台湾岛隔台湾海峡与福建相望。台湾海峡大陆边缘的陆缘海，从白垩纪至今已累计沉积厚一万多米，且从早白垩世开始，海底长期处于张裂状态，导致地壳减薄（厚仅27km，而福建沿海为28～29km）、地幔上隆、不断有玄武岩浆喷溢。台湾岛作为西太平洋岛弧链中的一环，其地质构造及成矿作用均显示出板块构造作用的特色。岛内主要的原生金属矿床分布在中央山脉及其以东地区。
图4-64 紫金山铜金矿田成矿模式
（一）地质背景
1.前泥盆纪基底
根据周边地区相关资料所作出的推测，台湾海峡及台湾西部地区有可能存在前泥盆系的变质基底，这是因为出露于福建滨海平潭、晋江、东山一线的前泥盆纪澳角群变质岩有可能延至海峡及台西地区而成为其早期变质基底。此外在台湾海峡东北的东海瓯江凹陷内经过灵峰-井钻探已发现有同位素年龄为1860 Ma的变质岩地层，也可为此提供佐证。
2.二叠纪海相盆地沉积
二叠纪时的台湾，至少在中央山脉地区正处于海盆沉积环境。这点已为大南澳群所证实，其岩性组合包括有片麻岩（混合岩）、大理岩、结晶灰岩和各种片岩（偶夹煤层）。其中在大理岩内已发现有二叠纪的▓科类和珊瑚类化石，还测得Rb-Sr同位素年龄为200～240 Ma（应是变质年龄）。而片岩中的绿片岩类则也可能由基性火山岩类变质而成（另外还有一些镁铁质-超镁铁质岩则普遍认为并非原地岩系，而是来自洋壳的混杂堆积）。大南澳群的这种岩石地层组合与福建大陆的石炭二叠纪地层有许多相似之处。如都有碳酸盐，含煤碎屑岩及基性火山岩建造。虽然还不能断定当时的中央山脉地区同属永梅拗陷，但至少可肯定是同期的海相产物。另从剥蚀源区分析，当时除武夷隆起及闽东南滨海断隆带外，似乎也别无可供给的剥蚀物源。
3.中生代早-中期中央山脉地区挤压变质隆起
大南澳群中大理岩的同位素年龄200～240 Ma，相当于三叠纪，加上大南澳群缺失较可靠的三叠纪地层记录。由此推测，受晚二叠世至中侏罗世俯冲碰撞的影响，中央山脉地区（甚至包括台湾西部地区）经受了区域变质，以此而构成台湾的又一变质基底。太鲁阁隆起亦在本期内开始形成。
4.侏罗纪、白垩纪时发生小规模沉积作用及岩浆活动
侏罗纪的沉积地层仅在高雄外海的台西南盆地中于深部钻孔内见到陆相黑色页岩。白垩纪的沉积地层称为云林组，由碎屑岩、灰岩夹玄武岩组成，主要亦分布在台湾海峡内。燕山运动期间的岩浆活动在台湾地区不太发育，除玄武岩外，在少数地区有辉长岩、花岗闪长岩类侵入，并已混合岩化。此外仅有一些花岗伟晶岩、石英斑岩及玢岩类的岩脉活动。本期内还进一步发生区域变质作用，形成了太鲁阁高压过渡型变质带。
5.白垩纪末期的板块运动
台湾地区在燕山运动晚期板块构造作用十分活跃。受太平洋板块俯冲影响，一方面在太鲁阁以东形成高压低温的玉里变质带和混杂岩带，另一方面有洋壳碎片插入大南澳群而形成大南澳混杂岩带。
6.早第三纪时的广泛海侵
受喜马拉雅运动影响，早第三纪时从太鲁阁隆起以西的脊梁山-雪山山脉地区直至台湾海峡，均广泛发生海侵，形成巨厚的海相堆积并伴有中-基性火山岩喷发。同时还有小规模的辉绿岩、闪长岩等中、基性岩体侵入。这些很可能与板块俯冲处于间歇松弛阶段而造成的弧后拉张作用有关。
7.晚第三纪时的板块运动
目前认为此期的板块运动是菲律宾海板块与欧亚大陆板块之间的弧-陆碰撞，其结果形成了海岸山脉带复理石式的海相火山-沉积，和由吕宋弧延伸来的奇美火成杂岩及都峦山组火山岩；尤具特征的是在板块缝合线部位形成一套利吉层的蛇绿混杂岩；并使中央山脉西部脊梁山-雪山地区的第三纪沉积地层发生变质。台湾岛的一些重要断裂如屈尺-潮州断裂、中央山脉断裂、海岸山脉断裂等可能均在本期内发育形成。因受中央山脉断裂与海岸山脉断裂对冲的结果而在此时形成了台东纵谷。
8.第四纪的火山弧活动
更新世时，硫球（或吕宋）火山弧延至台湾北部，形成了基隆及大屯的火山群，由（玄武）安山质-英安质的火山熔岩和潜火山岩（斑岩）类构成岩石组合。海岸山脉地区在此期内发生了强烈的挤压褶皱、倒转、逆掩等构造作用。有关更新世以后的板块作用，有些学者将之绘成模型，参见图4-65。
