浅成低温热液贵金属矿床

读书报告浅成低温热液贵金属矿床的地质特征研究

浅成低温热液贵金属矿床的地质特征研究摘要：浅成低温热液型矿床是目前世界上最为重要的矿床类型之一，也是当前国际矿床学界研究的热点之一，是金银等贵金属矿的主要来源，浅成低温金矿具有低温、低压、低盐度、成矿深度浅的特点，本文主要从低温热液贵金属矿床的形成条件，形成机制，地化特征，围岩条件等几个方面详细介绍低温热液矿床浅成低温热液贵金属矿床基本含义是指形成于低温（200℃±，一般＜300℃）、低压（10~50MPa）、成矿深度浅（一般≤2km）、成矿流体w（NaCleq）低（一般＜5%），热液活动主要发生在火山-浅成岩体系统浅部的以产出Au、Ag贵金属为主（伴生Cu、Pb、Zn、Te等金属）的热液矿床。浅成低温热液矿床最早由林格伦(1933)提出，定义为形成深度小于1km和温度低于200℃的一类矿床。目前，国际上采用的分类方法为Hendenquist等（1994）提出的，主要依据矿床特征和成矿流体特点分为①高硫化型（简称HS），由酸性、氧化热流体形成；②低硫化型（简称LS），由近中性、还原热流体形成，但该分类体系具一定的地域性。成矿的宏观条件浅成低温热液型贵金属矿床可形成于板块俯冲带上盘的大陆弧或成熟的岛弧及弧后拉张动力学环境，特殊情况下，洋中脊（冰岛）也可形成，近年来陆内裂谷环境和陆陆碰撞由挤压向伸展转换时期的构造背景也受到较多关注，Karen等认为大多数Au-Ag-Te矿床与造山晚阶段或未发育成熟的裂谷有关。总之该类型矿床的形成与挤压地球动力学背景有关的拉张环境密切相关，其中高硫化型主要形成于挤压应力场环境，而低硫化型矿床主要产于张性或中性环境下。据现有文献，绝大多数浅成低温热液型贵金属矿床形成于中-新生代，统计数据显示中-新生代和古生代为该类型矿床2个重要的成矿期，其成矿时代集中偏新的原因可能主要是因其形成深度浅，要求矿床所在地壳稳定，剥蚀浅，才能在漫长地质历史中保存下来。在具备成矿物源条件下，结合成矿地球动力学背景及成矿时代，浅成低温热液金矿床的形成时间主要受其所处大地构造环境演化阶段控制。浅成低温热液型贵金属矿床产出区域常在基底岩石之上发育火山岩构成双层式结构，该类型矿床主要产于陆相火山岩及与其同时代的火山沉积岩中，有时也产于其下伏的各类基底岩石。大部分矿床产于火山活动中心（破火山口或火山锥）附近，发育火山碎屑岩和熔结火山碎屑岩，少数产于远离火山口的火山岩中，重要容矿构造形式有2种为断裂构造和热液角砾岩筒构造。有学者认为矿化常发生在具有良好分异的火山岩地区。与浅成低温热液型贵金属矿床成矿有关的岩浆岩组分常具高K质特征，智利安第斯火山弧中大多数该类型金矿床都产于白垩纪到新生代的高钾钙碱性火山岩中。近年来的研究显示，与浅成低温热液型金矿床有关的岩浆岩主要为碱性岩和斑岩。2成矿的微观条件1流体类型浅成低温热液贵金属矿床中H、O、S、C等同位素地球化学研究显示，其成矿流体主要为大气降水与岩浆水的混合热液（多数以大气降水为主）。其中高硫化型以岩浆水为主，性质为氧化、酸性流体，pH值＜2，w（NaCleq）＜5%，H、O同位素显示，从早到晚成矿流体系统演化呈现出岩浆水减少、大气降水增多的趋势；低硫化型矿床以大气降水为主，含有来自岩浆的挥发分S和C，属还原、近中性流体，w（NaCleq）多＜3.5%2流体演化转引李碧乐等（2010）相分离是斑岩型-浅成低温热液贵金属型矿床流体演化中普遍发生的过程，在浅部是矿质沉淀一种重要机制，在较深部（3~4km）可能为流体重新分配成矿元素的一种机制。