构造-流体-成矿体系的耦合动力学:以湘西金矿为例

热液矿床特别是脉状金矿床受构造的控制明显。主要产于断层、剪切带中或其附近。构造变形在增高岩石渗透率、驱动流体流动汇聚和控制金的成矿过程中起了重要作用。同时,流体可以促进岩石构造变形,流体流动与矿物沉淀可堵塞流动通道而影响成矿的寿命。因此,近年来人们开始将构造变形、流体流动和成矿作用作为一个统一的体系,研究它们之间的相互作用和耦合关系。     

构造成矿非线性动力学:2.湘西金矿研究实例

应用递增应力流变学方法对湘西沃溪金矿成矿过程中构造变形、应力、流体流动、地球化学反应及成岩成矿作用等多过程间的耦合作用和非线性特征进行了模拟和分析。构造压溶作用对矿源层中成矿物质的溶解与迁移起了重要作用。断裂作用可以产生比原岩渗透率高近4个数量级的断裂渗透率,从而促进流体的流动、组分扩散和在断裂中的汇聚成矿。不同岩性对断裂作用和断裂渗透率的演化有重要影响,并且构造、流体、岩石之间存在强烈的非线性耦合作用,马底驿组中段是最有利的构造成矿层位。     

应力、应变与构造超压关系及构造超压控制因素分析

构造应力场引起岩石变形，并使孔隙流体压力发生变化，形成异常流体压力。根据对前人岩石力学实验结果的分析，应力与流体压力间为非线性关系，试件的体积应变与孔隙流体压力间为反相关线性关系。构造异常压力和其他异常压力的形成具有共性特征，都可以抽象为由于孔隙体积和流体体积的相对变化这一个因素。由此也可以将异常压力形成的一般过程概括为：孔隙疲充体饱和的岩石，体积缩小会使饱和流体排出，体积增大会使其周围的流体流入，如果渗透率足够大，流体流动顺畅，这一过程流体压力的变化相对较小。在岩石渗透率较小时，由于流量的限制，流体在这一过程中会产生明显的压力变化，形成异常压力。对于符合达西渗流的流体，异常压力计算时，流量可以用孔隙体积相对变化量替代。这样可以描述构造变形等固体变形所引起的异常压力。根据异常压力的极大值为研究区相应深度的最小主应力和岩石抗张强度之和的特点，可以预测流体封存箱箱壁的最小厚度要求，分析流体封存箱形成的基本条件。构造活动过程中，岩石孔隙的体积应变速率和封存箱壁的渗透率直接控制异常流体压力的大小。高应变速率和低的封存箱壁渗透率是形成构造超压的主要因素。     

新疆阿尔泰地区断裂控矿的多重分形机理

新疆阿尔泰地区断裂构造非常发育并对热液成矿有重要控制作用。分形分析表明该区断裂和矿床的空间分布均为多重分形分布,断裂的奇异指数为1.597～2.403,多重分维谱值为0.551～1.706;矿床的奇异指数为0.925～2.287,分维谱值为0.138～1.363。断裂的高的奇异指数和分维谱值表明该区断裂构造具有较高的成熟度和连通性,有利于提高岩石渗透性、促进流体流动和热液矿床的形成。断裂构造的多重分形分布导致该区热液成矿作用的多重分形分布。断裂体系演化过程中不同断裂部位变形和渗透性存在明显差异,数值模拟表明断裂与岩性和流体之间存在强烈的耦合作用并导致不同岩性的断裂具有明显不同的断裂渗透率。断裂-脉体系演化是一个自组织过程,元胞自动机模拟表明只有在分形渗透临界以上连通性较好的脊骨断裂部位是最有利于流体流动和成矿作用的。因此只有在部分有利的断裂部位才能形成矿床,并导致了断裂构造的奇异指数和多重分维谱值明显高于矿床。     

多孔介质渗透率及其在金属成矿研究中的意义

渗透率是确定多孔介质传输流体能力或容量的一个重要流体动力学参数。多孔介质中的流体运动,当其流速不很大即为层流(lam inar flow)时可用Darcy定律来描述流体通量:q=kgρηΔh断裂裂隙控制的流体通量则由下式给出:q=vwb2/12η·(dP/dx)。渗透率研究对于金属成矿作用具有重要意义。地质证据、同位素定年与计算机模拟所获得的热液活动持续时间相差较大,包括热液循环和矿化期在内的完整地质事件序列可能持续数百万年。但是一次成矿脉动的实际持续时间约为1万年到20万年,而约束成矿作用持续时间的主要因素为岩石的渗透率和侵入体的几何形态。…     

