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。     

铜陵地区金属硫化物矿床沸腾流体成矿过程中气体逸失量的估算

成矿流体的沸腾作用使得气液相分离，逸出大量的气体物质，造成流体的成矿物质浓度增大，并发生沉淀成矿。然而，沸腾作用究竟能使多少气体组分逃逸?从而在多大程度上造成上述影响呢?笔者以铜陵地区的狮子山矿床和铜官山矿床为例，试图定量化地探讨这一问题。分析计算结果表明：在狮子山矿床中，沸腾作用可使26％以上的原始成矿流体损失，这是非常可观的比例!     

甘肃拾金坡金矿床成矿过程中流体-岩石反应

通过流体包裹体岩相学观察、显微测温和成分分析,对拾金坡金矿床成矿流体进行了研究;通过元素地球化学分析,探讨了该矿床流体-岩石反应体系地球化学和金的搬运、沉淀机制。结果表明,主成矿阶段流体包裹体均一温度为270~340℃,冰点温度为-6.5~-4.3℃,相应盐度为4.65%~9.21%(NaCl wt.)。流体包裹体气相成分主要为CO2、H2O;液相成分阳离子以K+、Na+为主,且Na+K+,含少量Ca2+,阴离子以Cl-、Br-、SO2-4为主,且Cl-SO2-4。成矿流体属中温、低盐度、富CO2的Na+-Cl-型流体,Au(HS)-2可能是其中金溶解迁移的主要形式。温度和压力降低是石英脉型矿化中金沉淀、富集的最主要原因。流体-岩石反应过程中,发生了复杂的元素带入和带出,K被大量带入,Au、Ag、As、Sb等成矿及其相关元素强烈富集,构成蚀变岩型金矿化。     

铜陵矿集区蚀变-流体填图与成矿流体系统

为了详细刻画和深刻理解区域流体系统，文章在传统的地质填图方法基础上，针对流体活动性状及其地质记录。提出了一套区域蚀变-流体填图方法程序，并在铜陵地区进行了示范性研究，取得了良好效果。这套“蚀变-流体填图”的方法明确了流体填图的填图对象，填图单位划分理论依据——流体同源性理论。制定了流体系统．流体子系统-流体单元三级填图单元划分方案。在铜陵地区建立了与成矿流体有关的4套流体系统，即海西期喷流沉积流体系统、燕山期岩浆流体系统、燕山晚期中低温流体系统和燕山晚期繁昌火山流体系统，并划分出7个流体子系统和18个流体单元。通过“蚀变-流体填图”掌握了铜陵矿集区成矿流体的空间分布规律，阐述了不同流体系统的成矿特征。     

铜陵矿集区构造-流体-成矿系统演化格架

铜陵矿集区的成矿作用与印支—燕山期特定构造背景控制下的岩浆活动密切相关 ,地壳浅部成矿岩浆运移侵位过程和主成矿期构造变形机制是建立区域构造流体成矿系统演化格架的两个关键问题。通过对区域重磁异常、遥感影像的线性解译结果和区域变形变质作用的分析 ,确定了在区域中部存在一浅层隐伏岩体 ,从而进一步查清了浅部成矿岩浆运移侵位过程 ;引入复杂性科学的思维 ,对基础地质资料进行了重新分析 ,提出铜陵矿集区在印支—燕山期经历了“先剪后压”的递进变形这一新认识。在此基础上 ,结合区域构造演化背景 ,总结了铜陵构造流体成矿系统演化格架 ,即 :(1 )印支期初始 ,在华北、华夏板块的挤压下 ,下扬子地块内部发育了系列岩石圈断裂与地壳断裂 ,使其裂解为很多与铜陵矿集区类似的次级地质单元 ;同时断裂的深切割作用引发了下地壳—上地幔的岩浆活动 ,岩浆沿深断裂上侵 ,分别在 2 0km和 1 0km左右形成深部和中部的岩浆房 ;(2 )印支中期开始 ,相对独立的铜陵矿集区在周围地质单元的夹持和围限下 ,经历了挤压 -剪切的递进变形 ,形成了 3套主要构造形迹 (包括北东向“S”型褶皱、北东向顺层滑脱断层和北西向左型走滑断裂 ) ,其组成了盖层的导流控矿网络 ;同时由于剪切作用导致的区域中部拉伸减薄 ,中部岩     

