成矿流体的来源和演化

成矿流体有多种来源，主要包括①海水;②大气水;③原生水。这些水都具有明确的同位素组成。除此，其他可能来源有:地层水、变质水和岩浆水等，这些水认为是海水、大气水、原生水其中一种或多种水的派生物或混合物(图3.11)。

图3.11 不同来源水的δD－δ18O图

(1)海水(sea water)
现代海水的δ值几乎恒定，保持在零值左右。古代海水的同位素组成稍低，但是与零值的偏差不超过1‰～2‰。很多火山成因的块状硫化物矿床(massive sulfide deposit)都是在的海底环境的较热海水中形成的。最近在洋中脊观察到的热液系统支持了这一观点，观察结果显示，流体的同位素组成相对于零值仅仅产生了极小的变化。在有关海水与大洋地壳的相互作用研究方面，取得比较理想成果是对火山口流体δ18O和δD值的研究(Shankds，1901)。
Bowers ＆ Taylor(1985)模拟了演化中的海水热液系统的同位素组成。在低温下，由于大洋地壳中的蚀变产物富集18O，因此流体的δ18O值相对于海水会降低。在250℃左右时，流体的同位素组成转变为海水初始值。在350℃时与玄武岩进一步反应，使得海水的δ18O值增至+2‰左右。由于矿物－水的分馏系数一般都小于0，因此在所有温度条件下，溶液的δD值都会稍微增加。在350℃时，溶液的δD值为+2.5‰。黑矿型(Kuroko)矿床是证明海水参与了矿床形成的最好例证(Ohmoto et al.，1983)。
(2)大气水(meteoric water)
高温大气水是很多矿床中成矿流体的主要成分，可在矿床沉积的最后阶段起关键作用，这在很多斑岩型和矽卡岩型矿床中都有报道。在北美的几个古近－新近纪矿床中观察到，同位素变化系统性地随纬度的变化而变化，因此，古大气水的组成也是随纬度的变化而变化的(Sheppard et al.，1971)。随着水－岩石相互作用的进行，成矿流体氧同位素组成由大气水的δ18O值向富18O方向变化。大气水可成为浅成低温热液金矿、脉矿床和交代矿床的主要的成矿流体。
(3)原生水(juvenile water)
原生水这一概念对早期矿床成因研究产生了极大影响。“原生水”和“岩浆水”有时候表示同一个意思，不过它们并非完全指同一种物质。原生水来源于地幔脱气，从未以地表水的形式存在过。岩浆水这一概念则并不涉及成因，是指一种使岩浆之间达到平衡的水。
很难确定人们是否真正取到过原生水样品。其中一种方式是通过分析源自地幔的含羟基矿物获得原生水的资料(Sheppard ＆ Epstein，1970)。这种方法得到的原生水的同位素组成预计为:δD=－60‰±20‰，δ18O=+6‰±1‰(Ohmoto，1986)。
(4)岩浆水(magmatic water)
尽管许多矿床与岩浆侵入作用密切相关，但争论最多的问题依然是，岩浆究竟为成矿流体贡献了多少水和金属元素。早期很多关于热液成因矿物的稳定同位素组成资料证实，大气水是成矿流体的主要贡献者(Taylor，1974)。近期的研究显示，岩浆流体普遍存在，但是其同位素组成特征可能已被后来的事件所掩盖，如大气水的混入(Rye，1993;Hedenquist ＆ Lowenstern，1994)。
岩浆水的δD值在脱气过程中逐渐变化，导致δD值和火成岩体中残余含水量之间形成正相关关系。因此，后来形成的含羟基矿物的同位素组成代表了脱气后的参与熔体，而非初始岩浆水的同位素组成。多数从长英质熔体中溶出水的δD值介于－60‰～－30‰之间，而相关火成岩则可能出现明显的D亏损。
通过计算所得的岩浆水的同位素组成而言，δ18O值一般介于+6‰～+10‰之间，δD值一般介于－50‰～－80‰之间。岩浆流体可在冷却过程中，通过与围岩进行同位素交换以及与围岩内产生的流体混合，其同位素组成发生改变。因此，一般很难确定测岩浆水组分是否参与了成矿作用。
(5)变质水(metamorphic water)
变质水指在变质过程中与变质岩有关的水。因此，变质水是一个描述性、不涉及成因的术语，可包括各种具有最原始来源的水。狭义地讲，变质水指在变质期间由矿物脱水形成的水。变质水的同位素组成变化非常大，取决于岩石的类型，以及流体/岩石相互作用的历史。较大范围的δ18O值(+5‰～－25‰)和δD值(－70‰～－20‰)一般都由变质水所致(Taylor，1974)。
(6)地层水(formation water)
孔隙流体D和18O含量的变化取决于初始流体的来源(海水、大气水)、温度，以及与流体关系密切的岩石的岩性。一般情况下，具有最低温度和盐度的地层水具有最低的δD和δ18O值，接近于大气水的值;具有最高盐度的卤水的同位素组成一般变化不大。目前尚不清楚，大气水是否为卤水的唯一水来源。卤水的最终同位素组成可能是大气水和沉积物反应的结果，也可能是沉积物中捕获的古海水和大气水混合的结果。

