热液矿床

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  热液矿床汉语拼音:reye kuɑnɡchuɑnɡ;英语:hydrothermal deposit),由含矿质的热水溶液形成的矿床。含矿热液是指在地壳一定深度(几千米至十几千米)下形成的,具有一定温度(几十至几百摄氏度)和一定压力(几十万帕至几千兆帕)的气态和液态的溶液。热液矿床种类很多,经济价值很大,是铜、铅、锌、金、银、汞、锑、钨、锡、钼、铋、铌、钽、铁、钴、稀土金属,分散元素金属,以及重晶石天青石萤石等非金属矿产的重要来源。

矿床特点

  主要有:

  1. 矿床与构造关系密切。矿体常沿断层、裂隙、破碎带和岩层界面生成。
  2. 一般是后生矿床,矿体形成晚于围岩。
  3. 矿石以充填和交代方式沉淀矿质。
  4. 矿体形态多成脉状和网脉状,矿石多具梳状、带状、皮壳状、角砾状、晶簇状、浸染状和块状构造。
  5. 矿脉的围岩明显发育蚀变作用,蚀变矿物组合常与一定类型的矿床相关,是重要的找矿标志。
  6. 矿田和矿床内有不同类型的矿体组合出现,在平面上和垂向上有分带性,有时同一矿体内的矿物也有分带排列现象。
  7. 矿石中的矿石矿物和脉石矿物大多有气液包裹体
  8. 矿床形成过程具有多期多阶段的脉动性成矿特点,不同成矿期和成矿阶段,形成不同的矿物共生组合。

热液来源与成因

  形成热液矿床的含矿热液是多来源的,主要有:

  1. 岩浆水。指岩浆和火山喷发上侵到浅部(减压)时所释放出的气水流体,又称岩浆期后热液,所含矿质来自岩浆。
  2. 变质水。变质作用时从岩层和岩石中排挤出的热水流体。变质水的矿质有3种来源:变质过程中从变质原岩获取;变质水在渗滤过程中萃取流经的岩石中的矿质;可能为深部基底的物质。
  3. 地下水热液。在大陆区,在一定的水文地质条件下(主要是构造裂隙带),来自大气降水的地下水可下渗几百米到几千米的深处,有时甚至可达10千米以上。地下水可因深部的环境而升温,如地壳的地热梯度、岩浆烘烤、放射性元素蜕变,以及与岩浆热液的混合而成为热液,有时形成盐度很高的热卤水(如流经含盐类物质较多的地层)。地下水热液在地壳中循环和升温过程中,常萃取和溶解矿质,成为含矿的地下热流体。
  4. 海水热液。主要发生在海洋环境,下渗的海水在构造活动带沿裂隙下渗到地壳深部,萃取成矿物质后通过断裂、火山口或爆破带,在海洋底部形成火山–沉积矿床。在海洋扩张中心、火山岛弧区、大陆边缘,这种以海水下渗为主要来源的热液对成矿作用有着重要的意义。

  大量矿床的流体包裹体研究表明,成矿作用中的热液可能是多种来源的混合水成因。不同来源和成因的热液,在矿物包裹体所反映出的温度、压力、盐度和化学组成是不同的,特别是热液的氢、氧同位素的比值(δD和δ18O)可作为判断来源和成因的重要证据。

成矿物质

  热液矿床的成矿物质来源复杂,也不易确定。多数学者利用铅的同位素组成作为判据之一。自然界的铅同位素有4种,即204Pb、206Pb、207Pb和208Pb,如果矿石铅的同位素组成与周围火成岩的铅同位素组成一致时,推测铅(间接确定矿质)来自该火成岩的岩浆。如果铅同位素组成与该区某沉积地层(包括沉积变质地层)砂岩中长石的铅同位素组成一致时,则可能表明成矿物质来自沉积地层。

