含礦熱液的運(yùn)移

1、含礦熱液的運(yùn)移含礦熱液運(yùn)移原因分析以及熱液運(yùn)移通道的識(shí)別，對(duì)理解熱液成礦過程和指導(dǎo)盲礦體的 尋找都具有重要意義。1.含礦熱液運(yùn)移的動(dòng)力熱液流動(dòng)的原因受多種因素的控制，主要有以下幾種情況；（1）重力驅(qū)動(dòng)（gravity-driven）在一定的深度范圍內(nèi)，當(dāng)巖石的滲透率較高時(shí)，熱液（特別是溫度低的地表水和溫度較 低、深度較淺的地下水）可以在重力驅(qū)動(dòng)下向深部滲流；也可以受地表地形的控制，從重力 位能高處向重力位能低處流動(dòng)。盆地流體的活動(dòng)主要受重力驅(qū)動(dòng)，而對(duì)一些形成深度淺的低 溫?zé)嵋旱V床（如美國(guó)科羅拉多州的克里德Pb-Zn-Au-Ag脈狀礦床）以及一些層控礦床在熱 液疊加改造階段也會(huì)出現(xiàn)這類流動(dòng)。（2

2、）壓力梯度驅(qū)動(dòng)（pressure-driven）在地下較深處，在溫度梯度小而較封閉的裂隙系統(tǒng)中，由于壓力差較大，可引起熱液自 深處向上運(yùn)動(dòng)，這是由于深處封閉系統(tǒng)承受的壓力相當(dāng)于靜巖壓力（約為260atm/km），深 處所承受的壓力大于淺部。沉積盆地中壓實(shí)作用引起的流體運(yùn)移也屬于這種情況。構(gòu)造運(yùn)動(dòng)或水壓破裂形成時(shí)，裂隙系統(tǒng)內(nèi)會(huì)瞬時(shí)形成壓力極低狀態(tài)，圍巖孔隙中承受靜 巖壓力的流體會(huì)向裂隙集中，這種流動(dòng)也是壓力差驅(qū)使的。流體運(yùn)移與斷裂構(gòu)造活動(dòng)之間的 關(guān)系，Sibson（ 1988）提出了 2種模式：泵吸模式（suction pump）是指在地殼淺部的脆 性構(gòu)造活動(dòng)域，一般指地殼5km以上的區(qū)域，斷裂

3、活動(dòng)時(shí)會(huì)在斷裂中產(chǎn)生瞬間的極低壓力， 從而把斷裂周圍的熱液吸入其中，其原理類似水泵的工作原理，此時(shí)斷裂活動(dòng)是主動(dòng)因素， 而熱液流體在斷裂帶中的活動(dòng)是被動(dòng)的；斷層閥模式（fault valve）是指在516km的地 殼范圍內(nèi)，構(gòu)造變形表現(xiàn)為韌脆性或脆韌性特點(diǎn)。此時(shí)，當(dāng)斷裂帶中的流體壓力不斷積累到 一定的閥值時(shí)，流體的高壓力會(huì)引發(fā)破裂作用，流體的活動(dòng)相對(duì)于斷裂構(gòu)造來說是主動(dòng)的。圖5-2 Wairake i地?zé)釁^(qū)的溫度分布（轉(zhuǎn)引自任啟江等，1993）（3）熱力驅(qū)動(dòng)（thermally driven）在有巖漿侵入體或其他異 常熱源存在的條件下，出現(xiàn)了 異常的溫度梯度并有較高的孔 隙度時(shí)，將形成對(duì)流的熱

4、液系 統(tǒng)；在近代活火山活動(dòng)區(qū)地?zé)?系統(tǒng)的溫度分布和熱液循環(huán)特 征已被詳細(xì)研究，如新西蘭的 Wairakei、意大利的 Larderello、 美國(guó)的Geysers以及洋中脊地 區(qū)。在Wairakei地?zé)釁^(qū)，等溫 線的分布呈蘑菇型，熱流的流 速、流向和流量可用一個(gè)筒狀模型來代表（圖5-2）。在洋中脊或海底火山活動(dòng)w 圖5-3海底火山活動(dòng)中心的對(duì)流示意圖（塞浦路斯型塊狀硫化物礦床，轉(zhuǎn)引自任啟江等，1993）中心（圖5-3）及侵入體 附近的對(duì)流循環(huán)路徑都 有一定的差別（圖5-4）。當(dāng)熱流量一定時(shí)， 在一個(gè)水飽和的均勻介 質(zhì)中，熱水對(duì)流循環(huán)能 否發(fā)生，取決于Rayleigh 值的大?。篈TR = Kg

