第三章-气液矿床VIP

1、第三章第三章 气水热液矿床气水热液矿床一气水热液矿床及成矿总论资源地质学（Resourses Geology)一、气水热液矿床及成矿总论一、气水热液矿床及成矿总论 ：大量的地质资料表明，在内生成矿作用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、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有另一大类矿床，即与各种成因的气水热液有关的“气气水热液矿床水热液矿床”。 所谓所谓“气水热液气水热液” ” ，指在地壳一定深

2、度下（，指在地壳一定深度下（n-nn-n十公十公里）通过各种方式形成的具有较高温度和压力、以里）通过各种方式形成的具有较高温度和压力、以水水为为主的气态和液态物质。主的气态和液态物质。资源地质学（Resourses Geology)岩石圈内气液的产生与循环岩石圈内气液的产生与循环资源地质学（Resourses Geology) 主要组分：主要组分：H2O，水。，水。挥发份挥发份O、CO2、H2S、SO3、HCl、HF；盐类物质：盐类物质：K、Na、Ca、Mg、Ba、Sr等的硫等的硫酸盐酸盐SO2-4),氯化物氯化物(Cl-)，氟化物，氟化物(F-)，硼酸盐，硼酸盐（B）等。）等。成矿元素：成矿

3、元素： 亲铜元素亲铜元素Cu、Pb、Zn、Au、Ag、Sn、Sb、Bi、Hg。 过渡元素过渡元素Fe、Co、Ni、Mn、W、Mo、Be、TR、U、In、Re。资源地质学（Resourses Geology)（二）气水热液的来源（二）气水热液的来源 气水热液的来气水热液的来源是这类矿床的一源是这类矿床的一个重要问题。由于个重要问题。由于其来源十分复杂，其来源十分复杂，因此人们曾提出过因此人们曾提出过多种看法，争议较多种看法，争议较大。这个问题，也大。这个问题，也是人们目前大力研是人们目前大力研究的一个课题。究的一个课题。 气水热液的来源气水热液的来源可分为五种基本来可分为五种基本来源源资源地质学

4、（Resourses Geology) 资 料 表 明 ，资 料 表 明 ，成矿的热水溶液是成矿的热水溶液是多组分体系多组分体系，其来，其来源是源是多途径多途径，类型，类型是是多种多样多种多样的，而的，而且不同来源和成因且不同来源和成因的溶液常常是相互的溶液常常是相互掺杂混合。从根本掺杂混合。从根本来讲，几乎气水热来讲，几乎气水热液均通过火山作用液均通过火山作用来自于地球内部，来自于地球内部，不同来源的水有不同的氢、氧同位素组成不同来源的水有不同的氢、氧同位素组成资源地质学（Resourses Geology)1. 1.岩浆水岩浆水： 资源地质学（Resourses Geology)岩浆水产生

5、和岩浆水产生和喷发喷发资源地质学（Resourses Geology) 人们不可能直接识别岩浆水，但通过氢人们不可能直接识别岩浆水，但通过氢- -氧同位素的计氧同位素的计算可以确定岩浆水的参与：算可以确定岩浆水的参与： DD=-80=-80-40-40（DD=-=-8080-50-50）；）； 1818O OH H2 2O O= 5.5= 5.59.59.5（或（或 1818OOH H2 2OO=6=688）。）。 H-OH-O同位素与同位素与初生水初生水相似，相似，COCO2 2 、 NaNa+ + 、 K K+ + 、 SiSi4+4+、 AlAl3+3+ 、 SOSO4 42-2-、Cl

6、Cl- -有所增加。有所增加。 资源地质学（Resourses Geology) 指直接来源于上地幔指直接来源于上地幔“去气作用去气作用” ” （“脱气脱气”，“除除气气”）所形成的气水热液。）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。已经存在。 一般通过测量上地幔硅酸盐的一般通过测量上地幔硅酸盐的H-OH-O同位素组成来推断同位素组成来推断“初生水初生水”的组成其氢氧同位素为的组成其氢氧同位素为: : D=-48 D=-48（或或-70-70-30-30），）， 1818O OH2OH2O=7=7（或或668

