流体中矿质沉淀的原因和方式

2025-03-30 06:58:42

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回答1：

成矿物质在流体介质中被携带、输运一定距离后，最后在有利的构造-化学条件下沉淀堆积形成矿床。非成矿物质或与矿石一起堆积，或继续保存在流体中，成矿后的流体则完成了它的“使命”而运移他处。

成矿物质自流体中沉淀有多种原因，基本原因可归结为含矿流体内部出现不平衡状态或是流体与所处环境之间发生不平衡状态(如热液与围岩的化学反应)，这二者都可导致成矿流体相对平衡态的失稳，致使成矿物质大量堆积。以下讨论几种重要的原因和堆积成矿方式。

1.物理化学条件改变

含矿流体p-V-t-x(压力、体积、温度、组分等)以及pH值、E_h值、f_S2等任何一种参数的改变，都可能导致某些组分从溶液中沉淀下来。这部分内容在前面有关章节中已作了论述，现仅就溶液密度改变所造成的影响作简要分析。在流体密度一定的条件下，它们从高温、高压地区向低温、低压地段迁移，若流体由于外来组分的参与而使密度(也即溶液的浓度)发生变化时，流体的流向就会发生改变。例如高温、高压的流体(密度较小)中，加入了下渗的大气水(密度大)，则原本向上运移的流体，此时将由于密度的加大而可能改变流向，由密度大向密度较小的地段运动，从而改变了成矿的部位或成矿的时间。

2.流体的不混熔和相分离(气-液分离、液-液分异……)

一种含矿流体由于内部、外部因素的影响，平衡状态被破坏，可由原来均匀的流体分开为两种或两种以上不均匀的流体，即发生了流体不混熔。例如:

(1)岩浆熔离作用

混熔有金属硫化物或金属氧化物的镁铁质-超镁铁质岩浆在降温过程中，可分异出硫化物(Cu-Ni)矿浆和氧化物(Fe，V，Ti，P)矿浆。这些密度较大的富金属熔浆或沉到岩浆房底部凝固成矿层，或贯入到周围裂隙中形成脉状矿体。

成矿系统论

例如在浅成热液金矿形成过程中的“沸腾”现象，就是由这种含矿溶液在运移路径上因压力突然减低或其他原因而发生的。由于沸腾作用，主体溶液中浓度加大，致使部分组分因过饱和而沉淀析出，参与成矿作用。

(3)H₂O+CO₂体系的不混溶，可能是太古宙绿岩带金矿形成的一个重要原因

3.流体的浓缩

地表蒸发作用可使盐湖水中溶质的浓度增大，从而促成一部分过饱和物质沉淀堆积。在研究内生成矿作用时，也曾提出过流体浓缩造成矿石堆积的观点。赵永鑫(1993)在研究宁芜盆地铁矿床地质时，对于富铁矿石成因，提出了在开放构造环境下含铁流体浓缩成矿的观点，这是与岩浆分熔形成富铁矿浆观点不同的新认识。他的解释是，在宁芜地区晚中生代(J—K)，近地表的开放构造环境是与火山作用背景相联系的。在这种环境中，发育有张性构造角砾岩带、次火山爆发角砾岩筒、断裂叠加的次火山岩体原生裂隙带。由于控矿构造沟通了深部与地表的联系，引起了上升含铁流体的快速运动。含矿介质的大量蒸发析出使得流体中矿质因浓缩而富集，直到形成富铁熔浆式流体，它们冷凝后形成较大规模的富铁矿体。

林文蔚等(1998)在研究山东焦家金矿成因时，提出成矿流体大规模浓缩是成矿的重要原因，造成流体浓缩的因素有:

(1)水-岩反应

这造成自由水的逸失和加入到蚀变岩中去，因而体系中水量减少。焦家矿区矿体旁侧广泛发育黄铁绢英岩化。经计算，在由黑云母(含水0.81g/100cm³)蚀变为绢英岩(8.29g/100cm³)的过程中，需要的水量为7.48g/100cm³。这就要求运水断裂带的多次开启，伴有成矿溶液的多次浓缩和新的流体的补给，从而促成了溶液物理化学状态的改变和矿质的沉淀。

(2)C，S等的加入

金矿床中常常富含有机碳、黄铁矿等，它们在一定温度、压力下与水反应，发生水解，形成CO₂，CO，SO₂等。这就促使流体中水的减少和气态组分的增加，因而使溶于水中的金属物质趋于饱和而沉淀成矿。

4.流体的沸腾

含矿流体自深部运移到地壳浅表，压力骤减，导致流体沸腾，CO₂，SO₂，H₂S和水气(H₂O)大量逸出，促使流体的盐度增大，金属配合物饱和度增加，体系内压减少，导致新的流体的补给。这又促成混合-冷却机制的发生，以及金属配合物的解体与沉淀。

根据S.E.Drummond(1985)的实验研究，认为沸腾比其他沉淀机制能产生更大的矿石/SiO₂值，是非常强有力的沉淀机制。沸腾对热液体系最重要的化学影响是CO₂和H₂S的出溶，前者引起体系pH值的剧烈变化;后者引起硫化物不稳，并改变氧化-还原状态。地质过程中的突然减压，常能引起成矿流体沸腾并导致矿质大规模沉淀，这类情况多发生于环流成矿系统顶部，以及斑岩等许多系统中。

