透岩浆流体成矿作用——理论分析与野外证据

文中介绍并发展了科尔任斯基等有关透岩浆流体成矿作用的基本概念,结合当今地质学领域的一些基本事实,以及混沌边界成矿理论和小岩体成大矿的原因分析,力图完整地阐述透岩浆流体成矿理论,并从地球动力学的视角来讨论成矿作用的基本问题。大多数矿区的岩石遭受过强烈蚀变,暗示成矿作用伴随着大规模流体活动。然而,地质观察和实验研究表明岩浆中流体的含量有限、小岩体常常与大型矿床有关、围岩中的流体由于高温岩浆的热压力而不能进入岩浆体中,表明成矿流体主要来自深部的独立流体系统。前人的实验还表明,流体中成矿元素的溶解度随压力快速增加。因此,成矿作用的前提条件是:(1)存在大量的深部流体和流体中高的金属浓度;(2)岩浆系统和成矿流体系统是两个独立的地质系统,它们具有类似的起源;(3)巨量金属堆积有赖于深部含矿流体的快速上升,岩浆体是含矿流体上升的有利通道,流体是岩浆快速上升侵位的驱动力之一。因此,岩浆系统和成矿流体系统往往具有同时活动的特点,这两个地质系统常常叠合在一起,形成我们现在观察到的火成岩及与其密切相关的成矿现象。根据这个理论,成矿作用的规模和位置取决于:(1)岩浆系统与流体系统的体积比,(2)含矿流体的上升速度,(3)金属堆积的边界条件,(4)岩浆系统与流体系统分离的程度。因此,快速上升侵位的岩浆有利于形成斑岩型矿床,较慢速侵位的岩浆可以形成夕卡岩型甚至远程低温热液型矿床,多数情况下是这三类矿床的复杂组合。冈底斯带曲水岩体中含铜暗色微粒包体的野外观察有助于理解成矿物质的来源、迁移和集聚成矿,是透岩浆流体成矿作用的一个缩影。将暗色微粒包体展现的成矿现象与藏东玉龙等斑岩铜矿相比,发现二者具有很好的类比性。可见,透岩浆流体成矿作用理论是一种非常重要的成矿理论,可以解释许多内生成矿作用之谜。     

透岩浆流体成矿理论的应用 -以云南马厂箐铜多金属矿床成矿作用为例

[摘要]马厂箐铜钼金多金属矿床是西南三江地区的重要矿床之一,对其成因迄今存在争议。本 文报道了新的观测资料,结合前人的研究结果,试图以透岩浆流体成矿理论为指导解释马厂箐矿床的成 因。透岩浆流体成矿作用是罗照华等(2009)提出的一种与国内外矿床学界内生矿床成矿理论主流见解 不同的新理念和新见解。马厂箐铜、钼、金成矿与马厂箐小岩体空间上紧密相伴,时间上相近或稍晚。 马厂箐矿区岩体和矿脉S、C、Pb、H、O、Si 和He、Ar 同位素数据表明:铜、钼矿的成矿物质主要来源于深 部地幔流体(透岩浆流体),金矿成矿物质由深部地幔流体(透岩浆流体)和围岩地层共同提供。马厂箐 的小岩体既有幔源岩石(如煌斑岩),又有壳源岩石(如花岗斑岩),而原生流体则均来自地幔,流体与岩 浆来源的不一致性暗示了透岩浆流体的性质;马厂箐矿床的时空展布特征与透岩浆流体成矿理论的预 测相一致,比传统岩浆热液成矿理论更好地解释了矿床成因;马厂箐矿床是透岩浆流体成矿作用的产 物,主要与区农小岩体群有关,斑状花岗岩体仅仅起着含矿流体的屏蔽作用。马厂箐铜、钼、金多金属矿 是在同一能量驱动机制下,岩浆热压力和地幔流体内压力可能驱动含矿流体在不同的位置上堆积不同 种类的金属,从而在含矿流体通过的路径上发生不同性质的成矿作用,并形成一系列不同类型的矿床, 其铜、钼、金多金属成矿过程可以全部归属为透岩浆流体成矿体系。     

