韧性剪切带型金矿特征初探

摘 要：韧性剪切带型金矿是一种非常重要的金矿床类型。对于韧性剪切带的成矿特征研究，发展极为迅速，至今已经有了相当成熟的研究方法和较为完善的研究内容。本文主要从剪切带的结构特征、组构特征、剪切带的变形与成矿的关系、金矿与剪切带的关系、剪切带型金矿地球化学特征、成矿模式与未来的研究方向做了一个简单的叙述。

关键词：韧性剪切带 金矿 地球化学特 成矿模式

韧性剪切带又称韧性断层，它是一种呈带状展布的、发育在地壳一定深度下的高应变带，是地表脆性断层向地壳深部延伸部分与地表脆性断裂组成断裂的双层结构模式[1]。

Sibson[2]和Ramsay[3]最早发表了韧性剪切带的经典论著，即它是呈带状展布的、发育于地壳一定深度的高应变带。几乎同时，Boyle[4]于1979年首次提出韧性剪切带型金矿，—种成矿机制与控矿因素都与韧性剪切带有关的金矿床类型。此后，有关韧性剪切带的理论、应用和剪切带型金矿床的研究均取得了很大的进展，不仅发现蚀变麋棱岩型金矿与韧性剪切带有关，而且发现相当数量原划分为石英脉型的金矿床也与韧性剪切带有关，并依据剪切带理论找到了一批剪切带型金矿床。与此同时，对韧性剪切带控矿机制及韧性剪切变形作用对成矿元素迁移和富集关系研究也取得了进展。

目前国内外对韧性剪切带型金矿的研究取得了丰硕的成果，对韧性剪切带与金矿成矿作用之间的关系进行了较为深入的研究。在国内，丁式江[5]、于明旭[6]等系统研究了韧性剪切带与金矿化的关系；王鹤年等[7]、王连登等[8]研究了韧性剪切作用与金的矿化期之间的关系等；曲亚军[9]研究了韧性剪切带内的金矿类型及相关找矿标志；陈柏林等[10]研究了韧性剪切带内构造变形类型与金矿化类型的关系；李晓峰等[11]研究了韧性剪切带变形变质作用与金的矿化富集之间的关系。而国外也有较多研究，如Mapani等[12]从时空和成因上研究了韧性剪切带与金矿床的关系；Rattenbury等[13]系统地研究了韧性剪切作用与金矿的矿化阶段之间的关系等。

剪切带既控制了金矿床的空间分布，又是含金流体运移的有利通道。此外，剪切作用造成金的矿化富集，是形成金矿的重要机制。从含金剪切带的组成上看，既有韧性剪切带，又叠加有脆-韧性剪切带，甚至出现脆性剪切带。因而，剪切带型金矿具有复杂的结构和不同类型的岩石的岩石变形，并在地球化学、成矿模式等方面具有显著的特征[14]。

1 剪切带结构特征

剪切带包括脆性剪切带、脆-韧性剪切带和韧性剪切带三种基本类型。含金剪切带往往是由韧性剪切带及其内部发育的脆-韧性剪切带组成。

韧性剪切带具有以下几个特征：

（1）它是高应变的线性地带，与围岩相比，韧性剪切带内岩石的应变量至少要高出一个数量级；

（2）它是狭长的线性变形带，一般来说，长度是宽度的数十倍甚至数百倍； （3）现今出露地表的韧性剪切带是在地壳深部构造层次中产生的； （4）韧性剪切带也是新生的退变质带；

（5）在韧性剪切带内普遍发生构造置换，具有新生的面状和线状构造； （6）韧性剪切带中往往发育鞘褶皱（图1）、剪切流动褶皱和顺层掩卧褶皱； （7）在韧性剪切带中有大量的剪切运动标志和旋转标志； （9）广泛发育糜棱岩；

图1 鞘褶皱

韧性剪切带是含金剪切带的主体部分，在韧性剪切带变形最强烈的中央地段常发生由雁列脉组成的脆-韧性剪切带，这种受剪切控制的断裂，应该属于Tchalenko于1968年提出的五种断裂类型，即R一断裂（又称瑞德尔剪切）、R断裂（瑞德尔共轭剪切）、D一断裂（主剪切）、P一断裂（逆剪切）和T一断裂（张断裂），（图2-A）。其中最常见沿D一断裂的矿脉，其次为R-脉和T一脉（图2-B）。

