热液成矿作用及其矿石

热液成矿作用及其矿石[导读]地壳中的含矿热水溶液在一定的物理化学条件下，以充填作用或交代作用的方式，将矿质沉淀在各种有利的构造和岩石中，从而形成矿石的作用称为热液成矿作用。由热液成矿作用形成的矿床称为热液矿床……地壳中的含矿热水溶液在一定的物理化学条件下，以充填作用或交代作用的方式，将矿质沉淀在各种有利的构造和岩石中，从而形成矿石的作用称为热液成矿作用。由热液成矿作用形成的矿床称为热液矿床。热液矿床可分为若干类型。由于研究目的不同，分类方案的侧利点也不一致。但是，分类的依据不外乎是温度、压力、热液来源、成矿环境和方式等，如地质上可根据成矿温度和热液来源，将热液矿床分为15个不同的类型，如表1所示。从矿石学的角度出发，对热液的来源尚不重要，而温度对矿石的矿物组合和结构构造等方面有密切关系，即成矿温度对矿石的工艺性质影响很大。因此，本教材以成矿温度为主要分类依据，并考虑到成矿环境，将热液矿床分为以下四类：表1热液矿床分类表热液来源成矿温度高温（600～300℃）中温（300～200℃）低温（200～50℃）岩浆高温岩浆热液矿床中温岩浆热液矿床低温岩浆热液矿床变质高温变质热液矿床中温变质热液矿床低温变质热液矿床地下水高温地下水热液矿床中温地下水热液矿床低温地下水热液矿床海水高温海水热液矿床中温海水热液矿床低温海水热液矿床混合型高温混合热液矿床中温混合热液矿床低温混合热液矿床（1）高温热液矿床。主要矿物在600～300℃范围内晶出。（2）中温热淮矿床。主要矿物在300～200℃范围内晶出（3）低温热液矿床。主要矿物在200～50℃范围内晶出（4）火山气液矿床。主要矿物在600～50℃范围内晶出。一、高温热液成矿作用及其矿石（一）概述高温热液成矿作用系指成矿温度约在500～300℃范围内的成矿作用，它们成矿深度大多在4.5～1.5km左右，系深成和中深成矿床，少数可形成于1km左右的深度，构成所谓高温浅成矿床。矿体产于或直接与其有关的岩浆岩岩体内部，或其附近的外接触带围岩中（主要为非碳酸盐类岩石），矿体分布距岩浆岩岩体很少超过1～1.5km。由于高温热液矿床形成深度较深，压力较大，因而围岩的破碎方式以压扭性裂隙为主，角砾化破碎现象不发育，气化高温热液活动性强，细小裂隙均能进入，成矿物质的沉淀系通过通过充填裂隙和空隙的方式成矿，即成矿方式以充填为主。同时由于深处开口裂隙不发育，地下水流动困难，温度变化不大，降温极其缓慢，所以矿物结晶速度慢，能生成粗大完好的晶体。（二）本类矿床的基本特点：1、矿物共生组合是典型的高温矿物构成。矿物成分主要为氧化物，含氧盐类，其次为硫化物。典型的高温矿石矿物有磁铁矿、锡石、白钨矿、黑钨矿、辉钼矿、辉铋矿、磁黄铁矿、毒砂、赤铁矿和自然金等。脉石矿物有石英、长石、锂云母、角闪石和石榴石等。由于温度高，挥发组分起作用，有较多含挥发组分的矿物，如电气石、黄玉、白云母、金云母、绿柱石、磷灰石和萤石等。2、由于成矿温度高，矿液中富含挥发组分，因此，在成矿过程中使围岩发生强烈的蚀变特别发育为本类矿床特征之一，典型的高温热液蚀变主要有云英岩化、黄玉化、电气石化、钠长石化、阳起石化、钠闪石化等。3、成矿方式以充填作用为主。矿体形状多呈脉状、管状，有的沿层面呈扁豆状、似层状。矿石构造有块状、浸染状和对称带状。矿石结构对为粗粒结构，如在石英脉中的黑钨矿矿晶体一般长几厘米到十几厘米，个别晶体长可达40cm。（三）主要矿石实例高温热液矿床的矿产种类较多，一般为中小型，也有大型（如黑钨矿矿床）。常见的矿产有钨、锡、钼、铋、铁、金、铍、锂、铌、钽、稀土元素、砷、水晶、石墨和宝石。限于篇幅，仅介绍如下两种：黑钨矿矿石（含锡石矿石）大多数产于黑云母花岗岩类小侵入体的上部边缘及其附近非钙质的围岩中。