浅谈热液矿床热液来源、运移及沉淀方式

浅谈热液矿床中成矿热液来源、运移及积淀

摘要 热液矿床可在不同的地质背景条件下，通过不同组成、不同

来源的热液活动形成。本文简单阐述分析了热液矿床中的成矿热液的五种来源以及含矿热液的运移和沉淀方式。

关键词 热液矿床；热液来源；热液运移；络合物；含矿物质沉淀

通过含矿热液作用而形成的后生矿床称热液矿床或气水热液矿床。热液矿床是各类矿床中最复杂、种类最多的矿床类型，可在不同的地质背景条件下，通过不同组成、不同来源的热液活动形成。流体包裹体研究以及矿物组合的稳定性热力学计算表明，成矿热液一般具有较大的温度(50一500℃)和盐度(所溶解的所有固体组分的百分含量，<5％一>40％)区间，压力一般为4x106一25x108Pa。

热液矿床类型多、特征复杂，主要具有以下特点：①成矿物质的迁移富集与热流体的活动密切相关；②成矿方式主要是通过充填或交代作用；②成矿过程中伴有不同类型、不同程度的围岩蚀变，且常具有分带性；④构造对成矿作用的控制明显，既是含矿流体运移的通道，也是矿质富集沉淀的土要场所；⑤成矿介质(热液)、矿质以及热源直接控制着热液矿床的形成，三者来源往往复杂多样，既可来白向一地质体或地质作用，也可具有不同的来源；⑥热液矿化往往呈现不同级别、不同类型的原生分带(以矿物或元素的变化表现出来)；⑦形成的矿床种类多，除铬、金刚石、少数钠族元素(如娥、铱)矿床外。多数金属、非金属矿床的形成都与热液活动有关，如铜、铅、锌、汞、

锑、钨、钼、钴、铍、铌、钽、镉、铼、铁、金、银、萤石、重晶石、天青石、明矾石、温石棉矿床等。因此，热液矿床具有重要的经济价值。

一、 热液矿床成矿热液来源

含矿热液的来源是矿床学的重要基础理论问题之—。虽然争论一直存在，但根据多种数据和资料的综合分析研究，大多数研究者已经接受含矿热液主要有下列几种类型： 1. 岩浆成因热液

指在岩浆结品过程中从岩浆中释放出来的热水溶液，最初是岩浆体系的组成部分。由于岩浆热液中常含有H2S、HCl、HF、SO2、CO、CO2、H2、N2等挥发组分，故具有很强的形成金属络合物并使其迁移活动的能力。 2. 变质成因热液

指岩石在进化变质作用过程中所释放山来的热水溶液。岩石遭受进化变质作用时，总伴随着矿物的脱水反应，而且脱水同变质的强度成正比，如沉积岩的平均含水量为5．54％(少数沉积岩含水可高达15％以上)，经过变质作用，这些水可被逐渐排出。如果沉积岩在变质过程中释放出4％的水，则lKm3的沉积岩可释放出约1亿吨水。低级变质岩(如绿片岩)遭受到高温高压作用转变为高级变质岩(如角闪岩相和麻粒岩相变质岩)的过程中，也可排出水。对某些热液矿床(如部分变质岩中的金矿床)矿物中流体包裹体和同位素成分的研究，也证明有的热液矿床主要是在变质水参

与下形成的。变质成因热液也具有很强的溶解迁移金属络合物的能力。 3. 建造水

指沉积物沉积时含在沉积物中的水，因此又称封存水。这种水最初来自地表，与沉积物一起沉积，并与矿物颗粒密切接触，长期埋藏于地下，并与其周围的矿物发生反应，使其丧失了原有地表水的性质，形成了自己独有的特征，并在氢氧同位素组成方面也与地表水不同。建造水广泛见于油田勘探过程中。很多数据资料表明，有的低温铅锌矿床主要与建造水构成的热液活动有关。 4. 大气水热液

包括雨水、湖水、海水、河水、冰川水和浅部地下水。加热的大气水广泛参与热液成矿作用．是20世纪60年代以来在热液矿床研究中取得的一项重要成果。在现代活火山活动区(如新西兰)，以天水为主的热泉中正在形成Au、Ag、Sb、Hg、w矿床；红海的阿特兰提斯海底部，温度和盐度都很高的海水形成了巨大的金属泥质沉积物；美国南加利福尼亚索尔顿(Solton Sea)热水，含盐度可高达36％，含银达2x10-6 ，铜达25x10-6、铅达100 x10-6，锌达700 x 10-6 ，其成分也以天水为主；东太平洋北纬21o所进行的海底调查中发现海底热水活动正在形成块状硫化物矿床；冲绳海槽和西南太平洋发现类似的海底成矿作用。目前已经发现几百个正在活动的海底喷流热卤水池。大量的岩浆岩及其相关流体的氢、氧同位素研究表明，在岩浆流体成矿系统中早期成矿以岩浆

