张荣华地球深部矿床成矿作用和分带.ppt

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1、深部成矿会议深部成矿会议深部成矿会议深部成矿会议,合肥合肥合肥合肥,2007.9,27,2007.9,27张荣华张荣华 张雪彤张雪彤 胡书敏胡书敏地球化学动力学开放研究实验室地球化学动力学开放研究实验室中国地质科学院中国地质科学院 矿产资源研究所矿产资源研究所 基本思想基本思想:大多数热液金属氧化物矿石形成于中地壳。大多数热液金属氧化物矿石形成于中地壳。地地壳壳和和上上地地幔幔流流体体性性质质和和深深部部水水岩岩相相互互作作用用决决定定了了矿矿石的性质。石的性质。金金属属矿矿石石大大区区域域分分带带性性和和不不同同尺尺度度的的分分带带性性及及分分布布规规律的自相似性律的自相似性,是深部流体性质

2、决定的。是深部流体性质决定的。深深部部深深部部流流动动/反反应应/迁迁移移出出现现周周期期性性分分布布。由由深深部部的的地幔金属流体活动地幔金属流体活动(Influx)引起的。引起的。从从地地面面的的金金属属异异常常性性质质和和金金属属分分带带性性可可以以判判断断深深部部埋埋藏的金属矿石分布藏的金属矿石分布,多次水热多次水热/金属矿化的叠加。金属矿化的叠加。地地球球深深部部流流体体在在高高温温高高压压下下的的性性质质随随深深度度的的改改变变，导导致致在在岩岩石石圈圈里里由由深深到到浅浅在在不不同同层层次次里发生的化学动力学过程的变化。里发生的化学动力学过程的变化。需需要要进进行行高高温温高高压

3、压的的原原位位的的实实验验，研研究究深深部部流体进入地壳过程。流体进入地壳过程。深深部部流流体体从从高高温温高高压压下下进进入入低低温温低低压压过过程程，一一定定会会遇遇到到水水的的临临界界态态的的条条件件下下de水水与与岩岩石石或矿物与水溶液的反应。或矿物与水溶液的反应。一一.序序,主题：主题：水岩相互作用实验证明，跨越水的临界态时，水岩相互作用实验证明，跨越水的临界态时，出现矿物与水的反应动力学的涨落是导致矿出现矿物与水的反应动力学的涨落是导致矿石的形成原因之一。石的形成原因之一。中地壳成矿。中地壳成矿。主题：主题：为了找寻深埋的金属矿石为了找寻深埋的金属矿石为了找寻深埋的金属矿石为了找寻

4、深埋的金属矿石,研究深部成矿作用主要有研究深部成矿作用主要有研究深部成矿作用主要有研究深部成矿作用主要有三个问题：三个问题：三个问题：三个问题：金属深部来源，金属在深部的迁移金属深部来源，金属在深部的迁移金属深部来源，金属在深部的迁移金属深部来源，金属在深部的迁移,堆积过程。堆积过程。堆积过程。堆积过程。一个金属流体，在流动过程中不断与围岩反应，一一个金属流体，在流动过程中不断与围岩反应，一一个金属流体，在流动过程中不断与围岩反应，一一个金属流体，在流动过程中不断与围岩反应，一面沉淀金属矿物，一面改变流体的性质，可以形成面沉淀金属矿物，一面改变流体的性质，可以形成面沉淀金属矿物，一面改变流体的

5、性质，可以形成面沉淀金属矿物，一面改变流体的性质，可以形成空间的金属分带性。空间的金属分带性。空间的金属分带性。空间的金属分带性。二、重要热液矿石形成二、重要热液矿石形成于中地壳于中地壳热液矿床的矿物流体包体研究提供了丰热液矿床的矿物流体包体研究提供了丰富的成矿流体性质数据，如温度、压力、富的成矿流体性质数据，如温度、压力、盐度和溶解的多种化学组分盐度和溶解的多种化学组分.这些数据可以用于推测矿床形成的深度这些数据可以用于推测矿床形成的深度与矿石共生的热液性质。与矿石共生的热液性质。地壳和岩石圈的主要流体地壳和岩石圈的主要流体地壳和岩石圈的主要流体地壳和岩石圈的主要流体是是是是NaCl-H2O

