矿床学热液概述课件.ppt

第六章 气水热液矿床概论 斑岩 火山角砾岩 火山岩 碎屑岩 泥化 黄铁矿化带 浅成低温带 中温带 斑岩带 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 一 气水热液及其在内生矿床中的意义 1 气水热液的概念 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 Th 成分 a 温度变化范围 50 800 C 一般成矿温度 100 600 C 盐度 5 40 压力 40 2500atm 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 在成矿作用过程中 热液能把深部的矿质以及分散在岩石中的成矿元素萃取出来 初步集中 把它们携带到一定的构造 岩石中 通过充填 交代等成矿方式 把矿质沉淀下来 形成矿床 通过含矿流体 包括气相 液相 超临界流体 作用而生成的后生矿床称热液矿床或气化热液矿床 2 气水热液的成矿意义 形成的矿床主要有 接触交代矿床和热液矿床 温度及物理状态 有关矿种 a 主要金属矿产 Fe Mn Cu Pb Zn W Sn Mo Sb Hg Au Ag Li Be Nb Ta U Thb 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 二 热液的成因 类型 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四种基本来源 五种类型 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 它们的形成常常有一个漫长的发展过程 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 一 岩浆热液 2 特征 岩浆热液H2O的氢氧同位素值一般变化范围是 18 H2O 6 9 D 48 80 此外多有高盐度 富K 的特征 很多证据表明岩浆中有水存在 快速冷却的火山岩含水一般为0 2 5 最高可达12 如某些松脂岩 另外岩浆岩中大量的含水硅酸盐矿物也是岩浆含水的最好证明 按Holland的实验 只有当与硅酸盐熔浆共存的蒸气相中H2O分压超过4 94 107Pa时 黑云母和角闪石才可从英安质熔体中析出 形成斑晶 这些水可以构成岩浆流体的主要来源 对热液矿床中矿物及其中流体包裹体氢氧同位素成分的分析结果 也证实部分热液矿床形成的早期 确有岩浆流体存在 Bumham 1979 实验表明 岩浆中溶解的H2O重量百分比随压力的升高而加大 影响岩浆流体从岩浆析出的过程和数量的因素 岩浆结晶的深度 初始含水量 围岩渗透性 裂隙系统发育程度 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 二 变质热液 2 特征 变质热液H2O的 18O 5 25 D 20 65 多富CO2 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循环作用 在地球形成时期就已存在 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 D 48 或 70 30 18OH2O 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 三 初生水 或原生水 或 地幔热液 四 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 同生沉积溶液 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 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 大气水热液及其成矿模式 斯米尔诺夫 大气降水可下渗到深约12 15km处 这些水加热升温 以至其温度达到300 400 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 大气水热液及其成矿模式 斯米尔诺夫 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 海水的含盐度约为3 5 