《矿床学》课件-第五章 接触交代矿床(矽卡岩矿床)【中国地质大学(武汉)】
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接触面
侵入体
中国地质大学（武汉） China University of Geosciences
地层围岩
矿床学 Ore deposit geology
2、矿体与矽卡岩的关系
矿体与矽卡岩在空间上基 本是一致的；在形成时间上，矿 体与矽卡岩同时或在矽卡岩之后， 大致有三种： （a）同时矿化型:矽卡岩 矿物与有用矿物形成基本同时， 矿体与矽卡岩体空间一致。 （b）继承矿化型：有用矿 物形成紧接矽卡岩之后，矿体分 布于矽卡岩体的局部地段 （c）叠加矿化型：有用矿 物形成明显晚于矽卡岩，矿体可 以分布在矽卡岩中，也可分布在 围岩中。 其中，最常见的是b、c类， a类较少见。
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矿床学 Ore deposit geology
1、矽卡岩期
这是矽卡岩和矽卡岩矿床形成过程中的早期产物，主要形成各种Ca、 Fe、Mg、Al的硅酸盐矿物。分三个成矿阶段： ①早矽卡岩阶段—高温（800℃～500℃）、超临界流体条件 形成岛状和链状无水硅酸盐矿物为主（有少量的含水硅酸盐矿物，如 符山石等），称为干矽卡岩阶段。 主要矿物： 钙矽卡岩矿物组合：石榴石、透辉石-钙铁辉石、硅灰石、方柱石、 （白钨矿）等。 镁矽卡岩矿物组合：橄榄石、顽辉石、紫苏辉石、尖晶石、透辉石、 (硼镁铁矿)等。 由于在这一阶段温度较高，许多成矿元素尚很活动，未构成矿石沉淀， 即使是铁，也只能与硅酸盐等组分构成含铁的硅酸盐矿物，不能单独构成 铁矿物。也没有硫化物的形成。因此，此阶段一般不出现有用矿物的富集， 因此又称“无矿阶段”。
矽卡 岩
石灰岩
花岗岩
含矿热液
SiO2 Al2O3 FeO
沿裂隙发生的接触渗滤交代作用图解
中国地质大学（武汉） China University of Geosciences 矿床学 Ore deposit geology
3、渗滤作用与扩散作用关系
成矿作用过程中，接触渗滤交代和接触扩散交代作用常常相互伴随， 且有复杂的配合形式。一般是： 1）当微裂隙或深部时，上升热液通过岩石的渗滤作用是很缓慢的，以 扩散作用占优势； 2）当深度变浅时，溶液通过大裂隙时，运动的速度快，有利于接触渗 滤作用进行。 3）岩石的化学性质及机械性能对于交代作用的影响： 岩石化学性质决定组份化学活动性的差别；机械性能影响溶液的流动 状态(交代作用方式)及作用进行的速度。因此在接触交代矿床中常见到选 择性交代作用的产生。
Fe—占铁矿总储量的第五位；在富矿总储量中占第一位； 总开采量占第三位；富矿开采量中分别第二位。 总体是：矿种多；分布广；富矿多；伴生组分多。 矽卡岩矿床的开采历史较早，如铜绿山矿床在春秋战国时代就已开采。
中国地质大学（武汉） China University of Geosciences 矿床学 Ore deposit geology
中国地质大学（武汉） China University of Geosciences
1-花岗闪长岩；2-石灰岩；3-含矿矽卡岩； 4-矿体；5-无矿矽卡岩
矿床学 Ore deposit geology
3、矿石特征
1）矿石的物质组成： 矽卡岩矿床中的矿物组成复杂，共有100余种。 非金属矿物主要是组成矽卡岩的主体矿物，以硅酸盐矿物为主，如石 榴石族、辉石族、角闪石族、绿帘石族。 根据围岩的性质不同，又可以分为钙矽卡岩和镁矽卡岩两大类，其中： ——钙矽卡岩；围岩是灰岩,交代灰岩而成的矽卡岩，富Ca为主；常见 矿物：石榴石、透辉石、硅灰石、方柱石、角闪石、符山石、黑柱石、阳起 石、绿帘石、绿泥石等。 ——镁矽卡岩：围岩是白云岩，交代白云岩而成的矽卡岩。富MaCa为 主。常见矿物：橄榄石、透辉石-次透辉石、硅镁石、透闪石、蛇纹石、韭 角闪石、金云母、尖晶石、水镁石等。 此外，有石英、萤石、铁或镁的碳酸盐矿物。
