岩浆—热液体系成矿流体演化及其金属元素气相迁移研究进展

本文从火山喷气、岩浆热液矿床的成矿流体性质、金属元素在蒸汽相中的溶解及在蒸汽/卤水相的分配实验等方面概述了有关金属元素气相迁移及CO2在成矿过程中作用的研究现状。火山喷气的凝结物中高浓度的Cu、Zn、Pb、As、Ag和Au,以及斑岩型矿床中低密度流体包裹体（蒸汽相）中硫化物矿物的存在,预示着上述金属是以蒸汽相搬运的。金属元素在蒸汽相中溶解实验研究表明,金属元素在蒸汽相中以［MeXm·(H2O)n］水合物的形式存在,其溶解度随着H2O逸度和HCl逸度的增大而增加;熔体—流体体系分配实验研究揭示,NaCl—H2O体系中存在蒸汽—卤水相分离,在含S条件下Au、As等元素通常以HS-离子络合物的形式优先溶于蒸汽相,Fe、Zn、Pb、Mn、Cs等元素以Cl-离子络合物的形式优先富集于卤水相;Cu在富S热液中优先进入蒸汽相,在富Cl贫S热液中通常富集于卤水相,表明Cu在岩浆热液中是以HS-和Cl-两种络合物的形式迁移的。CO2在Au、Cu等金属元素迁移和沉淀过程中可能起重要的作用,不仅促进NaCl—H2O体系相分离,并且促使HS-络合物在蒸汽相富集以及调节成矿流体的酸碱度。斑岩型Cu—Au矿床的矿化过程可概括为3个阶段：高侵位的斑岩分异出的少量岩浆流体主要形成了青磐岩化带和部分钾硅化带,矿化通常不成规模;深部岩浆房早阶段去气作用分异出的岩浆流体主要在斑岩体早期钾化基础上叠加蚀变并形成广泛的浸染状矿化和石英—硫化物细脉,在斑岩体上部形成高级泥化带并形成低温热液型Cu—Au矿化,此阶段为主矿化期;深部岩浆房晚阶段去气作用形成的岩浆流体可能主要使斑岩体和部分围岩形成绢英岩化,并伴随晚期石英—(方解石)—硫化物脉的沉淀。     

北祁连白银矿田火山成因块状硫化物矿床成矿金属来源讨论

在总结国外近年来火山成因块状硫化物矿床有关成矿金属来源的研究进 展的基础上，对白银矿田的矿石和斌矿流纹岩进行了铅同位素分析研究，发现白银矿田的成矿金属元素可能是岩浆流体和循环的热液流体混合的结果，岩浆流体主要提供Cu,Zn,Fe等金属元素的来源，循环的热液流体则从陆壳物质和大洋沉积物中淋滤出Pb.     

斑岩-浅成低温热液型Cu-Au矿H2O-Cl-S流体性质和演化方式对成矿的制约

斑岩—浅成低温热液型Cu—Au成矿流体最具代表性的是H2O—Cl—S流体。流体的性质强烈控制着Cu、Au的成矿行为,包括溶解性、迁移形式和气—液分配。流体的氧逸度和流体中Cl、S物种相对含量决定金属在流体中的溶解形式,高氧逸度的高温高盐度流体中Cu、Au主要和Cl络合,S-3也可能是促进Au溶解的重要S物种形式。而过量的S有利于Cu、Au等元素以含S离子络合物进入液相流体,与含S中性络合物配分进入气相流体并迁移Au至浅成低温热液环境形成矿床。岩浆需要经历充分的分异,出溶成分和性质有利于金属迁移的流体,形成高品位的斑岩型Cu、Au矿体;上覆叠加浅成低温热液型Au矿体可能需要初始的成矿流体状态进入NaCl—H2O的超临界区、有效的演化方式、良好的流体缓冲环境和有利的Au沉淀场所。相分离和流体—流体反应是沉淀斑岩—浅成低温热液型Cu—Au矿体最重要的流体演化方式。气相流体具有独特的流体性质和演化方式,可能成为十分重要的成矿流体。     