Heinrich等、Pokrovski等对斑岩型和高中温热液脉型矿床中的流体包裹体研究结果表明，在温压条件变化较大（400~700℃，20~90MPa）的不同流体系统中，相分离过程中金属元素进入不同相的特性较为一致：Na、K、Fe、Mn、Zn、Rb、Cs、Pb、Ag、Sr、Sn和W优先进入液态流体相，Cu、Au、As和S等优先进入气水相(vapor)。Pokrovski等对无硫和含硫盐水体系实验模拟结果显示，在无硫体系中，金属元素主要向液相集中，即Km（元素在气体/卤水中质量分配系数）＜1；在含硫体系中，Au倾向于进入气水相，并且随S元素浓度的增大而增大。Nagaseki和Hayashi对Cu和Zn的沸腾体系中元素分配特征的研究也显示，Cu倾向于随S进入气水相。以上研究可能表明流体在相分离过程中成矿元素的重新分配与载矿元素（S、Cl等）在相分离过程中的行为密切相关。于典型的相分离深度（30~80MPa深度），因Au和Cu的Km比值大（Au≈7~100，Cu≤100），即使相分离中气水相只占原始流体质量的一小部分，也可分配可观的Au和Cu。Heinrich等根据流体包裹体分析和金的溶解实验结果推测，岩浆流体中含过量的铁的硫化物时，能够稳定地将具有成矿意义的Au（×10−6级别）运移至浅部典型的浅成低温环境成因模式浅成低温成矿理论自lindgren提出以后，经历了数十年，在取得的找矿成果和研究成就的支持下，不断完善、丰富和发展。随着人们对于该类矿床特征认识的不断深化，矿床成因模式也在不断更新。几十年来，许多研究者在研究过程中提出了该类型矿床的矿床模式，多数模式是基于近代成矿理论，综合考虑了浅成低温金矿的产出环境、地质特点等要素。其中，比较有代表性、影响较大的成矿模式有以下几种1981年，L·J·布坎南在综合了北美南部60个产在火山岩中的脉状金银矿床的地质资料后，建立了“综合性浅成火山热液金银矿床成矿模式”的理想剖面图+该模式展示了典型浅成低温矿床的垂直和水平矿物分带、矿物的沉积条件和金属成分的分布，代表了一般的浅成火山热液金银矿床，并在横向上和垂向上对于矿化和蚀变作用特征进行了总结，是较有影响的一个成矿模式。许多研究者在研究过程中注意到，浅成低温热液矿床形成与古热泉系统关系密切。1982年，美国学者贾尔斯和内尔逊研究了地热体系中低温热液金矿的特点，提出了浅部以角砾岩为容矿岩石的热泉金矿和浸染状金矿化模式。该模式展示了一个与深度有关的浅成热液矿床序列：近地表热泉矿床、浸染交代矿床和较深部位的富矿囊系统。该模式很好地反映了热泉金矿的沉积环境、矿石分带和矿床成因等。20世纪80年代以来，随着对浅成低温金矿的重视和找矿工作的深入开展，人们发现，地热体系中低温热液金矿和斑岩型铜（钼）矿床中的金银矿床是两类重要的金矿类型，在全球广泛分布，特别是在环太平洋带分布最多。以环太平洋带找矿和研究成果为基础，贾尔斯和内尔逊、R·H·西利托分别建立了两类矿床成矿模式。D·P·考克斯(1982)在综合了西利托等人的资料基础上，提出了斑岩铜-金矿床的描述性模式.