热液体系溶解度实验和热力学计算方法在成矿过程模拟中的应用

热液流体对金属元素的迁移、富集及沉淀成矿起着关键作用,定量刻画金属元素在热液成矿过程中的运移是矿床学研究的重点和难点。以热力学理论为基础,通过开展溶解度实验,揭示金属元素在热液流体中的地球化学行为,是研究金属元素迁移、富集沉淀机制行之有效的重要手段。其中,基于钛合金反应釜开展不同物理化学条件下金属元素在热液流体中的溶解度实验,结合相关的热力学模拟,能够精确测定金属元素在热液流体中的溶解度、络合物配位数、气液两相中的分配系数及相关热力学参数,为定量模拟热液成矿过程提供重要的实验依据。文章归纳了近年来针对热液体系的实验矿床学方法,分析了各类实验方法与分析手段的优点与不足。重点介绍钛合金反应釜溶解度实验和热力学模拟计算方法,并结合该方法模拟钪矿床成矿的水岩反应过程,说明该方法在成矿过程模拟中的应用,最后阐述了其存在的问题,并对该领域未来的研究趋势提出了展望,以期推动该方法在战略性关键金属超常富集机制研究中的应用。     

德兴斑岩铜矿床断裂与侵入体产状对成矿的控制作用:从力-热-流三场耦合数值模拟结果分析

斑岩矿床的成矿机制是一种典型的力-热-流多物理场耦合的岩浆-热液过程,因而从成矿动力学数值计算模拟的角度研究斑岩矿床成矿作用过程,对揭示斑岩岩浆-热液系统动力学演化机制及其成矿响应情况具有十分重要的意义.德兴铜矿(包括朱砂红、铜厂和富家坞)作为目前中国华南已发现的最大斑岩型铜矿床,是研究(大型/超大型)斑岩矿床成矿作用...     

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。     

基于多源数据约束的成矿动力学模拟——以宁芜盆地钟姑矿田典型矿床为例

数据驱动是大数据分析的特点之一。成矿过程的数值模拟即采用数据驱动方式,在基本的物理化学方程及地质模型基础上,通过定量的手段,模拟不同阶段、不同条件下成矿系统的演化过程,从而能够更深入、直观的讨论各种地质要素对成矿系统的影响,验证已有的成矿理论,获得新的认识。姑山铁矿床和杨庄铁矿床是宁芜火山岩盆地钟姑矿田内的典型矿床。前人研究显示,杨庄铁矿床为典型的充填-接触交代型热液矿床,而姑山铁矿床目前在成因上仍存在争议,存在岩浆成因和热液成因等多种观点。为了更好的对比和了解姑山铁矿床和杨庄铁矿床的成因及成矿过程,本文基于多源数据的综合解译剖面,采用力-热耦合数值模拟方法对与热液矿床密切相关的扩容空间的形成机制和特点开展研究。模拟结果显示,姑山铁矿床和杨庄铁矿床可能分属不同的成因类型;随着岩体的逐渐冷却,杨庄铁矿床内岩体和地层接触带会出现明显的扩容空间,可为成矿流体的汇聚及矿质的沉淀提供良好的条件,有利于热液矿床的形成;而姑山铁矿床内岩体和地层接触带只有局部区域出现扩容空间,同时体应变数值较小且形态变化大,并不利于大规模的流体汇聚及矿质的沉淀,姑山铁矿床可能主要为岩浆成因,并受少量热液的叠加改造。     

三江特提斯马厂箐斑岩铜钼矿床成矿时间尺度探讨：来自石英中Ti-Al扩散年代学的约束

近年来,斑岩矿床成矿时间尺度的研究趋向精细化和多样化。利用高精度同位素测年、元素扩散年代学以及热力学数值模拟等方法,斑岩矿床的成矿时间尺度被精确限定在几十年到几十万年之间。石英作为一种在各个成矿阶段脉体中稳定存在的矿物,成为精细研究热液脉冲过程的良好对象。本文以三江特提斯马厂箐斑岩铜钼矿床为研究对象,基于对各阶段脉体关系和矿物组合精细梳理,利用石英中Ti和Al的扩散年代学方法,在限定成矿时间尺度同时也对扩散年代学的适用性提出几点思考。马厂箐矿床的脉体具有多阶段活动特征,据其脉体穿插关系和矿物组成划分出多个热液脉冲阶段。选取样品中可以分别代表两个成矿阶段的A2脉和B3脉石英进行元素扩散模拟。结果显示,早阶段石英CL强度和Ti元素关联度更高,使用Ti扩散模型限定的成矿时间尺度为10.5～57.5 ka;而主成矿阶段CL强度和Al元素关联度更高,使用Al扩散模型限定的成矿时间尺度为522.3 ka。综合分析认为,使用元素扩散年代学限定斑岩成矿的时间尺度可能会受到温压条件、模拟位置、元素测试分辨率和精度等因素的影响,因而需要结合成矿条件和矿物生长特征合理构建扩散模型。     