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 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 D和 18OH2O都近于0 或均为1 5 含SO42 盐度3 5 黑矿型矿床简要横剖面图 特征 大气降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 D 340 50 18O 44 10 接近大气降水线 温度多属中 低温 多富Ca2 Na 五 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 D和 18O均有变化 三 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 热液中挥发组分对成矿物质活化 搬运和沉淀都有重要影响 所以这些组分在热液中的化学性质和存在状态是值得我们探讨的 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H2S 是弱电解质和重要的矿化剂 性状如下 a 400 C H2S为中性分子 不电离 或分解为S和H2 b 400 C H2S开始电离 H2S H HS k1 H HS H2S 8 4 10 8HS 常可与多种金属元素结合形成络合物 有助于元素在热液中迁移 HS H S2 k2 H S2 HS 1 2 10 15S2 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 温度降低水合为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 在岩浆结晶过程中 岩浆中的成矿物质随着岩浆热液的析出 以各种形式进入热液 形成含矿热液 Fe2 Fe3 Cu Cu2 Pb2 Zn2 等 易形成氯络合物 因此热液和岩浆中Cl 的浓度高低与热液形成矿床的能力有一定关系 其他挥发性组分 如CO2 CO H2S SO2 HF等与岩浆热液的含矿性也有关系 四 成矿物质的来源 1 岩浆熔体 不同来源的热液 在其源区或其运移过程中与不同类型的地壳岩石发生反应 从而捕获其中的成矿物质 形成含矿热液 进而成矿 2 地壳岩石 几个因素决定了地壳岩石对热液成矿作用过程中成矿物质的供应 岩石中成矿组分的最初含量 热液流体循环过程中所影响的岩石的体积 范围 岩石和所流经的热液之间发生水岩反应的强度 水 岩比值 即参与反应的流体质量和发生反应的岩石质量之比 的大小 同生热液可以把原来沉积物中所含的铅 锌 在建造水释放过程中带出 某些含铅 锌较高的油田卤水即可能属于这种成因 变质热液可以从变质原岩中带出或从所流经的岩石中萃取成矿物质 岩浆热液除了可以把岩浆中的成矿组分带出外 由于其高温特点所决定的高搬运能力 往往会捕获所流经的岩石中的成矿物质而成矿 不断加热的大气水热液在其循环过程中 会淋滤所接触的地壳岩石中的成矿物质 形成热液矿床 针对地壳岩石对成矿的物质贡献 矿床学家提出了 矿源层 sourcebed 的概念 这一概念最初是由澳大利亚人C L Knight 于1957年首先提出的 其出发点是认为许多重要矿床和侵入岩之间并不存在成因联系 相反 这些矿床的产出却与某一特殊的沉积层显示出重要关系 它们是成矿物质的提供者 目前包括能够提供矿质的所有岩石 都称之为 矿源岩 sourcerock 地幔流体的活动可以把分散在上地幔中的成矿物质活化 迁移到地壳中成矿 3 上地幔 如胶东半岛金矿 四川大水沟碲 金矿以及河北东坪金矿等 已经有不同的研究者相继提出地幔流体和地幔物质参与成矿的认识 由于受技术条件的限制 对参与热液成矿作用的地幔成矿物质的识别 目前尚处在不断的探索之中 五 含矿热液的运移 一 运移的动力 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 1 压力梯度 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 这实质上也是压力差所产生的运移 大多数盲矿脉 如阿尔卑斯型Pb Zn矿脉 被认为是这样形成的 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 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 