成矿流体运移的路径
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发布时间：2024-04-18 00:57
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时间：2024-04-24 16:00
研究成矿流运移的通道和路径对于认识区域地质矿化轨迹，追寻成矿物质的堆积场，预测矿床产出部位有重要意义。地壳中含矿流体运移是在岩石孔隙和断裂裂隙中进行，其流体动力学特征有所不同。
1.岩石孔隙中的成矿流体运移
岩石孔隙包括原生和次生两种类型。原生孔隙指成岩过程中形成的孔洞和裂隙，如沉积岩中的粒间孔隙和火山岩中的气孔等。次生孔隙是岩石形成后由后生作用形成，如火成岩冷却固结后受热液蚀变生成的孔隙，石灰岩经白云岩化后的体积收缩而生成的孔隙等。原生孔隙和次生孔隙广布在岩层和岩体中，有如微细血管网络，是矿液运移的微观通道，矿液在其中基本上是以渗流方式运动。孔隙在岩层中分布密集、比较均匀，相互连通，且主要存在于沉积岩中。因此，孔隙水的分布比较均匀连续、含水层内水力联系密切，且常具有统一水位的含水层。孔隙水的运动状态多属于层流运动，绝大部分服从达西（1973）的线性渗透定律。
矿液沿岩石的孔隙运移，经常有两个主要因素在相互作用，一个是矿液的运移趋势，另一个是岩层对矿液的屏蔽作用。矿液由于有内压力的作用，其运移趋势主要是向上流动，但局部也可以出现向下流动的情况，例如矿液向上运移时遇到阻挡，而其侧下方又有低压带存在时，则矿液可以局部地向下运动（图3-7d）。最常见的矿液运移趋势见图3-7。
图3-7 矿液运移图
（据科罗列夫 A Б等，1957；林新多，1982资料编制）
a—沿透水层；b—沿不透水层之下；c—沿岩层仰起方向；d—沿岩层倾向；e—沿背斜翼部；f—沿背斜脊线；g—矿液沿数层岩层分流；h—当岩层被不透水断层面断开时
岩层的屏蔽作用主要决定于岩石的孔隙度和渗透性，在成层岩石中矿液总是沿孔隙较大的岩层流动，而孔隙很小的岩石不利于矿液流动，并对上升的矿液起着屏蔽作用。矿液在岩石孔隙中流动，并在断裂带中泄水堆积成矿的实例可以哈查赫斯坦的哲孜卡孜干层状铜矿为例。图3-8表示了该铜矿床集中产在古沉积盆地边缘的泄水区，以及含矿地下水的运动方向。
於崇文等（1998）将岩石视为一种多孔连续介质，即指流体运动环境可近似地假设为一种被溶液所饱和的多孔隙介质。它们具有一定的孔隙度和渗透率，流体通过岩石孔隙或微裂隙发生渗流。热液成矿作用通常与岩浆活动有关。当岩浆侵入到富水的多孔介质（围岩和已冷凝的火成岩）中时，所形成的温度梯度一方面促使热由岩浆向围岩传导，岩浆自身冷却；另一方面又使孔隙溶液产生密度梯度。后者在渗透率较大围岩中可能导致热液的自由对流。
图3-8 层控硫化物矿床形成的水文地质框图
以中哈查赫斯坦为例
1—基底岩石；2—砂岩、砾岩；3—泥岩、片岩；4—白云岩和灰岩；5—后生白云岩；6—含盐隔水沉积物；7—重晶石矿石；8—铅-锌矿石；9—含铜砂岩；10—油气层；11—断层；12—弱矿化含氮酸性水的流向；13—含矿卤水的流向。
地层：Ⅰ—含盐层之上的；Ⅱ—含盐层中的；Ⅲ—含盐层下的