以上模式比较成功地反映了浅成低温、斑岩型矿床的成因特征。这中间，R·H·西利托(1989)、hedenquist(1994)等许多学者在分析了不同类型的金银矿化后，还发现，许多成矿区（如菲律宾的碧瑶地区）金银矿化类型和斑岩型铜（钼）矿床同时出现，且存在着密切的成因联系。进一步研究认为，其实可能是同一热液成矿体系“垂向分带”演化过程不同阶段的结果，将二者视作一个成矿体系，归入到同一个产状模式中，建立了斑岩-浅成低温系统铜-金矿化类型模式。最近我国紫金山斑岩型铜矿外围浅成热液金矿的发现，也证明了这种“上金下铜”成矿模式的可取之处。这样，就为在斑岩系统中寻找大型浅成热液金银矿床和在浅成低温金矿系统中寻找斑岩型铜金矿床提供了依据，指明了方向。低硫化型矿床的形成机理低硫化型矿床空间上与侵入岩伴生,并位于其上方几km处,其典型蚀变矿物组合:石英冰长石绢云母碳酸盐;成矿流体以大气降水为主,含有来自岩浆的挥发份S和C,蚀变矿物组合和矿脉中的矿物组合反映了近中性的pH值。H2S(aq)是成矿流体中主要的含硫介质。矿石沉淀温度小于300℃,盐度小于3.5%NaCleq.。CO2和H2S浓度的升高会增加初始沸腾的深度。大量的矿物学、流体包裹体和稳定同位素证据表明,沸腾可能是导致低硫化型浅成低温热液型矿床贵金属和贱金属沉淀的主要原因。流体混合不可能是一种重要的成矿机制,通常仅局限于热液系统晚期崩塌阶段,经过蒸气加热的地下水进入成矿环境只产生不含矿的碳酸盐或硫酸盐。沸腾期间的去气(如H2S,H2Te,Te2)作用可以促进银金矿和贱金属硫化物的沉淀。如菲律宾的阿丘潘(Acu-pan)低硫化型金矿床和印度尼西亚的凯连(Kelian)低硫化型金矿床就是这方面的典型实例。当然,其他因素可能在矿床形成过程中也起到了一定作用,如凯连(Kelian)矿床中金的沉淀还与如下几个因素有关:(1)去硫化作用(贱金属与H2S反应);(2)还原的富硫含盐流体与还原的亏硫稀流体等温混合;(3)围岩硫化作用。高硫化型矿床的形成机理高硫化型矿床空间上与去气的钙碱性岩浆关系更为紧密,特征蚀变矿物组合为残余石英和深成进泥岩化蚀变(石英明矾石高岭石叶蜡石),成矿流体以岩浆成分为主,通过来自岩浆的SO2的分解,形成氧化的酸性流体,产生大量的硫酸和少量的H2S。温度变化范围较宽,可以从>400℃到100℃,但是盐度通常较低,一般小于5%NaCleq.,可是,也有不少高硫化型矿床的含矿流体的盐度要大于5%NaCleq.,如西班牙阿尔马利亚(Almeria)地区的帕莱—伊斯里卡(Palai—Islica)Au2Cu矿床,其中中硫化型的th为118～453℃,盐度0.2%～51.4%NaCleq.,高硫化型的th为224～381℃,盐度0.4%～41.1%NaCleq。同位素与流体包裹体证据表明,与低硫化型矿床形成主要受流体的沸腾控制不同,高硫化型矿床的形成主要受流体的混合控制,如保加利亚Che-lopech高硫化型Au2Cu矿床的原生包裹体研究揭示,可能来自岩浆的热卤水(≥221℃,≥20.4%NaCl)和温度更低的稀流体(≤175℃,≤6.3%NaCl)混合成矿,Sr-O-S同位素证据也支持上述结论。