图4-65 琉球南部晚新生代的地球动力学演化过程
右面为X-Y地段的岩石圈动力学演化过程。该地区最初为碰撞过程（3 Ma），随着菲律宾洋板块的移动而成为琉球俯冲带（2 Ma），从2 Ma至今，琉球海沟后退，碰撞造山带的岩石圈伸展减薄。碰撞造山带塌陷为一个裂谷，后者从一个山间盆地发育为深的冲绳海沟（Loui S.Teng）。
（二）矿床地质
金瓜石金铜矿床位于基隆火山群内，有5个较大的英安质潜火山岩体，侵入于中新世的瑞芳群和中新世—渐新世的野柳群含煤砂页岩地层。潜火山岩呈岩床、岩席、岩墙及岩流等产出，并在一些地段形成爆破角砾岩筒。成矿区内由金瓜石及瑞芳两个大型矿床以及周围共几十个矿体构成金瓜石矿田。矿田内可分为本山、长仁、九份、武丹坑4个矿段，见图4-66。
图4-66 金瓜石地区矿床与角砾岩筒分布图（据方建能）
以下重点介绍金瓜石及瑞芳两个矿床。
1.金瓜石矿床
图4-67 金瓜石角砾岩筒一般模式（据方建能，余柄盛）
该矿床是本山矿段内最大的矿床，因矿体的地表露头呈现凸出地面的硅化帽，故俗称为大金瓜。矿体呈陡倾的脉状或筒状产于本山英安岩体内，并延入围岩的中新世地层（构成树梅坑矿体群）、岩体的同位素年龄1.4～1.1Ma。金瓜石的主矿体呈脉状，延长＞1200 m，延深超过650 m，地表的分支脉带向下往往归并于主脉。主要金属矿物有硫砷铜矿、黄铜矿、吕宋铜矿（与硫砷铜矿同质异构，其成分为：Cu 48.3×10-2、As 19×10-2、S 32.6×10-2）及少量法马丁矿（脆硫锑铜矿），脉石矿物有石英、明矾石、绿泥石、高岭石，次为方解石、重晶石，还有极少量自然硫、自然汞、臭葱石等。围岩蚀变为硅化、黄铁矿化、粘土化、明矾石化、绿泥石化等。矿石具多种结构构造，有脉状、细脉-网脉状、浸染状、角砾状等。金赋存于黄铁矿（褐铁矿）、硫砷铜矿及明矾石中，常见到大的金块，曾采到重60多两的金块。根据明矾石的同位素年龄为1.0 Ma±0.1 Ma，可知成矿时间稍晚于英安岩体。矿物的成矿温度集中在200～250℃之间。成矿深度若用流体包裹体法测定约在2400～3500 m之间，若按地温梯度推测则为1000 m左右。另外呈筒状产出的矿体分布于英安岩体东部边缘，从南至北由多个爆发角砾岩筒构成长约3km的岩筒带，多数产于砂页岩围岩中，少数产于英安岩内（粗石山）。基本上都是全筒矿化，且大多均为隐伏矿，仅在地表显示有硅化、粘土化蚀变的标志。已揭露的岩筒延深为200～700 m，直径由数米至20 m不等。方建能、余炳盛等绘成角砾岩筒的一般模式见图4-67。
本矿床有明显的垂向矿化分带，地表为硅化帽及氧化带，内产有含金的褐铁矿及粘土矿，还有重晶石和石英。金的品位与重晶石呈正相关；地表往下约200 m后是原生矿，其中地下200～450 m为低品位金矿带，450～600 m为富金带。600 m以下演变为以铜为主的含铜金矿带。方建能等根据硫化铁的矿物种类及其所含成矿元素的变化绘成了垂直分带图（图4-68）。蚀变亦呈垂向分带，自上而下为硅化、黄铁矿化、明矾石化、粘土矿化。
图4-68 金瓜山金（铜）矿床垂直分带（据方建能等）
2.瑞芳矿床
该矿床是九份矿段的主要矿床，亦因地表的硅化帽露头而俗称为小金瓜。矿体呈脉状产于九份与新山两个隐伏的英安岩体之上，有的也产于外接触带的围岩。小金瓜矿体有大小矿脉二三百条，其中主要的4条为甲脉、乙脉、丙脉及永代脉。矿石砂矿物有黄铁矿、白铁矿、方铅矿、闪锌矿及微量的辉锑矿。脉石矿物以方解石为主，并有高岭石、水铝石、石英等。脉的风化露头成为含金的粘土脉，内产有粗大的自然金，大多含银。围岩蚀变有青磐岩化、粘土化、碳酸盐化、黄铁矿化及硅化。
3.其他矿床
有关长仁矿段及武丹坑矿段的简况，列成表4-26。
表4-26 金瓜石矿田内长仁矿段与武丹坑矿段简况