透岩浆流体成矿体系

根据透岩浆流体成矿理论,熔浆体系与含矿流体体系可以看作是两个相互独立的地质体系,它们因相互需要而耦合在一起形成一个复杂的混合体系。当熔浆与流体发生解耦时,可以在不同的边界条件下发生不同类型的成矿作用。因此,可以将透岩浆流体成矿体系进一步划分成正岩浆成矿体系、接触带成矿体系、远程热液成矿体系和火山热液成矿体系。如果熔浆具有很强的流体圈闭能力,所有的含矿流体都将被封存在岩浆体内,并随着岩浆的固结而析出成矿物质,形成正岩浆矿床。当岩浆具有较高的渗透率且含矿流体逸出岩浆体时,如果岩浆的直接围岩具有较强的捕获成矿物质的能力,即发生接触带成矿作用。否则,含矿流体将在岩浆热驱动下远离岩浆体,形成远程热液矿床。如果有利的流体通道直达岩浆体,含矿流体甚至可以喷出地表或其附近,形成火山热液矿床或水底喷流沉积矿床。这种理论分析似乎与许多成矿事实相吻合,可以有效地指导区域成矿预测和矿床勘探。     

岩浆热液成矿理论的失败:原因和出路

流行的岩浆热液成矿理论假定含矿流体由岩浆分异作用、特别是分离结晶作用产生。由于大型、超大型矿床往往与小岩体有关,而小体积岩浆不能满足质量平衡的要求,其支持者进一步假定含矿岩体的深部存在一个大岩浆体。这种解释与矿区观察到的地质现象和理论推导结果相悖:(1)含矿斑岩中常见暗色微粒包体和大量具有较高密度的矿物,表明岩浆没有发生分离结晶作用;(2)流体的活动性远大于硅酸盐熔浆,没有证据表明岩浆分异产生的流体要在熔浆固结之后才开始活动;(3)矿区普遍见有同成矿的宽谱系岩墙群,暗示成矿期不存在大的深部岩浆房。因此,岩浆热液成矿理论遭遇的困境不仅仅是质量平衡问题,有必要重新思考岩浆相关矿床的形成机制。岩浆热液成矿理论失败的深层原因则是它将成矿作用看作是理想系统中的平衡线性过程,而成矿系统实际上是一种复杂性动力系统,成矿作用是一种非平衡、非线性过程;换句话说,在流行的岩浆热液成矿理论中,对成矿系统和成矿作用的基本属性缺乏正确的理解。在当今科学发展水平上,其失败是必然的,因而有必要构筑新的成矿理论。依据复杂性科学的基本原理,罗照华等(2007,2009)将熔浆和含矿流体看作是成矿系统中2个独立的子系统,认为它们的强相互作用及其环境约束主导了成矿系统的戏剧性变化;进而构筑了一个新的框架性模型,称为透岩浆流体成矿理论。该理论不仅可以解释比流行岩浆热液成矿理论更多的地质现象,还可以推导潜在的具体找矿标志,可能成为岩浆相关矿床成因研究的新起点。     

浅成环境中岩浆流体的演化：稳定同位素透视

根据矿床地质背景、热液蚀变组合、流体包裹体和稳定同位素地球化学，特别是根据浅成岩浆热液环境中特征矿物明矾石的稳定同位素组成，研究岩浆成矿流体的来源、动态与化成矿机理，获得了许多新认识；根据δ＾１４Ｓ和δ＾１８Ｏ可将明矾石划分出两种不同的成因类型；岩浆成矿热液在时间上从早期的气相流体向主成矿期的液相流体演化，而岩浆热液矿床在空间上主要定位于脆性－延性过渡带。     