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 2 热力引起的对流 密度差 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 二 运移的通道 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 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 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 金矿 化 点 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 六 成矿元素在热液中的迁移形式 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 关于气水热液中成矿元素 主要是金属元素 的搬迁运移形式主要有以下几种假说 由于在气水热液矿床中 矿物大多以硫化物的形式出现 因此人们早就认为成矿物质是以简单硫化物的真溶液的形式被搬运的 1 硫化物真溶液的形式 这种看法很快能为人们所否定 因为发现重金属硫化物在水中的溶解度极小 例如铜的溶解度 10 10 6 2 3 10 24摩尔 升 有人估算过要想沉淀几吨硫化铜矿石 就需要整个地中海那么多的海水 这当然是不可能的 人们更多地认为热液矿床中的矿物大多数是各种化学反应过程中所形成的不易溶解的化合物沉淀的结果 也即矿石的形成是热液搬运的后期或最后的现象 而不是它们在热液中的最初形式 由于在热液矿床中 发现有矿石的胶状构造 因此许多地质学者认为成矿物质在热液中是呈胶体状态被搬运的 同时实验证明 金属硫化物在胶体溶液中的含量比它在真溶液中的溶解度大100万倍 而且胶体溶液的形成条件 几乎可以在任何温度 压力条件下产生 2 胶体溶液的形式 在气水热液成矿过程中 SiO2 Fe OH 3 Au Ag Pb Zn等硫化物或其它化合物均能以胶体状态迁移 但胶体溶液运移成矿组分的论点也没有被人们普遍接受 原因有三 1 热液矿床中出现胶状构造的现象毕竟不多 它主要出现在一些浅成矿床中 2 胶体的粘度较大 不易于长距离搬运 无法解释由大量渗透 交代作用形成的热液矿床 3 通过矿物气液包裹体成分的研究 还发现热液中含多量的电解质 这进一步说明了呈胶休状态运移成矿组分的可能性是极小的 3 卤化物的形式 这个观点认为 溶液中搬运的成矿物质不是现在矿石中所见到的矿物 矿石中的金属矿物在其形成以前是呈卤化物形式在溶液中被搬运的 依据 矿物中气液包裹体 代表着含矿气水热液的母液 的含盐度很高 甚至有NaCl晶体出现 火山喷出物中有砷 铁 锌 锡 铅和铜等的可溶性氯化物和氟化物 有的热液矿床中可见到含氯或氟的矿物 如氯化铅 PbCl2 氯铜矿 CuCl2 3Cu OH 2 萤石 黄玉等 金属卤化物在水中的溶解度是较大的 多数研究者认为 成矿物质呈卤化物溶液运移的情况是存在的 不过主要出现于温度较高的热液矿床中 如云英岩型钨 锡矿床可能就是以这样的形式运移和成矿的 当温度降低 H2S在热水溶液中的溶解度增加 溶液中S2 增高 金属卤化物就极易形成硫化物沉淀 所以当溶液中存在数量较多的H2S 在温度较低的情况下 成矿组分是难以成卤化物搬运的 目前 成矿物质在热液中以络合物形式搬运的假说 获得最为广泛的支持 气水热液可以呈络合物形式从岩石 矿物中萃取金属元素 4 络合物的形式 依据 1 大多数络合物的溶解度很大 如AgSH比Ag的溶解度大109 1012倍 2 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 3 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 4 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 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 什么叫络合物 如 3NaCl FeCl3 Na3 FeCl6 式中的Na3 FeCl6 即为络合物 在自然界中可构成络合物的元素 某些离子电位高的金属阳离子 Fe2 Fe3 Be2 