构造-流体耦合关系对水上亚系统金矿成矿环境的影响

流体温度-密度-盐度关系化学模式显示,水下亚系统是一种火山作用形成的富含NaCI向海底释放的流体系统,该系统形成块状硫化物矿床;水上亚系统是陆相火山岩地区的地下低盐度低温流体系统,形成了浅层低温热液型和热泉型矿床.由流体的质量方程、能量方程和运动方程的特点可以看出,在成矿作用过程中的流体运动,受到构造-流体-成矿系统的关系中多种因素的影响,如介质的孔隙度、流体密度、渗透率、流体的黏度和流体内压力等.以世界一些陆相火山地区的金矿为例进行讨论,充分证明了陆相火山地区的金矿流体的运动方式具有两种类型:一类是成矿流体沿岩石的孔隙流动,如伊尔曼得金矿等;另一类是成矿流体沿裂隙流动,如阿希金矿等.虽然这些金矿形成于同一火山岩地区,但是,流体在围岩的孔隙和断裂中以不同的方式运动,流体的内压力、流体的密度将发生不同的变化,同时引起流体的氧逸度、pH值、盐度产生不同的改变.由此表明流体运动的方式和扩散影响了成矿环境.     

基于CT扫描的致密砂岩渗流特征及应力敏感性研究

认识低渗透储层的渗流特征对油气开采和储层改造具有重要意义。为此,研究利用微CT扫描技术对致密砂岩岩样进行扫描,据此建立了能够精细刻画岩样的微观模型,运用COMSOL模拟了流体在岩石孔隙中的渗流特征,研究了致密砂岩的渗流特征及应力敏感性。研究结果表明:流体入口和出口间压差固定时,岩石的渗透率保持不变,与入口出口压力的具体数值无关;不同方向的岩石模型计算渗透率处在同一数量级但有微小差异;在侧向压力作用下,渗流路径变窄,通过渗流路径的整体速度下降,渗透率下降,但在孔隙相对较大的地方,由于路径变窄,流体速度较未加压力前略有上升。      

西南天山中新生代盆地成矿流体运移规律

乌拉根铅锌矿床和萨热克铜矿床是西南天山中新生代盆地最有代表性的两个层控砂砾岩型矿床,乌拉根铅锌矿床产于下白垩统克孜勒苏群第五岩性段(K₁kz5)的粗砂质细砾岩中,后期经历了弱的构造改造作用;萨热克铜矿床产于上侏罗统库孜贡苏组上段(J₃k2)杂砾岩中,其北矿段后期经历了强烈的构造改造作用,南矿段可见岩浆热液蚀变作用后的褪色化及叠加成矿作用。为了研究成矿流体和岩浆热液在岩石中的运移规律,分别对上述两个矿区以沉积作用、构造改造作用和岩浆作用为主的代表性岩石测定了孔隙度和渗透率。测试结果表明乌拉根矿区岩(矿)石的孔隙度和渗透率总体比萨热克矿区岩石的孔隙度和渗透率要小;乌拉根铅锌矿区和萨热克铜矿区北矿段矿石的孔隙度和渗透率均小于下盘围岩的孔隙度和渗透率;萨热克铜矿区南矿段经历了岩浆热液蚀变,岩石的孔隙度和渗透率明显小于未受岩浆作用的岩石孔隙度和渗透率,且辉绿岩脉下盘岩石的孔隙度和渗透率明显小于上盘。同时通过岩(矿)石组构分析,上述岩(矿)石在成岩和成矿后孔隙度和渗透率的变化均与成矿流体或岩浆热液的作用密切相关。在西南天山中新生代层控型矿床中,当成矿流体沿切层断裂上升后会优先选择孔隙度和渗透率高的岩层进行渗滤、扩散、充填和交代作用。岩石中的砾石砾径越大,砾石间隙越大;岩石的硬度越大,其在后期构造变形中越容易形成构造裂隙,对成矿越有利,这也是造成萨热克铜矿北矿带中的金属硫化物颗粒明显大于乌拉根铅锌矿中金属硫化物的重要原因。上述结果表明沉积盆地中成矿流体或岩浆热液的成矿作用越强,岩石受其影响在成岩成矿后的孔隙度和渗透率越会变小,从岩石的孔隙度和渗透率可间接反映成矿过程中成矿作用的强弱,为寻找富矿体提供理论依据。      

