流体成矿与围岩蚀变

流体作用与围岩蚀变

地质流体普遍存在，现代研究表明，从地球表层到地壳十几公里深处一直到地幔中，流体可以说是无处不在。它最为活跃，是各类地质物质系统间的媒介，也是矿质活化、运移和堆积的主要介质。流体的存在是地球区别于其它类地行星的基本特征之一。流体：气水溶液、热液、地幔流体一、概述（一）气水溶液指在一定深度下形成的，具有一定温度和一定压力的气态和液态的溶液。深度：几公里温度：几十到几百摄氏度压力：几十万到几千万到上亿帕斯卡主要成分：水、矿化剂和成矿金属元素（二）、热液的类型岩浆热液地下水热液海水热液变质热液1、岩浆热液指岩浆在演化过程中分异形成的流体。广义的岩浆热液是指所有与岩浆作用有关的热液，包括由岩浆液态不混溶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，也包括一些与岩浆达到同位素平衡的围岩中的热流体。岩浆热液是一种以水为主体，富含多种挥发分和成矿元素的热流体。岩浆热液岩浆热液是复杂的多元的体系，以富含Cl和CO2为特征。可用NaCl–H2O–CO2–SiO2体系来描述其热力学性质。岩浆热液活动有一定的温–压条件：压力：1000×l05～2000×105Pa左右，说明它存在的深度：7～8km温度：100～800℃。

2、地下水热液大陆地区构造裂隙深部热源地下热卤水：地下水渗透、环流经过含盐地层时，能将盐类溶解，从而形成地下热卤水。3、海水热液主要由下渗海水组成，有时与地下水相混合。4、变质热液变质热液是在变质作用过程中因矿物和岩石的脱水作用（或称去挥发分作用）而形成，它属H2O～CO2型流体，H2O占80％以上，CO2约为5％～20％，盐度一般小于3％。对一种具体的变质流体而言，其成分取决于变质程度和发生脱水的变质相。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NaCl的卤水，原岩如为碳质沉积岩，则放出富含水和二氧化碳的流体。如何区分四种气水热液宏观地质观察同位素地球化学（三）地幔流体地幔流体是与地幔岩石处于平衡的气体和挥发分，通过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了解到，地幔流体的主要化学组分为碳、氢、氧、氮和硫（CHONS），以及少量氟、氯、磷等，在弱还原条件下以CO2–H2O为主，在强还原环境则主要为CH4–H2O–H2（曹荣龙，1996）。近年地幔流体与成矿的关系受到人们重视。地壳中常见的流体系统大洋中脊热水流体系统碰撞造山带流体系统俯冲带流体系统大陆盆地流体系统地壳浅表中低温流体系统世界大洋热液活动地点分布图

Distributionofhydrothermalsitesintheworldocean造山带中流体1.建造水2.同构造脉体3.基底源变质流体4.洋壳脱水形成变质流体5.幔源挥发份6.岩浆流体7.建造中卤水8.大气降水汇聚板块俯冲带的构造-岩浆-流体成矿模式（据J.Kutina,1996）大陆盆地流体成矿系统粤北地区中晚泥盆纪岩相古地理略图金顶云南兰坪-思茅盆地金顶铅锌矿床地质图金顶云南兰坪-思茅盆地地壳浅表中低温流体系统与成矿

指低于150℃，没有年轻岩浆活动作为附加热源，在正常或略为偏高的区域热背景条件下，在孔隙-裂隙或断裂破碎带中运动的地下热水环流系统。是正在进行水-岩反应的地球化学开放或半开放系统是Hg、Sb、As、U以及Au、Pt、REE等活化、迁移、富集的场所中低温流体系统特点：靠正常或偏高的区域大地热流供应和维持；有足够水量和一定的循环深度，因而能“集中”热量和成矿元素；主要靠裂隙及破碎带导水，多出现在断裂交汇部位；其形成和建立需要一个时间过程。如一个由正常区域热背景供热（60mW/m2），循环深度4km，发育在裂隙岩体中的地热流系统，约需10万年时间才能完成。中低温对流型地热系统经典模式（据汪集旸，1996）中国地热系统分布图（据汪集旸，1996）美国黄石公园云南腾冲火山热海（四）热液成份的获得气成热液矿床的矿石成分及其蚀变围岩；气成热液矿床矿物中气液包裹体的成分；火山喷发物的成分及火山活动地区的热泉及其中沉淀的矿物；深层地下水（深钻和深部矿井中获得的）的成分。二、气水溶液的组份和性质最主要组份：水基本组份：Na、K、Ca、Mg、Sr、Ba、A1、Si等及Cl—、F—、SO4