金堆城与沙坪沟小岩体型斑岩钼矿床对比研究

金堆城和沙坪沟钼矿床为东秦岭—大别钼矿带最典型的2个大(超大)型小岩体型斑岩钼矿床。通过对其基本特征、成矿时代、物质来源等特征综述及对其成矿动力学背景、成矿机制的探讨,结果表明:二者的成矿类型、含矿斑岩体化学组成、矿体产状形态、围岩蚀变分带、成岩成矿时间等具有相似性,矿化均受小斑岩体控制,岩控特征明显。沙坪沟钼矿化的高品位、大储量与其发育的爆破角砾岩、更充分的"流体化作用"、较长时间的热液活动及矿化斑岩体的侵位空间等因素密切相关。二者具有相似的小岩体成大矿的成矿机制,即与含矿小岩体同源同成因的深源浅成的花岗岩基在深部发生分异演化,为浅部的含矿小斑岩体提供大量的热液和矿物质,在小斑岩体头部(或浅部)、以上和以外更大范围的构造岩或围岩中成矿。     

小岩体成大矿理论的科学意义和现实意义

内生金属矿床具有强烈而广泛的围岩蚀变,而围岩蚀变的典型特征是含流体(主要为H2O,下同)矿物取代无流体矿物,这种观察结果的普遍性早就为矿床学家所认识.因此,近矿围岩蚀变及流体的成分和P-T条件成为矿床学研究的重要内容.同时,矿床学家也发现矿区经常产出有某种或几种火成岩,因而大多数学者认为内生金属成矿作用主要与岩浆活动有关.结合含矿流体的研究结果(如元素地球化学和同位素地球化学),以及岩浆挥发分含量的估算值,多数学者认为含矿流体来自岩浆的分异作用.这就是流行岩浆热液成矿理论的由来.随着观察实例的增加和从不同角度考察内生金属成矿作用,流行理论的结构性缺陷逐渐显露出来(罗照华等,2011).因此,学者们提出了各种各样理论模型,试图用于取代流行的岩浆热液成矿理论,其中包括小岩体成大矿理论.     

北大别山王湾钼矿地质特征浅析

通过对北大别山王湾钼矿成矿地质背景、控矿构造、含矿岩体、围岩蚀变及矿产特征的研究,运用热液成矿理论,阐述了王湾钼矿的地质特征,总结出找矿标志。研究认为王湾钼矿床位于东秦岭—大别山钼成矿带东段,属斑岩型钼矿床,矿体受龟(山)—梅(山)断裂带及马鞍山岩体双重控制,其中地表矿(化)体集中于北西向蚀变破碎带内,深部矿(化)体呈面状沿马鞍山岩体内外接触带展布。岩体化学成分具中酸性、略微富钾等特点,围岩蚀变发育,具明显分带现象,网脉化硅化、钾化、绢云母化及黄铁矿化与成矿关系密切。     

小岩体成大矿学说的内涵和意义

内生金属成矿系统被认识到是一种复杂性动力系统,而成矿作用则是一种非平衡、非线性过程。在这种理论框架下,成矿作用首先是一种物理过程,成矿系统是一种流体驱动的地质子系统。小体积岩浆系统也是一种流体驱动的地质子系统,因而小岩体与内生金属成矿作用具有内在的联系,揭示小岩体与成矿作用的内在联系是实践复杂系统成矿理论的关键环节。笔者列举了流行岩浆热液成矿理论的一些常见矛盾,阐明了小岩体成大矿学说的重要意义。基于岩浆系统时空结构的分析,小岩体可以划分为无根小岩体和有根小岩体,后者可以进一步划分为头部小岩体和通道小岩体。由于流体中成矿金属的溶解度与P-T呈正相关,大型-超大型矿床主要与无根小岩体有关。在小体积岩浆成矿系统中,透岩浆流体起了关键作用。透岩浆流体不仅向岩浆体注入了大量成矿金属,也是岩浆快速上升的触发机制和多源区近同时部分熔融的根本原因。这种特征决定了小岩体往往呈岩体群产出,而不是孤立的单个岩浆侵入体。岩浆快速上升造就了成矿期的近场应力场以主压应力分布在竖直方向为特征,后者进一步决定了小岩体群的空间展布形式。据此,小岩体可作为有效的可填图找矿标志。可以说,小岩体成大矿学说为研究岩浆动力学打开了新的窗口,是区域成矿预测的基本依据和重塑内生金属矿床成矿学的里程碑。     