铜山口铜（钼）矿床成矿流体水-岩反应数值模拟

铜山口铜(钼)矿床位于湖北省大冶市境内，是一典型的矽卡岩-斑岩复合型矿床。通过对其流体包裹体的系统研究，确定了成矿阶段成矿流体的成分及温压条件，并结合矿床学研究，将成矿过程分解为两个平行的成矿阶段，即矽卡岩型矿化阶段和斑岩型矿化阶段。根据Johson和Reed等人建立的水-岩反应模型，对本矿床成矿流体与国岩反应并析出金属沉淀的过程进行了数值模拟计算，其结果与实际地质情况吻合较好。     

尾矿库区地下水中U(Ⅵ)的反应-输运耦合模拟及其参数分析

在综合分析核工业南方某矿①长期观测数据的基础上,对矿区实际情况进行概化,建立了溶质的反应-输运耦合模型,利用溶质反应-输运模拟软件PHREEQC-Ⅱ以U(Ⅵ)为目标对尾矿库区地下水中核素迁移进行了数值模拟.研究了在弥散度、扩散系数、pH值、混合比以及阻滞系数等参数不同取值时U(Ⅵ)在地下水中的迁移规律,并就参数对模拟的影响进行了分析.模拟结果与现场实际情况基本吻合,为矿区环境评价及退役环境治理提供科学依据,也可为类似模拟研究提供参考.     

热液系统流体输运－化学反应耦合动力学综述

输运－反应模式通过连续质量守恒方程进行描述，它表示为主要组分的Ｎ＋Ｍ个耦合的非线性偏微分方程。这些方程可以通过有限差分或有限元等数值方法进行求解。利用准静态近似法，涉及平流、分子扩散和水动力弥散作用的地球化学系统的演化在时间上通过一系列静止状态模拟出来。模拟实际地质系统的动力学实验对输运－反应耦合动力学的应用具有十分重要的影响。     

黑龙江嫩江地区三矿沟矽卡岩型铜-铁-钼多金属 矿床的成矿流体特征与成矿机制

三矿沟铜-铁-钼多金属矿床是大兴安岭地区三矿沟-多宝山构造-成矿带中一个比较典型的矽卡岩型矿床。对干矽卡岩阶段(Ⅰ)的石榴子石、湿矽卡岩-氧化物阶段(Ⅱ)的石英、早期硫化物阶段(Ⅲ)的石英和晚期硫化物阶段(Ⅳ)的方解石中的流体包裹体进行了岩相学观察和显微测温研究。研究结果表明,成矿各阶段热液矿物中的原生流体包裹体类型丰富,主要为气液两相包裹体,其次为纯气相包裹体,偶见纯液相包裹体。石英中也有大量含NaCl子矿物的多相包裹体,其均一温度变化于152~478℃之间,盐度为1.57~58.02wt% NaCl,密度变化范围为0.64~1.18g/cm3,总体属中—高温度、中—高盐度、中等密度的体系;据此计算的成矿压力范围为39.44~133.65MPa,成矿深度介于3.94~9.64km之间,表明该矿床形成于中深成环境。     