CarrilloRosua等(2003)认为高盐度岩浆流体导入与其他流体混合是西班牙Almeria地区Palai-Is-lica高硫化型Au2Cu矿床Au、Ag沉淀的最重要因素,尽管沸腾也很重要。但是,到目前为止,还不太清楚流体混合是如何导致矿石和脉石的沉淀,或者使金属在地下水中富集。对于高硫化矿床来说,如果金作为氯化物络合物在酸性的氯化物卤水中迁移,那么在与地下水混合期间由于稀释、冷却和/或pH值增加,都可能导致Au沉淀。相反,如果Au以硫化氢络合物在稀的酸性水中迁移,那么Au可能由于沸腾沉淀,也有可能流体混合导致氧化而沉淀,但不会是由于温度、盐度和pH值变化导致Au沉淀地化特征成矿时代早期发现的浅成热液金矿床绝大部分是中生代白垩世特别是新生代以来形成的。中国东部浅成低温热液金矿床的成矿年龄大致为145～67Ma,西太平洋岛弧区金矿床的形成年龄一般小于20Ma;美洲西部的成矿年龄主要为39～10Ma,比中国东部的该类型金矿床的形成时代要晚几十个百万年。然而,近年来,形成于古生代的浅成低温热液型金矿的发现也屡见报道,如李华芹测得新疆阿希金矿的含金黄铁绢英岩样品的Rb-Sr等时线年龄为(275±5)Ma;西滩金矿床的含金石英脉石英流体包裹体的Rb-Sr等时线年龄为(288±7)～(244±9)Ma,成矿作用主要发生于华力西晚期碰撞造山阶段,且持续了大约44Ma;甘肃南金山金矿床中的蚀变绢云母40Ar-39Ar同位素年龄为(250.6±2.8)～(232.7±4.1)Ma以及澳大利亚北昆士兰地区和Lachlan造山带及北美阿巴拉契亚造山带的几个古生代的浅成低温热液金-银矿床。表明这一时期可能是该类型金矿的又一重要成矿期。浅成低温热液型金矿床形成深度较浅,而且主要形成于隆起地区,容易被剥蚀,这可能是已发现的浅成低温热液型金矿床成矿时代集中偏新的原因。2成矿物质来源浅成低温热液金矿床的H、O同位素资料显示,成矿流体组成以大气降水为主,可能有部分岩浆水或变质水加入,但许多研究者认为浅成低温热液金矿床形成过程中有岩浆热液的参与,尽管其含量较少,但对成矿元素的运移等起了至关重要的作用。矿床的S、Pb同位素特征表明成矿物质具有多源性,既有岩浆来源,又有容矿围岩和基底变质岩成矿元素的加入,且不同成矿阶段具不同来源。Sr同位素也显示了成矿元素的多来源性。最近,研究人员利用保加利亚Madjrovo浅成低温热液金矿矿脉中重晶石的Sr同位素来示踪物质来源,结果表明,成矿流体中的Sr来自不同程度混合的岩浆和基底变质溶液,且远离变质基底矿脉中的Sr同位素组成显示出放射成因Sr减少的趋势。而对于成矿元素Au的来源,有些学者认为是地壳岩石在碰撞或者岛弧迁移之后,沉入地幔的岩石圈板片部分熔融从而导致地幔中硫化物的氧化释放出Au。矿质运移及沉淀：Au可能以氯络合物、硫（碲）氢络合物，还可能存在于硅胶体中运移，最近Heinrich等（2004）与Willians等（2005）提出热液体系中的蒸气可能是金属迁移的潜在重要介质；而Au于浅成低温热液环境中沉淀可能有多方面原因：沸腾、流体混合、冷凝或与围岩反应。Au若以氯化物络合物形式于溶液中迁移，500℃时其溶解度可大于100×10−6；若Au（HS）2（aq）形式存在于溶液中发生迁移，当H2S（aq）浓度高时，其络合物越稳定；二者可在冷却、稀释、酸性中和或混入Cu-Fe等硫化物等情况下发生沉淀。