SiO2
Al2O3、FeO
花岗岩
硅灰石
含矿热液 热液沿接触面流动时的双交代作用图解
CaCO3+MgCO3+2SiO2→CaMgSi2O6+2CO2↑（透辉石） 3CaCO3+Al2O3+3SiO2→Ca3Al2Si3O12+3CO2↑（钙铝榴石） CaCO3+Fe2O3+3SiO2→Ca3Fe2Si3O2+3CO2 ↑（钙铁榴石）
接触带
侵 入 岩
碳酸盐类岩石
矿体
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矿床学 Ore deposit geology
2.工业意义
金属矿产：Fe、Cu、Pb、Zn、W、Sn、Mo、Co、As、Be、Au、Ag等 非金属矿产：硼、石棉、石墨、硅灰石、石榴石、金云母、滑石、萤石
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矿床学 Ore deposit geology
金属矿物以氧化物和硫化物为主：
金属氧化物：磁铁矿Fe3O4，赤铁矿Fe2O3，镜铁矿Fe2O3，锡石SnO2，白钨 矿CaWO4；
金属硫化物：黄铜矿CuFeS2，黄铁矿FeS2,磁黄铁矿Fe1-xS，辉钼矿MoS2， 辉铋矿BiS3，方铅矿PbS，闪锌矿ZnS，毒砂FeAsS。 此外有： 硼矿物：硼镁铁矿，硅钙硼石，硼镁石 铍矿物：日光榴石，金绿宝石，硅铍石 结构构造： 块状构造、浸染状构造、条带状构造、晶洞构造等；成矿温度较高+有挥 发性组份的参与→矿石多为粗粒结构。
等
它是世界范围内钨的首要来源，铜、铁、钼、锌的重要来源。 Co、Au、 Ag 、Bi、As、Sn、Be、B等的次要来源。 在我国该类矿床比较重要的矿产是Cu和Fe，W、Sn、Mo、Be等，都有大型 至特大型矿床。其中： Cu—在铜矿总储量中占第三位（16.4％）；在富矿总储量中占第二 位；
在总开采量中占第一位（41.2％）;
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矿床学 Ore deposit geology
4、矿床分带性
从岩体到地层围岩的分带性为： 岩浆岩→矽卡岩化岩浆岩→矽卡岩→矽卡岩化碳酸盐岩→碳酸盐岩 内矽卡岩——————外矽卡岩 内接触带——————外接触带 钙矽卡岩分带； 蚀变岩体——内矽卡岩（钙铝榴石+方柱石，晚期绿帘石）——外矽卡 岩（透辉石+石榴石，晚期绿泥石、阳起石）——硅灰石大理岩 镁矽卡岩分带： 蚀变岩体——内矽卡岩（透辉石+斜长石+尖晶石）——外矽卡岩（镁橄 榄石+透辉石，晚期硅镁石、金云母、蛇纹石）——透辉石（蛇纹石）化大理 岩 矿化分带： 在近岩体一侧为温度较高的矿化（金属矿物），远离岩体是较低温的矿 化。如云南个旧由岩体向外：WBe-CuWBiSn-SnCu-Pb，再向外出现脉状PbZn带。
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矿床学 Ore deposit geology
四、矽卡岩矿床的形成过程
矽卡岩矿床的形成大都经过了一个复杂的过程，它是在较长时间 和较大温度变化范围内，由多次含矿气液作用下形成的。具有明显的多 期多阶段特征。归纳起来，将矽卡岩矿床的形成过程可划分为两个成矿 期和五个成矿阶段： 矽卡岩期 早期矽卡岩阶段 晚期矽卡岩阶段 氧化物阶段 石英硫化物期 早期硫化物阶段 晚期硫化物阶段
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2、接触渗滤交代作用
含矿热液沿切割接触带 的裂隙渗滤（流动），携带 因压力差而发生迁移运动的 各种组分与岩石进行物质交 换的作用，为接触渗滤交代 作用。 在接触渗滤交代作用中， 压力梯度和温度梯度是引起 组分运移的动力，裂隙系统 是热液流动的主要通道。
第五章
接触交代矿床（矽卡岩矿床）
