气水热液矿床概论
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2 同位素特征 δ18ΟH2O =6‰ ∼ 9‰；δD=-48‰∼-80‰,
测定石英包裹体的δ18Ο石英 与δ18ΟH2O 的变换公式： δ18ΟH2O =δ18Ο石英 –3.38×106T-2＋3.4
3 成分特征 高盐度，富K＋
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气水热液矿床概论
（二）大气水热液 1. 成因（图13）
根据以上特征，区分交代矿体和充填矿体。 自然界中矿床的形成，大多是交代作用和充填作用综合的结果。
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•交代残余结构
气水热液矿床概论
七、成矿温度和成矿压力测定
（一）成矿温度 1. 矿物测温法
利用一些矿物的特殊特征（形成于特定温度或温度范围）确定成矿 温度。例如：矿物熔点、多形矿物转变点、固溶体分解温度、矿物重 结晶温度、矿物组合，等。 2. 矿物包裹体测温法
组分的带入和带出依靠停滞的粒间溶液中离子扩散进行的交代 作用，由浓度差为动力引起组分的扩散。
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（2）渗滤交代作用 组分的带入和带出靠粒间及裂隙中渗透流动的水溶液进行的交代作
用，由压力差为动力引起的流体中组分运动。 交代矿床：交代作用方式形成的矿床。
2. 影响交代作用的因素 （1）热液中组分的活动性
（二）导致成矿元素沉淀的因素 1. 温度降低 影响溶解度、状态和化学反应 2. 压力下降 影响挥发组分的浓度、发生沸腾成矿作用 3. PH值变化 影响溶解度（祥见图14） 4. Eh值的变化 如： NaHgS2 + H2O + O2 = HgS + NaOH + S （氧化作用）
U6+→U4+ [UO2(CO3)2]2- +2e →U02 +2CO32- （还原作用） 低温下细菌的还原作用 5.不同热液混合
δD = 8δ18ΟH2O ＋10 ‰
温度为中低温，富Ca2＋、Na＋
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图12 不同成因水的同位素组成示意
由于水-岩相互作用和交换表示了海水和A、B组分的地下水18O位移趋势
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图13 大气水热液及其成矿模式（斯米尔诺夫）
气水热液矿床概论
（三）海水热液 1. 成因 a 主要产生在海洋环境； b 大陆边缘和海洋岛屿地区，与地下水混合； c 沿构造变动带下渗-受热形成热环流-萃取矿质-沿火山机构上升-形 成矿床（图6-3） 主要与海底岩浆作用形成的块状硫化物矿床有关。 2. 特征 δD 与δ18ΟH2O在图12中接近于标准海水平均值（SMOW） 日本黑矿：δD 为-26‰∼-18‰， δ18ΟH2O为-1.5‰ ∼ 0.3‰
CO2 + H2O = H2CO3 并解离：H2CO3= H++HCO3－(利于矿质迁移)
HCO3－= H++CO32－ 与H2S性状相似，[HCO3－]和[CO32－]与热液的温度、压力和PH值有 关，温度压力降低和PH值升高有利于成矿元素以碳酸盐沉淀。
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四、成矿元素在热液中的迁移与沉淀
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图15 导矿、配矿、容矿构造关系图
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图16 研究区及邻区韧性强应变构造带环形构造及金矿点分布图
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六、热液矿床的形成方式矿质从热液中直接沉淀于各种裂隙或孔隙内的作用。
主要金属矿种：Fe、Au-Ag、Cu-Pb-Zn-W-Sn-Mo-Bi-Sb-Hg、LiBe-Nb-Ta、U-Th
非金属矿产：云母、石棉、萤石、水晶、明矾石、叶腊石、蛇纹 石、硫铁矿、重晶石、天青石、滑石、菱镁矿等
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二、热液的成因（类型）
热液成因是矿床学基本问题之一，矿床成因研究的重要内容。 目前的主要手段：