温度梯度的变化也是重要的沉淀触发机制，一般流体都是因降温导致溶解度减小而发生沉淀。与此不同的是，王声远(1992)将大气水的由地表下降升温沉淀成矿过程概括为:“浅层萃取、低温搬运、高温沉淀”。在这类系统中有机物与金属的配合物在低温下稳定，在高温条件下分解，恰与一般地壳内流体体系相反。

此外，还有其他一些引起矿物沉淀的机制，如交代、吸附、解吸、熔离、出溶等地球化学行为。总体来说，矿质的沉淀是系统过程的终态，在不同系统中有趋同现象，并不特别复杂。按照成矿系统过程多通道性导致系统网络性的观点，各种成矿因素的匹配和矿物的大规模沉淀都是系统自身组织的结果。

5.流体的混合

这是一种很重要也很常见的成矿机理。大量资料表明，很多热液矿床的形成与两种或两种以上成矿流体的混合，主要是下渗大气降水与上升深源流体的混合有关。不同流体的混合使体系的温度、组分浓度、E_h值、pH值等发生显著变化，成矿流体的平衡状态遭到破坏，从而引发成矿物质的沉淀。在斑岩型矿床、SEDEX型矿床等的形成过程中，流体混合起了重要的作用。

由于斑岩型矿床和SEDEX型矿床的广泛分布和巨大经济价值，勘查专家和矿床学家对它们作了长期、大量的研究工作，其成果之一是使人们对含矿流体的复杂来源、类型、组成、性状及在一定环境中的活动机制，有了较完整的认识，建立了斑岩铜矿的热水对流循环系统和SEDEX等矿床的洋底热水喷气沉积成矿系统。在这些成矿模式中，既反映了深部来源水(岩浆水、地幔排气、深循环的大气降水等)和下渗大气降水的混合作用是矿石沉淀的主要原因，也显示了在构造-矿化的不同发展阶段，流体化学组成及物理化学性质的变化对蚀变和矿化分带的影响。

以著名的澳大利亚Olympic Dam铜-铀-金矿床为例，Haynes D W等(1995)提出了解释该矿床成因的一个流体混合模式。他们认为，上升热流体从深部带来大部分的Fe，F，Ba和CO₂，而下降的地下水携带有Cu，U和Au，以及大部分S。这两种流体在中元古代时，在克拉通边缘火山口环境中活动，在巨大的浅层角砾杂岩中彼此混合，相互反应而沉淀出磁铁矿、赤铁矿、硫化物和沥青铀矿等矿物组合。该文作者认为，Olympic Dam之所以能形成超巨量的矿石堆积，是由于成矿是发生在火山活动环境的一个可能存在的盐湖之下(或在旁侧)。这样，深源上升的岩浆能提供充分热能，又有源源不断的湖水和与其连通的地下水能搬运大部分的Cu，Au，Ag和S进入成矿系统中，不同来源和性状的流体的反复多次混合，是成矿的重要条件。Haynes等强调指出，形成巨型Olympic Dam矿床并不要特殊的岩石类型，关键因素是特定条件下大量的不同类型流体的混合成矿作用。这一模式尽管还需要进一步的研究和验证，但可以启发人们去思考，在形成巨型矿床的过程中，流体的混合起了何等重要的作用。

流体的混合受所在地质构造条件的制约，容易发生流体混合的有利构造因素是:①不同方向的两组或更多的断裂交汇处;②断裂或褶皱构造的转折部位;③侵入岩体的接触带及附近地段;④断层与透水层的交汇处;⑤海洋底部的封闭-半封闭洼地。

在成矿过程中经常见到两种不同地球化学体系的相遇，如下降的升温热液系统与上升的降温热液系统，氧化性流体系统与还原性流体系统，大陆来源流体与大洋来源流体等。两个地球化学体系的相遇涉及大量物质，产生的反应往往不同于一个体系自身的缓慢演化，一旦发生就是大规模的不可逆反应。这一过程在斑岩矿床、浅成低温热液矿床、次生富集矿床、萨布哈(Sabkha)和HHP(产高热)花岗岩改造矿床的形成中经常可见。

6.有机质作用

在流体运动过程中，有机质的加入能改变溶液的pH值、E_h值，以及流体的氧化还原条件，因而导致有用组分的沉淀富集。此外，有机质的吸附也可使溶液中某些重金属发生沉淀富集，例如，湖北银洞坡金矿选矿装置中，碳质薄膜含金达20×10^－6～30×10^－6，南非砾岩型金矿中固体碳氢化物的金含量高达1000×10^－6。再有，有机质的还原作用也可促使某些金属元素的沉淀。例如，中欧地区含铜页岩形成于静海和腐泥型沉积环境，富含有机质达5%。Speczik(1989)以此来解释波兰含铜页岩型铜矿床的成因:二叠纪含铜页岩可以作为一种地球化学圈闭，当页岩中有机质与上升的富氧和金属的流体接触而进行还原反应时，富含有机质的含铜页岩，能够提供足够的还原剂，使铜的硫化物沉淀富集，同时使有机质氧化。此外，由于原油(伴生卤水)的搬运、吸附和还原作用也可促使汞、锑矿床的形成(杨蔚华等，1997)。

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