气化-热液成矿作用及其矿石

气化-热液成矿作用及其矿石兰州资环主要内容概述1接触交代成矿作用及其矿石2热液成矿作用及其矿石3兰州资环概述（1）气化热液及其成矿作用的概念（2）气化热液的来源（3）气化热液的成分（4）气化热液中矿质的沉淀（5）气化热液的成矿方式（6）气化热液引起的围岩蚀变兰州资环概述气化热液是在地下一定深度内自然形成的具有一定温度和压力的气态和液态的混合溶液。›成分：以水为主，可含有各种元素及溶解的气体。›温度：几十至几百摄氏度›压力：几十万帕至几千万帕，甚至数亿帕，随深度和地质环境而变化。›形成深度：通常几千米至几十千米。›作用：许多类型的成矿过程都有气化热液参与。气化热液成矿作用就是指热液自身携带的成矿物质、或者在运移过程中从围岩中汲取的成矿物质，被热液带到一定的地质环境中(如断裂、裂隙、褶皱虚脱部位、岩体接触带、地层不整合面等)，由于物理化学条件的改变，通过充填和交代等方式，将矿质沉淀下来，形成矿石的作用。气化-热液及其成矿作用的概念兰州资环概述气化热液的来源是一个长期以来有争论的问题。通过对现代地热体系、矿物流体包裹体、同位素地质学和高温高压水热体系实验等方面的研究表明，气化热液具有多种来源：气化-热液的来源兰州资环1.岩浆水：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”。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。在高温高压条件下，岩浆是一种均匀的熔融体，但随着温度和压力的逐渐下降，熔浆中的水等挥发份逐渐从岩浆中分离析出，于是形成了高温的含矿气水热液。概述气化-热液的来源兰州资环概述气化-热液的来源2.地下水热液包括下渗的大气降水及沉积物堆积和成岩过程中形成“囚水”，“封存水”，“地层水”。地下水可在地下环流和岩浆烘烤中受热，并与流经的岩石发生作用，溶解岩石中的成矿元素，运移至有利的地质环境中沉淀形成矿床。兰州资环概述气化-热液的来源3、海水海水沿着海底的深大断裂下渗到洋壳深处，形成环流热液。海水可以在海底岩石中下渗几公里，甚至十几公里，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”。兰州资环概述气化-热液的来源4.变质水：由变质作用形成的热水溶液。沉积岩和岩浆岩中都含有一定数量的水分。如造岩矿物中的结构水、结晶水、岩石中的裂隙水、毛细水、吸水和同生水等，在岩石的变质过程中都可以释放出来成为变质热液。变质热液本身含有一定量的成矿元素，在向上运移过程中还可从流经的围岩中吸取成矿元素，在有利地段成矿。兰州资环概述1）其成分以H2O为主，有时CO2占很大比例，2）常含有CH4、H2S、CO、SO2等挥发性气体成分；3）常含K+、Na+、Ca2+、Mg2+、F-、Cl-、SO42-、HCO3-等离子成分，还有W、Sn、Mo、Au、Ag、Cu、Pb、Zn等多种成矿元素。具体如下表所示：气化热液的成分兰州资环概述一、水（H2O）水是热液的主要成分，其作用有：1）水是极弱的电解质，可以部分电离为H+、OH-，在电离过程中使某些离子沉淀；如TiCl4+2H2O↔TiO2↓+4HCl；赤铁矿的水解反应等；2）H+和OH-影响溶液的酸碱度；3）H+对电子有很大的亲和力，其浓度越大，氧化能力越强，氧化能力越强。所以水在热液中，对成矿物质的运移和沉淀起着重要作用。气化热液的成分——水兰州资环概述气水热液中S的存在形式与H2S的解离作用有关。当温度高于400℃（一个大气压下）时，H2S发生热分解：2H2S（气）=2H2（气）+S2（气）温度越高，分解程度越大，当超过1500℃时，就完全分解成H2和S2分子。当温度降低时，H2和S2再结合形成H2S分子。在气水热液的高温阶段（约400℃），H2S实际上呈未离解的中性气体分子存在，不参与化学反应。