八家子铅锌矿床氢、氧、碳和硅稳定同位素研究

本文通过对八家子矿床的氢、氧、碳和硅稳定同位素研究,揭示了矿床成矿热液的来源及演化问题。研究表明,成矿热液早期以岩浆热液为主,随着成矿过程的进行加入的大气降水比重越来越大,到晚期可能主要以大气降水为主。热液中碳和硅质的来源早期也是以岩浆来源为主,在成矿过程中演变为岩浆来源和地层来源两者的混合。     

关于德兴斑岩铜矿铜源的初步研究

斑岩铜矿床一向被认为是岩浆热液矿床。近年来,也有人将它划入火山热液矿床。多年来,人们对斑岩铜矿的形成条件和矿床成因作了大量的研究,但有关成矿金属来源的研究却很少。世界各地之热水和蒸气的氢氧同位素研究表明,95％以上的地热水(其中有的温度超过300℃,有的正在进行成矿作用)都是外生水。若“将今论古”,则有可能得出下列结论:地质历史上形成的多数热液矿床的成矿热液主要也是由外生水构成的。水是热液成矿过程     

钴矿床类型划分初探及其对特提斯钴矿带的指示意义

作为一种战略性关键金属,钴的现有矿床类型划分方案存在标准不统一等问题。文章从矿床成因角度提出新的划分方案,认为钴矿床主要有岩浆型、热液型、风化型和化学沉积型4种基本矿床类型。热液型可细分为岩浆热液矿床和盆地流体有关矿床2个亚类型。这一新划分方案对于理解钴矿床成矿作用和指导找矿勘查等方面具有重要启示意义。研究发现热液过程对钴富集成矿具有重要作用,而高盐度流体是钴迁移富集的关键所在。根据盆地流体有关热液钴矿床时空分布规律分析,提出欧亚大陆南缘存在一条上万公里长的特提斯碰撞钴矿带。该带具有得天独厚的金属源区、流体运移和金属沉淀等成矿条件,成矿潜力巨大。     

云南临沧煤型锗矿床中锗富集过程的有限元数值模拟

成矿元素富集作用是煤型关键金属矿床研究面临的主要问题之一。针对云南临沧煤型锗矿床中锗富集过程进行热-流-化-质多场耦合数值模拟研究。结果表明,数值模拟结果与前人研究结果吻合,验证了煤型锗矿床成矿理论及数值模拟方法在矿床学理论研究中的作用。岩体上表面形态是临沧锗矿床成矿的关键控制因素,具有穹隆形态的岩体上表面能够使含煤盆地底部产生9.1×10³倍的锗富集(相较于反应物浓度),在岩体规模减小50%的情况下仍有6.9×10³倍的富集,而凹陷和水平的岩体上表面分别只产生了589倍和9.3倍的锗富集。因此,具有穹隆形态的岩体上表面更有利于其上部的含煤盆地形成高品位的锗矿化,穹隆状岩体的上表面可为岩浆热液成因的煤型锗矿床深、边部找矿勘探提供有利信息。     

热液矿床研究的重要新进展

近几十年来热液矿床领域的重大发现和进展有:格朗松的水在花岗质岩浆中的有限熔融实验,氢、氧等稳定同位素测试技术的应用和非岩浆热液水的确定,蚀变过程中成矿元素活化和富集,海底现代热液成矿作用的发现,很多热液矿床中富钙流体包裹体的存在,岩浆热驱动对流循环成矿模式的提出等。作者研究了与岩浆作用密切有关的典型热液矿床的矿源、水源和热源。研究结果表明,所有这些矿床周围都存在较大范围的成矿元素降低场,且降低场中释放出的成矿金属量与矿床储量大致相当。这表明,成矿金属来自围岩。根据矿石矿物和流体包裹体的氢、氧同位素值,矿床周围较大范围全岩的δO~(18)明显下降,许多热液矿床流体包裹体的富钙特征,热液矿床分布与地层或岩石的透水含水性密切相关等,得出了热液水以表水为主的结论,大陆环境的热液水以大气水演化而成的各种地热水为主。热液的热量主要直接来自与之相邻的岩浆或岩体。在此基础上,提出了三源热液成矿模式,总结出矿床沿矿源、水源和热源产出的分布规律,还阐述了热液矿床预测准测和方法及三种源的标志。     

