氣水熱液礦床概論

氣水熱液礦床的有關(guān)理論一、氣水熱液及其在內(nèi)生礦床中的意義（一）氣水熱液的概念：

1.氣水熱液地下形成的含多種揮發(fā)組分和成礦元素的氣態(tài)或液態(tài)水溶液（簡稱熱液）

2.熱液的成份主要成份：H2O（鹽度一般為幾%—幾十%）,其他揮發(fā)組分：HCl、HF、H2S、CO2、B、（As），主要金屬元素：K、Na、Ca、Mg；常見成礦金屬元素：Fe-Mn、Cu-Pb-Zn-W-Sn-Mo-Sb-Hg、Au-Ag、Li-Be-Nb-Ta、U-Th3.溫度及物理狀態(tài)溫度范圍：50～800oC，成礦溫度100～600oC；狀態(tài)：氣態(tài)（高溫低壓條件）、液態(tài)（高壓中低溫條件）、超臨界狀態(tài)（高溫高壓條件）。（二）氣水熱液的意義：

1.有關(guān)礦床的成因類型（1）熱液礦床（2）接觸交代礦床（3）在偉晶巖礦床、沉積礦床和變質(zhì)礦床中的作用

2.成礦過程中的作用（1）萃取礦源系統(tǒng)中的礦質(zhì)（2）搬運(yùn)礦質(zhì)的主要介質(zhì)（3）圍巖蝕變，形成重要的找礦地質(zhì)-地球化學(xué)標(biāo)志

3.有關(guān)礦種主要金屬礦種：Fe、Au-Ag、Cu-Pb-Zn-W-Sn-Mo-Bi-Sb-Hg、Li-Be-Nb-Ta、U-Th

非金屬礦產(chǎn)：云母、石棉、螢石、水晶、明礬石、葉臘石、蛇紋石、硫鐵礦、重晶石、天青石、滑石、菱鎂礦等二、熱液的成因（類型）熱液成因是礦床學(xué)基本問題之一，礦床成因研究的重要內(nèi)容。目前的主要手段：（1）現(xiàn)代地?zé)嵯到y(tǒng)熱泉、海底熱水系統(tǒng)（2）流體包裹體礦物結(jié)晶過程圈閉的流體，流體包裹體地球化學(xué)研究，獲取成巖成礦流體性質(zhì)。（3）同位素示蹤當(dāng)溫度由包裹體測溫確定后，依據(jù)寄主礦物的同位素組成便可計(jì)算出成礦流體的同位素組成，從而確定成礦流體性質(zhì)。（4）熱水體系實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室模擬地質(zhì)過程的熱水體系。目前比較一致的觀點(diǎn)：多種成因和多種來源，如巖漿水、大氣水、海水、深部流體和變質(zhì)水等。

（一）巖漿熱液

1成因巖漿中分異的氣水熱液，由于富含揮發(fā)分，所以對成礦金屬有很強(qiáng)的遷移能力。硅酸鹽熔體中的H2O溶解度：溫度增加，H2O溶解度降低；壓力增加，H2O溶解度增高；堿含量增高，H2O溶解度增高。

巖漿流體的重要影響因素：巖漿初始含水量、溫度和壓力

2同位素特征

δ18ΟH2O=6‰～9‰；δD=-48‰～-80‰,

測定石英包裹體的δ18Ο石英與δ18ΟH2O的變換公式：

δ18ΟH2O=δ18Ο石英–3.38×106T-2＋3.43成分特征高鹽度，富K＋

（二）大氣水熱液

1.成因（圖13）

20世紀(jì)60年代以來礦床學(xué)進(jìn)展之一。包括雨水、湖水、河水和淺部地下水。主要形成在大陸地區(qū)；構(gòu)造裂隙帶發(fā)育地區(qū)。升溫因素：地?zé)崽荻?、巖漿烘烤、放射性元素蛻變、與其它熱液混合。