在含金剪切带中，韧性剪切带与脆-韧性剪切带的关系主要表现在三个方面，即相互位置、相互转换盒相关动向。脆-韧性剪切带一般产于韧性剪切带的中央强变形域，这里是热

液和流体最活跃的部位。脆-韧性剪切带的规模比韧性剪切带小得多，前者的厚度一般是后者的数十分之一。

图2 剪切带内可能出现的断裂系（A）（据Tchalenko1968修编）及脉（B）（据Roberts 1987） R-低角度瑞德尔剪切裂隙（与剪切角边界成15°交角）；R-为高角度共轭瑞德尔剪切裂隙 （与剪切角边界成75°交角）；P-逆向剪切裂隙或压力剪切裂隙（与剪切角边界成5°-10°交角）；

D-主剪切裂隙（于剪切带界面平行）；T-张裂隙

，

韧性剪切带向脆-韧性剪切带的转换表现在时空两方面。两者空间转换和叠加是剪切带演化的结果。在这个转换过程中，造成含金剪切带的物质成分变化、变形状态改变和变形机制转变，同时造成了某些化学元素淋滤、迁移和富集。产于前寒武系地层中的剪切带往往具有多期次、多层次、多类型的活动特点。影响韧性剪切带向脆一韧性剪切带转换的素除温度、压力和时间外还与剪切带的几何特征和作用方式以及变形岩石的应变速率、初始成分和含水量等相关。

2 剪切带组构特征

韧性剪切带内较为常见的微观构造主要有（在某一韧性剪切带中并不一定能全部见到）微褶皱，主要是受剪切力的作用而形成的微褶皱或构造透镜体，常由矿物颗粒呈定向排列构成，多见于石英脉；旋转眼球体、透镜体及压力影，一般由相对刚性的矿物（如斜长石）及某些粗粒矿物（如石英）受力后而发生的旋转和拉长（图3），沿着垂直应力的方向定向分布，且在眼球体或透镜体两端常由易于梳变的矿物（如绢云母）集中成尾状压力影；矿物拉伸线理，较为常见的是石英及石英集合体组成的拉伸线理；位错现象，强糜棱岩化中心的矿物，透射电镜下可见到大量位错现象等，向外则位错现象变弱；石英的拔丝构造，在硅线石米粒中，可见石英核，其拔丝构造明显，定向大致与S-C带平行；扭折现象，正交显微镜下常可见云母类矿物的扭折现象，多表现为解理面的弯曲，呈“S”形；亚颗粒化，如在较

大的石英颗粒轮廓中，形成近于等粒状多边形亚颗粒，有时会发生进一步再结晶使亚颗粒边界消失，但仍可加以鉴别；重结晶，多在糜棱岩中发育，其表现形式也较多样，但总的趋势是初期主要为粒化，经重结晶作用而发生愈合，并定向化；此外，尚有核幔构造（图4）、S-C面理（图5）等构造也较多见。上述微观构造可从微观尺度上反映韧性剪切带在其不同变形阶段的变形特征，而在不同变形阶段及不同的变形特征条件下，成矿元素的活化、迁移、富集、沉淀等也会呈现不同的特点，因而通过研究微观构造，可以帮助了解该类型金矿的成矿过程[15]。