岩石变形、流体压力与热液成矿关系的研究现状

地壳中岩石的变形模式受构造应力、流体压力和上覆岩层重力共同作用的影响。岩石组成和构造应力的大小、方向决定着岩石的变形过程,同时岩石的破裂还受先存断裂构造的影响。流体压力增大,岩石可以发生水力破裂,而引起水力引张破裂的条件是σ1-σ3<4T和Pf=σ3+T。随着深度的增加,受地温梯度的影响,岩石由脆性变形向韧性变形转变。在无流体超压影响的情况下,脆韧性转换的温度在300~450℃之间,大约在地壳15km处。当流体压力和应变速率增大时,韧性条件下的岩石变形行为由韧性向脆性变化,脆韧性转变的深度随之增大。从构造角度探讨热液成矿作用,热液矿床形成的深度与流体压力、应变速率、裂隙的发育、介质的渗透率、温度变化等相关。岩石断裂的类型和方向影响岩石的渗透率,提供流体运移的通道和聚集场所,控制矿床形成的深度、位置和矿体产状。     

构造-流体-成矿体系的反应-输运-力学耦合模型和动力学模拟

建立了一个综合的构造流体成矿体系的反应输运力学耦合动力学模型。利用有限元方法求解岩石变形、断裂作用和断裂网络统计动力学、流体流动、有机和无机地球化学反应及成岩成矿作用、压力溶液和其它压实力学、热迁移的方程组 ,可以对构造流体成矿体系的动力学演化过程进行 1～ 3维数值模拟。模拟的主要内容是在各种过程耦合作用下描述构造流体成矿体系的主要变量的时空演化 :( 1)与成矿流体的形成和性质有关的变量 ,如地层中矿物 (包括成矿物质 )的溶解速率、流体中各组分的浓度与饱和度、流体温度、压力、离子强度等 ;( 2 )与构造变形和流体运移有关的各变量 ,如应力与变形速率、岩石孔隙度、构造 (断裂 )渗透率等 ;( 3 )与沉淀成矿有关的变量 ,如矿物 (金属矿物和脉石矿物 )的成核速率、各矿物的沉淀量等 ;( 4 )上述各有关变量间的时空耦合关系 ,如断裂渗透率时空演化与流体流动、汇聚和成矿的耦合关系等。以湖南沃溪金锑钨矿床为例 ,应用该模型和方法对成矿动力学过程和动力学机制进行了初步的模拟与分析。     

关于成矿作用地球化学研究的几个问题

成矿作用地球化学是矿床地球化学的基础理论分支,属于应用基础类学科,以地球化学原理和方法研究造成元素沉淀富集形成矿床的地球化学作用的原因和机理。本文讨论了热液矿床成矿作用的几个问题。指出花岗岩与矿床类型之间是否存在相关性,即花岗岩是否具有成矿专属性仍然存在争论,需要继续探索。花岗岩类具有成矿潜力不等于这些花岗岩最终都能成矿。决定岩浆发生成矿作用的因素很多,其中岩浆分异作用过程和流体释放时间及其机制可能是决定成矿发生和矿床类型的关键,岩浆熔体中挥发组分及其行为可能是岩浆能否发生成矿作用的决定性要素,聚焦流体流动是成矿作用能否发生的关键环节,而自组织临界性和反馈作用决定了成矿效率和矿床的规模。     

贵重和有色金属矿床钨氧化钐-钕同位素定年研究及其地质意义

本文结合国内外典型研究事例分析 ,介绍了钨氧化物钐 钕同位素直接定年技术在贵重和有色金属矿床研究中的适用性和局限性 ,探讨了利用钕同位素数据示踪成矿物质来源与流体运移轨迹的可能性 ,指出对同一金属矿床开展多种同位素分析的重要性和必要性。     

