矿床学06气水热液矿床概论

气水热液矿床概论本章目录一、概述二、气水热液的来源（类型）三、成矿物质的来源四、热液中主要挥发组分的性状及其影响五、成矿元素在热液中的迁移与沉淀六、气水热液的运移七、气水热液矿床的形成方式八、围岩蚀变九、成矿温度和成矿压力测定十、矿化期、矿化阶段和矿物生成顺序十一、气水热液矿床的原生带状分布一、概述•“气水热液”，指在地壳一定深度下（n-n十公里）通过各种方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。气水热液的成分（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、TR、U、In、Re。气水热液的状态（1）温度变化范围：50—800ºC，一般成矿温度：100—600ºC（2）压力：4×106-2.5×108Pa，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）二、气水热液的来源（类型）•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，•地幔来源流体。（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。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5～10%，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。（一）岩浆热液2、氢-氧同位素特征：δD=-80‰～-40‰δ18OH2O=5.5‰～9.5‰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+)（一）岩浆热液•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。其特点为：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。岩浆源汽水热液的主要依据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：δD-δ18O、δ34S、δ13C；5）流体包裹体研究（一）岩浆热液•岩浆热液活动有一定的温-压条件，压力主要在1000×105～2000×105Pa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。•水在硅酸盐熔浆中的溶解度（据Burham,1979）•A图•1－钠长石熔浆；2－含锂伟晶岩熔浆；3－安山岩熔浆；4－1100℃时H2O在玄武岩熔浆中的溶解度•B图•H2O在•玄武岩熔浆-1100℃•安山岩熔浆-1100℃•钠长石熔浆-700~800℃•含锂伟晶岩熔浆-660~720℃•※质量百分比溶解度(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线（温度多为中低温，多富Ca2＋Na＋）。(二)地下水热液•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δD=-340‰～+50‰，δ18OH2O=-44‰～+10‰。(二)地下水热液•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300～400℃，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。于是向着上升的方向，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）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（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δD和δ18OH2O都近于0‰（或均为1‰±5‰）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），元素的种类和含量与世界上这类矿床的一致。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。•大气水－海水－岩浆水－地幔热流（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δ18O=5‰—25‰，δD=-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，原岩为碳质的沉积岩，则放出富含水和CO2的流体。（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:——δD=-48‰（或-70‰～-30‰），——δ18OH2O=7‰（或6‰～8.5‰）。•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。（五）地幔热液•地幔流体存在的证据1）地球物理研究表明，在地幔（400－700km）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，以及少量F、Cl、P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。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。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源（上地壳或近地表）成岩过程中和变质作用过程中，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）三、成矿物质的来源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。三、成矿物质的来源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；（3）介质和矿质既可同源，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。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、CO21、卤族元素：•热液中主要卤族元素是F和Cla、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。四、热液中主要挥发组分的性状及其影响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＞400ºC，H2S为中性分子，不电离，或分解为S和H2。（b)温度＜400ºC，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。四、热液中主要挥发组分的性状及其影响3、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。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•关于气水热液中成矿