金瓜石矿田内的金，主要以自然金及银金矿产出，形态有粒状、鳞片枝状、针状和发状等，并见有八面体晶形。粒径一般＜0.3 mm，部分呈次显微金产于黄铁矿中（本山）。各矿段金矿物的成色变化较大，九份为610～750，武丹山为720～810，本山为690～930。这种变化还发生在同一矿床的不同高程，如九份矿段394 m中段处金的成色为610，而往下至331 m中段处上升为710。这表明金的成色随成矿温度升高而增加。金矿物含有多种微量元素，并且其含量亦有规律性变化。以九份矿段为例，从底至顶自然金中Al、Te、Mn、Pb增加，V则降低，而Mg、Si、Ti则变化不定。上述元素中的Te、V是以包裹体赋存于金矿物中，Fe、Mn、Pb则产于金的晶格。由此可能反映Al、Fe、Mn、Pb趋于在低温金中富集，而V则在高温金中富集。此外不同区段金所含的微量元素也不相同，如九份的四件金样品含Bi、Pb很高，而大粗坑、武丹山、本山的金样品则含Cu、Hg、Ni较高。上述微量元素都赋存于自然金的晶格中，其成分的不同应与形成时的地球化学条件不同有关，这反映出金瓜石矿田内并非一次性成矿，而是多期次、多阶段在不同温度、压力等条件下成矿。
经过多种方法测定计算，成矿温度总体在160～400℃，以本山矿段成矿温度最高为160～300℃，集中值在200～250℃，经压力校正后最高值达350℃。九份及武丹山矿段的成矿温度较低为200℃左右。由此形成以本山矿段为中心的水平分带，向东演变为长仁的含铜金矿带，向西变为武丹山与九份的金矿床。同时又有上部富金下部富铜的垂直分带。一些学者还对成矿流体的性质做了研究。Juan et al.（1959）认为第一次热液活动在矿化作用前发生，起初为弱碱性至中性，后变为中性至弱酸性。第二次热液活动在矿化期，热液性质初为碱性，后变为酸性。Folinsbee et al.（1972）据硫的同位素组成，认为热水及硫来自侵入岩体，而金属元素来自受蚀变之石英安山岩。Yen（1976）据流体包体成分特征指出，大部分脉状矿体的矿液含NaCl仅3‰～14‰，可能意味有天水混入。还有学者在进行矿物学研究后，对成矿作用提出了一些看法。谭立平（1992）依据高温矿物硫砷铜矿呈脉状贯入于低温矿物四方硫砷铜矿中的现象，认为热液的交代、充填作用多次反复进行。Hwang ＆ Meyer（1982）在本山九坑发现有碲金矿，而认为在金瓜石矿床下部另有一个岩浆库，是提供热水循环之主要动力，其深度可能位于6km以下。
根据金瓜石矿床的成矿与英安岩类潜火山岩有关，矿床内发育有爆破角砾岩筒，矿床形成于浅成环境，有明矾石及重晶石等硫酸盐类矿物及辰砂与辉锑矿等低温类矿物，因此可肯定其成矿类型属于与中酸性潜火山作用有关的浅成热液硫酸盐型（高硫型）矿床。该矿床与福建上杭紫金山矿床在本质上是相同的，至于前者以金为主而后者以铜为主的差别原因，王绍雄（1995）解释为是矿床受剥蚀程度和出露水平不同所致。紫金山矿床形成于100 Ma前的早白垩世。受剥蚀已较深，据估算至少已被剥去300 m以上，因此矿床的上部已不再保存。金瓜石矿床则形成于更新世，至今不过1 Ma左右，受剥蚀较浅，因此矿床保存较完整。这就可以将目前的金瓜石矿床视为紫金山矿床上部被剥蚀的部分，而现今的紫金山矿床则可视为金瓜石矿床的下部乃至更深的部位。二者互补的结果就能构筑成一个更为完整的潜火山浅成热液矿床的成矿体系与模型。
金瓜石矿田特别是大、小金瓜石矿床是台湾迄今唯一的大-特大型金矿床。据台湾官方公布的统计资料，1898～1961年间已采黄金83t、银139t、铜8.75万吨。若至1987年则累计产金100t、铜10万吨、银170t。但据台湾大学谭立平及九份台阳公司林朝棨估计，实际黄金产量远不止此，金瓜石矿段应有金300t，九份矿段200t，武丹山矿段100t，合计达600t之巨。而尚待开发与发现的资源潜力也十分巨大。
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