这些被封存在不同深度水平上的流体长期作用于周围环境，将溶 解与其相应的各种不相容元素（包括成矿元素），因而这种流体 富含成矿元素。 3. 幔源流体。
成因：核幔脱气、洋壳俯冲到上地幔中脱气。高温、C-H-O体系， 以H2O和CO2为主，含成矿元素。
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图6-3 黑矿型矿床简要横剖面图
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（五）变质热液 1. 成因 变质作用过程中，与变质岩石平衡、或从中分出的水溶液。 影响因素： a 原始地质体的成因； b 变质作用强度； c 变质作用类型（接触变质和区域变质）。 如：沉积岩（含水30%）→绿片岩相（6%）→角闪岩相（1-2%）
→麻粒岩相（0.5%） 2. 变质热液中的矿质来源 a 变质过程中来自原岩； b 从流经岩石中萃取； c 深部来源。 3. 特征：
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（一）岩浆热液
1 成因 岩浆中分异的气水热液，由于富含挥发分，所以对成矿金属
有很强的迁移能力。
硅酸盐熔体中的H2O溶解度：温度增加， H2O溶解度降低； 压力增加， H2O溶解度增高；碱含量增高， H2O溶解度增高。
岩浆流体的重要影响因素：岩浆初始含水量、温度和压力
（1）现代地热系统 热泉、海底热水系统 （2）流体包裹体 矿物结晶过程圈闭的流体，流体包裹体地球化学
研究，获取成岩成矿流体性质。 （3）同位素示踪 当温度由包裹体测温确定后，依据寄主矿物的同
位素组成便可计算出成矿流体的同位素组成，从而确定成矿流 体性质。 （4）热水体系实验 实验室模拟地质过程的热水体系。 目前比较一致的观点：多种成因和多种来源，如岩浆水、大气水、 海水、深部流体和变质水等。
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图14 300℃时[AuCl2]-和[Au(HS)2]-形式的金溶解度等值线图
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五、热液的运移
（一）运移原因和方向：压力差 ，从高压向低压运移。 （二）运移的通道：裂隙和孔隙 1.非构造孔隙：晶间及粒间孔隙、原生节理、层间孔隙等。 2. 构造裂隙：断裂、节理、劈理、片理等。 依据对热液成矿的控制作用分为： a 导矿构造：把深部含矿热液引入矿田及矿带的构造（深断裂、陡渗 透性岩层），控制矿田及成矿带的分布。 b 配矿构造：把热液从导矿构造引入成矿地段的构造（与导矿构造相 通的断裂、深断裂上盘的裂隙带、透水层），控制矿床的分布。 c 容矿构造：矿质沉淀的构造（与配矿构造相通的次级断裂、裂隙、 层间剥离构造、透水层等），控制矿体形状和分布（图15、16）。
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[HS-]= H++ S2-，k2=[H+][ S2-]/[HS-]=1.2×10-15,
[ S2-]= k2[HS-]/[H+] = k1 k2[ H2S]/ [H+]2 可见，影响H2S解离的因素是热液中H2S的浓度和PH值：H2S的溶 解度又与压力呈正相关，与温度呈负相关；PH值低溶液中[HS-]高， 有利于矿质的迁移，PH值高溶液中[ S2-]高，有利于硫化物的沉淀。 3. 二氧化碳 高温条件下为中性分子，温度降低水和为H2CO3
充填矿床：由充填作用方式形成的矿床。
充填矿床形成过程中，由于围岩是化学性质不活泼的岩石，故成矿 热液与围岩间化学反应微弱。
2.矿床特征 （1）形成深度一般较浅； （2）矿体形态多呈脉状，受构造裂隙控制； （3）与围岩呈突变接触，接触界线规则，围岩蚀变微弱； （4）矿体内部多具对称带状构造、栉状构造、晶洞构造、矿石可见角 砾状、环状构造。
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角砾状构造
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•充填的—环状构造
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（二）交代作用及交代矿床 1.概念 交代作用：热液（流体）与围岩发生物质交换、改变岩石化学
