第五章气水热液矿床

1、中国地质大学（武汉）China University of Geosciences矿床学Ore deposit geology第五章第五章 气水热液矿床概论气水热液矿床概论the pneumatolito-hydrothermal deposit中国地质大学（武汉）China University of Geosciences矿床学Ore deposit geology一、概 述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、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“气水热液矿床”。“气水热液” ，指在地壳一定深度下通过各种方

2、式形成的具有较高温度和压力、以水为主的气态和液态溶液。因其成分以水为主，并主要呈液态，故称为气水热液，或简称为热液。这种成分以水为主及含有多种挥发组分和多种成矿元素的气水热液含矿气水热液。中国地质大学（武汉）China University of Geosciences矿床学Ore deposit geology气水热液的成分与状态热液成分（1）主要成份：H2O（盐度一般为几%几十%）（2）其他挥发组分： O、CO2、H2S、SO3、HCl、HF； （3）盐类物质：K、Na、Ca、Mg、Ba、Sr等的硫酸盐SO2-4),氯化物(Cl-)，氟化物(F-)，硼酸盐（B）等。（4）成矿元素： 亲铜元

3、素Cu、Pb、Zn、Au、Ag、Sn、Sb、Bi、Hg。 过渡元素Fe、Co、Ni、 稀有稀土和放射性元素W、Mo、Be、Th、U、In、Re。温度及物理状态：（1）温度变化范围：50800C，一般成矿温度：100600C（2）压力4106 2.5108 Pa，形成深度不超过6-8Km。 （3）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）中国地质大学（武汉）China University of Geosciences矿床学Ore deposit geology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

4、、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、Nb、Ta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、石棉等中国地质大学（武汉）China University of Geosciences矿床学Ore deposit geology二、气水热液的来源（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

5、过多种看法，争议较大。这个问题是地学工作者重点研究的一个课题。 资料表明，成矿的热水溶液是多组分体系，有多种来源，而且不同来源或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。 总括起来成矿气水热液的来源主要有以下5种类型：岩浆热液；地下水热液；海水热液；变质热液及地幔来源流体。中国地质大学（武汉）China University of Geosciences矿床学Ore deposit geology（一）岩浆热液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。这类热液来自于岩浆

6、。 由岩浆热液形成的矿床总是和岩浆侵入体有密切的联系。岩浆是一种成分很复杂的流体，它主要由硅酸盐、氧化物和挥发份组成。其中挥发份约占510%，且以水为主。在高温时，岩浆是一种均匀的熔融体，但随着温度逐渐下降，压力降低，这时熔浆中的水等挥发份逐渐集中，于是形成了高温的含矿气水热液。2、氢-氧同位素特征：D=-80-40（D=-80-50）18OH2O= 5.59.5（或18OH2o=68）H-O同位素与初生水相似，CO2 、 Na+ 、 K+ 、 Si4+、 Al3+ 、 SO42-、Cl-有所增加。(高盐度，富K+ ) 不同成因水的同位素组成简图2、氢-氧同位素特征：D=-80-40（D=-8

7、0-50）18OH2O= 5.59.5（或18OH2o=68）中国地质大学（武汉）China University of Geosciences矿床学Ore deposit geology 岩浆热液是由岩浆在演化过程中分异形成的。包括由岩浆液态不混熔作用分出来的热液和岩浆在结晶分异过程中分异出来的热液。岩浆房岩浆房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。中国地质大学（武汉）China University of Geos

8、ciences矿床学Ore deposit geology岩浆源气水热液的主要依据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）;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）流体包裹体研究中国地质大学（武汉）China University of G