图3 矿物发生塑性变形

图4 核幔构造

图5 S-C面理

3 剪切带变形特征与成矿关系

韧性剪切带内的变形呈多阶段性，早期的变形多为塑性或韧性变形，随着韧性剪切作用的进行，逐步向韧—脆性变形、脆性变形转化。在不同的变形阶段形成各种微观构造，如在早期变形过程中矿物相没有发生变化，只是在矿物结构构造、形态和颗粒大小方面产生了变化。在变形程度较低的糜棱岩中矿物主要产生了波状消光、变形纹、变形条带和机械双晶等显微构造，这些构造可以很好的反应岩石变形的温压条件。刘铁兵等[16]通过岩石变形实验及对天然糜棱岩的研究表明，岩石在不同温压条件下的变形，可形成不同的显微构造。如黑云母在绿片岩相条件下（温压较低时），变形主要为简单开阔的扭折，而随温压条件的升高，扭折变尖、变窄，在高绿片岩相条件下（温压较高时），开始出现大量重结晶现象。上述微观构造的出现及转变反映了一定的成矿环境及变形特征，更为重要的是在韧性变形过程中，常伴随着细粒化、压溶作用、流体作用、退变质作用、分异作用、构造分解、构造变质和蚀变等，它们对成矿元素的活化、迁移、富集及沉淀等均有十分重要的影响如细粒化增强了岩石的活性与渗透性，为含矿流体提供通道，压溶作用是成矿物质Au元素活化析出的重要动力，流体作用可以加速应变体系中物质组分的迁移与交换，退变质反应可使围岩释放出SiO2、CO2、H2O、Au、Fe、Cu，S、Pb、Zn等成分，构成热液流体。徐学纯[17]的研究表明，伴随着韧性剪切变形过程所发生的退化变质作用，可使含金韧性剪切带出现绿片岩相退化变质作用及相应的矿物组合，如黑云母（绿色）+白云母+石英+长石，而金元素明显在强退化变质带处富集。张晓东等人的研究表明，由于深部的韧性变形，可使Au的化学位升高，致使其脱离原来矿物或岩石中的赋存部位，与Ag、Pb、Zn、Cu等成矿元素及Si、K、Na、H2O等组分一起被活化分异形成含矿热液而使原岩的化学成分发生变化等。

研究表明，构造变形的性质与成矿物质的迁移富集等有着较为密切的关系，如陈柏林[10]

的研究表明，随着韧性剪切带内变形类型的变化，成矿物质的富集程度也是不一样的。一般认为，在韧性剪切初期，由于深部较高的温压条件，变形主要为韧性变形，在此过程中常可形成一些微裂隙、C面理以及晶格位错和晶界滑移等微观构造，此时成矿物质开始被活化并初步富集，但还不足以成矿；随着韧性剪切作用的进行及温压条件的变化，变形逐渐向韧—脆性、脆性转化，前期形成的各种微观构造也被扩展为裂隙、碎裂带等，为成矿物质的进一步富集提供了空间条件，而从深部上升侵位的含矿热液进入韧—脆性、脆性带的过程中及以后，其不断地活化萃取矿源层中的成矿物质，并与前期的富集进行叠加，使富集程度进一步提高，进而为成矿提供充足的物质来源。

4 金矿与韧性剪切带的关系

我国许多金矿区，都存在韧性剪切带。太古宙变质岩区是我国金矿的主要分布区，其与 韧性剪切带的关系更加密切韧性剪切带在成矿中所产生因素，根据研究成果[8]可将金矿与韧性剪切带的关系概括如下三种。

4.1韧性剪切作用改造成矿

韧性剪切作用改造成矿是指韧性剪切作用过程中原有金矿随载金矿物变质重就位尽而重新富集和再分布。如果原有矿体不含金此过程不可能造成金的重新富集和再分布，也就无韧性剪切作用改造成矿可言。

矿体产于韧性剪切带中，韧性剪切作用导致原有矿体中的金银矿物重新富集与再分布。以及矿石组构的一系列变化，称之谓韧性剪切作用改造成矿。这种矿例不多，辽宁清原县的红透山、红旗山等矿床为其典型代表。

第一幕塑性流变使矿体发生强烈的紧闭褶皱，在局部地段并有矿体沿塑性断层塑性流动，其结果形成褶曲状矿体(红透山矿床)和石香肠状矿体(红旗山)。第二幕强塑性流变褶皱与第一幕褶皱变形叠加，产生了竖倾褶皱。在竖倾褶皱轴部形成矿柱，在翼都原有的矿体与围岩片理进一步发生平行化，从而导致矿体转变为蟹形矿体(复杂脉状矿体)。此过程矿体遭受了强烈的韧性剪切作用，使矿体形态和矿石物质组成发生进一步的变化。第三幕塑性变形，对矿体及矿石物质成分影响甚微。

