第五章 热液矿床概论

第五章热液矿床概论 (气水)热液指形成于地壳一定深度的,具有一定的温度(500-50℃)、压力的气液两相体系,称为气水热液,简称热液。 气水热液组成:以水为主,含挥发组份(H2O、F、Cl、B、S、P等),并经常含有各种成矿组份,故又称之为含矿(气水)热液。 当含矿气水热液在一定的地质构造中移动时,由于温度、压力和组份浓度等物理化学条件的变化,平衡遭到破坏,其中的成矿物质通过充填或交代作用,发生沉淀、聚集,以致形成矿床,这类矿床称为(气水)热液矿床。 ①成矿晚于围岩,属于后生矿床。 ②成矿温度400℃-50℃之间,少数可达500℃或更高,成矿深度变化较大。 ③构造对气水热液矿床的形成有明显的控制作用。它既是气水热液运移的通道,又是成矿组分沉淀的场所。 ④气水热液矿床往往都发育有较强烈的围岩蚀变。 ⑤成矿作用具有多阶段性。 ⑥矿石组份:构成矿床的金属矿物以金属硫化物(Cu、Mo、Pb、Zn、Hg、Sb、Ag)为主,另外有部分金属氧化物和含氧盐(W、Sn、U……)。 ⑦矿体主要呈透镜状、囊状、不规则状,有时也呈似层状。 ⑧矿石组构:具充填和交代形成的结构构造,如脉状、网脉状、浸染状、块状构造,胶状、侵蚀、残余、骸晶结构等。 含矿热液的种类 岩浆成因热液变质成因热液建造水大气水热液幔源初生水热液1. 岩浆成因热液 岩浆成因热液指在岩浆结晶过程中从岩浆中释放出来的热水溶液。 水从岩浆中分出的主要因素是由于温度和压力的降低。 岩浆成因热液中常含有H2S、HCI、HF、SO2、CO、CO2、H2、N2等挥发组分,故具有很强的形成金属络合物并使其迁移活动的能力。此外有高盐度、富K+的特征。 人们不可能直接得到岩浆水,但通过氢-氧同位素的计算可以确定岩浆水的参与:岩浆成因热液:δ18O:+6~+9‰,δD:-48~-80‰ 2 .变质成因热液 指岩石在进化变质作用过程中(增温增压)所释放出来的热水溶液。岩石遭受进化变质作用时,总伴随着矿物的脱水反应,而且脱水同变质的强度成正比。 低级变质岩(如绿片岩)遭受到高温高压作用转变为高级变质岩(如角闪岩相和麻粒岩相变质岩)的过程中,也可排出水。 矿质+变质水→含矿变质热液:(在析出的过程中,将母岩中的成矿物质带出。在流动过程中溶解围岩中的成矿物质,使本身的含矿性增高。深部成矿物质的加入)变质成因热液:δ18O:+5~+25‰,δD:-20~-65‰ 3 . 建造水 指沉积物沉积时含在沉积物中的水,因此又称封存水。 这种水最初来自地表,与沉积物一起沉积,并与矿物颗粒密切接触,长期埋藏于地下,并与其周围的矿物发生反应,使其丧失了原有地表水的性质,形成了自己独有的特征,并在氢氧同位索组成方面也与地表水不同。 建造水广泛见于油田勘探过程中。 很多数据资料表明,有的低温铅锌矿床主要与建造水构成的热液活动有关。 4 .大气水热液 包括雨水、湖水、海水、河水、冰川水和浅部地下水,加热的大气水广泛参与热液成矿作用 二、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) 2.地壳浅部的原生沉积物源(上地壳或近地表) 3.萃取围岩源(水-岩交换)来自热液渗滤的围岩 三、含矿热液的运移 1 .含矿热液运移的动力 压力差促使热液移动重力驱动深部热源 2. 含矿热液运移的通道 原生孔隙次生裂隙 3.成矿物质的运移形式 1 .含矿热液运移的动力 压力差促使热液移动 ①内压力(挥发份作用使得热液具很大的内压) 溶液依靠自身的力量,打开通道而发生上升运移,即处入地下较深处的矿液由于其本身的内压力推动,热液沿着各种大小裂隙、破碎带运动。 ②外压力: 当构造运动发生时则可产出大量断层,沟通了地壳深处岩浆活动的地区或地下深处汇集在一起的热液区,促使深处的热液在地表不同部位压力差的驱使下向减压方向运移。 ③虹吸作用: 当构造形成大量裂隙时,尤其是那些隐伏于地下并未与地表沟通的裂隙,开始形成张口,此时裂隙中处于真空状态,产生负压力,从而能吸取周围的含矿热液(虹吸作用),并产生沉淀。 热液运动的原因主要是由于压力差引起的。 重力驱动 在一定的深度范围内,当岩石的渗透率较高时,热液可以在重力驱动下向深部渗流;也可以受地表地形的控制,从重力位能高处向重力位能低处流动。深部热源 在有岩浆侵入体或其他异常热源存在的条件下,出现异常的温度梯度并有较高的孔隙度时,将形成对流的热液系统。 2. 含矿热液运移的通道 含矿热液运移的通道按成因可分为原生孔隙和次生裂隙两类,次生裂隙又分为构造裂隙和非构造裂隙。其中,构造孔隙对热液运移和矿质沉淀成矿更具重要意义。 3. 成矿物质的运移形式 成矿物质呈硫化物真溶液运移 成矿物质呈胶体溶液运移 成矿物质呈卤化物气态溶液运移 成矿物质呈易溶络合物运移 四成矿物质的沉淀 在热液矿床形成的过程中,热液体系物理化学性质的变化,造成络合物稳定性的破坏,使金属元素及其化合物沉淀、析出。 温度PH值压力氧化还原作用 与围岩反应不同来源热液的混合水解沸腾 五个主要因素:温度降低压力降低pH值变化Eh值变化热液混合 1、温度降低 可导致成矿物质溶解度减小; 可导致挥发性物质状态变化; 可导致水解反应和H2S、H2CO3等电离产生S2-、CO32-。 以上变化都可能导致成矿元素沉淀成矿。 2、压力下降 压力降低导致作为络合物配位体的挥发组分因挥发而在溶液中浓度降低,引起络合物分解和矿质沉淀; 可导致热液沸腾从而引起液相中成矿物质达到过饱和。 4、Eh值的变化 1)Eh值对变价元素(如S、U、V)有重要影响。如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; 2)氧化作用使一些低价离子变为高价离子。Fe2+→Fe3+→Fe(OH)3或Fe2O3,导致铁沉淀成矿。 3)Eh值降低可使易溶的高价U、V还原为低价的难溶的U、V,如SO42-→S2-形成硫化物沉淀U+6→U+4→UO2(非晶铀矿),导致其沉淀成矿。 4)此外,Eh值也影响络合物的溶解度。 5、热液混合 不同热液具有不同的温度、压力、pH和Eh值。 不同热液混合后其温度、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。 五成矿方式 气水热液矿床成矿方式分为两种,即充填作用和交代作用。 1. 充填作用和充填矿床 含矿气水热液在化学性质不活泼的围岩中流动时,由于气液的物化条件改变,其中的成矿物质直接沉淀于各种裂隙,空隙中而与围岩之间没有明显化学反应和物质交换,这种成矿作用称为充填作用,由充填作用形成的矿床叫充填矿床。 充填作用形成的矿石构造 受构造控制明显,有时充填脉能反映裂隙特点; 充填脉壁平整,与围岩界线清楚,脉内可具对称条带; 矿物集合体多为晶质的,少数为胶状的.交代溶蚀现象不明显,围岩蚀变不发育; 典型构造为脉状(单脉、网脉、交错脉)构造、角砾状构造、晶洞状构造,环状构造、梳状构造、晶簇构造等. 2.交代作用和交代矿床 交代作用即置换作用。指含矿气水热液与化学性质活泼的围岩发生化学反应,生成新矿物的作用叫交代作用。由交代作用形成的矿床叫做交代矿床。 