第五章 氣水熱液礦床

1、中國地質大學（武漢）China University of Geosciences礦床學Ore deposit geology第五章第五章 氣水熱液礦床概論氣水熱液礦床概論the pneumatolito-hydrothermal deposit中國地質大學（武漢）China University of Geosciences礦床學Ore deposit geology一、概 述在內(nèi)生成礦作用過程中，除了有在巖漿結晶的主要階段形成的巖漿礦床、和在巖漿結晶之后形成的偉晶巖礦床之外，在地殼中還有另一大類礦床，即與各種成因的氣水熱液有關的“氣水熱液礦床”?！皻馑疅嵋骸?，指在地殼一定深度下通過各種方

2、式形成的具有較高溫度和壓力、以水為主的氣態(tài)和液態(tài)溶液。因其成分以水為主，并主要呈液態(tài)，故稱為氣水熱液，或簡稱為熱液。這種成分以水為主及含有多種揮發(fā)組分和多種成礦元素的氣水熱液含礦氣水熱液。中國地質大學（武漢）China University of Geosciences礦床學Ore deposit geology氣水熱液的成分與狀態(tài)熱液成分（1）主要成份：H2O（鹽度一般為幾%幾十%）（2）其他揮發(fā)組分： O、CO2、H2S、SO3、HCl、HF； （3）鹽類物質：K、Na、Ca、Mg、Ba、Sr等的硫酸鹽SO2-4),氯化物(Cl-)，氟化物(F-)，硼酸鹽（B）等。（4）成礦元素： 親銅元

3、素Cu、Pb、Zn、Au、Ag、Sn、Sb、Bi、Hg。 過渡元素Fe、Co、Ni、 稀有稀土和放射性元素W、Mo、Be、Th、U、In、Re。溫度及物理狀態(tài)：（1）溫度變化范圍：50800C，一般成礦溫度：100600C（2）壓力4106 2.5108 Pa，形成深度不超過6-8Km。 （3）狀態(tài)：氣態(tài)（高溫低壓條件）、液態(tài)（高壓中低溫條件）、超臨界狀態(tài)（高溫高壓條件）中國地質大學（武漢）China University of Geosciences礦床學Ore deposit geology氣-水熱液作用的意義理論意義研究氣水熱液性質能夠深入了解礦床的形成過程和成因，主要是其具有萃取、攜帶

4、、運移成礦物質能力和最終沉淀成礦物質作用性質。經(jīng)濟意義形成的礦床數(shù)量多，礦產(chǎn)類型多，并有大型、超大型礦床。主要礦產(chǎn)包括：1）親硫元素：Cu、Pb、Zn、Hg、Sb、As、W、Sn、 Bi、Mo等；2）貴金屬：Au、Ag、PGE；3）稀有、稀土金屬：Li、Be、Ga、Ge、In、Nb、Ta等；4）放射性金屬：U、Th 等；5）非金屬：硫、水晶、螢石、重晶石、菱鎂礦、石棉等中國地質大學（武漢）China University of Geosciences礦床學Ore deposit geology二、氣水熱液的來源（類型） 氣水熱液的來源是這類礦床的一個重要問題。由于其來源十分復雜，因此人們曾提出

5、過多種看法，爭議較大。這個問題是地學工作者重點研究的一個課題。 資料表明，成礦的熱水溶液是多組分體系，有多種來源，而且不同來源或成因的溶液常常是相互摻雜混合，它們的形成常常有一個漫長的發(fā)展過程。 總括起來成礦氣水熱液的來源主要有以下5種類型：巖漿熱液；地下水熱液；海水熱液；變質熱液及地幔來源流體。中國地質大學（武漢）China University of Geosciences礦床學Ore deposit geology（一）巖漿熱液1、成因：巖漿熱液是巖漿中所含的H2O及其他揮發(fā)組分在巖漿上侵和冷凝結晶過程中，由于溫度、壓力和成分的變化與其所溶解的化學成分一起被析出形成的。這類熱液來自于巖漿

6、。 由巖漿熱液形成的礦床總是和巖漿侵入體有密切的聯(lián)系。巖漿是一種成分很復雜的流體，它主要由硅酸鹽、氧化物和揮發(fā)份組成。其中揮發(fā)份約占510%，且以水為主。在高溫時，巖漿是一種均勻的熔融體，但隨著溫度逐漸下降，壓力降低，這時熔漿中的水等揮發(fā)份逐漸集中，于是形成了高溫的含礦氣水熱液。2、氫-氧同位素特征：D=-80-40（D=-80-50）18OH2O= 5.59.5（或18OH2o=68）H-O同位素與初生水相似，CO2 、 Na+ 、 K+ 、 Si4+、 Al3+ 、 SO42-、Cl-有所增加。(高鹽度，富K+ ) 不同成因水的同位素組成簡圖2、氫-氧同位素特征：D=-80-40（D=-8

7、0-50）18OH2O= 5.59.5（或18OH2o=68）中國地質大學（武漢）China University of Geosciences礦床學Ore deposit geology 巖漿熱液是由巖漿在演化過程中分異形成的。包括由巖漿液態(tài)不混熔作用分出來的熱液和巖漿在結晶分異過程中分異出來的熱液。巖漿房巖漿房1）深度較淺、壓力較低，由于巖漿分餾，水可以蒸氣狀態(tài)逸出凝聚成熱水溶液；2）深度較大、壓力較高，巖漿分餾作用超臨界溶液冷卻直接轉變?yōu)闊崴芤海?） 開放的系統(tǒng)，巖漿在較高的溫度下分餾超臨界溶液冷卻直接轉變?yōu)闊崴芤?。中國地質大學（武漢）China University of Geos

8、ciences礦床學Ore deposit geology巖漿源氣水熱液的主要依據(jù)1）地質事實A、時間、空間上的一致性；B、成礦專屬性：一定類型熱液礦床常與一定類型巖漿巖相關；C、不同類型礦床或礦種常圍繞侵入體呈水平或垂直分帶；D、現(xiàn)代火山噴氣、火山熱泉資料. 2）高溫高壓實驗研究：證實不同溫壓條件下水在二氧化硅熔融體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）元素地球化學研究：礦石與巖漿巖在某些礦物和微量元素組成上具有一致性;4）同位素地球化學研究：D-18O、34S、13C；5）流體包裹體研究中國地質大學（武漢）China University of G