构造-流体耦合有限元模拟:以石英脉型钨矿为例

热液矿床成矿作用动力学过程涉及多时空高度耦合的物理和化学过程。数值模拟是研究这一复杂动力学过程的重要而有效的工具之一,也可在找矿预测等方面发挥重要作用。以南岭地区石英脉钨矿床为例,利用计算机求解控制构造-流体的物理和化学方程,定量揭示成矿热液聚焦流动与"五层楼"成矿的对应关系,正演高压成矿流体致使围岩发生水力破裂及其成矿效应。模拟结果与石英脉型钨矿床的构造地球化学特征相符。     

涡旋成矿作用

帚状和环状矿脉带在大型超大型热液矿床中是最常见的,这两种矿脉带的分布形式与流体力学中涡旋结构的外带(螺旋带)和内带(环状带)相对应。根据上述特征,作者提出涡旋成矿作用的概念:成矿溶液在科里奥利力的作用下旋转上升,有选择地充填断裂和裂隙,从而形成帚状和环状矿脉带。     

斑岩型矿床容矿裂隙的成矿流体压裂改造及其脉体特点

斑岩型矿石中脉体穿切关系普遍而复杂。斑岩型矿床容矿初始裂隙之间具有程度不同的连通关系，成矿作用过程是成矿组分在既有的裂隙中迁移、充填和沉淀的过程。在多期成矿过程中，如果没有构造应力的改造，似乎不应该出现大量脉体的多期穿切关系。然而不仅是斑岩型矿床，其他与热液活动有关的矿床中均可出现大量脉体的相互穿切现象。针对此种现象，运用水力压裂机理，探讨了成矿流体对初始裂隙的压裂改造作用，认为成矿阶段多期流体活动可以形成与流体活动期次和强度相匹配的无数期新生压裂裂隙，同时可极大地扩展容矿空间的规模和范围。成矿流体压裂改造裂隙也是斑岩型矿床容矿裂隙的重要成因类型。由于流体活动的多期性和压裂裂隙生长的快速性，相比构造活动对脉体的改造，流体压裂成因裂隙所导致的脉体穿切关系更为常见。这些观点较好地解释了斑岩型矿床中频繁而复杂的脉体穿切和错断关系。      

辽吉成矿带热液型铅锌矿床矿物组合共生分异的热力学制约——以岫岩红旗铅锌矿床为例

辽吉成矿带上广泛分布着热液型铅锌矿床,对于该类型矿床中矿物共生组合特征和成矿物质迁移沉淀机制的研究是矿床学研究的核心问题之一。通过共生矿物热力学平衡的相关计算,绘制热力学lg[Cu2+]-pH、lg[HS−]-pH和Eh-pH相图,可以有效地诠释成矿流体中成矿元素在迁移、沉淀过程中的物理化学条件。本文以辽吉成矿带上典型的热液型铅锌矿床——岫岩红旗铅锌矿床为例,在对该矿床进行镜下典型矿物共生组合研究的基础上,选取了黄铁矿、黄铜矿、方铅矿和闪锌矿四种矿物进行热力学平衡的相关计算,选取473 K、549 K、648 K三个温度截面绘制了热力学lg[Cu2+]-pH、lg[HS−]-pH和Eh-pH相图,结果显示成矿流体中矿物迁移沉淀机制和矿物共生组合的形成主要受成矿流体的温度、离子活度、pH、Eh多因素制约。此研究对于解释辽吉成矿带上典型热液型铅锌矿床的运移沉淀机制和矿物组合特征具有重要的指导意义。     

广东凡口铅锌矿床成矿构造动力研究

凡口铅锌矿床位于粤北曲仁构造盆地的北部活动边缘,区域的旋涡构造与矿区弧形构造为对应的重要成矿构造。矿区辉绿岩属成矿前海西期基性岩墙,是大规模构造岩浆活动和成岩成矿作用的前峰。成矿作用主要发生在印支—燕山期(192—85Ma)。通过构造变形史与成矿期对比分析、构造热变质与退火作用、固态位移及铅锌在构造带中富集规律的研究表明:构造运动是成矿作用的主要动力。作者通过干体系高温高压成矿模拟实验,成功地获得人工糜棱岩和微粒方铅矿,而且铅锌在流变过程中趋于在糜棱岩带中富集,证实构造应力能够驱动成矿元素迁移富集,这对于成矿构造和矿床成因理论研究无疑具有很重要的贡献。     