2.成礦中作用（1）萃取、搬運(yùn)成礦物質(zhì)；（2）淺部地段、溫度降低階段，大氣降水熱液的主導(dǎo)作用加強(qiáng)。

3.特征氫氧同位素接近大氣降水線（見圖12），δD與δ18ΟH2O的關(guān)系

δD=8δ18ΟH2O＋10‰

溫度為中低溫，富Ca2＋、Na＋圖12不同成因水的同位素組成示意

由于水-巖相互作用和交換表示了海水和A、B組分的地下水18O位移趨勢

圖13大氣水熱液及其成礦模式（斯米爾諾夫）（三）海水熱液

1.成因

a主要產(chǎn)生在海洋環(huán)境；

b大陸邊緣和海洋島嶼地區(qū)，與地下水混合；

c沿構(gòu)造變動(dòng)帶下滲-受熱形成熱環(huán)流-萃取礦質(zhì)-沿火山機(jī)構(gòu)上升-形成礦床（圖6-3）主要與海底巖漿作用形成的塊狀硫化物礦床有關(guān)。

2.特征

δD與δ18ΟH2O在圖12中接近于標(biāo)準(zhǔn)海水平均值（SMOW）日本黑礦：δD為-26‰～-18‰，δ18ΟH2O為-1.5‰～0.3‰（四）深部流體

1.沉積物沉積時(shí)包含在沉積物中的水，因此又稱封存水。

地表→沉積物沉積→封存于地球內(nèi)部→與周圍環(huán)境反應(yīng)→含礦流體。這一過程使封存水的成分特征、同位素特征完全不同于地表水。

2.地球排氣作用導(dǎo)致地球內(nèi)部不同圈層廣泛形成含礦流體富集帶。流體富集帶產(chǎn)生可能是一個(gè)連續(xù)過程：地球在不斷排氣過程中使揮發(fā)份向上運(yùn)動(dòng)聚集在某些不具有滲透性或低滲透率層位。這些被封存在不同深度水平上的流體長期作用于周圍環(huán)境，將溶解與其相應(yīng)的各種不相容元素（包括成礦元素），因而這種流體富含成礦元素。

3.幔源流體。成因：核幔脫氣、洋殼俯沖到上地幔中脫氣。高溫、C-H-O體系，以H2O和CO2為主，含成礦元素。圖6-3黑礦型礦床簡要橫剖面圖（五）變質(zhì)熱液

1.成因變質(zhì)作用過程中，與變質(zhì)巖石平衡、或從中分出的水溶液。影響因素：

a原始地質(zhì)體的成因；

b變質(zhì)作用強(qiáng)度；

c變質(zhì)作用類型（接觸變質(zhì)和區(qū)域變質(zhì)）。如：沉積巖（含水30%）→綠片巖相（6%）→角閃巖相（1-2%）→麻粒巖相（0.5%）

2.變質(zhì)熱液中的礦質(zhì)來源

a變質(zhì)過程中來自原巖；

b從流經(jīng)巖石中萃??；

c深部來源。

3.特征：

H2O的δ18O=5‰～25‰，δD=-20‰～-65‰，多富CO2三、熱液中主要揮發(fā)組分的性狀及其影響

1.鹵族元素

a

強(qiáng)電解質(zhì)，影響熱液的PH值；

b

有助于有用組分的遷移，

如：F-、CL-形成的絡(luò)合物，是許多成礦金屬的礦化劑。

2.硫

氧化態(tài)為SO42-，與Cl-性狀相似；還原態(tài)為H2S，是弱電解質(zhì)和重要的礦化劑，性狀如下：

a溫度＞400oC，H2S為中性分子，不電離，或分解為S和H2↑。

b溫度＜400oC，H2S開始水解：H2S=H++HS-k1=[H+][HS-]/[H2S]=8.4×10-8,

[HS-]=k1[H2S]/[H+]

