06气水溶液概述fqh

矿
床 学 第五章
气水热液矿床概述
1
一、气水热液及其在成矿作用 中的意义
“气水热液”是指在一定深度下形成的，具 有一定温度和一定压力的气态和液态的溶液。 成分以H2O为主，并含有氟、氯、溴、硼、 硫、碳等多种挥发成分，以及W、Sn、Mn、 Nb、Ta、TR、Cu、Pb、Zn、Ag、Au、Hg 等成矿元素。 因其成分以H2O为主，并主要呈液态，故 称为气水热液或简称为热液。
30
3．pH值的变化
温度、压力的变化或外来物质的加入，都可 引起溶液pH值的改变。许多络合物或易溶的化 合物，只能在溶液的一定pH值范围内才是稳定 的，当pH值超过这个范围时，就会引起这些化 合物的分解和沉淀。例如由[UO2(CO3)3]4-络阴离 子组成的络合物，当溶液PH值为7.2，即近于中 性溶液时，溶解度最大。当溶液的pH值大于或 小于这个数值时，它的溶解度会很快减小，产生 分解和铀矿物的沉淀。
PbS+2H20＝Pb(OH)2+H2S
ZnS十2H20＝Zn(OH)2十H2S PbS+4NaCI＝4Na+[PbCl4]2-+S2－ 12NaCl+Fe2O3+3SiO2＝ 3NaSiO3+2Na3FeCl6 当温度升高时，上式反应向右进行，降低时， 则反应向左进行。
29
2．压力的降低
压力的降低会影响热液中溶质的溶解 度。压力降低引起热液产生“沸腾”作用， 将增加溶液的浓度。但更重要的是能使挥 发组分从溶液中析出,HF、HCI、H20等的 减少，使剩余溶液的碱性增高，而搬运金 属的能力则降低。压力的降低能促使某些 含挥发份化合物的分解，结果导致矿质的 沉淀。
9
3．海水热液
由下渗的海水形成，主要产生在海洋环境。 在大陆的边缘及海洋的岛屿地区，也有下渗的海 水，但常与地下水相混合。在海洋底部，海水可 沿裂隙，构造变动带下渗到地壳的深部，在地下 热能的影响下受热形成热液环流，并可从流经的 围兴中萃取成矿物质，然后通过断裂、火山口或 爆破带，再流人海中，与海水作用形成火山一沉 积矿床。在海洋扩张中心、火山岛弧、海洋岛屿 和大陆边缘地区，这种下渗海水对于成矿作用有 着重要的意义。
14
4)溶解 的气体 有：H2S、 CO2， 及 HCI等。
5)其它微量元素：Li、Rb、Cs、Br、 I、Se、Te等。 在气成热液成矿作用过程中，水、 氧、硫和二氧化碳的性状，特别是硫和氧 的性状的影响是较大的。
15
(二)气水热液的性质
1．气水热液的物理性质
在气水热液的演化过程中，流体的物理 状态、很大程度上取决于温度和压力。 在一定的温度和压力条件下，H20呈现 出一种处在液体和气体之间的连续性状态。 即在气体和液体之间已不再有什么区别。 这种状态的H20称为超临界液体。
22
3.以胶体溶液形式搬运
由于许多金属硫化物在胶体溶液中的 含量，比在真溶液中至少大一百万倍；胶 体溶液可以在任何温度和压力条件下产生； 溶液中如有硫化氢和硫化钠等存在，可以 阻止电解质对成矿物质胶体的凝聚作用； 在气水热液矿床中发现有胶体构造的矿石。 因此一些地质学者还提出成矿元素呈质 来源)与性质；成矿组份的搬运沉淀的方 式；气水热液运移的原因、通道及其与 地质构造的关系；气水热液矿床成矿的
方式以及围岩的蚀变等等，对于深入了
解矿床的形成过用和分布规律，提高这
类矿床的找矿勘探工作的成效都有重大
意义。
4
二、气水热液的来源
气水热液的来源或成因，主要有四类：岩 浆的；地下水的；海水的和变质的。
13
1）最主要的组份是水； 2）基本组份 Na、K、Ca、Mg、Sr、 BaAl、Si等及Cl－、F－ 、 SO42-； 3）金属成矿元素 最主要为亲铜元素Cu、 Pb、Z。、Au、Ag、Sn、Sb、Bi、Hg等。 其次为过渡性元素Fe、Co、Ni等，以及W、 Mo、Be、lR、U、In、Re等稀有、稀土和 放射性等元素。
20
2．以卤化物的形式搬运
