熱液礦床

(1）成礦溶液的來源:成礦溶液或稱成礦氣液、成礦熱液是在一定深度（幾至幾十千米）下形成的，具有一定溫度（一般為50-600℃）和一定壓力（一般為n-250MPa）的氣態(tài)、液態(tài)和超臨界流體。其成分以H₂O為主，有時CO₂占很大比例，常含有CH₄、H₂S、CO、SO₂等揮發(fā)性氣體成分和K⁺、Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、F^-、Cl^-、SO₄^2-、HCO^3-等離子成分。成礦溶液中還有W、Sn、Mo、Au、Ag、Cu、Pb、Zn等多種成礦元素。

成礦溶液和成礦物質(zhì)來源是礦床學(xué)界長期爭論的問題之一，目前認識一般有四種：

a.巖漿熱液：巖漿在侵入和噴發(fā)過程中，隨著溫度和壓力的下降，硅酸鹽熔體不斷地結(jié)晶，H₂O等揮發(fā)分就從巖漿中分離出來，形成高溫氣液。一些成礦元素傾向富集于氣液中，這種含礦氣液在巖體邊緣和圍巖的裂隙中運移，當物理化學(xué)條件發(fā)生變化時，就可在有利的地段形成礦床。

b.地下水熱液：從地表滲透到地下深處的大氣降水，可在地下環(huán)流中受熱并與流經(jīng)的巖石發(fā)生相互作用，溶解巖石中的有用成礦元素，運移至有利的地質(zhì)環(huán)境中沉淀形成各種熱液礦床。

c.海水熱液：在海洋擴張中心、火山島弧、大陸邊緣及海洋島嶼地區(qū)，下滲的海水可沿裂隙到達地殼深部受熱形成環(huán)流。環(huán)流過程中也可萃取流經(jīng)圍巖中大量的成礦物質(zhì)，然后通過斷裂、火山口或海底擴張脊再流入海中，與海水作用形成熱液礦床。

d.變質(zhì)熱液：由變質(zhì)作用（包括一般區(qū)域變質(zhì)、混合巖化和花崗巖化作用）而形成的含礦溶液，統(tǒng)稱為變質(zhì)熱液。巖漿巖和沉積巖內(nèi)都含有一定數(shù)量的水分。如造巖礦物中的結(jié)構(gòu)水、結(jié)晶水，巖石中的裂隙水、毛細水、吸附水和同生水等，在巖石受變質(zhì)過程中都可逐漸被釋放出來成為變質(zhì)熱液。這些變質(zhì)熱液由深變質(zhì)帶向上遷移過程中從圍巖中吸取成礦物質(zhì)，在低變質(zhì)帶中聚集沉淀成為變質(zhì)熱液礦床。

(2）熱液礦床的形成過程:主要可分為充填作用和交代作用兩種，從而形成充填礦床和交代礦床：

充填作用方式：氣水溶液在化學(xué)性質(zhì)不活潑的圍巖中流動時，一般與圍巖沒有明顯的化學(xué)反應(yīng)和物質(zhì)的相互交換，氣水溶液中的有用組分是由于物理化學(xué)條件變化的影響，直接沉淀在圍巖裂隙和空洞中，這種作用稱充填作用。充填作用所形成的礦體，其形態(tài)產(chǎn)狀主要受裂隙、多孔性巖層、層面和不整合面等的形態(tài)產(chǎn)狀所控制。其中以脈狀礦體最為多見，礦脈與圍巖界線清楚。礦石常具梳狀、晶簇狀、對稱條帶狀、角礫狀等構(gòu)造。

交代作用方式：氣水溶液在化學(xué)性質(zhì)較活潑的圍巖裂隙和孔隙中流動時，溶液與圍巖中某些礦物起化學(xué)反應(yīng)，并同時發(fā)生極細微狀態(tài)下的溶解作用和沉淀作用，原有礦物逐漸被溶解掉而代之以新礦物。這種作用稱交代作用，也就是置換作用。交代作用進行過程中原礦物被溶解和新礦物的沉淀幾乎是同時的，而且圍巖始終保持固體狀態(tài)，故可保存原巖石的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造，甚至其中的生物遺跡。交代作用受等體積定律支配，即交代前后巖、礦石總體積不發(fā)生變化。

