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1、矿 床 学,中南大学 地质工程专业A方向,第六章 热液矿床,6.1 概念、特点及工业意义,6.1.1 概念 热液矿床是指含矿热水溶液在一定的物理化学条件下，在各种有利的构造和岩石中，由充填和交代等成矿方式形成的有用矿物堆积体。,6.1.2 主要特点 热液矿床的主要特点如下： 1）形成矿床的含矿热液是多来源的：成矿地质环境不同，因而形成众多的矿床类型，其矿床地质特征也各不相同； 2）含矿热液的成分是复杂的：物质成分比较复杂，因而形成的矿床种类多，常可以综合利用；,3）形成温度和深度较其它内生矿床低和浅：矿床形成的温度，一般在400以下，最高在500600，最低在50左右。矿床形成的深度：深中深（
2、4.51.5km ） ，或浅到超浅（1.5km近地表），甚至在地表形成； 4）构造控制作用极为显著：各种构造空隙既是含矿热液运移的通道，又常是成矿物质沉淀的场所；,5）成矿时间一般晚于围岩：属后生矿床。由于含矿热液作用于围岩，因而常具不同程度的围岩蚀变，有的矿床围岩蚀变十分显著； 6）成矿方式：以充填作用和交代作用为主。 7）矿石物质成分复杂：金属矿物以硫化物、氧化物、砷化物及含氧盐等为主，非金属矿物有碳酸盐、硫酸盐、含水硅酸盐、石英等。,8）矿床的形成过程的多期多阶段性：热液矿床的成矿过程往往是长期而复杂的，常具明显的多期性和多阶段性。不同的成矿期和成矿阶段，形成不同的矿物共生组合。,6.1
3、.3 工业意义 热液矿床类型众多，工业价值巨大。它包括大部分有色金属矿产（W、Sn 、Mo、Bi、Cu、Pb、Zn、Hg、Sb、As等），一些对尖端科学有特殊意义的稀有和分散元素矿产（Li、Be、Ga、Ge、In、Cd等）以及放射性元素（U）矿产。此外，还有Fe、Ni、Co和许多非金属矿产：硫、石棉、重晶石、萤石、水晶、明矾石、菱镁矿、冰洲石等。这些矿产在国民经济和国防工业中都是极为重要的。,6.2 热液矿床的分类,热液矿床的形成，是一个长期复杂的过程，其影响因素甚多。多年以来，很多学者对热液矿床进行过研究，提出了各种不同的分类方案。 岩浆气液矿床 1）岩浆气液交代矿床： 与蚀变花岗岩有关的钠
4、长岩化稀有、稀土元素矿床。 与蚀变花岗岩有关的云英岩化钨、锡矿床。 与蚀变基性超基性岩有关的蛇纹石石棉滑石矿床。,2）岩浆热液充填交代矿床： 高温热液矿床：W、Sn、Mo等。 中温热液矿床：Cu、Pb、Zn等。 低温热液矿床：Hg、Sb、As等。 非岩浆热液矿床 1）碳酸盐岩层中的脉状铅、锌矿床。 2）碳酸盐建造中的金矿床。 3）砂页岩中的脉状铜矿床。 4）砂岩中的铀钒矿床。 5）碳酸盐岩、砂岩中的脉状水晶矿床。,6.3 岩浆气液矿床,岩浆气液是指由岩浆结晶分异过程中分出的气水溶液，由它所形成的矿床即为岩浆气液矿床。,6.3.1 岩浆气液矿床成矿作用简述 岩浆气液矿床一般认为是由岩浆分泌出来的
5、含矿气水溶液，在侵人体内及其附近围岩中，以交代和充填的成矿方式，将有用物质聚集起来而形成的。,热液的形成 在深部高温高压下，由于岩浆的演化，导致超临界流体的分离，当冷却至临界点以下就变成热液。当内压力超过外压力时，它们就可从岩浆房分出。由于大量挥发组份的存在，提高了金属在溶液中的溶解度。这些金属在溶液中主要呈硫化物、氧化物、氟化物、氯化物等络合物形式被搬运。,高温气液矿床的形成 在岩浆气液作用的早期，由于F、Cl阴离子大量存在，溶液pH值低，多呈酸性、弱酸性。此时，大量的W、Sn等矿物在合适的地质条件下富集形成高温热液脉状矿床。高温热液矿床的形成温度一般300C。,该类矿床所处的围岩多是一些非