6、NaCl-H2O和和和和NaCl-NaCl-H2O-CO2H2O-CO2。一般地说，地。一般地说，地。一般地说，地。一般地说，地壳是处于壳是处于壳是处于壳是处于3535公里公里公里公里深。温度深。温度深。温度深。温度是是是是650650 C C和和和和500-600MPa500-600MPa。上地幔的底界条件大致是上地幔的底界条件大致是上地幔的底界条件大致是上地幔的底界条件大致是在在在在10001000 C C左右和左右和左右和左右和2GPa2GPa，大致大致大致大致400400公里公里公里公里深它是辉石深它是辉石深它是辉石深它是辉石橄榄石区橄榄石区橄榄石区橄榄石区.研究地球深部流体性质。研究

7、地球深部流体性质。深部成矿部位深部成矿部位-中地壳中地壳 科科 学学 发发 现现主主要要热热液液矿矿床床形形成成于于中中地地壳壳条条件件，与与流流体体从从近近临临界界到到超超临临界界流流体体的的性性质质涨涨落落有有关。关。含含矿矿卤卤水水在在降降温温、跨跨越越临临界界态态时时沉沉淀淀它它的的矿矿石。石。临界温度临界温度374374度度我我我我国国国国斑斑斑斑岩岩岩岩铜铜铜铜矿矿矿矿（玉玉玉玉龙龙龙龙），长长长长江江江江中中中中下下下下游游游游火火火火山山山山岩岩岩岩区区区区铁铁铁铁铜铜铜铜矿矿矿矿，长长长长江江江江中中中中下下下下游游游游矽矽矽矽卡卡卡卡岩岩岩岩铜铜铜铜矿矿矿矿和和和和南南南南

8、岭岭岭岭的的的的钨钨钨钨锡锡锡锡钼钼钼钼铋铋铋铋和和和和稀稀稀稀土土土土稀稀稀稀有有有有金金金金属属属属矿矿矿矿床床床床，基基基基本本本本是是是是在在在在350-450C350-450C和和和和中中中中等等等等盐盐盐盐度度度度的的的的流流流流体体体体里里里里沉淀的。沉淀的。沉淀的。沉淀的。大大大大部部部部分分分分热热热热液液液液矿矿矿矿床床床床形形形形成成成成于于于于中中中中地地地地壳壳壳壳的的的的温温温温度度度度压压压压力力力力下下下下。各各各各种种种种不不不不同同同同类类类类型型型型硫硫硫硫化化化化物物物物矿矿矿矿石石石石形形形形成成成成于于于于上上上上中中中中地地地地壳壳壳壳至至至至地地

9、地地表表表表的的的的热热热热泉泉泉泉的的的的各各各各种不同环境。种不同环境。种不同环境。种不同环境。深深深深部部部部地地地地壳壳壳壳和和和和上上上上地地地地幔幔幔幔可可可可能能能能发发发发生生生生与与与与中中中中-基基基基性性性性岩岩岩岩浆浆浆浆岩岩岩岩石石石石有有有有关关关关的矿石。的矿石。的矿石。的矿石。地球深部流体的物理化学性质：地球深部流体的物理化学性质：l地球深部的流体主要成分是地球深部的流体主要成分是H2O、CO2、各种电解质、各种电解质及有机物。半个世纪以来及有机物。半个世纪以来H2O、CO2、H2O-CO2、NaCl-H2O、H2O-CO2-NaCl、CaCl2-H2O等许多体

10、等许多体系经过了反复实验研究。系经过了反复实验研究。l通常说，通常说，H2O作为溶剂能够溶解大量的离子和亲水化作为溶剂能够溶解大量的离子和亲水化合物。合物。l但是在高温高压状态下水的性质发生改变，在临界点但是在高温高压状态下水的性质发生改变，在临界点出现突变。矿床学家过去对这些问题并不关心，现在出现突变。矿床学家过去对这些问题并不关心，现在需要重新思考，以再认识矿床成因。需要重新思考，以再认识矿床成因。深部地壳水深部地壳水-超临界态流体性质超临界态流体性质跨越临界态时，气与液相分离时，气体迁移金属。跨越临界态时，气与液相分离时，气体迁移金属。跨越临界态时，气与液相分离时，气体迁移金属。跨越临界

11、态时，气与液相分离时，气体迁移金属。l这个二元系的液相、气相和这个二元系的液相、气相和L-V两相界面，在高温压两相界面，在高温压沸腾时的性质，近临界态及临界态的性质沸腾时的性质，近临界态及临界态的性质,NaCl-H2O系统临界线，水里系统临界线，水里NaCl含量决定了临界温度和压力。含量决定了临界温度和压力。含矿流体含矿流体NaCl-H2O体系体系岩石圈含矿流体性质及其与岩石相互作用化学岩石圈含矿流体性质及其与岩石相互作用化学动力学：动力学：深部流体进入地壳：与岩深部流体进入地壳：与岩石反应石反应、金属来源：金属来源：中上地壳条件下，流动热液内矿物中上地壳条件下，流动热液内矿物矿石的化学动力学