交代作用形成的礦體與充填作用形成的礦體有明顯不同的特點：礦體外形不規(guī)則，不完全受裂隙形狀控制；礦體和圍巖界線不清，呈過渡關(guān)系。礦體中常有未被交代的殘余圍巖，而且仍保持其原來的巖石構(gòu)造方向，說明殘余圍巖未發(fā)生移動。礦體中常保持有原來巖石的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造，特別是構(gòu)造。如巖石的條帶狀構(gòu)造以及褶皺、斷裂和角礫狀構(gòu)造等，均可保存在交代礦體中。

(3）礦化期與礦化階段:氣液礦床的形成經(jīng)歷了很長時期，在形成過程中地質(zhì)構(gòu)造條件和熱液體系物理化學(xué)變化導(dǎo)致不同的礦物組合。為了研究氣液成礦作用的時間規(guī)律，引入礦化期和礦化階段（或成礦期、成礦階段）的概念。

礦化期：代表一個較長的成礦作用過程，它是根據(jù)成礦體系物理化學(xué)條件的顯著變化來確定的。如矽卡巖礦床一般分為矽卡巖成礦期和熱液石英硫化物成礦期，兩者成礦物理化學(xué)條件有明顯的區(qū)別。

礦化階段：代表一個較短的成礦作用過程，表示一組或一組以上的礦物在相同或相似的地質(zhì)或物理化學(xué)條件下形成的過程。礦化階段與構(gòu)造裂隙的階段性發(fā)育和與此有關(guān)的熱液間隙性活動有關(guān)，每個礦化階段代表一次熱液活動。早階段的礦物組合常被晚階段的礦物組合穿插交代或包圍膠結(jié)，據(jù)此可確定礦化價段的先后關(guān)系。

(4）熱液礦床的分類:熱液礦床的形成是一個長期復(fù)雜的過程，其影響因素甚多。長期以來，很多學(xué)者對熱液礦床分類進行過研究，提出了許多不同方案。傳統(tǒng)的分類是以成礦溫度和深度為依據(jù)，分為高溫熱液礦床、中溫熱液礦床和低溫熱液礦床等。目前常用的分類方案，以成礦地質(zhì)環(huán)境和成礦氣水溶液的來源不同，把熱液礦床劃分為巖漿熱液礦床（含侵入巖漿熱液礦床和火山熱液礦床）、地下水熱液礦床和變質(zhì)熱液礦床。

1）侵入巖漿熱液礦床:與巖漿中分泌出來的含礦氣水溶液有關(guān)，是由其中有用組分在侵入巖體內(nèi)或其附近圍巖中富集而形成的。這類礦床與侵入巖體（主要是酸性、中性、中酸性或中堿性侵入巖體）在時間上、空間上和成因上有密切的聯(lián)系，侵入巖就是其成礦母巖，而且一定類型的礦床與一定成分的巖漿巖有關(guān)。例如，鎢、錫、鉬、鉍礦床常與花崗巖有關(guān)；銅、鐵等礦床常與閃長巖、石英閃長巖等有關(guān)；稀土-磁鐵礦礦床與堿性花崗巖有關(guān)等。侵入巖漿熱液礦床可分為高溫和中溫兩種類型。

a.侵入巖漿高溫熱液礦床:形成溫度為600-300℃，成礦深度為4.5-1Km，屬中深或深成。因此，成礦時的溫度和壓力是較高的，這時成礦溶液中雖缺少游離氧，但由于熱液中固有的H₂O被還原為H₂或CO₂被還原為CO時可以放出一部分O₂，而有利于那些結(jié)晶溫度高的、易于與氧化合的元素（鎢、錫、鐵等）形成含氧鹽類或氧化物礦物（黑鎢礦、錫石、磁鐵礦等）沉淀下來，成為高溫型熱液礦床中的礦石礦物。

b.侵入巖漿中溫熱液礦床:形成溫度為300-200℃，高的可達350℃，低的可到150℃左右；成礦深度一般為1-3Km。在這種溫度和壓力條件下，H₂S在成礦溶液中溶解度增大，H₂S的電離也相應(yīng)增加，于是溶液中產(chǎn)生了大量的S^2-離子。S^2-的存在，為重金屬硫化物的沉淀創(chuàng)造了有利條件，因而形成了中溫型熱液礦床中Cu、Pb、Zn、Fe等的大量硫化物礦石。