含矿热液的运移和矿质沉淀

  热液的形成和移运、携带重金属的方式等,都是热液矿床研究中的重要问题。热水流体在地壳中运移和不断搬运矿质,有些热液矿床的矿石储量超过亿吨,很多矿床是由上升的含矿水热流体形成的,流体处于外压比内压小的时候上升,上升运移的原因有多种:如岩石遭受构造挤压,体积收缩,孔隙减少,从而把含矿热液挤出;或受局部热源影响,流体中出现密度差,密度小的热液必然上升;冷却岩浆分异的热液,由于内压很大,也会驱动流体上升等。流体运移最大驱动力还是构造运动,运移的通道主要是构造裂隙系统,包括矿物、岩屑之间的孔隙,岩层面之间的裂隙,以及岩石中的溶解孔隙,构造作用形成的节理、断裂、破碎带等,有些学者称之为流体网络系统。这种网络系统,可以长达几百千米,深达下地壳和上地幔,并引发流体强烈对流循环。一般认为,流体反复的对流循环过程中,大量萃取的成矿物质是形成热液矿床的矿质主要来源。大多数热液矿床中的金属元素在热水流体中的溶解度极小而很难搬运。通过大量的成岩成矿实验研究表明,重金属在水热流体中能形成络合物,从而加大了重金属的溶解度。例如,在25℃、1个大气压和pH=8的条件下,汞在饱合辰砂(HgS)和硫化氢(H2S)溶液中的浓度大约是10-47摩尔/升,而汞呈硫化汞络合离子(HgS22-)时,汞的浓度增大到0.001克/升,相当于汞在溶液中的总浓度约加大了1042倍。热液矿床的成矿作用中最重要的络合物有两类,一类是硫化物或硫氢化物的络合物;另一类是氯化物的络合物。温度和压力的下降使络合物配位体浓度减少,引起矿石矿物质沉淀和结晶。

矿床分类

  热液矿床由于其明显的多来源、多阶段和成矿环境的多样性,不同的学者提出了各种不同的分类方案,其中影响最大的是W.林格伦(1933)提出的按矿床形成的温度和深度分为三类:

  1.高温深成热液矿床。成矿温度300~500℃,形成深度一般大于3千米。矿床常产于中酸性侵入岩体内和其附近,主要矿产有钨、锡、钼、铜、金、铅、锌、砷等。围岩蚀变以云英岩化、钠长石化、电气石化等多见。中国高温热液矿床很多,如赣南的石英–黑钨矿脉,南岭地区的石英–锡石矿脉,分布广,品位高,钨锡储量为世界第一。

  2.中温中深热液矿床。成矿温度200~300℃,形成深度1~4千米。空间上往往与中小型、中深成侵入体有关,也有部分矿床与岩浆岩无明确的成因和空间联系。矿产有金、银、铜、砷、铅、锌、镍、钴、钨、铜、铀等金属矿,石棉、萤石、滑石、菱镁矿和水晶等非金属矿床。常见围岩蚀变是硅化、绿泥石化、碳酸盐化等。中国此类矿床极多,著名的有云南金顶铅锌矿、小秦岭金矿、四川石棉县的石棉矿等。

  3.低温浅成热液矿床。成矿温度50~200℃,形成深度从近地表到1.5千米。矿床大多产在沉积岩和火山岩中,矿石矿物都属低温矿物,如辰砂、辉锑矿、雌黄、雄黄、自然金、自然银、自然铜、辉银矿、白铁矿、方铅矿、闪锌矿等,是金、银、铜、砷、铅、锌、汞、锑、硒、明矾石、冰洲石、重晶石等矿产的重要矿床类型。如中国著名的贵州万山汞矿、湖南锡矿山锑矿等。

  林格伦热液矿床分类的不足之处是温度和压力(可转化为深度)并不是确定矿床成因的主要因素。矿床分类的根本目的是为找矿勘探服务,单纯地或过多地强调以成矿温度和深度作为分类准则,不利于理论和生产研究。因此,不少学者正在以成矿地质环境、矿质来源,热液和流体来源等综合因素来加以分类。袁见齐、朱上庆等主编的《矿床学》中,根据矿床形成的环境和矿液来源的不同,将热液矿床分为:侵入岩浆热液矿床、火山喷气–热液矿床、地下水热液矿床和变质热液矿床等4类,1985年该书再版时又将含矿主岩纳入分类系统,如岩浆气液交代矿床中细分为与蚀变花岗岩有关的钠长石化稀有、稀土矿床等;非岩浆热液矿床中细分为碳酸盐岩层中的脉状铅、锌矿床等。总之,不同学者有不同的热液矿床分类,但对全部热液矿床的系统分类还不够成熟,正处在探索阶段。

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