成矿流体地球化学

表2 云南腾冲地热区深层热水化学组成

因此，高温成矿流体主要与岩浆、火山或 高级区域变质作用有关，岩浆及高级变质 作用热流可以驱动各种地质流体演化为高 温Si+K成矿流体
2.中温碳酸盐型卤水
(1)概念
中温并富含Mn2+、Fe2+、Mg2+的碳酸盐化合物的 成矿流体-又称热水溶液（epithermal solution）
成矿流体的形成主要与地质作
用有关，是流体在特定环境、 特定演化阶段形成的特征产物

自然界中由单一起源的成矿流体的成矿 作用是极少发生的，在各种地质作用中 不同来源的流体会互相混合并与岩石发 生反应，成为新的流体类型或成矿流体
四、成矿流体地球化学特征

一般成矿流体都是富含挥发份、卤素及不 相容碱金属、碱土金属元素的流体溶液

地球化学研究表明，高F流体中，硅质经常 以SiF4的形式存在，这样明显增加了硅质的 溶解度


前人大量成矿流体研究发现，含F 矿物更 多产于高温热液矿床中，如云英岩、伟晶 岩、夕卡岩、钾质岩浆热液矿床中 F 在冰晶石、铁锂云母、黄玉、磷灰石、烧 绿石、香花石、硅镁石等矿物中置换OH-、 O2-进入矿物晶格。
这一特征与成矿作用中的高温钾化、硅化、 萤石化及电气石化蚀变(alteration)及热水沉 积作用(epi-thermal sedimentation)特征是一致 的


②一般高温Si+K卤水的形成与岩浆作 用或变质作用有关，由于充分的水-岩 交代作用，可以获得较高的温度及足 够的溶质组分

③热水沉积成矿研究资料表明，高温(中温) 卤水中SiO2和K2O丰度很高，并总是与高温 型(中温型)热液交代或热水沉积矿化有关

当海相沉积物埋藏于地下之后，蒸发浓缩的原生 卤水将是陆相硫酸盐型热水的主要来源 由于硫酸盐溶解度随着压力升高而变大及淡水的 淋滤作用，盐湖蒸发沉积岩系的淋滤溶解也是硫 酸盐型卤水的重要来源
硫酸盐型卤水中S6+的另一重要来源是地表或近地 表硫化物的氧化分解，甚至某些碱性氧化型热水 可以直接分解硫化物获得S6+形成硫酸盐型卤水

但是在不同成矿流体中,其溶质种类及其含 量是有区别的，因此成矿流体是自然流体 在一定地质作用中形成的特殊流体溶液
这一研究就是成矿流体地球化学的主要任务

因而, 对各种地质作用形成的流体演化及成 矿作用研究
就成为当代矿床地质学研究的前沿课题之一

1.高温硅钾卤水 2.中温碳酸盐卤水 3.低温硫酸盐卤水


Roedder ＊把WNa+/WK+作为判别流体成因的参数，认为岩浆 热液WNa+/WK+ <1，而沉积或地下热卤水较高，如密西西 比铅锌矿WNa+/WK+ ≈17 ，变质岩、伟晶岩中石英脉的 WNa+/WK+ ≈1,而且波动范围较大

以上参数实际上反映不同地质作用中水-岩相互作用与温度 的平衡关系 ＊ Rodder Edwin: The composition of fluid inclusions[J]. US Geological Survey Professional Paper 440 JJ[C]. 1972.164.
饱和浓度，估算深部热水温度：如传导冷却温标公
式：tQC/0C=1309/[5.19-lgWSiO2]-273.15（H）；绝对 冷却温标公式： tQA/0C=1522/[5.75-lgWSiO2]-273.15 （H） ＊Facca G., Rowe J.J. Estimation of underground temperatures
成 矿 流 体 类 型 可 划 分 为
度 特 征 ， 自 然 环 境 中 的
成 的 流 体 溶 质 成 分 及 温
根 据 不 同 地 质 作 用 中 形
1.高温硅钾卤水
(1)概念
高温并富含Si、K、F、B2O3组分的 成矿流体
(2)特点(4点)、