7、.58.5）。）。 成分中成分中COCO2 2含量很高，可达含量很高，可达78.54%78.54%，且常见纯，且常见纯COCO2 2（占占100%100%）的包裹体，其中金属元素以富含）的包裹体，其中金属元素以富含Fe,Mg,MnFe,Mg,Mn为特征。为特征。资源地质学（Resourses Geology)地幔去气作用地幔去气作用资源地质学（Resourses Geology) 3.3.变质水变质水，或称或称“花岗岩化热液花岗岩化热液” ： 资源地质学（Resourses Geology)变质水的形成作用变质水的形成作用资源地质学（Resourses Geology) 资源地质学（Resou

8、rses Geology)资源地质学（Resourses Geology) 后生下渗溶液后生下渗溶液 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、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。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的变化有规律地改变，一般说来，大气降水的同位素组成D=-D=-340340+50+50， 1818OOH H2 2O O=-44=-44+10+10。资

9、源地质学（Resourses Geology)这种地下水热液在循环流动过这种地下水热液在循环流动过程中，不断发生程中，不断发生“水水- -岩反岩反应应” ” ，从围岩，矿源层，甚，从围岩，矿源层，甚至从已形成的矿床中溶解萃取至从已形成的矿床中溶解萃取大量成矿物质以及盐类，形成大量成矿物质以及盐类，形成含矿热卤水或含矿热液：含矿热卤水或含矿热液：水水热水热水热卤水热卤水含矿热液含矿热液（含矿热卤水）（含矿热卤水）资源地质学（Resourses Geology) 资源地质学（Resourses Geology) 海水可以在海底岩石中下渗几公里，甚至十几公里，海水可以在海底岩石中下渗几公里，甚至十几

10、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裂上升至海底，形成海底喷发和海底“烟囱烟囱”。 近代海水的近代海水的DD和和 1818O OH H2 2O O都近于都近于00（或均为（或均为1155）含含SOSO4 42-2-，盐度盐度3.5%3.5%。 5.5.混合水混合水 指上述各种水溶液不同程度、不同比例的混合。由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，水的于水、岩石

11、间的同位素交换反应，水的DD和和 1818OOH2OH2O 均均有变化。有变化。资源地质学（Resourses Geology)（三）气水热液的运移及其矿质的沉淀：（三）气水热液的运移及其矿质的沉淀：资源地质学（Resourses Geology)资源地质学（Resourses Geology)资源地质学（Resourses Geology)构造压力引起流体构造压力引起流体流动流动资源地质学（Resourses Geology)资源地质学（Resourses Geology)浓度差、密度差、热差引浓度差、密度差、热差引起气液流通循环起气液流通循环资源地质学（Resourses Geology)

12、资源地质学（Resourses Geology)资源地质学（Resourses Geology)资源地质学（Resourses Geology)资源地质学（Resourses Geology) 3.3.气水热液中成矿物质的搬运方式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。专属性等等都有直接的联系。 资源地

13、质学（Resourses Geology)资源地质学（Resourses Geology)资源地质学（Resourses Geology)资源地质学（Resourses Geology)资源地质学（Resourses Geology)资源地质学（Resourses Geology)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

14、溶化合物而沉淀下来。化学反应形成难溶化合物而沉淀下来。当溶液中富硫时，可形成当溶液中富硫时，可形成Zn(HS)Zn(HS)2 2 、Fe(HS)Fe(HS)3 3) ) ，Hg(HS)Hg(HS)3 3 络阴离子，当溶液中富氯时，可形成络阴离子，当溶液中富氯时，可形成ZnClZnCl3 3 CuClCuCl3 3 2 2, FeCl, FeCl6 6 3 3等络阴离子等络阴离子资源地质学（Resourses Geology) 以卤化物的形式以卤化物的形式： 我们在许多矿床的矿石矿物中常见到的硫化物，氧化物，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

15、，黑钨矿，赤铁矿，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物中含有大量的HCl,HFHCl,HF等气体等气体. .火山热泉中常含有高盐度的氯火山热泉中常含有高盐度的氯化物溶液及含丰富的化物溶液及含丰富的Pb.Zn.Cu.Fe.Ag.W.MoPb.