一般说来,交代作用是早期形成的岩石或矿床,在气水热液作用下,发生物 质的带进带出,一系列的旧矿物为新矿物所取代。这一作用无论是在内生条件下,还是在外生条件下都能广泛发育。它是许多气水热液矿床的重要成矿方式。 同时性:旧矿物的消失或解体和新矿物的形成几乎是同时形成的。 固态性:交代作用是成矿溶液与固体岩石直接发生作用,被交代的岩石始终保持固体状态,因此有时可以保存原岩的组构。 等体积性:交代过程中一般不发生体积的改变,即交代作用是受等体积定律支配的,交代作用前后岩石的体积相等。 交代作用形成的矿体中常保存原岩的结构构造,如层理、交错、片理、化石… 交代作用形成的矿石构造 受岩性控制明显,多发育在化学性质活泼、脆性和孔隙度较大的岩石中; 交代脉壁不规侧,与围岩界线不清晰,脉内无对称条带; 矿物集合体为晶质的,形态不规则,交代溶蚀现象明显,围岩蚀变发育; 典型构造为浸染状、网脉状、条带状等,有时也发育块状构造。 交代作用分为“渗滤交代的作用”和“扩散交代作用”两种。 a.渗滤交代作用:在岩石较大的孔隙中或裂隙中,由于压力差而发生流动的气水热液,与岩石之间发生组分交换的交代作用,叫渗滤交代作用。 气水热液由于压力差的驱使,在岩石中发生流动,而在流动过程中与周围的岩石发生化学反应。在交代过程中,岩石与热液之间组分的带入带出,主要是靠流经岩石中的溶液完成的。 渗滤交代作用作用的范围往往很大。 b.扩散交代作用:气水热液由于浓度差引起组分扩散而与围岩发生物质交换,这种交代作用称为扩散交代作用。 这种交代作用是通过组分在岩石的粒间溶液的扩散作用来实现的,溶液基本上处于静止状态,在浓度梯度的作用下,某种组分总是从浓度高的地方向浓度低的地方扩散的。 相比较之下,扩散交代作用范围较小。 六围岩蚀变 围岩蚀变——是在热液成矿过程中,近矿围岩与热液发生化学反应而产生的一系列物质成分和构造、结构的变化。围岩蚀变是整个热液成矿作用的一部分。围岩蚀变的范围变化很大,有的在矿脉的两侧只有几厘米宽,有的围绕着矿体形成数十米宽的晕圈。 蚀变围岩——发生蚀变作用的岩石叫做蚀变围岩。有一些蚀变的围岩本身就是矿,如叶蜡石化、明矾石化、高岭石化等。 围岩蚀变在各种类型矿床中的特征: 1、岩浆矿床的围岩蚀变不明显,不特征,围岩蚀变一般很薄或缺失。 2、伟晶岩矿床根据产出的环境不同,接触带宽窄明显程度不一,在母岩中的伟晶岩(如花岗岩)其蚀变带一般小而不明显,在其他岩石(如片岩等)中的较明显。 3、热液矿床的围岩蚀变最为明显。 浅成热液矿床的围岩蚀变带宽而明显, 深成热液矿床的蚀变带窄而不明显。 低温热液和地下水热液矿床之蚀变产物少而不明显,而且多为低温的方解石,白云石、白铁矿、隐晶质石英等。 浅成高温矿床或次火山热液矿床的蚀变类型复杂,高、中低温的产物常混合 在一起。 围岩蚀变的命名(围岩蚀变有多种命名方法): ①根据蚀变岩石所生成的重要矿物-(如:云母化、绿泥石化、钠长石化、钾长石化…) ②根据形成的蚀变围岩-(如:云英岩化、矽卡岩化、青盘岩化…) ③以蚀变过程中从热液中转入的元素-(如硅化、钾化、钠化…) ④用蚀变岩石的颜色或颜色的变化-(如:红色蚀变、深色蚀变、浅色、褐色…)围岩蚀变研究的工业意义: 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)… 围岩蚀变研究其有重要的实际意义: 首先,蚀变围岩大多分布在矿体周围,其轮廓和矿体形态基本一致,蚀变围岩的范围一般都较矿体广,且离矿体愈近,围岩遭受的变化也愈为剧烈,即蚀变强度愈大。围岩蚀变常呈带状分布,因此通过蚀变分带的研究,可以帮助确定矿体的位置。