4.2同韧性剪切金矿

同韧性剪切带金矿指韧性剪切带与金矿形成之间无地质间断．韧性剪切带是直接控矿构造的金矿床。这一概念中有两点特别重要：一是韧性剪切带与金矿形成于同一地质过程的先后阶段但其问无地质体插入(如无脉岩的插入)是连续间断的产物；二是韧性剪切带直接控矿，说媚成矿与韧性剪切带是在相同的地质环境中形成的。任何不满足上述条件的金矿床。均不应称之为同韧性剪切带金矿。

4.3后韧性剪切带金矿床

韧性剪切带为间接控矿，直接控矿构造是叠加在韧性剪切带之上的脆性断裂，韧性剪切带与金成矿之间有明显的地质间断，它们分别为形成于不同地质环境和不同地质作用的产物。这类金矿床称后韧性剪切带金矿。在后韧性剪切带金矿床这一概念中有两点特别重要：一是韧性剪切带与金矿分别形成于不同时代和不同地质过程，它们间有明显的地质间断。表现为有构造运动和岩浆活动；二是韧性剪切带只是间接控矿一控制金矿带，或为导矿构造，

而直接控矿构造是叠加在其上的脆性断裂。

我国绝大部分与韧性剪切带有空间关系的金矿床均属后韧性剪切带金矿床，而不是同韧性剪切带金矿床。胶东地区与韧性剪切带有关的金矿床、吉林夹皮沟金矿床、小秦岭金矿床、辽宁四造沟金矿床、河北金厂峪金矿床广东河台金矿和海南抱板金矿，云南大坪金矿床和浙江璜山金矿床等，尽管它们的成因或在成因的细节上有争议，但仅就金矿与韧性剪切带而言，均属后韧性剪切带金矿。

5 剪切带型金矿地球化学特征

元素的迁移和富集，既受到元素本身性质的影响，又受到构造因素的控制。韧性剪切带是一个化学成分发生重要变化的面状变形带[14]。

5.1半战略地球化学标志

是指体现含金剪切带本身特征的化学元素。这类元素往往由成矿作用带入反映了含矿构造的矿化特征。

含金剪切带中常出现大量的硫化物和碳酸盐，往往呈斑点状、浸染状分布在变形岩石的片理面上。硫化物往往与石英结晶尾构成不对称压力影。越是靠近含金剪切带中心的强应变域，硫化物越集中。

在化学元素变化上，含金剪切带表现为SiO2、MgO、CaO、CO2、H2O、Ag、Au等相对富集，TiO2含量减少。从糜棱岩化岩石到超糜棱岩，这种元素变化规律越来越明显，直接受剪切带的控制。此外，As可作为与火山-沉积岩系有关的含金剪切带的半战略地球化学标志。

5.2战术地球化学标志

是指体现含金剪切带中富金带特征的元素。这类元素主要是与金矿化关系极为密切的Pb和Sb。

Pb在含金剪切带中以方铅矿或硫盐的形式出现，一般与剪切带中的岩石类型无关。当金与伴生的硫化物没有特定的关系时，Pb可能是含金剪切带最主要的战术地球化学标。

Sb主要集中在含金剪切带的容矿构造中，一般以辉锑矿的形式存在。利用可以在较大范围内的Au-As异常带中圈定富矿带。但是，Sb只适合于早期阶段的含金剪切带，而在中期和晚期含金剪切带中，Sb的分布与富矿带无关。

As一般作为半战略地球化学标志，但在金与毒砂伴生的情况下也可以作为战术地球化学标志，指示矿体的存在。

5.3成矿元素Au的活化

在韧性变形过程中，流体的活动性也是很强的，而流体相又是韧性剪切带型金矿中成矿物质迁移、聚集和成矿的重要介质，在H2O、CO2、CO32-，SO42-等组成的流体作用下，打破了剪切带内系统的化学平衡，剪切带内的岩石也在流体作用下常发生如绿泥石化、绢云母化、碳酸盐化和黄铁矿化等蚀变作用，导致析出Si、K、Ca、Fe等元素，同时从蚀变岩中释放出Au、Ag等元素，特别是K转入含矿溶液中，增加了矿液的碱度并提高了Au元素的溶解度，流体中携带的Au元素以络合物形式沿着剪切带内已经形成的微裂隙迁移。即在韧性剪切带的韧性变形阶段Au元素就很容易活化而进入流体，使Au元素初步富集，也就是说韧性变形改变了Au元素的赋存状态，使其活化进入成矿流体，为成矿创造了初步条件。