Au的溶解度可能会受流体的氧化还原和酸碱性条件协同作用的影响，m（H2S）与m（SO42-）的相对大小可指示流体氧化还原性质，Au的高溶解度可出现于：①还原（m（H2S）>>m（SO42-））到中等氧化的近中性流体；②中等氧化（m（H2S）≈m（SO42-））到强氧化（m（H2S）<<m（SO42-））的强酸性流体；蚀变、脉石矿物组合可指示流体的酸碱性，如方解石、冰长石和伊利石可作弱酸性到弱碱性流体的指示剂，泥化蚀变和石英可指示强酸性和中等氧化的特征。据此研究结果，可以从蚀变矿物和金属硫化物组合判断中酸性火山岩的含矿性：若见到蚀变矿物为方解石、冰长石及伊利石等指示成矿流体pH为中性的矿物，则该套岩石的含矿性与金属硫化物的含量呈正相关关系；若见到蚀变矿物为高岭石和石英等指示成矿流体为强酸性的矿物，则该火山岩的含矿性可能与金属硫化物的含量呈反相关，或至少过多的金属硫化物不利于Au的迁移富集成矿。低硫化型浅成低温热液矿床中Cu的含量很低，可能与低盐度、近中性的还原性流体不能携带足够的Cu有关。由于高硫化型和低硫化型矿床产于相对不同的构造背景，高硫化型主要形成于挤压应力场环境，而低硫化型矿床主要产于张性或中性环境下，因而两者矿质沉淀的机制也不同：沸腾可能是导致低硫化型浅成低温热液型矿床贵金属和贱金属沉淀的主要原因，沸腾期间的去气(如H2S、H2Te、Te2)作用可以促进银金矿和贱金属硫化物的沉淀；高硫化型矿床的形成可能主要受流体混合的控制。但有学者认为流体混合作用导致金属矿物沉淀重要性远不如沸腾作用，因浅成低温热液矿床所需要的高能量流体的水动力压力使流体混合只在热液系统的边缘才起作用围岩蚀变规律与找矿标志1硅化蚀变众所周知,硅化乃由富SiO2的含矿热液沿着围岩及已固结的石英脉破碎裂隙带充填时,一方面对原岩进行强烈的交代、改造,使原岩中的Fe、Mg、Ca、Na、Al等大量带出;另一方面又将硅质和大量Au、Ag等成矿物质带进来,在有利的条件下(如沸腾作用等)和硅一起沉淀、富集,形成含金硅化(蚀变)岩型和含金石英脉型矿体。在浅成低温热液矿床中普遍发育有硅化蚀变且与矿体关系密切。因此硅化可以作为寻找浅成低温热液矿床的特征标志。2萤石化蚀变银矿床,特别是大型-超大型银矿床多分布于萤石矿密集区,一些银成矿带与萤石成矿带基本一致。银矿中一般共生或伴生萤石化,萤石矿中多含有很高的Ag,甚至形成银-萤石矿床。银矿化的时代通常与萤石矿化时代相似或接近,说明一些银矿床与萤石有着密切的时空关系和成因联系。因而萤石可以成为寻找银矿的重要标志之一。3锰氧化带标志近年来随着一些含锰银矿床(内蒙额仁陶勒盖)的发现及该类型矿床的研究表明,银矿床与锰之间有着密切的关系,不仅表生作用下形成的铁-锰帽可以造成银的富集外,在原生矿石中也发现了银与锰的共生富集,常常形成硫锑锰银矿(Ag4MnSb2S6)、黑银锰矿[(Mn,Ag,Ca)Mn3O7·3H2O]等矿物。表生锰帽在野外呈现黑色易于识别,是寻找浅成低温热液型银矿床的直接标志。与Ag和银多金属矿密切相关。4泥化蚀变(泥化-叶腊石-高岭石-蒙脱石-伊利石)浅成低温热液金银矿床的围岩蚀变常常具有分带性,自含矿岩体中心向外侧依次发育硅化(泥化)、泥化(绢云母化)和青盘岩化。泥化蚀变带矿物类型主要为高岭石、蒙脱石、伊利石、叶腊石等。