热水沉积岩相是指热水流体系统喷涌过程、到地表和湖(海)水体中形成的多组、具有成因联系的特定岩石类型与岩石组合系列, 它们根植于深部热能—热物质供给源区(根部相), 这些根部相与火山岩、次火山侵入岩和隐伏岩浆房具有内在空间—时间—物质—成因的直接联系、或为盆山形成与变形过程的深部集热构造区。经解剖建相后, 这些岩石类型和组合系列可作为特定的基本填图单位或独立岩性—岩相填图单元, 采用这些构造岩相单位可进行热水流体系统和分布范围圈定。在垂向、纵向和剖面等三向构造岩相学填图基础上, 重建热水流体—成矿成岩事件在空间域、时间域、物质域、成因类型和“时—空—物” 耦合叠置的五维拓扑学结构, 揭示(非)金属—煤—铀—油气成矿成藏机理, 研究内容、方法技术与研究流程如图1所示。

图1

Fig.1

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	图1 热水沉积岩相的研究内容、方法技术与流程Fig.1 Objective, metholodgy, and process for hydrothermal sedimentary lithofacies

在研究尺度上, 以沉积盆地内部地层充填体、相邻造山带和盆地基底构造层在特定时间域—空间域—物质域耦合结构为主线, 对不同类型的热水流体系统与同生构造样式—岩石组合—相序结构、构造-沉积组合体进行系统研究。利用不同大地构造单元、区域构造单元、矿集区、矿田、矿床内、矿体(钻孔和井巷工程)等6种不同尺度实测构造岩相学剖面, 研究和划分热水沉积岩相类型, 对复杂相体进行构造岩相学解析和筛分研究, 最终建立研究区的构造岩相学时间域—空间域—物质域相序结构, 厘定构造岩相体的成因类型和形成时代, 进行重要构造岩相体的“时—空—物” 叠置耦合结构解析。在矿床和矿体尺度上, 选择系列勘探线剖面和井巷工程, 对矿床和主矿体进行三维构造岩相学立体填图, 建立从矿田→ 矿床→ 矿体的综合实测构造岩相剖面图及栅状对比图, 建立沉积盆地内构造岩石地层单元及格架, 重建构造-沉积组合体和热水流体系统; 恢复原型盆地, 建立盆地的构造沉积演化史和构造岩相变形史。在不同构造古地理背景下, 热水沉积岩相的物质组成、形成机制、成岩作用方式与成矿成藏规律相差甚大, 本文将详细论述。

热水沉积岩相类型划分是揭示热水沉积岩相分布规律的关键内容。以成岩事件序列为主线, 沉积盆地内成岩相可划分为: (1)成盆期埋深压实物理—化学成岩作用和成岩相; (2)盆地改造期构造—热事件成岩作用与构造热事件改造成岩相; (3)盆内岩浆叠加期构造—岩浆—热事件成岩作用和岩浆叠加成岩相; (4)盆地表生变化期表生成岩作用和表生成岩相。成岩相的新划分方案有助于(非)金属矿产—油气资源—煤—铀等同盆共存与协同成矿成藏机理的深入研究, 也是盆内热水沉积岩相研究思路, 同时, 需要进行磁化率—电性—光谱—密度等物理性质测试研究。

古热水沉积岩相均经历了盆地变形和盆内岩浆—构造—热事件叠加再造作用, 盆地压实变形期热卤水改造作用(构造—热事件)和盆内岩浆—构造—热事件叠加再造作用是重要研究内容。在对热水沉积岩相、热水流体系统与构造古地理单元研究上, 需采用综合探测方法对深部隐蔽构造岩相进行探测和识别。在构造岩相学填图和构造岩相变形史研究基础上(图1), 热水沉积岩相的构造岩相变形史可划分为前盆地期、成盆期、盆地反转期、盆地构造变形改造期、盆内岩浆叠加期和盆地表生变化期 6个演化期; 采用次火山岩侵入、火山隐爆—侵出、火山爆发—喷发等 12个相在火山岩区进行构造岩相填图, 有效圈定火山热流体成岩成矿中心和火山热水沉积成岩成矿中心的位置; 大比例尺构造岩相学填图有助于研究盆地变形期内古热储构造、冠羽状垂向热流柱构造、煤系烃矿源岩生排烃热流柱与成藏成矿事件序列, 为热水沉积岩相进行大比例尺构造岩相学填图提供了理论依据和创新的方法技术(方维萱, 2022a)。

对于复杂热水沉积岩相和多期次叠加的复杂相体, 需要进行构造岩相学专项填图和综合方法探测, 如在火山沉积盆地内, 热水流体系统和火山热水流体沉积系统以深部(隐伏)次火山岩侵入岩体作为热源和热物质供给源区。热水沉积岩相形成于热水(准)同生沉积期, 但也发育热水流体沉积系统的根部相, 它们具有较大的特殊性和复杂性, 需要进行构造岩相学专题填图和综合方法探测才能有效地识别和圈定。陆相湖泊盆地内热水沉积作用对生烃成藏作用具有较大贡献(郑荣才等, 2003; 柳益群等, 2011, 2013); 气成高温富天青石热卤水系统穿透了侏罗系和下三叠统煤系烃矿源岩, 形成了侏罗系煤系烃矿源岩的生烃成矿作用, 对砂砾岩型铜铅锌—天青石—铀矿床具有较大贡献。在沉积盆地变形过程中, 盆内沉积岩和热水沉积岩相遭受了构造变形—热事件、盆内岩浆—构造—热事件的叠加再造作用强烈, 驱动了盆内煤系烃源矿岩和隐伏烃源岩再度生烃成矿事件, 也驱动形成了新生的盆内循环含烃热液系统。

按照成岩成矿方式—岩石组合—地球化学动力学分类原则(方维萱, 2012), 热水沉积岩相可划分为热水同生沉积岩相、热水准同生交代岩相、热水同生蚀变岩相、热水爆炸—液压致裂角砾岩相、热卤水准同生渗滤交代岩相、与热流柱构造有关的热流体—隐爆—液压致裂角砾岩相, 包括不同成岩方式形成17种构造岩相学类型(表1), 它们是建立沉积盆地内地层格架和构造岩相学独立填图单元的基础, 在沉积盆地内地层充填体中, 热水流体系统多是来自盆地下伏地层和相邻造山带的特殊沉积体系。

表1

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表1(Table1)

表1 按成岩成矿方式划分的古热水沉积岩相和相类型 Table1 Classifications of palaeo-hydrothermal lithofacies based on patterns of rock formation 相系列 构造岩相学 岩石组合(相)和标志特征 实例 热水同生沉积岩相 单一成分热水同生沉积作用/中心相或过渡相 硅质岩、重晶石岩、毒重石岩、钡解石岩、铁白云石岩、菱铁矿岩、菱锰矿岩、天青石岩、菱锶矿岩、长石岩类、赤铁矿岩、硬石膏岩、磷灰石岩、萤石岩等。受次级盆地与古异常地热事件控制(卤水池模式)。盆地内层状和似层状相体; 厚层块状、层纹状、条带层纹状构造、乳房状构造结构发育 铅硐山铅锌矿床; 石梯重晶石矿床、大西沟重晶石菱铁矿床, 大河边重晶石矿床; 鹤庆锰矿床 热水混合同生沉积作用/中心相或过渡相 重晶石菱铁矿岩、碳硅质重晶石岩、含碳磷灰石重晶石岩、重晶石硅质岩、菱铁矿铁白云岩、硅质铁白云岩、硫化物硅质岩、赤铁碧玉岩、磁铁赤铁碧玉岩、硫化物硅质铁白云岩、毒重石重晶石岩、斜钡钙石岩、钠长石似碧玉岩、硅质钠长石岩、硅质白云岩、凝灰质白云岩、菱锰矿灰岩。受次级盆地控制(混合卤水池模式)盆内层状和似层状相体; 层纹条带状和条带状构造, 化学成分层理和粒序层理 石梯重晶石矿, 银硐子银多金属矿床, 汤丹铜矿床、落雪铜矿床; 大河边重晶石矿床。他白锰矿床。库姆塔格石膏菱铁矿矿床 热卤水同生沉积作用/远端相 天青石石膏岩、膏质白云岩、天青石膏质泥岩、铁白云质泥岩、铁白云质碎屑岩、富F-B绢云母泥岩、石膏岩、硬石膏岩、方解石萤石岩、铁白云石萤石岩。受次级盆地控制的渗滤循环对流热卤水模式。盆地内似层状相体, 枝状和透镜状尖灭相变界限 库姆塔格石膏菱铁矿矿床, 乌拉根天青石—铅锌矿床; 西克尔等萤石矿床 热水准同生交代岩相 镁铁质同生交代作用/远端相 硅质铁白云岩、铁白云质灰岩、菱锰矿铁白云石岩、菱铁矿铁绿泥石岩、菱铁矿千枚岩。受次级盆地和同生断裂带控制。在盆地内似层状相体层中, 发育穿层的菱铁矿、铁白云石、铁方解石细脉和网脉。热水流体渗滤交代模式 银硐子银多金属矿床、落雪铜矿床 钠质同生交代作用/中心相 钠长石化板岩类、钠长石化蚀变岩、钠长石化铁白云岩。受次级盆地和同生断裂带控制。盆地内似层状和网脉状相体; 条带状构造、层脉状构造。热水流体渗滤交代模式 二台子、双王和八卦庙金矿床、青崖沟金矿; 东川铜矿床 镁碳酸盐同生交代作用/过渡相 热液白云岩类、白云岩化、岩溶角砾状白云岩、镁伊利石岩溶角砾岩。盆内古喀斯特早期成岩作用, 凝灰质与古岩溶作用, 云朵状、透镜状和不规则的低温热液白云岩化(与基性—超基性火山岩有关) 公馆汞锑矿床; 个旧老厂和卡房锡多金属矿田; 东川铜矿床 热水准同生交代岩相 火山热水同生蚀变作用/中心相 蛇纹石岩、叶腊石蚀变岩; 蒙脱石岩、伊利石岩、高岭石岩、绢云母岩、沸石岩、绿泥石岩, 皂石化相, 磷灰石岩、萤石岩。盆内层状和似层状相体, 火山岩夹层薄层状凝灰岩层(5~20cm) 红石山和墨江蛇绿混杂岩带、晴隆锑—萤石矿床, 卡房锡铜矿田 热水爆炸角砾化作用/喷口相 硅质角砾岩、含矿硅质铁白云石角砾岩、含矿硅质角砾岩、铁白云石角砾岩、钠长石角砾岩、硅化角砾岩、萤石硅化角砾岩、电气石热液角砾岩。热液喷口构造岩相标志。盆内受同生断裂控制的不规则相体, 不规则状和浑圆状角砾, 多与热液胶结物成分相近, 空隙式和悬浮式热液胶结, 硫化物呈热液胶结物 铅硐山铅锌矿、八方山铜铅锌矿床、二台子铜金矿; 因民、落雪和汤丹铜矿床; 晴隆锑—萤石矿床 热水爆炸—液压致裂角砾岩相 热水液压致裂角砾化作用/喷口相 含矿铁白云岩、含矿钠长硅质角砾岩、似碧玉硅质角砾岩、钠长石角砾岩等。近热液喷口构造岩相标志。盆地内受同生断裂控制的不规则相体。异质性的角砾与胶结物, 角砾具有可拼接性, 热启裂隙中多充填热液硫化物和胶结物 银硐子银多金属矿床、厂坝铅锌矿床, 因民、落雪和汤丹铜矿床 热卤水准同生渗滤交代岩相 Na-Cl热卤水渗滤交代作用/过渡相 方柱石岩、方柱石化碎屑岩、方柱石化碳酸盐岩、方柱石大理岩、方柱石白云岩。盆地内受同生断裂控制的似层状和不规则相体, 古地热异常事件; 斑点状构造、层纹条带状和角砾状构造 柞水—山阳地区、桐木沟锌矿床、银硐子银多金属矿床; 乌恰元古宙方柱石大理岩等 富K热卤水渗滤交代作用/过渡相 黑云母角岩、黑云母—绢云母化蚀变岩、钾长石岩。盆内受构造热事件控制的似层状相体, 古地热异常事件; 斑点状构造、层纹条带状 K-Na-Cl热卤水渗滤交代作用/过渡相 方柱石黑云母岩、黑云母方柱石岩。盆内受构造热事件控制的似层状相体, 古地热异常事件; 斑点状构造、层纹条带状 与热流柱构造有关的热流体—隐爆—液压致裂角砾岩相 热流体隐爆作用/根部相 硅化热液角砾岩类、钠化热液角砾岩类、碳酸盐化热液角砾岩类、硅钙质热液角砾岩、辉锑矿硅化蚀变岩。盆地内半环带状和带状相体, 浑圆状角砾, 热液溶蚀构造和热反应边发育; 热液胶结物发育 柞水—山阳地区; 东川月亮硐矿段; 晴隆锑矿床 热流体液压致裂作用/根部相 铁方解石脉、钠长石岩脉、白云石钠长石脉、铁碳酸盐岩脉、菱锰矿脉、重晶石脉、天青石脉、天青石重晶石脉、辉锑矿萤石脉、石英萤石脉。盆地内脉状切层相体, 自行晶粒状、自行晶巨晶状, 溶蚀空洞—晶腺状、自行晶晶簇状 帕卡布拉克天青石矿床; 二台子铜金矿床; 大河边重晶石矿床; 东川铜矿床 热水岩溶—充填—交代岩相 热水溶蚀—充填—交代作用/喷口—中心相 粗粒硅化热液角砾岩、粗粒钠化热液角砾岩、含黄铜矿巨晶状铁方解石岩、含黄铁矿黄铜矿巨晶状铁白云石岩、硫化物粗晶状铁锰碳酸盐化热液角砾岩、粗晶状萤石方解石岩、粗晶状辉锑矿萤石方解石岩、伟晶状萤石石膏岩 东川小溜口岩组顶部复合火山热液—岩溶构造内铜钴矿床; 晴隆锑矿床