The contact metasomatism deposit (the skarn deposit)
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一、概念与工业意义
1、概念：
是指在中酸性-中基性侵入岩与碳酸盐类岩石（或其它钙镁质岩石） 的接触带上或其附近，由于含矿气水热液进行交代作用而形成的矿床，称 为接触交代矿床。 这类矿床中一般发育有矽卡岩，矿石与矽卡岩在空间上和时间上有一 定的联系，又称为矽卡岩矿床。
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矿床学 Ore deposit geology
2、石英-硫化物期
这个成矿期总的特点是由于温度降低（温度在400º C以下），SiO2 不 再和Ca、Mg、Al、Fe等结合形成矽卡岩类矿物。而是独立地形成大量的石 英（SiO2 ） 。 也由于温度降低，热液中含有的大量金属组分和矿化剂H2S等结合， 形成大量金属硫化物，还有方解石、绿泥石等矿物形成。 这一期的矿物组合与矽卡岩期的明显不同，反映了物理化学条件的显 著差别。这一期可分为两个阶段： 早期硫化物阶段 晚期硫化物阶段
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三、矽卡岩矿床的成矿作用
1、接触扩散交代作用（双交代作 用）
矽卡 岩
当含矿气水热液沿接触带流动时， 引起接触带两侧岩石中的一些组分相互 扩散而发生的交代作用。为接触扩散交 CaCO3 代作用。 MgCO3 在接触扩散交代作用中，各种组分 的浓度差是引起扩散组分运移的主要动 石灰岩 力，流动的热液是媒介。 CaCO3+SiO2→CaSiO3+CO2↑
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矿床学 Ore deposit geology
①早期硫化物阶段（铁-铜硫化物阶段）： 在这一阶段，以中—高温热液矿物组合为特征，形成的主要矿物有 绿泥石、绿帘石、绢云母、石英、萤石和碳酸盐矿物等； 金属矿物主要有黄铜矿、磁黄铁矿、毒砂、黄铁矿、辉钼矿、辉铋 矿等。 由于所形成 的硫化物中以铁铜硫化物为主，故称“铁铜硫化物阶 段”。
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②晚矽卡岩阶段（湿矽卡岩阶段） 该阶段形成约600℃～400℃。由于温度逐渐降低，因此挥发份作用逐 渐明显，对早阶段的矿物进行交代，主要形成含水的硅酸盐矿物，故又称 “湿矽卡岩阶段”。主要矿物有： 钙矽卡岩：角闪石、符山石、绿帘石、阳起石等。 镁矽卡岩：蛇纹石、透闪石、硅镁石等。 这一阶段温度降低到近临界状态，矿液中的铁，除部分参加到硅酸盐 矿物的晶格外，大量的以磁铁矿形式出现，故又可称“磁铁矿阶段”。 在这一阶段后，矽卡岩岩体的主体已基本形成，矽卡岩类矿物的大规 模结晶活动已趋结束。
二、 矽卡岩矿床的主要特点
1、矿体的产状、形态与规模
矿体主要分布于侵入体与围岩的接触带及其附近。一般在距接触面约 100～200m范围内。有时，矿体可延伸到距接触带1km以上的围岩中。总体 看，以产于外接触带围岩中矿体居多，少数矿体直接产于内接触带的侵入 岩体中。 矿体形态:似层状、透镜状、巢状、柱状、脉状、囊状、瘤状， 规模大小不等，一般长200-500m、厚10-30m、延深100-300m至千米。
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矿床学 Ore deposit geology
③氧化物阶段 这是一个过渡性阶段，它介于矽卡岩期和其后的石英硫化物期之间。 这一阶段的形成温度是在400℃左右的条件下，以过渡性矿物组合为 特征。形成的主要矿物有： 长石类（ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ长石、酸性斜长石）、云母类（金云母、白云母少量黑云 母）及少量石英、萤石和绿帘石等。 形成大量的金属氧化物和含氧盐：白钨矿CaWO4 、锡石SnO2 、赤铁矿 Fe2O3 、少量磁铁矿，铍的硅酸盐矿物（日光榴石、硅铍石、香花石）。 另外，后期少量硫化物（如辉钼矿、磁黄铁矿、毒砂等）开始出现。
