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热液矿床

2011-02-08  修一切

热液矿床

(2009-06-16 15:02:43)
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杂谈

热液矿床

(1)成矿溶液的来源:成矿溶液或称成矿气液、成矿热液是在一定深度(几至几十千米)下形成的,具有一定温度(一般为50-600℃)和一定压力(一般为n-250MPa)的气态、液态和超临界流体。其成分以H2O为主,有时CO2占很大比例,常含有CH4、H2S、CO、SO2等挥发性气体成分和K+、Na+、Ca2+、Mg2+、F-、Cl-、SO42-、HCO3-等离子成分。成矿溶液中还有W、Sn、Mo、Au、Ag、Cu、Pb、Zn等多种成矿元素。

成矿溶液和成矿物质来源是矿床学界长期争论的问题之一,目前认识一般有四种:

a.岩浆热液:岩浆在侵入和喷发过程中,随着温度和压力的下降,硅酸盐熔体不断地结晶,H2O等挥发分就从岩浆中分离出来,形成高温气液。一些成矿元素倾向富集于气液中,这种含矿气液在岩体边缘和围岩的裂隙中运移,当物理化学条件发生变化时,就可在有利的地段形成矿床。

b.地下水热液:从地表渗透到地下深处的大气降水,可在地下环流中受热并与流经的岩石发生相互作用,溶解岩石中的有用成矿元素,运移至有利的地质环境中沉淀形成各种热液矿床。

c.海水热液:在海洋扩张中心、火山岛弧、大陆边缘及海洋岛屿地区,下渗的海水可沿裂隙到达地壳深部受热形成环流。环流过程中也可萃取流经围岩中大量的成矿物质,然后通过断裂、火山口或海底扩张脊再流入海中,与海水作用形成热液矿床。

d.变质热液:由变质作用(包括一般区域变质、混合岩化和花岗岩化作用)而形成的含矿溶液,统称为变质热液。岩浆岩和沉积岩内都含有一定数量的水分。如造岩矿物中的结构水、结晶水,岩石中的裂隙水、毛细水、吸附水和同生水等,在岩石受变质过程中都可逐渐被释放出来成为变质热液。这些变质热液由深变质带向上迁移过程中从围岩中吸取成矿物质,在低变质带中聚集沉淀成为变质热液矿床。

(2)热液矿床的形成过程:主要可分为充填作用和交代作用两种,从而形成充填矿床和交代矿床:

充填作用方式:气水溶液在化学性质不活泼的围岩中流动时,一般与围岩没有明显的化学反应和物质的相互交换,气水溶液中的有用组分是由于物理化学条件变化的影响,直接沉淀在围岩裂隙和空洞中,这种作用称充填作用。充填作用所形成的矿体,其形态产状主要受裂隙、多孔性岩层、层面和不整合面等的形态产状所控制。其中以脉状矿体最为多见,矿脉与围岩界线清楚。矿石常具梳状、晶簇状、对称条带状、角砾状等构造。

交代作用方式:气水溶液在化学性质较活泼的围岩裂隙和孔隙中流动时,溶液与围岩中某些矿物起化学反应,并同时发生极细微状态下的溶解作用和沉淀作用,原有矿物逐渐被溶解掉而代之以新矿物。这种作用称交代作用,也就是置换作用。交代作用进行过程中原矿物被溶解和新矿物的沉淀几乎是同时的,而且围岩始终保持固体状态,故可保存原岩石的结构和构造,甚至其中的生物遗迹。交代作用受等体积定律支配,即交代前后岩、矿石总体积不发生变化。

交代作用形成的矿体与充填作用形成的矿体有明显不同的特点:矿体外形不规则,不完全受裂隙形状控制;矿体和围岩界线不清,呈过渡关系。矿体中常有未被交代的残余围岩,而且仍保持其原来的岩石构造方向,说明残余围岩未发生移动。矿体中常保持有原来岩石的结构和构造,特别是构造。如岩石的条带状构造以及褶皱、断裂和角砾状构造等,均可保存在交代矿体中。

(3)矿化期与矿化阶段:气液矿床的形成经历了很长时期,在形成过程中地质构造条件和热液体系物理化学变化导致不同的矿物组合。为了研究气液成矿作用的时间规律,引入矿化期和矿化阶段(或成矿期、成矿阶段)的概念。

矿化期:代表一个较长的成矿作用过程,它是根据成矿体系物理化学条件的显著变化来确定的。如矽卡岩矿床一般分为矽卡岩成矿期和热液石英硫化物成矿期,两者成矿物理化学条件有明显的区别。