5、H 盧 w Lm w匝均獨(dú)花崗閃檢巖匚岬化陣花內(nèi)閃長(zhǎng)巖該千枚巖化2.含礦熱液運(yùn)移 的通道含礦熱液運(yùn)移的通上式中：K滲透率，g為 重力加速度，H為厚度， p為密度,a為熱脹系數(shù)， AT為溫度梯度，久為熱 傳導(dǎo)率，X為熱擴(kuò)散系數(shù)， 以為動(dòng)力粘滯系數(shù)，m代 表介質(zhì)（巖石），w代表 水，當(dāng)R4n2時(shí)，將出 現(xiàn)對(duì)流，只要溫度梯度 和滲透率數(shù)值大，對(duì)流 即可出現(xiàn)。在Wairakei， R值為104。圖5-4小侵入體周圍的對(duì)流循環(huán)示意圖（據(jù)Sheppard， 1997）Pr-青磐巖蝕變道（channel way）按成因可分為原生孔隙和次生裂隙兩類：（1）原生孔隙是指巖石生成時(shí)就具有的孔洞和裂隙，如造巖礦物的

6、粒間間隙、火山巖中的氣孔、沉積 巖的層面空隙等。巖石的孔隙度是全部孔隙的體積與巖石體積之比，用百分比表示?？紫抖?的變化范圍很大，常見巖石的平均孔隙度（體積）為：花崗巖0.5%，片麻巖1%，石英巖 1%，石灰?guī)r5%，砂巖15%，砂20%。對(duì)于熱水溶液在巖石中的流動(dòng)來說，有意義的不是孔隙度而是有效孔隙度。有效孔隙度 是液體能在其中流動(dòng)的相連通的孔隙體積與巖石體積之比。這里孔隙的絕對(duì)大小很重要?？?以把孔隙分成3類：超毛細(xì)管孔隙，直徑大于0.5mm，液體能在其中按流體靜力學(xué)的規(guī)律 流動(dòng)；毛細(xì)管孔隙，直徑為0.0002到0.5mm，液體在其中的運(yùn)移決定于表面引力和外力（氣 體的壓力、靜壓力、構(gòu)造壓力

7、等）；亞毛細(xì)管孔隙，直徑小于0.0002mm，在一般條件下， 液體不能在其中運(yùn)移。熱液流經(jīng)的巖石的有效孔隙度會(huì)發(fā)生變化。在成礦前，常常由于溶解和蝕變而增大，如 花崗巖鈉長(zhǎng)石化后，有效孔隙度由0.5%增加到6%；石灰?guī)r矽卡巖化后，由0.4%0.9%增加 到2.5%5% ；在成礦階段，因礦石礦物和脈石礦物充填，有效孔隙度又重新減小。（2）次生裂隙指成巖過程中或成巖以后產(chǎn)生的各種裂隙，包括非構(gòu)造裂隙和構(gòu)造裂隙兩類。非構(gòu)造裂 隙如沉積物的擠壓收縮和侵入巖的冷卻收縮所產(chǎn)生的裂隙、溶解裂隙、礦物結(jié)晶或重結(jié)晶而 形成的裂隙、坍塌角礫裂隙等。構(gòu)造裂隙主要指地殼運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的褶皺虛脫、斷裂及與之有關(guān) 的一系列裂隙。

8、此外，需要強(qiáng)調(diào)指出的是，熱液的構(gòu)造通道除最常見的斷裂構(gòu)造外，還有超 高壓流體對(duì)圍巖進(jìn)行水壓破裂產(chǎn)生的增殖裂隙，這是以往研究中往往被忽視的一種控制熱液 礦床形成的一種重要構(gòu)造形式。由于熱液礦床種類多樣，對(duì)于不同類型的礦床來說，不同的熱液通道具有不同的意義， 需要在具體工作中具體分析。3.成礦物質(zhì)的運(yùn)移形式關(guān)于熱液礦床成礦物質(zhì)的搬運(yùn)形式，目前已經(jīng)形成了較為統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，以下把有關(guān)的 觀點(diǎn)或理論做一簡(jiǎn)要介紹。（1）成礦物質(zhì)呈硫化物真溶液運(yùn)移由于氣水熱液礦床中硫化物居多，所以人們就認(rèn)為金屬是呈硫化物形式溶解于熱液中呈 真溶液運(yùn)移的。但是，實(shí)驗(yàn)證明金屬硫化物在水中的溶解度是極小的，如含銅硫化物在溫度 為2

9、5400C間的水溶液中溶解度僅為10 x10-62.3x10-24克分子/I，顯然難以實(shí)現(xiàn)硫化物的大量 運(yùn)移和聚集，銅礦床也不可能由硫化銅溶液形成。因此，硫化物呈真溶液運(yùn)移的觀點(diǎn)現(xiàn)在已 經(jīng)被放棄。（2）成礦物質(zhì)呈膠體溶液運(yùn)移實(shí)驗(yàn)證明，金屬硫化物在膠體溶液中的含量比在真溶液中的溶解度大得多，而且膠體可 以在各種物理化學(xué)條件下形成。人們還發(fā)現(xiàn)，熱液礦床的礦石中可以經(jīng)常見到各種膠狀構(gòu)造， 認(rèn)為這是金屬組份呈膠體溶液運(yùn)移的直接標(biāo)志，所以主張成礦物質(zhì)是呈膠體溶液運(yùn)移的。膠 體溶液運(yùn)移成礦組分的論點(diǎn)也沒有被人們普遍接受。因?yàn)闊嵋旱V床中出現(xiàn)膠狀構(gòu)造的現(xiàn)象畢 竟不多，它主要出現(xiàn)在一些淺成礦床中。膠狀構(gòu)造的出現(xiàn)