表1 按成岩成矿方式划分的古热水沉积岩相和相类型 Table1 Classifications of palaeo-hydrothermal lithofacies based on patterns of rock formation

2.2.1 热水沉积岩相类型与盆内沉积水体深度 热水流体系统作用方式与沉积盆地形成演化密切相关, 构造岩相学类型是热水流体系统物质组成和古热水流体场直接记录, 特征是(表1):

1)在洋底平原相, 赤铁硅质岩—赤铁磁铁硅质岩相为火山热水沉积与远洋细碎屑物沉积混合同生作用形成, 它们与洋底蛇纹石岩和水镁石相紧密共生, 与洋底平原相碳硅质泥岩—硅质泥岩相共生, 赤铁硅质岩—赤铁硅质泥岩—赤铁钙屑硅质泥岩等为“大洋红层” 物质组成。

2)在盆地饥饿期, 深水相有利于单一成分的热水流体系统发生同生沉积作用, 形成单成分的热水沉积岩相, 如硅质岩、菱锰矿岩、磷灰石岩、重晶石岩等, 发育厚层块状、层纹条带状构造, 它们多受古异常热流场或缓慢活动的同生断裂带控制。

3)在盆地深水相中, 同生断裂带附近有利于2类不同性状热水流体或热水流体与正常海水形成热水同生混合沉积岩相, 形成硅质铁白云岩、硅质白云岩、硅质重晶石岩、碳质重晶石岩等(表1), 热水浊流混合沉积多形成于海底古地形坡度增大部位, 化学成分层理、重力流粒序结构、热水浊流层序等发育。硅质钠长石角砾岩、钠长碧玉质角砾岩、热水同生硅质角砾岩和热水硫化物角砾岩为同生断裂带内热水喷流口相标志, 在盆地深水环境下, 它们分布范围较为局限。

4)在盆地半深水环境下, 对于形成硫化物重晶石岩、毒重石岩、毒重石重晶石岩、钠长碧玉岩、硅质岩、铁白云石硅质岩、铁白云石岩、菱铁矿岩等较为有利, 盆地半深水环境形成于沉积水体向上增深或由深水相向上变为半深水相, 在同生断裂带内热水角砾岩相发育, 对于热水混合同生沉积作用十分有利, 多是2种不同性状热水流体与正常海水混合同生沉积, 发育化学成分层理、粒序层理和重力流沉积层序。

5)在浅水、局限海湾和湖相环境下, 有利于天青石岩、菱铁矿岩和(硬)石膏岩等, 在同生断裂带附近, 热水爆炸角砾岩相发育, 热水溶蚀作用较强。局部火山灰降落沉积形成的凝灰质薄层和夹层较为发育, 有利于形成火山热水沉积岩相, 如在东川地区发育凝灰质潮坪相的凝灰质白云岩—粗面硅质白云岩—硅质白云岩—铁白云岩, 它们是东川式铜矿床有利的储矿岩相。

6)热卤水准同生渗滤交代岩相多形成于浅水环境或与区域性古地热事件有关的浅部热卤水准同生渗滤交代作用密切有关, 如黑云母方柱石岩相、方柱石岩相、白云岩相和岩溶白云岩相等。

7)硅化角砾岩、方解石硅化角砾岩、黏土化硅化角砾岩、石膏质热液角砾岩、天青石热液角砾岩和黄钾铁矾热液角砾岩等热水爆炸角砾岩相, 与深水相层纹状硅质岩具有显著差异, 它们形成于浅水环境中, 如局限海湾盆地、陆相湖泊或陆相热泉沉积相区。

2.2.2 盆内热水流体系统与构造岩相学类型 在沉积盆地内, 从热水沉积系统到热水流体系统(海底与沉积水体界面)和热流体系统(热水喷流通道相附近或下伏构造岩相体内), 热水沉积岩相具有不同的构造岩相学类型和特征: (1)在三级盆地内有利于形成热水沉积岩相和热水同生蚀变岩相。如东川二云母蚀变岩和伊利石绢云母蚀变岩为稀矿山式铁铜矿床的储矿构造岩相, 它们为火山热水同生蚀变岩相; 卡房矿田内黑云母大理岩、金云母阳起石岩、阳起石金云母岩和金云母岩是锡铜铯铷多金属矿床的储矿构造岩相, 它们是中三叠世火山热水同生蚀变岩相。(2)在同生断裂带附近, 不同性状的热水流体与陆源、内源、火山空落沉积物等水体混合, 有利于形成热水混合同生沉积岩相。如大河边重晶石矿床内, 含碳重晶石岩、硅质重晶石岩、铁锰碳酸盐质重晶石岩, 它们为热水混合同生沉积岩相。(3)在热水流体喷口附近, 形成了与热流柱构造有关的热流体—隐爆—液压致裂角砾岩相。热水流体的源区来自盆地下伏基底或深达地幔, 同生断裂相带是热水流体的喷流通道并控制了热水喷流事件, 发育热水准同生交代岩相和热水爆炸—液压致裂角砾岩相。如陕西二台子铜金矿床和万丈沟铜钴镍金矿区, 铁白云石钠长角砾岩、钠长铁白云石角砾岩、铁碳酸盐质热液角砾岩等与铜金镍钴成矿密切有关。(4)海底热水流体成矿系统与下部火山—岩浆热流柱构造密切有关, 后者为前者的热能—热物质供给系统, 也是盆地热水流体系统的根部相和源区, 如东川地区元古宙裂谷盆地内。

2.2.3 盆内热沉积岩相与后期构造岩相叠加变形史 热水沉积岩相解析可揭示热水沉积矿床的形成机制、叠加成岩环境和成因类型。(1)对于热水沉积岩相形成的构造古地理研究, 需从盆地尺度和区域构造岩相进行综合研究, 如同生断裂相带对热水喷流事件控制作用显著, 古震积岩相和火山岩相与热水沉积岩相在空间上紧密共生。在物质组成上, 热水沉积矿床常有直接赋存于热水沉积岩相之中, 热水沉积岩相是热水沉积盆地内重要组成部分和地层充填体。沉积盆地是热水沉积成矿成藏作用的容纳空间场所, 因此, 次级盆地分割围限的构造岩相条件和“源—运—储—盖” 垂向运移和封闭构造岩相条件也是重要的研究内容。(2)将热水沉积岩相与盆地成盆期、盆地变形改造期和盆内岩浆—构造—热事件叠加再造期、盆地表生变化期等4期盆地演化史相结合(方维萱, 2022a), 作为对原型盆地和古地理恢复的重要依据。在盆地构造变形过程的侧向构造挤压应力场驱动下, 盆内下部煤系烃矿源岩形成了构造压实成岩作用, 以煤系烃矿源岩中发育带状节理—裂隙相、碎裂岩化相—碎裂岩相、糜棱岩化相—糜棱岩相为标志。这些构造—热事件多集中于盆缘或盆内基底隆起带周缘, 变形构造—热事件是盆地流体、含烃盐水类、富烃类、富CO₂-H₂S型和富CO₂-H₂S-H₂-N₂型非烃类等还原性成矿成藏热流体形成和运移的驱动力和能量供给源。同时, 地层封存水(富含Cu-Pb-Zn-U等成矿物质的氧化性流体)在构造应力场驱动作用下, 向低压区域聚集, 而且相邻造山带大气降水(含Cu-Pb-Zn-U等成矿物质的氧化性地下水)也因重力作用向低压区形成地下水流场。三向不同性状的流体在盆内高孔隙度和渗透率区域形成了同位流体混合作用, 因酸碱中和作用、氧化—还原作用、流体混合作用、有机—无机化合物相变和不混溶作用等, 导致金属矿质大规模沉淀富集成矿, 如塔西地区砂砾岩型铜铅锌矿床。(3)在盆内岩浆—构造—热事件垂向驱动下, 先存热水流体系统形成的热水沉积岩相, 遭受到岩浆热流体改造—再造作用, 如云南个旧锡铜钨铯铷多金属矿集区。(4)先存古岩溶构造不整合构造系统与后继火山热水流体系统、先存热水沉积岩相与表生岩溶构造系统等, 均存在极其复杂的构造岩相学叠置关系, 经历了不同的构造古地理环境下叠加和再造, 需要进行复杂相体的大比例尺构造岩相学填图与解析研究, 恢复其构造古地理演化历史。

热水流体系统作为沉积盆地内的巨大热化学反应库, 遵循非线性的流体动力学系统。在热水系统—同生构造—地质环境(系统环境)多重耦合关系中, 造成热水系统失稳并触发沉积作用是热水系统内部地球化学动力学因素, 包括温度(T)和压力(P)的升降、酸—盐—碱相互作用(pH值)、氧化—还原条件聚变(Eh值)、非等化学位的物质作用(M)、超临界状态下热水流体的沸腾(T-P)、爆炸及其由此引起的物理—化学作用、物质交换(Mi)等。物理—化学作用发生在热水系统与地质环境之间, 包括热水角砾岩化、热水隐爆(爆炸)作用、热水流体液压致裂、热流体充填—交代作用等(方维萱, 2012)。热水沉积岩是热水流体事件和上述沉积过程的最终记录, 追迹分析造成热水系统失稳、触发热水沉积作用(包括成岩作用)必须研究热水沉积岩相, 分析和研究地球化学动力学作用类型。这种热水沉积岩相的岩相划分方案是热水沉积成矿盆地的地球化学分析与建模预测核心研究内容, 古热水流体场的地球化学类型中岩石地球化学地层层序单元及古热水流体场的地球化学类型单元, 它们是不同类型古热水流体场恢复重建的基础, 通过热水沉积岩相三维空间构造岩相填图和预测建模, 结合构造—岩石—地球化学筛分方法, 恢复古热水成矿流体场的时间—空间—物质域的结构, 提取和识别构造岩相和岩石地球化学预测标志, 进行矿床深部和外围找矿预测。

2.4.1 热水流体系统成岩作用与构造岩相分带结构 热水流体系统因成岩作用方式不同而形成了构造岩相带, 需采用构造岩相学填图, 才能有效恢复隐蔽的同生构造和古热水流体系统, 从根部相到远端相分带是(表1):

1)根部相是热水流体系统的热物质和热能量供给中心, 发育热流体充填岩相+热流体隐爆角砾岩相+成矿热液充填岩相, 常有浅成侵入岩和次火山岩脉等, 根部相以热流体系统为主, 在局部地段深部勘探工程中可观测到, 但需进行专项地球物理探测和构造岩相填图。

2)喷口相是热水流体喷流进入沉积盆地内的同生构造通道, 常因后期热水流体作用而充填封闭增加了识别难度, 一般发育(热水+热流体)混合系统, 表现为热水同生角砾岩相+热水隐爆角砾岩相+气成高温相+热水准同生蚀变相, 各类热水沉积岩相体常具有空间域—时间域交织结构和穿插结构, 在物质域上常具有突然相变结构, 常需要进行构造岩相学和地球化学岩相学解析研究, 仔细解析各类热水流体时序和物质组成。