9、eosciences矿床学Ore deposit geology岩浆热液活动有一定的温-压条件，压力主要在1000105 2000105Pa左右，说明它存在的深度一般不超过7 8Km，温度为100 8000C。过高的温压条件会使岩浆热液重新溶解到岩浆体系中去，而不表现出单独活动的性质。岩浆分异出热液的过程是地质学者重视的一项内容。Burham(1979)认为常见的长英质岩浆中，含水量一般为2.5%6.5%，平均3.0%。水在几种硅酸盐岩浆中的溶解度，随着压力的增加而增大。压力降低，水就会从岩浆中释放出来，形成熔有K、Na、Ca、Mg、Cl、F、 CO32-、HS-、HCO3-等的岩浆热液。中国

10、地质大学（武汉）China University of Geosciences矿床学Ore deposit geology(二)地下水热液 1、成因 地下水热液是指大陆地区向下渗透的地下水及沉积物中的封存水因地热梯度的影响和（或）受深部岩浆的烘烤，温度升高、化学活动性增强，进而从所流经的岩石中溶解了成矿物质而形成的。可细分为后生下渗溶液和同生沉积溶液（建造水、同生水或封存水）。 地下水热液的成分主要来自围岩，由地下水热液形成的矿床，其矿石成分特征往往与围岩的一致。在矿床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。 2、特征： 氢氧同位素接近大气降水

11、线（温度多为中低温，多富Ca2 Na） 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D=-340+50，18OH2O=-44+10。 中国地质大学（武汉）China University of Geosciences矿床学Ore deposit geology 当大气降水进入地壳表层以后，在渗流和环流作用中，受地热的影响或岩浆、火山活动的影响，使得这些水加热升温，以至其温度达到300400 ，温度升高后的地下水密度变小，内能内压增强，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

12、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： 大气水热水热卤水含矿热液（含矿热卤水）中国地质大学（武汉）China University of Geosciences矿床学Ore deposit geology 大气水补给区 热液矿床形成区循环区混合区岩株岩株矿床矿床由大气水参加的热液矿床形成图解中国地质大学（武汉）China University of Geosciences矿床学Ore deposit geology大气降水与中低温对流型地热系统模式1-围岩；2-地表水；3-水流方向；4-地热分带

13、中国地质大学（武汉）China University of Geosciences矿床学Ore deposit geology （三）海水热液海水热液分布于海洋区，是由向下渗透的海水形成的。在海洋底部，海水可沿裂隙，构造变动带下渗到地壳的深部，受深部岩浆的烘烤和地热梯度的影响，温度升高、化学活动性增强进而从所经岩石中溶解了成矿物质而形成的。此种热液多形成于洋中脊及岛弧环境。热液H2O的氢氧同位素接近海水的标准值。近代海水的D和18OH2O都近于0（或均为15）含SO42-，盐度3.5%。在现代海底，如红海、索尔顿海海底都发现有高盐度的卤水，其中有含量不同的金属（如铅、锌、铜等），元素的种类和含

14、量与世界上这类矿床的一致。 中国地质大学（武汉）China University of Geosciences矿床学Ore deposit geology海水热液及其成矿模式海水沿着海底的深大断裂下渗到洋壳深处，形成环流热液。与岩石发生水-岩反应，变成含矿热卤水，然后沿着海底断裂、火山口或爆破带上升至海底，与海水作用形成块状硫化物矿床。中国地质大学（武汉）China University of Geosciences矿床学Ore deposit geology大气水海水岩浆水地幔热流中国地质大学（武汉）China University of Geosciences矿床学Ore deposit

15、geology（四）变质热液 1、成因： 变质热液是在变质过程中，因矿物和岩石的脱水作用而形成的。 如岩浆岩、沉积岩都含有一定数量的水，在变质过程中，由于温度和压力升高而释放出水，然后汇聚成为热液。岩石变质程度愈深，释放出的水愈多。 沉积岩（含水30%）绿片岩相（6%）角闪岩相（1-2%）麻粒岩相（0.5%)） 岩石变质程度越深，含水越多。这些水由深变质带向低变质带迁移，并不断萃取成矿组分，形成含矿热液。 2、特征： H2O的18O=525，D= -20 -65。 一般来说，低级变质作用产生的流体富含H2O；高级变质相中产生的流体以高密度CO2为主；原岩如为蒸发岩，则放出富含NaCl的卤水，原