12、矿石的化学动力学-跨越临界态的涨跨越临界态的涨落落跨越临界态：大于跨越临界态：大于300条件的矿条件的矿物物-水反应动力学水反应动力学l在近临界态时出现矿物反应动力学过程涨落。实验结果在近临界态时出现矿物反应动力学过程涨落。实验结果表明：多数情况下，钠长石、阳起石、辉石溶解反应是表明：多数情况下，钠长石、阳起石、辉石溶解反应是不一致溶解作用，各种阳离子溶解速率不一致。当温度不一致溶解作用，各种阳离子溶解速率不一致。当温度小于小于300，钠长石、阳起石和辉石溶解反应的不一致溶，钠长石、阳起石和辉石溶解反应的不一致溶解表现为钠、铝、钙、镁等更易进入溶液。当温度大于解表现为钠、铝、钙、镁等更易进入溶

13、液。当温度大于300，不一致溶解表现为硅更易进入溶液。在研究的温，不一致溶解表现为硅更易进入溶液。在研究的温度范围内，在升温过程中，钠长石、阳起石和辉石溶解度范围内，在升温过程中，钠长石、阳起石和辉石溶解反应的溶解速率由低到高逐渐变化，抵达最大值。然后反应的溶解速率由低到高逐渐变化，抵达最大值。然后再升温，溶解速率随之减低。钠长石、阳起石和辉石在再升温，溶解速率随之减低。钠长石、阳起石和辉石在水中的溶解反应的最大反应速率是在水中的溶解反应的最大反应速率是在300。并且，在近。并且，在近临界态时溶解反应出现很大涨落临界态时溶解反应出现很大涨落 在临界态的在临界态的涨落涨落：矿物矿物/流体流体相互

14、作用的相互作用的化学动力学化学动力学在临界态的在临界态的涨落，在国涨落，在国际地学界尚际地学界尚未开始未开始。钠钠钠钠长石最大反应长石最大反应长石最大反应长石最大反应速率在速率在速率在速率在300300C C钠长石的最大溶解反应速率在近临界温度，钠长石的最大溶解反应速率在近临界温度，在在300300。矿物与水反应动力学在跨越临界态时的涨落矿物与水反应动力学在跨越临界态时的涨落科学发现：科学发现：辉石的最大溶解速率辉石的最大溶解速率辉石的最大溶解速率辉石的最大溶解速率在近临界温度在近临界温度在近临界温度在近临界温度在中地壳条件下跨越临界态时玄在中地壳条件下跨越临界态时玄武岩水的相互作用实验武岩水

15、的相互作用实验l在岩石圈深部流体上升，通过中地壳时，水溶在岩石圈深部流体上升，通过中地壳时，水溶液会处于临界态。因为在地壳液会处于临界态。因为在地壳10-15公里深处，公里深处，可以找到可以找到374C水临界温度的地方。大洋中脊水临界温度的地方。大洋中脊的热水喷口，一般是的热水喷口，一般是2000多米水深，喷口的温多米水深，喷口的温度多是度多是408C。喷出前，在深部处于超临界态，。喷出前，在深部处于超临界态，超临界流体与洋底玄武岩石反应。在洋底的喷超临界流体与洋底玄武岩石反应。在洋底的喷出流体处于是一个跨越临界态的恒压、迅速降出流体处于是一个跨越临界态的恒压、迅速降温减低过程中。喷出的液相物

16、质向喷口周围流温减低过程中。喷出的液相物质向喷口周围流动，与海水快速反应。大量硫化物快速沉淀。动，与海水快速反应。大量硫化物快速沉淀。同时。流体还与洋底玄武岩反应。同时。流体还与洋底玄武岩反应。玄武岩与水反应：玄武岩与水反应：玄武岩与水反应：玄武岩与水反应：SiSi,Al,K,Na,Fe,Al,K,Na,Fe,MnMn,Ti,Li,Ti,Li,BaBa,Cu,Zn,Pb,AgCu,Zn,Pb,Ag,.,.的最的最的最的最大溶解速率在近临大溶解速率在近临大溶解速率在近临大溶解速率在近临界温度界温度界温度界温度 堆积：堆积：矿石形成于中地壳矿石形成于中地壳实实验验与与矿矿床床的的调调查查相相结结合