3)中心相以热水同生沉积相+热水混合同生沉积岩相为主, 在火山沉积岩区内, 底盘围岩中发育热水同生蚀变岩相(如伊利石绢云母蚀变岩、绿泥石蚀变基性火山岩等)。

4)过渡相以热水混合沉积相+低温热水同生沉积相为主, 常以多种性状的热水混合沉积为特征。

5)远端相以低温热水同生沉积相与正常沉积为主, 属热水沉积盆地边缘部位的标志。

热水沉积岩相的物源区是来自盆地基底或盆地深部岩浆房, 初始的热水沉积作用沿同生断裂自基底向上迁移, 这种格局被有沉积学响应的地层单元所记录。三级热水沉积盆地以外的沉积区, 热水沉积量很少或者有少量热卤水的混入, 常构成区域性可对比层位。热水流体以垂向加积为主, 侧积作用不明显, 多限于热水沉积成矿盆地之中。热水沉积事件都是由热水同生沉积—交代岩相、单一成分热水同生沉积岩相、不同性状和成分的热水混合同生沉积岩相、热卤水同生沉积岩相、热水流体充填—交代岩相等, 组成了完整的热水沉积事件和垂向相序列。在三级热水沉积盆地内每1个热水沉积事件中, 多共生1套滞流还原性盆地相或共生1套高氧化态酸性盆地相, 它们在浅水、半深水、深水环境或有限洋盆内多具有特定的岩石组合和相关的沉积相组合, 热水沉积岩相与相关共生的沉积相组合体是热水沉积盆地内充填地层的完整层序, 它们在盆地尺度上是有机相关体, 在时间—空间上有密切共生关系的三维地层充填体, 但在物质—成因上具有不同结构, 需要进行磁化率—电性—近红外光谱等专项填图解析。

2.4.2 热水流体系统动力学类型与形成机制 秦岭造山带泥盆纪古热水流体系统具有强酸性硫酸盐型、弱酸强碱碳酸盐型、以SiO₂为酸酐型、碱性富 Mg重卤水型、热卤水型及强酸性硼硅酸盐型等6种类型古热水场, 地球化学流体动力学模型分别是热水层流体系模型、不同成分和性状的热水混合体系模型(方维萱, 1999b)。按照热水流体系统成因和成分, 塔里木盆地热水流体系统划分为天然气型、油气型、卤水型、热水沉积型、富烃类还原型、富 CO₂非烃类流体型、构造流体型、岩浆热液型和层间水—承压水型等9种(方维萱等, 2017)。按其古热水流体系统、古热水场活动方式与所处的构造古地理不同, 划分为宁静式热水系统、爆发式热水系统、岩溶热储式热水系统、热能稳定供给式热水系统等。

1)宁静式热水幕主要分布于三级热水沉积盆地内, 海水静压力较大(包括沉积物产生的静压力), 以热水同生沉积—同生交代作用、不同成分及性状的热水混合同生沉积作用、单一成分的热水同生沉积作用等为主。在同生断裂带附近, 发育热水爆炸、液压致裂、热水充填交代作用。

2)爆发式热水幕发生于同生期或准同生成岩期, 沉积物(包括海水)产生的静压力较小, 沉积物已固结成岩或部分成岩。热水活动要冲破这种固结程度较高、静压力较大的地表环境, 热水携带的挥发组分较高, 能够产生较高的临界压力, 形成热水流体隐爆—爆破式、热流体顶蚀(侧蚀)及液压致裂作用。以热水流体爆炸—液压致裂作用、热水交代作用、热水充填作用为主, 沿同生断裂附近呈带状分布, 与周围的沉积岩有明显的界线, 可位于三级热水沉积盆地的中心、边坡或盆地附近的同生断裂带中, 也可在有深部地质作用背景下形成的古异常地热场中, 产生热卤水渗滤交代成岩作用, 形成热卤水渗滤交代岩相。

3)岩溶热储式热水系统是复杂的热水流体相, 以深成热水岩溶—溶蚀—交代岩相为特征, 它们是金属矿床和油气资源优质储矿相体和储集层岩相, 但仍待进一步深入解剖研究。

4)热能稳定供给式热水系统形成于火山沉积盆地内或盆地变形期、盆内岩浆—构造—热事件叠加改造期内, 它们以火山岩—次火山岩侵入相或深部集热构造为根部相, 对于三稀金属成矿具有十分重要价值, 在大陆内部的盆—山—原耦合与转化过程中, 构造—热事件和陆内岩浆—构造—热事件有利于形成热能稳定供给式热水系统, 它们对(非)金属—天青石—铀—煤—油气资源同盆共存富集成藏成矿十分重要。

在洋底热水(500~200 ℃)活动区, 橄榄石和辉石发生蛇纹石化直接生成蛇纹石+水镁石/滑石+磁铁矿+氢气+无机成因的烃类气体(Deschamps et al., 2013; 吴凯等, 2020; Menzies et al., 2022), 蛇纹石岩相和水镁石相、蛇绿岩套和热水成因的硅质岩等为构造古地理恢复标志。甘肃红石山晚泥盆世—早石炭世SSZ型蛇绿杂岩带为洋壳扩张脊的残片, 恢复蛇绿岩套从下到上的垂向单元(方维萱等, 2021)是: 变质超镁铁杂岩(图2-a)→ 堆晶超镁铁—镁铁岩→ 均质辉长岩(图2-b)和辉绿岩墙→ 扫子山岩组深水相硅质岩和含碳硅质细碎屑岩。扫子山岩组内洋底平原相(图2-d)硅泥质岩—泥硅质岩—赤铁硅泥质岩+蛇绿岩套为有限洋盆相+洋壳残片相, 北侧构造古地理单元为石炭纪有限洋盆相+富钠质钙碱性系列深成岩浆弧相, 南侧敦煌地块北缘浅海岛弧相+浅海盆地相; 它们大致呈对称结构分布在红石山有限洋盆南北两侧。上石炭统干泉组呈角度不整合覆盖在扫子山岩组深水相火山岩之上, 指示了有限洋盆关闭后海水变浅序列。

图2

Fig.2

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图2 甘肃红石山地区蛇纹石岩与洋盆平原相热水成因的铁硅质岩 a—蛇纹石质糜棱岩, 发育S-C组构, S面理: 164° ∠66° , C面理: 158° ∠57° , 糜棱面理: 160° ∠72° , 磁化率为(16.7~27.7)×10-3SI; b—钠长透闪石糜棱岩; c—绿泥石硅质糜棱岩, 原岩恢复为凝灰质硅质岩, 蛇绿岩套顶面; d—碎裂岩化相紫红色铁泥硅质岩, 原岩相恢复为洋盆平原相赤铁泥硅质岩(盆地饥饿期红色凝缩层, 大洋红色); e—紫红色赤铁碧玉岩, 火山热水沉积岩相; f—褐紫红色赤铁磁铁硅质岩, 火山热水沉积相Fig.2 Serpentine rock and Irony jasperite by hydrothermal sedimentary origin in oceanic plain facies in Hongshishan area, Gansu Province

在扫子山岩组内热水沉积—同生蚀变岩相特征是:

1)蛇纹石岩和钠长透闪石岩(图2-a, 2-b)可能是洋盆内残留洋壳经过海底热水同生蚀变作用所形成, 海底热水同生蚀变岩相包括蛇纹石岩、钠长透闪石岩、水镁石岩、滑石蛇纹石岩、绿泥石岩、钠长阳起石岩、绿泥石阳起石岩等。蛇纹石岩类属底部变质超镁铁杂岩单元, 经强烈构造变形后, 现今以蛇纹岩质糜棱岩相+蛇纹石千糜岩相+蛇纹石片岩相卷入蛇绿混杂岩带内, 磁化率在(16.7~27.7)×10^-3 SI, 磁铁矿和铬铁矿富集部位磁化率达50×10^-3 SI以上, 为进行隐伏热水流体蚀变岩相提供了磁性前提, 预测在红石山北侧和西侧深部存在隐伏热水流体蚀变岩相体(图3)。

图3

Fig.3

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图3 甘肃红石山蛇绿混杂岩带平面结构与深部预测(高精度磁法平剖面, 据方维萱等, 2021; 有修改) Q4h—冲积砂砾层; Q4p—戈壁洪积—冲积砂砾石层; P2sp—双堡塘组; C1s3—扫子山组第三岩性段; C1s1—扫子山组第一岩性段; D1-2Q—下—中泥盆统雀儿山群; ηγT2—中三叠世黑云母二长花岗岩; ηγP1—早二叠世二长花岗岩; ηγP2—中二叠世二长花岗岩; δC2-P1—晚石炭世—早二叠世闪长岩; γδC2a—晚石炭世花岗闪长岩; γδο C2—晚石炭世花岗闪长岩—石英闪长岩; ηγC2—晚石炭世花岗岩; mηδC1c—细粒黑云母二长花岗岩/糜棱岩相; mν C1—早石炭世红石山北侧辉长岩; mν D3—红石山南侧晚泥盆世辉长岩/糜棱岩相; ΣD3—红石山晚泥盆世辉石橄榄岩—橄榄岩; Ψ—辉石岩—橄榄二辉岩; γπ —花岗斑岩脉; Ar3-S3—前泥盆纪小红山构造岩片Fig.3 Plane pattern of tectonic lithofacies for the Hongshishan ophiolitic melange of Gansu Province (based GMS data, modified from Fang et al., 2021)

2)钠长透闪石岩的原岩可能属堆晶超镁铁—镁铁岩单元或均质辉长岩单元, 分布在辉长岩质糜棱岩相内或沿走向相变为糜棱岩化相辉长岩, 但磁化率明显低于辉长岩类, 指示钠长石—透闪石相经历了较强的热液退磁作用过程。钠长阳起石岩—绿泥石阳起石岩分布在蛇绿岩套外延层位, 与基性火山岩和基性凝灰岩关系密切。揭示准同生期和后期构造变形期内热水流体蚀变作用强烈。

3)灰绿色凝灰质硅质岩、浅红色和紫红色赤铁碧玉岩(铁硅质岩)、暗紫红色磁铁赤铁硅质岩、褐紫色磁铁碧玉岩等(图2-c, 2-e, 2-f)属于海底火山热水沉积岩相, 灰绿色凝灰质硅质岩与同期基性凝灰岩层紧密相伴产出, 它们是蛇绿岩套侧向的相变单元, 具有向上包络式相体分布特征。

4)晚泥盆世—早石炭世洋盆平原相由紫红色赤铁碧玉岩、褐紫红色赤铁磁铁硅质岩、紫红色铁泥硅质岩(图2-d, 2-e, 2-f)、赤铁钙屑泥硅岩等组成; 扫子山岩组内含碳粉砂泥质岩含微晶石墨碳质层(碳质含量在10%~25%之间)是深水滞流环境标志; 深水细碎屑岩+硅质岩+赤铁碧玉岩+碳质粉砂泥岩也属该洋底平原相, 它们与洋壳残片(蛇绿岩套)共生。

5)在扫子山岩组三段内, 硅质岩和凝灰质硅质岩中发育同生滑移褶皱带, 推测为有限洋盆因挤压变形事件, 有限洋盆内滑塌沉积作用形成了同生滑移褶皱带和滑塌沉积岩相带。

6)在红石山蛇绿岩混杂带北侧, 蛇纹石岩、磁铁矿蛇纹石岩、蛇纹石千糜岩、蛇纹石透闪石岩等岩石组合, 它们是洋底热水事件重要的构造岩相标志, 揭示深部存在隐伏蛇绿岩套残片(图3)。

7)蛇纹石岩和水镁石化相共生并伴有磁铁矿, 它们是蛇绿岩套经历了洋底热水蚀变作用所形成的。

3.2.1 墨江热水沉积岩相构造变形筛分与同位素精确定年约束 在大陆造山带内, 热水沉积岩相与蛇绿岩套均经历了多期次构造变形变位事件和热流体叠加改造事件, 需采用构造变形筛分—同位素地球化学定年约束、地球化学、岩相学等综合解剖, 进行构造岩相学变形筛分后, 才能准确有效地进行构造古地理恢复, 如云南墨江上泥盆统金厂岩组(D₃jy)内热水喷流沉积岩相和后期构造流体事件研究(方维萱等, 2001b, 2004; 谢桂青等, 2002), 在墨江金镍矿区烂山矿段10号矿体51线发育 2个旋回的热水喷流同生沉积层序, 黄铁矿硅质角砾岩是热水喷溢通道口相, 硅质角砾大小混杂, 大者有10cm×25cm, 棱角明显, 小者硅质角砾为(1~2) cm×(2~4) cm, 扁豆状硅质角砾与条带条纹状黄铁矿方向一致, 粉末状和细粒状黄铁矿围绕硅质角砾分布或呈条带条纹状与硅质角砾的长轴方向斜交, 显示二者经历了同一成岩过程, 粉末状黄铁矿属后期脆性构造碎粒化作用所形成。现进行构造岩相变形筛分如下:

