成矿流体的性质

不同类型的流体特征及其成矿机制，而在具体的成矿过程中，构造对成矿起着至关重要的作用。成矿物质由分散到富集并形成矿床的过程受多种地质因素控制，其 中，构造和流体起了重要的作用。从构造与流体的相互关系看， 在成矿过程中，构造是控制一定区域中各地质体间耦合关系的主导因素，是驱动流体运移的主要动力。各种构造形迹如断层、裂隙、角砾岩带等为地球内部流体的运移提供通道，其扩容空间是含矿流体大量停积和沉淀出矿石的场地。同时，构造应力对岩石的力学、物理性质也发生影响，从而影响流体在岩石中的流动状态、速率和水－岩作用过程。 俯冲带作为流体活跃的场所一直被关注。俯冲带内流体流动受岩石渗透性、俯冲速率、俯冲带热结构及流体性质以及地球化学众多因素的影响。大陆地壳在俯冲过程中，随着变质程度的升高，部分含水矿物相继分解，会有流体释放出来。当俯冲深度为40￣50km时，俯冲陆壳岩石中大量低级变质含水矿物（如绿泥石、绿帘石、阳起石）会脱水，并从俯冲陆壳逸出，形成大规模流体流。在俯冲深度为50￣100km时，变镁铁质岩石中的角闪石分解并释放出水，由于变镁铁质岩石在陆壳中所占比例较少，因此，这一阶段释放的水不能形成大规模的流体流。但形成局部循环，并加速变镁铁质岩石及其互层或邻近围岩的变质反应。在俯冲深度＞100km的超高压变质阶段，仅有少量的含水矿物分解。这时俯冲陆壳内只可能有少量粒间水存在，导致俯冲陆壳与周围的软流圈地幔不能发生充分的相互作用。俯冲带作为矿物质堆积、交换以及地球化学分馏的重要场所，加之流体对俯冲带地球化学特征演化的重要作用，使其成为重要的成矿构造环境。 剪切带是构造－流体活动的另一种重要的表现形式。深层次的韧性剪切带中形成的原生富气相的变质流体，随着流体向上运移，在韧脆性剪切带中，即过渡带，岩浆流体改造并稀释变质流体，形成以岩浆流体为主的混合成矿流体。在脆性剪切带中，碎裂岩、角砾岩带构建出明显的减压空间域，深部成矿流体则向低压区扩散、渗透，甚至涌入，并发生与地壳浅部地下水的混合，流体与围岩的交代反应，是成矿的最活跃时期。在剪切带中，成矿主要与脆性变形有关，其中剪切带过渡带，即韧性剪切变形向脆性剪切变形转变至关重要。目前研究比较多的是剪切带中流体与金矿成矿作用的关系，形成的金矿类型为热液型含金多金属矿，蚀变岩型金矿和石英脉型金矿。 在整个的成矿作用过程中，构造和流体是相互作用的控矿因素。构造在总体上对流体的运移起着控制作用；而在特定的空间、时间条件下，流体又表现为十分活跃的地球物质，对构造作用发生物理和化学效应，其强大的能量可突破构造的束缚和局限，并产出新的构造形式。总之，构造和流体的相互作用控制着成矿物质的运移和富集状态。

