第三章-气液矿床

资源地质学（ResoursesGeology)第三章气水热液矿床一气水热液矿床及成矿总论资源地质学（ResoursesGeology)一、气水热液矿床及成矿总论（一）概述1、定义：大量的地质资料表明，在内生成矿作用过程中，除了有在岩浆结晶的主要阶段形成的岩浆矿床、和在岩浆结晶之后形成的伟晶岩矿床之外，在地壳中还有另一大类矿床，即与各种成因的气水热液有关的“气水热液矿床”。所谓“气水热液”，指在地壳一定深度下（n-n十公里）通过各种方式形成的具有较高温度和压力、以水为主的气态和液态物质。资源地质学（ResoursesGeology)岩石圈内气液的产生与循环资源地质学（ResoursesGeology)2、气液的主要成分①主要组分：H2O，水。②挥发份O、CO2、H2S、SO3、HCl、HF；③盐类物质：K、Na、Ca、Mg、Ba、Sr等的硫酸盐SO2-4),氯化物(Cl-)，氟化物(F-)，硼酸盐（B）等。④成矿元素：——亲铜元素Cu、Pb、Zn、Au、Ag、Sn、Sb、Bi、Hg。——过渡元素Fe、Co、Ni、Mn、W、Mo、Be、TR、U、In、Re。资源地质学（ResoursesGeology)（二）气水热液的来源气水热液的来源是这类矿床的一个重要问题。由于其来源十分复杂，因此人们曾提出过多种看法，争议较大。这个问题，也是人们目前大力研究的一个课题。气水热液的来源可分为五种基本来源资源地质学（ResoursesGeology)资料表明，成矿的热水溶液是多组分体系，其来源是多途径，类型是多种多样的，而且不同来源和成因的溶液常常是相互掺杂混合。从根本来讲，几乎气水热液均通过火山作用来自于地球内部，不同来源的水有不同的氢、氧同位素组成资源地质学（ResoursesGeology)1.岩浆水：这主要是指硅酸盐熔浆在侵位后发生的冷凝分异作用过程中，所形成的“岩浆气水”。因此这类气液来自岩浆。岩浆是一种成分很复杂的流体，它主要由硅酸盐、氧化物和挥发份组成。其中挥发份约占5～10%，且以水为主。在高温时，岩浆是一种均匀的熔融体，但随着温度逐渐下降，压力降低，这时熔浆中的水等挥发份逐渐集中，于是形成了高温的含矿气水热液。资源地质学（ResoursesGeology)岩浆水产生和喷发资源地质学（ResoursesGeology)人们不可能直接识别岩浆水，但通过氢-氧同位素的计算可以确定岩浆水的参与：δD=-80‰～-40‰（δD=-80‰～-50‰）；δ18OH2O=5.5‰～9.5‰（或δ18OH2O=6‰～8‰）。H-O同位素与初生水相似，CO2、Na+、K+、Si4+、Al3+、SO42-、Cl-有所增加。资源地质学（ResoursesGeology)2.初生水，或原生水，或“地幔热液”：指直接来源于上地幔“去气作用”（“脱气”，“除气”）所形成的气水热液。这种气液从未参加过水的循环作用，在地球形成时期就已经存在。一般通过测量上地幔硅酸盐的H-O同位素组成来推断“初生水”的组成其氢氧同位素为:——δD=-48‰（或-70‰～-30‰），——δ18OH2O=7‰（或6‰～8.5‰）。成分中CO2含量很高，可达78.54%，且常见纯CO2（占100%）的包裹体，其中金属元素以富含Fe,Mg,Mn为特征。资源地质学（ResoursesGeology)地幔去气作用资源地质学（ResoursesGeology)3.变质水，或称“花岗岩化热液”：当地壳（即硅铝层）中的非花岗岩类岩石，如沉积岩，火山岩等，在变质作用过程中以及在花岗岩化和再熔化作用过程中会产生大量含矿热液，即“变质热液”。变质热液的同位素组成变化很大，受原岩成分的制约。但典型的区域变质水的δD变化范围为-20‰～-65‰，δ18OH2O=5‰～25‰。资源地质学（ResoursesGeology)变质水的形成作用资源地质学（ResoursesGeology)4.地下热卤水，或称地下水热液又可分成两个亚类：同生沉积溶液和后生下渗溶液。