侵入体
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地层围岩
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2、矿体与矽卡岩的关系
矿体与矽卡岩在空间上基 本是一致的；在形成时间上，矿 体与矽卡岩同时或在矽卡岩之后， 大致有三种： （a）同时矿化型:矽卡岩 矿物与有用矿物形成基本同时， 矿体与矽卡岩体空间一致。 （b）继承矿化型：有用矿 物形成紧接矽卡岩之后，矿体分 布于矽卡岩体的局部地段 （c）叠加矿化型：有用矿 物形成明显晚于矽卡岩，矿体可 以分布在矽卡岩中，也可分布在 围岩中。 其中，最常见的是b、c类， a类较少见。
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1、矽卡岩期
这是矽卡岩和矽卡岩矿床形成过程中的早期产物，主要形成各种Ca、 Fe、Mg、Al的硅酸盐矿物。分三个成矿阶段： ①早矽卡岩阶段—高温（800℃～500℃）、超临界流体条件 形成岛状和链状无水硅酸盐矿物为主（有少量的含水硅酸盐矿物，如 符山石等），称为干矽卡岩阶段。 主要矿物： 钙矽卡岩矿物组合：石榴石、透辉石-钙铁辉石、硅灰石、方柱石、 （白钨矿）等。 镁矽卡岩矿物组合：橄榄石、顽辉石、紫苏辉石、尖晶石、透辉石、 (硼镁铁矿)等。 由于在这一阶段温度较高，许多成矿元素尚很活动，未构成矿石沉淀， 即使是铁，也只能与硅酸盐等组分构成含铁的硅酸盐矿物，不能单独构成 铁矿物。也没有硫化物的形成。因此，此阶段一般不出现有用矿物的富集， 因此又称“无矿阶段”。
矽卡 岩
石灰岩
花岗岩
含矿热液
SiO2 Al2O3 FeO
沿裂隙发生的接触渗滤交代作用图解
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3、渗滤作用与扩散作用关系
成矿作用过程中，接触渗滤交代和接触扩散交代作用常常相互伴随， 且有复杂的配合形式。一般是： 1）当微裂隙或深部时，上升热液通过岩石的渗滤作用是很缓慢的，以 扩散作用占优势； 2）当深度变浅时，溶液通过大裂隙时，运动的速度快，有利于接触渗 滤作用进行。 3）岩石的化学性质及机械性能对于交代作用的影响： 岩石化学性质决定组份化学活动性的差别；机械性能影响溶液的流动 状态(交代作用方式)及作用进行的速度。因此在接触交代矿床中常见到选 择性交代作用的产生。
Fe—占铁矿总储量的第五位；在富矿总储量中占第一位； 总开采量占第三位；富矿开采量中分别第二位。 总体是：矿种多；分布广；富矿多；伴生组分多。 矽卡岩矿床的开采历史较早，如铜绿山矿床在春秋战国时代就已开采。
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1-花岗闪长岩；2-石灰岩；3-含矿矽卡岩； 4-矿体；5-无矿矽卡岩
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3、矿石特征
1）矿石的物质组成： 矽卡岩矿床中的矿物组成复杂，共有100余种。 非金属矿物主要是组成矽卡岩的主体矿物，以硅酸盐矿物为主，如石 榴石族、辉石族、角闪石族、绿帘石族。 根据围岩的性质不同，又可以分为钙矽卡岩和镁矽卡岩两大类，其中： ——钙矽卡岩；围岩是灰岩,交代灰岩而成的矽卡岩，富Ca为主；常见 矿物：石榴石、透辉石、硅灰石、方柱石、角闪石、符山石、黑柱石、阳起 石、绿帘石、绿泥石等。 ——镁矽卡岩：围岩是白云岩，交代白云岩而成的矽卡岩。富MaCa为 主。常见矿物：橄榄石、透辉石-次透辉石、硅镁石、透闪石、蛇纹石、韭 角闪石、金云母、尖晶石、水镁石等。 此外，有石英、萤石、铁或镁的碳酸盐矿物。
