热液矿床的三源热液成矿模式

第一章绪论矿床地质预测实际上是以成矿理论预测为基础，成矿理论自16世纪以前的矿床成因猜想到现代矿床成矿理论已有400余年发展历史，其未来发展方向仍在探索，特别是在跨学科界限引入新鲜血液以来，成矿理论空前活跃，但是在应用任何成矿理论预测均不能超脱类比学的方法，所以80年代以来把成矿理论模式化(modeling)进行成矿预测和找矿，在某些地区和某些类型矿床上取得了较大的找矿成果，如Sillitoe&Guibet模式对寻找斑岩铜矿方面的应用。但矿床模式受其特殊性的限制，不能发挥更大的求同类比效应，特别是特大型矿床的对比因素独特，应用一个矿床的成矿模式很难预测另外一个相同的矿床。矿源、水源和热源是形成热液矿床的基本必需条件，以上三种源的规模和相互间的距离为主要依据的热液矿床预测方法是我国独创。热液矿床预测是世界上尚未解决的难题，现有的各种热液成矿理论和观点均没有把他们的理论核心转化为预测准则，故到目前为止，热液矿床的预测实际上都缺乏有效的理论指导。所以，三源热液成矿预测是当前提出的新的理论预测方法。该方法在找矿实践中取得了令人鼓舞的预测效果，并已在国内有些地勘单位开始应用。通过对矿床学教程的学习以及对三源成矿理论研读，我觉得，就目前来说三源成矿理论在成矿模式是比较先进的、前沿的，它在成矿预测方面将取得更大的成果。第二章交代热液矿床三源成矿理论第一节热液源研究的突破性进展热液是含矿质的高温的和以水为主的溶液。因此矿质、水合成矿热液组成的三个要素。关于热液成因的争论历史悠久，在本世纪50年代以前，有关热液来源的推理以假设为主，自60年代起由于科学技术的迅速发展，为热液来源的研究创造了条件，并在热液的矿质和水的来源研究方面均取得了突破性的进展。在热液铁矿床中（包括矽卡岩型、火山型、脉型等）常见铁矿体与褪色蚀变密切联系，经分析对比，褪色蚀变岩的铁含量比未蚀变的原岩减少了3-5%，蚀变与矿化的关系清楚表明，褪色蚀变岩中释放的铁进入了矿体。因此各国研究人员都得出了一致的结论---褪色蚀变围岩为铁矿的形成提供了铁质，获得这种成果的代表有我国的沈保丰（1977）、陈毓川(1978)、赵一鸣(1980)，俄罗斯的波赫纳列维奇（1968）、巴夫拉夫，美国的麦金(1968)等。这是矿质研究方面最成功的实例。遗憾的是，这种有效的确定矿质来源的直接测定法未被人们充分重视，特别是在研究地壳中丰度较低的有色、稀有和贵金属等热液矿床的矿质来源方面。幸好在这一研究领域，有些科研人员进行了大胆的探索，发现在钨、锡、铜、铅、锌、金、银等矿床的周围有成矿金属的降低场合负晕存在。这样，在矿质来源研究方面不仅提出了有效的研究方法，而且还获得了一批宝贵的资料，并提出了可靠的较可信的结论。第二节交代热液成矿理论热液来源是矿床成因和成矿理论的基础，若热液来自于岩浆，则矿床为岩浆热液成因，理论为岩浆热液成矿理论。若热液来自于变质过程，则练车为变质热液成因，理论为变质热液成矿理论。对部分矿床和热源水来源的研究结果表明，矿质来自围岩，水为大气降水为主，因此，它们既不属于岩浆热液型，也不属于变质热液型。那么，它们究竟属于何种类型呢？热液水的种类和来源通常包括海水、大气降水、构造水、地热水、变质水合岩浆水等。许多人把上述不都视为热液水类型（如大气降水、海水溶液、变质热液和岩浆热液等）是不合适的。大气降水和海水是热液的初始水，而岩浆热液和变质热液是强调了热液的形成过程或作用。热液水的分类以成因划分较为科学，已知的热液成因类型有岩浆热液和变质热液，而海水热液、大气降水热液、热卤水等都不是热液成因类型，它们从初始水变成成矿热液的过程主要是水岩反映或交代为主的过程。因此由交代作用产生的水尾交代水，产生的热液属交代成因，由交代热液形成的矿床属交代热液成因类型。据此建立交代热液成矿理论。热液矿床的各种理论预测方法均已各自成矿理论为指导，并应将各自理论核心转化为预测准则。岩浆热液成矿理论强调在岩浆结晶过程中释放出富含碱、挥发分和矿质的水或热液，并由这种热液形成矿床。