於崇文等（1993）对云南个旧老厂锡矿田多孔介质中的热液成矿进行了流体动力学数值模拟。据计算，在中细粒花岗岩和大理岩中，热液平均流速为10-4～10-5cm/s，一年内流动3.15×103cm的距离。按1 km的长度计算，流体在区域内循环一次约需100 a时间。在100 ka的成岩、成矿过程中，可发生近千次循环。据此可以推测，在一次花岗岩侵入过程中，热液可进行上千次循环流动，这就使热液携带和沉淀成矿物质的能力比静止时增大了近千倍，可见热液持续稳定的循环流动在成矿过程中的重要意义。
2.断裂和裂隙中的成矿流体运移
岩石的断裂和裂隙是矿液运移的主要通道。裂隙的类型众多，力学性质差异大，其含水和导水的性能也相差悬殊。张性断裂裂隙的张开度大，含水空间大，导水能力强，尤其是断裂带的破碎多孔部位导水性最强。
剪切断裂的张开度小，含水空间不大，导水能力较弱。但因各组节理相互切割，交叉连通，因此，裂隙之间通常都有水力联系。一般地说，其富水条件介于张性断裂与压性断裂之间。
压性断裂的含水性和导水性较差，尤其是压性断层中心的构造岩部位（糜棱岩、断层泥等）。这些断层泥和糜棱岩因其透水性差而对矿液流动起阻挡作用。如果压性断层经过再次构造变动，则容易变为开口裂隙，使其导水性能明显增强。
裂隙岩石的介质特征与孔隙岩石不同，由于裂隙大小悬殊，分布不均，并且有定向性，渗透水流在大裂隙中阻力小，流动快；在小裂隙中阻力大，流动慢。因此，裂隙岩石中的水流具有非均质性和各向异性。若大、小裂隙组合起来，则形成复杂的网络裂隙导水系统。
网络裂隙导水系统中，大小裂隙具有不同的水力传导能力。小裂隙张开度小，导水能力弱，但数量多，且密集，因而常有较大的储水量。张开度大但分布较稀疏的大型断裂裂隙具有很强的导水能力，它们在裂隙网络中起着汇水管道的作用。当这些大型断裂裂隙与区域中主要的构造通道连接时，能将矿液集中起来并输送到主要构造通道中去，并进一步向地壳浅部的低压带流动。图3-9列举了矿液沿断裂运移和沉淀堆积成矿的几种型式。
图3-9 热液矿床的几种构造-流体-矿化模式
A—上升热液及深源矿质；B—上升热液和浅源矿质；C—盆地深部地层水向盆地边缘运移并成矿；D—下降大气水汲取矿质再沿断裂上升成矿
1—矿体；2—矿源层或矿源地；3—热源区；4—遮挡层；5—断层（热液通路）；6—热液运移方向；7—大气降水
据Cox S F 研究（2000），断层网络裂隙系统是很多热液矿床的控矿因素。断层网络有一个生成过程，当处在低应力时，网络中的各单元既小又彼此隔绝，流体不可能通过该系统。当应力增长时，裂隙、断层和剪切带在生长，因而连通性也在增长，当达到渗透临界值时，就从网络系统的一端到另一端形成了连通的流体通道。研究表明，只有在接近渗透临界点时，流体聚集和矿石沉淀才更发育。但如果热液系统网络显著高于渗透临界阈，则流体分散，不能形成矿床或只形成较少的矿石堆积。
根据构造在矿液流动和堆积中所起的作用，可以将成矿构造分为导矿构造和储矿构造。导矿构造是沟通矿液并引导它进入矿田、矿床范围内的大型通道。储矿构造是矿质沉淀成矿的场所。某些规模较大的断层、剪切带、破碎带和角砾岩带是常见的导矿构造。在这些地段中岩石的破碎程度和渗流性都很高，它们切割较深，一旦与矿源地沟通，由于矿液温度较高、压力较大，因而较易于在导矿构造中上升和通过，有利于成矿元素的搬运、携带和扩散。在剧烈褶皱地区，某些陡倾斜的岩层或岩系也可以作为构成矿液上升的重要通道。在多数情况下，导矿构造本身不产有矿床，只有一些热液蚀变或矿化现象。但是在具备成矿条件时，导矿构造本身也可形成矿床（常在导矿构造的局部地段）。