流体为主，但中晚期通常有不同比例的大气水的混入，即使是发育于斑岩体内外接触带的斑岩型铜矿也都显示成矿后期有大气水的加入，甚至在一些热液矿床中成矿流体以大气水为主。 5. 幔源初生水热液

指幔源挥发分流体，其最初来源可以是核幔脱气，也可以是大洋岩石圈俯冲到上地慢中脱气，是在地幔中形成的一种高密度的超临界流体，多数研究者认为属C—H—O体系，挥发分以H2O和CO 2为主，含少量的F、Cl、S、P及惰性气体等组分，其中溶解了大量的微量及常量元素，为还原性流体；弱还原条件下以H2O—CO2为主，在强还原条件下则以CH4—H2O—H2为主。幔源流体在向地壳运移的过程中，可以参与热液成矿作用，主要表现在：①幔源C—H—O流体溶解深部成矿元素并带入地壳成矿；②幔源C—H—O流体改造地壳物质，使其中的成矿元素发生活化转移成矿；③幔源C—H—O流体含有较多的碱质和硅质，它可以直接为某些热液矿床提供这类物质；④幔源C—H—O流体可以在地壳中产生异常高的地热梯度，加速地壳浅层水的深循环，或与浅层水混合形成对流的循环系统而成矿。

值得注意的是：在不同类型热液矿床中或同一类型热液矿床形成的过程中，成矿热液的来源可以发生明显变化，因此热液矿床的成矿热液是多来源的。但是，一定类型的热液矿床，其成矿热液以何种来源为主，常有一定的规律。

二、 含矿热液的运移

1.含矿热液运移的动力

热液流动的原因受多种因素的控制，主要有以下几种情况： （1） 重力驱动

在一定的深度范围内，当岩石的渗透率较高时，热液(特别是温度低的地表水和温度较低、深度较浅的地下水)可以在重力驱动下向深部渗流；也可以受地表地形的控制，从重力位能高处向重力位能低处流动。盆地流体的活动主要受重力驱动，而一些形成深度浅的低温热液矿床(如美国科罗拉多州的克里德Pb—Zn—Au—Ag脉状矿床)以及一些

层控矿床在热液叠加改造阶段也会出现这类流动。 （2） 压力梯度驱动

在地下较深处，在温度梯度小而较封闭的裂隙系统中，压力差较大，可引起热液自深处向上运动，这是由于深处封闭系统承受的压力相当于静岩压力(约为260atm/km)，深处所承受的压力大于浅部。沉积盆地中压实作用引起的流体运移也属于这种情况。 （3） 热力驱动

在有岩浆侵入体或其他异常热源存在的条件下，出现异常的温度梯度并有较高的孔隙度时，将形成对流的热液系统。 2．含矿热液运移的通道

含矿热液运移的通道按成因可分为原生孔隙和次生裂隙两类： （1） 原生孔隙

是指岩石生成时就具有的孔洞和裂隙，如造岩矿物的粒间间隙、火

山岩中的气孔、沉积岩的层面空隙等。岩石的孔隙度是全部孔隙的体积与岩石体积之比，用百分比表示。孔隙度的变化范围很大，常见岩石的平均孔隙度(体积％)为：花岗岩0.5％，片麻岩1％，石英岩1％，石灰片5％，砂岩15％，砂20％。

对于热水溶液在岩石中的流动来说，有意义的不是孔隙度而是有效孔隙度。有效孔隙度是液体能在其中流动的相连通的孔隙体积与岩石体积之比。这里孔隙的绝对大小很重要。可以把孔隙分成3类：①超毛细管孔隙，直径大于0.5mm，液体能在其中按流体静力学的规律流动；②毛细管孔隙，直径为0.0002到0.5mm，液体在其中的运移决定于表面引力和外力(气体的压力、静压力、构造压力等)；⑦亚毛细管孔隙，直径小于0.0002mm，在一般条件下，液体不能在其中运移。 热液流经的岩石的有效孔隙度会发生变化。在成矿前，常常由于溶解和蚀变而增大，如花岗岩钠长石化后．有效孔隙度由0.5％增加到6％；石灰岩矽卡岩化后，由0.4％一0.9％增加到2.5％一5％。在成矿阶段，因矿石矿物和脉石矿物充填，有效孔隙度又重新减小。 （2） 次生裂隙