不同矿物组合矿石中石英样品的流体包裹体成分见表7.6。多数样品液相成分中，阳离子以Ca2＋含量最高，K＋、Na＋、Mg2＋含量变化较大；阴离子以Cl-、 为主，F-次之，属酸性硫酸盐-氯化钠型流体。由英安斑岩→黄铁矿-石英组合→黄铁矿-黄铜矿-石英组合→黄铁矿-铁闪锌矿-方铅矿（毒砂）组合→闪锌矿-方铅矿-菱铁矿-硫盐组合→方铅矿-碳酸盐-重晶石组合，液相成分中K＋、Na＋、Ca2＋、Mg2＋、Cl-、F-含量均有降低趋势，其中Na＋、Ca2＋、Mg2＋的降低与千枚岩蚀变过程中Ca、Mg、Na成分被淋滤进入流体的数量有明显的对应关系；液相成分中 则有升高趋势，显示流体的氧化程度增大。气相成分中，CO2、CO、H2含量呈增高趋势，CH4含量呈降低趋势，表明流体在从岩体向千枚岩方向运移过程中，反应CH4＋2H2O→CO2＋8H＋＋8e和CH4＋H2O→CO＋6H＋＋6e是向右进行的。

表7.6 银山矿区流体包裹体成分（10-6）

注：测试单位为桂林矿产地质研究院。
根据CO2-H2O-NaCl体系中H2O、H＋、Na＋、OH-、Cl-、NaCl、 、H2CO3、 和NaHCO3的反应平衡关系，及溶液中CO2、H＋、CH4和H2O的化学平衡，作者分别计算了成矿流体的pH值和Eh值，由黄铁矿-石英组合→黄铁矿-黄铜矿-石英组合→黄铁矿-铁闪锌矿-方铅矿（毒砂）组合→闪锌矿-方铅矿-菱铁矿-硫盐组合→方铅矿-碳酸盐-重晶石组合，对应的pH值为5.30→5.31→4.74→4.89→4.29，Eh值为-0.48→-0.47→-0.34→-0.36→-0.19（伏）。
据流体包裹体盐度测定，从黄铁绢英岩化英安斑岩→铜铅锌矿石→铅锌矿石，对应的流体盐度均值w（NaCl）为9.3%→6.6%→5.9%，与包裹体液相成分中阳离子含量降低的趋势相一致。

以上流体包裹体研究结果指示，沉积盆地的演化及其伴生的盆地热卤水可能在黑色岩系Ni-Mo-PGE矿的成矿过程中起到重要的作用。新元古代到早寒武世，位于华南克拉通南缘的加里东冒地槽接受了巨厚的细粒碎屑岩和碳酸盐岩等沉积物，其中＞300℃的中高盐度CaCl₂-NaCl-H₂O体系的还原性盆地热卤水在不断增厚的上覆沉积物挤压下，顺地层侧向迁移，并吸取地层中的Ni、Mo、V和PGE等成矿元素，由此形成的成矿热卤水沿断裂上升，与相对低盐度的NaCl-H₂O体系正常海水混合。流体混合作用导致成矿流体物理化学条件的改变，两种不同性质流体的混合有利于Ni、Mo、V和PGE等成矿元素沉淀，最后在早寒武世（541.3±16Ma）形成黑色岩系铂多金属（毛景文等，2001）。在该矿层下伏磷块岩中常见的近乎垂直切割地层的碳酸盐石英网脉可能代表了盆地热卤水上升的通道。在铂多金属矿形成之后，由于后期构造作用的影响，在矿层之上局部形成了后期碳酸盐石英脉。