矿化阶段:代表一个较短的成矿作用过程,表示一组或一组以上的矿物在相同或相似的地质或物理化学条件下形成的过程。矿化阶段与构造裂隙的阶段性发育和与此有关的热液间隙性活动有关,每个矿化阶段代表一次热液活动。早阶段的矿物组合常被晚阶段的矿物组合穿插交代或包围胶结,据此可确定矿化价段的先后关系。

(4)热液矿床的分类:热液矿床的形成是一个长期复杂的过程,其影响因素甚多。长期以来,很多学者对热液矿床分类进行过研究,提出了许多不同方案。传统的分类是以成矿温度和深度为依据,分为高温热液矿床、中温热液矿床和低温热液矿床等。目前常用的分类方案,以成矿地质环境和成矿气水溶液的来源不同,把热液矿床划分为岩浆热液矿床(含侵入岩浆热液矿床和火山热液矿床)、地下水热液矿床和变质热液矿床。

1)侵入岩浆热液矿床:与岩浆中分泌出来的含矿气水溶液有关,是由其中有用组分在侵入岩体内或其附近围岩中富集而形成的。这类矿床与侵入岩体(主要是酸性、中性、中酸性或中碱性侵入岩体)在时间上、空间上和成因上有密切的联系,侵入岩就是其成矿母岩,而且一定类型的矿床与一定成分的岩浆岩有关。例如,钨、锡、钼、铋矿床常与花岗岩有关;铜、铁等矿床常与闪长岩、石英闪长岩等有关;稀土-磁铁矿矿床与碱性花岗岩有关等。侵入岩浆热液矿床可分为高温和中温两种类型。

a.侵入岩浆高温热液矿床:形成温度为600-300℃,成矿深度为4.5-1Km,属中深或深成。因此,成矿时的温度和压力是较高的,这时成矿溶液中虽缺少游离氧,但由于热液中固有的H2O被还原为H2或CO2被还原为CO时可以放出一部分O2,而有利于那些结晶温度高的、易于与氧化合的元素(钨、锡、铁等)形成含氧盐类或氧化物矿物(黑钨矿、锡石、磁铁矿等)沉淀下来,成为高温型热液矿床中的矿石矿物。

b.侵入岩浆中温热液矿床:形成温度为300-200℃,高的可达350℃,低的可到150℃左右;成矿深度一般为1-3Km。在这种温度和压力条件下,H2S在成矿溶液中溶解度增大,H2S的电离也相应增加,于是溶液中产生了大量的S2-离子。S2-的存在,为重金属硫化物的沉淀创造了有利条件,因而形成了中温型热液矿床中Cu、Pb、Zn、Fe等的大量硫化物矿石。

侵入岩浆热液矿床的特征是:

①与岩浆岩有关。在时间上,它们都产于同一构造———岩浆期;在空间上,它们表现为一定矿床类型与一定岩浆岩在空间分布上有一定的相关性,它们可以分布在岩体内或岩体周围的围岩中,少数亦可以分布在岩体与围岩的接触带上;在成因上,侵入岩浆热液矿床和岩浆岩有明显的专属性,即一定类型矿床与一定成分的岩浆岩相联系。

②矿床受地质构造控制明显,主要是受侵入岩的原生构造、接触带构造、各种断裂及褶皱构造的控制。

③可以出现各种各样的矿体形态。

④由于岩浆热液成分的复杂性导致这类矿床矿石中矿物组成的复杂性和矿石类型、矿种的多样化。

⑤由于侵入岩浆热液中挥发性组分的温度高、压力大和活动性强,所以这类矿床的围岩蚀变时常较为强烈,而且类型繁多,分布广泛。在实际工作中,就可根据这些特征与地下水热液矿床加以区分。

c.侵入岩浆热液矿床的主要类型:在我国,目前最具有工业意义的高温热液矿床是钨、锡矿床,而铁矿床并不多。例如江西大余的黑钨石英脉矿床,广西某地的锡石石英脉矿床。这类矿床是钨、锡原生矿床的主要类型,可综合利用铍、铌、钽等稀有元素。中温热液矿床的主要类型有,含金石英脉矿床(小秦岭文峪-东闯、吉林夹皮沟、山东招远等金矿)、多金属铅锌矿床(湖南桃林、辽宁柴河及青城子、青海祁连山等地铅锌矿)、铜矿床(河北寿王坟、湖北铜录山、丰山洞、安徽铜官山)等。其中以多金属铅锌矿为最普遍,可产于各种围岩中,大、中、小型均有。除铅锌外,有时所含的铜、银、镓、锗等也可综合利用,工业意义很大。

