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第六章：气水热液矿床概论 主要内容： 一、气水热液及其在内生矿床中的意义 二、热液的成因（类型） 三、热液中主要挥发组分的性状及其影响 四、成矿元素在热液中的迁移与沉淀 五、热液的运移 六、气水热液矿床的形成方式 七、围岩蚀变 八、气水热液矿床成矿温度和压力（深度）的测定 九、气水热液矿床的矿化期、矿化阶段和矿物生成顺序 十、思考题 6.1 气水热液及其在内生矿床中的意义 （一）气水热液的概念： 1、气水热液：地下形成的含多种挥发组分和成矿元素的气 态或液态水溶液。（简称热液） 2、热液的成份： a、主要成份：H2O（盐度一般为几%几十%） b、其他挥发组分：HCl、HF、H2S、CO2、B、（As） c、主要金属元素：K、Na、Ca、Mg， d、常见成矿金属元素：黑色金属元素Fe、Mn，有色金属元 素Cu、Pb、Zn、W、Sn、Mo、Sb、Hg，贵金属元素Au 、Ag，稀有金属元素Li、Be、Nb、Ta，放射性元素U、T 3、温度及物理状态： a、温度变化范围：50800C，一般成矿温 度：100600C b、状态：气态（高温低压条件）、液态（ 高压中低温条件）、超临界状态（高温高 压条件） （二）意义： 1、有关矿床的成因类型： a、热液矿床 b、接触交代矿床 2、有关矿种： a、主要金属矿种：Fe、Mn，Cu、Pb、Zn、W、 Sn、Mo、Sb、Hg，Au、Ag，Li、Be、Nb、Ta ，U、Th b、非金属矿产：云母、石棉、萤石、水晶、明矾 石、叶腊石、蛇纹岩，硫铁矿、重晶石、天青石 、滑石、菱镁矿等 6.2 热液的成因（类型） （一）岩浆热液： 1、成因：岩浆热液是岩浆中所含的H2O及其 他挥发组分在岩浆上侵和冷凝结晶过程中 ，由于温度、压力和成分的变化与其所溶 解的化学成分一起被析出形成的。 2、特征：岩浆热液H2O的氢氧同位素值一般 变化范围是18H2O=6-9D=-48- 80,此外多 有高盐度、富K的特征。 （ 见图6-1） 图6-1 不同成因水的同位素组成简图（据.M.F.Sheppard，1997） 由于水-岩石的相互作用和交换表示了海水和A、B组分的 地下水18O移位的趋势 （二）地下水热液 1、成因：地下水热液是大陆地区向下渗透 的地下水及沉积物中的封存水因地热梯度 的影响和（或）受深部岩浆的烘烤，温度 升高、化学活动性增强进而从所经岩石中 溶解了成矿物质而形成的。 图6-2 大气水热液及其成矿模式（斯米尔诺夫 ） 2、特征：地下水热液H2O的氢氧同位素接近大气降水线（ 见图6-2），温度多属中、低温，多富Ca2、Na） （三）海水热液： 海水热液是向下渗透的海水受深部岩浆的烘 烤和地热梯度的影响，温度升高、化学活 动性增强进而从所经岩石中溶解了成矿物 质而形成的。此种热液多形成与洋中脊及 岛弧环境，热液H2O的氢氧同位素接近海水 的标准值。 （见图6-3） 图6-3 黑矿型矿床简要横剖面图 （四）变质热液： 1、成因：变质热液是岩石在变质过程中随变质温度 和压力不断增加依次释放出来的粒间水、矿物的 结晶水和结构水溶解了成矿物质形成的。如沉积 岩（含水20-30%）绿片岩相（一般含水6%） 角闪岩相（含水1-2%）麻粒岩相（含水0.5% ），可见变质过程中可产生大量的变质热液。 2、特征：变质热液H2O的18O=525，D=- 20-65，多富CO2。 