2—等金属成矿元素：最主要为亲铜元素Cu、Pb、Zn、Au、Ag、Sn、Sb、Bi、Hg等。其次为过渡性元素Fe、Co、Ni，以及W、Mo、Be、TR、U、In、Re等稀有和放射性等元素溶解的气体：H2S、CO2及HCl等其它微量元素：Li、Rb、Cs、Br、I主要成份对气水溶液的影响H2O：反应介质，酸碱度O2：氧化还原反应CO2：酸碱度NaCl：盐度气水热液的物理性质气水热液的化学性质pH值：变化范围较大，6～9碱性（钾、钠交代）到酸性（绢云母化、黄铁矿化、硅化）再到碱性（碳酸盐化）Eh值：多数情况为还原条件低价元素比高价多；硫化物比硫酸盐多；（一）元素的搬运以硫化物形式搬运以卤化物形式搬运以易溶络合物搬运以胶体溶液形式搬运三、成矿流体中元素的搬运和沉淀成矿流体中元素的搬运1、硫化物形式：由于在热液矿床中，矿物大多以硫化物的方式出现，因此，早期就有人提出成矿元素是以简单硫化物的形式存在于真溶液中，进行搬运。但由于绝大多数的金属硫化物在水溶液中的溶解度非常低，不可能实现大量的聚集而形成矿床。因此这一假说已不为多数人所重视。成矿流体中元素的搬运2、卤化物形式：1953年别捷赫琴提出这种假说，其主要依据是：①各种金属元素的卤化物在水中溶解度比较大，在火山喷出物中有As、Fe、Zn、Sn、Bi、Pb、Cu等的可溶性氟化物和氯化物；②在一些矿床中有含Cl和F的矿物出现，如氯铅矿(PbCl2)、萤石、黄玉、水铝氟石等；③在矿物的液体包裹体中，氯化物的浓度很高，有时有NaCl子晶出现。现有的研究表明，卤族元素对成矿物质的搬运富集主要在高温阶段，如W和Sn可能以卤化物形式运移。成矿流体中元素的搬运3、易溶络合物：络合物在溶液中的溶解度比简单化合物要大几百万倍。金属离子以络合物的形式存在于溶液中，相对稳定，但对溶液的物理化学性非常敏感。硫化物、硫氢化物和氯化物络合物最为重要，硫丰富时，常形成[Zn(HS)3]－、[Fe(HS)3]－、[Hg(HS)3]－络阴离子；氯含量高时：常形成[ZnCl3]2－[CuCl3]2－[FeCl6]3－，有时有机络合物也起重要作用。成矿流体中元素的搬运4、胶体溶液形式：许多金属硫化物在胶体溶液中的含量，比在真溶液中大一百万倍；胶体溶液可以在任何温度压力条件下产生；热液矿床中发现有胶体构造矿石。一般认为，成矿物质可以以胶体形式存在，但不是主要的。热液作用后期，作用可能更大。（二）成矿元素的沉淀温度降低压力降低pH值变化氧化还原反应不同性质溶液的混合（三）成矿流体的运移动力和通道1、流体运移动力重力压力深部热源2、流体运移通道原生孔隙：有效孔隙度次生裂隙：非构造裂隙：溶解裂隙、结晶形成裂隙构造裂隙：断层、剥离空隙构造与流体的相互作用流体受构造控制：驱动、输运、停积断裂带汇水或作为屏障阻挡水流活动断层改变地下流场，产在超压区和低压区，地震水动力驱动，突发向地表流动构造影响岩性，从而影响流体运动及水岩反应流体参与构造活动高压、超高压流体房有巨大能量，可产生水力破裂(流体压裂)和角砾岩带，并爆发式向地表运移流体通过改变岩石力学性质影响岩石的构造作用区域应力构造与流体构造重叠地带常是成矿场所。构造、流体、矿源、热源的几种组合型式导矿构造:是指热液自深部地段进入矿田范围的通道。深断裂，陡倾斜的岩层或岩系。矿化痕迹（矿化蚀变，浸染矿化），本身不含矿，追踪矿床。配矿构造：是矿液从导矿构造出来后，向成矿地段方向运移的构造。断裂或透水层，位于导矿断裂的上盘有利成矿。容矿构造：是使矿体定位，并决定其形态、产状、大小，有时决定其内部结构的构造。