浅成低温热液矿床的研究进展

1、 一一.问题的提出问题的提出 浅成低温热液型金矿是金矿床中十分重要的类型之一。在成矿理论研究方面也是近30年来发展最快，成果最多的；是目前乃至今后一段时期国内外矿床界研究的热点。1983年举办了“角砾岩和成矿作用：地质产状和成因（Brecciation and mineralization :Geologic Occurrence and Genesis）”讨论会，作为讨论会的成果，美国经济地质出版了角砾岩型矿床专集（A Special Devoted to OreHosted Breccias ,1985, Vol .60,No .6）；1992年召开的第29届国际地质大会上矿床组的论文多数

2、是关于浅成低温热液型金矿成矿方面的；我国于1999年召开了“隐爆角砾岩及相关金矿床”研讨会；2003年在希腊雅典召开的第七届国际矿床地质大会（Society for Geology Applied to Mineral Deposits）与浅成低温热液型金矿有关的论文达36篇，一批高水平的研究成果相继被推出。 浅成低温热液型金矿床成矿理论研究之所以发展这样快，主要与下列背景有关： （1）80年代以来发现的十几个超大型金矿床中，超过一半是与浅成低温热液型金矿有关的，直到最近还有发现。像巴布亚新几内亚的Ladolam金矿（Au1300t），Porgera金矿（Au：560t），秘鲁Yanacoch

3、a金银矿（Au：1200t，Ag：10850t），斐济Emperor金矿（Au：310t），阿根廷的Veladero金矿（Au：400t，Ag：6700t），印尼的Kelian金矿（Au：240t），美国Cripple Creek 金矿（Au：700t）；我国的紫金山金铜矿（Au200t），黑龙江团结沟金矿（Au近100t）、东安金矿（20t）、三道弯子金矿（10t）、金厂金矿（10t），吉林小西南岔金铜矿（Au30t），内蒙陈家杖子金矿等； （2）该类金矿具有规模较大、伴生组分多、矿化集中、埋藏浅、易采易选等特点，具有重要的经济意义；（3）金银价格稳中有升及冶炼技术的提高，使一些低品位的矿石

4、能够利用（目前金的分析技术已达到10-9级）。 虽然浅成低温热液型金矿已成为我国金矿资源的重要来源之一，但与国外同类型金矿相比，无论从数量还是资源量上仍有很大差距。对比研究表明，中国的地质构造背景有利于形成这类金矿床。我国东部环太平洋带、青藏东部环太平洋带、青藏三江、北部天山三江、北部天山蒙古蒙古兴安，秦兴安，秦祁祁昆成矿带昆成矿带等均具有形成该类型金矿的有利条件，是寻找该类型金矿的重点地区。 二二.浅成低温热液金矿床一般特征及分类浅成低温热液金矿床一般特征及分类 浅成低温热液型矿床（epithermal deposits）最初由林格伦（1933）将其定义为形成深度小于1km和温度低于200的

5、一类矿床。但现在这个概念的内涵已经发生了变化，目前主要特指产于陆相火山产于陆相火山岩系中或相邻岩石中，成矿温度小于岩系中或相邻岩石中，成矿温度小于200，极少，极少数情况下可达数情况下可达300，成矿深度主要集中在地表到，成矿深度主要集中在地表到地下地下1km，个别情况下可达，个别情况下可达2km。成矿流体主要为。成矿流体主要为大气降水与岩浆水的混合热液（多数以大气降水为大气降水与岩浆水的混合热液（多数以大气降水为主）的一类金、银（多金属）矿床。主）的一类金、银（多金属）矿床。形成于拉张构拉张构造动力学背景造动力学背景，与中温热液脉型金矿形成的挤压背挤压背景景条件存在显著区别。 浅成低温热液型

6、矿床是最近三十多年来在找矿和矿床学研究方面不断取得重要进展的一类矿床。对这类矿床的称谓较多，国内20世纪80年代以前的文献中称其为火山岩型或火山热液型金矿，但现在已很少有人使用。后来国际上把部分浅成低温热液型金矿称为热泉型金矿，这种叫法一度很流行，目前虽然仍有人使用，但已经不很普遍。直到Heald等（1987）划分出了明矾石-高岭石型（酸性硫酸盐型）和冰长石-绢云母型两种类型，在国内外得到较为广泛的应用。 Hendenquist（1994）根据矿床特征和成矿流体的特点也将浅成低温热液型矿床分成两个亚类：一类是高硫化型高硫化型（high sulphidation，简称HS），相当于 Heald等