矿物组含较为简单，主要由石英（占90～95%以上）和黑钨矿组成，伴生金属矿物有锡石、辉钼石、辉铋矿、黄铁矿、毒砂、黄铜矿、方铅矿等、非金属矿物有白云母、钾长石、绿柱石、电气石、黄玉、萤石、绢云母等。矿石构造为斑杂状构造，矿石结构为粗粒自形晶结构。含WO31%左右，最高可达2.4%，含Sn0.2～1.2%。钨、锡同时提取，但锡的工业价值较小。伴生矿产还有钼、铍、锂、铜、铅、锌、金和银，有的矿床还看开采萤石，可以综合利用。矿床规模巨大，此类矿石中钨的产量占世界钨产量的70%，工业价值极大。江西西华山钨矿属此类型。含稀土元素磁铁矿-赤铁矿矿石产于距偏碱性花岗岩数百年来至2km的白云岩和石灰岩中。矿物成分甚为复杂，以磁铁矿、赤（镜）铁矿和萤石为主，次要金属矿物为黄铁矿、磁黄铁矿、辉钼矿、黄铜矿和钛铁矿等。非金属矿物有钠辉石、钠闪石、金云母、镁铁白云母、磷灰石和石英等。稀土元素矿物有独居石，氟碳铈矿和铈磷灰石。矿石的构造为块状、条带状、浸染状和层纹状。矿石含Fe40～60%，最高达68%，伴生元素镧、钇、铒够工业品位可综合利用。矿床规模巨大，除开采铁处，还是重要的稀土元素来源，工业价值较大。二、中温热液成矿作用及其矿石（一）概述这类矿床是含矿热液在中等温度（300～200℃）及深度大约3～1km的条件下形成的。常与中深成侵入岩有关，也有少数产在更深处或近地表处。矿床可与不同成分侵入岩（以酸性岩类为主）有成因关系。它成矿范围广泛，侵入体对矿床的控制作用一般是明显的，矿体多数产于岩体附近的沉积岩、变质岩或火山岩中，少数也有赋存在侵入体内的。当含矿热液沿构造裂隙或向压力减低的部位流动时。特别是在流经石灰岩、泥灰岩和其他碳酸盐类岩石时，含矿溶液被逐步中和，从弱酸性过渡为中性甚至是弱碱性，这促成了硫化物的大量沉淀，所以中温热液矿床中主要的矿物成分是硫化物和含硫盐。由于含矿热液有足够高的温度，因而有相当强的化学反应能力。当它活动于碳酸盐岩石和部分火山岩中时，能与它们发生交代作用，形成交代矿床，如石灰岩中铅锌矿床；如果含矿热液活动于非钙质岩石中时，成矿则以充填岩层断裂带或层间裂隙孔洞而成。成矿作用兼有气、液两相的特征，不过由于此时温度已处于水的临界点以下，故以液相作用为主，矿石中仅有少数矿物与CO2、H2S、SO2、F等气相作用有关。正由于成矿时兼有气相和液相，加之矿液来源多方面，侵入和围岩的多样性，因而导至了矿物种类的繁复多样。（二）本类矿床的基本特点：1、矿物种类繁多是本类矿床的重要特征之一。重要的矿石矿物有自然金、自然银、赤铁矿、黄铁矿、毒砂、黄铜矿、斑铜矿、黝铜矿、方铅矿、闪锌矿、红砷镍矿、辉钴矿、沥青铀矿、锡石、黝锡矿、辉钼矿、辉铋矿、自然铋、硼镁石、石棉、萤石、水晶等。脉石矿物有石英、碳酸盐类矿物（方解石、白云石、铁白云石、少量菱锰矿）、绿泥石、绢云母等。2、由于这类矿床的母岩和围岩种类很多，因而在热液成矿作用下产生的围岩蚀变类型也很多。典型的中温热液蚀变有绿泥石化、绢云母化、黄铁矿化、硅化、黄铁长英岩化、碳酸盐化、蛇纹石化和滑石菱镁矿化等等。3、成矿方式既有充填作用，也有交代作用。因此矿体形态较多，有脉状、网脉状、鞍状、囊状、扁豆状、柱状及似层状等。矿石构造有块状、细脉浸染状、对称带状、梳状晶簇及角砾状构造等。矿物结晶程度较好，一般粒度中等。矿体规模大小不一，大的矿体长达数公里，延深200～600m，少数甚致可达1km，厚度不等。矿床规模一般以大型和中型者居多。（三）主要矿石实例中温热液矿床具有重要的工业意义，常见的矿产有金、银、铁、铜、钴、镍、铋、铅、锌和锡，非金属矿产有砷、硫、蛇纹石石棉、滑石、菱镁矿、萤石、水晶、石英和重晶石等。