这随着温度的降低，H2S的解离程度逐渐增大，这对形成大量的硫化物来说具有重要意义，因为H2S的解离程度与它在水溶液的溶解度成正比。这也是大量硫化物总是在相当于中温到低温阶段的热水溶液中沉淀的原因。气化热液的成分——硫兰州资环概述随着H2S在水中的溶解，H2S分子发生电离：H2S=H++HS-HS-=H++S2-由上式可知S2-的浓度与H2S的浓度成正比，而与H+浓度的平方成反比，这就意味着当溶液的碱性增强时，有利于S2-的富集，而酸性溶液是不利于S2-的富集，故形成大量硫化物的水溶液很可能是碱性的。硫在热液中随着氧化—还原条件的变化，可以呈不同的氧化态存在：S2-→[S2]2-→S0→S4+→S6+氧化程度依次增高。在还原状态形成硫化物，在氧化状态形成硫酸盐。气化热液的成分——硫兰州资环概述S2-有较强的还原能力，当S2-浓度大时可使高价铁（Fe3+）还原为低价铁（Fe2+）形成磁黄铁矿。S2-在热液中分布广泛，故常能形成方铅矿、闪锌矿、辉铜矿、辰砂等硫化物矿床。[S2]2-较S2-的氧化程度高些，它形成的化合物有黄铁矿等，大规模黄铁矿的形成是在磁黄铁矿形成之后，在氧化更强一些的条件下生成的，在此种情况下，[S2]2-的浓度较高。S0即自然硫，在气水热液成矿过程中很少形成，故一般的热液矿床中不多见，只在火山地区的硫质喷气孔中较常见。气化热液的成分——硫兰州资环概述S4+在较高的氧化条件下，多呈SO2出现，常存在于火山活动的产物中，在热液中SO2可形成不稳定的亚硫酸。SO32-很容易进一步氧化成SO42-。S6+是S4+进一步氧化的产物，它是在接近地表游离氧更充足时产生的。当热液中出现SO42-。时，说明热液呈强酸性，它虽围岩发生强烈的交代淋滤作用，使围岩中的Na、K、Mg、Fe等析出形成硫酸盐，如重晶石、明矾石、天青石、硬石膏等。气化热液的成分——硫兰州资环概述主要是氧化作用。氧的状态随空间不同而发生改变（1）在深部，气水热液中含氧较少，有利于形成硫化物和元素低价离子的化合物；（2）在浅部，气水热液中游离氧浓度增加，形成高价元素离子的氧化物和硫酸盐矿物。有些元素具有显著亲氧性，如铀和钨等，在自然条件下并不形成硫化物，直到热液中足够的氧离子浓度才沉淀。有些元素如金、银、铋等在热液中又不能形成氧化物，在还原条件下可形成自然元素沉淀。气化热液的成分——氧兰州资环概述二氧化碳可溶于水，在溶液中CO2具有下列化学平衡：在溶液中，CO32-的含量与CO2的溶解量成正比，并与溶液的酸碱度有关。当溶液的pH值减小时，上列反应向左进行，CO32-的浓度减小，当pH值增大时则CO32-的浓度增加。CO2的溶解度与温度成反比。在高温条件下，CO2在溶液中成中性分子，对金属元素的迁移和化学反应的影响较小。当温度降低时，CO2的作用增强。因此，在热液矿床的中温和低温阶段，常有大量的碳酸盐矿物出现，并广泛发育碳酸盐化围岩蚀变。气化热液的成分——二氧化碳H2CO3↔H++HCO3-↔2H++CO32-兰州资环18使成矿物质从含矿溶液中沉淀出来的原因很多，归纳起来有以下五个因素：导致热液中矿质沉淀因素温度降低压力降低pH值变化Eh值变化热液混合概述气化热液中成矿物质的沉淀兰州资环191、温度降低温度降低可导致成矿物质溶解度减小；可导致挥发性物质状态变化；可导致水解反应和H2S、H2CO3等电离产生S2-、CO32-。以上变化都可能导致成矿元素沉淀成矿。2、压力下降压力降低导致作为络合物配位体的挥发组分因挥发而在溶液中浓度降低，引起络合物分解和矿质沉淀；可导致热液沸腾从而引起液相中成矿物质达到过饱和。3、pH值变化如前所述，pH值影响H2S、H2CO3的电离和热液中S2-、CO32-的浓度；pH值也影响络合物的溶解度（见图）。因此，pH值变化可能导致有用组分沉淀成矿。概述气化热液中成矿物质的沉淀兰州资环204、Eh值的变化1）Eh值对变价元素（如S、U、V）有重要影响。