　　成矿作用是指在地球的演化过程中，使分散存在的有用物质(化学元素、矿物、化合物)富集而形成矿床的各种地质作用。
　　成矿作用是复杂多样，一般按成矿地质环境、能量来源和作用性质划分为内生成矿作用、外生成矿作用和变质成矿作用，并相应地分出内生矿床、外生矿床和变质矿床等 3大成因类型矿床。
　　1、内生成矿作用：
　　主要由于地球内部能量，包括热能、动能、化学能等的作用，导致形成矿床的各种地质作用。除了到达地表的火山成矿作用并相应形成火山成因矿床外，其他各种内生成矿作用都是在地壳内部，即在较高温度和较大压力条件下进行的。
　　内生成矿作用按其含矿流体性质和物理化学条件不同可分为以下几种:岩浆成矿作用。指在岩浆的结晶和分异过程中，有用组分富集成矿的作用，这种作用形成的矿床叫岩浆矿床。含矿岩浆经过比较完全的分异作用使铁、铜、镍、铬等金属及其化合物高度集中而成的熔浆称为矿浆，矿浆沿母岩中裂隙贯入而生成贯入矿体(多为富矿)。伟晶成矿作用。指富含挥发组分的熔浆，经过结晶分异和气液交代，使有用组分聚集成矿的作用，这种作用形成伟晶岩矿床。接触交代成矿作用。在岩浆侵入体与围岩接触带上，主要由于气水溶液的交代作用而使成矿物质富集的作用，其形成的矿床叫接触交代矿床。由于这类矿床经常产在侵入岩与碳酸盐岩之间并形成典型的夕卡岩矿物组合，故也称夕卡岩矿床。热液成矿作用。在含矿热液活动过程(包括与围岩的相互作用过程)中，使有用组分集中成矿的作用，其形成的矿床称热液矿床(见气化热液矿床)。热液矿床的形成条件复杂多样，矿床数量很多。
　　内生矿床尤其是热液矿床的成矿方式主要有2种:一种是充填作用，即含矿溶液在化学性质不甚活泼的围岩中运动时，因温度、压力以及溶液内部组分状态的变化，使矿质在围岩的裂隙和孔洞中发生沉淀的作用。另一种是交代作用，即溶液与围岩发生化学反应时，两者间的物质组分进行交换，互有组分的带入和带出，并导致成矿物质富集的作用。交代作用形成的矿体常产在化学性质活泼的岩石中。
　　2、外生成矿作用
　　在地壳表层，主要在太阳能影响下，在岩石、水、空气和生物等的相互作用过程中，使成矿物质富集的各种地质作用。外生成矿基本上是在地表的温度和压力下进行的。在火山和温泉活动区，有大量地球内部热能及地震营力参加作用，因而具有较常温更高的成矿温度和较复杂的构造活动。
　　外生成矿作用主要包括2种:风化成矿作用。指地表岩石经风化作用，使有用物质基本在原地聚集成矿的作用，由这种作用形成的矿床称风化矿床，原有矿床在经受风化作用时，可使成矿组分进一步富集，因而提高了矿床的经济价值。沉积成矿作用。地表的成矿物质(岩石风化产物、火山喷出物、生物有机质等)经过沉积分异(机械的、化学的、生物的)而集中形成矿床的作用，其所形成的矿床叫沉积矿床。
　　3、变质成矿作用
　　指在接触变质和区域变质过程中所发生的成矿作用或使原有矿床发生变质改造的作用，其所形成的矿床称变质矿床。变质成矿作用发生在地壳内部，成矿的温度和压力较高。
　　按照成矿的地质环境和成矿方式，变质成矿作用可分为:接触变质成矿作用，指侵入体与围岩接触时，围岩受热变质重结晶而形成矿床的作用，所形成的矿床称为接触变质矿床;区域变质成矿作用，指在区域变质作用下，使有用矿物富集的作用，所形成的矿床称为区域变质矿床;混合岩化成矿作用，指在深变质条件下，由于富碱硅质深熔熔浆和变质热液交代而发生混合岩化的过程中，使围岩中的有用物质活化转移而在有利条件下富集成矿的作用，这种作用形成的矿床叫混合岩化矿床。
　　变质矿床的另一种划分方法是，根据变质作用前是矿床还是岩石而划分为受变质矿床和变成矿床。原有矿床又受变质作用改造，矿物成分和组构以及矿体产状等发生一系列变化称为受变质矿床。原先的岩石经变质作用而形成的矿床，称变成矿床。
　　这 3大类成矿作用之间彼此是有联系的，如有些热液矿床是在岩浆热液与地下水热液的联合作用下形成的。而火山-沉积矿床则是火山活动和沉积作用共同的产物。有些矿床则是多种成矿作用叠加的结果，如层控矿床常是内生成矿作用与外生成矿作用相结合而形成的。
　　
矿床成因分类：
　　矿床成因分类反映了人们对矿床成因的认识程度，历来是矿床地质学的重要研究课题，1911年，美国学者林格伦，W.提出以成矿的物理化学作用为基础的成因分类。德国的施奈德勋，H.强调成岩和成矿之间的紧密联系，将矿床划分为岩浆、沉积、变质3大类，奠定了矿床分类的基础。50年代以来，地球物理和同位素地球化学的研究有明显进展，因而有可能深入探讨成矿物质来源，提出以成矿物质来源为基础的成因分类(如谢家荣，1961)。当前，常用的矿床成因分类大都是依据成矿物质及其来源、成矿环境和成矿作用这 3个基本成矿因素来划分的，其中，成矿作用是划分矿床成因类型的主要依据。按此原则划分的矿床成因分类如下:
　　矿床成因分类
　　内生矿床
　　岩浆矿床
　　伟晶岩矿床
　　气化热液矿床
　　喷气矿床(含火山-喷气矿床)
　　接触交代矿床(夕卡岩矿床)
　　热液矿床
　　外生矿床
　　风化矿床
　　残馀矿床(残积矿床)
　　淋积矿床
　　沉积矿床
　　机械沉积矿床(砂矿床)
　　蒸发沉积矿床(盐类矿床)
　　胶体化学沉积矿床
　　生物-化学沉积矿床(石油、煤等)
　　变质矿床
　　受变质矿床
　　变成矿床
　　混合岩化矿床
　　上述成因分类是基本的归类，在各亚类中还可进一步划分，如岩浆矿床中可分为结晶分异矿床和熔离矿床;热液矿床中可分为高、中、低温热液矿床等。总之，矿床成因分类是不断深化的，随着勘查工作的进展，还将有新的矿床类型被发现，现有分类还需要进一步补充和完善。