9、eosciences礦床學Ore deposit geology巖漿熱液活動有一定的溫-壓條件，壓力主要在1000105 2000105Pa左右，說明它存在的深度一般不超過7 8Km，溫度為100 8000C。過高的溫壓條件會使巖漿熱液重新溶解到巖漿體系中去，而不表現(xiàn)出單獨活動的性質。巖漿分異出熱液的過程是地質學者重視的一項內(nèi)容。Burham(1979)認為常見的長英質巖漿中，含水量一般為2.5%6.5%，平均3.0%。水在幾種硅酸鹽巖漿中的溶解度，隨著壓力的增加而增大。壓力降低，水就會從巖漿中釋放出來，形成熔有K、Na、Ca、Mg、Cl、F、 CO32-、HS-、HCO3-等的巖漿熱液。中國

10、地質大學（武漢）China University of Geosciences礦床學Ore deposit geology(二)地下水熱液 1、成因 地下水熱液是指大陸地區(qū)向下滲透的地下水及沉積物中的封存水因地熱梯度的影響和（或）受深部巖漿的烘烤，溫度升高、化學活動性增強，進而從所流經(jīng)的巖石中溶解了成礦物質而形成的?？杉毞譃楹笊聺B溶液和同生沉積溶液（建造水、同生水或封存水）。 地下水熱液的成分主要來自圍巖，由地下水熱液形成的礦床，其礦石成分特征往往與圍巖的一致。在礦床周圍數(shù)十公里的范圍內(nèi)沒有火成巖出露，深部又無火成巖隱伏體，且礦體圍巖又未發(fā)生區(qū)域變質作用。 2、特征： 氫氧同位素接近大氣降水

11、線（溫度多為中低溫，多富Ca2 Na） 大氣降水（或地表雨水）的同位素組成隨海拔高度、緯度、溫度的變化有規(guī)律地改變，一般說來，大氣降水的同位素組成D=-340+50，18OH2O=-44+10。 中國地質大學（武漢）China University of Geosciences礦床學Ore deposit geology 當大氣降水進入地殼表層以后，在滲流和環(huán)流作用中，受地熱的影響或巖漿、火山活動的影響，使得這些水加熱升溫，以至其溫度達到300400 ，溫度升高后的地下水密度變小，內(nèi)能內(nèi)壓增強，地下水熱液便不再向下滲透。于是向著上昂的方向，或沿著斷層，向著減溫減壓的方向循環(huán)流動。 這種地下水熱

12、液在循環(huán)流動過程中，不斷發(fā)生“水-巖反應” ，從圍巖，礦源層，甚至從已形成的礦床中溶解萃取大量成礦物質以及鹽類，形成含礦熱鹵水或含礦熱液： 大氣水熱水熱鹵水含礦熱液（含礦熱鹵水）中國地質大學（武漢）China University of Geosciences礦床學Ore deposit geology 大氣水補給區(qū) 熱液礦床形成區(qū)循環(huán)區(qū)混合區(qū)巖株巖株礦床礦床由大氣水參加的熱液礦床形成圖解中國地質大學（武漢）China University of Geosciences礦床學Ore deposit geology大氣降水與中低溫對流型地熱系統(tǒng)模式1-圍巖；2-地表水；3-水流方向；4-地熱分帶

13、中國地質大學（武漢）China University of Geosciences礦床學Ore deposit geology （三）海水熱液海水熱液分布于海洋區(qū)，是由向下滲透的海水形成的。在海洋底部，海水可沿裂隙，構造變動帶下滲到地殼的深部，受深部巖漿的烘烤和地熱梯度的影響，溫度升高、化學活動性增強進而從所經(jīng)巖石中溶解了成礦物質而形成的。此種熱液多形成于洋中脊及島弧環(huán)境。熱液H2O的氫氧同位素接近海水的標準值。近代海水的D和18OH2O都近于0（或均為15）含SO42-，鹽度3.5%。在現(xiàn)代海底，如紅海、索爾頓海海底都發(fā)現(xiàn)有高鹽度的鹵水，其中有含量不同的金屬（如鉛、鋅、銅等），元素的種類和含

14、量與世界上這類礦床的一致。 中國地質大學（武漢）China University of Geosciences礦床學Ore deposit geology海水熱液及其成礦模式海水沿著海底的深大斷裂下滲到洋殼深處，形成環(huán)流熱液。與巖石發(fā)生水-巖反應，變成含礦熱鹵水，然后沿著海底斷裂、火山口或爆破帶上升至海底，與海水作用形成塊狀硫化物礦床。中國地質大學（武漢）China University of Geosciences礦床學Ore deposit geology大氣水海水巖漿水地幔熱流中國地質大學（武漢）China University of Geosciences礦床學Ore deposit

15、geology（四）變質熱液 1、成因： 變質熱液是在變質過程中，因礦物和巖石的脫水作用而形成的。 如巖漿巖、沉積巖都含有一定數(shù)量的水，在變質過程中，由于溫度和壓力升高而釋放出水，然后匯聚成為熱液。巖石變質程度愈深，釋放出的水愈多。 沉積巖（含水30%）綠片巖相（6%）角閃巖相（1-2%）麻粒巖相（0.5%)） 巖石變質程度越深，含水越多。這些水由深變質帶向低變質帶遷移，并不斷萃取成礦組分，形成含礦熱液。 2、特征： H2O的18O=525，D= -20 -65。 一般來說，低級變質作用產(chǎn)生的流體富含H2O；高級變質相中產(chǎn)生的流體以高密度CO2為主；原巖如為蒸發(fā)巖，則放出富含NaCl的鹵水，原