17、合，进进一一步步证证实实许许多多金金属属矿矿石石都都是是在在跨跨越越临临界界态态时时迅迅速速堆堆积积的的基基本本规规律律。矿石形成于中地壳条件下。矿石形成于中地壳条件下。矿化蚀变的等温线在矿化蚀变的等温线在矿化蚀变的等温线在矿化蚀变的等温线在300-374300-374300-374300-374C C C C范围范围范围范围 是一相转变线是一相转变线是一相转变线是一相转变线洋中脊的热水活动洋中脊的热水活动洋中脊的热水活动洋中脊的热水活动350350度等温线度等温线度等温线度等温线 300 300度等温线度等温线度等温线度等温线 （矿物流体包均一温度）（矿物流体包均一温度）（矿物流体包均一温度

18、）（矿物流体包均一温度）三、金属的分带性三、金属的分带性l成矿带和矿床都存在金属矿床类型和矿石的带成矿带和矿床都存在金属矿床类型和矿石的带状分布。状分布。l最简单的表达方式：最简单的表达方式：l内带为内带为W-Sn-Mo-Bi-Mo-REE-（BeNbTa）；）；中带为中带为Cu-Zn-Pb-Ag；l外带外带As-Au-Sb-Hg和和W。前苏联，加拿大、澳大利亚、美国等，金属前苏联，加拿大、澳大利亚、美国等，金属矿床原生晕研究代表了当前国际水平矿床原生晕研究代表了当前国际水平。l前苏联，有人提：前苏联，有人提：元素统一分带序列元素统一分带序列:W-Be-As-Sn-U-Mo-Co-NBi-Cu

19、1-Au-Sn-Zn-Pb-Ag-Cd-Cu2-Sb-Hg-Ba-Sr。l用用特征元素特征元素:矿体矿体前缘元素与尾部元素前缘元素与尾部元素的累乘晕或的累乘晕或累加晕比值的级次来确定矿床侵蚀深度、评价盲累加晕比值的级次来确定矿床侵蚀深度、评价盲矿。矿。l据戈里格良法计算原生晕轴向分带据戈里格良法计算原生晕轴向分带。前苏联，加拿大、澳大利亚、美国等，金属矿床原生晕研究代表了当前国际水平。用元素比值反映矿床分布规律比单元素明显。用元素比值反映矿床分布规律比单元素明显。地球化学系统的结构地球化学系统的结构:成矿元素与共生元素富成矿元素与共生元素富集的集的(正异常正异常)和亏损的和亏损的(负异常负异常

20、)的原生晕组成的原生晕组成美国在金属矿床原生晕，美国在金属矿床原生晕，60年，识别同生模式、蚀变年，识别同生模式、蚀变模式、矿石的组分分带、同位素模式及较大的分散环模式、矿石的组分分带、同位素模式及较大的分散环最为有用。最为有用。克拉马祖斑岩铜矿矿床最具代表性克拉马祖斑岩铜矿矿床最具代表性 ，无矿的核部蚀变带的晕是B.Ba.Sr.Li;矿带晕是Mn.Mo.Ag.Au.Te,K;矿带四周的正晕正晕有Co.V.Fe.S.Se.Au.Te;矿带四周的负晕负晕有Mn.Gn.Yb.Rb.Cs.Sr.Tl。l无矿的核部蚀变带的晕是B.Ba.Sr.Li;l矿带晕是Mn.Mo.Ag.Au.Te,K;l矿带四周

21、的正晕有Co.V.Fe.S.Se.Au.Te;l矿带四周的负晕有Mn.Gn.Yb.Rb.Cs.Sr.Tl。Porphry 围岩蚀变青盘岩化、泥化及钾化蚀变带：带出带出:Fe,Mg,Ca,Na 退色浅色退色浅色蚀变加入加入:SiO2,K,H2O:水化水化/钾质钾质蚀变l在长江中下游矿带在长江中下游矿带:几百几百KM矿床类型分带矿床类型分带l内到外：矽卡岩内到外：矽卡岩-磁铁矿磁铁矿-磁黄铁矿磁黄铁矿-黄铁矿矿石黄铁矿矿石分带，外带有金矿化及分带，外带有金矿化及Pb/Zn矿石。矿石。l铜陵矿田铜陵矿田:/矿区矿石分带矿区矿石分带:l内到外带：磁铁矿内到外带：磁铁矿-磁黄铁矿磁黄铁矿-黄铁矿黄铁矿C