5.4成矿物质来源及其迁移富集特征

成矿物质来源主要有浅源说与深源说2种[18]，但近年来，随着研究的不断深入，越来越来越多的研究表明，这2种说法都是片面的，如浅源说无法解释由韧性剪切带形成的大型及超大型金矿，因为单靠从矿源层中萃取Au元素明显不现实，矿源不足；而深源说却很难解释某些韧性剪切带只在局部成矿的事实。许多矿床实例也证明多数韧性剪切带型金矿的成矿物质是多源的，既有来自地壳深部抑或上地幔中的Au元素，又有在成矿流体上升侵位过程中萃取的矿源层中的Au元素，只是在不同的矿床中各自所占的比例不同。如我国吉林东部及胶东地区产出的韧性剪切带金矿的矿源经验证为多期、多源的，国外的如俄罗斯叶尔果茹金多金属矿、加拿大红湖地区的金矿及澳大利亚南部产出的奥林匹克坝铜—铀—金多金属矿床等。韧性剪切过程发生于地壳较深部（相对高温、高压环境），常能在其带内的地质体中形成一个由中心向两侧、由深部向浅部依次降低的梯度场，如温压梯度场。前人研究表明，呈液态、气态或进入溶液中的物质，在受到外界条件变化的影响时，都会从温度高、压力大的地方向温度、压力较低的方向迁移。因此，韧性剪切变形过程中，金等较易活化物质进入流体相后，其迁移方向在总体上与变形过程中的动、热力梯度场变化方向基本一致，即成矿物质随含矿流体由深部向浅部、由韧性变形带向韧—脆性变形过渡带及脆性变形带迁移。同时韧性剪切带在自韧性变形向韧—脆性变形转换的过程中，由于温度、压力、化学位等物理化学条件的变化，导致含矿流体中金的络合物失稳、分解，进而从流体中分离出来，在变形较为强烈、温压条件相对较低的韧—脆性剪切带中富集，并在后期发生脆性变形叠加时进一步富集。

6 成矿模式

关于韧性剪切带型金矿的成矿模式有诸多的争论，众多学者从不同的侧重点提出了相应的成矿模式，其中以Bonnemaison[19]提出的“三阶段”模式影响最大。该模式的要点：在早期韧性变形阶段，以构造变形和热液蚀变为主，在糜棱岩化片理面上形成含毒砂和硫化物的浸染状金矿化，使Au元素初步富集，所形成矿体一般不具有工业价值。中期韧—脆性变形阶段，初期Au元素不呈独立矿物存在，而是以络合物的形式存在，仅仅在毒砂晶体的边缘富集。隐伏的乳白色石英脉在早期韧性剪切带或其附近定位，这种脉体中可有Bi、W、Mu或Sn等元素共生，在构造再次活动过程中，使其中的一部分成为新的矿化载体，但总体上继承了早阶段的矿化，重新活化富集形成金矿。这种现象反映在中期阶段的富集相中，并首次形成独立的自然金。晚期脆性阶段，形成网脉状石英脉，并以不同的矿化形式形成不同品位的块金。该模式在早期韧性剪切带型金矿的成矿预测与找矿工作中起到了非常积极的作用，并发现较多的大型金矿床。但随着对韧性剪切带型金矿成矿模式的研究不断深入与具体矿床的实际开采，逐渐发现该成矿模式有许多问题无法解释甚至与事实相背离，如韧性剪切带型金矿中经常出现的“块金”。因此不少学者开始通过研究具体矿床中韧性剪切带与金的成矿作用之间的关系，进而提出了自己的成矿模式。