导矿构造也是多级次的，与构造体系的多尺度相对应，可分为一级、二级、三级的导矿构造，矿液由主干导矿构造分散到次级导矿构造，然后再进一步进入规模更小的储矿构造，在那里沉淀堆积成矿。
除断裂构造外，岩层中的层面和层间错动带也是矿液运移的良好通道和沉淀场所。矿液沿岩层的流动与石油、天然气矿床的运移聚集机理基本相同。当渗透性良好的岩层与导矿断裂交接时，常作为次级导矿构造，而决定了矿液流动的方向和路径。
3.成矿流体运移路径的判别
在区域成矿分析中如何追踪成矿流体运移通道是很重要问题。现今正在活动的大陆热泉（温泉）的流动路径较易查明。但追踪中-新生代时期流体的路径就比较困难。在古老岩石分布区，追溯古老的矿液通道难度就更大。这是因为很多古老流体当时运移的通道及其遗迹，在后来的地质过程中已被破坏或改造，要恢复和重建古流体系统，是相当困难的。
古老流体（包括热流体）在区域性大面积的流动运动过程中，会在岩石中遗留下一些痕迹。通过对这些遗迹的追踪和查定，可以或多或少地获得有关流体的组成、性状及其与围岩反应，以及运移途径的信息。笔者归纳这些流体示踪的标志有：
（1）区域交代蚀变带
在区域中分布广泛白云石化、硅化、钾化、钠化，以及重晶石化等蚀变带，代表着区域性流体沿一定岩层或构造带运动并进行水-岩反应的产物。
（2）热水沉积岩
在地内流体的地表排出口及附近，经常有热水沉积岩分布。古代海底热水喷流和沉淀的规模较大，其所形成的热水沉积岩能与上下岩层一起被保存下来。例如，南秦岭区泥盆系中的钠长石岩、硅质岩、重晶石岩都有发育，在长数百千米的蚀变带上分段集中，以层状和角砾岩带等形式产出。
（3）热水角砾岩带
是由热水系统在浅表地区强烈活动包括爆炸作用引发的构造岩带，如角砾岩、破裂化岩石带等，伴有大面积的蚀变（和矿化痕迹）。例如，宁芜中生代火山岩盆地中广泛分布的蚀变角砾岩（化）带，是一种重要的区域性找矿（铁、铜、硫）标志。
（4）火成岩（含伟晶岩）脉带和热液脉带
这些脉体的广泛成群分布，可指示岩浆和较高温热流体的运动趋向，也可反映在地史某个时期中构造-热事件的发生地带。
（5）矿物封闭的微裂隙带
流体通过岩石中的细微裂隙时，可在其中沉淀出矿物，将裂隙封闭并保存下来，可以作为追踪流体的标志。例如，Hay S J 等（1988）关于苏格兰西北部Lewisian片麻岩系中微裂隙充填物的区域性对比研究，提供了有关20 亿年前流体成分、类型及流动通道的信息。
（6）区域尺度的矿物流体包裹体研究
通过对区域岩石的系统采样，测定其矿物包裹体中的温度、压力、化学成分和硫、氧等同位素组成特征，可反映有关区域流体的成分、性质的系统变化趋势，从而获得有关流体运动及水-岩反应的丰富信息。
（7）含矿构造的分布
含有痕迹矿化的地质构造，如剪切带、裂隙带等的产出特征，也可提供有关含矿流体运动情况的线索。
（8）矿床、矿点、矿化点的区域分布
区域中矿床、矿点、矿化点的分布常是有章可循，仔细分析属于同一时代、同一成矿系统的各矿（化）点间的相互关联，能提供有关控矿构造及含矿流体动向的有用信息。
除上述外，由于区域性热水蚀变引起的岩石古地磁数据、放射性数据的区域变异，以及区域热异常梯度等，也能作为构造-流体活动的指示标志。
以上各类判别标志可运用地质、地球物理、地球化学，以及遥感技术等多种方法加以追溯，包括宏观方法的和微观方法的综合运用。