6.3 热液中主要挥发组分的性状及其影响 1、卤族元素：热液中主要卤族元素是F和Cl a、卤族元素的化合物（尤其是氯化物）是强 电解质，电解后强烈影响热液的pH值； b、大部分金属元素的卤化物都有较大的溶解 度，很多金属元素均可与卤族元素形成易溶 络合物，还有部分卤化物高温时具有挥发性 质。卤族元素的这些重要性质有助于热液中 有用组分的迁移。 2、硫： a、氧化态为SO42-，与Cl-性状相似，影响热液的ph值和有助于大部分金 属元素的迁移，也可形成难溶硫酸盐而沉淀成矿，如重晶石（BaSO4 ）。 b、还原态为H2S，是弱电解质和重要的矿化剂，性状如下： (a)温度400C时，H2S为中性分子，不电离，或分解为 S和H2。 (b)温度400C，H2S开始电离， H2S=H+HS-，k1=H+HS-/H2S=8.410-8，HS-=k1H2S/H+ HS-常可与多种金属元素结合形成易溶络合物，有助于元素在热液中迁 移。 HS-=H+S2-，k2=H+S2-/HS-=1.210-15,S2-=k2HS- /H+=k1k2H2S/H+2 S2-常与金属阳离子结合形成难溶的硫化物而沉淀成矿。 上式可见，影响H2S解离的因素是热液中H2S的浓度和pH值：H2S的溶解 度又与压力呈正相关，与温度呈负相关；pH值低溶液中HS-高，有 利于矿质的迁移，pH值高溶液中S2-高，有利于硫化物的沉淀。 3、CO2： 高温条件下为中性分子，温度降低水和为 H2CO3并解离， H2CO3=H+HCO3(利于矿质迁移)，HCO3 =H+CO32（有利于形成难溶碳酸盐沉淀 成矿）, 与H2S性状相似，HCO3和CO32 与热液的温度、压力和pH值有关，温度 降低和pH值升高有利于成矿元素以碳酸盐 沉淀。 6.4 成矿元素在热液中的迁移与沉淀 （一）成矿元素的迁移方式 1、卤化物形式：高温条件下可能 a、卤化物气态形式：一些卤化物(如FeCl3、AuCl3 、SnF4)高温下具有挥发性质，可以气态形式迁移 。但是，温度降低会发生水解。如 SnF4+2H2O=SnO2+4HF b、卤化物溶液形式：多数元素的卤化物都具有较大 的溶解度，使之具有溶解迁移的可行性。但是， 随H2S和H2CO3解离，则与成矿元素离子结合形 成难溶的硫化物、碳酸盐而沉淀，使以卤化物溶 液形式迁移的可能性减小。 2、胶体溶液形式：因高温下不稳定并且不断 会有来自围岩的电解质，因此仅在低温、 局部可行。 3、易溶络合物的形式：为最重要的迁移形式。 络合物在水溶液中解离的形式为： An(BXm)=nA+BXmn-。其中A为碱金属，B为形 成体(成矿元素)，X为配位体（酸根及氢氧根等） 例：AuCl2-、AuCl4-、Au(HS)2-。因不存在游 离的成矿元素离子，因此其溶解迁移能力不受热 液中S2和CO32的影响。影响因素是络合物的不 稳定常数和配位体的浓度及热液的pH值等。 （二）导致成矿元素沉淀的因素 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14）。因此，pH值变化可 能导致有用组分沉淀成矿。 4、Eh值的变化 首先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；可引 起易溶的二价铁氧化为难溶的三价铁，导致铁沉 淀成矿。Eh值降低可使易溶的高价U、V还原为低 价的难溶的U、V，导致它们沉淀成矿。