7、（1987）划分的明矾石-高岭石型，由酸性、氧化的热流体形成（高硫化作用）；另一类为低硫化型（low sulphidation，简称LS），相当于上述的冰长石-绢云母型，由近中性、还原的热流体（低硫化作用）形成。虽然Heald等的分类曾在矿床学界得到较为广泛的应用，但目前国际上已经更多是应用高硫化型和低硫化型这类术语。其主要特征见表1。表表1 低硫化型和高硫化型浅成低温热液金矿床的主要特征低硫化型和高硫化型浅成低温热液金矿床的主要特征 破火山口边界未蚀变岩石NAA1km400-4000(m)Au-(Cu-Te-Sn)矿床残余多孔状硅核高级泥化带表生氧化带下界1kmPb-Zn-(Cu-Ag-Au

8、) 矿化石英脉123456(m)0-4004002kmNAAAA破火山口边界LLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLVVVVVVVVVV VLLLAADDDDDDDD1km角闪安山岩Cinto 火山熔岩-凝灰岩未蚀变角闪安山岩Lazaras 火山熔岩-凝灰岩Cinto 火山熔岩-凝灰岩地中海Pb-Zn-(Cu-Ag-Au)Au-(Cu-Te-Sn)654321LVL1000m80040020006001234576850紫金山矿床紫金山矿床3线交代岩相分带地质剖面图线交代岩相分带地质剖面图 Rodalquilar deposit冰长石冰长石冰长石冰长石碳酸岩碳酸岩 近年来，随着研究工作的不

9、断深入，Hedenquist等(2000提出了其矿床特征介于高硫化型(HS)与低硫化型(LS)之间的中硫化型中硫化型( Intermediate sulphidation，缩写为IS)矿床。通常情况下，低硫化型矿床含黄铁矿、磁黄铁矿、毒砂和高铁闪锌矿，高硫化型矿床含黄铁矿、硫砷铜矿、铜蓝，而中硫化型矿床为一套具有中等硫化状态的矿物组成:“黄黄铁矿、黝铜矿铁矿、黝铜矿/砷黝铜矿、黄铜矿和低铁闪锌矿砷黝铜矿、黄铜矿和低铁闪锌矿”。与富金的低硫化型矿床相比，中硫化型矿床富含富含Ag和贱金属和贱金属，多数情况下可能反映了盐度的差异。Deyell等(2003）在对菲律宾凯利(Kelly)Au-Ag矿床不

10、同阶段的矿物组合进行了详细的研究后认为，该矿床早期富集贱金属，到中期富集砷黝铜矿黝铜矿，而晚期则叠加了硫砷铜矿，提供了从中硫化低硫化高硫化热液系统演化的一个典型实例。西班牙阿尔马利亚(Almeria) 地区的帕莱伊斯里卡(Palai-Islica)Au-Cu 矿床也记录有高硫化型和中硫化型矿体，中硫化型矿体位于向斑岩型矿床转换的深度，而高硫化型位于其上。但是，对于上述的中硫化型矿床，Cooke 等(2003）建议只将其用于硫逸度的描述，不作为浅成低温热液型矿床的一个次级类型。 三三.成矿条件成矿条件 1. 成矿地球动力学背景 浅成低温热液型金矿床主要形成于板块俯冲带上盘的大陆弧或岛弧及弧后的拉