16、Zn.Cu.Fe.Ag.W.Mo等成矿元素。等成矿元素。 一些高温热液矿床，矽卡岩矿床中含有多量一些高温热液矿床，矽卡岩矿床中含有多量F,ClF,Cl等气成矿等气成矿物。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的K,NaK,Na氯化物溶液。重金属的简单卤化物具有高挥发性和溶解氯化物溶液。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。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 Geology) 以胶体的形式以胶体的形式 ： 由于在热液矿床中，发现有矿石的胶状

17、构造，因此许多地由于在热液矿床中，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解度大100100万倍。而且胶体溶液的形成条件，几乎可以在任何万倍。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。温度、压力条件下产生。 在气水热液成矿过程中，在气水热液成矿过程中，SiOSiO2 2，Fe(OH)Fe(OH)3 3，AuAu，AgAg，PbPb，ZnZn等硫化物或其它化合物均能以

18、胶体状态迁移。金矿：黄铁等硫化物或其它化合物均能以胶体状态迁移。金矿：黄铁矿型金矿，石英多金属脉型金矿，斑岩型金矿，矽卡岩型金矿，矿型金矿，石英多金属脉型金矿，斑岩型金矿，矽卡岩型金矿，石英脉金矿中均有产出。石英，硫化物，硅酸盐，碳酸盐，铁石英脉金矿中均有产出。石英，硫化物，硅酸盐，碳酸盐，铁的氧化物等均可作为胶体金的载体矿物。的氧化物等均可作为胶体金的载体矿物。 资源地质学（Resourses Geology)资源地质学（Resourses Geology)4.4.气水热液中成矿物质沉淀的原因气水热液中成矿物质沉淀的原因 成矿物质在气水热液中经过一定距离搬迁之成矿物质在气水热液中经过一定距离

19、搬迁之后，如果环境的物理后，如果环境的物理- -化学条件发生变化，或者溶化学条件发生变化，或者溶气液的成分和性质发生了改变，气水热液体系的化气液的成分和性质发生了改变，气水热液体系的化学平衡就会被破坏，因而其中被携带的成矿物质就学平衡就会被破坏，因而其中被携带的成矿物质就会呈各种形式沉淀集中，形成各种金属硫化物及氧会呈各种形式沉淀集中，形成各种金属硫化物及氧化物等。引起成矿物质沉淀富集的原因有：化物等。引起成矿物质沉淀富集的原因有： 资源地质学（Resourses Geology)ZnCl2(aq) + H2S = ZnS + 2 Cl- + 2H+资源地质学（Resourses Geolog

20、y) 由于水解作用由于水解作用： 一些高价阳离子一些高价阳离子FeFe3+3+、SnSn4+4+、TiTi4+4+、ZrZr4+4+、HfHf4+4+、TaTa5+5+等的等的络合物，当其分解后常发生水解，形成氧化物或硫化物：络合物，当其分解后常发生水解，形成氧化物或硫化物： 2Na2Na3 3FeClFeCl6 6+3H+3H2 2OFeOFe2 2OO3 3+6NaCl+6HCl.+6NaCl+6HCl. 由于温度、压力及组分浓度的变化由于温度、压力及组分浓度的变化，破坏了体系的化学，破坏了体系的化学平衡，如平衡，如PbPb、ZnZn等的硫化物在热液中与其氢氧化物和硫化氢等的硫化物在热液中