Nb5 Ta5 W6 Sn4 Mo6 Mo4 等 构成中心阳离子 或称络合物形成体 一些阴离子或离子团 如F Cl HS HCO OH O2 S2 SO42 CO32 等 构成配位体 碱金属阳离子则构成外配位体 一些有关的成矿实验和化学热力学计算结果也支持金属成矿物质主要呈络合物形式被搬运的观点 并且还提供了金属元素络合物稳定性的数据 一般认为 热液中硫化物 硫氢化物络合物和氯化物络合物最重要 热液中硫含量丰富就可形成像 Zn HS 3 Fe HS 3 Hg HS 3 热液中氯含量丰富就可形成像 ZnCl3 FeCl6 3 CuCl3 2 此外 还有碳酸盐络合物 有机物络合物等 络合物在水溶液中的稳定性的影响因素 主要取决子络阴离子离解能力的大小 络合物在溶液中的稳定程度 用络合物不稳定常数k表示 如下列络合物分解的反应式 PbCl4 2 Pb2 4Cl K Pb C1 4 PbCl4 K值越大 则络阴离子越不稳定 反之 则越稳定 用络合物的稳定性可以解释热液矿床中成矿元素分带性 在一定的热液体系中 由于各种元素络合物在热液中稳定性不同 是导致矿床形成过程中不同元素分别析出 产生各种分带性的原因之一 1 温度 2 pH值 有些络合物只在较高温度下稳定 而在低温下分解 例PbCl4 当温度从200 降低到100 时 其稳定性变化不大 而从100 降至90 时 可导致5 10 6的Pb沉淀析出 七 成矿元素的沉淀因素 H2S浓度不变 NaCl 3 L t 100 pH 5 PbS的溶解度为1 47 10 6 pH 3 为147 10 6Na3AsS3在碱性条件下稳定 UO2 CO3 3 4 只在pH 7 2时稳定 3 压力变化通常 当热液体系的压力降低时 H2S CO2等挥发分在热液中的溶解度减小 从而降低体系中S2 CO32 的浓度 促使含有S2 CO32 等的络合物稳定性降低 使金属阳离子析出 4 Eh值的变化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 氧化 Na2HgS2 H2O O HgS 2NaOH S Fe2 Fe3 磁铁矿 黄铁矿 褐铁矿 赤铁矿 还原 U6 U4 O2 变成UO2非晶质铀矿 如以U6 为中心阳离子的络合物与围岩中的Fe2 作用 被还原为U4 时 络合物分解产生晶质铀矿 5 与围岩反应如W6 为中心阳离子的络合物与围岩反应 生成钙钨矿 因此 白钨矿经常生成于碳酸盐围岩中 6 不同来源热液的混合 S 2020 1 29 54 可编辑 7 水解一些高价阳离子络合物在较高温度下 常发生水解反应 生成氧化物或氢氧化物的沉淀 8 沸腾在沸腾过程中 气相组分大量析出 将促使残留液相的pH升高 气相的酸度增加 引起溶液盐度变化 温度和压力也可发生较大变化 这些都可能导致热液矿物沉淀 析出 八 热液的成矿方式 由于各种化学反应的结果 促使矿物在围岩中大量沉淀析出形成矿床 1 充填作用和充填矿床 当含矿热液在化学性质不活泼的围岩中流动时 因物理化学条件的改变 使热液中成矿物质沉淀于已有的各种裂隙和孔隙中 这种作用称为充填作用 以这种方式形成的矿床即为充填式矿床 充填矿床的特征 a 充填矿床是典型的后生矿床 因为矿体比围岩形成时间要晚得多 注意与岩浆矿床中的 贯入式 区别 b 矿体形状 决定于原来裂隙的形状 多呈脉状 如我国南岭地区的含W石英脉 含Cu石英脉 萤石脉 方解石脉 铅锌矿脉 脉状构造 而脉体的大小 规模 形态 组合特主要取决于各种裂隙 节理 破碎带 角砾岩体 多孔性岩层 层面 不整合面等的产状 因此种类很多 微脉 细脉 小 中 大脉以及单脉 复脉 平行脉 网状脉 穿层脉等 c 接触关系 成矿溶液与围岩间化学反应较弱 形成深度一般较浅 矿体与围岩接触关系明显 规则 二者界线截然 矿脉两壁平直或相互吻合 d 矿石组构 具有充填作用的特殊组构 其中有 梳状构造 晶体垂直脉壁生长 又称对带状 晶洞构造 晶簇构造 角砾状构造 鸡冠状构造 e 在宏观上 交代作用的标志不明显或不存在 或者说交代作用不重要 脉体中常有围岩的残留体 碎块 它们还保留原岩的特征 如层理 化石 而并不显示被交代的迹象 2 交代作用和交代矿床 交代作用系指改变岩石化学成分的各种置换作用 其特点是原有组分的溶解 带出与新组分的替代同时进行 在交代过程中被交代部分的体积基本上不发生变化 由交代作用生成的矿床称交代式矿床 一般说来 交代作用是早期形成的岩石或矿床 