16、岩为碳质的沉积岩，则放出富含水和CO2的流体。中国地质大学（武汉）China University of Geosciences矿床学Ore deposit geology（五）地幔热液 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，它们是直接来源于上地幔“去气作用” （“脱气”，“除气”）所形成的。 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，是与地幔岩石处于平衡的气体和挥发分（初生水或原生水），可能以沿深大断裂向地壳浅部运移为重要机制。 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-

17、70-30）， 18OH2O=7（或68.5）。 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。中国地质大学（武汉）China University of Geosciences矿床学Ore deposit geology地幔流体存在的证据1）地球物理研究表明， 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上升，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。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，

18、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。中国地质大学（武汉）China University of Geosciences矿床学Ore deposit geology三.成矿物质的来源热液矿床的成矿物质来源可分为三方面1.上地幔或地壳深部源 （来自岩浆热液）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

19、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。（来自变质热液或地下水热液 ）3.萃取围岩源（水岩交换) （来自热液渗滤的围岩）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。中国地质大学（武汉）China University of Geosciences矿床学Ore deposit geology 4.气水热液与其成矿物质间的关系（1）气水热液（介质）的来源具有多源性；在成矿过程中，往往不是单一含矿热液起作用，而是以某一种热液为主，混合有其它类型热液；（2）气水热液中的成矿物质也具有多源的；（

20、3）介质和矿质即可同源，又可异源；（4）气水热液决定成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。中国地质大学（武汉）China University of Geosciences矿床学Ore deposit geology四、热液中主要挥发组分的性状及其影响 在气水热液成矿作用过程中，挥发组分的性状对其有较大的影响。特别是F、Cl 、S、 CO2 1、卤族元素： 热液中主要卤族元素是F和Cl 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

21、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有用组分的迁移。中国地质大学（武汉）China University of Geosciences矿床学Ore deposit geology 2、S： 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）。 还原态为H2S，是弱电解质和重要的矿化剂，性状如下： （a）温度400C，H2S为中性分子，不电离，或分解为 S和H2。 （b) 温度400C，H2S开始电离， 电离出的HS-常可与多种金属元素结合形成易溶络合物，有助

22、于元素在热液中迁移。 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。中国地质大学（武汉）China University of Geosciences矿床学Ore deposit geology3、CO2：高温条件下为中性分子，温度降低水化为H2CO3并解离，H2CO3= H+HCO3(利于矿质迁移) HCO3= H+CO32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。中国地质大学（武

23、汉）China University of Geosciences矿床学Ore deposit geology五、成矿元素在热液中的迁移与沉淀（一）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：中国地质大学（武汉）China University of Geosciences矿床学Ore deposit geology1、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

24、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，温度降低发生水解。如SnF4+2H2O=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

25、运。 中国地质大学（武汉）China University of Geosciences矿床学Ore deposit geology2、胶体溶液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。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

26、盐，碳酸盐，铁的氧化物等均可作为胶体金的载体矿物。 因高温下不稳定并且会不断有来自围岩的电解质，因此仅在较低温环境中有胶体作用。中国地质大学（武汉）China University of Geosciences矿床学Ore deposit geology3、易溶络合物的形式 在自然界，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

27、体（酸根及氢氧根等）例：AuCl2-、AuCl4-、Au(HS)2-。 因不存在游离的成矿元素离子，因此其溶解迁移能力不受热液中S2和CO32的影响。 影响因素是络合物的不稳定常数和配位体的浓度及PH值等。为最重要的迁移形式，中国地质大学（武汉）China University of Geosciences矿床学Ore deposit geology 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。大多数络合物的溶解度很大，如Ag（HS）比Ag的溶解度大1091012倍。 络合物还具有很大的稳定性，在溶液中能长距离搬运，而不

28、致于在中途发生水解和沉淀。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。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。中国地质大学（武汉）China University of Geosciences矿床学Ore deposit geology4、真溶液的形式 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。 但是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，例如铜的硫化物在不同温度（25400）和不同的