SiO2
Al2O3、FeO
花岗岩
硅灰石
含矿热液 热液沿接触面流动时的双交代作用图解
CaCO3+MgCO3+2SiO2→CaMgSi2O6+2CO2↑（透辉石） 3CaCO3+Al2O3+3SiO2→Ca3Al2Si3O12+3CO2↑（钙铝榴石） CaCO3+Fe2O3+3SiO2→Ca3Fe2Si3O2+3CO2 ↑（钙铁榴石）
接触带
侵 入 岩
碳酸盐类岩石
矿体
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2.工业意义
金属矿产：Fe、Cu、Pb、Zn、W、Sn、Mo、Co、As、Be、Au、Ag等 非金属矿产：硼、石棉、石墨、硅灰石、石榴石、金云母、滑石、萤石
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金属矿物以氧化物和硫化物为主：
金属氧化物：磁铁矿Fe3O4，赤铁矿Fe2O3，镜铁矿Fe2O3，锡石SnO2，白钨 矿CaWO4；
金属硫化物：黄铜矿CuFeS2，黄铁矿FeS2,磁黄铁矿Fe1-xS，辉钼矿MoS2， 辉铋矿BiS3，方铅矿PbS，闪锌矿ZnS，毒砂FeAsS。 此外有： 硼矿物：硼镁铁矿，硅钙硼石，硼镁石 铍矿物：日光榴石，金绿宝石，硅铍石 结构构造： 块状构造、浸染状构造、条带状构造、晶洞构造等；成矿温度较高+有挥 发性组份的参与→矿石多为粗粒结构。
等
它是世界范围内钨的首要来源，铜、铁、钼、锌的重要来源。 Co、Au、 Ag 、Bi、As、Sn、Be、B等的次要来源。 在我国该类矿床比较重要的矿产是Cu和Fe，W、Sn、Mo、Be等，都有大型 至特大型矿床。其中： Cu—在铜矿总储量中占第三位（16.4％）；在富矿总储量中占第二 位；
在总开采量中占第一位（41.2％）;
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4、矿床分带性
从岩体到地层围岩的分带性为： 岩浆岩→矽卡岩化岩浆岩→矽卡岩→矽卡岩化碳酸盐岩→碳酸盐岩 内矽卡岩——————外矽卡岩 内接触带——————外接触带 钙矽卡岩分带； 蚀变岩体——内矽卡岩（钙铝榴石+方柱石，晚期绿帘石）——外矽卡 岩（透辉石+石榴石，晚期绿泥石、阳起石）——硅灰石大理岩 镁矽卡岩分带： 蚀变岩体——内矽卡岩（透辉石+斜长石+尖晶石）——外矽卡岩（镁橄 榄石+透辉石，晚期硅镁石、金云母、蛇纹石）——透辉石（蛇纹石）化大理 岩 矿化分带： 在近岩体一侧为温度较高的矿化（金属矿物），远离岩体是较低温的矿 化。如云南个旧由岩体向外：WBe-CuWBiSn-SnCu-Pb，再向外出现脉状PbZn带。
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四、矽卡岩矿床的形成过程
矽卡岩矿床的形成大都经过了一个复杂的过程，它是在较长时间 和较大温度变化范围内，由多次含矿气液作用下形成的。具有明显的多 期多阶段特征。归纳起来，将矽卡岩矿床的形成过程可划分为两个成矿 期和五个成矿阶段： 矽卡岩期 早期矽卡岩阶段 晚期矽卡岩阶段 氧化物阶段 石英硫化物期 早期硫化物阶段 晚期硫化物阶段
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2、接触渗滤交代作用
含矿热液沿切割接触带 的裂隙渗滤（流动），携带 因压力差而发生迁移运动的 各种组分与岩石进行物质交 换的作用，为接触渗滤交代 作用。 在接触渗滤交代作用中， 压力梯度和温度梯度是引起 组分运移的动力，裂隙系统 是热液流动的主要通道。
第五章
接触交代矿床（矽卡岩矿床）
The contact metasomatism deposit (the skarn deposit)
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一、概念与工业意义