此外，Eh 值也影响络合物的溶解度（见图6-4）。 图6-4 300时AuCl2- 和Au（HS2- 形式的金溶 解度等值线图 5、不同热液混合 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 。 6.5 热液的运移 （一）运移原因和方向： 热液运移的原因是环境中存在压力差， 在压力梯度的作用下热液总是从高压向低 压方向运移。 （二）运移的通道： 热液运移的通道是岩石 中的裂隙和孔隙，按成因可分为如下三类 ： 以上三种孔隙中，构造裂隙对热液运移和矿质沉淀成 矿更具重要意义。依据对热液成矿的控制作用将相关构 造分为：导矿构造、配矿构造和容矿构造。（见图6-5 ） 图6-5 导矿、配矿容矿、构造关系图 a、导矿构造：是把深部含矿热液引入矿田及矿 带的构造，一般为深断裂、陡倾斜的渗透性岩层 ，控制矿田及成矿带的分布。 b、配矿构造：是把热液从导矿构造引入成矿地 段的构造，通常是与导矿构造相通的断裂、裂隙 带、渗透性好的岩层，控制矿床的分布。 c、容矿构造：是热液矿质沉淀成矿时所在的构 造，即沉淀成矿的场所，一般是与配矿构造相通 的次级断裂、裂隙、层间剥离构造、渗透性好的 岩层，控制矿体形状和分布。 图6-6 东准噶尔地区金矿点分布与构造关系图 1第四系；2侵入岩体环形构造；3火山沉积岩相 带环形构造；4火山机构环形构造；5遥感解译的深大 断裂；6遥感解译的韧性强应变构造带；7金矿床、金 （化）点 a、导矿构造：是把深部含矿热液引入矿田及矿带 的构造，一般为深断裂、陡倾斜的渗透性岩层， 控制矿田及成矿带的分布。 b、配矿构造：是把热液从导矿构造引入成矿地段 的构造，通常是与导矿构造相通的断裂、裂隙带 、渗透性好的岩层，控制矿床的分布。 c、容矿构造：是热液矿质沉淀成矿时所在的构造 ，即沉淀成矿的场所，一般是与配矿构造相通的 次级断裂、裂隙、层间剥离构造、渗透性好的岩 层，控制矿体形状和分布。 图6-6 东准噶尔地区金矿点分布与构造关系图 1第四系；2侵入岩体环形构造；3火山沉积岩相带环形构造；4火 山机构环形构造；5遥感解译的深大断裂；6遥感解译的韧性强应变构造 带；7金矿床、金（化）点 如东准噶尔地区（见图6-6），卡拉麦里（见 图6-7）及库普深断裂和韧性剪切带是金的 导矿构造，控制了金矿带的分布；与之相 交的北西向断裂是配矿构造，控制了矿点 （床）群的分布；韧性剪切带中的次级断 裂、节理是容矿构造，控制了金矿脉的分 布和产状。 图6-7 南明水49号金矿的容矿构造与卡拉麦里韧性剪切带的关系 6.6 气水热液矿床的形成方式 （一）充填作用及充填矿床 1、概念： a、充填作用：矿质从热液中直接沉淀于裂 隙内的作用。 b、充填矿床：由充填作用方式形成的矿床 。 2、充填矿床的特征： a、 矿体多呈脉状受裂隙控制，与围岩呈 突变接触。 图6-8 状构造和对称状构造 1-脉壁；2-石英晶体；3-闪锌矿4- 紫水晶；5-晶洞 b、矿体内部多具对称带状构造、栉状构造（ 见图6-8）、晶洞构造、矿石可见角砾状、 环状构造。 （二）交代作用及交代矿床 1、概念： a、交代作用： 是指热液（流体）与围岩发生物质交换的作用。 交代作用一般具有如下特点： (a)原矿物的溶解与新矿物的沉淀同时进行。 (b)在交代过程中岩石始终处于固体状态。 (c)交代前后岩石体积基本不变。