11、张动力学环境下。在某些特殊情况下，洋中脊出露于海面之上（如冰岛），也可能形成浅成低温热液型金矿床。因此，该类型金矿床形成于与挤压地球动力学背景（如洋壳俯冲）有关的拉张环境中。最新研究：陆内裂谷、大型走滑断层分布区。 世界上的浅成低温热液型金矿床主要集中产在3个巨型成矿域；环太平洋成矿域；地中海-喜马拉雅成矿域；古亚洲成矿域。而大型和超大型的浅成低温热液型金矿床主要分布于环太平洋地区。 3. 岩浆岩条件 在多数浅成低温热液金矿区，见不到深部侵入体与金矿成矿作用的直接联系。有些浅成低温热液型金矿床的下面存在侵入体，如科罗拉多的Creede矿床和西班牙的Rodalquilar金矿床。现代地热体系在3

12、km左右深部还见不到侵入体，深部侵入体可能至少在5km左右。低硫化型矿床可能形成于与现代地热体系相似的环境，与岩浆侵入体没有直接的联系。高硫化型金矿床的形成与深部侵入体的关系密切，与成矿作用有关的侵入体侵位较浅，有些高硫化型矿床的围岩就是次火山岩，且与深部侵入体直接相连。 4. 地层条件 浅成低温热液型金矿床的围岩主要为陆相火山岩。大部分矿床产于火山活动中心（破火山口或火山锥）附近，以发育火山碎屑岩和熔结火山碎屑岩为特征，少数产于远离火山口的火山岩中。含矿的火山岩具有偏酸性和碱性偏酸性和碱性的特点。与浅成低温热液型金矿床有关的火山岩主要为氧化程度较高的磁铁矿系列氧化程度较高的磁铁矿系列。低硫化

13、型矿床的围岩成分范围变化大，而高硫化型矿床的围岩绝大部分是流纹英安岩流纹英安岩。这种关系暗示高硫化型矿床的围岩与矿化有成因联系，围岩本身可能就是为成矿提供热能和成矿物质的深部侵入体的一个连续组成部分。有些浅成低温热液型金矿床的部分围岩是沉积变质基底，如菱刈金矿床；浙江治岭头金矿床的矿体主要产于前寒武纪变质岩基底中。 5. 成矿时代 从现有的文献看，绝大多数浅成低温热液型金矿床形成于中-新生代，少数形成于晚古生代。浅成低温热液型金矿床的形成时间主要受其所处大地构造环境演化的控制。从浅成低温热液型金矿床在全球主要分布的3个成矿域来看，产在环太平洋和地中海-喜马拉雅成矿域中的矿床形成时代一般是从中生

14、代一直延续到现在，在有些地区浅成低温热液型金矿床的成矿作用目前可能仍然在进行当中，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3910Ma。我国东部大致为14567Ma，而产在古亚洲成矿域的这类矿床一般形成较早，为晚古生代。 浅成低温热液型金矿床成矿时代集中偏新的原因主要可能是矿床形成深度非常浅，因此在其形成后要长期保存下来，势必要求矿床所在的地壳非常稳定，剥蚀较浅，这样才能在漫长的地质演化历史中保存下来。由于地壳处于不断的运动当中，因此时代越老的浅成低温热液型金矿床，其能够保存下来的数量就越少。但是，在一定条件下，中生代以前形成的低温热液金矿床也可能被保存下来，如

15、我国东天山造山带（如阿希金矿），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都存在古生代形成的浅成低温热液金、银矿床。 四四 研究的最新进展研究的最新进展 近年来，随着研究的深入和勘查力度的加大，不断有新的浅成低温热液型金矿床被发现。如东安金矿、三道弯子金碲矿、金厂金矿、拉尔玛硒金矿等，除了岛弧区外，在古大陆边缘的陆内裂谷古大陆边缘的陆内裂谷和大型走滑断层分布区和大型走滑断层分布区均发育该类型矿床。从巨大的经济价值和找矿潜力决定了浅成低温热液型矿床是目前乃至今后长时期内矿床学研究的热点。截至目前，在该类矿床成矿流体演化、与卡林型成矿流体演化、与卡林型金矿的关系、富碲型矿床和

16、少硫（碲）化物特富金矿的关系、富碲型矿床和少硫（碲）化物特富金矿床金矿床形成机理等方面取得了重要进展。1 1 流体演化对成矿的控制流体演化对成矿的控制 相分离是流体演化中一个非常重要的过程，Scott等认为相分离是矿物沉淀的一种重要机制，Hedenquist等指出相分离是斑岩型浅成低温热液型矿床流体演化中普遍发生的过程，Heinrich等、Williams-Jones的进一步研究认为在地壳较深的层次（34 km）相分离可能是流体重新分配成矿元素的一种机制。Heinrich等通过对阿根廷的Bajo de la Alumbrera铜金矿、印尼的Grasberg和美国的Bingham斑岩型铜矿，捷克