浅成-次火山岩黑云母Cu，Au成矿示踪意义

浅成－次火山岩是许多斑岩型和斑岩－浅成低温热液型铜、金矿床矿质和流体的重要来源，斑岩体初始岩浆的Cu,Au丰度，CI，F含量及岩浆结晶时的氧逸度是其能否最终形成含Cu,Au流体的关键因素。黑云母是浅成－次火山中酸性侵入体中最常见的铁镁矿物，含有较丰富的Cu,Au及挥发分CI，F其Fe^3 /Fe^3 (Fe^3 Fe^2 ）比值可以反映其结晶时岩浆的氧化还原状态，尤其是斑晶黑云母往往形成于岩浆流体出溶和去气作用发生之前，它能灵敏地指示其母岩浆的初始Cu,Au丰度和CI，F含量及氧化还原状态，因此，可以作为成矿物质、成矿流体来源的理想示踪矿物，并可用于浅成－次火山侵入人体的成矿潜力。在一些斑岩型铜、金矿床和斑岩－浅成低温热液型金、铜矿床分布区开展浅成－次火山侵入体黑云母的成矿示踪研究，对于解决矿床成因和指导找矿实践均具有重要意义。     

老挝班康姆铜金矿床成矿作用研究及其指示意义

班康姆铜金矿床位于墨江-黎俯火山弧带的中段,成矿条件优越,区内中性侵入杂岩具有岛弧钙碱性火山岩的地球化学特征,属火山岛弧环境。氢、氧同位素特征及黄铁矿流体包裹体的He、Ar同位素特征均指示流体为岩浆流体与大气雨水型地下水的混合流体,晚期经历了开放系统的持续瑞利去气过程。硫同位素组成表明成矿系统的硫源主要为深源地幔硫,推断Au、Cu应来自地幔源区,在俯冲消减的构造背景下,携带大量Cu、Au等成矿金属构成富矿初始岩浆流体。热液成矿作用经历了高温矽卡岩蚀变阶段、中温青磐岩热液蚀变矿化阶段、低中温金矿化阶段和超低温热液碳酸盐化阶段4个阶段,中低温阶段为主要的矿化阶段,而北东-北北东向次级断裂带成为浅部重要的容矿空间。流体包裹体及稀土元素特征指示了矿床深部存在隐伏的岩体,很可能为含矿的斑岩体,这对班康姆矿床乃至成矿带的研究及勘查具有重大的意义。     

岩浆热液出溶和演化对斑岩成矿系统金属成矿的制约

岩浆热液过渡阶段对于与岩浆热液有关矿床的形成非常重要。以往的研究多侧重于岩浆结晶阶段和低于固相线的热液阶段过程和演化 ,但对于流体从熔体出溶到熔体最后固结过程的理解却很有限。基于流体包裹体冷热台研究、单个流体和熔体包裹体原位无损成分分析技术 ,并结合挥发份和成矿元素在共存相间分配的实验和质量平衡计算模拟 ,岩浆热液出溶和演化对金属成矿制约的研究取得了很大进展。文中从岩浆中挥发份的出溶和演化、成矿元素在岩浆热液过渡体系各相之间的分配、斑岩矿床成矿流体及与金属成矿的关系、浅成热液矿床成矿流体及与金属成矿的关系几个方面进行了阐述。研究表明 :( 1)岩浆熔体不仅含有足够的挥发性组分 ,而且出溶的挥发份能够被圈闭在流体包裹体中而成为岩浆出溶热液的实物证据。 ( 2 )挥发份和成矿元素不仅在岩浆熔体和出溶的溶液间分配 ,还将在熔体与盐水溶液、熔体与气相以及盐水溶液与气相间进行分配。Cu在岩浆蒸气中比在共存的熔体中要富集数百倍 ,而Cu ,As,Au(可能作为HS配合物 )则偏向于分配进入与液体相共存的蒸气相中。 ( 3 )成矿元素在熔体 /溶液间的分配系数受控于熔体中初始水含量与饱和水含量之比值和岩浆熔体与共存出溶水溶液的w(Cl) /w(H2 O)和w(F) /w(Cl)比值。 ( 4 )斑岩     