楚雄盆地砂岩型铜矿床构造-流体耦合成矿模型

砂岩型铜矿床是楚雄陆相红层盆地的典型矿床类型。在构造-流体-成矿体系的动力学演化中,该类矿床的形成经历了沉积-成岩成矿作用、改造成矿作用及后期断裂作用的演化过程:燕山中晚期形成煤-铜-盐"三色建造"和盆地流体;喜马拉雅早期构造-热演化形成褶皱圈闭盆地流体,来自基底的富铜流体沿同生断裂(隐伏断裂)上升将一些亲铜元素从深部带入煤层而被吸附,形成富铜的还原性流体(H2O-SO2-CO2-CH4(C3H8-C2H6)-HSO4-HCO3-型),还原性流体沿次级断裂、隐伏断裂和层间断裂及轴面变形带上升,与大气降水深循环淋滤膏盐层形成高盐度的氧化性流体(H2O-SO2-CO2-N2-CO-HSO4-型)在砂(页)岩相遇时发生水-岩相互作用,并封闭于高孔渗的砂(页)岩储层,在褶皱翼部或核部的中细粒砂岩和层间断裂带中形成层状、似层状矿体;喜马拉雅中期由于构造改造,在更次级断裂带中形成脉状矿(化)体。所以,该类矿床是褶皱构造圈闭盆地流体-含矿岩相和构造裂隙封闭成矿流体定位成矿的产物,是铜矿源、构造与流体三者耦合作用的结果,更好地解释了矿床既沿褶皱分布又沿含矿层定位及矿物、元素分带的主要原因。故建立了该类矿床的构造-流体耦合成矿模型。     

地质流体自然类型与成矿流体类型

水是地球上特征的地质流体 ,大部分矿床是在水热流体参与下形成的 ,但并不是所有流体都参与成矿。根据水的主要存在环境把水分为地质流体和成矿流体类型。各种环境广泛存在的水所构成的地质流体 ,又可细分为大气降水、盆地建造水、海水、岩浆水和变质水各种类型。研究认为成矿流体的形成主要与地质作用有关 ,是地质流体在特定环境特定演化阶段形成的特征产物。成矿流体则可划分为高温硅钾卤水、中温碳酸盐卤水及低温硫酸盐卤水。高温硅钾卤水中硅钾组分含量与温度、盐度成正相关关系 ,并且其中富含F-、B2 O3组分。这些特征与成矿作用中的高温钾化、硅化、萤石化及电气石化蚀变及热水沉积特征是一致的 ,高温成矿流体在演化过程中依次可以演变为中温或低温成矿流体。中温成矿流体以碳酸盐型流体为主 ,以富含Mn2 +,Fe2 +,Mg2 +的碳酸盐化合物为特征。低温成矿流体一般为硫酸盐型卤水 ,主要是Ba2 +,Sr2 +,Ca2 +的硫酸盐化合物 ,在海陆相各环境中广泛存在。大洋底部成矿流体是特殊环境下的地质流体类型 ,具有更广泛的温度区间 ,可以是从高温到中低温的系列流体类型 ,并且具有特殊地球化学组成。一般形成高温硅钾卤水与岩浆作用或变质作用有关 ,由于充分的水岩交代作用 ,可以获得较高的温度及足够的溶质组分 ;     

成矿流体研究的若干进展与动态

近年成矿流体研究在大规模流体的存在与运移、巨型矿床与流体的关系、成矿流体输运动力学、建立热液成矿反应体系及成矿流体分测试技术等方面取得了重要进展；今后成矿流体研究在流体的运移路径与成矿预测、超临界流体与金属矿产巨量堆积的关系及成矿流体的计算机模拟等方面走势明显。     

区域成矿流体的形成与演化

成矿流体是富含挥发份、碱金属的含矿卤水 ,其中碱金属来源于岩浆热液、变质热液、海水及通过水岩作用从岩石中萃取等 ;而挥发份来源于地幔、水岩作用与有机质分解作用。成矿流体中的硫也是多来源的 ,硫的活度与氧逸度有关 ,高温还原环境H2 S的活度降低 ;成矿流体的同位素分馏与水岩作用强度有关 ,控制同位素分馏的基本因素是温度及水岩比值。根据成矿流体的成分及物理化学性质 ,可以分类为高温硅钾卤水、中温碳酸盐卤水及低温硫酸盐型卤水。成矿流体没有固定的来源 ,在一定地质条件下 ,任何来源的热水流体都可以形成成矿流体。控制成矿流体形成的主要地质作用是岩浆作用、变质作用、地热增温作用及构造作用等。文中根据地质作用类型对区域地质流体进行划分 ,可分为岩浆作用区域成矿流体 (以高温硅钾卤水为主 ,可以有高温到中低温的流体分带 ) ,沉积作用区域成矿流体 (以中低温碳酸盐及硫酸盐型卤水为特征 ) ,大洋盆地区域成矿流体 (与岩浆岩区域成矿流体类似 ,有高温到低温的流体分带 )和变质作用区域成矿流体 (变质程度不同而有不同的流体类型混合 )。     

