高级矿床学15与长英质岩浆侵入有关的热液矿床

刘继顺 与长英质岩浆侵入有关的热液矿床
不独笑顽石生底事 气势若虹铅变银
一、历史回顾－新世纪岩浆成矿论
• 氢、氧同位素的审慎解释，天水对岩浆水作 用的抹平作用
• 岩浆多源论 • 岩浆活动影响的空间和时间范围 • 胶状结构、生物结构的热液解释 • 金属成矿与岩浆活动藕断丝连
• 喷流沉积成矿的岩浆驱动、卡林型金矿的岩 浆驱动、铅锌矿、锑矿区深部岩体的发现
任，教授，美国科学院院士， 74岁退休 • 1939-11-3去世
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一、历史回顾－林格伦时代
1906、1911年分类、1922年补充、1933年修改
• Ⅰ机械富集矿床：地表条件
• Ⅱ化学富集矿床
– A地表水中生成：各种反应、蒸发而成；0-70℃,中到高压
与长英质岩浆侵入有关的热液矿床
中南大学：刘继顺 2007-12-19 西宁
刘继顺 与长英质岩浆侵入有关的热液矿床
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演讲提纲
• 历史回顾 • 热液成矿要素 • 长英质岩浆侵入与成矿 • 找矿意义
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亲石亲铁亲铜元素
• 浅中深热液矿床、浅成高温矿床；提出缓慢降温压和 快速降温压矿床
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一、历史回顾－林格伦时代
SAMUEL FRANKLIN EMMONS
1841-3-29生于波斯顿商家，卒于 1911-3-28华盛顿
• 1861哈佛毕业，赴欧地调， 1866年底回波斯顿，任 Fortieth Parallel助理地质师， 北美地调
– 密度：随成分与温度不同而异。H2O的P— T图表明：绝大多数热液流体生成于超临界 区。
• 若热液流体沿等热路径于浅部生成，将经历密度 降低的过程（通过低值等容线），密度降低将引 发流体沉淀矿物。
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二、热液成矿要素
• 热液流体迁移：
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二、热液成矿要素
• 热液流体性质：
– 化学成分：取决于其成因及与之接触岩石 – 溶解度：
• 离子或离子配合物的溶解度随温度和盐度的增加 而增加
• 金属配合物的相对稳定性 高温至低温增序： Cu+2 > Zn+2 > Pb+2 > Ag+ > Hg+2
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二、热液成矿要素
• 热液流体性质：
– pH： STP下，纯水pH值7，中性；220°C 时，水的中性值5.6.
• 热液流体常近中性，弱酸或弱碱，取决其成因和 温度
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二、热液成矿要素
• 热液流体性质：
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一、历史回顾－层控矿床时代
• 起于60-70年代，盛于80-90年代 • 矿源层 • 侧分泌 • 氢、氧同位素 • 层状、似层状 • 生物结构、胶状结构 • 海底喷流沉积矿床 • 层控、时控矿床 • 成矿物质、热液岩浆源的全面/部分否定
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二、热液成矿要素
• 主岩基础准备：
– 化学准备：主岩化学性质改变
• 硅化
主岩更脆，更易破裂
• 白云岩化
降低固岩体积，次生孔隙
• 其它蚀变
• 重结晶
伴随变质，岩石更硬、更脆
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二、热液成矿要素
• 热液矿脉几何学：
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二、热液成矿要素
红河州域
矿业发展潜力与对策物建质议来源
矿床
活化剂
铬铁矿的形成
地幔来源
驱动力？ 来源与活化剂？
沉淀机制 岩浆活化剂 分离结晶
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二、热液成矿要素
• 热液体系发育的必备条件
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一、历史回顾－20世纪前
• 水成-火成论战的硝烟于18世纪中叶燃起，至 19世纪末散去，最终火成论告捷，玄武岩浆一 元论一统天下。
• Bowen硅酸质岩浆在重荷下结晶，极易溶组分 主要富集在残余溶液里，因围压过大不能逸去 而结合到矿物中，而更近地表时残余溶液常沸 腾，而在火成岩及围岩粒间孔隙和裂隙中形成 分馏柱，并从沸腾的原地向外向上驱动迁移， 与经过的围岩反应而成矿。
矿产于断裂或蚀变岩内
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二、热液成矿要素
• 主岩基础准备：
– 物理准备：主岩物理性质改变，既可是原生 的-成岩同生，亦可叠加的-成岩后生
• 原生类型：
– 多孔性（如接触式胶结砂岩，生物钙硅礁体等） – 晶格如层状硅酸盐结晶，允许层间阳离子交换，增强
– 裂隙脉：
• 简单脉 • 复脉：同一裂隙或裂隙系中多层，示重开启? • 不规则：可变厚度 • 网结的：分枝裂隙 • 共轭：两脉走向相同，但倾角互成直角 • Lodes:沿板状裂隙带许多小细脉 • 纤维脉：低级变质岩中，垂直于脉壁，crack seal 机制
– 共生体系: 由围岩向脉中心发育 – 反生体系：由脉中心向围岩发育 – 复合体系:既有向脉中心又有向围岩发育 – 伸展晶体脉：脉中与围岩矿物学特征相似，光学性质连续
• 与火成论有关的矿床成因认识，矿脉火
成贯入论
岩浆热液论。
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一、历史回顾－20世纪前
• Ｎecker(1832)，Scheerer(1847)，
Vogt(1893): Beaumont(1847)， V Cott(1859):
– 矿与火成岩浆活动密切相关：１）岩浆结晶分结， ２）侵入体上侵产生的热水流出物质，3）岩浆流 体内部裂隙充填，4）气体喷射升华；5）长期驱动 热水循环、萃取、沉淀，不限于特定时期与地点。
– B岩石中生成
• 由岩石中物质富集：风化( 0-100℃,中等压)、地下水环流 ( 0-100℃,中等压)
• 变质( 0-400℃,高压)