22、u矿石内矿石内带，外带有带，外带有Au矿化矿化-Pb/Zn矿石。矿石。矿床原生晕的研究l矿床围岩成矿元素和微量元素矿床围岩成矿元素和微量元素,与地区元素丰度比与地区元素丰度比较较,圈出矿体原生晕异常形态、强度及元素组合特圈出矿体原生晕异常形态、强度及元素组合特征征.选取选取Cu,Ag,Mo,Pb,Zn等指示元素来圈定异常等指示元素来圈定异常轴向分带元素分带序列轴向分带元素分带序列:原生晕轴向分带梯度原生晕轴向分带梯度,指示元素比值特征方法指示元素比值特征方法,等。等。Au矿床原生晕的轴向分带-金属分带与蚀变分带:用国际国内流行的数据处理方法（研究元素丰度、元素分带序列、指示元素比值特征、指示元

23、素比值特征、戈里格良法、多元统计分析。多元统计分析。2)根据物理化学条件变化（PTX），元素迁移性质与金属-蚀变分带之间相关关系判断：矿化前锋，矿体里和矿的根部；成矿后的金属分带。3)重点：远矿/弱异常/多次叠加蚀变蚀变分带蚀变分带-PTX条件分条件分带对应带对应:外带外带:浅色蚀变浅色蚀变内带内带:暗色蚀变暗色蚀变对应金属分带对应金属分带外带外带:负异常负异常MnSrVCo 正异常正异常:Zn,PbBa,AgAu,Cu,CoZnPbBaAgAuCu,Co金属分带与蚀变分带的一致性：蚀变矿物在矿床（矿金属分带与蚀变分带的一致性：蚀变矿物在矿床（矿体）的前、中、后部位置和垂直和水平分带中演化。体

24、）的前、中、后部位置和垂直和水平分带中演化。用蚀变矿物区别不同阶段金属矿化。用蚀变矿物区别不同阶段金属矿化。矿物的矿物的UV-NIR-IR分析，确定矿物在空间里的变化。蚀变分带确定分析，确定矿物在空间里的变化。蚀变分带确定/识别远矿、近矿和根部的标志。识别远矿、近矿和根部的标志。已往一种铜矿剖面原生晕研究结果与地表相同：剖面已往一种铜矿剖面原生晕研究结果与地表相同：剖面里的金属深度分布态势，分为四组里的金属深度分布态势，分为四组:l前缘晕：前缘晕：Au,Bi,Hg和和Mo，位于铜矿带的前上方，位于铜矿带的前上方，与金矿带的产出位置相当与金矿带的产出位置相当;l二组：二组：Ag,As,Sb,Pb

25、和和Cu：在在Au矿带下部和矿带下部和Cu矿带前上部中、近程指示矿带前上部中、近程指示元素元素;l三组：三组：W(Zn,Sn)，在，在Cu矿带的下半部，矿带的下半部，l四组：四组：Be，在整个，在整个Au,Cu矿带部位出现低值区。矿带部位出现低值区。金属分带机制金属分带机制l从溶解反应动力学来说，低温时，离子键化合物容易从溶解反应动力学来说，低温时，离子键化合物容易溶解，升温以后，变为极性键化合物容易溶解。反过溶解，升温以后，变为极性键化合物容易溶解。反过来，从高温条件下降温，首先沉淀是离子键氧化物，来，从高温条件下降温，首先沉淀是离子键氧化物，再降温才沉淀极性键的硫化物。同时金属氧化物的金再

26、降温才沉淀极性键的硫化物。同时金属氧化物的金属属-氧之间的键性不同，决定它们的不同沉淀次序。在氧之间的键性不同，决定它们的不同沉淀次序。在南岭地区容易发现；一个金属矿床的内带（常是岩体南岭地区容易发现；一个金属矿床的内带（常是岩体的接触带）是磁铁矿的接触带）是磁铁矿/铁钨铁钨/Sn矿石。在外带，在离开矿石。在外带，在离开一定距离上出现脉状硫化物（一定距离上出现脉状硫化物（Pb/Zn/Ag）。）。在很远的在很远的地方有地方有Au、As、Sb等。等。在同一温度压力下，各种金属的溶解度，或溶解在同一温度压力下，各种金属的溶解度，或溶解（或沉淀）的速率不同。在一个含金属流体，从（或沉淀）的速率不同。在

27、一个含金属流体，从高温、高于水的临界态的流体中沉淀金属矿物时，高温、高于水的临界态的流体中沉淀金属矿物时，首先沉淀金属氧化物。在减低温度过程中依次为首先沉淀金属氧化物。在减低温度过程中依次为金属硫化物，碳酸盐矿物。金属硫化物，碳酸盐矿物。另一种影响因素是元素的丰度（化学上，有时称另一种影响因素是元素的丰度（化学上，有时称质量作用定律）。降温时，矿床类型的改变。这质量作用定律）。降温时，矿床类型的改变。这也是金属分带性。也是金属分带性。金属金属/矿物溶解度矿物溶解度硫化物溶度积速率硫化物溶度积速率:K=M:K=M2+2+SS2-2-,K=M,K=M+2 2SS2-2-ZnSZnS PbSPbS