[HS-]=H++S2-，k2=[H+][S2-]/[HS-]=1.2×10-15,

[S2-]=k2[HS-]/[H+]=k1k2[H2S]/[H+]2

可見，影響H2S解離的因素是熱液中H2S的濃度和PH值：H2S的溶解度又與壓力呈正相關(guān)，與溫度呈負(fù)相關(guān)；PH值低溶液中[HS-]高，有利于礦質(zhì)的遷移，PH值高溶液中[S2-]高，有利于硫化物的沉淀。

3.二氧化碳高溫條件下為中性分子，溫度降低水和為H2CO3CO2+H2O=H2CO3

并解離：H2CO3=H++HCO3－(利于礦質(zhì)遷移)HCO3－=H++CO32－與H2S性狀相似，[HCO3－]和[CO32－]與熱液的溫度、壓力和PH值有關(guān)，溫度壓力降低和PH值升高有利于成礦元素以碳酸鹽沉淀。四、成礦元素在熱液中的遷移與沉淀（一）成礦元素的遷移方式

礦石中金屬元素的化合物，并不代表其在熱液中的存在形式。例：FeCl2（可溶）+H2S=FeS（不溶）+2HCl1.鹵化物形式（1）氣態(tài)揮發(fā)物(如FeCl3、AuCl3、SnF4)，高溫下可能，溫度降低發(fā)生水解。如：SnF4+2H2O=SnO2+4HF

（2）可溶鹽(簡單離子)，高溫下可能，隨溫度降低，H2S和H2CO3解離，可能性減小。

2.膠體溶液形式。高溫下不穩(wěn)定，并且會(huì)不斷有來自圍巖的電解質(zhì)，因此僅在低溫、局部可行。

3.易溶絡(luò)合物的形式

An(BXm)=nA++[BXm]n-

其中A為堿金屬，B為形成體(成礦元素)，X為配位體（酸根及氫氧根等）例：圖14中的[AuCl3]-、[AuCl6]-、[Au(HS)3]-。

由于絡(luò)合物在水中的溶解度比簡單化合物大幾百萬倍，因此易溶絡(luò)合物是最重要的遷移形式，影響因素是不穩(wěn)定（電離）常數(shù)和配位體濃度及PH值等。熱液中兩種重要的絡(luò)合物（其它：碳酸鹽絡(luò)合物和有機(jī)絡(luò)合物）：（1）硫化物與硫氫化物絡(luò)合物，條件是S2-濃度大于成礦金屬元素濃度，形成[B(HS)3]-形式金屬絡(luò)離子。（2）氯化物絡(luò)合物，當(dāng)熱液中S2-濃度低于成礦金屬元素濃度時(shí)，形成[BClm]n-形式金屬絡(luò)離子；熱液中S2-濃度增高，引起氯化物絡(luò)合物不穩(wěn)定，成礦金屬沉淀。（二）導(dǎo)致成礦元素沉淀的因素

1.溫度降低影響溶解度、狀態(tài)和化學(xué)反應(yīng)

2.壓力下降

影響揮發(fā)組分的濃度、發(fā)生沸騰成礦作用

3.PH值變化

影響溶解度（祥見圖14）

4.

Eh值的變化如：NaHgS2+H2O+O2=HgS+NaOH+S（氧化作用）

U6+→U4+[UO2(CO3)2]2-+2e→U02+2CO32-（還原作用）

低溫下細(xì)菌的還原作用

5.不同熱液混合圖14

300℃時(shí)[AuCl2]-和[Au(HS)2]-形式的金溶解度等值線圖五、熱液的運(yùn)移（一）運(yùn)移原因和方向：壓力差，從高壓向低壓運(yùn)移。（二）運(yùn)移的通道：裂隙和孔隙

1.非構(gòu)造孔隙：晶間及粒間孔隙、原生節(jié)理、層間孔隙等。

2.