在气水热液作用下 发生物质的带进带出 一系列的旧矿物为新矿物所取代 这一作用无论是在内生条件下 还是在外生条件下都能广泛发育 它是许多气水热液矿床的重要成矿方式 交代作用是当含矿气水热液在原岩或矿床的各种裂隙 孔隙中流动渗透时 由于围岩和气液是两种不同的物 化体系 因此当它们构成一个体系时 或者在空间上共生 必然力图达到化学平衡 于是就发生各种类型的化学反应 这种交代作用 对于成矿物质的活化转移及集中 矿体的形成及围岩的蚀变 都具有十分重要的意义 交代作用的特点 a 同时性 旧矿物的消失或解体和新矿物的形成几乎是同时形成的 c 等体积性 交代过程中一般不发生体积的改变 即交代作用是受等体积定律支配的 交代作用前后岩石的体积相等 否则就有很多事情不好办 说不清 比如古生物中的化石 应该是原生生物的体积与化石的体积未变 否则麦粒蜓 是否原为潜水艇般大小 三叶虫 是否原为飞机般大小 b 固态性 交代作用是成矿溶液与固体岩石直接发生作用 被交代的岩石始终保持固体状态 因此有时可以保存原岩的组构 矿物的假象 甚至生物遗迹等 例如硅化木的年轮 d 特殊的组构 交代作用形成的矿石 矿物组合都有一定的特征 所形成的矿体外形不规则 与围岩多呈逐变过渡关系 由于交代作用强弱程度不同 有些地方还可见到未交代的残余围岩 交代残余结构 交代作用可形成完好的变斑晶 它们可以切割围岩的原生构造生长 交代作用形成的矿体中常保存原岩的结构构造 如层理 交错 片理 化石 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 最活动的 H2O CO2多数情况下活动的 S SO2 Cl K2O Na2O F在强交代中活动的 O2 CaO MgO FeO SiO2一般最不活动的 P2O5 Al2O3 TiO2 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 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 影响交代作用的因素 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 扩散交代作用 交代发生于停滞的溶液内 主要以离子或分子扩散方式进行 即组分的带出和带入是由于浓度梯度所引起 渗滤交代作用 交代作用发生于流动的溶液中 即组分的带出 带入是由流经岩石的溶液来进行的 这种交代作用常常更重要 交代作用类型 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 交代矿床的鉴别标志 交代作用的产物保持原岩的矿物假象和结构 构造特点 如层理 化石 片理 角砾构造 褶皱构造等 交代矿物常有较好的晶形 可以见到未消化的围岩残留体 矿体外形不规则 出现穿切层理的完好晶体 出现两壁不相对应 不配套 的矿脉 矿体与围岩边界可以逐渐过渡 围岩蚀变指在气水热液矿床的形成过程中 由于交代作用 使矿体的围岩发生的化学成分和物理性质的种种变化 发生蚀变作用的岩石叫做蚀变围岩 九 热液矿床的围岩蚀变 蚀变的命名原则 a 以蚀变岩石增加的组分命名 如钾化 钠化 硅化等 b 以蚀变作用形成的矿物命名 如钾长石化 钠长石化 绢云母化 绿泥石化 电气石化 黄铁矿化等 c 以蚀变形成的岩石命名 如矽卡岩化 青盘岩化 云英岩化 次生石英岩化 白云岩化等 d 以蚀变岩的颜色变化命名 如退色化 红化等 一 概念 原岩的物理化学性质 热液体系的物理化学特征 如各种组分的活度 pH Eh 温度 压力等 二 影响围岩蚀变的主要因素 1 了解成矿物理化学条件 三 研究围岩蚀变的意义 a 了解热液成份蚀变增加的组分是热液富有的组分 b 判断成矿温度如矽卡岩化 钾长石化 云英岩化等是高温产物 绢英岩化 绿泥石化 青盘岩化等是中低温热液产物 c 了解pH及Eh值泥化 云英岩化 次生石英岩化多形成于酸性环境 黄铁矿化 碳酸盐化 蒙托石化多形成碱性环境 红化 重晶石化 明矾石化等表明氧化环境 黄铁矿化 退色化表明还原环境 2 重要的找矿标志围岩蚀变类型往往和矿化种类有密切关系 围岩蚀变的范围往往大于矿化范围 蚀变类型及矿化常具有特定的空间分带规律 3 工业意义 蚀变围岩本身有时就是一种矿床 如重晶石化 重晶石矿床 滑石化 滑石矿床 明矾石化 明矾石矿床 沸石化 沸石矿床 矽卡岩型矿床 矽卡岩化 方柱石化 阳起石化 