• 热水溶液：
– 无火成活动（ 0-100℃,中等压）-远成低温
– 与火成活动有关：
» 浅成低温(50-200℃,中等压)、中成中温（200500℃,高压）、深成高温(500-600℃,高压)
• 天水下降溶解学派、侧分泌学派（ Hunt， 1861；Phillips，1875；Hise，1901) ，不敌热 水上升学派（Stelzner,1879; Patera,1888; De Launay,1893; Kemp,1901, W Lingreen,1901; Weed,1903）
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• 汞矿的确形成于相对低温条件
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二、热液成矿要素
• 热液流体性质：
– 盐度：热液流体的NaCl当量可从0至60或 70% ，现代卤水盐度变化范围大
• 高盐度流体具较高将金属带入流体的能力--淋滤 围岩能力
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– 迁移形式：氯化物或硫盐配合物，低温系统 （浅成低温和远成低温体系），可以胶状形 式迁移
– 物化性质改变（P, T, 化学成分），引发配 合物溶解度变化 导致热液矿床沉淀
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二、热液成矿要素
• 热液矿床沉淀：
– 沉淀因素：
• 溶液pH改变或一或多离子/元素浓度pC改变 化学沉淀
» 直接由岩浆生成：高温交代(500-800℃,高压)；升 华(100-600℃,低至中等压)
– 岩浆分异而成：
• 岩浆矿床（700-1500℃,高压）
• 伟晶岩矿床（ 575℃,高压）
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一、历史回顾－林格伦时代
• 矿石从热液中沉淀时的深度是决定热液化学强度的最 重要因素吗？
– 热源
– 互连通道 –水
满足：
大洋中脊 岛弧火山岩区 裂谷 褶皱带火成活动区
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不独笑顽石生底事 气势若虹铅ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ银
二、热液成矿要素
• 热液流体成因：
– 初生水或岩浆水 – 大气水 – 变质水 – 同生水
大气水与
不等量岩浆水 和/或变质水 混合流体
– 海水（特别对MSD）
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二、热液成矿要素
• 热液流体性质：
– 温度：50°-350°C之间，有时>500°C （374°C 、220b压力水的临界点)
• Lindgren 分类： – Hypothermal: > 300°C – Mesothermal: 200 - 300°C – Epithermal: 100 - 200°C – Telethermal: 50 - 100°C
二、热液成矿要素
• 热液流体迁移：
– 控制迁移因素：
• 构造应力 • 流体压和负荷压 • 对流 • 渗透性 • 压实 • 邻区两种或多种流体的盐度差和密度差 • 涉及水相的变质反应(释放或消耗流体) • 重力
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二、热液成矿要素
• 热液流体中金属迁移：
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二、热液成矿要素
• 热液矿脉几何学：
– 膨缩脉： – 网脉 – 管状或烟囱脉： – 火山通道和角砾脉 – 鞍状脉：主岩褶皱产物 – 梯状脉：见于岩脉或处于非能干层（韧性变形）包
围的能干层（脆性）内 – 溶蚀孔隙充填脉 – 倾斜和扁平脉：见于脆性沉积层滑动或平缓向斜褶
• 1874伦敦地质学会会员 • 1877入美国采矿工程师协会，
3次当选副主席 • 1879美国地调局落基山分部
主任 • 1892美国科学院院士，美国
地质协会创始人，1903年当 选主席 • 1909哈佛大学和哥伦比亚大 学名誉博士学位
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– 迁移模式：
• 扩散-无裂隙或通道可用时，化学梯度驱动，流 体、离子或分子高浓度区 低浓度区自发迁移 – 出溶结构 – 往矿体方向金属含量对数增加
• 流动-浅部流体迁移最重要方式，粒间（多孔隙、 可渗透单元）；通道（节理、断层或剪切面）， 矿脉作证。
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皱，产生连续张裂隙 – 剪切带脉
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二、热液成矿要素
一、历史回顾－林格伦时代
• 岩基成矿论与地温分带―由温度引起的矿物有 序沉淀，强调温度作用，沿裂隙热液从下向上 向外运移，形成由高温到低温的矿物分带序列：
– 斑岩型、云英岩型、伟晶岩型 – 矽卡岩型 – 气成高温矿床 – 深成高温矿床 – 中成中温矿床 – 浅成低温矿床 – 远成低温矿床 – 岩基中心及内部无工业矿体
• P 和/或T的改变（流体混合、沸腾、相分离） • 迁移介质速率的改变 • 与其它热液流体的反应 化学沉淀
• 流体-岩石反应
– 突发改变
易沉淀
– 单一诱发 难成经济矿，浸染于围岩
– 经济浓集沉淀 主岩基础准备、接收矿床
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二、热液成矿要素
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一、历史回顾－林格伦时代
WALDEMAR LINDGREN
• 1860-2-14 Kalmar, Sweden • 1882毕业于德国弗赖堡矿业学
院，采矿工程师学位 • 1883赴美，北美横贯大陆调查 • 1884就职美国地调局，首席金
属矿床地质师 • 1897任教斯坦福 • 1908任教MIT，1912地质系主
扩散 – 层面 – 气孔 – 火山管道 – 冷缩裂隙
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二、热液成矿要素
• 主岩基础准备：
• 叠加后生类型： – 断层、节理和裂隙 – 剪切带 – 褶皱 鞍状脉矿 – 角砾岩化 – 溶蚀裂缝 – 火山管道发育
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