29、pH值（713）的溶液中，溶解度变化范围为1010-62.310-24克分子/升。此外，矿物中的其它金属矿物如赤铁矿、锡石、黑钨矿等基本上也是不溶于水的。那么，要形成硫化物矿床，就需要多得不可估量的海水，例如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。 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，而不是它们呈真溶液在热液中的最初形式，或说明它们就是呈真溶液形式搬运的。中国地质大学（武汉）China University of Geosciences矿床学Ore depo

30、sit geology（二）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）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。 中国地质大学（武汉）China University of Geosciences矿床学Ore deposit geology1、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，导致水解反应和H2S、H2CO3等电离产生S2、CO32。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

31、： PbS 2H2OPb（OH）2 H2S ZnS2H2OZn（OH）2 H2S当温度升高时，上式反应向右进行，降低时，则反应向左进行。中国地质大学（武汉）China University of Geosciences矿床学Ore deposit geology2、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CO

32、2 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。中国地质大学（武汉）China University of Geosciences矿床学Ore deposit geology3、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，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

33、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。中国地质大学（武汉）China University of Geosciences矿床学Ore deposit geology4、 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中国地质大学（武汉）China Un

34、iversity of Geosciences矿床学Ore deposit geology5、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，会改变合矿热液系统的状态，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。中国地质大学（武汉）China University of Geosciences矿床学Ore dep

35、osit geology6、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，体系中水量减少，造成部分物质 沉淀。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。中国地质大学（武汉）China University of Geosciences矿床学Ore deposit geology六、气水热液的运移（一）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，由原在地向压力减小的方向运移。在地壳中主要是由

36、深部向浅部上升运移，从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虹吸作用局部热源引起的热液环流中国地质大学（武汉）China University of Geosciences矿床学Ore deposit geology1.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

37、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。中国地质大学（武汉）China University of Geosciences矿床学Ore deposit geology 4.封闭裂隙的真空虹吸作用： 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

38、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， 因而能向上部的开放裂隙运动。而原来温 度较低的水则因重力而下降，当靠近局部 热源后被加温，又向上部运动。如此往复 循环，围绕局部热源形成不同温度的地下 水热液对流系统。中国地质大学（武汉）China University of Geosciences矿床学Ore deposit geology中国地质大学

39、（武汉）China University of Geosciences矿床学Ore deposit geology（二）热液运移的通道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 中国地质大学（武汉）China University of Geosciences矿床学Ore deposit geology a、导矿构造：把深部含矿热液引入矿田及矿带的构造（深断裂、陡渗透性岩层），控制矿田及成矿带的分布。 b、配矿构造：把热液从导矿构造引入成矿地段的构造（与导矿构造相通的断裂、裂隙带、透水层），控制矿床的分布。 c、容矿构造：矿质沉淀成矿时所在的构造（与配矿构造相通的次级断裂、裂隙、

40、层间剥离构造、透水层等），直接控制矿体形状和分布。导矿、配矿、容矿构造关系图构造在热液运移过程中的作用中国地质大学（武汉）China University of Geosciences矿床学Ore deposit geology七、气水热液矿床的形成方式中国地质大学（武汉）China University of Geosciences矿床学Ore deposit geology（一）充填作用及充填矿床1、概念：含矿气水热液在化学性质不活泼的围岩中流动时，基本上不与围岩发生物质成分的交换，主要是由于物化条件的改变，使热液中的成矿物质直接沉淀于已有的各种裂隙和孔隙内的作用，称为充填作用。由充填作用

41、方式形成的矿床称为充填矿床。 充填作用发生的基本条件：围岩化学性质不活泼；围岩中有裂隙或孔洞；矿质的沉淀受物理化学条件影响，没有明显化学反应。中国地质大学（武汉）China University of Geosciences矿床学Ore deposit geology2、充填矿床的特征 （1）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。 （2）矿体形态：多呈脉状，受裂隙控制， （3）矿体与围岩接触界线规则清楚，为突变接触关系，矿脉两壁平直或相互吻合。 （4）矿石构造：典型的矿石构造有对称带状构造、梳状构造、晶洞构造、晶簇构造、角砾状构造等。 石英脉型钨、锡、金矿等为典型的充填矿床