付山岭等[15]认为韧性剪切带型金矿的成矿作用可以划分为4个阶段：成矿元素的活化阶段，在早期韧性变形过程中，岩石处于一种高温、高压、高化学位的整体压缩状态下，产生强烈的塑性变形，从造岩矿物中释放出大量的H2O和CO2，与围岩发生强烈的水—岩反应，形成中高温蚀变带，而在此过程中，由于岩石的渗透性和溶解性增大，矿物中的金元素解离出来而进入上述流体中构成含矿热液，但由于此时的岩石处于高压状态，且没有产生明显的破裂，含金流体不可能作大规模的迁移，故构成一个临时的、近于封闭的循环体系，成矿元素产生较大规模的活化作用。成矿元素的迁移富集阶段，在剪切带由韧性开始向脆性转化时，岩石中常诱导出一些显微裂隙，并建立起高的流体压力梯度，促使含金流体沿剪切带中的显微裂隙上升，并发生中温蚀变作用，进一步加强了Au元素从矿源层中迁出，最终使含矿热液中的Au元素在韧性剪切带中富集。成矿元素的沉淀成矿阶段，随着韧性剪切作用的进行，韧性变形转化为韧—脆性变形，由于应力的部分释放或者埋藏深度的减小，早期形成的显微裂隙开始扩张，使温度梯度、压力梯度、化学位等也随之明显降低，导致流体与围岩的反应，并使Au属元素先后沉淀而形成金矿，但此时形成的金矿品位仍相对较低，不足以形成大规模的块金；后期的叠加改造阶段，在韧性剪切作用后期发生的脆性变形形成了脆

性断裂带或破碎带，为金元素的进一步富集提供了通道和沉积场所，如沿韧性剪切带侵入的热液活动促使Au在韧性剪切带中进一步活化迁移而富集。在此过程中早期形成的韧性剪切带仅起到了为含矿流体提供通道的作用，而后期形成的韧—脆性剪切带与脆性断裂带或破碎带则成了良好的容矿构造。由于构造运动的多旋回性，韧性剪切带的活动也将是多期次的，那么多期次的韧性剪切活动必然造成Au元素的迁移和富集过程的多阶段性，这样多次富集叠加便可提供充足的成矿物质而形成富而大的金矿床。

7 未来研究方向

（1）系统研究糜棱岩中主要造岩矿物组合及其变形特征，计算剪切变形岩石的应力—应变参数，弄清韧性剪切带所处的应力应变环境。

（2）系统研究韧性剪切带岩石在天然强剪切应力作用条件下常量元素迁移机制及活化转移的应力排序问题：虽然目前对常量元素的在地下流体特别是热流体的迁移规律有了相当一致的认识，但由于强应变条件的加入，改变了元素的地球化学性质，目前的认识还不统一，甚至相反，这主要是对不同变形等级的岩石没有进行系统的比较研究所致；韧性剪切带作为研究对象，对韧性剪切带流变学特征和岩石地球化学开展深入系统的研究，探讨韧性剪切带的发生、发展和演化过程中与之同步的岩石化学组成的活化迁移作用。把韧性剪切带糜棱岩的形成作用与元素(同位素)的变化机制联系起来。

（3）系统研究剪切变形作用过程中岩石化学组成的微量和稀土元素变化，讨论强变形条件下岩石中微量元素的活化和迁移规律，深入探讨微量元素迁移的动力控制，包括稀土元素配分变化的应力制约以及应变矿物晶格化学变化行为及其对其寄主的变形岩石元素在应变过程中迁移变化的制约和影响。

（4）从理论上探讨天然强剪切应变条件下岩石中组分活化、转移与应力(应变)的因果联系，为深入探讨韧性剪切带动力成岩(成矿)作用提供理论的科学依据，为探讨中、下地壳中韧性剪切带的形成和演化提供科学依据(如韧性剪切带金的富集)，同时为韧性剪切变形作用条件下成岩、成矿地球化学作用提供理论和实验依据。

（5）现代分析技术如激光同位素原位分析以及激光ICP——MASS分析技术对研究变形域内的岩石(矿物)的元素和同位素的活化迁移规律，对深刻揭示糜棱岩化过程中的元素活化迁移机制提供更高质量的地球化学证据具有重要的作用。

8 致 谢

现代构造解析是一门理论与实际紧密结合的课程。汤静如老师在给我们上现代构造解析课程时结合了大量的实例，让我们进一步了解这门课程，更深入地理解了它的意义，感谢汤老师！

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