成分的各种置换作用。 交代作用的特点 （1）原矿物的溶解与新矿物的沉淀同时进行； （2）在交代过程中岩石始终处于固体状态； （3）交代前后岩石的体积基本保持不变。 交代作用的类型 （1）扩散交代作用
均一法：代表成矿温度下限，应用透明矿物中流体包裹体在显微镜 附加冷热台上完成。
（1）硫化物与硫氢化物络合物，条件是S2-浓度大于成矿金属元素 浓度，形成[B(HS)3]-形式金属络离子。
（2）氯化物络合物， 当热液中S2-浓度低于成矿金属元素浓度时， 形成[BClm]n-形式金属络离子；热液中S2-浓度增高，引起氯化物络合
物不稳定，成矿金属沉淀。
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（一）成矿元素的迁移方式 矿石中金属元素的化合物，并不代表其在热液中的存在形式。 例： FeCl2（可溶）+ H2S = FeS（不溶）+ 2HCl 1. 卤化物形式 （1）气态挥发物(如FeCl3、AuCl3、SnF4)，高温下可能，温度降低 发生水解。 如：SnF4+2H2O=SnO2+4HF （2）可溶盐(简单离子)，高温下可能，随温度降低，H2S和H2CO3解 离，可能性减小。 2. 胶体溶液形式。高温下不稳定，并且会不断有来自围岩的电解质， 因此仅在低温、局部可行。
20世纪60年代以来矿床学进展之一。包括雨水、湖水、河水 和浅部地下水。
主要形成在大陆地区；构造裂隙带发育地区。 升温因素：地热梯度、岩浆烘烤、放射性元素蜕变、与其它热 液混合。 2. 成矿中作用 （1）萃取、搬运成矿物质； （2）浅部地段、温度降低阶段，大气降水热液的主导作用加强。 3. 特征 氢氧同位素接近大气降水线（见图12）， δD 与δ18ΟH2O 的关系
H2O的δ18O = 5‰∼25‰，δD = -20‰∼-65‰，多富CO2
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三、热液中主要挥发组分的性状及其影响
1. 卤族元素 a 强电解质，影响热液的PH值； b 有助于有用组分的迁移， 如：F-、CL-形成的络合物，是许多成矿金属的矿化剂。 2. 硫 氧化态为SO42-，与Cl-性状相似；还原态为H2S，是弱电解质和 重要的矿化剂，性状如下： a 温度＞400ºC，H2S为中性分子，不电离，或分解为S和H2↑。 b 温度＜400ºC，H2S开始水解：H2S=H++HSk1=[H+][HS-]/[ H2S]=8.4×10-8, [HS-]= k1 [ H2S]/ [H+]
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2020/11/22
气水热液矿床概论
（二）气水热液的意义： 1. 有关矿床的成因类型 （1）热液矿床 （2）接触交代矿床 （3）在伟晶岩矿床、沉积矿床和变质矿床中的作用 2. 成矿过程中的作用 （1）萃取矿源系统中的矿质 （2）搬运矿质的主要介质 （3）围岩蚀变，形成重要的找矿地质-地球化学标志 3. 有关矿种
活动性组分含量高，有利于交代作用；反之不利于交代作用 （2）热液体系的物理化学性质
温度、压力、pH、Eh （3）热液的流体动力学特征 （4）围岩的岩性
化学性质与渗透性，有利围岩如碳酸盐岩、凝灰岩，不利围岩如硅 质岩、石英（砂）岩、泥（页）岩)
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气水热液矿床概论
3.交代矿床的特征 （1） 矿体形态多不规则，与围岩呈渐变接触； （2）矿体中常见交代残余的围岩（注意与围岩角砾的区别）； （3）矿石交代结构、交代残余结构构造普遍； （4）交代矿物常有较好的晶形。
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气水热液矿床概论
（四）深部流体 1. 沉积物沉积时包含在沉积物中的水，因此又称封存水。 地表→沉积物沉积→封存于地球内部→与周围环境反应→含矿流体。 这一过程使封存水的成分特征、同位素特征完全不同于地表水。 2. 地球排气作用导致地球内部不同圈层广泛形成含矿流体富集带。
流体富集带产生可能是一个连续过程：地球在不断排气过程中使 挥发份向上运动聚集在某些不具有渗透性或低渗透率层位。
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3.易溶络合物的形式
An(BXm)=nA++[BXm]n其中A为碱金属，B 为形成体(成矿元素)，X为配位体（酸根及氢氧 根等）