含矿岩体和成矿母岩问题

学术界通常认为,岩体有含矿与不含矿之分。含矿岩体与矿床在时间上、空间上和成因上密切相关,是成矿的母岩。认为含矿的热液和成矿金属元素来自岩浆,是岩浆演化分离的晚期从岩浆中分异出来的,属于岩浆期后矿床。笔者的研究表明,花岗质成分的含矿岩体与成矿在时间上和空间上可能有关,但是,不可能成因上有关,含矿岩体也不是成矿的母岩。含矿岩体本质上是一个二元概念,是岩体+蚀变的产物。叠加了蚀变和矿化的岩体就是含矿岩体,没有叠加蚀变和矿化的岩体就是不含矿岩体。花岗质岩浆与热液是两个体系,不是一个体系。成矿所需要的大量的水和金属元素不是来自含矿岩体,而是来自下地壳深部;含矿岩体本身的水和矿化元素也不是来自岩浆,也是来自深部。含矿岩体大体上相当于成矿围岩,不过这个围岩不是沉积岩和变质岩而是花岗岩。实践表明,区分含矿岩体和不含矿岩体从理论上说是不科学的,从方法上说是非常困难的,从找矿实践上说是无益的。笔者指出,虽然含矿岩体存在上述诟病,但是,含矿岩体毕竟是事实,含矿岩体的术语仍然是可以用的,不过,应当重新认识含矿岩体问题,并赋予含矿岩体以新意。     

新疆北部希勒库都克斑岩铜钼矿床赋矿岩石及成矿流体

新疆北部希勒库都克铜钼矿床成矿岩体与火山岩围岩为同时代、同空间、同组分,可能属同一火山建造,提供了成矿岩体可能产于火山机构中的浅成、超浅成中酸性次火山斑岩体的信息.钼矿体产于英安斑岩-石英闪长斑岩内外接触带的细脉、网脉状石英中.岩浆期后的热液作用形成了铜钼矿体及强烈的钾长石化、硅化、矽卡岩化、石英-绢云母化等热液蚀变,同时岩浆的侵入使围岩产生角岩化热变质,蚀变越强,矿化越富.本区成矿流体沸腾对成矿不起主要作用,上升至浅部的岩浆直接分异出来的高盐度流体随温度降低,CO2等气体溢出、NaCl的沉淀等物理化学条件的改变造成流体中金属络合物的分解、辉钼矿等沉淀成矿.     

“小岩体成大矿”的核心——岩浆通道系统成矿原理、特征及找矿标志

"小岩体成大矿"是根据我国岩浆硫化物矿床找矿勘探实践提出的独创性的理论,其核心就是现今被广泛研究的"岩浆通道系统成矿"。结合典型的矿床实例,系统分析总结了产于岩浆通道系统上小型含矿岩体的主要特征、小岩体形成超大型矿床的关键因素以及岩浆通道系统型矿床的找矿方向和标志,以期促进对该类型矿床的进一步研究。     

岩浆 热液过渡型矿床的若干特征

摘　 要　 在内生成矿作用中成矿流体有 3 种:岩浆、 热液和岩浆 热液过渡性流体。 从地质研 究、 矿物包裹体、 成矿实验 3 个方面简介了岩浆 热液过渡型矿床研究的进展。 指出岩浆 热 液过渡性流体有 2种形成方式:一是在岩浆结晶过程中挥发分不断集中而形成, 另一是由熔 离作用所形成。 并从矿体与岩浆岩的关系、 矿体与围岩的关系、 矿石的结构构造、 围岩蚀变、 分带现象、 矿物包裹体 6 个方面总结了岩浆 热液过渡型矿床的特征。     