42、。中国地质大学（武汉）China University of Geosciences矿床学Ore deposit geology充填作用形成的矿石构造角砾状构造环状构造中国地质大学（武汉）China University of Geosciences矿床学Ore deposit geology （1）梳状构造； （2）鸡冠状构造； （3）角砾状构造充填矿床中的矿石构造中国地质大学（武汉）China University of Geosciences矿床学Ore deposit geology充填矿脉特征A-囊状矿脉；B-透镜状矿脉；C-席状脉；D-雁行状矿脉；E-链环状矿脉。 充填脉中矿物的生

43、长情况1-脉壁；2-石英晶体；3-闪锌矿；4-紫水晶；5-晶洞中国地质大学（武汉）China University of Geosciences矿床学Ore deposit geology（二）交代作用及交代矿床 1、 概念： 热液（流体）与围岩发生化学反应或置换作用称为交代作用。由交代作用造成矿质的聚集而形成的矿床称为交代矿床。 交代作用的特点： （a）原矿物的溶解与新矿物的沉淀同时进行； （b）在交代过程中岩石始终处于固体状态； （c）交代前后岩石体积基本不变。 交代作用发生的基本条件： 围岩化学性质活泼；有组分浓度差或压力差； 热液体系的物理化学性质（温度和压力条件）。中国地质大学（武汉

44、）China University of Geosciences矿床学Ore deposit geology2、交代矿床的特征 (1)矿体形态多不规则，矿体与围岩没有明显界线，呈渐变过渡接触关系。 (2)矿体中常见交代残余的围岩块体。 (3)矿石常发育交代结构、交代残余结构构造（矿石中常保存原岩的结构构造，如层理、交错层、片理、化石 ）。 (4)由交代形成的矿物常有较好的晶形。 （5）围岩蚀变发育中国地质大学（武汉）China University of Geosciences矿床学Ore deposit geologyA-矿体中有悬挂状的围岩碎块；B-矿体中保留围岩的层理；C-保留原来围岩的

45、褶皱构造；D-沿岩面分布的矿体；E-两端尖灭的矿物晶体（明显穿切层理）；F-交代成因的变斑晶；G-非交代成因的变斑晶（在页岩中生长）；H-矿体的边界不规则。交代矿床的矿体与矿石特征中国地质大学（武汉）China University of Geosciences矿床学Ore deposit geology矿体（白色）中的围岩残留 交代矿体类型 A-面式交代； B-有浸染外缘的交代； C-浸染式交代受裂隙控制的交代矿脉 矿体矿体围岩围岩中国地质大学（武汉）China University of Geosciences矿床学Ore deposit geology3、交代作用的类型根据溶液搬运组分的

46、方式，分为两种类型（1）扩散交代作用：组分的带入和带出靠停滞的粒间溶液中离子或分子扩散进行的交代作用。引起扩散的条件是组分的浓度差（浓度梯度），扩散作用总是从高浓度向低浓度方向进行。扩散方式中，组分移动主要是粒间溶液，扩散缓慢，作用的范围较小。（2）渗透交代作用：组分的带入和带出靠孔隙或裂隙中渗透流动的溶液进行的交代作用。渗透交代作用的条件是压力差，渗透流动是从高压向低压方向进行。组分移动依靠裂隙中流动的溶液，交代作用的强度较大，范围往往很大，可达几百公里。中国地质大学（武汉）China University of Geosciences矿床学Ore deposit geology4、影响交代