①硅钾组分含量与成矿流体的温度、 盐度成正相关
大 气 降 水
Circle System of Water
二、流体的自然类型（4类）
1.岩浆

岩浆主要是一种 硅酸盐熔融体，
含H2O<5%

各种成分的岩浆，包括了酸性-超基性碱性岩浆。
熔岩被
2.H2O为主的流体

岩浆水、变质水、海水、地下水、
地层水(盆地建造水)、卤水、地热水
3.以碳氢化合物为主的流体
from the silica content of water from hot springs and wet-syeam wells[J]. Am J Sci., 1966, 264:685-697



钾与温度的相关式可以分为两段:
(1)100-2500C时， WK=(0.94t/0C-103) ×10-6,相关系


含矿碳酸盐卤水中，Fe3+-Fe2+离子对 的存在对卤水物理化学条件有明显的 调节作用，有助于溶液保持恒定的物 理化学条件，从而有助于保持卤水中 金属元素的稳定

在低Eh-pH值环境下，Fe还原为Fe2+ ;而在高 Eh-pH值环境中则被氧化为Fe3+ 卤水中Cl-,SO42-的存在促使Fe溶解进入溶液。 碳酸铁矿物的结晶与溶液中Fe2+、Ca2+、 SO42-、CO32-的相对浓度有关，当CaSO4沉 淀消耗了Ca2+，并降低了SO42-的浓度， WFe2+/WCa +达到一定值时，就沉淀出含铁碳 酸盐矿物，即菱铁矿或铁白云石
(2)成因

碳酸盐型卤水(carbonate-type brine)起源于 盆地建造水系统、大气降水淋滤系统及海 源流体系统

中温碳酸盐型卤水中碳酸盐的溶解度与温度 及CO2的分压有关： 在H2O-CO2体系的临界点(2660C,2.15×108Pa) 以下，当温度恒定时，碳酸盐的溶解度随 CO2的分压升高而增大；
数r=0.61
(2)>2500C时, WK=(113t/0C-26388 )×10-6,相关系数 r=0.61 。在大于2500C的高温条件下，温度对钾含 量的影响尤其明显，是低温时的100 倍以上



成矿流体中钠钾比值是流体成因的标志：
正常海水中WNa+/WK+ ≈27 海底热泉水中， WNa+/WK+ ≈11.84；并有随温 度升高，钾含量升高的趋势
成矿流体地球化学概述
The Institute of Geo-Sciences, Technical University Chengdu Prof.Dr.Mao Xiao-dong, 2009 September
磁铁矿
金红石
矿床(deposit)
是指在地壳中,由地质作用形成的,
其所含有的有用矿物集合体的质和 量在当前经济技术条件下能被开采 和利用的地质体
2


因此，在中温热液矿床或热水沉积矿床中 经常伴生铁白云石、菱铁矿或石膏。补偿 线以上的中温海底热水沉积物会富含Mn的 碳酸盐岩，并与硫酸盐矿物共生
3.低温硫酸盐型卤水
(1)概念
主要是含Ba2+、Sr2+、Ca2+的硫酸盐化合物 的成矿流体，在海陆相各环境中广泛存在

硫是多型变价元素(S2-S1-S0S4+S6+)，其 在地球中是高丰度元素。但硫95%以上 以S2-还原态存在于地核中，在地壳近 表层以氧化态S6+存在的不足1%，但其 总量也足以与碳、磷、硼等含氧酸盐 相比

石

H2O、CO2、卤素、硫、H2、N2和 惰性气体

现代地质环境中，能够获得或集中最大量 水体的环境是大气降雨环境、海洋环境、 沉积盆地 不同环境来源的水都或多或少的进入了成 矿流体的,并不同程度参与了成矿作用

三、成矿流体
概念

成矿流体(Metallogenic fluid)：形成矿 床的流体称为成矿流体

(6)Si、K组成与盐度关系

在现代盐湖沉积物中有大量自生硅酸岩矿 物沉积，表明热卤水相中盐度对SiO2溶解度 有一定影响，并且在氯化物型热水热液中 SiO2的浓度增高（参考表1）。
现代地下热水化学组成

从上表可以看出，K+、SiO2总是在高Cl- 甚至高F-型中高温卤
水中富集，因此高温硅钾卤水一般在火山期后或高级区域变 质期，尤其是海底岩浆活动期活动，并形成富钾硅岩建造





一、流体

流体(Fluid)：地球中能够流动的物体叫做 流体。
如果采纳Fyfe(1979)的建议，用流变学的术语，流 体的定义就应是：物体在应力作用下能发生流动或 变形，而周围物质则处于相对平衡，这种物体就是 流体。