（一）氢、氧同位素

绿岩带金矿床的氢氧同位素组成见表2-29和图2-14，概括起来有如下几个特点：

表2-29　绿岩带金矿床氢、氧同位素值

资料来源：沈保丰等，1994；田永清等，1994；骆辉等，1995；胡小蝶等，1991；杨振升等，1991；王时琪，1985；谢奕汉等，1991。

（1）各矿床石英的δ¹⁸O值的分布范围都很窄（＋10‰～＋13.5‰），根据包体测温所计算的流体包裹体水的δ¹⁸O值，多数集中在＋3‰～＋8‰，表明成矿流体的氧同位素值与围岩岩性和构造域无关，这意味着成矿流体与各种围岩达到了充分的氧同位素交换，据此可推断成矿时流体/岩石的比值较大，而同时流体源区的水/岩比值较小。

（2）相对于氧同位素值，各矿床的氢同位素值变化范围较大，δD多介于-30‰～-125‰，一方面可能由于次生包裹体的影响，另一方面也可能反映了成矿时存在氧化还原反应，当还原的含氢流体与氧化的含氢流体之间相互作用时就会导致氢同位素的分离作用。

（3）在δ¹⁸O～δD图上大部分点落于变质水和岩浆水区域之外，且多数集中于岩浆水区偏左下方，这说明成矿流体的来源和性质具有一定的相似性。

（4）与国外太古宙绿岩带金矿床相比，氧同位素组成范围大致相似或相近，但氢同位素多数偏小，部分样品氢氧同位素特征与浅成热液金矿床及霍姆斯塔克金矿床的成矿流体相近。

图2-14　绿岩带金矿床的氢氧同位素图解

1—南龙王庙；2—五台山BIF金矿床；3—排山楼；4—金厂峪；5—小营盘；6—夹皮沟

（5）除排山楼金矿床外，赋矿变质岩的变质水与理想条件下计算的变质水范围很不一致，如张宣地区变质水δD偏低很多；而五台山绿岩带条带状磁铁石英岩石英中的流体δD更低，另一方面硅酸盐（白云母、角闪石）的δD值又偏高，含金石英脉的包裹体水似介于两者之间。