28、CuSCuS Cu Cu2 2S AgS Ag2 2S S在在在在252530030022MPa范围，范围，范围，范围，CaCa、MgMg、FeFe、AlAl比比比比硅更容易进入溶液，硅更容易进入溶液，硅更容易进入溶液，硅更容易进入溶液，300C/22MPa （340C/50MPa）H2O溶解溶解Si最最大速率。大速率。而在而在而在而在300300400400范围，溶解作用表现为范围，溶解作用表现为范围，溶解作用表现为范围，溶解作用表现为SiSi比其它元比其它元比其它元比其它元素更容易溶解到水中去。素更容易溶解到水中去。素更容易溶解到水中去。素更容易溶解到水中去。金属氧化物快速沉淀。金属氧化物

29、快速沉淀。金属氧化物快速沉淀。金属氧化物快速沉淀。在小于在小于在小于在小于300300的外围出现硅化岩石。的外围出现硅化岩石。的外围出现硅化岩石。的外围出现硅化岩石。溶解速率次序溶解速率次序金属的性质可以简化地表达为：金属的性质可以简化地表达为：l金属的电负性，或者金属的电负性，或者Z/r（电价（电价/半径比）。半径比）。Z/r从从10 2，l依次为依次为Si，Mo，W，Al，Sn，（，（Fe），），Cu，Zn，Fe，Mg，Mn，Pb，Ca，Sr，Ba，Na。l这是一种金属与氧（或其它阴离子）之间的键性的这是一种金属与氧（或其它阴离子）之间的键性的次序，可以用于理解金属分带性，或理解金属原生次

30、序，可以用于理解金属分带性，或理解金属原生晕（共价键的半径数据有争议）。晕（共价键的半径数据有争议）。迁移：气体也迁移金属使金属分带复杂化 深部流体进入地壳：与岩石反应、深部流体进入地壳：与岩石反应、气气与与液液相分离、相分离、气体迁移金属。气体迁移金属。气体迁移金属气体迁移金属Au/Cu/Au/Cu/SnSn/W/Zn/W/Zn金属流体研究发现金、铜、锡、钨矿床的流体包裹体的沸腾。金属流体金、铜、锡、钨矿床的流体包裹体的沸腾。金属流体进入两相不混溶区。在矿床的外带发生气体迁移金属进入两相不混溶区。在矿床的外带发生气体迁移金属的过程。的过程。原始原始原始原始流体流体流体流体NaCl-NaCl-

31、H2OH2O相分相分相分相分离：离：离：离：低盐度低盐度低盐度低盐度V V高盐度高盐度高盐度高盐度 L Ll上部大脉网脉带：气体气体迁移金属迁移金属l下部似层状，近接触带矿体。南岭钨锡矿的两种矿体2不同尺度的金属分带自相似性南岭、长江中下游、华北地台的中生代的金属成矿带和秦岭古生代成矿带，我们常发现金属分带在不同尺度上出现自相似性。这是成矿作用的深部控制也是找矿方向.长江中下游矿带:Fe/Cu-Au-Pb/Zn-AgPbZn近东西、南北向基底构造及其交汇点控制岩浆及成矿近东西、南北向基底构造及其交汇点控制岩浆及成矿作用。中生代一系列断陷盆地和隆起区。作用。中生代一系列断陷盆地和隆起区。在长江中

32、下游四省范围的在长江中下游四省范围的800公里的成矿带内，公里的成矿带内，西有铁铜，中有金，东有西有铁铜，中有金，东有Pb-Zn-Ag矿及萤石矿。矿及萤石矿。主要矿床基木上分布在金口岭向斜主要矿床基木上分布在金口岭向斜铜官山背斜一顺安复铜官山背斜一顺安复式向式向(含狮子山矿青山次级背斜等含狮子山矿青山次级背斜等)一新桥背斜一新屋里复一新桥背斜一新屋里复式向斜一式向斜一(含凤凰山矿田凤凰山次级向斜含凤凰山矿田凤凰山次级向斜)一沙滩角背斜一一沙滩角背斜一等一系列北东向等一系列北东向S状褶皱带构造内。状褶皱带构造内。FeCu Cu,Py Au-Pb/Zn-AgPbZnl40KM在矿田范围内的金属分带