提出这种假说的依据是：各种金属元 素的卤化物在水中溶解度比较大，在火山 喷出物中有As、Fe、Zn、Sn、Bi、Pb、 Cu等的可溶性氟化物和氯化物；在一些矿 床中有含Cl和F的矿物出现，如氯铅矿 (PbCl2)、萤石、黄玉、水铝氟石等；在矿 物的液体包裹体中，氯化物的浓度很高， 有时有NaCl2子晶出现。
16
液体水的密度和蒸汽压的变化
17
热液从岩浆中分出时主要呈超临界流 体，只有当外压力小于临界压力时，才出 现气相。而且在热液中除H20外，还有CO2 、 S02、02、 H20 、HF、HCl等高挥发组份。 目前认为，这些组份在高压含矿流体中主 要是呈气体状态存在的。这也是我们称为 气水热液的原因。
温度和压力的降低，是水从岩浆中分 出的主要因素。
6
2．地下水热液
主要产生在大陆地区。
地下水可下渗到几百米到几公里的深处， 有时甚至可达10km以上。地下水可因深部 的环流而升温，使其升温的因素很多，如地 热梯度，岩浆烘烤，放射性元素的蜕变，以 及与火成热液的混合等。
7
当地下水向下渗透、环流时，在与其 流经的岩石间的相互作用，以及其他地质作 用影响下，地下水的性质和成分均会发生改 变。特别是流经含盐类沉积物较多的地层时， 可溶解盐类，形成地下热卤水。当这样的热 卤水，进一步流动时，便可以不断地从流经 围岩中萃取大量的成矿物质．结果形成一种 含矿的热液。
在个别情况下，如在高温浅成或热液成矿晚期， 由于低价硫作用的减弱和游离氧作用的加强，Eh 值相对较高，可以形成高价铁和高价硫的矿物， 如磁铁矿、重晶石和石膏等。 32
5．不同性质溶液的混合
当不同成分或不同性质的溶液混合后，会改 变含矿热液系统的状态，破坏溶液的化学平衡， 促使某些化学反应的发生，从而产生矿物的沉淀。 例如由于不含硫化氢而含金属的卤水和含硫 化氢和不含金属的卤水的混合，引起了闪锌矿和 黄铁矿的沉淀。
27
(二)成矿元素的沉淀
促使成矿元素从热液中沉淀出来的因素 和条件很多，主要有以下几种情况。 1．温度的降低
热液温度的降低会引起一些成矿元素 的化合物或络合物溶解度的减小，导致这 些元素的沉淀。同时温度的降低可引起溶 液中硫化氢溶解度的增加，因而S2-的浓度 增高，从而有利于硫化物的沉淀。
28
另外，由于温度的变化可使某些化学反应得 以进行。如：
26
在热液中有两种络合物是重要的，即硫化物、 硫氢化物络合物和氯化物络合物。 如果热液中硫的含量很丰富．就可能成象 [CuS2]2－、[Zn(HS)3 ] －、[Fe(HS)3]－、[Hg(HS)3] － 等金属的络阴离子。这些络阴离于与硷金属阳离于 结合形成硫氢化物络合物都有较大的溶解度和稳定 性。 如果溶液中氯的含量很高，则能形成氯化物络 合物的金属络阴离子。如[ZnCl3]－和[CuCl3)2－、 [FeCl6]3－等。在溶液中硫离子的浓度很低的情况下， 金属可以这种方式大量被搬运。
18
2．气水热液的化学性质
气水热液的pH值，在成矿作用过程中是有 变化的。大多数的化学反应是在中性、弱碱性和 弱酸性环境中进行的。
气水热液的氧化—还原状态。根据矿床中 主要矿物成分的分析，发现Fe2+ 常比Fe3+ 占优势， 硫化物要比硫酸盐多得多，而As、Sb等也多以低 价的As3+ 、Sb3+ 状态出现，因此，可以推论在气 水热液成矿作用中，多数情况是属于还原环境。
10
4.变质热液
变质溶液是由于岩石在深部受增温、 增压作用而变质形成的。或者说是在变质 作用中与变质的岩石平衡的，或从中分出 的水溶液叫做变质溶液。 变质热液是受原始地质体的成因、变 质作用的强度和类型(接触变质和区域变质) 的控制。随着变质程度的增加，岩石中含 水量降低，排出的水就构成变质热液的主 体。
11
变质水的矿质有三个来源： 在变质过程中从原岩来的； 变质水在渗滤过程中，从所流经的岩 石中萃取来的； 可能为深部的物质来源。
12
三、气水热液主要成分和性质
（一）气水热液的成分
气水热液的成分是非常复杂的。一般可从以 下几方面来了解：
1)气成热液矿床的矿石成分及其蚀变围岩；