6、钙质岩石，如酸性岩浆岩或硅铝质岩石。 当溶液分出后，未经长距离的搬运，即在酸性岩体的顶部或其上覆围岩中沉淀成矿。 由于处在较深的环境下，降温缓慢，其它物理化学条件的变化也不显著，酸性溶液不易被中和，因而有利于高温矿物的沉淀。 由于这种作用进行得很缓慢，因此往往能形成粗大的矿物晶体。它是本类矿床的显著特征之一。,由于酸性围岩受到高温气水溶液的交代作用，使长石水解为粗中粒的石英和白云母，产生典型的云英岩化。 3KAlSi3O8 + 2H+KAl2(AlSi3O10)(OH)2 + 钾长石 白云母 + 6SiO22K+,例如： 高温气液钨矿床以黑钨矿石英脉产出，沿裂隙充填而成，属岩浆期后气化热液矿床
7、。一般来说矿化是晚期花岗岩演化的产物，绝大多数分布在复式岩体的边部，主要充填在早期花岗岩及围岩的裂隙中。,中温热液矿床的形成 岩浆热液作用的中期，即在中温（200-300）、中深（1-3km）的条件下，则形成以硫化物、复硫盐类为主的多金属矿床，它们虽然与侵入体关系较密切，但在空间上有一定距离。,由于热液的温度降低，硫化物开始相对聚集，在向构造裂隙或减压部位运移过程中，特别是流经灰岩、泥灰岩和其它碳酸盐岩石时，溶液很快被中和，使原来酸性一弱酸性含矿溶液变为中性溶液，甚至呈弱硷性的。不能在酸性溶液中沉淀的硫化物，当含矿溶液转变为中性时便开始沉淀。,这时如矿液具有足够的温度和相当的活泼性，溶液和围岩
8、则可发生交代作用，形成交代矿床。 如含矿溶液在非钙质岩石中运移，往往沿断裂带充填成矿。,低温热液阶段 岩浆热液作用晚期（温度达100-50），某些金属则以碳酸盐形式从热液中沉淀出来，形成菱铁矿、菱锰矿、菱镁矿等矿床。此外，还可形成滑石、纤维蛇纹石石棉等非金属矿床。,6.3.2 岩浆热液矿床形成的地质条件 1矿床与岩浆岩的关系 一定的矿床类型（或矿石建造）和矿种与一定成分的岩浆岩有关，这一性质称为岩浆岩的成矿专属性。,岩浆化学成分：亲花岗岩元素Sn、Be、Li、W、Mo、Nb和Ta，它们与岩浆岩的成矿专属性表现得最清楚。 岩浆的成矿元素丰度：据统计，在不含Sn的花岗岩中，含Sn不超过35g/t，
9、而在含Sn的花岗岩中Sn可达1060g/t； 同时在单矿物角闪石中Sn可高达40150g/t，在黑云母中含Sn达50400g/t，不含Mo的岩浆岩含Mo不超过12g/t。而含Mo的岩浆岩中，Mo可达414g/t.在单矿物榍石中含Mo达50300g/t。,时代和构造背景： 与热液型矿床有关的岩体多形成于地洼阶段，如地洼型花岗岩，造成W， Sn， Bi， Mo， B， Li， Cu， Pb， Zn， Ag， Au等工业富集，伴生Cd， In， Ga， Ge， Nb， Ta， 稀土、Th， U， Be， Se， Y等。 地槽褶皱带期也有花岗岩产出，与W， Sn， Mo， Pb， Zn的矿化有关。,2
10、矿床与构造的关系 岩浆气液矿床受构造控制十分明显，主要是侵人体的原生构造、接触带构造和断裂、褶皱等构造的控制。 根据构造在热液运移和矿质沉淀中所起的作用的不同，一般将构造要素划分为导矿构造、配矿构造和容矿构造。,导矿构造：指热液自深部地段进入矿田范围的通道； 配矿构造：矿液从导矿构造出来以后，向成矿地段方向运移的构造； 容矿构造：使矿体定位，并决定其形态、产状、大小，有时决定其内部结构的构造。,3矿床与围岩的关系 高温岩浆气液矿床大都产于岩浆岩体内及其附近的硅铝质沉积岩或变质岩系中，而中低温岩浆气液矿床则多产于钙镁质岩或火山岩中。,6.3.3 岩浆气液矿床主要类型 1. 云英岩型矿床（酸性岩附
11、近的石英脉型W，Sn，Bi，Mo矿床） 本类矿床具有特殊的围岩蚀变云英岩化，它主要发生在矿脉两侧的酸性侵入体（花岗岩、石英斑岩）、浅变质岩（板岩、千枚岩）和砂岩中，或单独存在。云英岩按形态分为两种类型： 有石英脉充填的云英岩（脉侧云英岩）； 无石英脉充填的云英岩（致密云英岩）。 云英岩的含矿性，根据围岩性质、交代作用的强度和岩浆含矿程度而不同。,这类矿床的形成，在时间上稍后于岩体，在空间上位于岩体之内、外接触带。其特征有： 1）与矿床有关的花岗岩体，其特征元素有W、Sn、Be、Nb、Ta、V、Th、TR（主要为钇族）、Li、Rb、Cs等，均有较高的丰度，与矿床中的矿物极其近似。 2）赋存于沉积