1)金厂岩组内深水相含碳绢云母硅质岩形成年代为359±21 Ma(Sm-Nd 等时线年龄)、358.02±0.3 Ma(Rb-Sr等时线年龄), 上泥盆统金厂岩组(D₃jy)与苦杜木组(D₃k)同时异相地层。在热水沉积成因的硅质岩和黄铁矿硅质岩之下, 发育强黏土化蚀变基性火山熔岩及黏土化酸性火山熔岩互层、绿泥石化基性火山凝灰岩及火山熔岩, 这些海相火山岩层被卷入脆韧性剪切带内, 发育糜棱岩相、初糜棱岩相、千糜岩相和绿泥石千糜岩相等变形构造型相。海相火山岩层之上发育绢云母硅质岩、硅质岩、黄铁矿硅质岩、铬伊利石黄铁矿岩、黄铁矿硅质热水同生角砾岩等组成的热水沉积岩相, 含镍金黄铁矿硅质形成年代为358±8.6 Ma(Sm-Nd 等时线年龄)、354.7±0.72 Ma(Rb-Sr等时线年龄), 硅质岩形成温度在128~146 ℃之间, 构造古地理为晚泥盆世裂陷成盆过程中深水相盆地; 或与相邻洋盆内同期的火山喷发事件有关。

2)墨江金厂超基性岩(蛇纹石岩)形成年代为 302±7.3 Ma(Rb-Sr等时线年龄)、304±16 Ma(Sm-Nd 等时线年龄), 金厂蛇纹石岩构造岩片是墨江段晚石炭世残留洋壳物质, 现今呈构造岩片, 上与金厂岩组呈脆韧性剪切带接触, 下与上三叠统歪古村组呈断层接触。歪古村组底砾岩中发育超基性岩和脉石英砾石, 墨江金镍矿区内早期含镍金绿色蚀变带受金厂岩组内韧性剪切带控制, 形成于251.9±4.32 Ma, 含铬绢云母—绢云母(S₂)切层剪切面理的糜棱岩相带为弧—陆碰撞剪切带的变形构造型相, 证明了金厂超基性岩构造岩片于晚二叠世—早三叠世形成了构造侵位事件。

3)中期含镍金绿色蚀变岩形成于燕山早期(169.37~180.6 Ma), 产于燕山早期高角度脆韧性剪切带中, 形成铬绢云母—含铬绢云母组成的透入性剪切面理置换(S₃)和绿泥石拉伸线理。

4)晚期含金绿色蚀变糜棱岩形成于燕山晚期(71.14~149.98 Ma), 产于燕山晚期左旋走滑脆韧性剪切带中, 发育铬伊利石(S₄)和铬绿泥石(S₄)组成透入性剪切变形面理置换。

3.2.2 墨江山间湖盆内热水蚀变岩相与金镍叠加改造成矿 高度卤化山间湖盆恢复如下: 墨江金镍矿区内Au-As-Sb-Ni-Co-Zn 组合异常产于含镍金绿色蚀变带内, 含Au在(90~1590)×10^-9, 暗蓝绿色角砾状黏土岩产于歪古村组下部。经燕山期脆性构造变形形成了绿高岭石蚀变带, 含Li高达4518×10^-6, Sr达 2611×10^-6, B达 215×10^-6, 校正 B含量可达1436×10^-6, 歪古村组下部构造古地理为高度卤化水体的陆内山间湖盆。Li-Rb-Cs-Sr-B-W 高含量组合是咸化湖中水体高度卤化的标型指示元素, 扫描电镜分析发现含有较多的硫酸锶、石膏和碳酸锶等盐类矿物。在墨江金镍矿区烂山矿段的露天采场现仍有该层残留露头, 说明墨江镍金矿曾一度沉没在陆内山间咸化湖底, 这为大气降水下渗形成对流体系提供了水供给源, 伊利石脉中含Li-Sr-B均较高, B达628×10^-6。墨江金镍矿区内绿色蚀变带与古热泉有关的富铬硅酸盐矿物有铬伊利石、铬高岭石、多水铬高岭石、铬蒙脱石、铬埃洛石、铬绿泥石、绿铬高岭石, 与硫酸锶、石膏、碳酸锶和铬磷酸盐类紧密共生。

墨江金镍矿床垂向成矿分带是顶部为红土型金矿和红土型金镍矿床, 上部为蚀变岩型金镍矿+含金石英脉金矿, 中部为蚀变岩型金矿+含金石英脉型金矿, 下部以含金石英脉型金矿为主。(1)碎裂状早期含金石英脉赋存于脆韧性剪切带内, 与印支期铬绢云母—绢云母(S₂)S-C组构和剪切面理具有一致性, 与墨江脆韧性剪切带于251.9±4.32 Ma同期形成, 呈脉带状分布于下部脆韧性剪切带内。(2)中期含金绿色蚀变岩产于燕山早期高角度脆韧性剪切带中, 铬绢云母—含铬绢云母透入性剪切面理置换(S₃)和绿泥石拉伸线理是本期变形组构; 铬绢云母—铬绿泥石—铬水云母—铬伊利石是本期标型矿物组合, 它们分布在中部蚀变岩型金矿+含金石英脉型金矿内并向下趋于尖灭。(3)似环带状绿色黏土化蚀变带在墨江金镍矿区68勘探线呈“上大下小” 的喇叭形, 说明绿色黏土化蚀变带的空间分布形态与晚期强烈的热泉成岩成矿事件有关, 由绿铬高岭石—铬高岭石化—多水铬高岭石化等组成的泥化蚀变体可能属热泉成岩成矿作用形成的产物。上部为绿色含金镍蚀变岩相的标型矿物有铬绢云母、含铬绢云母、铬伊利石、铬高岭石、多水铬高岭石、铬蒙脱石、铬埃洛石、铬绿泥石、绿铬高岭石等系列富铬硅酸盐矿物, 少量铬尖晶石。绿色含金镍蚀变岩相绿色色调(翠绿色—鲜绿色—淡绿色—暗蓝绿色等)主要是由Cr³⁺离子在矿物中显色所造成, 含Ni在2024×10^-6~3055×10^-6, 含Au在570×10^-9~1570×10^-9。燕山晚期绿色含金镍蚀变岩相并受到喜马拉雅期(应汉龙等, 2005)热流体作用事件叠加, 碎裂状石英脉和含金镍绿色蚀变岩中黄铁矿表面, 发育毛缟状高岭石晶体簇。总之, 上泥盆统金厂岩组火山热水沉积成因的硅质岩—黄铁矿硅质岩相形成于陆缘裂陷盆地的深水环境, 与同期火山喷发事件有关; 晚石炭世墨江金厂蛇绿岩套为哀牢山有限洋盆主成盆期形成的洋壳残片。上三叠统歪古村组内含镍金绿色蚀变岩形成于燕山期陆内山间咸化湖泊相, 与金厂岩组内含镍金绿色蚀变岩形成于相同构造古地理条件, 受哀牢山造山带西侧前陆冲断褶皱带内热水流体事件和含金镍成矿流体密切有关。

在东天山库姆塔格—沙泉子上石炭统底坎尔组内, 库姆塔格大型石膏—菱铁矿矿床在晚石炭世构造古地理为弧后前陆盆地, 北侧为雅满苏石炭纪陆缘成熟岛弧带, 南侧为中天山石炭纪造山带, 推测为康古尔塔格—红石山有限洋盆向南俯冲于塔里木板块北缘之下, 形成于晚石炭世洋壳俯冲到弧—陆碰撞转换过程。

在石膏菱铁矿矿床内, 库姆塔格由菱铁矿岩相、赤铁碧玉岩相、铁白云石岩相、石膏岩相、热水角砾岩相、青磐岩化相蚀变玄武岩、夕卡岩化相蚀变火山岩等组成了8种不同的火山热水沉积岩相类型, 其中: (1)菱铁矿岩相由菱铁矿岩、碧玉质菱铁矿岩、硅质铁白云石菱铁矿岩等组成, 致密厚层块状构造, 含碧玉质(硅质)较高时岩石致密坚硬。可能是在浅海相还原(Fe²⁺/Fe³⁺=2.41)和碱性条件下, 火山热水同生沉积作用形成了库姆塔格菱铁矿层和菱铁矿岩相, 整体呈似层状相体。在与铁白云岩岩相过渡时相变为碧玉菱铁铁白云岩, 高MgO、FeO及MnO含量、富铁白云石[(Ca, Fe, Mg, Mn)CO₃]-菱铁矿[(Mg, Mn)FeCO₃]系列, 它们是火山热水混合同生沉积相。(2)铁白云石岩相由硅质铁白云石岩、铁白云石岩及铁白云石白云岩等组成, 厚层块状、条纹条带状构造, 它们是典型火山热水同生混合沉积岩相, 组成了菱铁矿体顶底板围岩, 铁白云石岩相呈似层状相体, 与白云质灰岩呈过渡关系。硅质铁白云岩含FeO(5.7%)明显降低, 而MgO(10.46%)明显增高, Fe²⁺/Fe³⁺(1.76)明显降低, 说明火山热水流体系统可能处于弱还原和弱碱性环境。(3)石膏岩岩相由褐色巨晶状石膏岩、灰白色角砾状石膏岩、白色细粒石膏岩、晶洞晶隙状石膏岩及条纹条带状石膏岩组成。石膏岩以CaO(32.64%)、SO₃(44.32%)及H₂O^±(8.01%)为主, SiO₂含量为9.93%, 含少量高岭石及铁白云石, Fe²⁺/Fe³⁺值为0.53, 它们形成于浅海相的强酸性、氧化环境下。(4)在热水角砾岩相内, 岩性和角砾成分复杂, 角砾以浅黄色硅质岩、凝灰岩、石英角斑岩、霏细斑岩、凝灰岩等为主, 含有少量褐色厚板状、自形晶状石膏(0.8~0.5㎝ )含量介于5%~10%之间。角砾大小混杂, 成分不一, 含量变化大(70%~40%)。胶结物(30%~50%)以浅褐色—浅黄色细粒石膏凝灰质和硅质为主, 胶结物流动构造发育, 常见镜铁矿、石膏和凝灰质条纹条带组成的塑性流变褶皱及液化流构造。这种热水角砾岩相是热水喷流通道相的构造岩相学特征。热水角砾岩相的岩石化学成分相对复杂, 含硬石膏(约52%)、铁白云石、凝灰质、硅化细脉、镜铁矿网脉等, Fe²⁺/Fe³⁺值为1.13, 揭示形成于浅水相氧化—还原过渡环境。

在扬子地块寒武—志留纪陆缘裂谷盆地内发育深水缺氧环境中热水沉积岩相, 三级断陷盆地、同生断裂带和碳粗面质凝灰岩(K₂O含量在6%~9.0%之间)对热水沉积岩相具有控制作用。热水沉积重晶石矿床储矿构造岩相由重晶石岩、碳硅质岩、含碳灰岩、碳质绢云母片岩等组成。(1)在陕西平利水坪重晶石矿区, 赋存矿层位下部为碳质结晶灰岩、黑色硅质岩、碳质板岩, 重晶石岩层厚2~7 m; 中部为碳质板岩、黑色硅质岩, 重晶石岩厚1.35 m; 上部为薄层碳质灰岩夹碳质板岩、碳钙质板岩, 重晶石岩厚4.0 m。(2)湘西—黔东热水沉积型超大型重晶石矿床赋存层位是牛蹄塘组, 层状重晶石矿层主要赋存于牛蹄塘组第1岩性段中。重晶石矿层上部灰黑色条纹条带状含碳重晶石岩, 碳质及黄铁矿组成条纹状构造, 碳质组成层纹构造, 重晶石组成条带状构造, 上部矿层共生银矿。牛蹄塘组第2岩性段黑色含磷结核碳质板岩及碳质板岩是U-Cu-V-P矿化层位。大河边—贡溪超大型重晶石矿床赋存于下寒武统牛蹄塘组第1岩性段黑色岩系中, 重晶石矿层由海底低温(105~192 ℃)硫酸盐型热水发生大规模同生沉积成岩成矿作用; 热水混合沉积岩相主要有硅质重晶石岩、碳质重晶石岩、菱铁矿重晶石岩、重晶石铁白云石岩、硫化物重晶石岩、重晶石硅质岩、含碳硅质重晶石等, 它们是硫酸盐型热水, 伴有碳酸盐质、以SiO₂为酸酐热水和磷酸盐质热水等不同的古热水场地球化学类型, 发生了热水混合沉积作用所形成; 重晶石矿层之上的黑色碳质黏土岩形成于封闭、还原、滞流的深水沉积环境, 黑色碳质黏土岩构成矿层的封闭保存条件(方维萱等, 2002)。(3)西秦岭拉尔玛—牙相地区寒武系中超大型金(U、Mo、Se)矿床与碳硅质岩相关系十分密切, 在寒武纪为缺氧、低能、深水相局限海盆地, 硅质岩的形成与热水喷流沉积作用有十分密切的关系, 角砾状硅质岩代表了热水喷口及同生断裂的发育部位, 层纹状、条带状、块状硅质岩是代表热水同生沉积相区。从拉尔玛(109线)→ 拉尔玛(135线)→ 邛莫(32线)及邛莫(7线)→ 温泉→ 牙相, 硅质岩相及碳质硅板岩相的厚度迅速增大, 显示了多级同生断裂控制了热水沉积岩相及深水盆地相的沉积厚度(刘家军等, 1998)。