構(gòu)造裂隙：斷裂、節(jié)理、劈理、片理等。依據(jù)對熱液成礦的控制作用分為：

a導(dǎo)礦構(gòu)造：把深部含礦熱液引入礦田及礦帶的構(gòu)造（深斷裂、陡滲透性巖層），控制礦田及成礦帶的分布。

b配礦構(gòu)造：把熱液從導(dǎo)礦構(gòu)造引入成礦地段的構(gòu)造（與導(dǎo)礦構(gòu)造相通的斷裂、深斷裂上盤的裂隙帶、透水層），控制礦床的分布。

c容礦構(gòu)造：礦質(zhì)沉淀的構(gòu)造（與配礦構(gòu)造相通的次級斷裂、裂隙、層間剝離構(gòu)造、透水層等），控制礦體形狀和分布（圖15、16）。圖15

導(dǎo)礦、配礦、容礦構(gòu)造關(guān)系圖圖16研究區(qū)及鄰區(qū)韌性強(qiáng)應(yīng)變構(gòu)造帶環(huán)形構(gòu)造及金礦點(diǎn)分布圖六、熱液礦床的形成方式（一）充填作用及充填礦床

1.概念充填作用：礦質(zhì)從熱液中直接沉淀于各種裂隙或孔隙內(nèi)的作用。充填礦床：由充填作用方式形成的礦床。充填礦床形成過程中，由于圍巖是化學(xué)性質(zhì)不活潑的巖石，故成礦熱液與圍巖間化學(xué)反應(yīng)微弱。

2.礦床特征（1）形成深度一般較淺；（2）礦體形態(tài)多呈脈狀，受構(gòu)造裂隙控制；（3）與圍巖呈突變接觸，接觸界線規(guī)則，圍巖蝕變微弱；（4）礦體內(nèi)部多具對稱帶狀構(gòu)造、櫛狀構(gòu)造、晶洞構(gòu)造、礦石可見角礫狀、環(huán)狀構(gòu)造。

角礫狀構(gòu)造充填的—環(huán)狀構(gòu)造（二）交代作用及交代礦床

1.概念交代作用：熱液（流體）與圍巖發(fā)生物質(zhì)交換、改變巖石化學(xué)成分的各種置換作用。交代作用的特點(diǎn)（1）原礦物的溶解與新礦物的沉淀同時(shí)進(jìn)行；（2）在交代過程中巖石始終處于固體狀態(tài)；（3）交代前后巖石的體積基本保持不變。交代作用的類型（1）擴(kuò)散交代作用組分的帶入和帶出依靠停滯的粒間溶液中離子擴(kuò)散進(jìn)行的交代作用，由濃度差為動(dòng)力引起組分的擴(kuò)散。（2）滲濾交代作用組分的帶入和帶出靠粒間及裂隙中滲透流動(dòng)的水溶液進(jìn)行的交代作用，由壓力差為動(dòng)力引起的流體中組分運(yùn)動(dòng)。交代礦床：交代作用方式形成的礦床。2.影響交代作用的因素（1）熱液中組分的活動(dòng)性活動(dòng)性組分含量高，有利于交代作用；反之不利于交代作用（2）熱液體系的物理化學(xué)性質(zhì)溫度、壓力、pH、Eh（3）熱液的流體動(dòng)力學(xué)特征（4）圍巖的巖性化學(xué)性質(zhì)與滲透性，有利圍巖如碳酸鹽巖、凝灰?guī)r，不利圍巖如硅質(zhì)巖、石英（砂）巖、泥（頁）巖)

3.交代礦床的特征（1）礦體形態(tài)多不規(guī)則，與圍巖呈漸變接觸；（2）礦體中常見交代殘余的圍巖（注意與圍巖角礫的區(qū)別）；（3）礦石交代結(jié)構(gòu)、交代殘余結(jié)構(gòu)構(gòu)造普遍；（4）交代礦物常有較好的晶形。根據(jù)以上特征，區(qū)分交代礦體和充填礦體。自然界中礦床的形成，大多是交代作用和充填作用綜合的結(jié)果。交代殘余結(jié)構(gòu)七、成礦溫度和成礦壓力測定（一）成礦溫度