16、巖為碳質的沉積巖，則放出富含水和CO2的流體。中國地質大學（武漢）China University of Geosciences礦床學Ore deposit geology（五）地幔熱液 指來自地核或下地幔的超臨界流體?；瘜W組分以C、H、O、N、S為主，少量F、Cl、P等，它們是直接來源于上地?！叭庾饔谩?（“脫氣”，“除氣”）所形成的。 這種氣液從未參加過水的循環(huán)作用，在地球形成時期就已經(jīng)存在，是與地幔巖石處于平衡的氣體和揮發(fā)分（初生水或原生水），可能以沿深大斷裂向地殼淺部運移為重要機制。 一般通過測量上地幔硅酸鹽的H-O同位素組成來推斷“初生水”的組成，其氫氧同位素為: D=-48（或-

17、70-30）， 18OH2O=7（或68.5）。 成分中CO2含量很高，可達78.54%，且常見純CO2（占100%）的包裹體，其中金屬元素以富含F(xiàn)e，Mg，Mn為特征。中國地質大學（武漢）China University of Geosciences礦床學Ore deposit geology地幔流體存在的證據(jù)1）地球物理研究表明， 在地幔（400700km）有大量成礦金屬，在一定的溫度壓力下，它們可以隨著地幔射氣作用而上升，在大面積長時期的排氣作用下，也可形成重要的含礦氣水溶液。2）地幔巖包體中流體包裹體，以及玄武巖玻璃中化學組分的研究，來自于上地幔的流體主要化學組分為C、H、O、N、S，

18、以及少量F、Cl、P等，在弱還原條件下以CO2H2O為主，在強還原環(huán)境則主要為CH4H2OH2。3）堿交代作用：堿交代巖是地幔流體轉變?yōu)闊嵋旱幕涗?，拆離斷層構造體系則是地幔流體上升到地殼的活動通道。中國地質大學（武漢）China University of Geosciences礦床學Ore deposit geology三.成礦物質的來源熱液礦床的成礦物質來源可分為三方面1.上地?；虻貧ど畈吭?（來自巖漿熱液）巖漿部分熔融萃取成礦物質，在巖漿演化期后，礦質聚集在巖漿熱液中；在巖漿中的水和礦質也越多，越容易形成含礦的熱水溶液。2.地殼淺部的原生沉積物（上地殼或近地表）源成巖過程中和變質作用

19、過程中，沉積物中含有的Pb、Zn等成礦組份隨建造水或變質水析出，形成含礦熱液。（來自變質熱液或地下水熱液 ）3.萃取圍巖源（水巖交換) （來自熱液滲濾的圍巖）熱液與圍巖發(fā)生水巖反應，萃?。ㄈ芙猓﹪鷰r中的一部分物質，使熱液中金屬組份含量升高，并使圍巖中原有金屬組份的含量減少。中國地質大學（武漢）China University of Geosciences礦床學Ore deposit geology 4.氣水熱液與其成礦物質間的關系（1）氣水熱液（介質）的來源具有多源性；在成礦過程中，往往不是單一含礦熱液起作用，而是以某一種熱液為主，混合有其它類型熱液；（2）氣水熱液中的成礦物質也具有多源的；（

20、3）介質和礦質即可同源，又可異源；（4）氣水熱液決定成礦物質的富集程度和礦床屬性;（5）成礦介質和礦質的主要來源是影響成礦作用的根源，確定熱液礦床類型的主要依據(jù)。中國地質大學（武漢）China University of Geosciences礦床學Ore deposit geology四、熱液中主要揮發(fā)組分的性狀及其影響 在氣水熱液成礦作用過程中，揮發(fā)組分的性狀對其有較大的影響。特別是F、Cl 、S、 CO2 1、鹵族元素： 熱液中主要鹵族元素是F和Cl a、鹵族元素的化合物（尤其是氯化物）是強電解質，電解后強烈影響熱液的pH值； b、大部分金屬元素的鹵化物都有較大的溶解度，很多金屬元素均可

21、與鹵族元素形成易溶絡合物，還有部分鹵化物高溫時具有揮發(fā)性質。鹵族元素的這些重要性質有助于有用組分的遷移。中國地質大學（武漢）China University of Geosciences礦床學Ore deposit geology 2、S： 氧化態(tài)為SO42-，與Cl-性狀相似。影響熱液的pH值和有助于大部分金屬元素的遷移，也可形成難溶硫酸鹽而沉淀成礦，如重晶石（BaSO4）。 還原態(tài)為H2S，是弱電解質和重要的礦化劑，性狀如下： （a）溫度400C，H2S為中性分子，不電離，或分解為 S和H2。 （b) 溫度400C，H2S開始電離， 電離出的HS-常可與多種金屬元素結合形成易溶絡合物，有助

22、于元素在熱液中遷移。 影響H2S解離的因素是熱液中H2S的濃度和PH值：H2S的溶解度又與壓力呈正相關，與溫度呈負相關；PH值低溶液中HS-高，有利于礦質的遷移，PH值高溶液中 S2-高，有利于硫化物的沉淀。中國地質大學（武漢）China University of Geosciences礦床學Ore deposit geology3、CO2：高溫條件下為中性分子，溫度降低水化為H2CO3并解離，H2CO3= H+HCO3(利于礦質遷移) HCO3= H+CO32與H2S性狀相似，HCO3和CO32與熱液的溫度、壓力和PH值有關，溫度降低和pH值升高有利于成礦元素以碳酸鹽沉淀。中國地質大學（武

23、漢）China University of Geosciences礦床學Ore deposit geology五、成礦元素在熱液中的遷移與沉淀（一）成礦元素的遷移方式成礦元素在氣水熱液中的遷移方式是現(xiàn)代礦床學和地球化學的重要研究課題之一，它對于研究熱液礦床的成礦條件，元素和礦物的共生關系，礦床的分帶以及成礦專屬性等等都有直接的聯(lián)系。關于氣水熱液中成礦元素（主要是金屬元素）的遷移形式主要有以下幾種假說：中國地質大學（武漢）China University of Geosciences礦床學Ore deposit geology1、鹵化物形式成礦元素是以易溶鹵化物的形式隨熱液進行搬運的，在成礦作用

