第五章 气水热液矿床总论

第五章气水热液矿床总论本章主要讲述气水热液矿床概念、工业意义；含矿气水热液的来源、成分组成、性质；成矿元素在气水热液中的搬运方式及沉淀原因；气水热液的运移、成矿方式；气水热液矿床的围岩蚀变现象；气水热液矿床成矿温压条件测定；气水热液矿床在时间和空间上的演化规律；气水热液矿床的分类等。

为不同类型气水热液矿床的研究奠定理论基础。

关键词：含矿气水热液；气水热液矿床；搬运形式；成矿方式；成矿期次；围岩蚀变；第一节含矿气水热液与气水热液矿床一、基本概念1、含矿气水热液：在一定深度下形成的，主要由水和挥发性组分（F、Cl、S、B、P等）组成的，有一定温度、压力的溶液，称之为气水热液。

如果气水热液中含有一定量的成矿物质，则称为含矿气水热液。

由于气水热液主要由水组成，呈液态，故可简称为“热液”。

（1）含矿气水热液由成矿物质（Au、Ag、Cu、Pb、Zn、W、Sn、Mo等）和介质（水、挥发性组份）两部分组成，二者可同源，也可异源；（2）温度600～50℃、压力最多可达几亿Pa。

临界温度以上是气态，降到临界温度以下呈液态（纯水临界温度374℃，如溶有其他物质时，其临界温度可提高到400℃）；（3）高温情况下，气、液两相并存，故称之为“气水溶液”或“气－水热液”，中低温情况下（临界温度以下）则呈液态出现，故统称为热水热液或热液。

2、热液矿床：含矿气水热液在一定的地质构造中运移时，由于温度、压力、组分浓度、物理化学条件等发生变化，其中的某些成矿物质通过充填和（或交代）的方式在一些有利的部位发生沉淀、聚集，形成的矿床称为气水热液矿床。

二、气水热液矿床的工业意义气水热液矿床在矿床学领域中占着十分重要的地位，这是由于：（1）矿床类型繁多，产有许多专业矿产。

如亲硫组分矿产（W、Sn、Bi、Mo、Cu、Pb、Zn、As、Sb、Be、Hg、Fe）、贵金属和放射性金属矿床（Au、Ag、U等）、稀有和稀土元素矿产（Li、Be、Ga、Ge、In、Cd等）及非金属矿产（萤石、石棉、重晶石、冰洲石、硫等）；（2）丰富和发展了成矿理论。

自二十世纪中叶以来，特别是二十世纪末期，由于科学技术的不断发展与研究手段进步，热液矿床由单一的岩浆热液一元成矿论发展成由岩浆水、地下水、海水、变质水等多源的多源成矿说，同时促进了成矿物质来源向多源论发展。

此外，研究表明，热液运移方向已由单一的由下向上发展为可以环流，不仅可以单独成矿，而且可以组合形成矿床。

第二节含矿气水热液的来源、组成和性质含矿气水热液的来源问题，实际上包括气水热液的产生和成矿物质来源两方面内容，该问题也是矿床学领域的基础理论之一，人们对该问题的争议很大。

目前，由于科学技术的进步和相关学科的发展，特别是同位素地质学、成岩成矿实验以及气液包裹体测定在矿床学中的广泛应用，大量的研究资料表明，气水热液是多源的，介质和矿质既可是同源的，也可是异源的。

一、含矿热液的来源（一）成矿介质（水）的来源根据多种数据、资料的综合研究结果，可以确定参与热液成矿作用的成矿介质（水）的来源有以下五种：1、岩浆水（原生岩浆水）与岩浆处于平衡状态的、包含在岩浆中的水，是岩浆体系的重要组成部分，在岩浆结晶过程中释放出的水。

常含有H2S、HCl、HF、SO2、CO、CO2、H2、N2，具有很强的搬运金属络合物的能力。

岩浆热液包括深成岩浆热液和火山－次火山热液。

认为热液来自岩浆的主要依据有：（1）大量的气水热液矿床的实例表明，它们与岩浆侵入体之间存在着密切关系。

空间上矿床分布于侵入体内部、接触带或附近围岩中，不同类型矿床或矿种常围绕侵入体呈水平或垂直分带；时间上与侵入体有关的脉岩与矿体有相互穿插关系，表明二者形成时间相近；（2）成矿专属性，如W、Sn矿床与花岗岩有关；Fe、Cu矿床与中酸性花岗闪长岩和中性山长岩有关；斑岩Cu（Mo）矿床主要与中酸性－酸性斑岩体有关；（3）矿石的微量元素组成与岩体中的微量元素及副矿物具一致性。