侵入巖漿熱液礦床的特征是：

①與巖漿巖有關(guān)。在時間上，它們都產(chǎn)于同一構(gòu)造———巖漿期；在空間上，它們表現(xiàn)為一定礦床類型與一定巖漿巖在空間分布上有一定的相關(guān)性，它們可以分布在巖體內(nèi)或巖體周圍的圍巖中，少數(shù)亦可以分布在巖體與圍巖的接觸帶上；在成因上，侵入巖漿熱液礦床和巖漿巖有明顯的專屬性，即一定類型礦床與一定成分的巖漿巖相聯(lián)系。

②礦床受地質(zhì)構(gòu)造控制明顯，主要是受侵入巖的原生構(gòu)造、接觸帶構(gòu)造、各種斷裂及褶皺構(gòu)造的控制。

③可以出現(xiàn)各種各樣的礦體形態(tài)。

④由于巖漿熱液成分的復(fù)雜性導(dǎo)致這類礦床礦石中礦物組成的復(fù)雜性和礦石類型、礦種的多樣化。

⑤由于侵入巖漿熱液中揮發(fā)性組分的溫度高、壓力大和活動性強，所以這類礦床的圍巖蝕變時常較為強烈，而且類型繁多，分布廣泛。在實際工作中，就可根據(jù)這些特征與地下水熱液礦床加以區(qū)分。

c.侵入巖漿熱液礦床的主要類型：在我國，目前最具有工業(yè)意義的高溫熱液礦床是鎢、錫礦床，而鐵礦床并不多。例如江西大余的黑鎢石英脈礦床，廣西某地的錫石石英脈礦床。這類礦床是鎢、錫原生礦床的主要類型，可綜合利用鈹、鈮、鉭等稀有元素。中溫熱液礦床的主要類型有，含金石英脈礦床（小秦嶺文峪-東闖、吉林夾皮溝、山東招遠等金礦）、多金屬鉛鋅礦床（湖南桃林、遼寧柴河及青城子、青海祁連山等地鉛鋅礦）、銅礦床（河北壽王墳、湖北銅錄山、豐山洞、安徽銅官山）等。其中以多金屬鉛鋅礦為最普遍，可產(chǎn)于各種圍巖中，大、中、小型均有。除鉛鋅外，有時所含的銅、銀、鎵、鍺等也可綜合利用，工業(yè)意義很大。

2)地下水熱液礦床:這是一類在成因上長期有爭論的礦床。過去曾稱之為超低溫礦床。礦石礦物的形成溫度一般為50-100℃，很少超過200℃。根據(jù)近年研究，這類礦床的形成與地下水熱液有關(guān)，而且礦液的性質(zhì)是高鹽度含礦熱鹵水，但在成因上仍還存在不少爭議。這類礦床的主要特征：礦床的形成與巖漿活動關(guān)系不密切，在礦區(qū)內(nèi)和周圍相當遠的范圍未見與成礦有關(guān)的巖漿活動；礦床產(chǎn)于某一定地層中，受巖性（相）控制，礦體常集中于某些巖性段中，往往具有多層的特點；礦床從空間分布上常呈帶狀或面狀，礦體呈層狀、似層狀和透鏡狀的整合礦體，但局部也有小型脈狀礦體；礦石的礦物組成簡單，金屬硫化物多呈細小的分散狀、浸染狀集合體；圍巖蝕變較弱，主要有硅化、碳酸鹽化、粘土化或重晶石化等；礦床規(guī)模常較大，主要礦種有鉛、鋅、銅、鈾、釩、銻、汞等。例如，層狀鉛鋅礦床占世界鉛鋅總儲量的二分之一；層狀鈾礦占世界鈾礦總儲量的70%。

3)火山熱液礦床:火山噴發(fā)的間歇期、晚期或期后，其射氣和熱液活動非常強烈，射氣和熱液中的有用組分，在母巖體內(nèi)或其附近圍巖中聚集、沉淀；可形成火山-次火山氣液礦床，根據(jù)成礦作用方式及地質(zhì)條件的不同，可分為火山射氣、火山熱液、次火山熱液礦床三種類型。