安康石梯超大型矿床、茨沟和神河重晶石矿床属志留纪热水沉积重晶石矿床, 赋矿岩系大贵坪组从下到上为: (1)黑色硅质岩夹少量碳质石英片岩及重晶石岩、黑云母斜长片岩、黑云母绿泥片岩、云母石英片岩; (2)黑色硅质岩为主夹数层重晶石岩, 顶部夹含碳绢英片岩, 主要含矿层厚40~74 m; (3)黑色硅质岩夹不纯结晶灰岩及斜钡钙石岩透镜体, 局部见重晶石岩矿化, 厚49~72 m。矿石矿物以重晶石为主, 尚有毒重石和斜钡钙石, 常形成毒重石重晶石型矿石。自下而上的垂向构造沉积岩相结构是志留纪海底火山喷发岩相+火山沉积岩相→ 重晶石岩亚相+硅质岩亚相—毒重石岩亚相+斜钡钙石岩亚相组成的热水沉积岩相。变火山沉积岩厚度由石梯矿区向SE方向逐渐增大且火山喷发中心位于南东侧, 重晶石岩相在SE-NW向火山沉积盆地和同生断裂控制中, 构造-沉积类型为深水相剪性裂陷型热水沉积成矿盆地。

甘肃西成和陕西柞山泥盆纪盆地均形成于秦岭微板块北缘, 原型盆地属陆缘拉分断陷盆地, 它们是铜铅锌银—重晶石—菱铁矿矿集区成矿构造。

1)在西成泥盆纪拉分盆地中, 下泥盆统吴家山组可划分为3个构造沉积岩相, 从下到上结构为次深海盆地相→ 浅海相→ 碳酸盐岩台地相, 早泥盆世西成—礼县一带处于次深海环境, 继承了志留纪沉积盆地古地形地貌格局, 经过填平补齐后, 晚期吴家山地区形成了浅水碳酸盐岩台地。早中泥盆世构造沉积岩相分异显著, 从西至东为石鼓子西的局限碳酸盐岩台地相→ 石鼓子北东向同生断裂构造岩相带→ 厂坝—李家沟碳酸盐岩台地相西部→ 碳酸盐岩台地内台凹盆地相→ 厂坝—李家沟复合断陷型三级构造热水沉积成矿盆地→ 碳酸盐岩台地台缘洼地相。在厂坝—李家沟三级盆地内, 热水沉积岩相发育齐全且分带良好, 发育含碳硅质岩相、钠长石岩相、重晶石岩相、硅质铁白云岩岩相、硅质菱铁矿岩相、钾长石透闪石岩相、准同生期白云岩相等, 生物礁灰岩形成水下隆起, 对三级热水沉积盆地具有较好分割围限作用, 它们是热水沉积—改造型铅锌矿床储矿构造岩相。

2)柞山地区在中泥盆世表现为双断型断陷盆地, 迅速演化为深水—半深水相, 晚泥盆世发生了构造反转, 石炭纪演化为残余海盆, 同期沿山阳—凤镇幔型断裂带两侧形成幔源钠长铁白云石角砾岩—铁白云石钠长角砾岩—钠长斑岩侵位。大西沟—银硐子断陷型及穆家庄单断型三级构造热水沉积成矿盆地是发育在大陆斜坡之上的深水沉积环境中, 大西沟—银硐子矿区内各类热水沉积岩相发育齐全且分带良好, 为深水环境中形成的热水沉积岩相, 主要有钠长碧玉岩相、铁白云石岩相、菱铁矿岩相、重晶石岩相、绿泥石岩相等; 在半深水环境中发育热水浊流沉积岩相, 它们为热水沉积—改造型铜铅锌银—重晶石—菱铁矿矿床储矿构造岩相。银硐子超大型银多金属矿床和大西沟大型重晶石菱铁矿矿床产于这些热水沉积岩相内, 热水沉积岩相在大西沟西与马耳峡2条近南北向同生断裂之间发育厚度最大。晚泥盆世发生了快速萎缩封闭, 向上变为浅水沉积体系, 三级热水沉积盆地于石炭纪末封闭。

3)石炭纪沿山阳—凤镇幔型断裂带两侧, 幔源钠长铁白云石角砾岩—铁白云石钠长角砾岩—钠长斑岩侵位事件形成了区域性和盆内岩浆—构造—热事件, 形成了黑云母方柱石岩相、方柱石黑云母岩相、黑云母透闪石岩相, 属盆地变形期的区域构造—热流体事件形成的Na-K-Cl-F热卤水渗滤交代岩相。桐木沟锌矿区内, 钠长岩—铁白云石钠长角砾岩相具有总体顺层和局部穿层分布规律, 它们与层间富锌矿脉带具有密切关系, 为沉积盆地变形改造期幔源热流体叠加改造作用所形成。

在黔西—滇东二叠纪陆缘滨浅海盆地内, 在中二叠统茅口组碳酸盐岩层顶面与上二叠统峨眉山玄武岩组或龙潭组之间形成了火山热水岩溶相序(图4), 发育同期异相和异时叠加成岩相, 以上覆层状火山岩、中夹火山热水角砾岩相和下伏岩溶风化壳的“三层式” 垂向相序结构为识别标志。

图4

Fig.4

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	图4 贵州晴隆锑—萤石—金矿集区构造古地理图与构造岩相学 a—构造岩相学与构造古地理图; b—上二叠统大厂层实测构造岩相柱状对比图; c—中二叠统茅口组生物碎屑灰岩灰岩; d—大厂层下部强硅化灰质角砾岩, 发育热液溶孔和石英晶腺构造; e—大厂层下部玄武岩质粗砂质砾岩, 角砾为蚀变玄武岩, 胶结物为玄武质粗砂; f—萤石硅化热液角砾岩; g—浅紫色萤石角砾岩Fig.4 Tectono-palaeogeography map and tectonic lithofacies for Qinglong stibnite-fluorite-gold ore-centrated area in Guizhou

1)在建水荒田—虾洞银铅锌矿床, 茅口组上段浅灰色块状微晶灰岩中发育重结晶和大理岩化, 为银铅锌矿床底板蚀变围岩, 中部发育灰质蚀变角砾岩和火山热水岩溶角砾岩, 与峨眉山玄武岩组底部蚀变玄武质火山角砾岩等组成了储矿相体; 发育碳酸盐化、硅化、黄铁矿化、重晶石化、叶腊石化、绢云母—绿泥石化及大理岩化, 银铅锌矿体呈似层状、大透镜状和层间脉带状产于储矿相体层内。

2)云南富乐厂铅锌矿呈似层状、大透镜状和层间脉带状, 赋存于玄武岩组与茅口组之间岩溶不整面构造带。古岩溶系统表现为茅口组顶面发育0~5 m泥质灰岩, 因受古侵蚀作用顶面起伏不平变化, 局部古溶洞内发育黄铁矿玄武质角砾岩。张剪性含矿热液角砾岩发育, 伴随粗晶白云岩和褪色后蚀变相, 层间网脉状碳酸盐化蚀变相发育, 为张剪性岩溶角砾岩的热液胶结物。含硫化物乳白色粗晶白云岩和含硫化物白云质热液角砾岩发育溶孔构造、晶腺晶洞构造、网脉状构造和角砾状构造, 在热液溶蚀空洞和裂隙中发育闪锌矿, 铁白云石—闪锌矿—方铅矿等为岩溶角砾的热液胶结物, 它们为热液岩溶蚀变相典型标志; 玄武岩组底部发育灰白色黏土质泥岩(古土壤层或古风化壳)。古岩溶和火山热水岩溶相在后期常转变为层间滑脱构造相带, 发育沥青化和碳化蚀变相。玄武岩组以深灰色和灰绿色气孔杏仁状玄武岩夹紫红色玄武质泥岩(红顶层)为主, 底部发育的灰白色黏土质泥岩为区域性标志层; 局部发育的碱性玄武质火山角砾岩筒相和碱性辉绿岩床侵入于茅口组顶部, 该次火山岩侵入相上距古岩溶顶面约10 m。

3)在戈塘式类卡林型金矿床, 自下而上为茅口组生物碎屑灰岩→ 硅化灰质角砾岩→ 龙潭组高岭石质黏土岩→ 蚀变凝灰质角砾岩+灰质角砾岩+角砾状硅化蚀变岩→ 黄铁矿—硅化蚀变凝灰质角砾岩(金主矿体)→ 碳质黏土岩→ 含煤黏土岩夹粉砂岩, 金矿体受茅口组顶面古岩溶系统控制。

4)晴隆大厂锑—萤石—金矿床赋存在茅口组顶面火山热水古岩溶面与玄武岩组之间的大厂层中(图4), 自上而下层序是: ⑧ 墨绿色—深灰色块状玄武岩; ⑦ 高岭石化黏土岩; ⑥ 角砾状硅质黄铁矿化黏土岩; ⑤ 角砾状黄铁矿化硅质岩; ④ 硅质岩/硅质蚀变岩; ③ 玄武岩质砾岩/石灰岩质砾岩; ② 凝灰质黏土岩, 局部发育古风化壳; ① 灰色生物碎屑灰岩。从下到上的垂向相序结构是浅水碳酸盐岩相(岩溶风化壳)→ 河流相玄武岩质砾岩+石灰岩质砾岩→ 火山热水同生沉积—交代岩相→ 火山喷发沉积相(残积相)→ 上二叠统峨眉山玄武岩组火山溢流相/上二叠统龙潭组凝灰岩。大厂层下部(②~④层)以硅质岩—硅质蚀变岩—角砾状硅化蚀变岩为主, 沿走向相变强烈, 局部相变为玄武岩质砾岩、凝灰质黏土岩等(图4-a, 4-b, 4-d, 4-e); 中部(⑤~⑥层)以角砾状构造为特征(图4-a, 4-b, 4-f, 4-g), 岩性有角砾状硅化黄铁矿化黏土岩夹硅化碳质黏土岩及透镜状玄武岩质砾岩, 横向相变为碎屑状黏土岩; 局部发育玄武岩质火山角砾岩及玄武岩质砾岩、黏土化玄武岩, 以火山沉积岩相为主, 热水沉积岩相与火山沉积岩相常急剧相变; 上部以含锐钛矿高岭石化黏土岩—含锐钛矿高岭石岩—含锐钛矿高岭石化蚀变岩为主, 局部为残积铝土矿化黏土岩相和铁质黏土岩, 它们是火山凝灰岩经热水海解作用和水上暴露风化作用所形成。

总之, 在滇黔桂川地区茅口组(阳新组)碳酸盐岩层与玄武岩组和龙潭组之间, 发育抬升—沉积期、火山热水岩溶、埋藏期和现代岩溶叠加作用; 在印支期、燕山期和喜山期发育层间滑脱构造带, 为金属矿、油气资源良好储集相体层。