指成岩过程中或成岩以后产生的各种裂隙，包括非构造裂隙和构造裂隙两类。非构造裂隙如沉积物的挤压收缩和侵入岩的冷却收缩所产牛的裂隙、溶解裂隙、矿物结晶或重结晶而形成的裂隙、坍塌角砾裂隙等；构造裂隙主要指地壳运动产生的褶皱虚脱、断裂及与之有关的一系列裂隙。此外，需要强调指出的是，热液的构造通道除最常见的断裂构造外，还有超高压流体对围岩进行水压破裂产生的增殖裂

隙，这是以往研究中往往被忽视的控制热液矿床形成的一种重要构造形式。

3.成矿物质的运移形式

关于热液矿床成矿物质的搬运形式，目前已经形成了较为统一的认识： (1)

成矿物质呈硫化物真溶液运移：由于气水热液矿床中硫化物居多，所以人们就认为金属是呈硫化物形式溶解于热液中呈真溶液运移的。但是，实验证明金属硫化物在水中的溶解度是极小的，如含铜硫化物在温度为25—400℃间的水溶液中溶解度仅为10 x10-6—2.3 x10-24mol/L，显然难以实现硫化物的大量运移和聚集，铜矿床也不可能由硫化铜溶液形成。因此，硫化物呈真溶液运移的观点现在已经被放弃。 (2)

成矿物质呈胶体溶液运移：实验证明，金属硫化物在胶体溶液中的含量比在真溶液中的溶解度大得多，而且胶体可以在各种物理化学条件下形成。人们还发现，热液矿床的矿石中可以经常见到各种胶状构造，认为这是金属组分呈胶体溶液运移的直接标志，所以主张成矿物质是呈胶体溶液运移的、胶体溶液运移成矿组分的论点也没有被人们普遍接受。因为热液矿床中出现胶状构造的现象毕竟不多，它主要出现在一些浅成矿床中。胶状构造的出现可能是成矿时温度下降过速的缘故，但成矿之前成矿物质未必能呈胶体状态。胶体的粘度较大，不易于长距离搬运，无法解释由大量渗透、交代作用形成的热液矿床，通

过矿物气液包裹体成分的研究，还发现热液中含多量的电解质，这进一步说明了呈胶体状态运移成矿组分的可能性是极小的。该观点同样已经很少有人提及。 (3)

成矿物质呈卤化物气态溶液运移：这个观点认为，溶液中搬运的成矿物质不是现在矿石中所见到的矿物，矿石中的金属矿物在其形成以前是呈卤化物形式在溶液中被搬运的，其依据是：①矿物中气液包裹体(代走着含矿气水热液的母液)的含盐度很高，甚至有NaCl晶体出现；②火山喷出物中有砷、铁、锌、锡、铅和铜等的可溶性氯化物利氟化物出现；③有的热液矿床中可见到含氯或氟的矿物，如氯化铅(PbCl2)、氯铜矿(CuCl2·3Cu(OH)2)、萤石、黄玉等。实验表明，金属卤化物在水中的溶解度是较大的。

多数研究者认为，成矿物质呈卤化物气态溶液运移的情况是

存在的。不过主要出现于温度较高的热液矿床中，如云英岩型钨、锡矿床可能就是以这样的形式运移和成矿的。据实验得知，金属卤化物和硫化氢极易反应形成硫化物沉淀，所以当溶液中存在数量较多的H2S时，卤化物溶液就变得很不稳定。众所周知，H2S在热水溶液中的溶解度是随温度的降低而增高的，所以在温度较低的情况下．成矿组分是难以成卤化物搬运的。 (4)

成矿物质呈易溶络合物运移：大量实验和理论研究证实，在热液矿床形成的过程中，金属成矿元素主要呈络合物形式搬运，这也是目前人们普遍接受的观点。在自然界中很多元素都可以

构成络合物的组成部分．如某些离子电位高的金属阳离了(Fe3+，Fe2+、Be2+、Nb5+、Ta5+、W6+、Sn4+、Mo4+、Mo6+等)构成中心阳离子(或称络合物形成体)；一些阴离子或离子团(如F-， Cl-，HS-，HCO-，OH-，O2-，S2-，SO42-，CO32-等)构成配位体，而碱金属阳离子则构成外配位体，不同的络合物可在各种地质—物理化学条件下出现。络合物比简单化合物的溶解度大许多倍，可以搬运大量成矿物质。进入络阴离子中的金属元素，可以具有与简单阳离子完全不同的化学特性，易于解释热液矿床中观察到的各种现象。

三、 成矿物质的沉淀

在热液矿床形成的过程中，热液体系物理化学性质的变化，造成络合物稳定性的破坏，使金属元素及其化合物沉淀、析出，其中温度的降低和PH值的变化常常对络台物的稳定性影响最大。此外，其他机制也会影响络合物的稳定性