凡口铅锌矿床矿石与围岩退火模拟实验研究

退火成矿环境研究是近年来矿床学发展的新方向之一,丰富多彩的退火结构、构造现象在越来越多的热液矿床中被发现,足以说明退火环境在热液矿床成矿过程中的重要性,然而这些理论研究以往并未得到实验的验证。本项目通过退火模拟实验,成功地再现了凡口矿区的矿石和围岩的退火结构、构造和独特的球状闪锌矿晶粒的重结晶加大现象,证实了退火重结晶作用是凡口特大型铅锌矿床成矿作用的一个重要方面,开拓了矿床学研究的新领域。     

现代与古代海底热液成矿作用研究进展

海底热液成矿是近年来地质学家关注的热点问题。现代海底热液成矿作用的研究推动了古块状硫化物矿床成矿过程的认识。结合现今研究成果综合分析表明:海底热液成矿作用主要分布在张性活动板块边界,与大地构造活动紧密相连;成矿金属物质来源具有多元性,金属矿化的类型受基底类型(洋壳-陆壳)和岩性组合(基性岩石-中酸性岩石)的控制,岩浆来源的物质也可能对一些块状硫化物矿床有贡献;主导海底热液成矿作用的核心为对流热循环系统,对流循环具有单循环和双扩散对流模式;海底块状硫化物的堆积过程是烟囱的生长、倒塌堆积和热液流体充填与交代的过程,成矿热液流体的温度和密度在这个过程中起关键作用。基于海底热水矿床的重要性,建立完整的热水喷流成矿理论意义重大。     

热液成矿分带的径向对称性

热液成矿分带是普遍存在的规律。在研究银山和铜厂等具体矿床分带规律的基础上,总结出热液成矿分带具有径向对称性,并且用自孤子理论研究了其内在机制,指出热液矿床是活性扩散系统中的自孤子,给出了热液成矿自孤子的定义。用静态径向对称自孤子模型对热液成矿分带的径向对称性进行了描述和分析,得出了一些定性的认识,它们对更深入地研究热液成矿分带的动力学机制和成矿地球化学过程具有一定的意义。     

熊耳山—外方山矿集区中生代Au-Mo成矿系统

熊耳山—外方山矿集区位于秦岭造山带之华北板块南缘,经历了复杂的碰撞造山过程,成矿时间跨度大,成矿强度高,成矿作用多样。复合造山过程和相应的成矿作用已被深入研究,但成矿系统的划分和叠加成矿作用尚需研究。本文将熊耳山—外方山矿集区发育的Au-Mo矿床划分为造山型Mo矿床、斑岩型Mo矿床、岩浆热液脉型Mo矿床、造山型Au矿床和岩浆热液型Au矿床5个类型,对应5种成矿系统：(1)造山型Mo矿床形成于250~227 Ma的同碰撞环境和227~194 Ma的后碰撞环境,为变质热液萃取壳源Mo成矿;(2)斑岩型Mo矿床形成于163~135 Ma的洋陆俯冲环境和135~116 Ma的岩石圈减薄环境,为岩浆热液携带幔源或壳源Mo成矿;(3)岩浆热液脉型Mo矿床形成于227~194 Ma的后碰撞环境,为岩浆热液携带幔源Mo成矿;(4)造山型Au矿床在三叠纪发生了预富集作用,主要形成于163~135 Ma的洋陆俯冲环境和135~103 Ma的岩石圈减薄环境,为变质热液萃取壳源Au成矿;(5)岩浆热液型Au矿床仅形成于135~103 Ma的岩石圈减薄环境,为岩浆热液携带壳源Au成矿。矿集区主要存在两种叠加成矿作用,即不同构造背景下多种成矿系统的叠加和同一构造背景下不同成矿系统的叠加。     