（4）实验研究：葛朗松（1937年）、肯尼迪（1962年）关于水在二氧化硅熔融体中溶解度的实验研究表明，水在岩浆中可溶解，而且当达到上临界点时，其溶解是无限的，不存在独立的水相，当含水的岩浆温度、压力降低，达到临界点之下时，含水的硅酸盐熔融体可分离出一个富水相和一个富硅酸盐相，各自沿着结晶曲线演化，最终都可形成气水热液；岩浆含水资料表明，酸性岩浆含水2-10%，基性岩浆含水1-6%，因此酸性岩浆可分离出更多的水。

（5）同位素地质研究、包裹体成分、温度的测定都表明了热液是来自岩浆的。

2、地下水包括任何地质时期的天水、冰川水、河水、湖水、海水和浅部地下水。

地表水（大气降水）、地下水沿构造裂隙可渗透到地下深处（可达10公里以上），由于地热梯度、岩浆烘烤、放射性元素衰变以及与岩浆热液的混合等，均可使之加热，水温可达几十甚至几百度，成为地下水热液。

如果该热液通过含盐地层，萃取其中的大量盐类物质，则形成热卤水。

无论是地下水热液或地下热卤水，当它们地层或已形成的矿体时，都会溶解其中的成矿元素，从而成为含矿热液，当温度、压力、物理化学条件改变时，成矿物质沉淀、聚集形成矿床。

认为地下水热液存在的依据主要有：（1）美国的撒尔顿湖地区附近，地下1600m的地下水，温度高达360℃，富含K、Na、Cl和Fe、Mn、Au、Ag、Cu、Pb、Zn等，是一种含矿地下水热液；红海底部正在形成的地下水热液，在海面以下2000米存在有三个深150米的热卤水海渊，水温达34～56℃，含盐度25.5％，比重1.20，其中含K、Na、Cl和Fe、Mn、Au、Ag、Cu、Pb、Zn等金属组份，并常见针铁矿、闪锌矿、菱锰矿等沉积物。

据研究它们是下渗红海海水受异常的地热梯度影响，受热后发生环流，溶解围岩中的盐和金属组分，并沿裂谷上升到海渊底部沉积形成，是一个正在形成的地下水热液矿床。

（2）许多热液矿床，其周围数十公里的范围内没有火成岩出露，深部又无火成岩隐伏体，且矿体围岩又未发生区域变质作用，那么成矿热液既非岩浆，又非变质，其来源只有地下水热液，同时测定同位素（δD、δO、δS）、包裹体成分同样表明是地下水热液。

如我国贵州万山汞矿，美国密西西比地区铅锌矿等。

3、变质热液（变生水）在区域变质作用过程中，岩石（矿物）的脱水作用或原岩的埋藏水（矿物中的结晶水、吸附水、薄膜水、粒间水、孔洞水等）而形成的。

沉积岩的平均含水量为5.54%，少数可高达15％，在变质作用过程中，这些水可以被排出；低级变质岩（如绿片岩）在高温高压变质作用下转变为高级变质岩（如角闪岩相和麻粒岩相变质岩）的过程中，也可排出水。

如果沉积岩在变质过程中释放出4%的水，则1km 3 沉积岩将释放近1亿吨水，这些水也具有溶解和迁移金属络合物的能力。

变质水受地质体成因、变质作用强度和变质作用类型等因素控制，一般随着变质程度增加，释放水量增加，如沉积岩含水20-30%，发生绿片岩变质时含水量变为6%，发生角闪岩相变质时减少为1-2%，而发生麻粒岩相变质时含水量仅为0.5%；在基性岩中含水量为5%，但在绿片岩相、角闪岩相和麻粒岩相时分别降到3.15%、1.03%和0.35%。