17、的Zinnwald的高温热液脉型Sn-W矿和中温热液脉型Cu-Pb-Zn矿进行的流体包裹体LA-ICP-MS研究发现，在不同的流体系统中，流体物理条件迥异（400C 700C，200bar900bar），但是相分离过程中金属元素进入不同相的特性一致的；即Na、K、Fe、Mn、Zn、Rb、Cs、Pb、Ag、Sr、Sn和W优先进入液相，Cu、Au、As和S等优先进入气水相。Pokrovski等综合了近几年的流体包裹体的研究成果,得到与上述相一致的结果(如图1)。 目前关于气水相的具体载矿机制还不很清楚。Loucks等 认为气水相中S在低压下不是有效的载矿体，但在高压下是可以载矿的。Zezin等的实

18、验数据显示Au在纯H2S气体中的溶解度为10-9级别的，而Au在含S气水相的中的溶解度为10-6级别的；其性质可能更接近天然的流体包裹体，如Bingham矿床气水相分离体系中的气相包裹体含（26）10-6 Au，Km(Au)约为110。对比以上实验发现含H2S气水相较纯H2S气相更有利于载矿，很可能是因为H2S在含水的气相中受到H2O的影响，这种情况可能类似于水溶液中的溶液-溶质反应。Pokrovski 等的实验表明Au在气水相中形成类似于水溶液的中的络合物如AuHS0, Au(H2S)(HS)0，并推测SO2很可能成为一个潜在的载矿配体。 在典型的相分离深度（300800 bar的深度），因

19、为Au和Cu的气体/卤水质量分配比值很大(Au约为7100，Cu最高接近100，见图1) ，即使相分离的气水相只占原始流体质量的一小部分，也将分配相当可观的Au 和Cu；推测这种特定的流体在浅成低温热液型矿床成矿中对产生特定矿化类型具有决定性意义。但在较浅位置（1-2km），浅成低温热液型矿床的典型成矿深度）气体的密度会变得很小，如果不转化为液体或是被其他液体相所吸收，那么将大量的成矿物质运移到浅部是很困难的。 Heinrich等 结合流体相稳定性关系和热力学模型，利用流体包裹体分析和金的溶解度实验，对浅成低温热液金的迁移机制给出了一个综合性地质推测：在合适的物理化学条件下，岩浆流体在岩株状斑

20、岩体下方通过岩浆结晶释放出来，由于岩浆房的冷却，岩体结晶界面逐渐向下回缩，成矿系统热能场向深部回缩。能够稳定地将具有成矿意义的Au（10ppm）运移到浅部典型的浅成低温环境是岩浆流体中有过量的铁的硫化物。通过浓缩的卤水是富铁的，中低盐度的气水相是富挥发性S的。在水盐流体系统的两相界面上方气相物质通过冷却加压可以直接浓缩成液体（图（图3），将成矿元素Au等运移至浅部。Fig3. Diagram of P-T-X from NaCl-H2O fluid system 高硫化型浅成低温岩浆热液系统中蚀变和矿化的连续分带和套叠关系给这种模拟实验提供了证据；但该模拟实验是否具有普遍意义还有待更多的实例检

21、验，特别是对于距岩浆源较远的低硫化型浅成低温热液型矿床而言。 总之，在较深处相分离过程产生的气水相对于浅成低温矿床的Au等成矿元素的富集起了重要作用，但气水相中的Au在向浅部运移达一定深度时，只有转化为液相才能将成矿物质运移到浅部成矿。不过考虑到浅成低温热液型矿床成矿有诸多的控制因素，流体演化对成矿的控制作用需要更多的实验和研究来揭示。 2 与卡林型金矿的关系与卡林型金矿的关系 卡林型金矿与浅成低温热液型矿床同属低温热液型矿床，但传统观点认为二者在构造环境、成矿流体等关键环节上均存在明显的差别，近年来的研究成果显示两类矿床具有相似性和可比性。成矿构造环境方面，卡林型金矿的成矿区带多处于不同性质