2)气成热液矿床矿物中气液包裹体的成分； 3)火山喷发物的成分及火山活动地区的热泉 及其中沉淀的矿物； 4)深层地下水(深钻和深部矿井中获得的)的成 分。
岩浆流体与地下水的混合，可导致岩浆流体 的温度下降，盐度降低，pH值升高，从而促进 矿质沉淀。
21
从现有资料来看，卤族元素对成矿物 质的搬运和富集可能起了一定作用，但主 要是在高温气化热液阶段。如W和Sn可能 是以卤化物方式进行搬运。但是一些亲硫 元素的卤化物，在有H2S存在的情况下， 也是不稳定的，在较低的温度条件下，一 般对金属元亲难于进行搬运。H2S，可与 卤化物发生化学反应而产生硫化物沉淀： FeCl2十H2S＝FeS十2HCl 可溶 不溶
19
四、气水热液中成矿元素的 搬运和沉淀四
(一)成矿元素的搬运形式
1．以硫化物的形式搬运
在热液矿床中，矿物大多以硫化物的方式出现， 因此，早期有人提出成矿元素是以简单硫化物的形式 存在于真溶液中，并进行搬运。但由于绝大多数的金 属硫化物在水溶液中的溶解度仅为：n· －5 ～n· － 10 10 27mol(浓度)，不可能实现大量的聚集而形成矿床。因 此这一假说已不为多数人所重视。
1．岩浆热液 岩浆热液是与岩浆处于平衡或从岩浆中分 出的气水溶液。
在高压下，硅酸盐熔体内水的溶解度相当 大。水的溶解度取决于温度、压力和熔体的 成分。
5
它随温度的增高而减小，随水蒸气压 力的增高而增大。而水的溶解度与硅酸盐 熔体的成分之间有明显的关系。氧化硅熔 体只有最小的溶解度，钠长石和硷金属硫 酸盐熔体具有最大的溶解度。实验研究证 明，熔体内水的溶解度与硷的含量有直接 关系。
2
热液在各类成矿作用中都广泛存在。 热液是接触交代矿床和热液矿矿床 形成时的主要含矿介质。
在成矿作用过程中，热液能把深部的矿 质以及分散在岩石中的成矿元素萃取出来， 初步集中，把它们携带到一定的构造－岩 石中，通过充填、交代等成矿方式，把矿 质沉淀下来，形成矿床。 在成矿作用过程中，热液与围岩相互作 用，使围岩产生蚀变，形成矿床的原生晕， 成为重要的找矿标志。
31
4．氧化—还原电位
根据热液矿床的研究发现，在热液成因的含 铁矿物中主要是低价铁的矿物（如黄铁矿、菱铁 矿），高价铁矿物一般较少见；含硫矿物中多以 硫化物矿物为主，硫酸盐矿物一般仅限于近地表 的低温热液中，这些情况表明，在热液作用过程 中氧化还原电位是比较低的。特别是在中低温热 液中硫相对富集的情况下基本上是还原环境。
24
4．以易溶络合物的形式搬运
就成矿作用来说，络合物与简单化合物 相比具有下列重要性质： 在气相和液相中具有较高的溶解度；
在溶液中有较高的稳定性；
显著增强某些化学元素从矿物和岩石中 的萃取能力。 这些特点都有利于提高金属元素在热液 中的活动性和搬运能力。
25
就热液的组分来说，在热液中 除了金属阳离 子以外，还存在各种阴离子，这些阴离子和金属 阳离子之间有以配位键结合成络合物的倾向。 成矿元素大多数属于过渡元素，过渡元素最 大的特征之一就是容易形成络合物。在原子的价 电子层都有未被电子占据的空轨道。 在各阴离子中F-Cl-S2-等的价电子层里都有 未成键的一对电子——弧对电子，HS－、CO32－、 OH－等都含有可提供弧对电子的原子。
8
地下水在深部常与岩浆水混合并形成 热液，它们既带出原始岩浆的物质．也带 出围岩中萃取的物质。 在成矿溶液中，不管空间和时间上有 什么变化，而岩浆水和地下水之间都有一 种数量上的依赖关系。即在深部的深成矿 床中，原生的岩浆水起着主要的作用，而 在近地表的浅成矿床和火山矿床中，占优 势的则是地下水。
23
反对者认为：
岩浆源处于很深条件下，在巨大的压力 下，要形成大量的气溶胶或气液溶胶是很 困难的；成矿溶液是电介质溶液，含有大 量的强电介质，很容易发生聚沉；胶体在 高温下是不稳定的，只有在低温时才较稳 定，含矿的胶体溶液要进行长距离的运移， 直至矿石沉淀地段也是因难的；胶体溶液 的粘度较大，不可能进行长距离的搬运， 也不能渗入细小裂隙进行扩散或渗滤。