《矿床学》06-2 气水热液运移及元素搬运与沉淀.ppt

1、气水热液运移及元素搬运与沉淀,三、气水热液中成矿元素的搬运形式和沉淀,1.成矿元素的迁移方式,成矿元素在气水热液中的迁移方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）的迁移形式主要有以下几种假说：,1）卤化物形式,成矿元素是以易溶卤化物的形式随热液进行搬运的，在成矿作用中经化学反应而生成各种硫化物、氧化物、硫酸盐、碳酸盐等不溶物质沉淀。 a、气态挥发物(如FeCl3、AuCl3、SnF4)，高温下可能呈气态，温度降低变为液体并发生水解。如 SnF4+2H2O

2、=SnO2+4HF b、卤化物溶液形式（可溶盐简单离子），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，使卤化物溶液形式迁移的可能性减小。 从现有资料来看，卤族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。但是，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。,在热液中，成矿元素含量随挥发性组分浓度的增加呈几何指数关系迅速增高。,卤化物挥发组分对成矿元素的搬运能力,2）胶体溶液形式,由于在热液矿床中，发现有矿石的胶状构造，

3、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。 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。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，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。 但是，与卤化物相比，因高温下胶体不稳定并且容易被来自围岩的电解质凝胶，因此，一般认为仅在较低温环境中有胶体作用。,3）易溶络合物的形式

4、,在络合物的金属络阴离子，如ZnCl3-和CuCl3-、 ZnCl64-等。自然界，大多数的金属原子，都可以构成络合物的形成体（或称中心阳离子）。而一些硷（土）金属则构成络合物外面的阳离子。 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，含有络因离子的化合物叫络合物。 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-、AuCl43-、Au(HS)2-。 络合物在水溶液中的溶解度，比简单化合物要大几百万倍。并且它们在溶液中比较稳定。因此，被认为是热液成矿元素最重要的迁移形式。 一般

5、认为，在热液中有两种络合物最重要，即硫氢化物络合物和氯化物络合物。如果热液中硫的含量很丰富，就可能形成像Zn(HS）3-、 Fe(HS）3- 、 Hg(HS）3-等金属的络阴离子；如果溶液中氯的含量很高，则能形成AuCl2-、AuCl43-等氯化物络阴离子。,2、成矿元素的沉淀,含矿热液是一个非常复杂的多组份的体系，促使成矿元素从中沉淀的因素很多，如：,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或导致水解反应向有利于硫化物的沉淀的方向进行。如： PbS 2H2OPb（OH）2 H2S ZnS2H2OZn（OH）2 H2S 当

6、温度升高时，上式反应向右进行，降低时，则反应向左进行。,2）压力的降低,压力降低引起热液产生“沸腾”作用，使挥发组份（CO2、HCl、H2O等）减少，搬运金属的能力则降低，导致矿质沉淀。 压力的降低能促使某些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。,3）pH值的变化（影响溶解度）,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。因此

7、，pH值变化可能导致有用组分沉淀成矿。 许多化合物或易溶的络合物，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，就会引起这些化合物的分解和沉淀。 例如:UO2(CO3)34络阴离子团， 当溶液pH7.2，溶解度最大； 当溶液的pH值大于或小于这个数值时，它的溶解度会很快减小，产生分解和铀矿物的沉淀。 又如，SiO2在水中的溶解度不仅随温度的升高而增大，而且与pH值有直接关系，pH值9.6时，其在水中的溶解度很低，相反，当pH值10是，溶解度显著增加。,4）Eh值的变化,首先Eh值对变价元素（如S、U、V）有重要影响。 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

8、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，形成赤铁矿或褐铁矿。 Eh值降低可使易溶的高价U、V还原为难溶的低价的U、V，导致它们沉淀成矿。此外，Eh值也影响络合物的溶解度 。 U6U4 UO2(CO3)34 2eUO2十(CO3)2,5）不同性质溶液的混合,当不同成分或不同性质的溶液混合后，会改变热液系统的状态，破坏溶液的化学平衡，促使某些化学反应的发生，从而产生矿物的沉淀。 不同类型热液具有不同的温度、压力、pH和Eh值。不同类型热液混合后，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。 很多热液矿床的形成与两种或两种以上成

9、矿溶液的混合有关，主要是下渗大气降水与上升深源流体的混合有关。,6）热液与岩石发生反应（水-岩反应）,热液与岩石反应，发生物质交换，尤其是与岩石发生反应时的脱硫作用（desulfidation）被认为是热液中成矿物质沉淀的重要因素。 由于热液与岩石反应，改变溶液的ph值，使得络合物不稳定而分解沉淀；改变溶液的Eh值，使溶液中的变价元素不稳定发生沉淀。 总之，促使成矿元素沉淀的因素是多方面的，它们在成矿作用过程中，是相互影响互相联系的。,四、气水热液的运移,1.气水热液运移原因 含矿气水热液由于其本身具有的内压力，或是构造应力的驱动下，向压力减小的方向运移。在地壳中主要是由深部向浅部上升运移，从

10、高压向低压方向运移。 含矿气水热液运移的主要原因是压力差。 引起气液上升的原因（动力）主要有以下几种： 含矿气水热液的内力（内能内压） 构造应力作用 上覆岩层的静压力 封闭裂隙的真空泵吸作用 局部热源引起的热液环流,1）含矿气水热液的内力： 含矿气水热液本身具有较大的热能、较高的压力。这种热能和压力能推进气液向地壳中压力较低的地段运移。如岩浆中的高温高压气液可从岩浆中析出，向围岩的孔隙中扩散，或以火山喷发形式迅猛地到达地表。 2）构造应力： 在构造应力作用下，岩石发生形变破裂，如形成断裂，沟通了地下深处汇集在一起的气液区，促使深处的气液向浅部压力减小的方向运移。由于构造应力的驱动，可使含矿气液

11、由挤压区向压力较小的张开区流动。 3）上覆岩层的静压力： 地壳中气液的运动直接与上覆岩层的巨大压力有关。地壳不同深度有不同的压力，造成不同的静压力差。在这种静压力差的作用下，引起层间水（包括热卤水）向压力小的方向转移。,4）封闭裂隙的真空泵吸作用： 构造作用形成大量裂隙时，尤其是那些隐伏于地下并未与地表沟通的裂隙或裂隙的生成阶段，即封闭裂隙生成的瞬间产生真空状态，如果这种裂隙的一端与气液聚集地段连通，则气液因压力差而被吸入到裂隙中。同时，由于气液在深部所受上覆岩层的静压力，使气液挤入裂隙而上升。 5）局部热源引起的热液环流： 当上升的岩浆或地热流向地壳浅部运动时引起局部增温，其附近岩层中的地下水被加热，密度减小，比重减轻，内压增加