绿帘石化 黝帘石化 石榴石化 闪石化 气成高温热液矿床 云英岩化 电气石化 黄玉化 黑云母化 钠长石化 钾长石化 萤石化 钠闪石 霞石化 霓石化 中 低温热液矿床 绢云母化 绿泥石化 硅化 玉髓化 蛋白石化 黄铁矿化 白云石化 青盘石化 高岭石化 明矾石化 重晶石化 蛇纹石化 叶腊石化 碳酸盐化 方解石化 白云石化 铁白云石化 各种气水热液矿床的蚀变类型 1 2 3 4 5 6 7 8 9 十 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 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 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 二 成矿压力 深度 的测定 1 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 2 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 十一 气水热液矿床的矿化期 矿化阶段和矿物生成顺序 1 矿物共生组合 在矿床中 由同一种成矿作用所形成的一群矿物 其彼此之间成因及空间共生关系称为矿物共生组合 矿物共生组合和元素的自然组合紧密联系 是受元素的地球化学性质决定的 人们在生产实践中早已发现自然界里某些矿物彼此紧密共生在一起 如方铅矿 闪锌矿 黄铜矿 黄铁矿 自然金 石英 辰砂 辉锑矿等共生 热液矿床往往不是在短期内或在一次地质作用中形成的 其形成往往经历了很长的时间 在形成过程中地质和热液体系的物理化学条件都可能发生变化 在不同的条件下就会出现不同的矿物组合 成矿过程呈现长期性和多期多阶段性 为了研究成矿热液在时间上演化的规律 运用了矿化期和矿化阶段的概念 2 矿化期 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矿化期 热液在不同的物理化学条件下会形成不同的矿物组合 如硅酸盐矿物组合 氧化物矿物组合 硫化物矿物组合 矿物组合的变化是划分矿化期的标志 3 矿化阶段 矿化阶段 是在矿化期中化分出来的较短的成矿作用过程 一个矿化期往往含有多个矿化阶段 代表在近似的物理化学条件下多次的构造热液活动 划分矿化阶段的主要标志 图 交截矿脉 早阶段生成的矿脉被晚阶段矿脉所交截 并使早阶段矿脉错动 晚阶段生成的矿物集合体构成细脉 穿切了早阶段矿物组成的脉体 并产生不同程度的交代作用 早阶段生成的矿物或矿物集合体破碎成角砾 并被晚阶段生成的矿物集合体所胶结 晚阶段生成的矿物集合体交代早阶段形成的矿物集合体 矿脉内或矿体内出现不对称条带状或条纹状平行矿脉或交切矿脉 条带或条纹中矿物属于晚阶段产物 4 矿物生成顺序 在同一矿化阶段中不同矿物结晶的先后顺序叫做矿物的生成顺序 脉石矿物的结晶顺序 硅酸盐 石英 碳酸盐和硫酸盐类矿物 如方解石 天青石和硬石膏等 矿石矿物形成的次序 高价离子的氧化物和含氧盐 如黑钨矿 锡石 磁铁矿等 铁 镍 钴 铜 铅 锌等二价元素的硫化物和砷化物 如磁黄铁矿 毒砂 黄铁矿 黄铜矿 方铅矿 闪锌矿等 砷 锑的硫化物以及金 银的硒化物和碲化物 十二 热液矿床的分带性 热液矿床的分带是指与单一矿床或一定区域内的一组矿床有关的矿物或元素在空间上的有序分布形式 热液矿床的分带现象十分普遍 且不同类型的热液矿床分带规律常常有很大差别 一般从分带的规模等级和分布样式两个基本方面来描述和识别热液矿床的分带性 1 区域分带 是指在较大范围的构造单元或构造岩浆活动带中 在成因上有联系的矿床或矿床类型在空间上的分带性 1 分带规模等级 这种分带一般范围较大 以矿种或矿床类型作为分带指标 2 矿田分带 是指在成因上有联系的矿床所组成的矿田中 具有不同矿化特征的矿床在空间上的分带性 具有典型带状分布的英国康威尔地区的矿床 在水平方向上 自侵人体向外可依次划分出Sn W Bi As Cu Zn Pb和Sb各带 在垂直方向上 由上至下依次为菱铁矿 菱锰矿和辉锑矿 铅 锌 银矿 黑钨矿 最下部为锡矿 3 矿床或矿体分带 是指沿水平和垂直方向上物质组分 元素 矿物 矿物组合和矿石组构等在空间上作有规律的分布 如赣南钨矿床上部富钨 锡 铍 下部硫化物含量增加 深部常有铌 钽 稀土矿化 再如有的铅锌矿床的矿体 上部往往富含铅 中部含锌多 向下则铅