10、可能是成礦時(shí)溫度下降過速的緣故， 但成礦之前成礦物質(zhì)未必能呈膠體狀態(tài)。膠體的粘度較大，不易于長(zhǎng)距離搬運(yùn)，無法解釋由 大量滲透、交代作用形成的熱液礦床。通過礦物氣液包裹體成分的研究，還發(fā)現(xiàn)熱液中含多 量的電解質(zhì)，這進(jìn)一步說明了呈膠體狀態(tài)運(yùn)移成礦組分的可能性是極小的。該觀點(diǎn)同樣已經(jīng) 很少有人提及。（3）成礦物質(zhì)呈鹵化物氣態(tài)溶液運(yùn)移這個(gè)觀點(diǎn)認(rèn)為，溶液中搬運(yùn)的成礦物質(zhì)不是現(xiàn)在礦石中所見到的礦物，礦石中的金屬礦 物在其形成以前是呈鹵化物形式在溶液中被搬運(yùn)的，其依據(jù)是：礦物中氣液包裹體（代表著 含礦氣水熱液的母液）的含鹽度很高，甚至有NaC 1晶體出現(xiàn)；火山噴出物中有砷、鐵、鋅、 錫、鉛和銅等的可溶性氯化

11、物和氟化物出現(xiàn)；有的熱液礦床中可見到含氯或氟的礦物，如氯 化鉛（PbC12）、氯銅礦（CuC12.3Cu（OH）2）、螢石、黃玉等。實(shí)驗(yàn)表明，金屬鹵化物在水中 的溶解度是較大的（表5-1）。多數(shù)研究者認(rèn)為，成礦物質(zhì)呈鹵化物氣態(tài)溶液運(yùn)移的情況是存在的。不過主要出現(xiàn)于溫 度較高的熱液礦床中，如云英巖型鎢、錫礦床可能就是以這樣的形式運(yùn)移和成礦的。據(jù)表5-1各種金屬鹵化物在水中的溶解度（18C）陰離子陽離子Mn2+Fe2+Fe3+Ni2+Cu+CU2+Ag+Zn2+Pb2+Sn2+Hg2 +Sb2+Cl-g/100g溶液43.640.747.939.01.543.11.51X10-478.60.967

12、3.06.80克分子/1000g溶液3.463.212.953.09O.153.201.OXlO-55.76O.0343.850.25F-g/100g溶液O.662.5057.5O.80.00681.64克分子/1000g溶液0.07O.254.520.0770.00264.56實(shí)驗(yàn)得知，金屬鹵化物和硫化氫極易反應(yīng)形成硫化物沉淀，所以當(dāng)溶液中存在數(shù)量較多的H2S時(shí)，鹵化物溶液就變得很不穩(wěn)定。眾所周知，H2S在熱水溶液中的溶解度是隨溫度的降 低而增高的，所以在溫度較低的情況下，成礦組分是難以成鹵化物搬運(yùn)的。（4）成礦物質(zhì)呈易溶絡(luò)合物運(yùn)移大量實(shí)驗(yàn)和理論研究證實(shí)，在熱液礦床形成過程中，金屬成礦元素主

13、要呈絡(luò)合物形式搬 運(yùn)，這也是目前人們普遍接受的觀點(diǎn)。在自然界中很多元素都可以構(gòu)成絡(luò)合物的組成部分， 如某些離子電位高的金屬陽離子（Fe3+，F(xiàn)e2+，Be2+，Nb5+，Ta5+，W6+，Sn4+，Mo4+，Mo6+ 等）構(gòu)成中心陽離子（或稱絡(luò)合物形成體）一些陰離子或離子團(tuán)（如F-，Cl-，HS-，HCO-， OH-，O2-，S2-，SO42-，CO32-等）構(gòu)成配位體，而堿金屬陽離子則構(gòu)成外配位體，不同的絡(luò) 合物可在各種地質(zhì)-物理化學(xué)條件下出現(xiàn)。絡(luò)合物比簡(jiǎn)單化合物的溶解度大許多倍，可以搬 運(yùn)大量成礦物質(zhì)。進(jìn)入絡(luò)陰離子中的金屬元素，可以具有與簡(jiǎn)單陽離子完全不同的化學(xué)特性， 易于解釋熱液礦床中觀察到的各種現(xiàn)象。一些有關(guān)的成礦實(shí)驗(yàn)和化學(xué)熱力學(xué)計(jì)算結(jié)果也支持 金屬礦物質(zhì)主要呈絡(luò)合物形式被搬運(yùn)的觀點(diǎn)，并且還提供了金屬元素絡(luò)合物穩(wěn)定性的數(shù)據(jù)。 絡(luò)合物在水溶液中的穩(wěn)定性，主要取決子絡(luò)陰離子離解能力的大小，絡(luò)陰離子離解能力越強(qiáng)， 則絡(luò)陰離子越不穩(wěn)定，因此，在溶