因此岩浆热液矿床的形成决定于岩浆的含水性，同时还决定于岩浆热液的含矿性。因此必须查明不同变质程度、不同变质温压等条件、不同变质的原岩成分种或哪些条件有利于成矿？交代热液成矿理论强调的是成矿热液是交代作用的产物。大范围的和较高温度的交代作用是交代热液矿床形成的必需条件，关键是范围内的矿源体、水源体和热源体的共存和有机结合。矿质、热和水三种源在多数情况下都是独立存在的，他们结合通过以下环节：1）、岩浆上侵，热源体进入水源区和矿源区；2）、水源区的水受岩浆热液影响，变热并运动，特别往岩体方向；3）、由于水温度的不断增高压力的增大，水溶解和置换能力急剧增大，较多的溶解岩石的易溶部分，盐类和成矿物质，使矿质活化；4）、水和岩石发生同位素与化学成分的交换。这样表生水通过加热与岩石反应逐步形成成矿热液。在矿质、水和热三种源共存区内，一定发生水岩反应和交代作用，并逐步形成成矿热液，当其形成条件发生变化时，常常会发生矿质沉淀，大多数以充填方式产出，亦有交代方式产出。这就是交代热液成矿模式。三种源体的共存是交代热液成矿理论的基础与预测的主要准则。、热液矿床是指由热液或热流体作用所形成的矿床，包括文献中使用的岩浆热液、火山热液、变质热液、矽卡岩型、斑岩型、份岩型和层控热液矿床等。根据与岩浆岩的关系，热液矿床可分为与岩浆岩伴生的和与岩浆岩无明显联系的两类。在本世纪上半叶它们都被认为是岩浆热液矿床。但目前大多数人认为，前者为岩浆热液矿床，而后者是非岩浆热液矿床。第三节含矿热液的组成部分及其来源含矿热液中水、矿质和热量三者是不可缺少的。(本文对热液中与成矿作用有密切关系的盐和其它挥发组份等不作讨论)。水是矿质活化和运移的介质，矿质是成矿的元素或组份，热量是水及矿质运移的动力。要研究热液矿床的形成条件，必须查明热液的形成及其三个组成部分的来源，特别是成矿物质的来源。一、关于热液矿床的成矿物质来源岩浆热液成矿理论认为含矿热液来自深部的残余岩浆。这仅仅是一种假设，人们无法或很难进行验证，所以，直到今天也还没有确凿的证据。近年来在矿床研究工作中成矿物质来源越来越被重视，甚至把它作为矿床分类的依据‘幻。目前主要利用硫、氢、氧、惚和铅等同位素及稀土元素等来探讨物质来源。对大多数金属矿床来说，它们都属间接的方法。如以斑岩铜矿为例，即使硫来源于地慢，但还不能得出铜亦来自地慢的结论。因此，在对成矿金属物质来源进行讨论时，外推的结论要谨慎。对一些矿床的成矿金属来源作了直接测定，初步获得的结果如下:德兴斑岩铜矿床从花岗闪长斑岩至离它十多公里范围内的围岩取了二百多个样品，从已得第一批98个样品铜的分析结果来看，由千枚岩等组成的围岩的铜含量随离岩体距离的变化而变化(图1)。大致可分成四部分:离岩体。-0.5公里为矿体和矿化岩石，0.5-3公里蚀变和有原生晕的岩石，3-8或10公里为铜含量最低的岩石，8或10-14公里为具原始铜含量的岩石。可相应地把它们称为矿化场、原生晕场、降低场和背景场。前三种属热液变异场，第四种可称为原始场。矿化场和降低场的岩心样品分析结果表明，深部岩石铜含量比地表的低得多。由此可见，德兴铜矿床周围有一个宽度约5公里的铜含量降低场，其由地表往深部，不仅铜含量降低的幅度明显增大，与原始场相比，减少了40%多，而且范围也变大，特别是往岩体方向。这么大量的铜到那里去了?主要是集中到降低场中心的铜矿体上。这是很自然的结论。武山矽卡岩和层状黄铁矿一铜矿床为了查明武山矿床形成时周围地层是否提供矿质，我们在离岩体不同距离的志留纪地层中取了三条剖面的样品。部分分析和测定结果列于表1。由表可见，同一层位的同种宕石中元素或组份的含量随离岩体距离的变化而有规律地变化。靠近岩体Si02的含量增高，铁、铜和水的含量以及体重明显地减少，特别是在离岩体1.5公里的范围内。（用图2表示）图2武山岩体围岩的Fe,Cu等含量与岩体距离的关系曲线降低场和原始场显得更清楚。因此，武山矿床成矿金属元素的地球化学场基本上与德兴铜矿床相似。