构。有时因重结晶而为中-粗粒变晶结构。除了颜色、风化特征不同于石灰岩外，菱铁矿岩的比重也较石灰岩为大。

在宁芜地区的梅山式铁矿床中，中生代火山岩系中菱铁矿化现象也较常见。而当涂南区钟-姑山地区，产于闪长玢岩与中三叠世黄马青组底部的接触带的铁矿床中，热液改造或热液交代成因的菱铁矿也相当发育。此外，安徽白马山流纹质火山岩系中也局部发育菱铁矿化。宁芜地区的铜井金铜矿脉中不仅含有较多的铁、锰碳酸盐，同时两旁响岩中也局部发育含锰菱铁矿蚀变。

（5）碳酸岩：这里讨论的碳酸岩（carbonitite）并不是指前面所叙述的白云石岩、菱镁矿岩、菱铁矿岩或其他各种碳酸盐化的岩石，而是专指与超基性岩-碱性岩有关的碳酸岩。由于这类碳酸岩与稀土（轻稀土为主）、铌、锆、（铪）、铁、钛、金云母和磷灰石等矿床有成因上的联系，这就引起人们的注意，并作为专题来讨论和研究，所以碳酸岩就成了狭义的专门名词了。

关于碳酸岩的成因，现在存在着交代蚀变成因（即碳酸盐化）和岩浆成因（独立的、特殊的碳酸盐岩浆）两种不同观点的争论。我们根据国内外资料分析和所观察到的各种现象，认为碳酸岩主要是交代蚀变成因的，但也承认其中一部分是岩浆成因的，东非裂谷带的火山岩系中有碳酸岩喷出岩，此外在实验上也得到证实，因此岩浆成因的碳酸岩也是无可争辩的事实。但交代成因的碳酸岩也是客观存在的。金伯利岩中常发生普遍而强烈的碳酸盐化现象就是佐证。

由金伯利岩交代蚀变而成的碳酸岩，可以清楚地说明碳酸岩的交代成因。我国辽南和山东的金伯利岩中碳酸盐化的现象十分普遍和强烈，也是十分特征的。一般在交代蚀变的初期，金伯利岩的基质部分遭受碳酸盐和蛇纹石的交代，而橄榄石的斑晶主要发生蛇纹石化；但当碳酸盐化进一步加强时，基质可以几乎全被碳酸盐交代，而橄榄石的碳酸盐矿物交代的假象十分特征（照片589），有时橄榄石为蛇纹石和碳酸盐交代（照片590）。当碳酸盐化进一步发展时，可以使金伯利岩转变为几乎全由碳酸盐所组成的碳酸岩（照片591），其基质部分经碳酸盐化转为细粒变晶结构；同时，橄榄石斑晶也全为碳酸盐矿物所交代，但由于可保持橄榄石的假象，因此，这种碳酸岩具有假斑状变晶结构特征。当碳酸盐化进一步加强时，由于重结晶作用，使岩石的结构变粗，斑状结构消失，而成为中-粗粒花岗变晶结构的碳酸岩。这清楚说明在侵入的金伯利岩岩浆体系中存在高含量的CO₂及其衍生物，这便是造成金伯利岩形成后的强烈碳酸盐化的原因。

关于典型的与超基性岩-碱性岩有关的碳酸岩的特征是复杂的。H.Eckermann（1948）和W.G.Brogger（1921）详细研究北欧的阿尔诺和费恩两地区的这类杂岩体后，所描述的在碱性岩和碳酸岩之间有宽广的过渡带存在，而过渡带中发育的过渡类型岩石，即碳酸暗霞岩（hollaite）和暗霞碳酸岩（kosenite）。从物质特征描述来看，这些岩石可能是磷霞岩和霓霞岩等遭受不同程度碳酸盐化的结果。鲍罗廷（Бородин，1957，1958）等曾多次阐述碳酸岩的交代成因。

据有关地质队的资料，我国湖北的一个与正长岩有关的碳酸岩矿床中，碳酸盐化的现象是非常明显的。例如在正长岩、正长斑岩和混合正长岩中发育有不同程度的碳酸盐化现象，同时，在碳酸岩中经常有正长岩和正长斑岩的交代残留体、团块以及残晶体等。无疑地表明碳酸岩是交代成因的（照片592，593，593，594；彩照179，180）。碳酸岩的矿物组合较复杂，有时发育含有稀有矿物的，如独居石和氟碳铈矿等黑云碳酸岩（照片595；彩照181，182），其中黑云母的含量变化较大，一般大于3%，有时可达40%；共生的矿物有磷灰石、辉石、黄铁矿、独居石和氟碳铈矿等。

据王鹤年对山东博山八陡碳酸岩的研究，发现该碳酸岩与金伯利岩有成因联系，其中有岩浆成因的碳酸岩，但碳酸盐交代和包裹早期矿物，包括辉石和金云母的现象是明显的（照片596，597，598）。其中发育含磷灰石和氟碳铈矿含量较多的碳酸岩。

国外发现的含轻稀土的碳酸岩常是超铁镁岩、无长石的碱性岩，如磷霞岩、霓霞钠辉岩等组合的超基性-碱性-碳酸岩杂岩体。需要指出的是：在这些碳酸岩中常有钠质辉石（霓石-霓辉石）和钠质角闪石（如钠闪石、钠铁闪石等）相共生，这与白云鄂博矿有相似性，同是产在克拉通区或其边缘。

三、找矿意义

（1）CO₂、是热液中重要的和相当普遍存在的矿化剂，它们对于许多成矿元素的搬运和沉淀集中起了重要作用。它们的来源常是多途径的，主要有：①来自地壳的沉积岩，特别是各种碳酸盐岩石；②来自陆壳改造型花岗岩和变质岩；③来自地幔，特别是异常地幔，与超铁镁岩（包括金伯利岩）和碱性岩有联系。在成矿流体运动及其演化发展过程中，上述不同来源的碳酸物质可以相互混合。

（2）碳酸盐化作用最主要发生在含钙、铁、镁和锰高的各种岩石中，特别是碳酸盐岩和铁镁及超铁镁岩石。在碳酸盐岩层中以钙、铁、镁和锰的离子交换反应及重结晶作用最为普遍。对其他各类围岩来说，碳酸盐化常最先对含钙、镁、铁和锰的矿物进行交代蚀变。

（3）碳酸盐化作用本身对形成白云石矿、菱镁矿、菱铁矿、菱锰矿及稀土碳酸盐矿床有着重要作用。

（4）中-低温热液碳酸盐化岩是找寻铅、锌、银、铜、金、汞、锑、钨、锡、铁及非金属矿床重晶石、萤石、菱铁矿和菱镁矿等的重要标志。在超铁镁-碱性侵入杂岩体中，碳酸盐化是找寻轻稀土、铌、钍和铁矿床的重要标志。

（5）碳酸盐化岩常与青磐岩化、绿泥石化、蛇纹石化、绢云母化和泥化等交变岩相共生，这是综合找矿必须考虑的。

（6）由于CO₂和CO是火山射气的重要组成，因此找寻与火山-次火山作用有关的矿床时，碳酸盐化岩是重要的线索。