1.温度：有些络合物只在较高温度下稳定，而在低温下分解，如[PbCl4]2-，当温度从200℃降低到100℃时，其稳定性变化不大．而从100℃降至90℃时，可导致5xl0-6的Pb沉淀 析出。

2.PH值：金属氯络合物的稳定性严格受pH值的控制。当体系的H 2S浓度(活度)和CI-的浓度一定时，PH值变化1个单位，金属氯络合物的浓度可变化两个数量级。PH值越小，越易使氯络合物稳定，例如：若H2S浓度不变，NaCl＝3g／L，t＝100℃，当PH＝5时，PbS的溶

解度为1.47x10-6；当pH＝3时，则可升至147x10-6。相反，硫络合物(如Na3AsS3)在碱性溶液中稳定，若PH值减小，则可发生沉淀。还有的络合物只在—定的pH条件下稳定，如[UO2(CO3)3]4-(三碳酸铀酰)，只在PH为7．2时稳定，而PH值增加或减少都将引起沉淀。 3.压力变化：通常，当热液体系的压力降低时，H2S、CO2等挥发分在热液中的溶解度减小，从而降低体系中S2-、[CO3]2-的浓度，促使含有S2-、CO32-等的络合物稳定性降低，使金属阳离子析出。 4.氧化还原作用：如以U6+为中心阳离子的络合物与围岩中的Fe2+作用．被还原为U4+时，络合物分解，产生晶质铀矿：

[UO2[CO3]2（H2O）2]2-+2FeCO3+2OH-→UO2+ Fe2O3+ 4HCO3-+H2S 5.与围岩反应: 如W6+为中心阳离子的络合物与围岩反应，生成钙钨矿：

R2WO4十CaCO3→CaWO4十R2CO3 因此，白钨矿经常生成于碳酸盐围岩中。

6.不同来源热液的混合：由于不同来源的热液，其物理化学性质常有明显差别，当它们混合以后，会引起体系物理化学性质的明显变化，从而破坏了络合物的稳定性．如含H2S较高的热液与不含H2S的热液混合时，可以降低S2-或HS-的浓度(或活度)，引起含硫络合物的分解，如下式生成辉锑矿的反应。 2Na3 SbS3十3H2O=Sb2S3十6NaSH 7.水解：—些高价阳离子络合物在较高温度下，常发生水解反应，生成氧化物或氢氧化物的沉淀：

2Na3FeCl6十3H2O—Fe2O3十6NaCl十6HCl

8.沸腾：在某些浅成、超浅成甚至部分中深成热液矿床形成的过程中，沸腾现象可能起非常重要的作用。在沸腾过程中，气相组分大量析出，H2S、CO2、HCl、HF等的减少，将促使残留的液相PH升高，气相的酸度增加，引起溶液盐度变化，C1—、F—、S—、HS—等的活度减小，温度和压力也可发生较大变化，这些都可能导致热液矿物沉淀、析出。

此外，成矿期间的构造活动，促使裂隙打开、复活，甚至诱发激烈的气液爆发现象引起体系物理化学性质的改变．因而对热液矿物的沉淀析出产生较大影响。

结语：本文主要对热液矿床中成矿热液来源、热液的运移及其积淀方式三个方面进行了探讨，由于热液矿床是各类矿床中最复杂、种类最多的矿床类型，可在不同的地质背景条件下，通过不同组成、不同来源的热液活动形成，所以无论是热液的来源还是热液的运移和沉淀方式都不是单一的。其中，含矿热液主要有5种来源，分别是岩浆成因热液、建造水、变质成因热液、大气水热液和幔源初生水热液。成矿物质在运移动力（重力驱动、压力梯度驱动、热力驱动等）的作用下沿着原生孔隙和次生裂隙的运移的通道，主要是呈易溶络合物的形式进行运移，有时也呈卤化物气态溶液等其他的形式运移。在热液矿床形成的过程中，一旦当热液体系物理化学性质的变化，造成络合物稳定性的破坏，使金属元素及其化合物沉淀、析出，其中温度的降低和PH值的变化常常对络台物的稳定性影响最大。此外，其他机制还包括压力变化、氧化还原作用、水解、与围岩的反应、不同来源热液的混合、沸腾作用等，也会影响络合物的稳定。

参考文献：《论热液成矿条件》 曾庆丰 著 1986； 《矿床学教程》 姚凤良 孙丰月 著 2006； 张文淮；张志坚；伍刚. 成矿流体及成矿机制 地学前缘 1996.

学前缘

陈衍景 初论浅成作用和热液矿床成因分类 2010. 地

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