气水热液矿床总论PPT演示课件

第五章气水热液矿床总论,主讲内容提纲第一节气水热液矿床概述第二节气水热液的来源、组成、性质第三节气水热液中成矿元素的搬运和沉淀第四节气水热液矿床的成矿方式第五节气水热液矿床的围岩蚀变第六节气水热液矿床成矿温度和压力（深度）的测定第七节气水热液矿化期、矿化阶段、矿物生成顺序第八节气水热液矿床的原生分带第九节气水热液矿床的形成条件和分类,1,主讲内容提纲第一节气水热液矿床概述第二节气水热液的来源、组成、性质第三节气水热液中成矿元素的搬运和沉淀第四节气水热液矿床的成矿方式第五节气水热液矿床的围岩蚀变第六节气水热液矿床成矿温度和压力（深度）的测定第七节气水热液矿化期、矿化阶段、矿物生成顺序第八节气水热液矿床的原生分带第九节气水热液矿床的形成条件和分类,2,第一节气水热液矿床概述,一、气水热液和含矿气水热液概念1.气水热液指在一定地壳（岩石圈）深度下形成的，具有一定温度和一定压力的气态和液态的溶液.2.含矿气水热液指成分是以H2O为主，并含有F、Cl、Bi、B、S、C等多种挥发成分，以及含有成矿元素或成矿物质（如：W、Sn、Mo、Nb、Ta、TR、Cu、Pb、Zn、Ag、An、Hg等元素）的主要气水热液，叫。3.汽水热液矿床是指含矿气-水热液在运移过程中，其携带和萃取的成矿元素，由于温度、压力、组分浓度等发生变化，某些成矿物质在一些有利的构造和岩石中通过充填和（或交代）方式发生沉淀、聚集而形成的矿床，叫。,3,4气-水热液作用的意义,理论意义研究气水热液性质能够深入了解矿床的形成过程和成因，主要是其具有萃取、携带、运移成矿物质能力和最终沉淀成矿物质作用性质。经济意义形成的矿床数量多，矿产类型多，并有大型、超大型矿床。主要矿产包括：1）亲硫元素：Cu、Pb、Zn、Hg、Sb、As、W、Sn、Bi、Mo等；2）贵金属：Au、Ag、PGE；3）稀有、稀土金属：Li、Be、Ga、Ge、In等；4）放射性金属：U、Th等；5）非金属：硫、水晶、萤石、重晶石、菱镁矿、石棉等,4,主讲内容提纲第一节气水热液矿床概述第二节气水热液的来源、组成、性质第三节气水热液中成矿元素的搬运和沉淀第四节气水热液矿床的成矿方式第五节气水热液矿床的围岩蚀变第六节气水热液矿床成矿温度和压力（深度）的测定第七节气水热液矿化期、矿化阶段、矿物生成顺序第八节气水热液矿床的原生分带第九节气水热液矿床的形成条件和分类,5,第二节含矿气水热液的来源、组成和性质,一、气水热液的来源1气水热液的主要来源(1)岩浆火山作用(2)大气降水作用(3)地下水循环作用(4)海水作用(5)地幔流体作用(6)变质作用,6,(1)岩浆（火山）源热液,是指与岩浆处于平衡或从岩浆中分出的气水溶液。,岩浆房,1）深度较浅、压力较低，由于岩浆分馏，水可以蒸气状态逸出凝聚成热水溶液；2）深度较大、压力较高，岩浆分馏作用超临界溶液冷却直接转变为热水溶液；3）开放的系统，岩浆在较高的温度下分馏超临界溶液冷却直接转变为热水溶液。,7,岩浆源汽水热液的主要依据1）地质事实A、时间、空间上的一致性；B、成矿专属性：一定类型热液矿床常与一定类型岩浆岩相关；C、不同类型矿床或矿种常围绕侵入体呈水平或垂直分带；D、现代火山喷气、火山热泉资料.2）高温高压实验研究：证实不同温压条件下水在二氧化硅熔融体中溶解度的存在以及溶解度的不同（葛朗松（1937年）、肯尼迪（1962年）;,8,深成岩浆热液和火山次火山热液，不同性质的岩浆，其水的含量有明显的不同。