47、作用的因素（1）热液组分的活动性及浓度， 一般说来，化学性质越活泼，浓度越大，交代作用就越强烈。按照体系活动性，气水热液中的组分可以分为两类：惰性组分：指围岩与热液接触时不发生显著交代作用的那些组分，即不易为热液带入带出的那些组分。活动性组分：在交代作用中易为热液带入带出的那些组分。按其相对活动性由大到小排列为：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.中国地质大学（武汉）China University of Geosciences矿床学Ore dep

48、osit geology（2）温度和压力含矿的气水热液在高温条件下具有很大的扩散能力和化学活动性，因此容易与围岩发生强烈的交代作用。在高压条件下，几乎所有的岩石都可以与热液发生交代反应。因此，温度和压力是影响交代作用进行的重要外部因素。当然，有些类型的反应如那些其生成物中有气体产生的交代作用，压力太大反而不利于气体生成物的逸出，因而不利于反应的进行。例如 WO2CI2 2CaCO3CaWO4 + CaCI2 + 2CO2 中国地质大学（武汉）China University of Geosciences矿床学Ore deposit geology（3）围岩的岩性和构造由于围岩的化学活泼性有很大

49、的差别，因此含矿气液对不同化学成分和性质的围岩所发生的交代作用常有很大的差别。例如化学性质活泼的灰岩远比页岩和砂岩更易遭受交代。同样，碳酸盐质胶结的砂岩（钙质砂岩），远比硅质胶结的砂岩易于交代。所以成矿气液在流经各种围岩时，会发生十分明显的选择性交代。 另外，围岩裂隙的发育程度和破碎对于交代作用的进行也有很大影响，裂隙越发育，破碎越厉害，越有利于气液的流动和集中，反应作用的表面积就越大，岩石与热液之间的反应机会就越多，交代作用也越彻底。中国地质大学（武汉）China University of Geosciences矿床学Ore deposit geology5、选择交代作用 当热液流经不同性

50、质的围岩时常会产生交代程度的明显差异，此种现象是选择性交代的结果。交代成因的矿石严格地集中在一定的接触带或岩层中。 切穿硅质-泥质岩的石英-锡石-电气石脉，交代作用沿泥质薄层发育中国地质大学（武汉）China University of Geosciences矿床学Ore deposit geology选择交代作用的影响因素(1) 岩石化学性质的影响：根据有利于交代作用的程度，一般可把岩石分为三类：有利于交代作用的岩石，如石灰岩、白云岩、火山碎屑岩等，不完全利于交代作用的岩石，如酸性、；基性和硷性成分的深成岩和熔岩，变质岩、长石砂岩等，不利于交代作用的岩石，如石英岩、泥质页岩、砂岩等。(2)

51、最适宜的岩石孔隙度 都具有不同的孔隙度特性，这种特性就决定了只有其中某些岩层最有利于溶液的渗滤作用，并可发生选择交代作用。 (3)决定于渗滤效应 这种效应导致矿石在渗透性差的所谓“遮盖层”的岩石下面集中。“遮盖层”常由页岩或其他渗滤性差的岩石组成 。中国地质大学（武汉）China University of Geosciences矿床学Ore deposit geology八、围岩蚀变（一）概念及命名方法1、概念：围岩蚀变：在气水热液矿床的形成过程中，由于交代作用，使矿体的围岩发生物理-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变围岩。值得注意的是这种蚀变作用，往往并不

52、局限于矿体的周围，可以包括热液流经的范围，它常远远地超出矿体分布的范围。围岩经蚀变后不仅发生化学成分和矿物成分的变化，同时也发生不同程度的物理性质方面的变化，如颜色、比重、硬度、孔隙度等的变化。中国地质大学（武汉）China University of Geosciences矿床学Ore deposit geology2、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、以蚀变作用形成的新矿物命名，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、青磐岩化、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

53、化、红化，深色、浅色蚀变等。 中国地质大学（武汉）China University of Geosciences矿床学Ore deposit geology（二）各种气水热液矿床的蚀变类型 接触交代矿床： 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、含铁白云石化）。中国地