33、:凹凹陷陷区区火山岩区和隆隆起区矽卡岩矿床起区矽卡岩矿床中心向外中心向外:铁铜矿床铁铜矿床黄铁矿床黄铁矿床金金/铅锌矿床铅锌矿床如一个火山盆地（庐枞，宁芜），盆地中心是铁矿，如一个火山盆地（庐枞，宁芜），盆地中心是铁矿，边缘是边缘是Pb/Zn或黄铁矿床。或黄铁矿床。2 KM范围中心向外:铁铜矿石黄铁矿石金/铅锌矿石在时间上，铁铜矿石黄铁矿石金/铅锌萤石矿脉l实际上，从矿石、矿床、矿田、矿带几个不同尺度上具有自相似的金属矿石带状分带性质。说明了成矿作用深部来源和深部物质迁移过程。这个影响着上千公里的金属分布的过程发生在岩石圈深部。在在100米矿体米矿体,1米矿脉米矿脉,2mm光薄片的显微光薄片的

34、显微镜观测：磁铁矿镜观测：磁铁矿-黄铁黄铁矿矿-硬石膏硬石膏-石英分带石英分带南岭成矿带分带南岭成矿带分带As Hg As Hg SbSb Au W Au W PbPb Zn Cu Zn Cu W W SnSn Mo Bi Mo BiW W SnSn Mo Bi Mo BiPbPb Zn Cu Zn CuAs Hg As Hg SbSb Au W Au WsAs Hg As Hg SbSb Au Au WWPbPb Zn CuZn Cu W W SnSn Mo Mo BiBi柿竹园矿床的空间分带柿竹园矿床的空间分带金属分带自相似性是深部找矿依金属分带自相似性是深部找矿依据。据。l实际上，矿石、

35、矿床、矿田、矿带在几个不同实际上，矿石、矿床、矿田、矿带在几个不同尺度上具有自相似的金属分带性。大区域的自尺度上具有自相似的金属分带性。大区域的自相似的金属分带性说明了成矿作用深部来源和相似的金属分带性说明了成矿作用深部来源和深部物质迁移过程。大规模的区域金属分带说深部物质迁移过程。大规模的区域金属分带说明了它是由深部的地幔流体物质的活动引起的。明了它是由深部的地幔流体物质的活动引起的。现代的地面的巨大地球化学块体和跨越若干地现代的地面的巨大地球化学块体和跨越若干地质单元的金属异常，也说明了现代的地幔流体质单元的金属异常，也说明了现代的地幔流体物质的活动。从地面的金属异常性质和金属分物质的活动

36、。从地面的金属异常性质和金属分带性分布规律可以判断深部金属矿石分布。带性分布规律可以判断深部金属矿石分布。四、金属周期性迁移四、金属周期性迁移l1 1多期成矿作用多期成矿作用l中国大陆内的成矿过程与大规模岩浆活动有关。中国大陆内的成矿过程与大规模岩浆活动有关。同时，多期岩浆活动又对应多次成矿过程。最同时，多期岩浆活动又对应多次成矿过程。最近几年，成矿年龄的测试表明了多期成矿作用。近几年，成矿年龄的测试表明了多期成矿作用。受地壳活动影响，在不同期的成矿过程不一定受地壳活动影响，在不同期的成矿过程不一定发生于同一位置，可以存在于不同的地区或不发生于同一位置，可以存在于不同的地区或不同深度。同深度。

37、s脉脉/网脉网脉As Hg As Hg SbSb Au WAu WPbPb Zn Zn CuCu 似层似层/接接触带触带W W SnSn Mo Mo BiBi柿竹园矿床的空间分带柿竹园矿床的空间分带多次岩浆活动多次岩浆活动,多次成矿多次成矿2 2水岩反应的周期振荡水岩反应的周期振荡l同一次流体迁移与岩石反应会出现水岩反应的同一次流体迁移与岩石反应会出现水岩反应的周期振荡，及随后的金属周期性迁移。国际地周期振荡，及随后的金属周期性迁移。国际地学界已经研究过许多不同尺度的地质作用的周学界已经研究过许多不同尺度的地质作用的周期性振荡现象。我们实验研究了开放流动体系期性振荡现象。我们实验研究了开放流动