例如：据A.卡迪克等对全球的或局部地区的各种计算结果：酸性岩浆含水不少于2，有的可达10；基性岩浆含水不少于1，有的可达516。3）元素地球化学研究：矿石与岩浆岩在某些矿物和微量元素组成上具有一致性;4）同位素地球化学研究：D-18O、34S、13C；5）流体包裹体研究：大多数流体包裹体成分是以水为主，温度50550,9,10,水在硅酸盐熔浆中的溶解度（据Burham,1979）A图1钠长石熔浆；2含锂伟晶岩熔浆；3安山岩熔浆；41100时H2O在玄武岩熔浆中的溶解度B图H2O在玄武岩熔浆-1100安山岩熔浆-1100钠长石熔浆-700800含锂伟晶岩熔浆-660720质量百分比溶解度,11,(2)大气降水源,大气降水是地表水蒸发再降落于地面的水，指天水（大气降水）、地表水。往往作为端元组分与地下水、海水、岩浆水混合形式出现.地表流动和下渗作用意义：主要萃取携带化学活动性较强的元素，如其中的大量盐类物质热卤水萃取围岩中的成矿物质形成低温含矿热液为主,12,(3)地下水源热液,(3)地下水源热液指在大陆地区，一定的水文地质条件下因地热增温、火成作用以及渗透、环流作用等萃取成矿物质并形成含有矿物质的热液。依据：1）许多热液矿床，其周围数十公里的范围内没有火成岩出露，深部又无火成岩隐伏体，且矿体围岩又未发生区域变质作用，那么成矿热液来源只有地下水热液；测定同位素（D、18O、34S）、包裹体成分表明是地下水热液。2）美国的撒尔顿湖地区，地下1600m的地下水，温度高达360，富含K、Na、Cl和Fe、Mn、Au、Ag、Cu、Pb、Zn等，是一种含矿地下水热液。,13,3）红海地下水热液矿床底部正在形成现今矿床在海面以下2000米存在有三个深150米的热卤水，水温达3456，含盐度25.5，比重1.20，其中含K、Na、Cl和Fe、Mn、Au、Ag、Cu、Pb、Zn等金属组份，并常见针铁矿、闪锌矿、菱锰矿等沉积物。认为是下渗红海海水受异常的地热梯度影响，受热后发生环流，溶解围岩中的盐和金属组分，沿裂谷上升到海渊底部沉积形成。,14,大气降水与中低温对流型地热系统经典模式（据汪集旸，1996）1-围岩；2-地表水；3-水流方向；4-地热分带,15,地下水循环与岩浆作用关系,16,(4)海水热液,(4)海水热液指由下渗的海水形成，主要产生在海洋环境；在大陆的边缘及海洋的岛屿地区，也有下渗的海水，但常与地下水相混合。在海洋底部，海水可沿裂隙，构造变动带下渗到地壳的深部，在地下热能的影响下，受热（地幔）形成热液环流，并可从流经的围岩中革取成矿物质，然后通过断裂、火山目或爆破带，再流入海中，与海水作用形成火山一沉积矿床。,17,(5)地幔源流体,(5)地幔源流体概念：指来自地核或下地幔的超临界流体，化学组分以C、H、O、N、S为主，少量F、Cl、P等，在弱还原条件下以CO2H2O为主，在强还原环境则主要为CH4H2OH2等。证据:1）地球物理:在地幔（400700km）有大量成矿金属，在一定的温度压力下，它们可以随着地幔射气作用而被提升，在大面积长时期的排气作用下，也可形成重要的含矿气水溶液，通过直接或间接的方式，把位于深处的金属元素搬到地壳的上层或地表附近沉积下来形成矿床。