运矿构造：导矿构造+配矿构造，不易区分时四、热液矿床的成矿方式和特点（一）充填成矿作用：热液在围岩内流动时(多为化学性质不活泼的围岩)，与围岩间没有明显的化学反应和物质的相互交换，其中成矿物质的沉淀，主要是由于温度、压力的变化或其他因素的影响，直接沉淀在围岩的孔洞或裂隙中。由充填作用形成的矿床称充填矿床。矿床特点常为脉状；与围岩界线清楚；典型构造：梳状构造、晶簇构造、对称带状构造、角砾状构造、同心圆状构造。矿体中矿物沉淀的顺序通常从孔隙的两壁向里面生长，其最发育的晶面指向热液供应的方向。各种各样的裂隙脉：A-囊状，B-膨胀状，C-席状，D-雁行状，E-链环状热液成矿作用（二）交代成矿作用：指矿液与围岩发生化学反应或置换作用，而造成矿质的聚集。也即是在—定温度和压力条件下与围岩相互作用，由一个原生的矿物集合体，向一组更稳定的新矿物的转变。由交代作用形成的矿床，称交代矿床。在交代作用过程中，岩石始终保持固体状态。在交代作用的前后，岩石体积基本保持不变。1、交代矿床特征矿体外形不规则，与围岩界线不清，呈过渡关系。常含有未被交代的围岩残余，可保留原构造方向。可保存原来岩石的结构和构造。可发育完整晶体。可产生假象矿物。2、交代作用类型1，扩散交代作用：交代作用中组份的移动通过停滞的粒间溶液，以分子或离子扩散的方式缓慢地进行。由浓度差引起，有效半径为数十米。2，渗滤交代作用：交代作用过程中组份的带入带出是借助于流经岩石裂隙中的溶液流动进行的。溶液流动的原因主要是压力差。3、选择交代作用交代成因的矿石集中于一定的接触带或岩层中。选择交代作用的影响因素岩石的化学性质：石灰岩、白云岩、火山碎屑岩利于交代作用。石英岩、泥质页岩、砂岩等不利于交代作用。酸性、基性、碱性深成岩和熔岩、变质岩、长石砂岩介于1、2类之间岩石的孔隙度渗滤效应－－遮盖层五、围岩蚀变（一）围岩蚀变有关概念蚀变作用：岩石在气水热液作用下，发生一系列旧矿物为新的更稳定的矿物所代替的交代作用。围岩蚀变：热液矿床四周的围岩在成矿作用过程中发生的蚀变作用。蚀变围岩：遭受了蚀变作用的围岩。（二）围岩蚀变的命名根据蚀变作用所产生的主要矿物来命名，如绢云母化、绿泥石化、石英化等根据蚀变后的岩石命名，如云英岩化、矽卡岩化、青盘岩化等以特征性的交代元素、化学组份或化合物作为命名依据，如钾化、钠化以及碳酸盐化和硫酸盐化等以蚀变岩石的颜色或颜色的变化来命名，如红色蚀变、浅色蚀变和退色蚀变等。线型向面型的过渡（三）围岩蚀变的研究意义理论意义：围岩蚀变是整个热液成矿作用的一部分，可以根据蚀变围岩在化学成分、矿物成分上的变化，来了解成矿时的物理化学条件、成矿热液的性质及其变化、矿物沉淀原因、分布的规律等。找矿意义：特定的成矿作用常有特定的围岩蚀变伴随；围岩蚀变的范围远大于矿体的范围；围岩蚀变的分带模式（垂直、水平、环状）可指矿体的位置。（四）几个重要的围岩蚀变矽卡岩化（skarnization）矽卡岩：是由石榴石（钙铝榴石－钙铁榴石系列）、辉石（透辉石－钙铁辉石）及其它一些钙、铁、镁的铝硅酸盐所组成的岩石。中酸性侵入体与碳酸盐类岩石的接触带及附近中等深度条件下，经气水热液的高温交代作用形成。碳酸岩：带出CO2、Ca、Mg，带入Si、Al、Fe酸性岩：带出K、Na、Si带入Ca、Mg、Fe矽卡岩化常出现含挥发份矿物如方柱石、含氯阳起石、萤石、氟磷灰石、黄玉、斧石、电气石等，此外还有绿泥石、石英及钙、镁、铁的碳酸盐。常见金属矿物：磁铁矿、白钨矿、锡石、磁黄铁矿、黄铁矿、毒砂、辉钼矿、黄铜矿、闪锌矿、方铅矿等。有关矿产钨、锡、钼、铁、铜、铅－锌晶体形态石榴石晶体