超大型金矿床成矿流体某些特征及其找矿

具有重要意义的金─石英脉型矿床可作为研究超大型金矿床成矿流体特征及其找矿问题的良好实例。研究和对比分析表明：（１）在超大型和非超大型金─石英脉型矿床间,在成矿流体包裹体方面尚未发现有意义的区别。似乎不存在能形成上述类型的超大型金矿的任何独特流体。（２）有利的大地构造和区域地质背景,良好的导矿、配矿和容矿构造,适宜的围岩,丰富的成矿物质,大量富含ＣＯ＿２的流体活动,多期、多次、多成因的地质作用的叠加,强烈而又广泛的围岩蚀变是形成某些内生超大型金矿的必要条件。系统扎实的基础地质工作、先进的科学手段和物化等方法的综合运用以及宏观和微观的结合对寻找超大型金矿十分必要。     

成矿流体运动系统与金质来源和富集机制讨论

以 山东地区大型、超大型金矿为例,从运动学和动力学角度,系统研究其成矿作用的起点（岩石－岩浆－流体间的物理化学作用）和终点（矿富集于断裂复合处或交汇部位）,以及成矿流体在运动中的渗透、振荡、气－液态交替、流速的突变及多层次循环流体的萃取、沟通等多方面的共同作用。结果表明,巨量金质来源和富集的关键取决于各层次流体循环笼统间的沟通,地幔富Ｃ－Ｈ－Ｏ流体循环系统、中－下部地壳富硅流体循环系统、浅－表部（     

初论紫金山铜金矿床超临界成矿流体系统

紫金山矿床是我国东南沿海发现的大型金铜矿床。在分析超临界成矿流体系统形成的区域地质背景和研究成矿物理化学条件的基础上，探讨了超临界成矿流体系统形成的动力学条件，提出该系统的成矿机理：与燕山晚期酸性火山一侵入岩浆有关的金铜矿床是在上地幔隆起、张性或向张性过渡背景下形成的，酸性岩浆经熔体一流体分离作用形成的岩浆热液与大气降水混合，经水一岩作用等复杂的输运和化学反应耦合过程的动力学产物。     

金矿成矿过程中构造应力场转变与热液浓缩-稀释作用

在大量野外地质观测和室内测试分析研究基础上 ,进一步证实热液金矿工业矿化富集大多数是在构造应力较为张弛的环境下形成的。构造变形岩相形迹的大比例尺填图及测量分析表明 ,热液金矿成矿早期的热液蚀变矿化作用是在压剪性构造背景之下进行的 ,而主要工业矿化与张剪破裂即引张构造有着密切的联系 ,两个阶段的构造应力场有近乎于正交的转化。岩石矿物及流体地球化学的系统分析发现 ,几乎所有的大中型热液矿床中都在热液蚀变基础上伴随强烈的成矿流体浓缩作用 ,初始浓度较稀薄的含矿流体 ,通过水岩反应生成富水矿物的交代带 ,使热液中的自由水大规模缩减 ,并且 ,其自由水通过与C、S等组分的反应也被大量地消耗 ,流体的减压沸腾也极大促进成矿热液中自由水的减少 ,从而使残余流体中金属浓度增高 ,水岩系统中流体的浓缩即时与构造应力场转化为引张作用耦合 ,引起新的流体加入 ,随后的稀释作用形成金属硫化物的沉淀。     

永平铜矿成矿流体特征研究

江西永平铜矿床产于萍乡－乐平断裂拗陷带中，受中石岩统叶家湾组砂页岩和灰岩地层控制，流体包裹 和硫，铅同位素数据表明，成矿流体主体为海水，并可能有部分深源流体加入，盐度w(NaCl)eq＝1．5－5％，成矿作用可以分为3个阶段，在220－350度阶段形成层状矿体，在280－360度阶段形成脉状矿体；在180－300度阶段形成后期混合岩中的硫化的－石英脉，是一个类似于矿型和塞浦路斯型的华南型喷流沉积块状硫化物矿床。