,18,2）地幔岩包体中流体包裹体：以及玄武岩玻璃中化学组分的研究，来自于上地幔的流体主要化学组分为C、H、O、N、S，以及少量F、Cl、P等，在弱还原条件下以CO2H2O为主，在强还原环境则主要为CH4H2OH2。3）碱交代作用：碱交代岩是地幔流体转变为热液的化石记录，拆离断层构造体系则是地幔流体上升到地壳的活动通道。,19,（6）区域变质热液（变生水）,（6）区域变质热液（变生水）指与变质岩平衡或来自变质岩脱水作用而产生的热液。变质水的矿质有三个来源：1）在变质过程中从原岩来的；2）变质水在渗滤过程中，从所流经的岩石中萃取来的；3）可能为深部的物质来源。变质热液是受原始地质体的成因、变质作用的强度和类型（接触变质和区域变质）的控制。一般来说:,20,变质相,低级变质相：产生的流体富含H2O;高级变质相：产生的流体以高密度CO2为主；,21,在源岩方面,蒸发岩:则放出富含NaCl的卤水，碳质沉积岩:放出富含H2O和CO2的流体。,22,大气水海水岩浆水地幔热流,23,2.含矿热液的物质的来源,含矿热液的物质来源多来源性1.上地幔或地壳深部源岩浆部分熔融萃取成矿物质，在岩浆演化期后，矿质聚集在岩浆热液中；在岩浆中的水和矿质也越多，越容易形成含矿的热水溶液。2.地壳浅部的原生沉积物（上地壳或近地表）源成岩过程中和变质作用过程中，沉积物中含有的Pb、Zn等成矿组份随建造水或变质水析出，形成含矿热液。3.萃取围岩源（水岩交换)热液与围岩发生水岩反应，萃取（溶解）围岩中的一部分物质，使热液中金属组份含量升高，并使围岩中原有金属组份的含量减少。,24,3.汽水热液与其成矿物质间的关系,（1）汽水热液（介质）的来源具有多源性；即：混合热液为主；（2）气水热液中的成矿物质也具有多源的；（3）介质和矿质即可同源，又可异源；（4）汽水热液决定矿物质的富集程度和矿床属性;（5）成矿介质和矿质的主要来源是影响成矿作用的根源，确定热液矿床类型的主要依据。,25,二、气水热液的组成,气水热液的成分是非常复杂的，气水热液的成分有：（1）最主要的组份：水；（2）基本组份：阳离子Na、K、Ca、Mg、Sr、Ba、Al、Si等，阴离子Cl-、F-、SO42-等；（3）成矿元素：主要是亲铜元素(Cu、Pb、Zn、Au、Sn、Sb、Bi、Hg等)，其次为过渡性元素(Fe、Co、Ni等)，以及W、Mo、Be、TR、U、In、Re等稀有、稀土和放射性等元素；（4）溶解的气体：H2S、CO2、HCl、SO2等；（5）其它微量元素：Li、Rb、Cs、Br、I、Se、Te等；,26,三、气水热液性质,包括物理和化学性质（1）物理性质主要包括温度和压力两个因素A）温度是主要参数之一，一定压力下，不同温度的高低可决定矿床成因类型；如：岩浆热矿床温度较高；地下水热矿床温度较低；变质热液高温、也有中温、低温之分；此外，温度高低对溶液的化学性质有明显的制约性。,27,2）压力它与温度一样，是气水热液物理性质的主要参数；压力决定流体密度，气水热液随压力的增大而密度增加、最终形成超临界流体。温度一定(100),可由水蒸汽转化液体水、超临界流体气体与液体之间不再存在差别,称之.,28,气水热液中温度和压力关系(1)是互相联系的参数，流体的物理状态，很大程度上取决于温度和压力。(2)一般是随温度降低、压力也相应降低；(3)封闭体系温度增高、压力也将增高，从而导致沸腾作用形成岩浆射气和残余液体。