22、大地构造单元的接合部位或构造过渡带，我国卡林型金矿床多产于裂谷环境卡林型金矿床多产于裂谷环境；滇黔桂地区卡林型金矿处于滇黔桂裂谷带中；美国和中国的卡林型金矿的形成分别与黄石公园和峨眉山地幔热柱构造作用出现的地幔隆起(裂谷作用) ，深源物质大规模上涌(大规模玄武岩)和壳幔相互作用(花岗岩化作用)有关。以往对于浅成低温热液型矿床的构造背景主要强调大陆边缘及岛弧区，近年来人们注意到陆内裂谷环境陆内裂谷环境等也是该类矿床形成的重要场所，如中亚成矿带的阿希、伊尔曼得和西滩等金矿。以上表明两类矿床可以有相同的构造背景。 卡林型金矿围岩蚀变特征在成矿早阶段表现为酸性热液交代碳酸盐岩类围岩，导致原岩碳酸盐原岩

23、碳酸盐矿物迁移或被硅质替代；中期泥化阶段为弱酸性矿物迁移或被硅质替代；中期泥化阶段为弱酸性热液蚀变热液蚀变，出现绢云母、蒙脱石、伊利石和高岭石，该阶段为金矿的重要成矿时期。美国卡林型金矿成矿温度为132310，集中在182250之间，我国卡林型金矿成矿温度为80250，集中在140200之间，个别矿床也可达300。成矿流体的盐度较低， weq(NaCl) 多在39%之间，个别矿床也可达到卤水程度，流体密度为0.710.96 g/cm3。流体总体呈中弱酸性，如黔西南卡林型金矿的pH值介于5.667.33之间，且金矿化阶段pH值明显向酸性偏移。 对于髙硫化型的浅成低温热液型矿床，围岩蚀变特征核部为

24、遭受强烈酸淋滤的残余多孔状硅核，它是主要的赋金岩石，其外为主要由明矾石和高岭石组成的高级泥化带。成矿流体特征为氧化的酸性流体明矾石和高岭石组成的高级泥化带。成矿流体特征为氧化的酸性流体，pH值2，weq(NaCl)一般小于5%。Heinrich 总结认为卡林型金矿蚀变和流体特征与高硫化型矿床类似。 Kesler等 通过Twin Creeks、 Getchell and Screamer 卡林型金矿 (Nevada，USA)和Pueblo Viejo地区（多米尼加共和国）的Moore、Monte Negro高硫化型矿床微量元素Ba、As、Se、Sb、Hg、Au和Te的对比发现，这些元素的平均含量

25、和相对富集程度是非常相似的。离子探针分析还显示Screamer卡林型金矿中含金的砷黄铁矿含金的砷黄铁矿34S在在0+7范围内范围内，与高硫化矿床几近一致与高硫化矿床几近一致；在Betze-Post卡林型金矿，也获得了34S高达+22的数据，早期的研究认为大多数卡林型金矿硫化物中34S可达+20，被认为为沉积硫源。按照Nevada的Screamer矿床古生代容矿围岩硫同位素研究结果，卡林型金矿原始成分中34S在0值附近，上述高值高值34S是因为样品中混入了古生代围岩中的黄铁矿是因为样品中混入了古生代围岩中的黄铁矿。Kesler等 总结认为以上的相似性特征表明两类矿床含矿流体中主要的成矿元素来自岩

26、浆，卡林型金矿和高硫化型浅卡林型金矿和高硫化型浅成低温热液型金矿之间最大的不同在于它们分别产于不同成低温热液型金矿之间最大的不同在于它们分别产于不同的围岩；该观点也得到了的围岩；该观点也得到了Heinrich 的支持的支持。在加里曼丹的BAU地区，出现浅成低温热液型金矿与卡林型金矿空间共存的现象。 3.富碲的特富金浅成低温热液型金矿形成机制富碲的特富金浅成低温热液型金矿形成机制 Te的地壳克拉克值很低，为110-9。Te与S在元素周期表中都位于第五周期A族，与S的结晶化学及某些地球化学性质相似。 碲化物常常在与碱性岩有关的浅成低温热矿床中出现，如美国Cripple Creek金矿、斐济Empe