a.火山射氣礦床：主要由火山射氣而成，位置淺，局限于近代火山口內(nèi)外及附近各種裂隙之中。主要礦種有自然硫、硼酸鹽等。經(jīng)濟價值一般不大。

b.火山熱液礦床：它是由含礦火山熱液在火山巖中發(fā)生充填或交代作用，使有用組分沉淀而形成的。礦體形狀為脈狀、復(fù)脈狀或似層狀。礦石構(gòu)造不一。圍巖蝕變以硅化、絹云母化及高嶺土化為主。成礦溫度一般為中-低溫。主要礦種有銅、鉛、鋅、鈾、金、銀以及硫鐵礦、螢石、沸石、硼礬石等。

c.次火山熱液礦床：在火山活動晚期或間歇期，常伴隨有大量次火山巖的侵入活動。來自次火山巖的氣水溶液，通過充填或交代作用，將有用組分沉淀在次火山巖或附近其他巖石中，即形成次火山熱液礦床。著名的斑巖銅礦和玢巖鐵礦即屬此類礦床，它們與侵入巖漿熱液礦床和火山熱液礦床主要不同點是：

ⅰ.次火山熱液礦床的母巖是次火山巖，主要是花崗閃長斑巖、石英閃長斑巖、閃長玢巖等。有時這些母巖同時又是礦體的圍巖。

ⅱ.礦體除受區(qū)域構(gòu)造控制外，又受巖體原生構(gòu)造控制，礦體形態(tài)變化復(fù)雜。

ⅲ.次火山熱液是在淺成-超淺成條件下，外壓力驟然降低，揮發(fā)組分自熔漿中強烈析出時形成，巖漿及揮發(fā)組分的較大壓力，可以造成隱爆角礫巖筒以及放射狀或環(huán)狀斷裂系統(tǒng)，形成獨特產(chǎn)狀礦體。

ⅳ.由于成礦溫度下降快及熱液脈動活動，造成復(fù)雜多樣的礦石組合和結(jié)構(gòu)構(gòu)造。

d.火山熱液礦床的主要類型:火山熱液礦床種類繁多，分布廣泛，其主要類型的成礦過程和著名實例有以下幾種。

① 火山塊狀硫化物礦床:該類礦床與海底火山-次火山的熱液成礦作用有關(guān)。礦床常圍繞海底火山噴發(fā)中心，成群成帶出現(xiàn)。理想的火山塊狀硫化物礦床，礦體一般為層狀、透鏡狀到席狀，含有90%以上的金屬硫化物，故常為塊狀構(gòu)造。礦石成分普遍含有黃鐵礦，所以也稱為黃鐵礦型礦床，或稱為黃鐵礦型銅礦和多金屬礦床。按其他硫化物成分（黃銅礦、方鉛礦、閃鋅礦）可分為三類： ①鋅鉛-銅；②鋅-銅；③銅。礦石中或多或少還含有磁黃鐵礦。最重要的容礦巖石是流紋巖，含鉛(鋅)的礦體只與該類巖石有關(guān)，如著名的日本“黑礦”。銅礦體常與鎂鐵質(zhì)火山巖伴生，如加拿大、美國的一些銅礦床。

從成礦時代看，自前寒武紀至新生代都可有火山塊狀硫化物礦床的形成。我國內(nèi)蒙狼山、云南大紅山、四川拉拉山為前寒武紀成礦，甘肅白銀廠銅礦為古生代成礦。淺成低溫熱液型金礦是一個重要的金礦床類型，在世界范圍內(nèi)已發(fā)現(xiàn)了許多大型及特大型金礦床，而現(xiàn)代海底產(chǎn)出的“黑煙囪”是正在形成的新生代火山塊狀硫化物礦床。

② 斑巖銅礦：又稱細脈浸染型銅礦床，是一種具有重要工業(yè)意義的礦床。銅的金屬儲量占世界總儲量的50%左右，占我國儲量的25%左右，并有日益增多之勢。斑巖銅礦的礦化與中酸性斑巖在空間上、時間上和成因上有密切聯(lián)系。含礦斑巖體主要為淺成-超淺成的花崗斑巖-花崗閃長斑巖，并與鈣-堿系列的安山巖、粗安巖、英安巖和流紋巖等火山巖有成因聯(lián)系。礦化斑巖一般出露面積不大，多呈株狀、瘤狀，也有成巖脈、巖枝產(chǎn)出的。