沸腾与不混溶作用概念沸腾作用指在含气体(CO2、CH4等)的热液/流体中，由于温度、压力突然降低，造成大量CO2、CH4等溢出，引起沸腾。不混溶作用指在含气体(CO2、CH4等)的热液/流体中，由于气体相（CO2、CH4等）的流失与沸腾，使成矿溶液浓缩、盐度和PH值升高、温度与Eh值降低，形成不同的溶液并导致矿质结晶沉淀现象；,29,(2)化学性质,含矿热液性质复杂在气成热液成矿作用过程中，水、氧、硫和二氧化碳的性状，特别是硫和氧的性状的影响，包括溶液的酸碱度、氧化与还原度等。1）水H2O(极弱的电解质)可部分电离为H和OH,它一方面可使许多物质溶解，也可使溶解的物质发生水解作用，使某些矿物的沉淀：褐铁矿、锡石，金红石等的形成。,30,2）硫、氧和CO2逸度及气体HCl、HF、SO2等在硫、氧和CO2方面，逸度相对含量大小直接影响含矿溶液的氧化还原性和物质的搬运、沉淀；如：大多数热液矿床中Fe2+Fe3+,硫化物硫酸盐在气体HCl、HF、SO2等方面，含量的相对多少直接影响酸碱度（pH值）。3）阳离子K、Na、Ca、Mg等决定于矿化类型，就岩浆热液而言：早期硷性阶段：硷性交代作用为主钾长石化、钠长石化、碱性角闪石和硷性辉石化等；中期酸性阶段：阴离子的活度增加，在酸性溶液作用下围岩中大量金属元素被淋滤；晚期阶段：温度逐渐降低，当气水溶液重新转变为中性或碱性。,31,四、气水热液来源的研究和主要判别方法,四、气水热液来源的研究和主要判别方法1、气水热液组成的研究方法(1)矿物学矿化与蚀变的矿物特征(2)矿物的流体包裹体物理化学数据的测试(3)现代火山喷发物及火山活动区的沉积物观测(4)现代深层地下水成分分析超深钻(5)实验模拟水岩交换实验2、含矿气水热液组成主要判别方法（1）成矿地质背景及矿床地质特征成矿地质背景包括地层、构造活动、岩浆作用等，它们在时间、空间及成因上与成矿作用的联系。可作为判别矿床成因，包括源运储的判别。,32,（2）、同位素地质法研究对比如：S、Pb（主要判别矿质）D、18O（主要判别矿液）岩浆水：D=-48-80，18O=+6+9变质水：D=-20-65，18O=+5+25地幔初生水：D=-60-100，18O=+4.5+7C、Sm-Nd、He-Ne-Ar,33,（3）、元素地球化学研究对比如：REE的球粒陨石标准化曲线一些REE参数（REE、LREE/HREE、Eu)微量元素比值等（4）、包裹体成分研究对比流体包裹体和熔融包裹体气相，液相，固相及子晶矿物、熔融成分,34,主讲内容提纲第一节气水热液矿床概述第二节气水热液的来源、组成、性质第三节气水热液中成矿元素的搬运和沉淀第四节气水热液矿床的成矿方式第五节气水热液矿床的围岩蚀变第六节气水热液矿床成矿温度和压力（深度）的测定第七节气水热液矿化期、矿化阶段、矿物生成顺序第八节气水热液矿床的原生分带第九节气水热液矿床的形成条件和分类,35,第三节气水热液中成矿元素的搬运和沉淀一、成矿元素的搬运形式目前有关对成矿元素的搬运形式这一问题的认识还不一致。归纳起来有硫化物、卤化物、易溶络合物和胶体溶液四种假说形式。(1)硫化物的形式搬运成矿元素以简单硫化物的形式存在于真溶液中进行搬运依据：在热液矿床中，矿物大多以硫化物的方式出现；缺点：绝大多数的金属硫化物在水溶液中的溶解度非常低，为n105一n1027mol（浓度），不可能实现大量的聚集而形成矿床。