例：图14中的[AuCl3]-、[AuCl6]-、[Au(HS)3]-。 由于络合物在水中的溶解度比简单化合物大几百万倍，因此易溶络 合物是最重要的迁移形式，影响因素是不稳定（电离）常数和配位 体浓度及PH值等。 热液中两种重要的络合物（其它：碳酸盐络合物和有机络合物）：
测定石英包裹体的δ18Ο石英 与δ18ΟH2O 的变换公式： δ18ΟH2O =δ18Ο石英 –3.38×106T-2＋3.4
3 成分特征 高盐度，富K＋
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气水热液矿床概论
（二）大气水热液 1. 成因（图13）
根据以上特征，区分交代矿体和充填矿体。 自然界中矿床的形成，大多是交代作用和充填作用综合的结果。
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•交代残余结构
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七、成矿温度和成矿压力测定
（一）成矿温度 1. 矿物测温法
利用一些矿物的特殊特征（形成于特定温度或温度范围）确定成矿 温度。例如：矿物熔点、多形矿物转变点、固溶体分解温度、矿物重 结晶温度、矿物组合，等。 2. 矿物包裹体测温法
组分的带入和带出依靠停滞的粒间溶液中离子扩散进行的交代 作用，由浓度差为动力引起组分的扩散。
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（2）渗滤交代作用 组分的带入和带出靠粒间及裂隙中渗透流动的水溶液进行的交代作
用，由压力差为动力引起的流体中组分运动。 交代矿床：交代作用方式形成的矿床。
2. 影响交代作用的因素 （1）热液中组分的活动性
（二）导致成矿元素沉淀的因素 1. 温度降低 影响溶解度、状态和化学反应 2. 压力下降 影响挥发组分的浓度、发生沸腾成矿作用 3. PH值变化 影响溶解度（祥见图14） 4. Eh值的变化 如： NaHgS2 + H2O + O2 = HgS + NaOH + S （氧化作用）
U6+→U4+ [UO2(CO3)2]2- +2e →U02 +2CO32- （还原作用） 低温下细菌的还原作用 5.不同热液混合
δD = 8δ18ΟH2O ＋10 ‰
温度为中低温，富Ca2＋、Na＋
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图12 不同成因水的同位素组成示意
由于水-岩相互作用和交换表示了海水和A、B组分的地下水18O位移趋势
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图13 大气水热液及其成矿模式（斯米尔诺夫）
气水热液矿床概论
（三）海水热液 1. 成因 a 主要产生在海洋环境； b 大陆边缘和海洋岛屿地区，与地下水混合； c 沿构造变动带下渗-受热形成热环流-萃取矿质-沿火山机构上升-形 成矿床（图6-3） 主要与海底岩浆作用形成的块状硫化物矿床有关。 2. 特征 δD 与δ18ΟH2O在图12中接近于标准海水平均值（SMOW） 日本黑矿：δD 为-26‰∼-18‰， δ18ΟH2O为-1.5‰ ∼ 0.3‰
CO2 + H2O = H2CO3 并解离：H2CO3= H++HCO3－(利于矿质迁移)
HCO3－= H++CO32－ 与H2S性状相似，[HCO3－]和[CO32－]与热液的温度、压力和PH值有 关，温度压力降低和PH值升高有利于成矿元素以碳酸盐沉淀。
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四、成矿元素在热液中的迁移与沉淀
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图15 导矿、配矿、容矿构造关系图
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图16 研究区及邻区韧性强应变构造带环形构造及金矿点分布图
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六、热液矿床的形成方式矿质从热液中直接沉淀于各种裂隙或孔隙内的作用。
主要金属矿种：Fe、Au-Ag、Cu-Pb-Zn-W-Sn-Mo-Bi-Sb-Hg、LiBe-Nb-Ta、U-Th
非金属矿产：云母、石棉、萤石、水晶、明矾石、叶腊石、蛇纹 石、硫铁矿、重晶石、天青石、滑石、菱镁矿等