12、岩或变质岩中的矿床（如漂塘、大吉山等）经钻孔揭露，深部有花岗岩体存在，有的虽未揭露出岩体，但已发现热液变质带或酸性脉岩等标志（如岿美山等）。,3）矿体形态复杂，有脉状、带状、似层状、筒状、囊状等。以充填方式成矿的矿体常受各种裂隙构造控制，呈不规则的脉状、串珠状等，常沿一个方向作雁行状排列，也见沿层面交代形成扁豆状或似层状矿体。,4）矿石中共生矿物复杂，多期、多阶段矿化明显，有较多的含挥发性组份的矿物。典型的矿物组合: 金属矿物有:磁铁矿Fe3O4、磁黄铁矿Fe1-xS、锡石SnO2、白钨矿CaWO4、黑钨矿(Mn,Fe)WO4、赤铁矿Fe2O3、辉钼矿MoS2、辉铋矿Bi2S3、铁闪锌矿(Zn
13、,Fe)S、毒砂FeAsS、自然金Au等。 非金属矿物有石英、长石、锂云母、角闪石等。,5）近矿围岩蚀变强烈，常有多种蚀变重叠。最重要的蚀变种类是云英岩化、钠长石化、钾长石化、电气石化、黄玉化等。 云英岩的主要矿物是白云母和石英，特征矿物是 电气石： (Na,Ca)(Mg,Fe,Li,Al)3Al6Si6O8BO33(OH,F)4 黄玉：Al2SiO4(F,OH)2 萤石：CaF2,石英脉型钨矿主要有两种类型：石英细脉带型和石英大脉型。 石英大脉型钨矿主要出现的是大脉，可出现在岩体中（如西华 山钨矿）或围岩中（如湘东钨矿）。,石英细脉型钨矿常出现纵向分带，俗称五层楼构造（如江西漂塘钨矿）。自上
14、而下依次为： 微脉带（线脉带），10cm1m，为主矿体； 稀疏大脉带，位于岩体内部，向下歼灭，可以有工业意义。 以上各带互相过渡，渐变，混合的现象，并有等宽的特征。,2. 与蚀变花岗岩有关的钠长岩型稀有稀土矿床 许多高温热液脉型钨矿床，过去一直只作为钨矿开采，后来在蚀变岩石和花岗岩体中发现了丰富的Nb， Ta， 稀土元素，使不少老矿山成为了我国钨矿及稀有元素矿产的重要基地。同时也是一种新的矿床类型。(也可单独存在),这类矿床主要指与花岗岩有关的Li， Be， Nb， Ta， Rb， Cs， Zr及稀土元素的各类矿床。主要围岩蚀变是钠长石化，使花岗岩变成中细粒的浅色岩石钠长岩。其成矿作用可能经过
15、岩浆结晶作用和热液交代作用两期。,3. 中温热液矿床 1)形成条件 形成温度300200，压力(15)107pa，深度20.5km左右。矿床在空间上往往与中小型、中深成侵入体有关。（但也有一部分矿床与岩浆岩无明显的成因和空间联系。）,2)构造位置 矿体主要产于大断裂带或热流值异常地区。与岩浆岩关系明显的矿床，矿体产于侵人体的内外接触带中，但多数产于侵入体外围的沉积岩、变质岩或火山岩中。 3)围岩蚀变 矿床的围岩蚀变发育，种类较多，典型的有绿泥石化、绢云母化、黄铁长英岩化、硅化、碳酸盐化以及蛇纹石化等。(中低温蚀变),4)矿石成分 矿石的矿物组成复杂。其中 金属矿物有自然金、赤铁矿、菱铁矿、黄铁
16、矿、毒砂、黄铜矿、斜方硫砷铜矿、斑铜矿、黝铜矿、方铅矿、闪锌矿、红砷镍矿、辉砷钴矿、沥青铀矿、辉钼矿和自然铋等。 非金属矿物有萤石、水晶、石英、碳酸盐类矿物、(蛇纹石石棉、滑石、菱镁矿)，重晶石以及在近地表矿床中的冰长石等。 矿物结晶粒度中等，矿石构造以角砾构造及带状构造较为常见，有时也出现胶状构造。,5)形态产状 由于成矿方式的不同，本类矿床的矿体形态是多样的。由充填作用形成的矿体，主要呈简单的脉状，比较规则，但也常成复脉带以及网状、梯状和鞍状矿脉；由交代作用形成的矿体，以似层状为最常见，其次为扁豆状、囊状、柱状等。 6)规模 矿床规模大小不一，但以大型和中型为多。大矿脉可长达数公里，厚达数米至十数米，延深达500600m，甚至千米以上。由交代形成的矿囊最大直径也可达数百米。,辽宁柴河铅锌矿,4. 低温热液矿床 1)形成条件 形成温度在20050左右，压力小于107pa，形成深度大多在几百米至地表范围