水(Water)是地球上最特征的流体，大部 分矿床是在水-热流体参与下形成的(注 意：并不是所有流体都参与成矿)

①游离SiO2主要在晚期岩浆、岩浆期后热 液或变质热液及热卤水中富集

②热水溶液中SiO2以H2SiO3,H2SiO4
,NaH3SiO4形式存在（根据热液组分分析还应 有SiF4组分存在）
(5)Si、K组成与温度、压力关系

SiO2溶解度随温度、压力的增加而增加，在 高于超临界温压（3740C,2.21×107Pa）之后， 压力对SiO2的溶解度影响更大，高压时， SiO2的溶解度在0.02%以上

硫酸盐是海水的主要成分，海水中SO42-含 量约为0.27%，因此硫酸盐主要存在于海水 及其蒸发沉积物中，其次在硫化物的表生 淋滤带
(2)硫酸盐型卤水的来源

由于硫酸盐的溶解度（石膏CaSO4•2H2O及硬 石膏CaSO4的溶解度<0.215%）远低于氯化物 的溶解度(石盐NaCl的溶解度约为25%)，因 此在海水蒸发早期就可以形成硫酸盐型卤 水

④高温成矿流体在演化过程中依次可以演 变为中温成矿流体或低温成矿流体
Si、K都是地球中丰度很高的元素，
其自然存在形式主要为复杂的化合 物形式
(3)K的存在形式
钾存在于硅酸盐矿物、硫酸盐矿物、
氯化物矿物中，并且是海水、盐湖 卤水(brine)及某些热泉卤水的重要 组分
(4)Si的存在形式 硅以各种硅酸盐及SiO2多型 变体形式存在
流体中Si、K的溶解度与温度成正
相关关系，随着温度升高Si、K丰 度升高（见表）
现代地下热水化学组成

高温时SiO2较高，SiO2浓度与温度成线性相 关关系，相关式为：t>1000C时， WSiO2=(4.3t/0C-440) × 10-6,相关系数r=7.9；

Facca ＊等早就提出了SiO2温标，根据热水中SiO2的


钾在卤水中的富集与盐度有关，随着含盐度增高
钾丰度值升高，钾丰度值与含盐度成线性相关关
系，

回归方程：WK=（0.034A 10-6 -1320）×10-6，相关 系数r=0.66

前人对云南腾冲地热区的研究，热水溶液 随着深度增加+温度升高，其中SiO2 、 K+、 +、F-、Cl-、HBO 等电解质也增加（见 Na 2 表）， K+ 、 SiO2等丰度或含量的变化显示 了溶解度与盐度、温度的线性关系
有些研究者甚至把F- 的分布作为细碧角斑岩型矿 床的成矿晕。
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在一些海相热水沉积矿床中，确实表现出 高F+Si+K卤水的沉积特征:
如白云鄂博矿床有大量萤石沉积。并且在 酸碱性岩浆岩作用下，氟化交代与稀土、 稀有及有色金属、放射性金属矿化关系极 为密切，尤其是在富氟流体中稀土元素主 要形成氟碳酸盐矿物
矿产资源(mineral
resources)
是指赋存于地下或地表的，由地质
作用形成的呈固态、液态或气态的 具有现实或潜在经济价值的天然富 集物。

六五四三二一 、、、、、、 流洋成成流流 体底矿矿体体 包热流流的 裹水体体自 体流地 然 在体球 类 成及化 型 岩其学 作矿 用化 研作 究用 中 的 运 用


当CO2分压一定，＜500C时，碳酸盐的溶解 度最大，温度升高时溶解度则减小

在沉积物成岩过程中，随着温度升高碳酸 盐大量结晶成为胶结物
在深海底热液中，碳酸盐的溶解度还与补 偿深度有关，在补偿线以下，由于CO2分压 高，所有碳酸盐都处于溶解状态


在含盐度高的卤水中，方解石的溶解度与盐 度、酸碱度有关 在NaCl型高盐度的酸性溶液中，方解石的溶 解度随温度增加而增加，在接近2750C时达 到最大溶解度。由于碳酸盐溶解度与CO2分 压有关，当热水溶液沸腾时，随着CO2逸度 及温度的降低，碳酸盐矿物则结晶沉淀