27、ror金矿、 巴布亚新几内亚Ladolam和Porgera金矿、黑龙江省三道弯子金矿等矿床均含有丰富的碲化物。 Te在上地幔的丰度约为1210-9，超出地壳10个数量级。Te在块状硫化物中的高含量与洋底喷气的关系早在70 年代就受到重视，条带状含铁建造(BIF)较高的Te含量表明Te来自洋底喷气热柱或地幔射气。 富Te的浅成低温热液型矿床普遍分布于火成的碱性岩中，显示二者具有密切的空间与成因联系。由于碱性岩普遍来自上地幔，而且我国大多数含碲金矿床以及独立碲矿床分布于地幔柱活动区域。Te来源于上地幔是没有疑义的，而且很可能来自与火成的碱性岩同源的岩浆。 实验证实Te在还原环境及酸中性环境中是可以

28、与Au、Ag形成Ag(Te) 2和和 Au(HTe )2 络合物络合物。Te在卤水中溶解度非常低，不易从围岩中得到Te，而且形成碲化物的流体基本上是低盐度流体，因此其可能是直接来源于岩浆流体并且亲气相，在地壳较深层次的相分离过程中，Te很可能是以Te2(g) 和H2Te(g) 的形式进入气水相。富含Te的气水相在向浅部运移中很容易被地下水吸收，形成Ag(Te) 2和 Au(Te) 2络合物，伴随着流体的冷却和环境变化，使得碲化物沉淀。此类矿床在垂向上常常出现碲化物中上富金下富银的情况。 碲化物的形成还需要特定的硫逸度（f(S2)），在矿化的早阶段温度较高的流体S含量是相对较高的，随着温度的降低

29、，f（S2）降低，出现碲化物，在成矿的最后还常常伴随着硫化物的缺失。 黑龙江省三道弯子金矿为2002年新发现的一例典型的碲化物型特富金矿床，富矿段矿石为富含碲化物的硅质脉，矿石中含硫化物极少。碲矿物主要呈浸染状分布，其次为团块状和脉状。碲矿物有碲金矿、斜方碲金矿、针碲金银矿、碲金银矿和碲银矿，单矿物呈自形-半自形粒状、叶片状、针线状、长角粒状和枝杈状。碲矿物为最主要的载金矿物，极少见自然金。在130m中段19线-33线局部富矿段Au品位可达1000-5000g/t，有Au品位超过1%的手标本。该矿床Te也达到工业品位，为金碲共生矿床。 需要指出的是，已知的和研究最多的富碲型矿床属浅成低温热液型

30、，但有些矿床如冀北的东坪金-碲矿，四川大水沟的碲-金矿（虽然仍存在浅成低温热液型和中温热液脉型之争论）成矿温度偏高。但它们和典型的浅成低温热液富碲型矿床在成矿元素和矿石矿物特征等方面又具有较明显的相似性，二者在成矿物质迁移和沉淀机制上是否存在明显的区别，有待进一步的深入工作。 另外，一些浅成低温热液型Au（Ag）矿床中含Se也受到一些研究者的关注， 典型实例如日本Hishikari金矿、美国Sleeper金矿、美国Comstock金银矿和四川拉尔玛金矿等。Se与Te的结晶化学及某些地球化学性质相似性决定了硒化物与碲矿物形成的化学环境是相似的。 4 少硫少硫(碲碲)化物特富金浅成低温热液型矿床形成化物特富金浅成低温热液型矿床形成机制探讨机制探讨 通常情况下，中低温热液型金矿床中Au以Au的硫氢络合物形式进行搬运，S是Au的主要载体。少数矿床如前述的以Te取代S。近年来却发现有少硫（碲）化物的特富金浅成低温热液型矿床。 典型实例为位于内华达州的Sleeper金矿床，该矿床富矿段矿石为含金硅质脉，具条带状特征，富金层能达到1mm厚，通常含有大