大井铜-锡多金属矿床成矿作用与岩浆流体的关系

通过对大井铜锡多金属矿床硫化物的硫同位素和流体包裹体的氢同位素测定,确定了成矿期的流体以大气降水为主,但硫主要来源于深部的岩浆流体。岩浆流体对这类热液脉型矿床的形成起着重要作用, 富硫和其它挥发组分的岩浆流体携带了岩浆中的Cu、Sn等多种成矿金属元素,它与大气降水的混合是造成Sn、Cu和Zn等金属成矿物质逐步沉淀的主要原因     

山东邹平火山岩地区铜矿床成矿流体的形成、演化及成矿

邹平地区与火山岩浆热液作用有关的铜矿床主要可划分为2种类型：一类为斑岩-火山角砾岩型,另一类为浅成低温热液型;代表性矿床分别为王家庄斑岩一火山角砾岩型铜（钼）矿床和南洞子浅成低温热液型铜（金）矿床。流体包裹体研究表明：王家庄铜（钼）矿床成矿流体的均一化温度和盐度偏高,出现了富气相的两相水溶液包裹体、富液相的两相水溶液包裹体和含子晶的三相水溶液包裹体共存现象,加温后,富气相包裹体均一到气相,同期富液相包裹体均一到液相的特征,这表明成矿流体在形成和演化过程中曾发生过沸腾作用。南洞子铜（金）矿床成矿流体均一温度和盐度偏低,以上3种包裹体共存的现象不明显,说明成矿流体在形成和演化过程中沸腾作用不强。上述2类矿床矿化脉石英中的δ^18OH2O-δD投影点飘离岩浆水范围,参照流体包裹体研究结果,证明邹平地区与火山岩浆热8液作用有关的铜矿成矿流体主要来源于岩浆水,后期混人大气降水。相比之下,浅成低温热液铜矿成矿流体中的大气降水混入量多。     

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。     

金属矿床的成矿流体成分和流体包裹体

自然界中的成矿流体按其主要成分,可分为:(1)岩浆,即形成岩浆矿床的岩浆;(2)以H2O为主的流体(含Na Cl);(3)以CO2为主的流体。地壳中的流体类型很多,只有含一定金属元素含量的,并且达到一定浓度时才称为金属矿床的成矿流体。基于对矿床中流体包裹体和天然成矿流体中金属种类和含量的测定,这些金属矿床的成矿流体按金属元素含量可以分为五组,成矿流体可以来自岩浆、岩浆热液、大气降水、盆地卤水和变质流体等地质环境。     

The relation between Cu/Au ratio and formation depth of porphyry-style Cu–Au ± Mo deposits