1.礦物測溫法利用一些礦物的特殊特征（形成于特定溫度或溫度范圍）確定成礦溫度。例如：礦物熔點(diǎn)、多形礦物轉(zhuǎn)變點(diǎn)、固溶體分解溫度、礦物重結(jié)晶溫度、礦物組合，等。

2.礦物包裹體測溫法

均一法：代表成礦溫度下限，應(yīng)用透明礦物中流體包裹體在顯微鏡附加冷熱臺(tái)上完成。制作薄片→顯微鏡研究包裹體→測溫

爆裂法：代表成礦溫度上限，應(yīng)用不透明礦物加熱爆裂其中的包裹體（大量爆裂峰值）獲得。分離礦石礦物→測溫3.穩(wěn)定同位素測溫法根據(jù)同位素交換的平衡反應(yīng)常數(shù)（A、B）與溫度關(guān)系，即元素的同位素在共存礦物相中的分配是溫度的函數(shù)：

氧化物δ1-δ2=A(106T-2)+B

硫化物δ1-δ2=AT-2×106（一）成礦壓力

1.礦物包裹體測壓應(yīng)用含液相CO2包裹體：CO2與H2O 的混溶程度是溫度、壓力的函數(shù)，當(dāng)加溫到包裹體中二者均一時(shí)，代表相應(yīng)的成礦溫度和壓力。

2.地質(zhì)測壓根據(jù)形成深度推算壓力：

（1）巖漿巖與熱液礦床的深度的一致性估算壓力；（2）根據(jù)剝蝕程度估算壓力八、成礦期、成礦階段和礦物生成順序

成礦期和成礦階段的劃分要求野外現(xiàn)場觀察，礦物生成順序主要為現(xiàn)場觀察與顯微鏡研究結(jié)合。1.成礦期代表一個(gè)物理化學(xué)條件未發(fā)生明顯變化的較長成礦過程。不同成礦期形成的熱液礦物，其形成的物理化學(xué)條件存在明顯差別。2.成礦階段在成礦期中進(jìn)一步劃分的較短的成礦作用過程。影響因素：（1）熱液演化中的脈動(dòng)性熱液活動(dòng)；（2）構(gòu)造（特別是容礦構(gòu)造）的間歇性活動(dòng)。一成礦階段代表一次構(gòu)造-熱液活動(dòng)。

依據(jù)礦石及礦脈膠結(jié)和穿插關(guān)系劃分。

成礦階段劃分的主要標(biāo)志：（1）交截礦脈；（2）晚階段礦脈對早階段礦脈的蝕變；（3）早階段礦物集合體呈現(xiàn)角礫被晚階段礦物集合體膠結(jié)；（4）晚階段礦物對早階段礦物的交代作用；（5）礦體中的不對稱條帶（平行或交切礦體）；（6）不同的礦物組合；（7）不同的蝕變特征。3.礦物生成順序同一礦化階段不同礦物的結(jié)晶順序。礦石礦物形成規(guī)律：高價(jià)態(tài)離子氧化物和含氧鹽→低價(jià)態(tài)離子硫化物和砷化物→低溫元素、貴金屬。

據(jù)礦物間穿插、交代、包裹、環(huán)帶等關(guān)系判斷。脈狀穿插結(jié)構(gòu)例：安徽廬樅地區(qū)井邊銅礦床成礦期、成礦階段及礦物生成順序

思考如下問題

1.熱液中鹵組元素、硫、二氧化碳等揮發(fā)組分的性狀及其對成礦元素遷移和沉淀有何影響？

2.金屬元素在熱液中可