21、与其氢氧化物和硫化氢HH2 2S S的平衡是与压力、温度相关联的：的平衡是与压力、温度相关联的： Pb(OH)Pb(OH)2 2+H+H2 2SPbS+2HSPbS+2H2 2OO（降温向右，升温向左降温向右，升温向左） Zn(OH)Zn(OH)2 2+H+H2 2SZnS+2HSZnS+2H2 2OO（降温向右，升温向左降温向右，升温向左） 温度、压力对于这几个平衡式有很大的影响，当温度降低时温度、压力对于这几个平衡式有很大的影响，当温度降低时反应向右进行，形成硫化物沉淀。升温时反应向左进行。反应向右进行，形成硫化物沉淀。升温时反应向左进行。资源地质学（Resourses Geology)资

22、源地质学（Resourses Geology)Cu(HS)3- = CuS + HS- + 2H2S资源地质学（Resourses Geology)资源地质学（Resourses Geology)（四）气水热液矿床的成矿方式：（四）气水热液矿床的成矿方式： 由于各种化学反应的结果，促使矿物在围岩中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。这些化学反应可以直接在大量沉淀析出形成矿床。这些化学反应可以直接在母岩体顶部或接触带附近，或在远离母岩体的裂隙母岩体顶部或接触带附近，或在远离母岩体的裂隙空洞中，或在任何岩石的裂隙中，沉淀析出的矿物空洞中，或在任何岩石的裂隙中，沉淀析出的矿

23、物充填在裂隙内，成为充填矿床充填在裂隙内，成为充填矿床。 也可以与围岩发生置换化学反应，交代围岩，形也可以与围岩发生置换化学反应，交代围岩，形成交代矿床。因此，气水热液矿床成矿方式可以分成交代矿床。因此，气水热液矿床成矿方式可以分为两种，为两种，即充填作用和交代作用即充填作用和交代作用。资源地质学（Resourses Geology)资源地质学（Resourses Geology)资源地质学（Resourses Geology)资源地质学（Resourses Geology)角砾状构造汞矿石资源地质学（Resourses Geology)资源地质学（Resourses Geology)资源地质

24、学（Resourses Geology)资源地质学（Resourses Geology)资源地质学（Resourses Geology)资源地质学（Resourses Geology)资源地质学（Resourses Geology)资源地质学（Resourses Geology)资源地质学（Resourses Geology)资源地质学（Resourses Geology)资源地质学（Resourses Geology)资源地质学（Resourses Geology)资源地质学（Resourses Geology) 1.1.定义定义：在气水热液矿床的形成过程中，由于交代在气水热液矿床的形成过程

25、中，由于交代作用，使矿体的围岩发生物理作用，使矿体的围岩发生物理- -化学以及矿物成分上的化学以及矿物成分上的种种变化叫做围岩蚀变。发生蚀变作用的岩石叫做蚀种种变化叫做围岩蚀变。发生蚀变作用的岩石叫做蚀变围岩，形成的矿物称蚀变矿物。（变围岩，形成的矿物称蚀变矿物。（重结晶作用形成重结晶作用形成的大理岩、角岩均不是围岩蚀变）。的大理岩、角岩均不是围岩蚀变）。资源地质学（Resourses Geology)资源地质学（Resourses Geology)资源地质学（Resourses Geology) 资源地质学（Resourses Geology)蚀变与矿化蚀变与矿化资源地质学（Resourses Geology) 4.4.研究围岩蚀变的重要意义研究围岩蚀变的重要意义： 矿床学研究的理论意义矿床学研究的理论意义：由于围岩的蚀变作用与：由于围岩的蚀变作用与成矿作用的发生，在时间上基本一致，即围岩蚀变发成矿作用的发生，在时间上基本一致，即围岩蚀变发生在成矿的稍前，稍后，或成矿期间。它们二者在空生在成矿的稍前，稍后，或成矿期间。它们二者在空间上也紧密地共生在一起。并且二者是在一个相同的间上也紧密地共生在一起。并且二者是