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二、热液的成因（类型）
热液成因是矿床学基本问题之一，矿床成因研究的重要内容。 目前的主要手段：
这些被封存在不同深度水平上的流体长期作用于周围环境，将溶 解与其相应的各种不相容元素（包括成矿元素），因而这种流体 富含成矿元素。 3. 幔源流体。
成因：核幔脱气、洋壳俯冲到上地幔中脱气。高温、C-H-O体系， 以H2O和CO2为主，含成矿元素。
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图6-3 黑矿型矿床简要横剖面图
气水热液矿床概论
（五）变质热液 1. 成因 变质作用过程中，与变质岩石平衡、或从中分出的水溶液。 影响因素： a 原始地质体的成因； b 变质作用强度； c 变质作用类型（接触变质和区域变质）。 如：沉积岩（含水30%）→绿片岩相（6%）→角闪岩相（1-2%）
→麻粒岩相（0.5%） 2. 变质热液中的矿质来源 a 变质过程中来自原岩； b 从流经岩石中萃取； c 深部来源。 3. 特征：
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（一）岩浆热液
1 成因 岩浆中分异的气水热液，由于富含挥发分，所以对成矿金属
有很强的迁移能力。
硅酸盐熔体中的H2O溶解度：温度增加， H2O溶解度降低； 压力增加， H2O溶解度增高；碱含量增高， H2O溶解度增高。
岩浆流体的重要影响因素：岩浆初始含水量、温度和压力
（1）现代地热系统 热泉、海底热水系统 （2）流体包裹体 矿物结晶过程圈闭的流体，流体包裹体地球化学
研究，获取成岩成矿流体性质。 （3）同位素示踪 当温度由包裹体测温确定后，依据寄主矿物的同
位素组成便可计算出成矿流体的同位素组成，从而确定成矿流 体性质。 （4）热水体系实验 实验室模拟地质过程的热水体系。 目前比较一致的观点：多种成因和多种来源，如岩浆水、大气水、 海水、深部流体和变质水等。
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图14 300℃时[AuCl2]-和[Au(HS)2]-形式的金溶解度等值线图
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五、热液的运移
（一）运移原因和方向：压力差 ，从高压向低压运移。 （二）运移的通道：裂隙和孔隙 1.非构造孔隙：晶间及粒间孔隙、原生节理、层间孔隙等。 2. 构造裂隙：断裂、节理、劈理、片理等。 依据对热液成矿的控制作用分为： a 导矿构造：把深部含矿热液引入矿田及矿带的构造（深断裂、陡渗 透性岩层），控制矿田及成矿带的分布。 b 配矿构造：把热液从导矿构造引入成矿地段的构造（与导矿构造相 通的断裂、深断裂上盘的裂隙带、透水层），控制矿床的分布。 c 容矿构造：矿质沉淀的构造（与配矿构造相通的次级断裂、裂隙、 层间剥离构造、透水层等），控制矿体形状和分布（图15、16）。
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[HS-]= H++ S2-，k2=[H+][ S2-]/[HS-]=1.2×10-15,
[ S2-]= k2[HS-]/[H+] = k1 k2[ H2S]/ [H+]2 可见，影响H2S解离的因素是热液中H2S的浓度和PH值：H2S的溶 解度又与压力呈正相关，与温度呈负相关；PH值低溶液中[HS-]高， 有利于矿质的迁移，PH值高溶液中[ S2-]高，有利于硫化物的沉淀。 3. 二氧化碳 高温条件下为中性分子，温度降低水和为H2CO3
充填矿床：由充填作用方式形成的矿床。
充填矿床形成过程中，由于围岩是化学性质不活泼的岩石，故成矿 热液与围岩间化学反应微弱。
2.矿床特征 （1）形成深度一般较浅； （2）矿体形态多呈脉状，受构造裂隙控制； （3）与围岩呈突变接触，接触界线规则，围岩蚀变微弱； （4）矿体内部多具对称带状构造、栉状构造、晶洞构造、矿石可见角 砾状、环状构造。
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•充填的—环状构造
气水热液矿床概论
（二）交代作用及交代矿床 1.概念 交代作用：热液（流体）与围岩发生物质交换、改变岩石化学
成分的各种置换作用。 交代作用的特点 （1）原矿物的溶解与新矿物的沉淀同时进行； （2）在交代过程中岩石始终处于固体状态； （3）交代前后岩石的体积基本保持不变。 交代作用的类型 （1）扩散交代作用