限于篇幅，仅介绍下列几种矿石：自然金-多金属矿石主要产于花岗岩和变质岩中。主要金属矿物为含金黄铁矿、含金黄铜矿、磁黄铁矿、方铅矿、闪锌矿、白铁矿及辉铜矿。非金属矿物以石英为主，还有方解石、绿泥石、绢云母和少量白云石。金部分呈自然金和金的碲化物出现，部分混入黄铁矿和黄铜矿中。矿石构造为浸染状和梳状构造。矿石中含Au6～25g/t，伴生有益组分为铜、锑、铅、锌、硒、碲、镧和铊，可以综合利用。矿床规模为中到大型。此类矿石是我国金矿的主要类型之一，也是世界金矿是重要来源，特别在我国，这种类型的金储量居全国首位，著名的招掖金矿带、小秦岭金矿带等均属这一类型。方铅矿-闪锌矿（银）矿石产于各种岩石（沉积岩、变质岩和火山岩）中。金属矿物以闪锌矿（常含锗和镉）、方铅矿（常含银和铋）、黄铜矿、黄铁矿和黝铜矿为主，次要的有辉银铅矿、辉银矿、菱锌矿、白铅矿、铅矾、蓝铜矿、菱铁矿等。非金属矿物有石英、萤石、重晶石和方解石。矿石构造为角砾状、块状、浸染状和环带状构造，矿石结构为粒状结构。矿石品位较富，一般含Pb8～20%，银的含量也较高，常达几十～几百克/吨，是银的重要来源之一。此外，常含有镓、钒、锗、铜和萤石等，可综合利用，是铅锌矿产的主要来源，其储量占铅锌总量13%左右，工业价值大。湖南桃林及江西银山的铅锌矿属此类型。锡石-硫化物矿石产于距酸性-中酸性侵入岩有一段距离的砂岩、页岩和石灰岩中。主要矿物为锡石、电气石和石英，常有大量的绿泥石和硫化物，如黄铁矿、黄铜矿、方铅矿、闪锌矿、磁黄铁矿。非金属矿物有重晶石和碳酸盐。矿石构造为块状、浸染状和胶状构造，锡石颗粒较细，有的呈针状。含Sn1.5～7.5%，最低含量0.4%。还含有铜、铅、锌和银，可以综合利用。矿床规模大，比较有工业价值。菱镁矿矿石菱镁矿是提取金属镁的原料，也是冶金、建材、化学、橡胶、造纸、陶瓷、制糖等工业上不可缺少的原料。这类矿石产于镁质碳酸盐石（白云岩）中。矿石矿物为菱镁矿，伴生矿物主要是方解石、白云石、滑石、蛇纹石和蛋白石，有时也有少量的黄铁矿、黄铜矿、针铁矿、石墨和绿泥石等。矿石的构造为块状和条带状构造。矿石结构为粒状结构，菱镁矿晶粒从几毫米到几厘米。矿石含MgO35～47%，CaO0.2～4%，SiO20.2～8%。总的矿石质量好，矿床规模大，储量可达数百万吨至数十亿吨，是菱镁矿最重要的矿石类型。三、低温热液成矿作用及其矿石（一）概述本类矿床是在低温条件下形成的，其形成温度在200～50℃范围内。其大多数矿床形成于浅成，大约在几百米到1.5km左右，部分也有超过1.5km的。它与侵入岩的关系不明显，多数产于距侵入体较远的地方。矿床多产于沉积岩和火山岩中，生成时代较新，以中生成代中至晚期及第三纪生成者最多。形成这类矿床的含矿溶液系热液活动的晚期阶段产物，它们运移了相当一段距离才到达近地表处。在近地表条件下，由于氧的不断加入，使之转变为酸性，导致了大量硫酸盐的产生。此阶段由于温度较低，气相已不存在。在近地表处，由于外压力低，围岩中裂隙发育，角砾岩化普遍，矿液多沿断裂破碎带活动，以充填方式形成矿床。（二）本类矿床的基本特点：1、矿床中的矿物主要由低温矿物组成。金属矿物有辰砂、辉锑矿、雌黄、雄黄、自然金、自然银、自然铜、金和银的的碲化物、辉银矿、黝铜矿、黄铜矿、斑铜矿、辉铜矿、方铅矿、闪锌矿、白铁矿等。非金属矿物有石英、石髓、蛋白石、方解石、白云石、高岭石、沸石、冰长石、天青石、石膏、重晶石、明矾石、冰洲石和萤石等。2、有典型的低温热液蚀变，如硅化（微粒）、石髓化、蛋白石化、粘土化、明矾石化、泡沸石化、重晶石化、石膏化、冰长石化等。此外，也有部分中温热液蚀变和绿泥石化、绢云母化、黄铁矿化、硅化和碳酸盐化等。