虽然泥化蚀变与矿体没有直接关系,但是作为矿体外围蚀变,泥化蚀变在地表易于识别,因此对于找矿具有指示性作用。有些学者提出,部分斑岩型矿床不存在泥化蚀变带,由于浅成低温热液型矿床常常和斑岩型矿床叠加共生,因此认为斑岩型矿床中的泥化蚀变是外围浅成低温热液型矿床的表现。5类矽卡岩化在浅成低温热液矿床的研究过程中,发现一些与浅成低温热液型金银矿床有关的矽卡岩型蚀变,矿物组合主要为透辉石、石榴石和帘石等一系列的类矽卡岩矿物,因此在这里称为类矽卡岩化。刘正桃研究指出,湘南浅成低温热液型矿床金属矿化具有分带性,下部的贱金属带发育大量的矽卡岩矿物,表现为矽卡岩化。广东金石嶂银多金属矿区也发育有大量的类矽卡岩化,是银多金属的主要矿化体。类矽卡岩化的形成可能与中酸性的次火山岩侵入活动有关,在浅成低温系统形成早期,中酸性的侵入体(或中酸性含矿流体)与碳酸岩等富钙围岩发生交代作用,在接触带上形成了类矽卡岩化蚀变。6冰长石与明矾石化依据冰长石和明矾石化的出现将浅成低温热液型金(银)矿划分呈冰长石-绢云母型和明矾石-高岭石型。在浅成低温热液环境下可以形成复杂,形态各异的冰长石,是热液沸腾时从过饱和溶液中晶出的,可以作为热液沸腾的指示剂。冰长石是钾长石的低温变种,是一种典型的低温热液矿物,它在金矿石中出现不仅为矿床成因研究提供了确切的证据,而且与金矿化有着十分密切的关系,冰长石化蚀变的部位往往是金银矿化定位的部位。冰长石是在金矿找矿中具有标型矿物和标志矿物双重意义的矿物之一。明矾石型金银矿表现为一套酸性硫酸盐的矿物组合,石英-明矾石化蚀变作为矿体的近矿蚀变与矿体关系密切,是矿体的主要赋存部位。研究现状和前景20世纪80年代以来,浅成低温热液型金矿无论在探矿实践还是理论研究上均取得了一系列有突破性的重大进展。诸如Bonham(1986)、Heald等(1987)、Berger等(1989)关于浅成低温热液型金矿床体系的建立及分类,Heald等(1987)、Sillitoe等(1990,1997)、Corbett(2002)等关于浅成低温热液矿床与其他侵入体或矿床,尤其是斑岩型矿床之间的成因联系。这些科研成果介绍到国内后被广泛采用并频繁见诸国内刊物,对中国的浅成低温热液型金矿研究产生了重大而积极的影响。在中国,尤其是上世纪新疆阿希大型金矿和福建紫金山特大型金矿的发现极大地推动和丰富了本国在浅成低温热液型金矿方面的理论研究和实践探索。进入21世纪,随着金的分析提取及冶炼技术的发展进步,一些难选冶、低品位的矿床逐渐得以开发。因而在探矿方面,人们更强调和期待在中国找到那些低品位、大吨位的浅成低温热液型金矿。总的来说,目前人们已经摆脱了浅成低温热液型金矿床仅仅形成于岛弧及大陆边缘地区一些年轻的火山岩系中的思想束缚,发现并认识到在内陆地区一些晚古生代陆相火山岩系中也可以赋存一定规模的浅成低温热液型金矿的事实。随着研究的深入,人们开始着重探究各种浅成低温热液型金矿的形成机理、区别于卡林型、斑岩型金矿的本质特征以及与钙碱性火山—次火山岩的成生联系、与斑岩型矿床是否深部岩浆同源等问题,而后者对探矿实践则有着重大的理论指导意义。最新对浅成低温热液型的金矿床进行研究的时候，主要将其分为三类，分别是岩浆弧形、裂谷型以及混合型。高硫型的金矿床是在挤压力比较大时与流体进行混合以后所形成的矿物质沉淀，而低硫型的金矿床则