晚二叠世“大厂层” 形成期间构造古地理微单元具有多样性, 主要特征是: (1) 中二叠世晚期东吴运动造成了大面积区域抬升, 中二叠统茅口组灰岩和生物碎屑灰岩在暴露水面之上后, 形成古风化壳及古岩溶构造, 在晴隆大厂地区形成了古陆缘包围的半封闭海湾盆地(图4-a)。(2) 在半封闭海湾盆地内, 凝灰质黏土岩和凝灰质细砂岩形成于凝灰质潮坪—潟湖环境。在晴隆锑矿大厂一车间, 河流相玄武岩质砾岩及玄武质岩屑砂岩(图4-a, 4-b, 4-e))分布于半封闭海湾的古河流河床, 蚀源岩区为峨眉山玄武岩组陆相火山喷溢相和火山喷发相区。峨眉山玄武岩组早期以火山溢流相碱性基性熔岩类和火山喷发相火山角砾岩和凝灰岩为主, 中期火山溢流相由陆相玄武岩组成, 晚期碱性基性火山活动减弱, 碱性酸性火山喷发作用增强, 形成火山沉积岩相碱性酸性凝灰岩, 火山空落沉积相玄武质凝灰岩→ 碱性酸性凝灰岩→ 碱性酸性黏土岩在滇黔桂川渝地区广泛分布。峨眉山玄武岩组时期形成了高古地热异常区, 火山活动也为热水流体沉积成岩成矿提供了丰富的热能和热物质。具有强挥发性特点的成矿物质(如F、Sb、As等)由陆相传输至滨—浅海环境内, 在半封闭海湾盆地内逐渐聚集并形成酸化水体的海解作用和强烈古风化淋滤作用, 形成铝土质黏土岩、含锐钛矿凝灰质黏土岩和含锐钛矿高岭石岩、黏土化蚀变玄武岩。在火山喷发晚期, 火山热液喷气作用强烈, 触发启动火山热水渗滤循环对流系统。火山热水流体系统内大量的CO₂、HCl-H₂S、HF及络合物, 形成了角砾状黏土岩、角砾状硅质岩及硅质蚀变角砾岩、萤石热液角砾岩等。(3)构造—热水沉积岩相的垂向和横向相变较为强烈, 大厂层主要以SiO₂为酸酐型热水流体系统, 发育富F热卤水(形成大量萤石)。在峨眉山玄武质角砾岩和火山角砾岩层内形成了金矿床, 沿走向尖灭部位是锑—萤石矿床赋存层位。峨眉山玄武岩层内部沿构造裂隙也有后期热水活动, 常形成富辉铜矿的铜矿化。峨眉山玄武岩喷发结束之后, 形成龙潭组合碳泥砂质沉积岩, 是含铜凝灰质黏土岩、黄铁矿矿床及锰矿床的赋存层位。

在秦岭造山带泥盆—石炭纪沿凤县—凤镇—山阳幔型同生断裂带两侧长400 km范围内, 发育钠质铁白云石角砾岩和铁白云石钠长角砾岩带, 在凤太一级沉积盆地的北部成为穿盆同生断裂, 由于其深部岩石圈地幔近南北向缓慢俯冲收缩作用, 必然导生陆壳浅部发育NW向、EW向和SN向网状同生断裂系统。同时在网状同生断裂的拉分式成盆作用下, 形成了一系列拉分式三级构造热水沉积成矿盆地, 如发育局限碳酸盐岩台地(白云质灰岩—白云岩)的双王及老铁厂拉分式三级构造热水沉积成矿盆地, 银母寺—八卦庙—八方山拉分式三级构造热水沉积成矿盆地。近SN向西河同生断裂仍在活动, 形成了近南北向裂陷, 在核桃坝—八卦庙—铜玲沟一带SN向的星红铺组厚度最大, 向东西两侧减薄。在这个近南北向裂槽中, 发育钠质热水浊积岩相、浊积岩相及等深流沉积岩相, 并发育热水沉积岩相, 局部夹有火山岩薄层, 是一种深水环境中热水浊流沉积岩相组合。晚泥盆世钠长岩和铁白云石钠长岩等似层状热水沉积岩相、钠质热水浊积岩相, 以富Na、K、Fe、Mg、B、F、As、Sb、Hg、Au为特征, 形成了八卦庙和双王超大型金矿床的初始矿源层。凤太盆地在早石炭世构造反转后, 深源碱性热流体上涌形成热流体交代和液压致裂角砾岩相, 铁白云石钠长隐爆角砾岩是早二叠世碱性幔源热流体隐爆作用形成, 陕西双王金矿内含金钠长铁白云石角砾岩中, 最年轻的锆石年龄为 280.1~277.5 Ma, 代表了隐爆角砾岩形成的时间下限(范玉须等, 2018), 双王含金热液角砾岩构造系统属热水流体多期多阶段的异时异相同位叠加所形成。

在凤县—凤镇—山阳两侧的钠长岩—碱性辉绿岩—钠长铁白云石热液角砾岩—铁白云石钠长热液角砾岩带, 推测与扬子板块向北俯冲消减形成增生楔和地幔—地壳联动富CO₂尾羽排气型热流柱作用密切有关。区域成矿分带模式为: Au-Cu-Co-Ni矿床(岩浆热液隐爆角砾岩型金和铜金镍钴矿床)→ Ag-Cu-Pb-Zn-Ba-Fe矿床(热水沉积—改造型菱铁矿—重晶石—银铜铅锌矿床)→ Pb-Zn-Cu-Ag-Au矿床(热水沉积—改造型铜铅锌矿床+类卡林型金矿床+岩浆热液隐爆角砾岩型金矿床)→ Hg-As-Sb-Au矿床(辰砂—雄黄—辉锑矿矿床+卡林型金矿床)。菱铁矿矿床(铁碳酸盐质热水沉积岩相)、镇安二台子碳酸岩质热液隐爆角砾岩型铜金矿床和万丈沟脉状Au-Cu-Co-Ni矿床、太白双王碳酸岩质热液爆角砾岩型金矿床与深部富CH₄-CO₂热流柱构造密切有关。在卡林型金矿床中, 发育张剪性方解石角砾岩化蚀变灰岩、角砾状辉锑矿矿石, 它们为脆性断裂带中富CO₂热流柱与碳酸盐质热液角砾岩相。

从陆相湖盆与周缘山地关系看, 封闭湖盆(尾闾湖盆)对于热卤水富集成矿作用最大, 湖盆内水体酸碱性对于热水沉积作用也具有控制作用。(1) Agangi 等(2021)报道了南非克拉通内陆相湖泊盆地形成于中太古代(3.1~3.0 Ga), 灰黑色碳质页岩中的有机质(δ¹³C在-46.6‰~-31.3‰)富集与酸性火山岩形成的热水事件密切有关, 中太古代酸性火山湖盆(pH<4)是早期藻类登陆的特殊生态位, 火山热液活动在产生热量、化学梯度和酸性蚀变过程中, 释放出来磷、硫、硼、微量元素(Zn、Mo、Se、Mn、Ni、Co和Cu等), 为藻类生命体(有机质)登陆和聚集提供了能量—物质支撑作用。(2) 氰化物在地球早期生命起源和活动中具有重要作用, Fe²⁺-Mg²⁺-Ca²⁺和碳酸盐物质聚集于闭流碱性湖盆内, 在闭流湖盆内持续蒸发作用形成了富NaHCO₃型碱性卤水, 前人实验证明铁氰化物盐可在闭流的碱性湖盆内发育富NaHCO₃型碱性卤水中富集和沉淀, 铁氰化物盐在后期热解作用下可分解为氰化物(Toner and Catling, 2019)。(3)新生代火山和地热系统活跃区为相邻湖泊盆地提供丰富的成岩成矿物质和构造—热能(Africano and Bernard, 2000; Mpodozis et al., 2005; Aguilera et al., 2016; Godfrey and Alvarez-Amado, 2020; Pueyo et al., 2021), 以智利—阿根廷新生代岩浆—火山弧(~25 Ma至今)与西侧的智利弧前山间盆地和东侧的玻利维亚—阿根廷弧后高原盆地内锂钾盐—硝盐热卤水成矿系统为代表。在阿卡塔玛盐湖盆地(Salar de Atacama)内形成了含锂钾盐—硝盐矿床。东侧为普纳—阿尔蒂普拉诺高原上, 高原闭流咸化湖盆的东西两侧均为山链阻隔, 南北两端为侵蚀台地封闭, 在热卤水成矿作用、高原干旱气候蒸发作用、闭流湖盆封闭、火山岩区表生淋滤风化和河流搬运作用等共同耦合下, 在玻利维亚乌尤尼闭流湖盆(Salar de Uynui)和阿根廷翁布雷穆埃尔托(Salar de Hombre Muerto)形成了含锂钾盐—硝盐硫酸盐型。含锂长英质火山喷发—富锂火山热泉不断提供富锂硼成矿物质并输送到高原闭流湖盆, 在西侧的智利弧前山间盆地(中央湖盆)和东侧的玻利维亚乌尤尼闭流咸化湖盆中富集成矿(Risacher et al., 2009, 2011; Evanstar, 2016; Godfrey and Alvarez-Amado, 2020)。(4)闭流的火山口湖盆地或火山口盆地对于富锂热流体和富锂热卤水成矿十分重要, 这种闭流的围限封闭盆地为热水—热流体大规模聚集提供了容纳空间, 而且阻碍了成矿流体逸散或贫化流失。最新研究认为(Ellis et al., 2017; Benson et al., 2018; Castor et al., 2020)美国内华达McDermitt火山机构与黄石地幔柱密切相关, 于16.39±0.02 Ma形成了过碱性高硅流纹岩喷发, 流纹岩喷发面积达1000 km², 在陆内封闭的塌陷火山口湖盆内黏土岩中形成了全球规模最大的黏土型锂矿床, 黏土型锂矿床富集成矿与富锂岩浆热液、湖盆内富锂热卤水、凝灰岩风化与封闭在湖盆内的地下水循环等作用密切有关; 在塌陷火山口之上的湖盆内沉积岩系中, 下部砾岩和角砾岩以火山口剥蚀再沉积物为主, 上部较厚的凝灰岩层固结程度不高并易发生风化侵蚀作用, 最大厚度达210 m, 黏土矿物主要由火山碎屑岩蚀变所形成。在塌陷火山口湖盆内的凝灰岩层是锂矿储矿相体层, 发育伊利石型和蒙脱石型黏土矿物蚀变相, 锂富集矿物是锂云母、多硅锂云母、锂白云母、锂淡云母、锂蒙脱石、伊利石和蒙脱石; 锂含量为(2007~2506)×10^-6, 最高达8850×10^-6。在早期火山口塌陷之后, 伸展型湖盆内地下水封闭系统和热流体开始活动, 将锂逐渐富集形成了含盐碱性卤水中, 锂富集在蒙脱石(锂蒙脱石)层和伊利石—蒙脱石层内, 与凝灰岩层内封闭的地下水成岩系统形成的成岩期自生钾长石共生, 伊利石黏土层含锂4840×10^-6, 成岩期钾长石形成年龄在14.87±0.05 Ma, 属锂矿成矿成岩年龄(Castor et al., 2020)。

中国在陆相热水沉积作用对油气成藏(成烃—成储等方面)贡献研究上具有国际领先性: (1)识别出了酒西盆地内湖相白烟型喷流岩以铁白云石、钠长石、重晶石、方沸石和地开石为主的5种热水矿物组合类型, 划分了脉状充填型、水爆角砾型、盆地沉积型和区域扩散型 4种成因类型的喷流岩(郑荣才等, 2003), 从陆相湖盆内热水事件与成烃—成储作用, 为中国陆相生油理论提供了新的科学依据。(2)在新疆三塘湖陆相湖盆幔源热液喷积岩系列与油气成藏关系研究方面, 对幔源热流体直接参与下的湖盆内热水事件与有机质聚集、生烃成藏关系和后期变化规律的深入研究(柳益群等, 2011, 2013; 汪双双等, 2015; 李哲萱等, 2019; 张帅等, 2020; 焦鑫等, 2021), 揭示了幔源热流体、水下火山热液活动、有机与无机相互作用的多重耦合过程, 成为地幔热流体参与陆内湖盆油气成藏研究范例, 拓展了中国陆相生油理论, 为同类型非常规油气资源勘探开发提供理论支撑。(3)近年来不断发现和深入研究了陆相湖盆内岩浆热液或火山喷发事件成因有关的方沸石—片沸石—浊沸石—斜发沸石等沸石类和碳钠铝石(片钠铝石), 它们多形成于碱性环境或早期碱性成岩作用, 后期在烃类流体和有机酸作用下发生溶蚀形成了次生裂隙, 有利于油气成藏; 而碳钠铝石(片钠铝石)作为幔源富CO₂型热流体参与油气成藏的重要标志之一(Gao et al., 2007; 柳益群等, 2011; Li et al., 2013; Su et al., 2014; 杨喆等, 2018; 张帅等, 2020; Han et al., 2021)。