所以,蚀变围岩可作为热液矿床的重要找矿标志。 第二,一定的围岩蚀变类型常和一定的矿床类型有关,因此可以通过确定围岩蚀变的类型来判别可能找到的某种类到的矿床,如云英岩化经常伴生有脉状钨、锡、钼矿化和金矿化;钾化、硅化和绢云母化的蚀变组合往往和斑岩型铜、钥矿床共生;白云岩化和硅化的蚀变围岩是寻找铅锌矿床的重要标志。 第三,通过围岩蚀变的组合及分布特征,可以帮助识别成矿过程中热液运移的通道,进而指导找矿勘探。 硅化碳酸盐化钾长石化钠长石化云英岩化 绿泥石化矽卡岩化绢云母化青盘岩化粘土化 硅化 硅化是最普遍的围岩蚀变,高温至低温均可形成,但以中温热液矿床中最为常见。硅化使被蚀变岩石的石英或蛋白石的含量增加。二氧化硅一般是由热液带入,但也可由于热液淋滤其他组分,残留下稳定的二氧化硅而形成。 高温和部分中温热液硅化作用的结果,可形成密集的石英集合体,如结构较粗时,可称为石英化。 低温热液硅化作用所形成的岩石,常具细粒结构,由细粒的石英和半结晶状态的石髓及非晶质的蛋白石组成,后二者可分别称为似碧玉化或石髓化及蛋白石化。与硅化蚀变有关的矿产主要有铜、钼、铅、锌、金、银、汞、锑等。 碳酸盐化 碳酸岩化也是一种很普遍而重要的热液蚀变。 中、低温热液蚀变类型。 岩石遭受碳酸盐化后,能产生相当数量的碳酸盐矿物,如方解石,白云石,菱铁矿和菱镁矿等。碳酸盐化可进一步分为:方解石化,白云岩化,菱铁矿化和菱镁矿化等等。 这种蚀变是寻找铅、锌、汞、锑矿床的良好标志。 钾长石化 钾长石化包括微斜长石化,天河石化,透长石化,正长石化和冰长石化。其成分 几乎完全相同,因此统称为钾长石化。一般来说,微斜长石化,天河石化和正长石化是在气化高温条件下发生的,而冰长石化主要发生在中-低温热液作用过程。 钾长石化与许多类型矿床有成因上的联系。如在铌、钽、铍、锂有关的蚀变花岗岩,钨锡的石英脉型和矽卡岩型矿床,斑岩型铜-钼矿床以及某些铅、锌、金、稀土等矿床中,钾长石化常是一种重要的或特征性的蚀变作用。 云英岩化 云英岩化是一种重要的高温气水热液的蚀变作用,主要产生在花岗岩类中.蚀变后的云英岩呈浅灰,灰,灰绿及灰黄色,中-粗粒结构,粒径以1-5 mm最为常见.具花岗变晶,花岗-鳞片变晶及鳞片变晶结构. 云英岩化的交代反应为: 3NaAlSi3O8+K++2H+=KAl2[AlSi3O10](OH)2 +3Na++6SiO2 钠长石白云母石英或者是: 3KAlSi3O8+H2O= KAl2[AlSi3O10](OH)2 +2KOH+6SiO2 钾长石白云母石英 云英岩化 云英岩主要由石英和云母组成,有时还含有锂云母,铁锂云母,黄玉,电气石,萤石,绿柱石以及黑钨矿,白钨矿,锡石,辉钼矿等金属矿物.此外,有时还含有交代残余的钾长石和斜长石,及后期叠加的钠长石、钾长石和碳酸盐类矿物. 云英岩化和钾长石化、钠长石化在成因上有关,因此在一系列的蚀变岩体中,常可见到他们共生. 可以根据云英岩的主要矿物含量进行分类.如云英岩(石英和云母的比值为1-3),富云母云英岩(石英和云母的比值小于1),富石英云英岩(石英和云母的比值大于3),黄玉云英岩,萤石云英岩以及电气石云英岩等. 云英岩化常与钨,锡,钼,铋,铌,钽,铍,锂等矿床有关。 钠长石化 钠长石化是一种分布广泛和具有重要意义的蚀变作用.这种蚀变作用发生的温度范围较大,从气化-高温到低温阶段都可发生.不同性质的岩石都可发生钠长石化,但在中、基性火成岩中,钠长石化的现象较为常见。 在与矿化有关的花岗岩中,钠长石化常发生在钾长石化之后,而在钠长石化之后,又往往发育有云英岩化。 