（二）碳、氧同位素

表2-30给了几个绿岩带金矿床中碳酸盐的碳同位素组成，与国外典型的太古宙绿岩带金矿化碳酸盐的碳、氧同位素组成很接近。对这种同位素组成的示踪涵义目前有多种认识：岩浆源（Burrons和Spooner,1989,1991）；幔源（Colvine,1988;Cameron,1988）；混合源（Golding等，1983;Kerrich等，1989）；变质源（Groves等，1987）。

表2-30　绿岩带金矿床碳酸盐矿物碳、氧同位素组成

注：①田永清，1990、1994；②沈保丰等，1994；③骆辉等，1994；④杨振升等，1991。

（三）流体包裹体类型、产状和成分

绿岩带金矿床石英中主要见三类包体：CO₂包体、H₂O-CO₂包体及水溶液包体。此外在多数矿床中还见有极少量的含盐类矿物子晶包体。比较而言，浸染状矿化包裹体的体积小，多数＜5μm，而脉型金矿流体包裹体的体积较大，多数为2～15μm，最大可达50μm。CO₂包体一般呈负晶形，气液包裹体和水溶液包裹体一般呈椭圆状、纺锤状、水滴状和不规则状。包裹体群体分布见有线状、带状、平行纹状和不规则岛状，线状和带状型群体在各矿床中皆较发育，往往切割石英颗粒边界，相互穿插，表明矿体在成矿后都受到了不同程度的改造。

流体包裹体以中低盐度为主（表2-31），多小于6%NaCl。在鹿沟、小板峪、小营盘等矿床中见到少量盐类子晶包体，表明盐度可能较大，其原因一方面可能与成矿时发生的H₂O-CO₂-NaCl体系相分离有关（石英中流体包裹体成分变化大，CO₂包体和水溶液包体并存证明了这一过程的存在），另一方面也可能与绿岩带变质程度较高有关，研究表明，从高变质相向低变质相的转变可产生盐度为7%～20%NaCl的变质流体（Crawford等，1979）。包体的成分具有多变性，特别是H₂O和CO₂的变化尤为明显，如夹皮沟金矿H₂O的含量（116～3174）×10^-6,CO₂含量（4～43030）×10^-6。阴离子和阳离子的比值总的看来显示出n（Na^＋）＞n（K^＋）、n（Cl^-）＞n（

），n（Ca^2＋）＞n（Mg^2＋），表明成矿流体是多组分的复杂体系。

表2-31　绿岩带金矿床石英流体包裹体成分及物理化学特征

（四）流体来源的讨论

绿岩带金矿床成矿流体来源长期以来争论纷纭，有变质水、岩浆水、上地幔去气和下地壳麻粒岩化水、海水、大气水和混合水等各种不同的观点。这种认识上多样性的原因一方面在于成矿流体性质的复杂性，成矿流体的演化、混合以及水/岩交换可能改变、消除其本来面目，而另一方面现有的地质地球化学理论和技术无法建立起清晰截然的判别标准。从上述流体包裹体特征和同位素示踪可以推断，成矿流体的来源和任何单一来源都不相似，这似乎暗示了混合来源的可能性。不少研究者虽然对流体的来源有不同的看法，但大都注意到含矿流体在地壳浅部的混合及其变异性（Phillips等，1991,1992;Groves,1991,1993;Kerrich等，1992,1993）。事实上，绿岩带金成矿与高的地温梯度密切相关，而地温梯度的增加必然引起地壳上部流体的循环和中下地壳的变质作用、混合岩化作用甚至部分熔融作用。由此可以推论，广泛的金矿化作用应该是地壳规模流体活动的结果，而这种流体也必然不可能是单一的。尽管如此，不同类型金矿床的成矿流体性质仍有倾向性，如BIF中金矿床和火山块状硫化物金矿床的早期成矿作用可能有海水的加入，广泛发育的排山楼型浸染状金矿和夹皮沟型脉型金矿的成矿作用与变质变形作用和晚期钾质岩浆活动有密切的时空关系，因此成矿流体可能主要是变质水和岩浆水，但不排除天水或海水参与的可能性，如于清义（1994）发现夹皮沟含金石英脉流体的稀土元素组成与海水最为接近。