在地表热泉沉积物以碳酸钙、硫磺、黄钾铁矾、石膏、非晶态硅质等为主, 热泉区发育特殊生物群落(如嗜热菌、嗜硫细菌、藻类等), 在热水从深部热储构造上升和减压作用过程中, 热水中CO₂、H₂S、H₂、N₂、CH₄等气体不断溢出, 因此, 在热储构造的近地表部位也是热泉沉积作用发生区域(Giampouras et al., 2019; Hao et al., 2020; Pirajno et al., 2020; Najar et al., 2022)。便携式红外光谱仪在野外进行地表和岩心进行蚀变矿物填图和圈定古地热场也是近期发展起来的新技术(Calvin and Pace, 2016)。

腾冲新生代陆相火山沉积盆地内, 以上新统粗碎屑岩系为主, 少量泥质粉砂岩和粉砂质碳质泥岩, 夹数层中基性火山岩, 北西西向、南北向和北东向断裂组控制了盆地形成和热泉群活动, 构造古地理单元为陆相成熟岛弧带, 深部岩浆囊为热能和热物质供给源区。发育高温沸腾泉、喷气口、硫磺泉、热水蚀变区和热水区, 形成了热泉型金矿床、硅质岩、硅化角砾岩、硅化蚀变岩等。郭唯明等(2019)报道腾冲热泉中富集Li、Rb和Cs, 平均值分别为2895 μ g/L、840 μ g/L、418 μ g/L, 具有寻找热泉沉积型稀有金属矿床潜力。据赵元艺等(2009)研究, 西藏谷露热泉型铯矿床位于那曲县谷露, 地热田成矿时代在500 ka BP至今, 间歇喷泉和沸泉等主要热泉口均产于北东向裂隙带, 沸泉温度最高达85 ℃, pH=8.5~9, 热泉型铯矿石具有粗大孔隙状、角砾状、碎裂叶片状、细小孔隙状、致密块状和鲕状构造; 发育粒状、胶状、生物、溶蚀、被膜状、球状和管状结构。硅华由蛋白石(CT蛋白石和A-蛋白石)和石英组成, 少量钾长石、方解石、石膏和黏土矿物, 第5阶段蛋白石型矿石平均含Cs为1078×10^-6, Cs₂O 最高可达 3.57%。

断裂带控制的热水系统可在先存岩溶构造内形成热泉沉积岩相, 如: 湖南石门古热泉型金—雄黄矿床赋存在古岩溶构造系统内, 近直立筒状热水沉积岩相的顶部为硅质岩岩相, 硅质岩呈枝状与热水爆炸角砾岩相呈镶嵌结构; 中部为热水爆炸角砾岩相, 整体呈筒状和蘑菇状分布, 由爆破角砾岩、热液岩溶角砾岩、崩塌角砾岩和流体化角砾岩等组成, 角砾主要为白云岩、灰岩及页岩, 经多期次角砾岩化后发育复角砾构造, 热液胶结物主要为硅质、方解石、重晶石、雄黄、雌黄和黄铁矿等。从核心向围岩构造岩相分带为强角砾化相带→ 弱角砾化相带→ 裂隙化相带→ 弱裂隙化相带。下部为块状雄黄—雌黄矿体, 对矿物包裹体、区域地热水和现代热泉成分对比研究证明属于古热泉成矿系统所形成(张景荣等, 1994; 熊先孝, 1997)。

大陆盆内气成高温热流柱与煤系烃矿源岩耦合协同的生烃成矿机制。在乌拉根砂砾岩型铅锌—天青石矿集区内康苏前陆冲断褶皱带、侏罗系煤系烃矿源岩、中—新生代陆内挤压—伸展转换盆地、气成高温热卤水事件, 它们是砂砾岩型铜铅锌—天青石—煤大规模成矿成藏具有多重耦合结构。在新疆乌拉根砂砾岩型天青石—铅锌矿床内, 从下到上构造岩相学和地球化学岩相学垂向分带是: (1)下白垩统克孜勒苏群第3岩性段和第4岩性段内, 因同生断裂活动形成了地震岩席和震积角砾相, 富紫红色铁质、石膏、高岭石等胶结物, 表明成岩环境为高氧化和高盐度, 它们组成了底部不透水层, 为成矿成藏流体聚集大规模成矿成藏提供了底层岩性封闭层。层间滑脱构造带控制形成了似层状碎裂岩化相和褪色化蚀变相, 石英裂隙和岩石裂缝中重质油包裹体指示了富烃类还原相成矿流体叠加作用。(2)克孜勒苏群第5岩性段为裂隙—孔隙型储集相体层, 发育碎裂岩化相、高孔隙度和渗透率, 它们是砂砾岩型铅锌—天青石矿床的主要储矿相体层。克孜勒苏群顶部紫红色铁质长英质—硅质细砾岩类为砂砾岩型铅锌矿储集相体层和气热水储层, 叠加后期碎裂岩化相、沥青化蚀变相、褪色化蚀变相, 属乌拉根超大型砂砾岩型铅锌矿床储集相体层, 在石英裂缝发育气烃—液烃类包裹体。在克孜勒苏群顶面与古新统阿尔塔什组底面间古风化壳和古土壤层在古地形较高部位保留较好, 为气热储层侧向岩性封闭层, 阻隔气热流体侧向流失并将成矿流体圈闭在乌拉根盆地内。在古地形较低的乌拉根盆地内, 该层位相变为同期异相的薄层状泥质白云岩和膏泥质白云岩。成矿流体以热液角砾岩化开启了流体运移通道并形成了铅锌富矿包, 以富含网脉状方铅矿蚀变泥质白云岩角砾为标志。(3)阿尔塔什组底部紫红色黏土岩(古风化壳)侧向岩性封闭层也是重要控制因素, 将热储构造限定在乌拉根盆地低洼部位。在喜马拉雅期前陆冲断褶皱过程中形成了层间滑脱构造带, 乌拉根复式向斜和北翼叠加冲断褶皱为叠加成矿流体圈闭和储集相体层。发育线带状和团斑状沥青化蚀变相为后期富烃类还原性流体叠加相, 导致紫红色铁质胶结物形成了强烈褪色化蚀变相, 为成矿流体曾发生了强烈的氧化—还原耦合相界面记录。阿尔塔什组下部膏泥质白云岩也是层间构造热流体角砾岩相的垂向流体封闭层。在阿尔塔什组底部热水溶塌角砾岩(热水储层)中, 角砾为白云岩、白云质灰岩、泥质白云岩、石膏岩、天青石化灰岩、天青石膏质白云岩。胶结物为膏质、泥质、天青石和重晶石等, 在气热流体喷流通道相附近天青石热液角砾岩相、天青石和天青石—方解石等热液胶结物, 它们属砂砾岩型天青石—铅锌矿床赋矿层位的顶部。该层位中发育CO₂和气烃类包裹体。(4)阿尔塔什组底部石膏岩+紫红色膏质泥岩的地球化学岩相学类型为强氧化态的酸性相, 沿走向可相变为热水岩溶白云质角砾岩+天青石化灰岩+膏泥质白云岩, 属热液角砾岩化—裂隙—孔隙型储集相体层, 也是砂砾岩型铅锌—天青石矿床的次要储矿相体层。地球化学岩相学类型为酸碱耦合反应相区, 热水岩溶作用(酸碱耦合反应相区)导致铅锌硫化物等矿质大规模聚集沉淀重要机制。在碎裂岩化相内叠加后期线带状和团斑状沥青化蚀变相, 热液角砾状方铅矿和网脉状方铅矿细脉沿层间构造裂隙带富集; 推测因富CO₂-H₂S型非烃类与富烃类等2类还原性成矿流体混合作用和酸碱耦合反应导致矿质沉淀, 为后期还原性成矿流体(强还原相—裂隙型)叠加相标志。(5)阿尔塔什组中部生物碎屑灰岩为气热水岩溶热储构造的盖层系统。这种垂向构造岩相学分带记录了中—新生代Sr-SO42-型气成高温热卤水系统与烃矿源岩的生烃成矿事件耦合结构, 气成高温热卤水系统形成的热流柱构造和热流柱色层分异效应记录(方维萱, 2022a)。气成高温相氧化态的酸性流体为热水岩溶作用的热能供给系统, 在深部(3.71~2.3 km)存在稳定储热层和集热构造, 在下渗进入克孜勒苏群第5岩性段后主要为孔隙流方式侧向运移, 在进入阿尔塔什组含膏泥质白云岩后, 形成热水溶塌白云质角砾岩, 热启裂隙和角砾岩相为运移通道和储集相体层。

裂谷盆地内主动地幔柱的热物质上涌可能是热水流体系统在时间—空间—物质域具有多重耦合结构的形成机制。如云南东川铁铜金—钛钴-REE多金属成矿系统的根部相由脉状和不规则状碳酸岩、碳酸岩质岩浆热液角砾岩、铁锰碳酸盐质热液角砾岩和碳酸盐化蚀变相等组成。在因民期碱性钠长岩+碳酸岩+钠长铁白云石热液角砾岩和碱性辉长辉绿岩+碳酸岩+铁锰碳酸盐化热液角砾岩内, 均发育碳酸岩质岩浆热液角砾岩。在碱性辉长岩内发育网脉状含辉铜矿—黄铜矿铁锰碳酸盐蚀变相, 铁锰方解石(MnO在0.4%~1.17%)和铁锰白云石(MnO在1.15%), 采用方解石温度计恢复成岩温度在556~657 ℃, 它们为来自碱性辉长岩类偏碱性还原性成矿流体。铁锰方解石化相+铁锰白云石化相内, 铁锰方解石(MnO在4.0%~4.95%, FeO在1.02%~1.10%)和铁锰白云石(MnO在3.12%~10.5%, FeO在4.29%~4.38%), 恢复成岩温度为铁锰方解石在831~859 ℃, 铁锰白云石在810~1022 ℃, 推测为碳酸岩岩浆。在铁白云石钠长岩浆热液角砾岩中, 石英包裹体中含有CO₂和少量CH₄, 成岩温度在560 ℃。碳酸岩质岩浆热液角砾岩+碱性钠长岩—碳酸岩—钠长铁白云石热液角砾岩+碱性辉长岩—碱性辉绿岩—碱性碳酸岩和铁锰碳酸盐化热液角砾岩为富CH₄-CO₂热流柱构造(地幔羽)构造岩相学标志, 主动地幔羽型及其相关的富CH₄-CO₂热流柱构造是陆缘裂谷盆地内铁铜金—钛钴-REE多金属成矿系统形成关键的大陆动力学机制。东川铁铜金—钴-REE成矿系统的物质组成与构造岩相单元分带模式初步归纳为: 火山热流体根部相→ 火山热水喷口相→ 热水沉积中心相→ 热水远端相:(1)根部相以碱玄岩+碱性辉长岩为主组成, 周缘发育镶嵌状和环带状火山热水渗滤循环钠硅化热液角砾岩+热流体充填岩相+热流体隐爆角砾岩相+成矿热液充填岩相, 形成脉带状铁铜金—钴—金红石矿体和矿化体。(2)火山热水喷口相由火山热水同生角砾岩相+热水隐爆角砾岩相+气成高温相+热水准同生蚀变相为主组成, 形成脉带状富铜锌金银矿体和矿囊。(3)火山热水沉积中心相形成于次级火山洼地内, 热水同生沉积相硅质白云岩和凝灰质白云岩+热水同生蚀变相含铜伊利石蚀变岩和含铜黑云母绢云母蚀变岩。(4)火山热水远端相由热水混合沉积相凝灰质白云岩—硅质白云岩+低温热水同生沉积相硅质岩和凝灰质硅质岩+火山热水沉积岩相铁质凝灰岩—凝灰质赤铁矿岩和含砾赤铁矿岩等为主组成。