2)地下水热液矿床:这是一类在成因上长期有争论的矿床。过去曾称之为超低温矿床。矿石矿物的形成温度一般为50-100℃,很少超过200℃。根据近年研究,这类矿床的形成与地下水热液有关,而且矿液的性质是高盐度含矿热卤水,但在成因上仍还存在不少争议。这类矿床的主要特征:矿床的形成与岩浆活动关系不密切,在矿区内和周围相当远的范围未见与成矿有关的岩浆活动;矿床产于某一定地层中,受岩性(相)控制,矿体常集中于某些岩性段中,往往具有多层的特点;矿床从空间分布上常呈带状或面状,矿体呈层状、似层状和透镜状的整合矿体,但局部也有小型脉状矿体;矿石的矿物组成简单,金属硫化物多呈细小的分散状、浸染状集合体;围岩蚀变较弱,主要有硅化、碳酸盐化、粘土化或重晶石化等;矿床规模常较大,主要矿种有铅、锌、铜、铀、钒、锑、汞等。例如,层状铅锌矿床占世界铅锌总储量的二分之一;层状铀矿占世界铀矿总储量的70%。

3)火山热液矿床:火山喷发的间歇期、晚期或期后,其射气和热液活动非常强烈,射气和热液中的有用组分,在母岩体内或其附近围岩中聚集、沉淀;可形成火山-次火山气液矿床,根据成矿作用方式及地质条件的不同,可分为火山射气、火山热液、次火山热液矿床三种类型。

a.火山射气矿床:主要由火山射气而成,位置浅,局限于近代火山口内外及附近各种裂隙之中。主要矿种有自然硫、硼酸盐等。经济价值一般不大。

b.火山热液矿床:它是由含矿火山热液在火山岩中发生充填或交代作用,使有用组分沉淀而形成的。矿体形状为脉状、复脉状或似层状。矿石构造不一。围岩蚀变以硅化、绢云母化及高岭土化为主。成矿温度一般为中-低温。主要矿种有铜、铅、锌、铀、金、银以及硫铁矿、萤石、沸石、硼矾石等。

c.次火山热液矿床:在火山活动晚期或间歇期,常伴随有大量次火山岩的侵入活动。来自次火山岩的气水溶液,通过充填或交代作用,将有用组分沉淀在次火山岩或附近其他岩石中,即形成次火山热液矿床。著名的斑岩铜矿和玢岩铁矿即属此类矿床,它们与侵入岩浆热液矿床和火山热液矿床主要不同点是:

ⅰ.次火山热液矿床的母岩是次火山岩,主要是花岗闪长斑岩、石英闪长斑岩、闪长玢岩等。有时这些母岩同时又是矿体的围岩。

ⅱ.矿体除受区域构造控制外,又受岩体原生构造控制,矿体形态变化复杂。

ⅲ.次火山热液是在浅成-超浅成条件下,外压力骤然降低,挥发组分自熔浆中强烈析出时形成,岩浆及挥发组分的较大压力,可以造成隐爆角砾岩筒以及放射状或环状断裂系统,形成独特产状矿体。

ⅳ.由于成矿温度下降快及热液脉动活动,造成复杂多样的矿石组合和结构构造。

d.火山热液矿床的主要类型:火山热液矿床种类繁多,分布广泛,其主要类型的成矿过程和著名实例有以下几种。

① 火山块状硫化物矿床:该类矿床与海底火山-次火山的热液成矿作用有关。矿床常围绕海底火山喷发中心,成群成带出现。理想的火山块状硫化物矿床,矿体一般为层状、透镜状到席状,含有90%以上的金属硫化物,故常为块状构造。矿石成分普遍含有黄铁矿,所以也称为黄铁矿型矿床,或称为黄铁矿型铜矿和多金属矿床。按其他硫化物成分(黄铜矿、方铅矿、闪锌矿)可分为三类: ①锌铅-铜;②锌-铜;③铜。矿石中或多或少还含有磁黄铁矿。最重要的容矿岩石是流纹岩,含铅(锌)的矿体只与该类岩石有关,如著名的日本“黑矿”。铜矿体常与镁铁质火山岩伴生,如加拿大、美国的一些铜矿床。