我國斑巖銅礦主要在中-新生代成礦，我國德興斑巖銅礦在燕山期成礦，西藏玉龍斑巖銅礦在喜馬拉雅期成礦。礦化蝕變分帶是斑巖銅礦最重要的特征，由斑巖體內(nèi)向外依次為鉀質(zhì)蝕變帶（鉀長石-石英-黑云母）、絹英巖帶（石英-絹云母-黃鐵礦）、泥質(zhì)蝕變帶和青磐巖帶。與此相應(yīng)的礦化分帶為鉬-銅、銅（+黃鐵礦）、黃鐵礦、黃鐵礦-鉛-鋅（金、銀）。礦石構(gòu)造也依次變化為浸染狀、細脈浸染狀、細脈狀（圖1-6-20、1-6-21、1-6-22）。

斑巖銅礦具有規(guī)模大、品位低、易于露天開采的特點。礦石類型簡單，主要金屬礦物為黃鐵礦、黃銅礦、斑銅礦和輝鉬礦；鉬是主要的伴生元素，有時形成銅鉬礦床（如我國著名的江西德興斑巖銅礦床等），甚至單一的斑巖鉬礦（如我國陜西金堆城、河南欒川等鉬礦）。在地表氧化過程中可形成次生氧化礦石，礦石品位可由0.5%左右提高到1-2% 以上。

③ 玢巖鐵礦：這種礦床類型和斑巖銅礦有很多相似之處，均屬火山-次火山熱液作用產(chǎn)物。是產(chǎn)于富鈉質(zhì)的輝石玄武安山玢巖-輝長閃長玢巖中的鐵礦床。我國地質(zhì)工作者，在長期勘探和深入研究了寧蕪地區(qū)各種鐵礦之后，不僅把這個地區(qū)的鐵礦儲量翻了幾十番，使這個地區(qū)成為我國重要鋼鐵基地之一，而且，還結(jié)合了國內(nèi)外其他礦區(qū)類似鐵礦的特征，建立了“玢巖鐵礦”的模式，概括了安山質(zhì)巖漿火山-次火山活動地區(qū)一系列鐵礦床的成礦作用。這個模式對在我國，特別是在南方數(shù)以百計的陸相火山巖盆地中尋找富鐵礦床，具有重要的指導(dǎo)意義。

④ 火山熱液礦床的基本特征:

a.圍巖特點:火山熱液礦床一般分布在火山巖發(fā)育地區(qū)，其具體位置可在火山頸、火山口或真附近的火山巖中，或火山巖與次火山巖的接觸帶中，或遠離火山口的火山巖及其圍巖中；因而這類礦床的圍巖多為火山熔巖、次火山巖或火山碎屑巖。

b.控礦構(gòu)造特點:火山成因礦床往往與巖漿礦床及巖漿期后氣化-熱液礦床有一定的成因聯(lián)系，但與它們的區(qū)別是在時間上和空間上都與火山活動有關(guān)，因而與區(qū)域大斷裂構(gòu)造有關(guān)。大的斷裂提供了火山噴發(fā)的有利通道，而其次一級構(gòu)造，如近火山口裂隙，以及火山口周圍的放射狀、環(huán)狀、橢圓狀裂隙，都可成為成礦的有利構(gòu)造。

c.礦體形狀取決于成礦方式和構(gòu)造因素。如火山熱液沿巖層進行充填或交代，則呈似層狀；如受火山巖中構(gòu)造裂隙控制，則呈脈狀、網(wǎng)脈狀。

d.圍巖蝕變:在火山熱液礦床中普遍存在圍巖蝕變現(xiàn)象，這與火山-次火山的氣液活動有關(guān)，它們是火山熱液礦床重要的找礦標志。

5)變質(zhì)熱液礦床:變質(zhì)熱液礦床是指變質(zhì)作用過程中釋放出來的熱液經(jīng)充填及交代作用形成的礦床。

變質(zhì)熱液礦床一般分布于區(qū)域變質(zhì)巖區(qū)，如古老的大陸板塊結(jié)晶基地分布區(qū)（地軸、地盾）、各地質(zhì)時期的島弧、裂谷及板塊碰撞（縫合）造山帶（地槽褶皺帶）等。礦床的分布與侵入體無明顯的時、空關(guān)系或經(jīng)稀土元素、微量元素及同位素研究證明與侵入體無成因關(guān)系。一些變質(zhì)熱液礦床與區(qū)域混合巖化作用有密切的時空分布關(guān)系，屬混合巖化熱液礦床。