5、幔源挥发份流体（初生水）是地幔释放出来的，从未进入水圈的水或来自地球内部第一次出露在地球表面附近的水。

应该指出的是，气水热液成矿往往不是单一的，特别是岩浆热液、地下水热液和海水热液，某些矿床经常是它们之中的两种热液混合作用的结果。

（二）气水热液矿床的成矿物质来源热液中的组份的来源很难确定。

对于大多数热液来说，成矿物质主要有以下几种来源：1、来自深源岩浆（上地幔或地壳深部）岩浆（特别是一些中酸性岩浆）中含有少量的硫和很少量的造矿金属元素（Cu、Pb、Zn、Mo、Ag等），它们在岩浆的结晶过程中，较难进入造岩矿物的晶格，所以辉在剩余的岩浆中逐步富集。

随着岩浆分出独立的水相，这些矿质也遵循分配规律，一部分留在剩余岩浆中，一部分进入分出的水相，形成含矿的水溶液。

越到岩浆演化的后期，剩余岩浆中的水和矿质也越多，也就越容易形成含矿的热水溶液。

2、来自浅源（上地壳或近地表岩石）原生沉积物一方面，地壳浅部沉积物沉积成岩过程中和变质作用过程中，伴随同生建造水和变质水产生，可溶解原来沉积物中含有的Pb、Zn等成矿组份，并将其随之带出，形成含矿热液。

另一方面，热液沿围岩的裂隙、孔隙运移时，可以和围岩发生水－岩反应，萃取（溶解）围岩中的一部分物质，使热液中金属组份含量升高，并使围岩中原有金属组份的含量减少。

如江西德兴铜矿，远离矿体的九岭群中元古界火山－沉积岩系中平均含铜55ppm，紧邻矿化－蚀变带的外围有以宽2～5km的含铜量低值区，平均含铜40ppm，而在矿化蚀变带中含铜100～1000ppm，研究表明，矿化蚀变带中的铜一部分来自铜元素降低的围岩。

由此可见，（1）成矿介质的来源是多方面的，它可以是深源的，也可以是浅源的，可来自岩浆、天水、海水、变质水甚至幔源流体，也可以是两种或几种不同来源流体的混合；（2）气水热液中的成矿物质也是多源的，可以是岩浆源的，也可来自围岩地层，更可以是多种来源的；（3）介质和矿质即可同源，又可异源；（4）对于某个或某类矿床而言，成矿介质和矿质的来源又有主次之分，其主要来源常是影响成矿作用的主因和确定热液矿床类型的主要依据。

（三）含矿热液来源的判别－判别成矿物质来源的方法和手段有多种，大致归纳如下：1、矿床形成的地质背景(Geological Setting)这是判断成矿物质来源的最基本和最根本的方法。

所谓地质背景，应包括与成矿有关的地层、构造活动、岩浆作用，以及它们在时间、空间及成因上与成矿作用的联系。

有些矿床根据其成矿地质背景可以一目了然地判断出成矿物质来源，如金刚石矿床、铬铁矿矿床的成矿物质主要来自上地幔，而有些化学和生物成因矿床的成矿物质主要来自地壳表层（煤、石油、天然气、磷块岩等），但对于大多数气水热液矿床和某些变质矿床而言，成矿物质来源较为复杂，难于直接判断，根据其成矿地质背景判断的同时，尚需辅以其它方法。

2、同位素地质法（Isotope Element）如硫、铅同位素组成可判别矿质源，δS34≈0时代表幔源硫，δS34为大的负值时，代表生物硫；不同源区的铅同位素组成具明显区别，通过铅同位素组成可判别铅的来源，进一步判别成矿物质来源。

δD、δO18、δC也普遍用于成矿物质来源的判别，如不同成因水的δD－δO18组成图，虽然主要用于判别成矿介质来源，也可间接判断矿质源，如成矿介质来源于原始岩浆水，则成矿物质可能主要来自上地幔或岩石圈，再通过其它方法进一步判断。

随着科学技术的进步和相关学科的发展，同位素地质学近年来得到了长足发展，应用范围不断扩大，如Sm-Nd同位素、He同位素等3、稀土元素地球化学（REE）REE是相当稳定的元素，在地质作用中不易分馏，或作有规律的分馏，在地球的不同构造层、不同类型岩石中、不同地质作用中REE的分布形态是不同的。