24、中經(jīng)化學反應而生成各種硫化物、氧化物、硫酸鹽、碳酸鹽等不溶物質沉淀。a、氣態(tài)揮發(fā)物(如FeCl3、AuCl3、SnF4)，高溫下可能，溫度降低發(fā)生水解。如SnF4+2H2O=SnO2+4HF b、鹵化物溶液形式（可溶鹽簡單離子），多數(shù)元素的鹵化物都具有較大的溶解度，使之具有溶解遷移的可行性。但隨H2S和H2CO3解離，則與成礦元素離子結合形成難溶的硫化物、碳酸鹽而沉淀，使鹵化物溶液形式遷移的可能性減小。從現(xiàn)有資料來看，鹵族主要是在高溫氣化熱液階段。如W和Sn可能是以鹵化物方式進行搬運。但是，一些親硫元素的鹵化物，在有H2S存在的情況下，也是不穩(wěn)定的，在較低的溫度條件下，一般對金屬元素難于進行搬

25、運。 中國地質大學（武漢）China University of Geosciences礦床學Ore deposit geology2、膠體溶液形式由于在熱液礦床中，發(fā)現(xiàn)有礦石的膠狀構造，因此許多地質學者認為成礦物質在熱液中是呈膠體狀態(tài)被搬運的。同時實驗證明，金屬硫化物在膠體溶液中的含量比它在真溶液中的溶解度大100萬倍。而且膠體溶液的形成條件，幾乎可以在任何溫度、壓力條件下產(chǎn)生。在氣水熱液成礦過程中，SiO2，F(xiàn)e(OH)3，Au，Ag，Pb，Zn等硫化物或其它化合物均能以膠體狀態(tài)遷移。金礦：黃鐵礦型金礦，石英多金屬脈型金礦，斑巖型金礦，矽卡巖型金礦，石英脈金礦中均有產(chǎn)出。石英，硫化物，硅酸

26、鹽，碳酸鹽，鐵的氧化物等均可作為膠體金的載體礦物。 因高溫下不穩(wěn)定并且會不斷有來自圍巖的電解質，因此僅在較低溫環(huán)境中有膠體作用。中國地質大學（武漢）China University of Geosciences礦床學Ore deposit geology3、易溶絡合物的形式 在自然界，大多數(shù)的金屬原子，都可以構成絡合物的形成體（或稱中心陽離子）。而一些鹼（土）金屬則構成絡合物外面的陽離子。 由一個簡單的離子和幾個中性分子（或在溶液中能獨立存在的離子）結合而成的復雜離子叫絡陰離子，含有絡因離子的化合物叫絡合物。 An(BXm)=nA+BXmn- 其中A為堿金屬，B 為形成體(成礦元素)，X為配位

27、體（酸根及氫氧根等）例：AuCl2-、AuCl4-、Au(HS)2-。 因不存在游離的成礦元素離子，因此其溶解遷移能力不受熱液中S2和CO32的影響。 影響因素是絡合物的不穩(wěn)定常數(shù)和配位體的濃度及PH值等。為最重要的遷移形式，中國地質大學（武漢）China University of Geosciences礦床學Ore deposit geology 目前，成礦物質在熱液中以絡合物形式搬運的假說，獲得最為廣泛的支持。氣水熱液可以呈絡合物形式從巖石，礦物中萃取金屬元素。大多數(shù)絡合物的溶解度很大，如Ag（HS）比Ag的溶解度大1091012倍。 絡合物還具有很大的穩(wěn)定性，在溶液中能長距離搬運，而不

28、致于在中途發(fā)生水解和沉淀。金屬絡合物還可溶于氣體中，使許多成礦元素以氣體狀態(tài)遷移。實驗證明，許多金屬如Nb. Ta. W.Sn.Be.Fe.Cu. Pb.Zn.Au.Ag. Hg. Sb.U 等均能以絡合物形式在熱液中遷移。中國地質大學（武漢）China University of Geosciences礦床學Ore deposit geology4、真溶液的形式 由于在氣水熱液礦床中，礦物大多以硫化物的形式出現(xiàn)，因此人們早就認為成礦物質是以簡單硫化物的真溶液的形式被搬運的。 但是這種看法很快能為人們所否定。因為發(fā)現(xiàn)重金屬硫化物在水中的溶解度極小，例如銅的硫化物在不同溫度（25400）和不同的

29、pH值（713）的溶液中，溶解度變化范圍為1010-62.310-24克分子/升。此外，礦物中的其它金屬礦物如赤鐵礦、錫石、黑鎢礦等基本上也是不溶于水的。那么，要形成硫化物礦床，就需要多得不可估量的海水，例如有人估算過要想沉淀幾噸硫化銅礦石，就需要整個地中海那么多的海水，這當然是不可能的。 更多地認為熱液礦床中的礦物大多數(shù)是各種化學反應過程中所形成的不易溶解的化合物沉淀的結果，也即礦石的形成是熱液搬運的后期或最后的現(xiàn)象，而不是它們呈真溶液在熱液中的最初形式，或說明它們就是呈真溶液形式搬運的。中國地質大學（武漢）China University of Geosciences礦床學Ore depo

30、sit geology（二）成礦元素的沉淀 含礦熱液是一個非常復雜的多組份的體系，促使成礦元素從中沉淀的因素很多，如： 1）物理化學條件的變化， 2）與流經(jīng)的各種不同成分的圍巖相互作用； 3）不同成分和性質的水溶液也可互相混合等等。 中國地質大學（武漢）China University of Geosciences礦床學Ore deposit geology1、溫度的降低引起一些成礦元素的化合物或絡合物溶解度的減小，導致這些元素的沉淀。引起溶液中硫化氫溶解度的增加，導致水解反應和H2S、H2CO3等電離產(chǎn)生S2、CO32。因而硫的濃度增高，從而有利于硫化物的沉淀。 引起某些化學反應得以進行。如