因此，这一假说已不为多数人所重视。,36,(2)卤化物的形式搬运成矿元素能够以简单离子的易溶卤化物形式进行搬运的（A.别捷赫琴，1953）。依据是：A）各种金属元素的卤化物在水中溶解度比较大；B）在火山喷出物中有As、Fe、Zn、Sn、Bi、Pb、Cu等的可溶性氟化物和氯化物;并有含氯、氟的矿物出现；如：氯铅矿、萤石、黄玉、水铝氟石等；C）在矿物的液体包裹体中，氯化物的浓度很高，有时有NaCl的子晶出现。卤族元素对成矿物质的搬运和富集可能起了一定作用，但主要是在高温气化热液阶段。如：W和Sn可能是以卤化物方式进行搬运。质疑是：一些亲硫元素的卤化物，在有H2S存在的情况下，也是不稳定的，在较低的温度条件下，一般对金属元素难于进行搬运。,37,(3)易溶络合物的形式搬运成矿元素以易溶络合物的形式存在干热液中并进行搬运（B.希托夫,1859）依据：1）在自然界中，绝大多数的金属（一些硷金属和碱土金属）原子可以构成络合物的外面的阳离子。在热液中呈硫氢化物络合物和氯化物络合物等。2）许多金属元素还能在不同性质和不同成分的溶液中，形成不同种类的络合物，从而扩大了这些元素的活动性。3）络合物在水溶液中的溶解度，比简单化合物要大几百万倍。近年来，由于研究的结果证明了这一假说的重要性，获得很多人的支持。,38,(4)胶体溶液形式搬运成矿元素呈胶体溶液的形式进行搬运。依据：a)许多金属硫化物在胶体溶液中的含量，比在真溶液中至少大到上百万倍；b)胶体溶液可以在任何温度和压力条件下产生；c)在气水热液矿床中发现有胶体构造的矿石。问题：A)深部条件下的高压（大于1013105Pa），不可能形成气溶胶或气液溶胶，高温下不稳定；温度低相对稳定B)长距离搬运到形成矿石沉淀也是难的，原因是高温度或电解质加入均可以引起聚胶作用；C)胶体的粘度大，不能渗入细小的裂隙进行扩散或渗滤,认为存在最大可能是沉淀时是以胶体形式；,39,二、成矿元素的沉淀含矿热液是一个非常复杂的多组份的天然系统，在其成矿作用过程中各种因素均可一引起沉淀，如：1）物理化学条件的变化，2）与流经的各种不同成分的围岩相互作用；3）不同成分和性质的水溶液也可互相混合等等。主要有以下几种情况。,40,(1)温度的降低引起一些成矿元素的化合物或络合物溶解度的减小，导致这些元素的沉淀。引起溶液中硫化氢溶解度的增加，因而硫的浓度增高，从而有利于硫化物的沉淀。引起某些化学反应得以进行。如：PbS2H2OPb（OH）2H2SZnS2H2OZn（OH）2H2S当温度升高时，上式反应向右进行，降低时，则反应向左进行。,41,(2)压力的降低压力降低引起热液产生“沸腾”作用，将增加溶液的浓度，使挥发组份（CO2、HCl、H2O等）的减少，使剩余溶液的碱性增高，搬运金属的能力则降低。压力的降低能促使某些会挥发份化合物的分解，结果导致矿质的沉淀。如下列反应式，可在温度不太高的条件下，由于压力迅速降低，重碳酸盐发生分解而形成。Fe（HCO3）2FeCO3H2O十CO2菱铁矿一些稀土矿物从热液中沉淀，可能也是由于压力的降低而使络合物的分解和CO2的逸散所造成的。,42,(3)pH值的变化许多化合物或易溶的化合物，只能在溶液的一定pH值范围内才是稳定的，当pH值超过这个范围时，就会引起这