从成矿时代看,自前寒武纪至新生代都可有火山块状硫化物矿床的形成。我国内蒙狼山、云南大红山、四川拉拉山为前寒武纪成矿,甘肃白银厂铜矿为古生代成矿。浅成低温热液型金矿是一个重要的金矿床类型,在世界范围内已发现了许多大型及特大型金矿床,而现代海底产出的“黑烟囱”是正在形成的新生代火山块状硫化物矿床。

② 斑岩铜矿:又称细脉浸染型铜矿床,是一种具有重要工业意义的矿床。铜的金属储量占世界总储量的50%左右,占我国储量的25%左右,并有日益增多之势。斑岩铜矿的矿化与中酸性斑岩在空间上、时间上和成因上有密切联系。含矿斑岩体主要为浅成-超浅成的花岗斑岩-花岗闪长斑岩,并与钙-碱系列的安山岩、粗安岩、英安岩和流纹岩等火山岩有成因联系。矿化斑岩一般出露面积不大,多呈株状、瘤状,也有成岩脉、岩枝产出的。

我国斑岩铜矿主要在中-新生代成矿,我国德兴斑岩铜矿在燕山期成矿,西藏玉龙斑岩铜矿在喜马拉雅期成矿。矿化蚀变分带是斑岩铜矿最重要的特征,由斑岩体内向外依次为钾质蚀变带(钾长石-石英-黑云母)、绢英岩带(石英-绢云母-黄铁矿)、泥质蚀变带和青磐岩带。与此相应的矿化分带为钼-铜、铜(+黄铁矿)、黄铁矿、黄铁矿-铅-锌(金、银)。矿石构造也依次变化为浸染状、细脉浸染状、细脉状(图1-6-20、1-6-21、1-6-22)。

斑岩铜矿具有规模大、品位低、易于露天开采的特点。矿石类型简单,主要金属矿物为黄铁矿、黄铜矿、斑铜矿和辉钼矿;钼是主要的伴生元素,有时形成铜钼矿床(如我国著名的江西德兴斑岩铜矿床等),甚至单一的斑岩钼矿(如我国陕西金堆城、河南栾川等钼矿)。在地表氧化过程中可形成次生氧化矿石,矿石品位可由0.5%左右提高到1-2% 以上。

③ 玢岩铁矿:这种矿床类型和斑岩铜矿有很多相似之处,均属火山-次火山热液作用产物。是产于富钠质的辉石玄武安山玢岩-辉长闪长玢岩中的铁矿床。我国地质工作者,在长期勘探和深入研究了宁芜地区各种铁矿之后,不仅把这个地区的铁矿储量翻了几十番,使这个地区成为我国重要钢铁基地之一,而且,还结合了国内外其他矿区类似铁矿的特征,建立了“玢岩铁矿”的模式,概括了安山质岩浆火山-次火山活动地区一系列铁矿床的成矿作用。这个模式对在我国,特别是在南方数以百计的陆相火山岩盆地中寻找富铁矿床,具有重要的指导意义。

④ 火山热液矿床的基本特征:

a.围岩特点:火山热液矿床一般分布在火山岩发育地区,其具体位置可在火山颈、火山口或真附近的火山岩中,或火山岩与次火山岩的接触带中,或远离火山口的火山岩及其围岩中;因而这类矿床的围岩多为火山熔岩、次火山岩或火山碎屑岩。

b.控矿构造特点:火山成因矿床往往与岩浆矿床及岩浆期后气化-热液矿床有一定的成因联系,但与它们的区别是在时间上和空间上都与火山活动有关,因而与区域大断裂构造有关。大的断裂提供了火山喷发的有利通道,而其次一级构造,如近火山口裂隙,以及火山口周围的放射状、环状、椭圆状裂隙,都可成为成矿的有利构造。

c.矿体形状取决于成矿方式和构造因素。如火山热液沿岩层进行充填或交代,则呈似层状;如受火山岩中构造裂隙控制,则呈脉状、网脉状。

d.围岩蚀变:在火山热液矿床中普遍存在围岩蚀变现象,这与火山-次火山的气液活动有关,它们是火山热液矿床重要的找矿标志。

5)变质热液矿床:变质热液矿床是指变质作用过程中释放出来的热液经充填及交代作用形成的矿床。

变质热液矿床一般分布于区域变质岩区,如古老的大陆板块结晶基地分布区(地轴、地盾)、各地质时期的岛弧、裂谷及板块碰撞(缝合)造山带(地槽褶皱带)等。矿床的分布与侵入体无明显的时、空关系或经稀土元素、微量元素及同位素研究证明与侵入体无成因关系。一些变质热液矿床与区域混合岩化作用有密切的时空分布关系,属混合岩化热液矿床。

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