54、质大学（武汉）China University of Geosciences矿床学Ore deposit geology主要围岩蚀变类型与矿化种类的关系 中国地质大学（武汉）China University of Geosciences矿床学Ore deposit geology（三）研究围岩蚀变的意义1、在矿床成因研究方面的意义a、了解成矿热液成份： 蚀变增加的组分是热液富有的组分b、了解成矿温度， 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、青盘岩化等中低温热液产物。c、了解成矿PH及Eh值， 如泥化、云英岩化、次生石英岩化多形成于酸性环境； 黄铁矿化、碳酸岩化、蒙托

55、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。因此可根据蚀变类型的不同，推测含矿气液的化学性质。进一步推测，成矿物质的搬运方式、沉淀、富集的条件，并且还有助于人们确定成矿机制，科学地建立成矿模式。中国地质大学（武汉）China University of Geosciences矿床学Ore deposit geology2、找矿意义由于围岩蚀变和矿化都是热液作用的产物，围岩蚀变类型往往和矿化种类有密切关系。不仅围岩蚀变的范围往往大于矿化范围，而且不同蚀变类型及矿化常具有特定的空间分带规律，如斑岩型铜（钼）矿床，从矿化中心的钾化及石英-绢云母化向上

56、（外）一次分布泥化带、青磐岩化带。因此，围岩蚀变可作为有效的找矿标志。 3、工业意义： 有时蚀变围岩本身就是一种可供开采利用的矿床，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） 。中国地质大学（武汉）China University of Geosciences矿床学Ore deposit geology九、成矿温度和成矿压力测定 （一）成矿温度的测定 成矿温度的测定方法有矿物测温法、矿物包裹体测温法和同位素测温法，其中应用最广和最有效的方法是矿物包裹体测温法。中国地质大学（武汉）China University of Geosciences矿床学O

57、re deposit geology（二）成矿压力（深度）的测定成矿压力和成矿深度的测定方法有推断法和矿物包裹体测压法。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。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。中国地质大学（武汉）China University of Geosciences矿床学Ore deposit geology十、矿化期、矿化阶段和矿物生成顺序 1、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

58、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，表明形成这些矿物组合时热液具有明显不同的物理化学条件。因此，矿物组合的变化是划分矿化期的标志。 中国地质大学（武汉）China University of Geosciences矿床学Ore deposit geology2、矿化阶段：是在矿化期中划分出来的较短的成矿作用过程，（代表一次构造热液活动，(依据矿石及矿脉胶结和穿插关系划分）中国地质大学（武汉）China University of Geosciences矿床学Ore deposit geolo

59、gy3、矿物生成顺序：据矿物间穿插、交代、包裹、环带等关系判断。（1）先成矿物被后成矿物穿插；（2）先成矿物被后成矿物交代；（3）先成矿物被后成矿物包裹；（4）后成矿物填充于先成矿物粒间；（5）后成矿物完全交代并保留先成矿物的假象；（6）对称带状构造中外带矿物早于内带矿物。 中国地质大学（武汉）China University of Geosciences矿床学Ore deposit geology中国地质大学（武汉）China University of Geosciences矿床学Ore deposit geology十一、气水热液矿床的原生带状分布（一）原生带状分布的概念和特点矿床原生带

60、状分布是指在矿床、矿体范围内，矿物成分、化学成分、矿石结构构造在空间上的变化规律。这种空间上的变化规律在气水热液矿床中经常能见到。常常是不同矿物组合沿矿体走向、倾向作有规律的变化；也可以是围绕某一侵入体周围，一系列矿床呈规律的带状分布。按规模和级别有区域分带、矿田分带、矿床分带和矿体分带，从空间位置上有水平分带、垂直分带和三维分带等中国地质大学（武汉）China University of Geosciences矿床学Ore deposit geology1、矿床分带在矿区内，不同类型（矿种）矿床在空间上呈有规律的分布。分带标志： 矿种，矿床类型，矿物组合梅什塔格矿田的矿床带状分布中国地质大学