钾长石化→钠长石化→云英岩化 绿泥石化 绿泥石化也是一种中、低温热液的重要而常见的蚀变作用。 与绿泥石化有关的原岩是多种多样的。但重要的是一些中性-基性的火成岩,如安山岩,闪长岩,玄武岩和辉长岩等,部分酸性岩和泥质岩也可产生绿泥石化。与成矿作用有关的绿泥石化多与其他热液蚀变作用(如电气石化,绢云母化,硅化,碳酸盐化等)共生,很少单独出现。 绢云母化、绢英岩化和黄铁绢云岩化 绢云母化是一种非常重要和广泛的中低温热液蚀变作用。 在各类火成岩中,以中酸性火成岩最易绢云母化。长石类铝硅酸盐类矿物最易为绢云母所交代。3KAlSi3O8+2H+=KAl2[AlSi3O10](OH)2+2K++6SiO2 正长石绢云母石英 在绢云母化的同时,铁镁硅酸盐矿物常为绿泥石所交代。此外,泥灰岩,钙质页岩和粘土页岩也易绢云母化。 绢云母化常伴随着石英和黄铁矿的产生,形成绢英岩化和黄铁绢英岩化。这两种蚀变一般代表典型的中低温热液蚀变。绢英岩化的作用过程基本上与云英岩化相似,只不过形成的温度较低,当绢英岩中的黄铁矿含量超过5%时,可称为黄铁绢英岩。 最广泛而显著的绢云母化,则常与各种中低温热液硫化物矿床伴生,特别是斑岩型铜钼矿,黄铁矿型铜矿和多金属矿床。 矽卡岩化 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)及其他一些钙,铁,镁的铝硅酸盐所组成的岩石,主要发生在中酸性侵入体与碳酸盐类岩石的接触带或其附近,在中等深度条件下,经气水热液的高温交代作用而形成的。与矽卡岩有关的矿产主要有钨,锡,钼,铁,铜,铅-锌等。 青盘岩化(亦称变安山岩化) 青盘岩化是指安山岩,玄武岩,英安岩及部分流纹岩,在中低温热液作用(特别是含H2S、CO2的热液作用)下产生的一种蚀变作用. 这种蚀变一般是在近地表或地表条件下进行的. 青盘岩呈暗绿,绿,褐绿等颜色,外貌上可保持原来火山岩的特征,变余结构常较明显,如变余安山结构,变余火山碎屑结构等. 构成青盘岩的蚀变矿物以绿泥石,碳酸盐(方解石,白云石,铁白云石,菱铁矿和菱锰矿等)黄铁矿,绿帘石和钠长石为主.有时有石英,绢云母和黝帘石等. 与青盘岩化有关的矿床有斑岩型铜钼矿床,热液黄铁矿矿床,脉状铜矿和多金属矿床,金和金-银矿床等等。 七矿化期、矿化阶段和矿物的生成顺序 矿化期 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。 不同成矿期形成的围岩蚀变、矿物组合、伴生组分、矿石结构构造,甚至矿体形态、产状都可能有明显差别。 矿化阶段 矿化阶段:是在矿化期中化分出来的较短的成矿作用过程,一个矿化期往往含有多个矿化阶段,代表在近似的物理化学条件下多次的构造热液活动。 划分矿化阶段的依据是矿石及矿脉胶结、交代、穿插关系。 矿物生成顺序 同一矿化阶段中不同矿物结晶的先后顺序叫做矿物的生成顺序。 判断矿物生成顺序的依据是矿物间穿插、交代、包裹、环带构造等关系。 先成矿物被后成矿物穿插; 先成矿物被后成矿物交代; 先成矿物被后成矿物包裹; 后成矿物填充于先成矿物粒间; 后成矿物完全交代并保留先成矿物的假象; 对称带状构造中外带矿物早于内带矿物。 本章思考题 1.含矿热液的种类有哪些? 2.金属元素在热液中可能的迁移形式有哪些?各需何种条件? 3.导致热液种成矿元素沉淀成矿的重要因素有哪些? 4.成矿方式有哪些? 5.充填矿床常具有哪些识别特征? 6.交代矿床常具有哪些识别特征? 7.交代作用有何特点?渗滤交代作用和扩散交代作用有何区别? 8.何谓围岩蚀变?研究围岩蚀变有何意义?