31、： PbS 2H2OPb（OH）2 H2S ZnS2H2OZn（OH）2 H2S當溫度升高時，上式反應向右進行，降低時，則反應向左進行。中國地質大學（武漢）China University of Geosciences礦床學Ore deposit geology2、壓力的降低壓力降低引起熱液產(chǎn)生“沸騰”作用，將增加溶液的濃度，使揮發(fā)組份（CO2、HCl、H2O等）的減少，使剩余溶液的堿性增高，搬運金屬的能力則降低。壓力的降低能促使某些會揮發(fā)份化合物的分解，結果導致礦質的沉淀。如下列反應式，可在溫度不太高的條件下，由于壓力迅速降低，重碳酸鹽發(fā)生分解而形成。Fe（HCO3）2FeCO3H2O十CO

32、2 菱鐵礦一些稀土礦物從熱液中沉淀，可能也是由于壓力的降低而使絡合物的分解和CO2的逸散所造成的。中國地質大學（武漢）China University of Geosciences礦床學Ore deposit geology3、pH值的變化（影響溶解度）ph值影響H2S、H2CO3的電離和熱液中S2、CO32的濃度；ph值也影響絡合物的溶解度。因此，pH值變化可能導致有用組分沉淀成礦。 許多化合物或易溶的化合物，只能在溶液的一定pH值范圍內(nèi)才是穩(wěn)定的，當pH值超過這個范圍時，就會引起這些化合物的分解和沉淀。 例如:UO2(CO3)34絡陰離子團，當溶液pH7.2，溶解度最大；當溶液的pH值大于

33、或小于這個數(shù)值時，它的溶解度會很快減小，產(chǎn)生分解和鈾礦物的沉淀。中國地質大學（武漢）China University of Geosciences礦床學Ore deposit geology4、 Eh值的變化 首先Eh值對變價元素（如S、U、V）有重要影響。Eh值升高可引起H2S在熱液中濃度降低，導致硫氫絡合物分解沉淀成礦；可引起易溶的二價鐵氧化為難溶的三價鐵，導致鐵沉淀，形成赤鐵礦或褐鐵礦。Eh值降低可使易溶的高價U、V還原為難溶的低價的U、V，導致它們沉淀成礦。此外，Eh值也影響絡合物的溶解度 。 U6U4 UO2(CO3)34 2eUO2十(CO3)2中國地質大學（武漢）China Un

34、iversity of Geosciences礦床學Ore deposit geology5、不同性質溶液的混合當不同成分或不同性質的溶液混合后，會改變合礦熱液系統(tǒng)的狀態(tài)，破壞溶液的化學平衡，促使某些化學反應的發(fā)生，從而產(chǎn)生礦物的沉淀。不同類型熱液具有不同的溫度、壓力、pH和Eh值。不同類型熱液混合后，其溫度、壓力、pH和Eh值相對于混合前任何一種熱液都發(fā)生了重要變化，因而可導致有用組分沉淀成礦。很多熱液礦床的形成與兩種或兩種以上成礦溶液的混合有關，主要是下滲大氣降水與上升深源流體的混合有關。中國地質大學（武漢）China University of Geosciences礦床學Ore dep

35、osit geology6、熱液與巖石發(fā)生反應（水-巖反應）熱液與巖石反應，發(fā)生物質交換，體系中水量減少，造成部分物質 沉淀。由于熱液與巖石反應，改變?nèi)芤旱膒h值，使得絡合物不穩(wěn)定而分解沉淀；改變?nèi)芤旱腅h值，使溶液中的變價元素不穩(wěn)定發(fā)生沉淀。總之，促使成礦元素沉淀的因素是多方面的，它們在成礦作用過程中，是相互影響互相聯(lián)系的。中國地質大學（武漢）China University of Geosciences礦床學Ore deposit geology六、氣水熱液的運移（一）氣水熱液運移原因：含礦氣水熱液由于其本身具有的內(nèi)壓力，或是構造應力的驅動下，由原在地向壓力減小的方向運移。在地殼中主要是由

36、深部向淺部上升運移，從高壓向低壓方向運移。含礦氣水熱液運移的主要原因是壓力差。引起氣液上升的原因（動力）主要有以下幾種：含礦氣水熱液的內(nèi)力（內(nèi)能內(nèi)壓）構造應力作用上覆巖層的靜壓力封閉裂隙的真空虹吸作用局部熱源引起的熱液環(huán)流中國地質大學（武漢）China University of Geosciences礦床學Ore deposit geology1.含礦氣水熱液的內(nèi)力：含礦氣水熱液本身具有較大的熱能、較高的壓力。這種熱能和壓力能推進氣液向地殼中壓力較低的地段運移。如巖漿中的高溫高壓氣液可從巖漿中析出，向圍巖的孔隙中擴散，或以火山噴發(fā)形式迅猛地到達地表。2.構造應力：在構造應力作用下，巖石發(fā)生形

37、變破裂，如形成斷裂，溝通了地下深處匯集在一起的氣液區(qū)，促使深處的氣液向淺部壓力減小的方向運移。由于構造應力的驅動，可使含礦氣液由擠壓區(qū)向壓力較小的張開區(qū)流動。3.上覆巖層的靜壓力：地殼中氣液的運動直接與上覆巖層的巨大壓力有關。地殼不同深度有不同的壓力，造成不同的靜壓力差。在這種靜壓力差的作用下，引起層間水（包括熱鹵水）向壓力小的方向轉移。中國地質大學（武漢）China University of Geosciences礦床學Ore deposit geology 4.封閉裂隙的真空虹吸作用： 構造作用形成大量裂隙時，尤其是那些隱伏于地下并未與地表溝通的裂隙或裂隙的生成階段，即封閉裂隙生成的瞬間