38、体系的固液反应过程。的固液反应过程。实实验验表表明明：如如外外界界诱诱导导的的一一次次水水岩岩相相互互作作用用，它它的的反反应应产产物物会会以以化化学学振振荡荡方方式式，或或复杂周期振荡方式向外传播复杂周期振荡方式向外传播.金金属属矿矿石石的的形形成成是是周周期期性性向向外外传传输输。回回顾顾上上世世纪纪，一一些些科科学学家家曾曾提提出出过过成成矿矿的的“脉脉动动”学学说说。在在地地质质观观测测中中，发发现现过过矿矿石石或或矿矿体体多多次次重重复复出出现现的的现现象象。根根据据这这个道理，可以寻找深部的多层次成矿带。个道理，可以寻找深部的多层次成矿带。Porphry Cu围岩蚀变围岩蚀变,4次

39、矿化蚀变的叠加次矿化蚀变的叠加,向深部迁移向深部迁移1000M不同期次成矿形成矿体-金属晕在空间上的叠加结构l多期次多期次/多层次多层次-矿化矿化/蚀变的叠加结构蚀变的叠加结构l接触变质，矿化热液蚀变，晚期低温热液活动外，多接触变质，矿化热液蚀变，晚期低温热液活动外，多次与铜矿有关的岩浆活动次与铜矿有关的岩浆活动;l多次热液矿化和蚀变多次热液矿化和蚀变不同的成矿金属元素晕。不同的成矿金属元素晕。l不同期蚀变矿物不同期蚀变矿物/矿物组合判别金属分带叠加。矿物组合判别金属分带叠加。CuAuPb多层次的金属蚀变分带多层次的金属蚀变分带叠加叠加:深部再出现的矿深部再出现的矿化带特点化带特点:分带规律分

40、带规律的反常现象的反常现象.深部的成矿作用问题之一是金属来源。大量的同位素深部的成矿作用问题之一是金属来源。大量的同位素深部的成矿作用问题之一是金属来源。大量的同位素深部的成矿作用问题之一是金属来源。大量的同位素研究提供了矿石里的许多流体物质来自深源，如研究提供了矿石里的许多流体物质来自深源，如研究提供了矿石里的许多流体物质来自深源，如研究提供了矿石里的许多流体物质来自深源，如C C，H H，HeHe，等。，等。，等。，等。地球化学动力学实验获得证据地球化学动力学实验获得证据地球化学动力学实验获得证据地球化学动力学实验获得证据,深部流体反应和迁移深部流体反应和迁移深部流体反应和迁移深部流体反应

41、和迁移,携带金属进入地壳。携带金属进入地壳。携带金属进入地壳。携带金属进入地壳。五、金属的深部来源五、金属的深部来源玄武岩玄武岩-水相互作用实验水相互作用实验:揭示金属来源揭示金属来源l输出流动溶液内含有大量金属元素，有输出流动溶液内含有大量金属元素，有Si、Al、Mg、Ca、Fe、Mn、Ti、V、B、Mo、Cu、Pb、Zn、Sr、Ba、Co、Ni等。主要造岩元素等。主要造岩元素在跨越临界态时出现最大溶解速率。其中，反在跨越临界态时出现最大溶解速率。其中，反应后输出溶液内元素的最大浓度分别是：硅最应后输出溶液内元素的最大浓度分别是：硅最大浓度为大浓度为247ppm，钾，钾28ppm，钠，钠22

42、ppm，铝，铝17.3ppm，钙为，钙为9.55ppm，钒，钒 0.22ppm，钛，钛0.05ppm，铬，铬0.32ppm，镍，镍26ppm，钼为，钼为0.8ppm，铜为，铜为0.473ppm，锌为，锌为0.49ppm，银，银0.029ppm，铅，铅0.009ppm。展望展望：深部成矿作用对于深部成矿作用对于金属来源、迁移和矿石堆积金属来源、迁移和矿石堆积起了关键作用。起了关键作用。深部深部大规模的流体活动导致了大规模的流体活动导致了金属分带规律性。金属分带规律性。金属分带的规律性可用于找寻深部另一种类型金属分带的规律性可用于找寻深部另一种类型矿石，或者另一次成矿作用的同类型矿石。矿石，或者另一次成矿作用的同类型矿石。不同尺度金属分带的自相似性反映了地球深部不同尺度金属分带的自相似性反映了地球深部流体活动的自组织过程。流体活动的自组织过程。若对岩石的元素地球化学分带性深入研究（空若对岩石的元素地球化学分带性深入研究（空间间/时间分布特征比较，数学模型研究），解时间分布特征比较，数学模型研究），解析析/反演地面元素异常和深部地球化学探测数反演地面元素异常和深部地球化学探测数据据,能够预测深部矿石矿体能够预测深部矿石矿体 。谢谢谢谢！地球化学动力学开放实验室地球化学动力学开放实验室地球化学动力学开放实验室地球化学动力学开放实验室