熱液礦床

(1）成礦溶液的來(lái)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(shí)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(lái)源是礦床學(xué)界長(zhǎng)期爭(zhēng)論的問(wèn)題之一，目前認(rèn)識(shí)一般有四種：

a.巖漿熱液：巖漿在侵入和噴發(fā)過(guò)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(lái),，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(yùn)移,，當(dāng)物理化學(xué)條件發(fā)生變化時(shí),，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(yùn)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(kuò)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(dá)地殼深部受熱形成環(huán)流,。環(huán)流過(guò)程中也可萃取流經(jīng)圍巖中大量的成礦物質(zhì)，然后通過(guò)斷裂,、火山口或海底擴(kuò)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(xì)水,、吸附水和同生水等，在巖石受變質(zhì)過(guò)程中都可逐漸被釋放出來(lái)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(guò)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(guò)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(dòng)時(shí),，一般與圍巖沒(méi)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(duì)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(dòng)時(shí),，溶液與圍巖中某些礦物起化學(xué)反應(yīng),，并同時(shí)發(fā)生極細(xì)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(jìn)行過(guò)程中原礦物被溶解和新礦物的沉淀幾乎是同時(shí)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(diǎn)：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(guò)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(lái)的巖石構(gòu)造方向,，說(shuō)明殘余圍巖未發(fā)生移動(dòng),。礦體中常保持有原來(lái)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(zhǎng)時(shí)期,，在形成過(guò)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(shí)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(gè)較長(zhǎng)的成礦作用過(guò)程,，它是根據(jù)成礦體系物理化學(xué)條件的顯著變化來(lái)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(gè)較短的成礦作用過(guò)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(guò)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(dòng)有關(guān)，每個(gè)礦化階段代表一次熱液活動(dòng),。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(jià)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(gè)長(zhǎng)期復(fù)雜的過(guò)程,，其影響因素甚多,。長(zhǎng)期以來(lái)，很多學(xué)者對(duì)熱液礦床分類進(jìn)行過(guò)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?zé)嵋旱V床,、中溫?zé)嵋旱V床和低溫?zé)嵋旱V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(lái)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(lái)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(shí)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(zhǎng)巖,、石英閃長(zhǎng)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?zé)嵋旱V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(shí)的溫度和壓力是較高的，這時(shí)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(shí)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(lái),，成為高溫型熱液礦床中的礦石礦物,。

b.侵入巖漿中溫?zé)嵋旱V床:形成溫度為300-200℃，高的可達(dá)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(shí)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(dòng)性強(qiáng),，所以這類礦床的圍巖蝕變時(shí)常較為強(qiáng)烈,，而且類型繁多，分布廣泛,。在實(shí)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(guó),，目前最具有工業(yè)意義的高溫?zé)嵋旱V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?zé)嵋旱V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(yuǎn)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(shí)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(zhǎng)期有爭(zhēng)論的礦床,。過(guò)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(guò)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(zhēng)議,。這類礦床的主要特征：礦床的形成與巖漿活動(dòng)關(guān)系不密切，在礦區(qū)內(nèi)和周圍相當(dāng)遠(yuǎn)的范圍未見與成礦有關(guān)的巖漿活動(dòng),；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(diǎn),；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(jiǎn)單,，金屬硫化物多呈細(xì)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(chǔ)量的二分之一,；層狀鈾礦占世界鈾礦總儲(chǔ)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(dòng)非常強(qiáng)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(jì)價(jià)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(dòng)晚期或間歇期,，常伴隨有大量次火山巖的侵入活動(dòng)。來(lái)自次火山巖的氣水溶液,，通過(guò)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(diǎn)是：

ⅰ.次火山熱液礦床的母巖是次火山巖,，主要是花崗閃長(zhǎng)斑巖、石英閃長(zhǎng)斑巖,、閃長(zhǎng)玢巖等,。有時(shí)這些母巖同時(shí)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(qiáng)烈析出時(shí)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(dú)特產(chǎn)狀礦體。

ⅳ.由于成礦溫度下降快及熱液脈動(dòng)活動(dòng),，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(guò)程和著名實(shí)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(guó)的一些銅礦床。

從成礦時(shí)代看,，自前寒武紀(jì)至新生代都可有火山塊狀硫化物礦床的形成,。我國(guó)內(nèi)蒙狼山、云南大紅山,、四川拉拉山為前寒武紀(jì)成礦,，甘肅白銀廠銅礦為古生代成礦。淺成低溫?zé)嵋盒徒鸬V是一個(gè)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(xì)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(chǔ)量占世界總儲(chǔ)量的50%左右，占我國(guó)儲(chǔ)量的25%左右,，并有日益增多之勢(shì),。斑巖銅礦的礦化與中酸性斑巖在空間上、時(shí)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(zhǎng)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?duì)?、瘤狀,，也有成巖脈、巖枝產(chǎn)出的,。

我國(guó)斑巖銅礦主要在中-新生代成礦,，我國(guó)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(zhǎng)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(xì)脈浸染狀、細(xì)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(diǎn)。礦石類型簡(jiǎn)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(shí)形成銅鉬礦床（如我國(guó)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(guó)陜西金堆城,、河南欒川等鉬礦）,。在地表氧化過(guò)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(zhǎng)閃長(zhǎng)玢巖中的鐵礦床,。我國(guó)地質(zhì)工作者,，在長(zhǎng)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(gè)地區(qū)的鐵礦儲(chǔ)量翻了幾十番,，使這個(gè)地區(qū)成為我國(guó)重要鋼鐵基地之一,，而且，還結(jié)合了國(guó)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(dòng)地區(qū)一系列鐵礦床的成礦作用。這個(gè)模式對(duì)在我國(guó),，特別是在南方數(shù)以百計(jì)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(diǎn):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(yuǎn)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(diǎn):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(shí)間上和空間上都與火山活動(dòng)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(jí)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(jìn)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(dòng)有關(guān)，它們是火山熱液礦床重要的找礦標(biāo)志,。

5)變質(zhì)熱液礦床:變質(zhì)熱液礦床是指變質(zhì)作用過(guò)程中釋放出來(lái)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(shí)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(wú)明顯的時(shí),、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(wú)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(shí)空分布關(guān)系,，屬混合巖化熱液礦床。