岩浆流体在热液矿床形成中的作用

岩浆流体在浅部分离为岩浆卤水和蒸汽相 ,CO2 、SO2 的加入将增加不混溶区间。Ag ,Zn ,Pb ,Sn等在高盐度卤水中呈氯化络合物的形式搬运 ,Cu、Au呈I价态的二硫化络合物的形式在富硫的蒸汽相中搬运。岩浆流体与大气水混合的稀释和热效应 ,是导致Sn元素沉淀的主要机制 ,流体混合需要长期稳定的抽送系统 :( 1)对流体界面混合 ;( 2 )两组裂隙处相遇混合。斑岩Cu矿床早期以岩浆流体为主导 ,晚期大气水普遍存在。反应性强、富含金属的岩浆流体从侵入体往外运移并且与主岩反应 ,形成带状分布的蚀变矿物组合。高硫化浅成热液矿床的早期以流体对主岩的广泛淋滤为特征 ,流体呈酸性和氧化性。密度差使得低盐度液体与深处高盐度卤水在空间上分离。低硫化浅成热液矿床的成矿流体呈低盐度、中性pH值和处于还原性、静水压力条件 ,流体沸腾是成矿卸载的主要机制。富Au型矿床与低盐度富气相流体有关 ,富Ag型矿床与较高盐度的流体有关。在热液系统的寿命中 ,导致矿化的流体活动仅在短暂的时期内存在。热液系统之间在岩浆标志上的变异是由于岩浆流体的间歇性贡献或缺失造成的。     

岩浆成矿新探索——小岩体成矿与地质找矿突破

近年来,地质勘查工作取得的许多突破性进展多与小岩体岩浆矿床密切相关。因此,小岩体矿床作为主要的勘查研究方向之一已经越来越受到关注。在对"两类岩浆小岩体成大矿"(2006)、"小岩体成大矿的范畴及地质属性"(2008),以及"小岩体成矿体系"(2011)研究的基础上,进一步深入阐明小岩体成矿的内涵;完善了2类岩浆小岩体成矿的主要机制和10种成矿类型(基性-超基性岩深部熔离/结晶-贯入机制与中酸性岩头部气、液、矿质聚集成矿机制);指出了大型岩体成矿与小岩体成矿的本质区别及斑岩成矿与小岩体成矿的关系;总结了小岩体成大矿的优越禀赋(小、广、大、高、浅(潜))。同时,提出了在新一轮岩浆矿床勘查工作中应注意小岩体成大矿的典型特征、找矿方向及重点突破的远景区。     

流体-熔体强相互作用的成矿功能

矿床学家早就清楚地认识到内生金属成矿作用主要与含矿流体有关,因而含矿流体成为矿床学领域最重要的研究对象。同时,矿床学家也深刻认识到内生金属矿床与火成岩密切相关。因此,流体和火成岩都是矿床学研究的重要对象,流行的岩浆热液成矿理论就是在这个基础上建立的。然而,矿床学家继承了岩石学家的错误,以为含矿流体是岩浆分异的产物;也继承了     