（一些交代作用可能会导致体积的变 化） b、交代作用的类型： (a)扩散交代作用：交代作用发生时组分的带入和带出靠停滞的粒间溶 液中离子扩散进行的交代作用 （见图6-9）。即交代作用的动力是热 液中存在的物质的浓度梯度，此种交代作用的特点是较缓慢，交代范 围一般较小。 (b)渗透交代作用：组分的带入和带出靠粒间及裂隙中渗透流动的水溶 液进行的交代作用。即交代作用的动力是热液中存在的压力梯度，此 种交代作用的特点是进行的速度较快，因此交代的范围一般较大。 c、交代矿床：指以交代作用方式形成的矿床。 2、影响交代作用的因素： (a)热液组分的活动性和浓度，热液成分化学活动性和浓度影 响交代作用进行和 由交代作用产生的矿物组合。 (b)温度和压力，一般热液温度越高、压力越大越有利于交代 作用的进行。 (c)围岩的岩性 围岩的化学性质和渗透性对交代作用有重要 影响，一般渗透性好、化学性质活泼的围岩（如碳酸盐岩 、凝灰岩）有利于交代作用；渗透性差、化学性质不活泼 的围岩（如硅质岩、石英（砂）岩、泥（页）岩）不利于 交代成矿。因此，当热液流经不同性质的围岩时常会产生 交代程度的明显差异，此种现象是选择性交代的结果。 图6-9 切穿硅质泥质岩的大理石英-锡石-电气石 脉，交代作用沿泥质薄层发育 (d)渗滤效应 当渗透性好、化学性质活泼的 岩石之上有渗透性差的“盖层”时，渗滤效应 导致“盖层”下的岩石交代作用及矿化强烈集 中发育。（见图6-10） 图6-10 万山汞矿区整合型矿体素描图 1页岩；2泥质灰岩；3白云岩；4辰砂矿体；5表示汞矿热液 来源 3、交代矿床的特征： (a)矿体形态多不规则，与围岩呈渐变接触。 (b)矿体中常见交代残余的围岩。（注意：残 余围岩的岩性及纹理产状与矿体围岩一致 ） (c)矿石交代结构、交代残余结构构造普遍。 (d)交代矿物常有较好的晶形。 6.8 气水热液矿床成矿温度和压力（深度）的测定 （一）、成矿温度的测定 成矿温度的测定方法有矿物测温法、矿物 包裹体测温法和同位素测温法，其中应用 最广和最有效的方法是矿物包裹体测温法 。 1、矿物包裹体测温法 是目前应用最广的主要测温方法。其 中均一法用于透明矿物二相及多相包裹体，测定的最终均 一温度经压力校正后为成矿温度的下限值；爆裂法用于不 透明矿物，测定的包裹体爆裂温度应是成矿温度的上限值 。 2、稳定同位素测温法 是应用某一元素的同位素在热液共 结晶的一对矿物中的测定结果，依据两矿物间的该元素的 同位素分馏平衡常数与温度的函数关系测定矿物的形成温 度。温度测定结果无需压力校正，较可靠。 3、矿物测温法 是依据某些已知矿物的物理性质（熔点、 颜色、热发光效应）、晶体习性及晶型转变温度、不同矿 物间的矿物组合及固溶体分解温度等推定成矿温度的上限 或下限值。 （二）成矿压力（深度）的测定 成矿压力和成矿深度的测定方法有地质推断法和 矿物包裹体测压法。 地质推断法通常是依据矿床自身特征、与成矿相 关侵入体的特征、成矿时期矿体上覆地层厚度等 概略的推断成矿深度，定性的推断矿床属浅成还 是中-深成因。 矿物包裹体测压法是通过测定包裹体均一温度和 包裹体的密度、盐度确定成矿的压力，再依据静 岩压力换算成矿深度。此法是目前定量测定成矿 压力（深度）的最通用的方法。 6.9 气水热液矿床的矿化期、矿化阶段和矿物生成顺序 1、矿化期：代表一个物理化学条件未发生明显变 化的较长的成矿过程，一个气水热液矿床可有一 个或多个