38、產(chǎn)生真空狀態(tài)，如果這種裂隙的一端與氣液聚集地段連通，則氣液因壓力差而被吸入到裂隙中。同時，由于氣液在深部所受上覆巖層的靜壓力，使氣液擠入裂隙而上升。 5.局部熱源引起的熱液環(huán)流： 當上升的巖漿或地熱流向地殼淺部運動時 引起局部增溫，其附近巖層中的地下水被 加熱，密度減小，比重減輕，內(nèi)壓增加， 因而能向上部的開放裂隙運動。而原來溫 度較低的水則因重力而下降，當靠近局部 熱源后被加溫，又向上部運動。如此往復 循環(huán)，圍繞局部熱源形成不同溫度的地下 水熱液對流系統(tǒng)。中國地質大學（武漢）China University of Geosciences礦床學Ore deposit geology中國地質大學

39、（武漢）China University of Geosciences礦床學Ore deposit geology（二）熱液運移的通道熱液運移的通道是巖石中的裂隙和孔隙，按成因可分為如下三類 中國地質大學（武漢）China University of Geosciences礦床學Ore deposit geology a、導礦構造：把深部含礦熱液引入礦田及礦帶的構造（深斷裂、陡滲透性巖層），控制礦田及成礦帶的分布。 b、配礦構造：把熱液從導礦構造引入成礦地段的構造（與導礦構造相通的斷裂、裂隙帶、透水層），控制礦床的分布。 c、容礦構造：礦質沉淀成礦時所在的構造（與配礦構造相通的次級斷裂、裂隙、

40、層間剝離構造、透水層等），直接控制礦體形狀和分布。導礦、配礦、容礦構造關系圖構造在熱液運移過程中的作用中國地質大學（武漢）China University of Geosciences礦床學Ore deposit geology七、氣水熱液礦床的形成方式中國地質大學（武漢）China University of Geosciences礦床學Ore deposit geology（一）充填作用及充填礦床1、概念：含礦氣水熱液在化學性質不活潑的圍巖中流動時，基本上不與圍巖發(fā)生物質成分的交換，主要是由于物化條件的改變，使熱液中的成礦物質直接沉淀于已有的各種裂隙和孔隙內(nèi)的作用，稱為充填作用。由充填作用

41、方式形成的礦床稱為充填礦床。 充填作用發(fā)生的基本條件：圍巖化學性質不活潑；圍巖中有裂隙或孔洞；礦質的沉淀受物理化學條件影響，沒有明顯化學反應。中國地質大學（武漢）China University of Geosciences礦床學Ore deposit geology2、充填礦床的特征 （1）充填礦床是典型的后生礦床，因為礦體比圍巖形成時間要晚得多。 （2）礦體形態(tài)：多呈脈狀，受裂隙控制， （3）礦體與圍巖接觸界線規(guī)則清楚，為突變接觸關系，礦脈兩壁平直或相互吻合。 （4）礦石構造：典型的礦石構造有對稱帶狀構造、梳狀構造、晶洞構造、晶簇構造、角礫狀構造等。 石英脈型鎢、錫、金礦等為典型的充填礦床

42、。中國地質大學（武漢）China University of Geosciences礦床學Ore deposit geology充填作用形成的礦石構造角礫狀構造環(huán)狀構造中國地質大學（武漢）China University of Geosciences礦床學Ore deposit geology （1）梳狀構造； （2）雞冠狀構造； （3）角礫狀構造充填礦床中的礦石構造中國地質大學（武漢）China University of Geosciences礦床學Ore deposit geology充填礦脈特征A-囊狀礦脈；B-透鏡狀礦脈；C-席狀脈；D-雁行狀礦脈；E-鏈環(huán)狀礦脈。 充填脈中礦物的生

43、長情況1-脈壁；2-石英晶體；3-閃鋅礦；4-紫水晶；5-晶洞中國地質大學（武漢）China University of Geosciences礦床學Ore deposit geology（二）交代作用及交代礦床 1、 概念： 熱液（流體）與圍巖發(fā)生化學反應或置換作用稱為交代作用。由交代作用造成礦質的聚集而形成的礦床稱為交代礦床。 交代作用的特點： （a）原礦物的溶解與新礦物的沉淀同時進行； （b）在交代過程中巖石始終處于固體狀態(tài)； （c）交代前后巖石體積基本不變。 交代作用發(fā)生的基本條件： 圍巖化學性質活潑；有組分濃度差或壓力差； 熱液體系的物理化學性質（溫度和壓力條件）。中國地質大學（武漢

44、）China University of Geosciences礦床學Ore deposit geology2、交代礦床的特征 (1)礦體形態(tài)多不規(guī)則，礦體與圍巖沒有明顯界線，呈漸變過渡接觸關系。 (2)礦體中常見交代殘余的圍巖塊體。 (3)礦石常發(fā)育交代結構、交代殘余結構構造（礦石中常保存原巖的結構構造，如層理、交錯層、片理、化石 ）。 (4)由交代形成的礦物常有較好的晶形。 （5）圍巖蝕變發(fā)育中國地質大學（武漢）China University of Geosciences礦床學Ore deposit geologyA-礦體中有懸掛狀的圍巖碎塊；B-礦體中保留圍巖的層理；C-保留原來圍巖的

45、褶皺構造；D-沿巖面分布的礦體；E-兩端尖滅的礦物晶體（明顯穿切層理）；F-交代成因的變斑晶；G-非交代成因的變斑晶（在頁巖中生長）；H-礦體的邊界不規(guī)則。交代礦床的礦體與礦石特征中國地質大學（武漢）China University of Geosciences礦床學Ore deposit geology礦體（白色）中的圍巖殘留 交代礦體類型 A-面式交代； B-有浸染外緣的交代； C-浸染式交代受裂隙控制的交代礦脈 礦體礦體圍巖圍巖中國地質大學（武漢）China University of Geosciences礦床學Ore deposit geology3、交代作用的類型根據(jù)溶液搬運組分的

46、方式，分為兩種類型（1）擴散交代作用：組分的帶入和帶出靠停滯的粒間溶液中離子或分子擴散進行的交代作用。引起擴散的條件是組分的濃度差（濃度梯度），擴散作用總是從高濃度向低濃度方向進行。擴散方式中，組分移動主要是粒間溶液，擴散緩慢，作用的范圍較小。（2）滲透交代作用：組分的帶入和帶出靠孔隙或裂隙中滲透流動的溶液進行的交代作用。滲透交代作用的條件是壓力差，滲透流動是從高壓向低壓方向進行。組分移動依靠裂隙中流動的溶液，交代作用的強度較大，范圍往往很大，可達幾百公里。中國地質大學（武漢）China University of Geosciences礦床學Ore deposit geology4、影響交代