石榴石晶体Paleblueprismaticcrystalofdiopside（透辉石）withorange-browngrossularite（钙铝榴石）VerydarkbrownMagnesioferritePleonaste(Iron-Magnesiumspinel尖晶石)复合双晶withcreamcoloredCalciteandgraygreendiopside阳起石Actinolite绿帘石epidote云英岩化（greisenization）一种重要的高温气水热液蚀变作用主要发生于花岗岩类中云英岩为蚀变后形成的岩石，主要成份为云母和石英。岩石呈浅灰、灰、灰绿色，中－粗粒，具花岗变晶、花岗－鳞片变晶及鳞片变晶结构。与钾长石化、钠长石化关系密切，常共生。与钨、锡、钼、铋、铌、钽、铍、锂等矿床有关。云英岩（江西大余）钾长石化（potassicalteration）微斜长石化、天河石化、透长石化、正长石化、冰长石化的总称。微斜长石化、天河石化、正长石化为高温蚀变冰长石化发生于中低温热液过程中蚀变岩：钾长岩、钠长钾长岩、石英钾长岩与多种类型矿床相关：如锂、铍、铌、钽有关的蚀变花岗岩、钨锡的石英脉型和矽卡岩型、斑岩型铜－钼矿床以及部分铅、锌、金、铀、稀土矿床等。钠长石化(Albitization)发生的温度范围大。不同岩石都可发生，中、基性火成岩最为常见。钾长石化钠长石化云英岩化矽卡岩型铁、铜矿床内接触带，火山岩区高温热液铁矿床中是常见的蚀变。稀有元素如铍、铌、钽、稀土等，钨、锡、金、铁、铜、磷、黄铁矿等热液矿床相关。钠长石钠长石岩（澳地利Tyrol）钠长石岩（陕西商南）高温岩浆期后热液交代蚀变与酸碱度变化青盘岩化（propylitization）也称变安山岩化，指安山岩、玄武岩、英安岩及部分流纹岩，在中低温热液作用下，特别是在热液中二氧化碳、硫和水等作用下产生的一种蚀变。发生于近地表或地表条件下。青盘岩呈暗绿、绿、褐绿等颜色，主要由绿泥石、碳酸盐、黄铁矿、绿帘石和钠长石构成，常保留原来火成岩特征，变余结构明显。斑岩铜钼矿床、热液黄铁矿矿床、脉状铜矿床、多金属矿床、金和金－银矿床。绢云母化（sericitization）、绢英岩化、黄铁绢英岩化典型的中低温热液蚀变。中、酸性火成岩最易发生绢云母化。实质是长石类、硅酸盐类矿物为绢云母交代。绢云母化常伴随石英和黄铁矿的产生，形成绢英岩或黄铁绢英岩（Py＞5%）热液成因多种金属如金、铜、铅、锌、钼、铋以及非金属矿床如萤石红柱石、刚玉等都可见到，尤以中温热液硫化物矿床如斑岩铜钼矿床、黄铁矿型铜矿和多金属矿床中最为常见。绿泥石化（chloritization）中低温热液中常见蚀变作用中性－基性火成岩如安山岩、闪长岩、玄武岩和辉长岩常见，部分酸性岩和泥质岩中可见主要由铁、镁硅酸盐矿物如黑云母、角闪石、辉石等蚀变形成绿泥石与铜、铅、锌、金、银、锡、黄铁矿矿床有关粘土化（argillicalteration）形成以粘土矿物占优势的蚀变作用各类火成岩，尤其是火山岩最易发生粘土化，片麻岩、长石砂岩也可。深度粘土化：地开石、高岭石、叶蜡石和石英中度粘土化：高岭石和蒙脱石(斜长石蚀变而成)深度粘土化常为某些铜、铅、锌、矿床蚀变的内带，分布不广范；中度粘土化可作为寻找金、银、铜、铅、锌等矿床的标志。硅化（silicification）最普遍最广泛的一种蚀变，各种温度条件下各类矿床均可见到。高温和部分中高温热液硅化作用中形成密集的石英集合体，其结构较粗时称石英化。低温热液硅化，常为细粒结构，由细粒的石英和半结构状态的石髓及非晶质的蛋白石组成，后二者常称为似碧玉化或石髓化及蛋白石化。中性及酸性火山岩经强烈的石英化后，可形成次生石英岩铜、钼、铅锌、金、银、汞、锑、黄铁矿等碳酸盐化（carbonatization）包括：方解石化、白云岩化、菱铁矿化和菱镁矿化等。原岩：①基性、中性的火成岩；②碳酸盐沉积岩；③碱性－超基性岩。基性、中性火成岩中的碳酸盐化与铜、铅、锌矿化有关；碳酸盐沉积岩中的碳酸盐化与铁、镁、硼等矿产相关；碱性－超基性岩中的碳酸盐化与铌、钽、锆、稀土等矿床相关。方解石（广西大厂）白云岩（德国）菱铁矿（江西铜井）菱镁矿（产地不详）明矾石化（alunitization）含亚硫酸或游离的硫酸的热液与富含碱性长石的喷出岩发生交代作用，使岩石中的长石转变为浸染状的明矾石。低温蚀变作用的代表。需氧化条件，只发生于近地表。共生矿物复杂，包括粘土矿物、石英、叶蜡石、黄铁矿、绢云母、黄钾铁矾、石膏、硬石膏低温金银矿床、多金属矿床、明矾石、叶蜡石和粘土矿床等。蛇纹石化（serpentinization）发生于含镁较多的白云岩和超基性岩，往往与碳酸盐化和绿泥石化相伴生。白云岩蛇纹石化与石棉、滑石、菱镁矿有关。超基性岩的蛇纹岩化与镍、钴矿床、石棉矿床有关。镁碳酸盐矿接触交代铁、铜矿床也常发生蛇纹石化。蛇纹石（辽宁宽甸）蛇纹石（辽宁岫岩）蓝田玉盆景（蛇纹石化大理岩）蛇纹岩（法国）蛇纹岩（肥东桥头堡）六、成矿条件