Constraints on gold and copper ore grades in porphyry-style Cu–Au ± Mo deposits are re-examined, with particular emphasis on published fluid pressure and formation depth as indicated by fluid inclusion data and geological reconstruction. Defining an arbitrary subdivision at a molar Cu/Au ratio of 4.0 × 10⁴, copper–gold deposits have a shallower average depth of formation (2.1 km) compared with the average depth of copper–molybdenum deposits (3.7 km), based on assumed lithostatic fluid pressure from microthermometry. The correlation of Cu/Au ratio with depth is primarily influenced by the variations of total Au grade. Despite local mineralogical controls within some ore deposits, the overall Cu/Au ratio of the deposits does not show a significant correlation with the predominant type of Cu–Fe sulfide, i.e., chalcopyrite or bornite. Primary magma source probably contributes to metal endowment on the province scale and in some individual deposits, but does not explain the broad correlation of metal ratios with the pressure of ore formation. By comparison with published experimental and fluid analytical data, the observed correlation of the Cu/Au ratio with fluid pressure can be explained by dominant transport of Cu and Au in a buoyant S-rich vapor, coexisting with minor brine in two-phase magmatic hydrothermal systems. At relatively shallow depth (approximately <3 km), the solubility of both metals decreases rapidly with decreasing density of the ascending vapor plume, forcing both Cu and Au to be coprecipitated. In contrast, magmatic vapor cooling at deeper levels (approximately >3 km) and greater confining pressure is likely to precipitate copper ± molybdenum only, while sulfur-complexed gold remains dissolved in the relatively dense vapor. Upon cooling, this vapor may ultimately contract to a low-salinity epithermal liquid, which can contribute to the formation of epithermal gold deposits several kilometers above the Au-poor porphyry Cu–(Mo) deposit. These findings and interpretations imply that petrographic inspection of fluid inclusion density may be used as an exploration indicator. Low-pressure brine + vapor systems are favorable for coprecipitation of both metals, leading to Au-rich porphyry–copper–gold deposits. Epithermal gold deposits may be associated with such shallow systems, but are likely to derive their ore-forming components from a deeper source, which may include a deeply hidden porphyry–copper ± molybdenum deposit. Exposed high-pressure brine + vapor systems, or stockwork veins containing a single type of intermediate-density inclusions, are more likely to be prospective for porphyry–copper ± molybdenum deposits.     

斑岩铜(钼-金)矿床的成矿流体

斑岩铜矿是主要的铜资源,是矿床研究和勘查的重要目标。斑岩铜矿按其与板块构造的关系可分为2种:俯冲带斑岩铜矿和碰撞造山带斑岩铜矿,它们在成矿流体方面有很多区别,其中较大的差别是碰撞造山带斑岩铜矿的钾化蚀变带比俯冲带斑岩铜矿的钾化蚀变带强得多,且范围也相对较宽。文章简述了这2种斑岩矿床的主要地质特征,着重从流体包裹体、蚀变作用和稳定同位素研究来探讨斑铜矿床成矿流体的主要特征,包括成矿流体的成分、形成温度和压力,氢、氧、碳和硫稳定同位素组成。这两种类型的斑岩铜矿中主要发育5种包裹体:M熔体包裹体;Ⅰ液体包裹体;Ⅱ气体包裹体;Ⅲ含子矿物的多相包裹体和CO2_H2O包裹体。Ⅱ类和Ⅲ类包裹体常共存,且均一温度相似,表明成矿流体经历了不混溶和沸腾作用。在Ⅲ类含子矿物的包裹体中发现了含金属硫化物(黄铜矿、黄铁矿)和氧化物(赤铁矿、磁铁矿)子矿物。在斑岩金矿和碰撞造山带的斑岩铜矿中出现CO2_H2O包裹体,在斑岩的斑晶和一些早期石英脉的石英中可见到熔体包裹体以及熔体_流体包裹体,它们代表斑岩岩浆的样品,说明斑岩铜矿的形成经历了岩浆和热液阶段。最近的研究表明,斑岩铜矿的初始流体是中等盐度和密度的岩浆流体。这种流体在上升过程中因压力释放而发生沸腾,形成气体包裹体和含子矿物的高盐度包裹体。     

流体包裹体在矿床研究中的作用

流体包裹体分析是现代矿床学研究的一个重要手段,对矿床类型的划分及成矿流体成分、温度、压力的研究有着重要的作用.在矿质沉淀的主要机制中,流体相分离及流体混合的主要证据来自流体包裹体;对金属在气相中的搬运的认识,也主要来自包裹体研究.成矿流体成分对认识金属在热液中的搬运方式起着重要作用,流体温度和压力数据是成矿流体动力学模式的重要制约.     