如Eh值升高可引起H2S在热液中浓度降低，导致硫氢络合物分解沉淀成矿；2）氧化作用使一些低价离子变为高价离子。Fe2+→Fe3+→Fe（OH）3或Fe2O3，导致铁沉淀成矿。3）Eh值降低可使易溶的高价U、V还原为低价的难溶的U、V.4）此外，Eh值也影响络合物的溶解度。5、热液混合不同热液具有不同的温度、压力、pH和Eh值。不同热液混合后其温度、压力、pH和Eh值相对于混合前任何一种热液都发生了重要变化，因而可导致有用组分沉淀成矿。概述气化热液中成矿物质的沉淀兰州资环概述（1）充填作用：含矿的热液在化学性质稳定的围岩中运移时，主要因温度、压力的变化，使矿质在容矿构造（如空洞或裂隙）中发生沉淀的过程。硅铝质岩石化学性质稳定，与围岩之间无明显的化学反应和物质交换。矿质从热液中直接沉淀于裂隙内的过程。气化热液的成矿方式兰州资环概述（1）充填作用气化热液的成矿方式2、识别标志——矿床特征1）矿体形态决定于容矿构造裂隙的形态，往往呈脉状、界线清晰;2）矿石往往具有特殊构造：对称条带构造、梳状构造、晶簇（洞）构造、角砾状构造;3）矿脉中矿物晶体的生长具单向发育的特点—由脉壁向中心生长;4）充填作用形成的矿脉无明显的围岩蚀变。兰州资环概述（2）交代作用含矿气水热液在运移时与围岩发生化学反应，使成矿物质发生交换的过程。即指热液（流体）与围岩发生物质交换的过程。特点：1)原矿物的溶解与新矿物的沉淀同时进行；2)在交代过程中岩石始终处于固体状态；3)交代前后岩石体积基本不变。交代作用类型1）渗滤交代作用：流动着的含矿气水热液依靠压力差直接与围岩发生的交代作用。2）扩散交代作用：含矿气水热液通过围岩中的粒间溶液（离子或分子间）依靠浓度差发生的交代作用。扩散作用总是从高浓度向低浓度方向进行，一般效应半径为数十米。气化热液的成矿方式兰州资环概述气化热液的成矿方式识别标志——矿床特征1）矿体形态不规则，外形锯齿状，与围岩界线不清楚，通常呈渐变接触；常有呈岛状、悬挂状未被交代的围岩残留体。常见交代残余的围岩2）矿石交代结构、交代残余结构构造普遍，矿石往往保存原岩矿石的结构构造。3）某些交代形成的矿物具完整的晶体，新矿物往往呈现被交代矿物的假象。4）通常具明显的围岩蚀变。兰州资环概述围岩蚀变是指矿体周围的岩石在气水热液作用下发生一系列旧矿物被新矿物替代的交代作用，使围岩的结构构造和矿物成分发生变化的现象。影响围岩蚀变的主要因素是热液的性质、成分、温度、压力、围岩的性质和成分等。气液流体使围岩发生各种变化的地质作用。气化热液引起的围岩蚀变兰州资环概述气化热液引起的围岩蚀变1、矽卡岩化主要发生于中酸性侵入岩与碳酸盐类岩石的接触带和附近，属高温蚀变。蚀变产物主要为矽卡岩矿物如石榴石（钙铝榴石-钙铁榴石系列）、辉石（透辉石-钙铁辉石）、及其它钙、铁、镁的硅酸盐等矿物。与之有关的矿产主要有铁、铜、钨、锡、钼、铅-锌等。2、云英岩化主要是花岗岩类岩石在高温热液（在酸性气水热液）作用下形成的蚀变。蚀变产物主要为白云母、石英等。与之有关的矿产主要有钨、锡、钼、铋、铌、钽等。常见与钾长石化、钠长石化共生。兰州资环概述3、钠长石化在气化热液作用下，导致产生含有钠长石岩石的蚀变作用。花岗岩类中与钠长石化有关矿产主要有铌、钽、锂、铍、钇族稀土等；与基性、超基性岩有关的矿产有铌、锆、铈族稀土、铁、钛、铜等；与中性、中酸性岩有关的矿产主要有铁、铜、黄铁矿等。4、硅化是岩石在热液作用下产生含有石英、玉髓、蛋白质等蚀变矿物的作用，是最普遍的围岩蚀变。蚀变范围广，从高温-低温蚀变，但以中温蚀变最常见。由粗粒石英集合体构成的硅化又称石英化。蚀变产物：石英，与之有关的矿产主要有金、铜、钼、铅、锌、银、锑、黄铁矿等。还有低温蚀变形成的玉髓化、蛋白石化和似碧玉化等。气化热液引起的围岩蚀变兰州资环概述5、青盘岩化中基性火山岩在中—低温含CO2、H2S的热液作用下产生的蚀变，形成在接近地表环境。蚀变矿物有绿泥石、碳酸盐、绿帘石等，矿产主要有金-银、铜-钼、铅-锌等。6、绿泥石