江西贵溪冷水坑多金属矿床成矿过程流体地球化学模拟及其地质意义

江西贵溪冷水坑矿床为-大型-超大型Ag，Pb、Zn矿床，在矿床深部和矿化花岗斑岩体的中心部位有铜矿化现象，但未构成工业矿体。本文将冷水坑成矿体系作为一种含H2S、CO2以用Fe、Cu、Pb、Zn、Ag、Au等金属元素的NaCl型降温成矿热液体系，根据矿床的矿物共生组合及其成矿物理化学条件，认为上述各金属元素在成矿热液中的饱和浓度应分别受黄铁矿或磁黄铁矿、黄铜矿、方铅矿、闪锌矿、辉银矿和自然金的溶解反应控制，并在假定模拟起始温度条件下各金属元素的浓度分别等于其饱和浓度的基础上，对上述金属元素在360-175℃,温度区间内的迁移与沉淀过程进行了计算机数值模拟，在模拟过程中有48种溶解类型参加了计算。其结果不仅与矿床的矿物生成序列基本一致，合理地解释了冷水坑矿床的矿化与蚀变分带，更重要的是，模拟结果还表明，冷水坑成矿热液中富含Cu，但由于其成矿体系的地球化学演化不利于Cu的沉淀和富集，因而未形成工业铜矿体，从而得出了富含金属元素的热液不一定成矿的结论。因此，就冷水坑矿床源区的成矿地球化学特征而言，完全有可能在适宜的地质和地球化学条件下形成具有较大经济价值的铜矿床。冷水坑矿床中缺少具有经济价值的金矿化则表明其矿源中可能贫乏容易被活化转移的Au。     

浙江建德铜矿床地质特征及其成因研究的新进展

通过对建德铜矿床调查研究,总结矿床成矿条件,分析控矿因素,探索矿体分布规律,确定岩浆热液成因后,提出矿液运移理论,首次运用计算机进行数学物理模拟和深部成矿预测,已均被证实,表明所采用理论、方法的合理性和正确性。因矿区发现少量火山岩和硅质岩等而提出海底火山热液沉积成因,经近年矿区地质特征、成矿年龄和流体包裹体等详细研究和开采勘查,认为该矿床为岩浆热液成因,并据此在该矿床外围找到类似的高岭铜矿床。随着矿床研究的深入,在矿床地质特征、成矿时代、成矿流体和成矿物质来源等取得了新进展,矿床成因和成矿机制也因此得到进一步验证。     

岩浆热液中硫的存在形式及其与成矿关系的实验研究

有色金属大部分来自热液硫化矿床.深入研究硫化矿床成矿特征、成矿规律,尤其是硫化矿床的共同组份——硫,在岩浆热液中的存在形式及其与成矿的关系是很有意义的.这不仅是矿床领域,而且也是地球化学范畴中尚未解决的一个理论问题. 在指导找矿勘探中,现有的热液硫化矿床的成矿理论起过很好的作用.但随着地质勘探和研究工作的不断发展,这种理论远不能解释硫化矿床成矿的若干过程.例如,关于成矿溶液的性质,一直认为它是一种含成矿组份很稀薄的溶液,所有成矿组份都溶解在溶液中,随温度、压力及其他物理化学条件的改变,硫化物就逐步沉淀下来     

甘肃白银国家矿山公园成矿模式动态模拟研究

通过对白银厂多金属矿床的区域成矿条件分析,从国家矿山公园规划建设需要出发,对该矿床的成矿模式进行了综合研究,并应用3DSMAX,从成矿物质来源、热液、成矿构造等方面对成矿过程进行了三维动态模拟,直观地表现了该矿床的成矿过程,为矿山公园的建设提供了新的内容,起到了很好的地质科普作用,为今后的矿山公园建设提供了思路。     

湘西南石英脉型金矿水-岩反应与锶、氢、氧同位素的关系

同位素方法已广泛用于矿床成因研究：确定矿床的形成年代,研究含矿热液的来源和地质过程。但是针对具体矿床,这方面研究仍存在许多不确定性或多解性。湘西南石英脉型金矿的成矿流体来源,是一个颇有争议的问题,有人认为成矿流体主要有变质水,后期可能有大气降水加入［...     

甘肃省安家岔金矿床矿物包裹体研究

本文从石英包裹体的气液相成分分析数据和均一温度测定结果出发,计算出矿床的成矿压力、成矿热液的物理比学参数及其化学成分特征参数。结合矿床地质特征对矿床的成矿温度、矿床成矿热液的性质和来源、热液的流动方向、热液化学成分与金矿化的关系、热液中金的迁移形式和沉淀机制等问题作了进一步地探讨。结果表明,安家岔金矿床具有改造型金矿床的成因特点。