宁芜和尚桥铁氧化物-磷灰石矿床(IOA)成矿过程研究:来自磁铁矿LA-ICP-MS原位分析的证据

铁氧化物-磷灰石矿床(IOA)是全球铁矿资源重要的供给矿床类型之一,受到国内外科研和矿产开采工作者的广泛关注。对铁氧化物-磷灰石矿床研究的争议主要集中在矿床成因上,即岩浆成因或者热液成因。作为一类具有多阶段成矿作用的矿床,IOA型矿床很难用热液或者矿浆成因予以简单概括,需要动态地看待成矿作用。和尚桥铁矿床是一个大型的铁氧化物-磷灰石(IOA)矿床,位于中国东部长江中下游多金属成矿带宁芜矿集区中。和尚桥铁矿床成矿作用含有三个清晰的磁铁矿矿化阶段,分别形成浸染状(Mt1)、角砾状(Mt2)和脉状(Mt3)矿石。对各阶段磁铁矿矿石中磁铁矿进行激光剥蚀等离子质谱(LA-ICP-MS)微区成分测试。在成矿过程中,从早到晚,磁铁矿表现出了从具有岩浆成因特征向具有热液成因特征的方向演化。磁铁矿中Mg和Al含量升高,Cr含量先降低后略微升高,Mn、Co、Ni和V含量先降低后升高,Mo和Sn含量先升高后降低的趋势,表明成矿过程中各阶段围岩及大气水对成矿流体的贡献不一。结合前人研究成果,我们认为和尚桥铁矿床中磁铁矿铁质的来源与安山质侵入岩密切相关,可能来源于岩浆不混溶作用形成的铁质富集流体(熔体),磁铁矿在高温热液环境中结晶沉淀。成矿过程具有多阶段性,推测在各成矿阶段间隙,富铁流体得到富集,同时地层物质不断的加入并导致了磁铁矿成分显示出越来越多的热液成因信息,地层物质(特别是膏盐层)对成矿过程起到了重要的控制作用。     

The ore-forming process of the Maoping Pb–Zn deposit,northeastern Yunnan,China: Constraints from cathodoluminescence (CL) petrography of hydrothermal dolomite

Most Mississippi Valley Type (MVT) Pb–Zn deposits have a common host-rock lithofacies sequence known as the hydrothermal dolomite (HTD) facies; however, the spatial and temporal relationships between dolomitization and Pb–Zn mineralization remain unclear. In this paper, we report a detailed cathodoluminescence (CL) study on the HTD facies of the No. II orebody in the Maoping Pb–Zn deposit in northeastern Yunnan Province, southwestern China. The results indicate that the dolomite in the Carboniferous limestone is part of a spectrum of hydrothermal mineral deposits, and the diagenesis and mineralization processes, in which the acidity of fluids played an important role, can be divided into six steps. A dolomite prototype formed during the first and second steps. In the third step, acid fluids produced by sulfide precipitation interacted with the dolomite prototype, resulting in dissolution and alteration, thus forming cavities. The fluid that formed during the first three steps flowed along open tensional faults. Dolomitization in the first step covered most of the region of later mineralization and gradually extended toward the center of the orebody. In the fourth and fifth steps, vugs and fractures were the main pathways for fluids, with only a small volume of fluid in the fifth step. Dedolomitization occurred in the sixth step and vugs were filled mostly by calcite. However, the fact that voids are present in only a small number of vugs is indicative of fluid exhaustion. Dolomite with growth zoning is characteristic of precipitation by ore-forming fluids accompanied by pulsed filling. There is no significant correlation between vugs and the locus of mineralization. Rather, the vugs indicate that the ore-forming fluids had passed through them, and the locus of massive ore formation was the center of the migrating fluid body. The saddle dolomite was deposited during pauses in sulfide precipitation. Cathodoluminescent zonation of HTD can be used as an aid in understanding the ore-forming process and for mineral prospecting in the Maoping deposit and other MVT deposits.     

小秦岭-熊耳山地区金矿成矿的临界-超临界流体

临界-超临界流体对金属矿床，特别是对金矿成矿具有重要作用，对流体包裹体的特征研究表明，小秦岭-熊耳山地区石英脉型，构造蚀变岩型及爆破角砾岩型3种主要类型金矿床的成矿流体属临界-超临界流体，随着成矿作用由深到浅，由高温，高压到低温，低压的演化，临界-超临界流体也逐步演化成中低温非超临界流体，从而使现有的测试结果表明，目前只有少部分为超临界包裹体，大部分为非超临界包裹体。