单个流体包裹体LA-ICP-MS成分分析及在矿床学中的应用

流体对于热液矿床成矿过程起着十分重要的作用,而古成矿流体最直接的代表是流体包裹体,流体包裹体研究是了解与成矿有关的一系列问题的重要钥匙。单个流体包裹体成分LA-ICP-MS分析是了解成矿流体成分特征的最重要手段之一。文章简要介绍了单个流体包裹体成分LA_ICP_MS分析技术及待测样品选取等方面的问题,重点归纳了流体包裹体成分LA-ICP-MS分析在矿床学中的主要应用,如成矿流体的特征、成矿流体的来源、成矿流体演化历程、诱发金属沉淀的原因、岩浆_热液矿床中金属的来源、元素在不同相中的分配、模拟计算。最后为LA-ICP-MS对单个流体包裹体成分测试的前景做了简单的展望。     

Experimental Study of the Distribution of Au and Cu in Aqueous Vapor Phase at High Temperatures and Its Role on Ore-forming Transportation

This study focuses on experiments of Au and Cu dissolved in vapor phase in hydrothermal fluids. Experiments prove that Au and Cu can re-distribute in vapor phase and liquid phase during separation of Au- and Cu-bearing supercritical fluids to vapor and liquid phases. These experimental results can illustrate some ore geneses, where boiling phenomena of ore fluids were found. Au- and Cubearing NaHCO3-HCl solutions were heated up to more than 350℃ in the main vessel, and then passed through a phase separator in a temperature range from 250℃ to 300℃, separated into vapor and liquid phases. We collected and analyzed the liquid and vapor samples separately, and found that Au and Cu dissolved and distributed in vapor phase. In some cases, the concentrations of Au and Cu in vapor are higher than those in liquid phase. Those experiments are used to interpret field observations of fluid inclusion data of some Au and Cu deposits, and demonstrate that some Au and Cu ore deposits are derived from metals transportation in vapor phase.     

小秦岭东闯铅,金矿床流体包裹体地球化学特征

东闯铅，金矿床是一大型石英脉型矿床，依据实际的观察，测试结果，论述了矿床的矿物充体包裹体地球化学特征，认为成矿溶液为Ｈ２Ｏ－ＣＯ２－ＮａＣｌ体系，富含Ｈ２，Ｎ２，ＣＯ，ＮＨ３，Ｈ２Ｓ，ＣＨ４及其他烃类气体，矿液呈弱酸性一弱碱性，还原条件，氧逸度低，温度高，矿液进入断裂扩容部位后发生的不混现象对矿质的沉淀有着重要影响，是一高温深成热液矿床。     

关于岩浆热液矿床形成的几个问题——以斑岩型矿床为例

岩浆在其放气作用过程中能向地表释放出大量的金属元素，如Ｃｕ、Ｍｏ、Ａｕ，如果存在适当的富集机制，从而浆熔体中释入出来的成矿元素在一定的地质环境中聚集并沉淀就能够形成工业矿体。岩浆液态不混溶作用是导致分散于岩浆熔体中的成矿元素有效富集并最终形成工业矿体的重要机制。     

深源富碱硅热流体与斑岩铜矿含矿斑岩体的成因联系及流体包裹体、斑晶结构证据

通过中国几个主要斑岩铜矿含矿斑岩体中斑晶结构及斑晶中流体包裹体的详细研究得出 :斑岩体中的斑晶具明显的包含、筛状、间隙、聚合及次生加大等变斑晶结构。斑晶 (石英 )中流体包裹体具有饱和及过饱和盐水蒸气沸腾流体包裹体组合的特征 ,缺乏熔融包裹体。该沸腾流体包裹体组合(全岩 )中过饱和盐水包裹体占 2 9% ,饱和盐水包裹体占 2 % ,不饱和盐水包裹体占 4 5 % ,气相包裹体占 2 4 %。根据饱和盐水包裹体的均一温度确定斑晶的形成温度区间为 3 11～ 4 0 7℃。流体包裹体的成分主要为H2 O ,CO2 ,K+,Na+,Cl-,SO2 -4等 ,从而进一步论证了斑岩铜矿中含矿斑岩体并非岩浆直接结晶的产物 ,而很可能是由深部富K ,Na ,Si的热流体交代或局部熔融上部含Cu硅酸盐地壳的结果。