安徽沙坪沟斑岩钼矿床赋矿岩体钾质交代作用及其微量元素和Sr-Nd同位素响应

以沙坪沟钼矿主要的赋矿岩石——石英正长岩和花岗斑岩为对象,通过对比不同蚀变强度岩石的岩相学、岩石地球化学和同位素特征,研究该矿床的钾质交代作用-矿化特征,探讨不同热液蚀变的元素组合、蚀变过程中的元素迁移和Sr-Nd同位素的变化及其成因、不同蚀变的物理化学条件差异及其与矿化的关系,进而揭示蚀变-成矿热液流体的特征和起源。研究表明,石英正长岩和花岗斑岩的地球化学特征总体相似,显示其属同源岩浆演化产物,二者均受到钾质蚀变,但蚀变强度相差较大。钾质蚀变岩石的化学成分表现为高K_2O、Rb和低Na_2O、CaO、Sr、Ba,不同蚀变强度的岩石Rb/Sr和Sr同位素组成差别较大,花岗斑岩样品数据更显离散,甚至出现异常低的锶同位素初始值,表明热液蚀变强烈改造了Rb-Sr同位素体系,而Sm-Nd体系基本保持稳定。这一现象在东秦岭-大别钼矿带中典型的斑岩钼矿床也有出现,显示该成矿带具有相似的蚀变类型、热液起源和演化特征。而且钾长石化后期至黄铁云(绢)英岩化阶段也是最主要的钼成矿期,表明这期间流体系统pH值的降低致使Mo元素从流体中沉淀成矿。对比斑岩铜、铜-钼矿床和钼矿床的蚀变特征及其过程中元素和同位素的变化可以发现,这3种矿床均发育碱质交代作用,但蚀变强度、热液的Rb-Sr分异程度及其对原岩的改造程度存在较大差异,这暗示了各自特有的成岩、成矿物质和流体来源及大地构造背景。     

南秦岭柞水县冷水沟铜钼金矿床成矿流体、H-O-S同位素特征及成矿作用

冷水沟矿床位于南秦岭山阳-柞水地区,是秦岭地区发现的与复式岩体有关的铜钼金矿床,矿化类型可分为产于岩体内的斑岩型铜钼矿化、产于岩体与碳酸盐岩接触部位矽卡岩型铜矿化和产于斜长角闪岩内的构造蚀变岩型金矿化。流体包裹体研究表明,斑岩型铜钼矿石中发育水溶液包裹体,含少量Na Cl三相包裹体,属中温、中等盐度H2O-Na Cl体系;构造蚀变岩型金矿石中发育气液两相包裹体、含CO2包裹体和CO2包裹体,属中温、中等盐度H2O-CO2-Na Cl体系,显示两种矿石成矿流体类型不同。H-O-S同位素分析表明,斑岩型铜钼矿石成矿流体主要来自岩浆热液,有少量大气降水参与,成矿物质以幔源为主;构造蚀变岩型金矿石成矿流体受建造水或大气降水强烈交代,成矿物质壳源物质为主。成矿流体在演化过程中,流体沸腾是引起铜钼沉淀的重要因素,流体不混溶是引起金沉淀成矿的重要因素。     

中酸性岩浆体系成矿流体及微量元素地球化学特征

从流体成矿作用角度出发，与酸性岩浆体系有关的成矿流体可以分为：酸性岩浆硅酸盐熔融体，岩浆一热液过渡阶段硅酸盐熔融体及其分异的流体，酸性岩浆熔体分异形成的热水成矿溶液。酸性岩浆体系主要提供热源和部分矿质，其提供的热源驱动地下水淋滤、萃取围岩中的成矿物质形成地下水热液成矿流体。变质岩混合岩化形成花岗质岩浆过程中所形成的混合岩化成矿流体。在此基础上，讨论了上述不同成矿流体的微量元素地球化学特征及其对成矿的控制作用。     

滇西北甭哥碱性杂岩体地球化学与成矿作用分析

透岩浆流体成矿理论和地幔流体交代引发壳幔混染叠加成矿的机理,为“小岩体成大矿”这一事实提供了理论依据.滇西北甭哥碱性杂岩体岩石地球化学特征表明其受到强烈的深部流体作用,且成矿物质并非岩浆本身所携带,相应引发矿质富集的流体作用与岩浆作用分属不同的体系,初步推测甭哥金矿成矿受制于透岩浆流体与壳幔混染叠加这一深部流体作用过程.其机制可以理解为含矿地幔流体与岩浆互不混溶并同步运移,伴随岩浆结晶成岩而交代岩体成矿,或在一定条件下与岩体分离,运移至物理化学边界层等有利部位聚集成矿,在此过程中,含矿地幔流体也可沿途交代、活化围岩,导致壳幔混染叠加使成矿元素进一步富集.基于此,该岩体具有良好的深部成矿潜力.