1、概念：
是指在中酸性-中基性侵入岩与碳酸盐类岩石（或其它钙镁质岩石） 的接触带上或其附近，由于含矿气水热液进行交代作用而形成的矿床，称 为接触交代矿床。 这类矿床中一般发育有矽卡岩，矿石与矽卡岩在空间上和时间上有一 定的联系，又称为矽卡岩矿床。
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矿床学 Ore deposit geology
2、石英-硫化物期
这个成矿期总的特点是由于温度降低（温度在400º C以下），SiO2 不 再和Ca、Mg、Al、Fe等结合形成矽卡岩类矿物。而是独立地形成大量的石 英（SiO2 ） 。 也由于温度降低，热液中含有的大量金属组分和矿化剂H2S等结合， 形成大量金属硫化物，还有方解石、绿泥石等矿物形成。 这一期的矿物组合与矽卡岩期的明显不同，反映了物理化学条件的显 著差别。这一期可分为两个阶段： 早期硫化物阶段 晚期硫化物阶段
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三、矽卡岩矿床的成矿作用
1、接触扩散交代作用（双交代作 用）
矽卡 岩
当含矿气水热液沿接触带流动时， 引起接触带两侧岩石中的一些组分相互 扩散而发生的交代作用。为接触扩散交 CaCO3 代作用。 MgCO3 在接触扩散交代作用中，各种组分 的浓度差是引起扩散组分运移的主要动 石灰岩 力，流动的热液是媒介。 CaCO3+SiO2→CaSiO3+CO2↑
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矿床学 Ore deposit geology
①早期硫化物阶段（铁-铜硫化物阶段）： 在这一阶段，以中—高温热液矿物组合为特征，形成的主要矿物有 绿泥石、绿帘石、绢云母、石英、萤石和碳酸盐矿物等； 金属矿物主要有黄铜矿、磁黄铁矿、毒砂、黄铁矿、辉钼矿、辉铋 矿等。 由于所形成 的硫化物中以铁铜硫化物为主，故称“铁铜硫化物阶 段”。
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②晚矽卡岩阶段（湿矽卡岩阶段） 该阶段形成约600℃～400℃。由于温度逐渐降低，因此挥发份作用逐 渐明显，对早阶段的矿物进行交代，主要形成含水的硅酸盐矿物，故又称 “湿矽卡岩阶段”。主要矿物有： 钙矽卡岩：角闪石、符山石、绿帘石、阳起石等。 镁矽卡岩：蛇纹石、透闪石、硅镁石等。 这一阶段温度降低到近临界状态，矿液中的铁，除部分参加到硅酸盐 矿物的晶格外，大量的以磁铁矿形式出现，故又可称“磁铁矿阶段”。 在这一阶段后，矽卡岩岩体的主体已基本形成，矽卡岩类矿物的大规 模结晶活动已趋结束。
二、 矽卡岩矿床的主要特点
1、矿体的产状、形态与规模
矿体主要分布于侵入体与围岩的接触带及其附近。一般在距接触面约 100～200m范围内。有时，矿体可延伸到距接触带1km以上的围岩中。总体 看，以产于外接触带围岩中矿体居多，少数矿体直接产于内接触带的侵入 岩体中。 矿体形态:似层状、透镜状、巢状、柱状、脉状、囊状、瘤状， 规模大小不等，一般长200-500m、厚10-30m、延深100-300m至千米。
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③氧化物阶段 这是一个过渡性阶段，它介于矽卡岩期和其后的石英硫化物期之间。 这一阶段的形成温度是在400℃左右的条件下，以过渡性矿物组合为 特征。形成的主要矿物有： 长石类（ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ长石、酸性斜长石）、云母类（金云母、白云母少量黑云 母）及少量石英、萤石和绿帘石等。 形成大量的金属氧化物和含氧盐：白钨矿CaWO4 、锡石SnO2 、赤铁矿 Fe2O3 、少量磁铁矿，铍的硅酸盐矿物（日光榴石、硅铍石、香花石）。 另外，后期少量硫化物（如辉钼矿、磁黄铁矿、毒砂等）开始出现。