47、作用的因素（1）熱液組分的活動性及濃度， 一般說來，化學性質越活潑，濃度越大，交代作用就越強烈。按照體系活動性，氣水熱液中的組分可以分為兩類：惰性組分：指圍巖與熱液接觸時不發(fā)生顯著交代作用的那些組分，即不易為熱液帶入帶出的那些組分?；顒有越M分：在交代作用中易為熱液帶入帶出的那些組分。按其相對活動性由大到小排列為：最活動的：H2O，CO2多數(shù)情況下活動的：S，SO2，Cl，K2O，Na2O，F(xiàn)在強交代中活動的：O2，CaO，MgO，F(xiàn)eO，SiO2一般最不活動的：P2O5，Al2O3，TiO2.中國地質大學（武漢）China University of Geosciences礦床學Ore dep

48、osit geology（2）溫度和壓力含礦的氣水熱液在高溫條件下具有很大的擴散能力和化學活動性，因此容易與圍巖發(fā)生強烈的交代作用。在高壓條件下，幾乎所有的巖石都可以與熱液發(fā)生交代反應。因此，溫度和壓力是影響交代作用進行的重要外部因素。當然，有些類型的反應如那些其生成物中有氣體產(chǎn)生的交代作用，壓力太大反而不利于氣體生成物的逸出，因而不利于反應的進行。例如 WO2CI2 2CaCO3CaWO4 + CaCI2 + 2CO2 中國地質大學（武漢）China University of Geosciences礦床學Ore deposit geology（3）圍巖的巖性和構造由于圍巖的化學活潑性有很大

49、的差別，因此含礦氣液對不同化學成分和性質的圍巖所發(fā)生的交代作用常有很大的差別。例如化學性質活潑的灰?guī)r遠比頁巖和砂巖更易遭受交代。同樣，碳酸鹽質膠結的砂巖（鈣質砂巖），遠比硅質膠結的砂巖易于交代。所以成礦氣液在流經(jīng)各種圍巖時，會發(fā)生十分明顯的選擇性交代。 另外，圍巖裂隙的發(fā)育程度和破碎對于交代作用的進行也有很大影響，裂隙越發(fā)育，破碎越厲害，越有利于氣液的流動和集中，反應作用的表面積就越大，巖石與熱液之間的反應機會就越多，交代作用也越徹底。中國地質大學（武漢）China University of Geosciences礦床學Ore deposit geology5、選擇交代作用 當熱液流經(jīng)不同性

50、質的圍巖時常會產(chǎn)生交代程度的明顯差異，此種現(xiàn)象是選擇性交代的結果。交代成因的礦石嚴格地集中在一定的接觸帶或巖層中。 切穿硅質-泥質巖的石英-錫石-電氣石脈，交代作用沿泥質薄層發(fā)育中國地質大學（武漢）China University of Geosciences礦床學Ore deposit geology選擇交代作用的影響因素(1) 巖石化學性質的影響：根據(jù)有利于交代作用的程度，一般可把巖石分為三類：有利于交代作用的巖石，如石灰?guī)r、白云巖、火山碎屑巖等，不完全利于交代作用的巖石，如酸性、；基性和鹼性成分的深成巖和熔巖，變質巖、長石砂巖等，不利于交代作用的巖石，如石英巖、泥質頁巖、砂巖等。(2)

51、最適宜的巖石孔隙度 都具有不同的孔隙度特性，這種特性就決定了只有其中某些巖層最有利于溶液的滲濾作用，并可發(fā)生選擇交代作用。 (3)決定于滲濾效應 這種效應導致礦石在滲透性差的所謂“遮蓋層”的巖石下面集中?！罢谏w層”常由頁巖或其他滲濾性差的巖石組成 。中國地質大學（武漢）China University of Geosciences礦床學Ore deposit geology八、圍巖蝕變（一）概念及命名方法1、概念：圍巖蝕變：在氣水熱液礦床的形成過程中，由于交代作用，使礦體的圍巖發(fā)生物理-化學以及礦物成分上的種種變化叫做圍巖蝕變。發(fā)生蝕變作用的巖石叫做蝕變圍巖。值得注意的是這種蝕變作用，往往并不

52、局限于礦體的周圍，可以包括熱液流經(jīng)的范圍，它常遠遠地超出礦體分布的范圍。圍巖經(jīng)蝕變后不僅發(fā)生化學成分和礦物成分的變化，同時也發(fā)生不同程度的物理性質方面的變化，如顏色、比重、硬度、孔隙度等的變化。中國地質大學（武漢）China University of Geosciences礦床學Ore deposit geology2、命名原則：a、以蝕變巖石增加的組分命名，如鉀化、鈉化、硅化等。b、以蝕變作用形成的新礦物命名，如鉀長石化、鈉長石化、絹云母化、綠泥石化、電氣石化、黃鐵礦化等。c、以蝕變形成的巖石命名，如矽卡巖化、青磐巖化、云英巖化、次生石英巖化、白云巖化等。d、以蝕變巖的顏色變化命名，如退色

53、化、紅化，深色、淺色蝕變等。 中國地質大學（武漢）China University of Geosciences礦床學Ore deposit geology（二）各種氣水熱液礦床的蝕變類型 接觸交代礦床： 矽卡巖化、方柱石化、陽起石化、綠簾石化、黝簾石化、石榴石化、閃石化。 氣成高溫熱液礦床： 云英巖化、電氣石化、黃玉化、黑云母化、 鈉長石化、鉀長石化、螢石化、鈉閃石、霞石化、霓石化。 中-低溫熱液礦床： 絹云母化、綠泥石化、硅化（玉髓化、蛋白石化）、黃鐵礦化、白云石化、青盤石化、高嶺石化、明礬石化、重晶石化、蛇紋石化、葉臘石化、碳酸鹽化（方解石化、白云石化、鐵白云石化、含鐵白云石化）。中國地