①同生沉积水——又叫同生水；——建造水（地层水）：是指在沉积物形成时一起被埋入在沉积物中或在成岩过程中产生的溶液，这些溶液在沉积物固结成岩之后或成岩期后的挤压作用而汇集在一起形成“囚水”，“封存水”，“建造水（地层水）”。按照沉积背景的不同，又可分为海成溶液和陆成溶液。资源地质学（ResoursesGeology)资源地质学（ResoursesGeology)②后生下渗溶液指由地表大气降水和海水沿着岩石的裂隙或海底裂隙、间隙、孔洞等下渗到地壳不同的深度形成的溶液。大气降水（或地表雨水）的同位素组成随海拔高度、纬度、温度的变化有规律地改变，一般说来，大气降水的同位素组成δD=-340‰～+50‰，δ18OH2O=-44‰～+10‰。大气水热液及其成矿模式（斯米尔诺夫）资源地质学（ResoursesGeology)当大气降水进入地壳表层以后在渗流和环流作用中，受地热的影响以及岩浆和火山活动的影响，使得这些水加热升温，以至其温度达到300～400℃，处于岩石的脆-韧性构造带的接触带，深约12~15km。这时，水的密度小，岩石的渗透率减弱，地下水热液便不再向下渗透。于是向着上昂的方向，或沿着断层，向着减温减压的方向循环流动。这种地下水热液在循环流动过程中，不断发生“水-岩反应”，从围岩，矿源层，甚至从已形成的矿床中溶解萃取大量成矿物质以及盐类，形成含矿热卤水或含矿热液：水→热水→热卤水→含矿热液（含矿热卤水）资源地质学（ResoursesGeology)③海水海水也属于大气降水一大类，但海水中的化学组成显然与地表的大气降水不完全一样。海水的含盐水度约为3.5WB%NaCl，海水沿着海底的深大断裂下渗到洋壳深处，形成环流热液。海水热液及其成矿模式资源地质学（ResoursesGeology)海水可以在海底岩石中下渗几公里，甚至十几公里，然后变成上昂热液，在深部的环流过程中，可以与所途径的岩石发生水岩反应，变成含矿热卤水，然后沿着海底断裂上升至海底，形成海底喷发和海底“烟囱”。近代海水的δD和δ18OH2O都近于0‰（或均为1‰±5‰）含SO42-，盐度3.5%。5.混合水指上述各种水溶液不同程度、不同比例的混合。由于水、岩石间的同位素交换反应，水的δD和δ18OH2O均有变化。资源地质学（ResoursesGeology)1.气水热液运移的原因：大多数热液矿床是自下而上运移的热液形成的。引起气液上升的原因，主要有以下几种：①压力差：内压力：溶液依靠自身的力量，打开通道而发生上升运移，即处入地下较深处的矿液由于其本身的内压力推动，热液沿着各种大小裂隙、破碎带运动。（三）气水热液的运移及其矿质的沉淀：资源地质学（ResoursesGeology)资源地质学（ResoursesGeology)外压力：当构造运动发生时则可产出大量断层，勾通了地壳深处岩浆活动的地区或地下深处汇集在一起的热液区，促使深处的热液在地表不同部位压力差的驱使下向减压方向运移。虹吸作用：当构造形成大量裂隙时，尤其是那些隐伏于地下并未与地表勾通的裂隙，开始形成张口，此时裂隙中处于真空状态，产生负压力，从而能吸取周围的含矿热液（虹吸作用），并产生沉淀。这实质上也是压力差所产生的运移，大多数矿脉，如阿尔卑斯型Pb,Zn矿脉，被认为是这样形成的。资源地质学（ResoursesGeology)构造压力引起流体流动资源地质学（ResoursesGeology)②密度差：原始成因的多种溶液，若它的密度不同，产生密度差引起物质的对流。另外，局部热源，如地壳深部的岩浆热能或变质热能，地幔梯度等能造成含矿热液的密度差，引起对流循环，从而使密度小的上升。另外，含盐度很高的含矿溶液因密度较大而下沉，驱使密度小的流体上升。这样产生的密度差也能推动含矿热液的运移。资源地质学（ResoursesGeology)浓度差、密度差、热差引起气液流通循环资源地质学（ResoursesGeology)2.