由图可见，在离岩体约1公里范围内，砂页岩的铁含量显著地减少，平均约减少200。由于硅化和去铁作用，岩石的褪色现象明显。围岩中铁的大量减少为黄铁矿矿床和矽卡岩等的形成提供了铁质。简单的计算证明了这一点见表2漂塘钨矿床我们在垂直钨矿脉群的坑道中取了一批样品，分析结果表示于图3。图上离脉群约500米内为原生晕场，500-1000米以上为降低场，更远处为区域背景场(按包家宝料)矿脉群为矿化场。因此，漂塘钨矿床周围钨的地球化学场基本上与德兴铜矿床等相似。宁无份岩铁矿床、邯邢矽卡岩型铁矿床的铁质主要来自矿体周围的闪长份岩、安山岩、紫色页岩和闪长岩等，在钠化和钙化等过程中从暗色矿物中析出，而并不是来源于残余岩浆(3)。北洛峡铁矿体周围的闪长岩中出现了范围远比矿体大的铁质降低场。经计算，铁矿体中的铁和降低场所减少的铁的量大致相当，这现象看来具有一定的普遍性。在许多矿床中都有近矿岩石中成矿元素的含量低于远矿的同种岩石(表3)。此外，黔东汞矿带、大冶地区铁矿床和多宝山斑岩铜矿床也有类似的资料。综上所述，在与岩浆活动有关的热液矿床形成过程中，周围的岩石(沉积岩、变质岩、火山岩及岩浆岩等)提供了成矿金属物质是肯定无疑的事实。但目前多数矿床未开展这方面的研究，因此，围岩提供了全部，还是部分矿质?是全部、还是部分热液矿床如此呢?这些问题的解决还有待进一步工作。二、关于成矿热液中水的来源根据成因，水可分成:外生水，包括表水—雨水、河水、湖水、海水及地下水，地层水或同生水和变质水等;内生水，包括岩浆水和地幔射气水等；以及它们的混合水。由于外生水和内生水的氢氧同位素值有明显的差异，通过测定，一般较易区分。世界各地大量现代温泉、地下热水和火山气体中水的氢氧同位素组成表明，它们主要都是外生水(4J。值得指出的是，1963年怀特等把美国索尔顿海地下约1600米深处富含金属的高温热液视为典型的岩浆热液。可是仅过了五年，通过氢、氧、铅等同位素的测定后，他改变了看法，结论是这种含矿热液中的水主要是大气降水。世界上仍被认为是岩浆热液矿床中的不少矿床，通过气液包裹体中水或含水蚀变矿物的氢氧同位素测定后发现，几乎在所有矿床的形成过程中都有外生水参加，而且，其中不少矿床的形成以外生水为主，如斑岩铜矿成矿阶段的蚀变绢云母等所含的水主要是外生水，有的矽卡岩矿床也是如此Ce)因此，外生水在热液成矿过程中起重要作用是无疑的。此外，下列资料和现象也说明了这一结论:1.沉积岩中的水含量平均为5.5%，而岩浆，特别是侵人浅部或喷出地表的都是贫水的，一般水含量小于1.5%。因此，当岩浆侵人至浅部沉积岩中时，地层中的水会向岩浆方向迁移。2.在一些矿床中岩体与围岩接触带岩石的含量有规律地变化(图4)如德兴斑岩铜矿床接触带两侧的岩体和围岩都有蚀变矿化。但它们的水含量与未受蚀变矿化的相比，矿化斑岩中的水含量增高了，而矿化围岩中的水却降低了这在某种程度上显示出矿化围岩中减少的水转移到矿化斑岩中去了，即成矿时水主要是从四周向岩体方向运动。3.热液矿床的分布显受含水地层或岩石控制。如果热液中的水主要是外生的，则岩浆所侵人的地层或岩石是否含水或透水就成为能否形成含矿热液的重要条件。据此，我们对华南钨等九种金属的A,B型矿床按围岩的含水和透水性进行分类统计(表4).无水岩石区全部由不含水(指活动水，即在成矿的温度和压力条件下能活动的水)和不透水的岩石(深变质岩和致密的火山岩等)组成;贫水岩石区由多数为不含水，不透水或少含水、弱透水岩石(变质岩、火山岩、岩浆岩等)和少量含水透水岩石(沉积岩)组成;富水岩石区是含水透水岩石广泛分布的地区。这三类地区的热液矿床数量明显不同，A,B型矿床在无水岩石区缺失，在贫水岩石区较少，而在富水岩石区很多。清楚地表明，热液矿床的发育程度与地层或岩石的含水透水性能密切相关，岩石含水性高、透水性强，有利于成矿。相反，岩石的含水性低，透水性弱，则不利于成矿。4.热液矿床中碳酸盐阶段和碳酸盐化的存在也是外生水作用的证据。碳酸盐具有与一般热