54、質大學（武漢）China University of Geosciences礦床學Ore deposit geology圍巖蝕變類型常 伴 生 的 相 關 礦 種矽卡巖化鎢、錫、鉬、鐵、銅、鉛-鋅、硅灰石、透輝石等云英巖化鎢、錫、鉬、鉍、鈮、鉭、鈹、鋰等鉀長石化鈮、鉭、鈹、鋰、鎢、錫、鉬及稀土元素等鈉長石化鈮、鉭、鈹、稀土元素及鎢、錫、金、鐵、銅、磷、黃鐵礦等青磐巖化銅、鉬、鉛、鋅、金、銀、黃鐵礦等絹云母化、絹英巖化金、銅、鉛、鋅、鉬、鉍、螢石、紅柱石、剛玉等黃鐵絹英巖化金、銅、鉛、鋅、鉬、鉍、螢石、紅柱石、剛玉等綠泥石化銅、鉛、鋅、金、銀、錫、黃鐵礦等粘土（泥）化金、銀、銅、鉛、鋅、高嶺土、

55、葉臘石等硅化銅、鉬、鉛、鋅、金、銀、汞、銻、黃鐵礦、明礬石、重晶石等碳酸鹽化銅、鉛、鋅、汞、菱鐵礦、菱鎂礦及堿性巖中的鈮、鉭、鋯、稀土元素明礬石化金、銀多金屬、明礬石、葉臘石、高嶺土等。蛇紋石化超基性巖中的蛇紋巖、滑石、菱鎂礦、石棉。接觸帶中的鐵、銅、石棉主要圍巖蝕變類型與礦化種類的關系 中國地質大學（武漢）China University of Geosciences礦床學Ore deposit geology（三）研究圍巖蝕變的意義1、在礦床成因研究方面的意義a、了解成礦熱液成份： 蝕變增加的組分是熱液富有的組分b、了解成礦溫度， 如矽卡巖化、鉀長石化、云英巖化等是高溫產(chǎn)物； 絹英巖化、綠

56、泥石化、青盤巖化等中低溫熱液產(chǎn)物。c、了解成礦PH及Eh值， 如泥化、云英巖化、次生石英巖化多形成于酸性環(huán)境； 黃鐵礦化、碳酸巖化、蒙托石化多形成堿性環(huán)境； 紅化、重晶石化、明礬石化等表明氧化環(huán)境； 黃鐵礦化、退色化表明還原環(huán)境。因此可根據(jù)蝕變類型的不同，推測含礦氣液的化學性質。進一步推測，成礦物質的搬運方式、沉淀、富集的條件，并且還有助于人們確定成礦機制，科學地建立成礦模式。中國地質大學（武漢）China University of Geosciences礦床學Ore deposit geology2、找礦意義由于圍巖蝕變和礦化都是熱液作用的產(chǎn)物，圍巖蝕變類型往往和礦化種類有密切關系。不僅圍

57、巖蝕變的范圍往往大于礦化范圍，而且不同蝕變類型及礦化常具有特定的空間分帶規(guī)律，如斑巖型銅（鉬）礦床，從礦化中心的鉀化及石英-絹云母化向上（外）一次分布泥化帶、青磐巖化帶。因此，圍巖蝕變可作為有效的找礦標志。 3、工業(yè)意義： 有時蝕變圍巖本身就是一種可供開采利用的礦床，如重晶石化（重晶石礦床）、滑石化（滑石礦床）、明礬石化（明礬石礦床）、沸石化（沸石礦床） 。中國地質大學（武漢）China University of Geosciences礦床學Ore deposit geology九、成礦溫度和成礦壓力測定 （一）成礦溫度的測定 成礦溫度的測定方法有礦物測溫法、礦物包裹體測溫法和同位素測溫法，

58、其中應用最廣和最有效的方法是礦物包裹體測溫法。中國地質大學（武漢）China University of Geosciences礦床學Ore deposit geology（二）成礦壓力（深度）的測定成礦壓力和成礦深度的測定方法有推斷法和礦物包裹體測壓法。地質推斷法通常是依據(jù)礦床自身特征、與成礦相關侵入體的特征、成礦時期礦體上覆地層厚度等概略的推斷成礦深度。礦物包裹體測壓法是通過測定包裹體均一溫度和包裹體的密度、鹽度確定成礦的壓力，再依據(jù)靜巖壓力換算成礦深度。此法是目前定量測定成礦壓力（深度）的最通用的方法。中國地質大學（武漢）China University of Geosciences礦床

59、學Ore deposit geology十、礦化期、礦化階段和礦物生成順序 1、礦化期：代表一個物理化學條件未發(fā)生明顯變化的較長的成礦過程，一個氣水熱液礦床可有一個或多個礦化期。熱液在不同的物理化學條件下會形成不同的礦物組合，如硅酸鹽礦物組合、氧化物礦物組合、硫化物礦物組合，表明形成這些礦物組合時熱液具有明顯不同的物理化學條件。因此，礦物組合的變化是劃分礦化期的標志。 中國地質大學（武漢）China University of Geosciences礦床學Ore deposit geology2、礦化階段：是在礦化期中劃分出來的較短的成礦作用過程，（代表一次構造熱液活動，(依據(jù)礦石及礦脈膠結和

60、穿插關系劃分）中國地質大學（武漢）China University of Geosciences礦床學Ore deposit geology3、礦物生成順序：據(jù)礦物間穿插、交代、包裹、環(huán)帶等關系判斷。（1）先成礦物被后成礦物穿插；（2）先成礦物被后成礦物交代；（3）先成礦物被后成礦物包裹；（4）后成礦物填充于先成礦物粒間；（5）后成礦物完全交代并保留先成礦物的假象；（6）對稱帶狀構造中外帶礦物早于內(nèi)帶礦物。 中國地質大學（武漢）China University of Geosciences礦床學Ore deposit geology中國地質大學（武漢）China University of G