深部矿床成矿作用和金属分带性.docx

深部矿床成矿作用和金属分带性
张荣华，胡书敏，张雪彤，王勇
中国地质科学院矿产资源研究所，地球化学动力学实验室，北京市百万庄26号，100037

摘要：
大多数热液金属氧化物矿石形成于中地壳。地壳深部水岩相互作用及其成矿流体性质决定了矿石的性质。大区域地球化学和成矿规律研究发现：矿床成因类型和金属矿石具有大区域分带性和不同尺度的分带性及分布规律的自相似性。水岩相互作用的流动反应实验发现：有时物质迁移出现周期振荡和空间的周期性分布。巨大规模的区域金属分带说明了它是由深部的地幔流体物质的活动引起的。现代的地面发现的巨大地球化学块体和跨越若干地质单元的金属异常，也说明了现代的地幔流体物质的活动。从地面的金属异常性质和金属分带性分布规律可以判断深部埋藏的金属矿石分布。多次岩浆活动带来大规模流体活动和多次水岩相互作用，随后的多次成矿作用，会出现水热蚀变和金属矿化的叠加。需要认识多次分带性的叠加过程。

关键词：中地壳，金属分带性，周期性分布，自相似性。

一、序
各种不同类型矿床的形成深度和温度压力条件是可以根据矿物的填充流体包体性质来确定的。同时，实验研究也可以帮我们判断矿石形成深度。现在，提出深部矿床成矿理论和找矿问题，其原因之一是为了找寻深埋的金属矿石的问题。深部成矿作用主要有三个问题：金属深部来源，金属在深部的迁移和堆积过程。
一个成矿的热液系统，在流动过程中不断与围岩反应，一面沉淀金属矿物，一面改变流体的性质，可以形成空间的金属分带性（Barnes，1979；）。判断更深的地段有没有矿石始终是一个大问题。长时间以来的国内外的许多科学家关于金属成矿省，成矿时代和金属空间分带性的研究的经验值得我们借鉴。
目前，我国有大范围地质和地球化学填图，提供了深部矿床作用的研究背景。水岩相互作用的实验和流体动力学研究的新结果，也提供了我们洞察深部矿床成因的新窗口。本文从化学动力学角度叙述深部成矿和找矿的理论和实际问题，提成一些概括性意见。

二、重要热液矿石形成于中地壳
热液矿床的矿物流体包体研究提供了丰富的成矿流体性质数据，如温度、压力、盐度和溶解的多种化学组分，如图1。这些数据可以用于推测矿床形成的深度与矿石共生的热液性质。如我国斑岩铜矿（玉龙），长江中下游火山岩区铁铜矿，长江中下游矽卡岩铜矿和南岭的钨锡钼铋和稀土稀有金属矿床，基本是在350-450ºC和中等盐度的流体里沉淀的。根据与矿石共存的流体--NaCl浓度－温度关系图，可以看出：实际观测大多数热液矿床，都是在跨越NaCl溶液临界线，在水的临界点附近时才形成矿石的沉淀。于是，可以引出一个结论，大部分热液矿床形成于中地壳的温度压力下。各种不同类型硫化物矿石形成于上中地壳至地表的热泉的各种不同环境。深部地壳和上地幔可能发生与中-基性岩浆岩石有关的矿石。
矿物在水中溶解反应动力学实验模拟了上中地壳的水/岩相互作用。深部岩石圈上升的热液，在通过中-深地壳时会迁到一个机会-跨越水的临界态。这时，水性质的变化会强烈影响矿物溶解作用，会出现矿物与水反应速率的涨落（Zhangetal.2000；张荣华胡书敏2002）

图1含矿溶液的温度－盐度图解（Zhangetal,2000;张荣华胡书敏，2001）
1.罗德西亚铜矿带，2.与U±Ni±Co有关的不整合界面类型；3.阿森耐型脉状Ni、Co、Ag多金属矿床；4.密西西比铅锌矿；5.日本黑矿矿床；6.塞普路斯型矿床；7.我国斑岩铜矿（玉龙）；8.长江中下游火山岩区铁铜矿（罗河铁矿）；9.长江中下游矽卡岩铜矿；10.滇东北细脉型铜矿；11.蚀变类型金矿；12.黔西南金矿。另外，有CoFeCuNi四条曲线（三实一虚）表示二价离子的八面配合体（与Cl-化合），四面体配合物的转变线，左侧八面体配合物，右侧四面体配合物（按Pr,D.Crerar,1987年资料，作者增加内容并改动）
硅酸盐矿物(钠长石、辉石、阳起石)在水中溶解在多数温度条件下是不一致溶解过程。钠长石(或透辉石、阳起石)的不一致溶解表现为在25～300℃范围Na和Al(或Ca、Mg、Fe、Al)比Si溶解更快，更容易进入溶液。硅的溶解速率低于其它金属元素Na、Mg、Ca、Al等。在温度上升在300～400℃范围，硅比其它元素容易进入溶液。但是，在22MPa300℃时，变为一致溶解过程。矿物的最大溶解速率(硅的释放速率)发生在22MPa300℃条件下，这时候，硅酸盐矿物骨架会崩塌。
继续升温，300～400℃的升温会导致硅酸盐矿物溶解反应速率逐步降低。同时，会更有利金属矿物沉淀。从300℃至400℃，水性质变化导致硅酸盐溶解速率的变化。根据热力学实验和理论预测：在50MPa-100MPa条件，硅酸盐矿物与水反应的最大溶解度的温度出现在300～400℃。在300～500℃范围内，继续升温促使