气水热液运移的通道：气水热液的运移通道主要是岩石中的区域性大断层、区域性大裂隙，以及巨大的渗水层，亦称“导矿构造”。资源地质学（ResoursesGeology)而在这些巨大断层的旁侧，呈分枝的次一级的裂隙，断裂则容易被矿液充填，以致沉淀堆积成矿物质，形成矿体，亦称容矿、储矿、含矿构造。资源地质学（ResoursesGeology)图中主断裂为导矿构造，次级断裂为“配矿构造”控制矿体形态的构造为容矿构造，导矿构造与配矿构造合称为运矿构造”。这些构造一般为成矿前构造或成矿间构造。这些类型的构造主要影响矿液的运动，并形成成矿作用的多期多阶段性（因为是构造薄弱环节，多次活动，而造成矿液的多次运动）。断裂控制了气液的流通通道资源地质学（ResoursesGeology)孔隙和裂隙的渗透作用资源地质学（ResoursesGeology)3.气水热液中成矿物质的搬运方式气水热液中成矿元素的搬运形式是现代矿床学和地球化学的重要研究课题之一，它对于研究热液矿床的成矿条件，元素和矿物的共生关系，矿床的分带以及成矿专属性等等都有直接的联系。资源地质学（ResoursesGeology)金属能否迁移主要取决于成矿物质在水溶液中的溶解度，为此前人从矿物化学的角度作了大量实验研究，表明影响成矿物质溶解的因素包括：溶剂、溶质性质（离子、络合物、胶体、机械微粒等）、溶液的温度、压力、Ph值、阴离子性质和浓度等。（1）金属矿物的溶解度资源地质学（ResoursesGeology)x0tox1000ppmCu,Pb,Zn,Fe0.xtox1ppbAu,Ag,Hg资源地质学（ResoursesGeology)矿物溶解度的影响因素资源地质学（ResoursesGeology)脉石矿物的溶解度与影响因素资源地质学（ResoursesGeology)①成络合物的形式：什么叫络合物?由一个简单的离子和几个中性分子（或在溶液中能独立存在的离子）结合而成的复杂离子叫络阴离子，含有络阴离子的化合物叫络合物，如：3NaCl+FeCl3=Na3[FeCl6]式中的Na3[FeCl6]即为络合物。气水热液可以呈络合物形式从岩石，矿物中萃取金属元素。大多数络合物的溶解度很大，如AgSH比Ag的溶解度大109～1012倍。•络合物还具有很大的稳定性，在溶液中能长距离搬运，而不致于在中途发生水解和沉淀。金属络合物还可溶于气体中，使许多成矿元素以气体状态迁移。实验证明，许多金属如Nb.Ta.W.Sn.Be.Fe.Cu.Pb.Zn.Au.Ag.Hg.Sb.U等均能以络合物形式在热液中迁移。而一些挥发组份、如卤族元素、HS—、S2-、O2—、CO32-等可构成络合物的配位体⑵成矿元素的迁移形式资源地质学（ResoursesGeology)络离子在溶液中的稳定性，取决于络离于电离能力的大小。络离子的电离能力越强，络离子则越不稳定，因而在溶液中出现简单的金属离子也就愈多。这些金属离子就能通过化学反应形成难溶化合物而沉淀下来。当溶液中富硫时，可形成[Zn(HS)2]－、[Fe(HS)3)－，[Hg(HS)3]－络阴离子，当溶液中富氯时，可形成[ZnCl3]－[CuCl3]2－,[FeCl6]3－等络阴离子资源地质学（ResoursesGeology)②以卤化物的形式：我们在许多矿床的矿石矿物中常见到的硫化物，氧化物，如方铅矿，闪锌矿，黄铁矿，黄铜矿，锡石，黑钨矿，赤铁矿，磁铁矿等，它们的溶解度很小，表明热液矿床中的矿物，绝大多数是成矿作用过程中形成不易溶解的化合物沉淀的结果，而不表示这些矿物即是以这种方式搬运的。考虑到一些火山喷出物中含有大量的HCl,HF等气体.火山热泉中常含有高盐度的氯化物溶液及含丰富的Pb.Zn.Cu.Fe.Ag.W.Mo等成矿元素。一些高温热液矿床，矽卡岩矿床中含有多量F,Cl等气成矿物。矿物气液包裹体的研究表明，含矿热液是一种含盐度较高的K,Na氯化物溶液。重金属的简单卤化物具有高挥发性和溶解度。因此有人认为许多金属元素呈卤化物形式搬运的。资源地质学（Resourses