温度和压力（深度）是控制气水热液矿床成矿作用的重要因素，也是矿床学研究领域中一个重要的课题。（一）成矿温度－矿物测温矿物熔点：橄榄石1890℃，自然硫119℃。多形矿物转变：β石英573℃转为a石英；磁赤铁矿500℃转变赤铁矿；等轴辉银矿117℃转为单斜晶系的螺状辉银矿。固溶体分解：对Cu-Fe-S-O系，辉铜矿－铜蓝75，黄铜－磁黄铁250℃，斑铜－黄铜300℃，黄铜－方黄铜450℃。矿物重结晶：自然银200℃，自然铜450℃。成矿温度－矿物测温共结温度：辉铜－方铅－辉银400℃共结连生；深红银矿－淡红银矿465℃。矿物物理性质改变：云母多色晕480℃被破坏；烟晶、紫晶在240－260℃失去色彩；萤石175℃退色矿物组合：高岭石在温度高于400℃时消失；而矽线石红柱石和蓝晶石只在430℃以上出现。热发光效应人工合成矿物测温矿物晶体习性、结构、双晶、连生等成矿温度－

共生矿物对微量元素地质温度计闪锌矿-方铅矿-黄铁矿共生，Cd，Co，Ni，Se黝锡矿-闪锌矿对，Zn，Fe成矿温度－包裹体测温均一温度：对包裹体加热使其恢复到形成时的均一相时的温度。主要用于透明矿物。常压下获得，需压力较正浅成矿（<2km）可直接认为是成矿温度的下限爆裂温度：加热至包裹体破裂时的温度。用于不透明矿物。认为是成矿温度上限。成矿温度－稳定同位素测温共结晶矿物对，其中同位素处于平衡时，可根据平衡常数与温度的函数关系，测出矿物的形成温度。常用矿物对：氢氧同位素硫同位素常用氢氧同位地质温度计常用硫同位地质温度计闪锌－方铅：1000lnα＝7.3×105T－2（50－700）黄铁－方铅：1000lnα＝1.03×106T－2（200－700）黄铁－闪锌：1000lnα＝3.0×105T－2（200－700）黄铁－黄铜：1000lnα＝4.5×105T－2（200－600）黄铜－方铅：1000lnα＝5.8×10