均一法：代表成矿温度下限，应用透明矿物中流体包裹体在显微镜 附加冷热台上完成。
（1）硫化物与硫氢化物络合物，条件是S2-浓度大于成矿金属元素 浓度，形成[B(HS)3]-形式金属络离子。
（2）氯化物络合物， 当热液中S2-浓度低于成矿金属元素浓度时， 形成[BClm]n-形式金属络离子；热液中S2-浓度增高，引起氯化物络合
物不稳定，成矿金属沉淀。
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（一）成矿元素的迁移方式 矿石中金属元素的化合物，并不代表其在热液中的存在形式。 例： FeCl2（可溶）+ H2S = FeS（不溶）+ 2HCl 1. 卤化物形式 （1）气态挥发物(如FeCl3、AuCl3、SnF4)，高温下可能，温度降低 发生水解。 如：SnF4+2H2O=SnO2+4HF （2）可溶盐(简单离子)，高温下可能，随温度降低，H2S和H2CO3解 离，可能性减小。 2. 胶体溶液形式。高温下不稳定，并且会不断有来自围岩的电解质， 因此仅在低温、局部可行。
20世纪60年代以来矿床学进展之一。包括雨水、湖水、河水 和浅部地下水。
主要形成在大陆地区；构造裂隙带发育地区。 升温因素：地热梯度、岩浆烘烤、放射性元素蜕变、与其它热 液混合。 2. 成矿中作用 （1）萃取、搬运成矿物质； （2）浅部地段、温度降低阶段，大气降水热液的主导作用加强。 3. 特征 氢氧同位素接近大气降水线（见图12）， δD 与δ18ΟH2O 的关系
H2O的δ18O = 5‰∼25‰，δD = -20‰∼-65‰，多富CO2
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三、热液中主要挥发组分的性状及其影响
1. 卤族元素 a 强电解质，影响热液的PH值； b 有助于有用组分的迁移， 如：F-、CL-形成的络合物，是许多成矿金属的矿化剂。 2. 硫 氧化态为SO42-，与Cl-性状相似；还原态为H2S，是弱电解质和 重要的矿化剂，性状如下： a 温度＞400ºC，H2S为中性分子，不电离，或分解为S和H2↑。 b 温度＜400ºC，H2S开始水解：H2S=H++HSk1=[H+][HS-]/[ H2S]=8.4×10-8, [HS-]= k1 [ H2S]/ [H+]
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气水热液矿床概论
（二）气水热液的意义： 1. 有关矿床的成因类型 （1）热液矿床 （2）接触交代矿床 （3）在伟晶岩矿床、沉积矿床和变质矿床中的作用 2. 成矿过程中的作用 （1）萃取矿源系统中的矿质 （2）搬运矿质的主要介质 （3）围岩蚀变，形成重要的找矿地质-地球化学标志 3. 有关矿种
活动性组分含量高，有利于交代作用；反之不利于交代作用 （2）热液体系的物理化学性质
温度、压力、pH、Eh （3）热液的流体动力学特征 （4）围岩的岩性
化学性质与渗透性，有利围岩如碳酸盐岩、凝灰岩，不利围岩如硅 质岩、石英（砂）岩、泥（页）岩)
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3.交代矿床的特征 （1） 矿体形态多不规则，与围岩呈渐变接触； （2）矿体中常见交代残余的围岩（注意与围岩角砾的区别）； （3）矿石交代结构、交代残余结构构造普遍； （4）交代矿物常有较好的晶形。
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（四）深部流体 1. 沉积物沉积时包含在沉积物中的水，因此又称封存水。 地表→沉积物沉积→封存于地球内部→与周围环境反应→含矿流体。 这一过程使封存水的成分特征、同位素特征完全不同于地表水。 2. 地球排气作用导致地球内部不同圈层广泛形成含矿流体富集带。
流体富集带产生可能是一个连续过程：地球在不断排气过程中使 挥发份向上运动聚集在某些不具有渗透性或低渗透率层位。
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气水热液矿床概论
3.易溶络合物的形式
An(BXm)=nA++[BXm]n其中A为碱金属，B 为形成体(成矿元素)，X为配位体（酸根及氢氧 根等）
例：图14中的[AuCl3]-、[AuCl6]-、[Au(HS)3]-。 由于络合物在水中的溶解度比简单化合物大几百万倍，因此易溶络 合物是最重要的迁移形式，影响因素是不稳定（电离）常数和配位 体浓度及PH值等。 热液中两种重要的络合物（其它：碳酸盐络合物和有机络合物）：