弧后裂谷盆地内热水流体系统具有多层次和多期次的叠加再造机制。云南个旧三叠纪火山热水同生沉积—准同生交代岩相发育, 印支期盆地压实热水流体发育, 侏罗纪—白垩纪盆内岩浆—构造—热事件强烈, 主要特征是: (1)在个旧组卡房段第1岩性层底部, 扁平状灰质同生角砾岩(图5-d)夹薄层凝灰岩, 扁平状砾石(微晶灰岩)大小为30 cm×(2~5) cm, 胶结物为泥晶方解石, 产状(S₀)一般为320° ^∠28° , 磁化率小于0.18×10^-3 SI, 薄层凝灰岩层从下到上由单层厚0.5 cm增厚到20 cm, 扁平状角砾大致顺层排列并且砾径增大到30cm×10cm, 磁化率升高到(0.755~1.17)×10^-3 SI, 指示磁性增强与凝灰质含量增加密切有关(图5-b); 在沿此层走向与震积岩相、同生滑移褶皱带(轴面产状为213° ∠25° , 图5-a)和同生角砾岩相(图5-c)呈同期异相结构, 它们均与火山喷发—地震事件密切有关。钠菱沸石—蛭石—海泡石型和铁皂石—水铁矿—针铁矿—蛭石型示相矿物组合指示了火山热水同生蚀变岩相。在凝灰质白云岩中, 钠菱沸石—伊蒙混层—方解石—蛭石沿成岩期裂隙分布, 锰白云石—方解石—铁皂石—钾伊利石—针铁矿—石膏呈褪色化团斑状和薄层状顺层分布, 属热水同生沉积—交代岩相。(2)卡房段第3岩性层为条带条纹状泥晶白云岩中发育2类热水流体成岩相, 示相矿物组合有似层状白云石—锰白云石—方解石—针铁矿型(碱性成岩相)、似层状钾伊利石—石膏—针铁矿型(酸性成岩相)、层间微脉状白云石—针铁矿—方解石—伊蒙混层—绿帘石型, 它们为热水沉积+盆地压实热水流体成岩相。层间穿层细脉状锰白云石—白云石—铁皂石型和锰白云石—白云石—铁皂石—方解石—水黑云母—文石型为盆地压实热水流体所形成(图5-e)。(3)卡房段第4岩性层浅紫红色、青灰色泥质细晶白云岩层内, 浅紫红色富粗面凝灰质钙屑夹层(0.2~0.5 cm)富钾质(K为2.66%~3.11%)和铁质(TFe2.08%~11.02%), 富集Zn(411×10^-6~755×10^-6)、Pb(218×10^-6~415×10^-6)、Ag(81×10^-6~119×10^-6)和Cu(60×10^-6~295×10^-6), 示相矿物组合为赤铁矿—方解石—钾伊利石—银星石—蛭石型, 推测属火山热水喷流沉积形成的初始矿源层, 与碱性超基性凝灰质有关(图5-f)。(4)卡房段第5岩性层内发育溶孔状砾屑白云岩, 纳米级赤铁矿和钾伊利石、自形晶方解石和白云石呈半充填分布在溶孔、溶穴和溶缝等准同生期岩溶构造内, 示相矿物为赤铁矿—铁皂石—钾伊利石—高岭石型(酸性成岩相)和赤铁矿—白云石—菱锌矿—文石(碱性成岩相), 揭示曾有酸性氧化态和碱性氧化态2类热水流体参与了准同生期岩溶成岩作用(图5-g, 5-h)。(5)侏罗纪碱性铁质辉绿岩侵入卡房段第1岩性层内层纹条带状白云岩和砾屑白云岩内, 两侧形成了角闪石大理岩相, 示相矿物组合为角闪石—斧石—透闪石型(夕卡岩化相)、方解石—斧石—铁皂石型。(6)在龙树脚锡铅锌矿段内, 卡房段白云岩产出切层的电气石夕卡岩脉带, 断控型热液粗晶白云岩相分布在电气石夕卡岩脉带两侧, 受热启断裂带控制并以岩浆气成热液交代作用为主, 示相矿物组合为电气石—透闪石—黑硬绿泥石—铁蒙脱石—钙十字沸石, 富铁黑电气石呈热液角砾状和多孔状、网脉状(角砾状), 与热水沉积型电气石岩具有显著差别。

图5

Fig.5

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图5 个旧锡铜钨铯铷多金属矿集区内沉积—成岩期的构造岩相学 a—卡房段第1岩性层泥晶白云岩内直立倾竖的同生滑移褶皱, 西翼228° ∠45° , 东翼45° ∠43° , 镜向90° ; b—卡房段第1岩性层条带层纹状黑云母大理岩; c—卡房段第6岩性层同生滑塌角砾岩, 角砾为碎裂状白云岩, 灰岩层发育流变包卷层理; d—卡房段第1岩性层扁平状灰质同生角砾岩, 扁平状砾石为微晶白云岩; e—卡房段第3岩性层条带条纹状泥晶白云岩; f—卡房段第4岩性层浅紫红色—青灰色含砾凝灰质细晶白云岩, 8° ∠46° , 凝灰质层(赤铁矿—钾伊利石—蛭石); g—卡房段第5岩性层—岩溶角砾岩与岩溶洞穴内, 赤铁矿充填物(方解石—铁皂石—赤铁矿—水锌矿—白云石); h—卡房段第五岩性层中薄层白云质灰岩层中, 薄层状赤铁矿凝灰质层面, 赤铁矿—钾伊利石—方解石—白云石, 初始沉积面理(S0)65° ∠36° , 镜向向下; i—热液岩溶洞穴内巨晶状铁锰方解石热液角砾岩与围岩界限Fig.5 Tectonic lithofacies of syngenetic sedimentary-diagenetic period in Gejiu Sn-Cu-W-Cs-Rb-polymetallic ores concentrated area

在个旧锡铜钨铯铷多金属矿集区内, 岩溶白云岩相—白云岩相—白云岩化相体具有5种不同成因和拓扑学结构, 分布规律是: (1) 在中三叠统个旧组卡房段、马拉格段下部和白泥洞段形成了5层以上的似层状岩溶相体, 在中三叠世准同生期岩溶作用形成了岩溶白云质角砾岩—岩溶角砾状白云岩—岩溶塌积角砾岩等组成的岩溶白云岩相, 在岩溶白云岩相周缘发育白云岩相, 在沿层相变为云朵状和不规则状白云岩化灰岩, 表现为去膏质组构、溶解角砾、变形层理、方解石晶簇、膏模孔、鸟眼构造、团斑状方解石等组构发育。(2)个旧组5层似层状岩溶相体层内, 部分岩溶白云岩相内岩溶洞穴—孔隙中和不规则层面上的火山空落沉积凝灰质层, 以赤铁矿—铁皂石—钾伊利石—高岭石型(酸性成岩相)示相矿物为标志, 酸性凝灰质进一步增强了准同生期岩溶作用。在盆地构造变形和岩浆侵位过程中, 个旧组内5层似层状岩溶相体层发生了褶皱—断裂构造变形与热流体蚀变叠加, 它们为个旧东区层间硫化矿和氧化矿的优质储集相体层。(3)在侏罗纪—早白垩世经历了盆山转换和陆内造山作用, 断控型白云岩相与盆地流体作用密切有关, 主要分布在个旧近南北向幔型断裂带东侧, 如卡房矿田等。(4)冠羽状断裂型热液岩溶白云岩相—热液白云岩化相—热液方解石化相, 与大理岩相—大理岩化相、白云岩质碎裂岩相等紧密共生, 在个旧组内呈穿层相体结构, 受晚白垩世花岗岩侵入体和热启断裂带控制显著。在晚白垩世岩浆热液岩溶作用期, 围绕隐伏花岗岩突起和岩浆气囊构造顶部发育, 富电气石酸性成矿流体发生了热液隐爆作用和强烈的酸性热液岩溶作用, 赤铁矿电气石热液角砾岩相的地球化学岩相学类型为高温临界流体(>374 ℃), 属高氧化态的强酸性蚀变相(pH<5)。盆内岩浆热流柱构造为岩浆气囊构造顶部、电气石隐爆角砾岩相和电气石热液角砾岩相等组成, 为上方个旧组内冠羽状断裂型热液岩溶白云岩相—热液白云岩化相—热液方解石化相和锡铜银铅锌储矿相体热能—热成矿成岩物质源区。晚白垩世岩浆侵入构造系统系统的末端相以热液岩溶角砾岩和岩溶洞穴为特征, 在断控型岩溶洞穴内, 形成了巨晶状赤铁矿方解石岩, 两侧分别为巨晶状赤铁矿铁锰方解石热液角砾岩, 边缘为网脉状铁锰方解石化热液角砾岩(图5-i)。(5)新生代表生岩溶作用期与古新世构造断隆和断陷成盆作用事件有关, 以钟乳状和皮壳状方解石脉和囊状的低温热液充填物为主, 发育方解石相但无白云石相。中新世—上新世构造抬升和断陷成盆作用相间交替, 表生岩溶作用强烈, 对古近纪红色岩溶风化壳和岩溶构造形成侵蚀破坏, 形成了新生垂直岩溶相带和缓倾斜的侧向岩溶相带, 新近纪岩溶洞穴具有多层近水平排列。

盆内构造—岩浆—热事件与热水流体的异源异时同位叠加成相机制。在盆—山—原镶嵌构造区内, 陆内挤压—走滑伸展转换断裂带是盆内幔源热流柱构造系统上涌侵位的通道, 在陆内走滑伸展阶段, 有利于幔源热流柱构造上涌侵位, 在垂向热能量场驱动下形成了煤系烃矿源岩的生排烃作用, 并驱动成矿成藏流体大规模垂向运移聚集。而在侧向构造挤压阶段, 有利于煤系烃矿源岩发生构造生排烃成矿作用和盆地流体大规模运移排泄。如萨热克铜多金属矿区内南矿带, 发育碱性辉绿辉长岩脉群和盆内富C-H-O型幔源热流体柱, 导致盆内煤系烃矿源岩构造—热事件生排烃作用和成矿物质迁移事件; 富CH₄-CO₂热流柱构造发育在盆缘厚皮型冲断褶皱带内, 以褪色化蚀变相、铁锰碳酸盐化蚀变相和沥青化蚀变相为构造岩相学标志。按照盆内构造变形事件和盆内岩浆—构造叠加再造作用不同, 可划分为A、B、C和D共4个亚型, A型是盆内冲断褶皱带内富CH₄-CO₂热流柱构造, 呈带状分布在盆内冲断褶皱带内, 或呈椭圆状沿盆内隆起区周缘滑脱断裂带分布, 形成机制主要为构造—热事件下煤系烃矿源岩生排烃作用, 缺乏岩浆作用, 如乌拉根砂砾岩型铅锌—天青石矿床北侧前陆冲断褶皱带, 形成了侏罗系煤系烃矿源岩的生烃成矿事件。B型是盆内气成热水事件和盆缘厚皮型冲断褶皱带相互叠加作用所形成。如在塔西中—新生代沉积盆地的盆缘厚皮型冲断褶皱带内, 逆冲推覆韧性剪切带由中元古界阿克苏岩群绢英糜棱岩、碳酸盐质糜棱岩等组成, 碳酸盐质糜棱岩中斜歪、平卧和流变褶皱群落; 前锋带将萨热克铜矿区西南端的侏罗系煤系烃矿源岩卷入, 煤系烃矿源岩中发育初糜棱岩化相、片理化相和碎裂岩相等, 它们记录了煤系烃矿源岩系曾发生了大规模生排烃矿事件, 形成了富烃类还原性成矿流体+富CO₂-H₂S非烃类还原性成矿流体, 它们为铜铅锌—煤—铀—天然气同盆共存富集成藏成矿主要机制之一。C型为穿越盆内下部煤系烃矿源岩系的盆内幔源岩浆侵入构造系统, 在盆缘和盆内发育碱性辉绿辉长岩株(脉群)或钾镁煌斑岩—钾镁煌斑岩质岩浆角砾岩—碳酸岩等。如萨热克南矿带内铁白云石化蚀变辉绿岩—铁白云石蚀变辉绿岩侵位, 并穿切了盆地下伏康苏组煤系烃矿源岩系, 原岩恢复为响岩质碱玄岩—响岩质碧玄岩等(地幔热点), 在这些岩脉群内和周缘形成了漂白化—褪色化蚀变带和铜铅锌钼银叠加成矿, 对铜锌叠加成矿贡献最大。盆内烃矿源岩源区分别为180±3~220±3 Ma(下侏罗统—上三叠统煤系烃矿源岩)和512.3±30.3 Ma(寒武系黑色岩系), 幔源岩浆(富CH₄-CO₂热流柱构造)穿越这些烃矿源岩系形成了富烃类(CH₄)和非烃类CO₂-H₂S还原性盆地成矿流体, 同时也携带了地幔源区的成矿物质, 形成了黑色强沥青化蚀变相+碎裂岩化相+富铜银钼矿体+沥青质矿物包裹体。D型是在弧后盆地内较大规模中性和中酸性岩浆侵入事件所形成的盆内岩浆热流柱构造叠加再造作用, 如富F-B黑云母闪长岩、富F-B浅色黑云母花岗岩和富F-B二长斑岩等。发育夕卡岩相—夕卡岩化相、大理岩化相—大理岩相、角岩(化)相、电英岩—石英电气石岩、电气石热液角砾岩、赤铁矿钾长石电气石热液隐爆角砾岩、电气石岩浆热液角砾岩和电气石岩浆隐爆角砾岩等为特征, 如云南个旧东区岩浆热流柱构造(方维萱等, 2021a)。