热液

热液的成因和来源都是可以确定的

热液是由矿质、水和热三要素组成，对每一个矿床的三种源开展针对性的研究，常常可以获得肯定的结论（季克俭等，1989；张理刚，1989）。与岩浆岩有关的热液矿床总是产于由岩浆岩引起的异常地温梯度区内，从岩体中心向上、向外，地温梯度逐渐降低；由600℃左右降至200℃以下，矿化集中在接触带附近，常常受放射状、环状等的冷却收缩裂隙控制；所以，上侵的岩浆和结晶的岩浆岩是矿床的热源。通过对各类热液铁矿床的矿化蚀变分带和Fe含量的变化研究，查明矿床的铁来自矿体周围的蚀变岩。如宁研小组（1978）这样描述：“根据北段及中段两个矿床的研究和计算，认为岩体中浸染状铁矿的铁质是深部辉长闪长玢岩及安山岩在强烈钠长石化过程中从暗色矿物中析出。北部太山铁矿区，每1m3（蚀变）岩石迁出Fe89.6 kg，中部南山－陶村地区带出Fe132 kg。根据蚀变岩的分布范围及含Fe量变化的粗略计算，可以认为这些矿区浸染状及细脉状铁矿石的铁的总量大致与原岩带出的Fe总量相当。这就是说，Fe的主要来源是辉长闪长玢岩及与之相当的安山岩。凤凰山式铁矿的赋存部位主要是在辉长闪长玢岩与沉积岩的接触带，紫色页岩中的Fe2O3+FeO经过褪色后平均约减少40%，说明与岩体接触的紫色砂页岩中的Fe可能被带进铁矿中。凤凰山式和姑山式铁矿中部分Fe来源于黄马青组紫色页岩完全是可以肯定的。”矿质来自围岩的玢岩铁矿不是偶然的、个别的，而是普遍存在的。在宁芜地区20多个热液铁矿床中，无一例外地伴有失铁褪色蚀变。矿质来自围岩的证据确凿无疑。这种现象在矿床中的普遍性不可能是岩浆热液成因，也不可能是变质热液成因。提供矿质的岩石既有侵入岩（辉长闪长玢岩），又有火山岩（安山岩），还有沉积岩（砂页岩），矿质在蚀变过程中被活化。矿化和蚀变是高温水－岩反应的结果，是交代作用的产物，是一种新的矿床成因类型。遗憾的是在取得矿质来源可靠新资料后，并没有进一步开展创新性的研究，传统的岩浆热液成矿理论一直严重地束缚着人们的思想，即使他们获得了有关热源来源和热源成矿的大量新资料，仍不能得出应有的成因结论。根据矿体和蚀变岩（或成矿元素原生晕）的关系及成矿元素含量的变化等可有效地确定矿源岩，这种方法称之为成矿金属来源的直接测定法（季克俭等，1982a,1982b）。这一方法首先在研究造岩元素 Fe的热液矿床矿源时获得极大的成功。Fe在岩石中的含量较高，可以较准确地测定。不管研究者原来对矿源持何种观点，当他们查明铁矿伴有大范围的褪色蚀变，Fe含量显著降低，他们都会得出一致的结论：失铁褪色蚀变岩是铁矿的矿源岩。成矿金属来源的直接测定法不仅在热液铁矿床的矿源研究中获得了普遍的成功，而且，在地壳丰度很低或较低的Cu、Pb、Zn、W、Sn、Mo、U、Hg、Sb、Ag、Au等热液矿床的矿源研究中，与Fe一样，也非常成功。不管它们的矿床属何种类型，从低温热液至高温热液，从充填至交代，从各种脉型（大脉、中脉、细脉、网脉等）至蚀变岩型（玢岩、斑岩、云英岩、黄铁绢云岩等），只要有成矿金属含量降低的蚀变岩或原生晕，它们就是矿床的矿源。某些研究者提出，有些矿床根据所确定的矿源岩计算出的矿量不能满足整个矿床。这种情况是存在的。有些矿床经定量计算，矿源岩释放的矿量完全能满足矿床所需。有些矿床则不然。在后一种情况下，当计算矿源岩提供的矿量时，需注意以下问题：不能只计算矿体深部的矿源岩，而不计算矿体之上的矿源岩；只计算一种矿源岩，而不计算所有的矿源岩；只计算工程控制的矿源岩，而忽略规模很大尚未控制的矿源岩等。

碳酸岩的稀土元素富集机制

碳酸盐岩储集层碳酸岩已达到REE富矿石的品位。主要赋存在氟碳铈矿和氟碳钙铈矿等矿物之中； 岩石结构分析表明，它们与方解石呈相嵌接触关系，说明是从碳酸岩浆直接结晶而成的原生矿物。这种岩石结构关系在Mountain Pass富稀土碳酸岩中也有发现。值得指出的是，碳酸岩中氟碳铈矿和氟碳钙铈矿的稀土元素配分型式与白云鄂博矿床的赋矿白云石大理岩中的这类矿物十分相似。碳酸岩的微量元素蜘蛛图解和形成时代亦与赋矿白云石大理岩和稀土矿石几乎相同。这些地球化学特征说明碳酸岩的形成与白云鄂博矿床的成因可能存在着某种内在的联系。此外，已经获得的O，C和Sr研究成果支持这种推论。与正常沉积石灰岩中的方解石比较可以看出，REE碳酸岩中的方解石富含Sr和Mn； 用不同REE碳酸岩样品中方解石的Sr与Mn投图表明，它们呈反相关关系，反映碳酸岩经历了分离结晶作用。及用全岩La/Sr-La/Nd和Ba/Sr-La/Sr等所作的图解也说明了碳酸岩发生了分离结晶作用。因此，可以推测，大量方解石的结晶分离致使残余岩浆中REE高度富集。REE的这种富集过程与Mountain Pass碳酸岩十分相似。Wyllie等指出，碳酸岩REE的高度富集过程应该发生在地壳环境中，但是这种源于地幔的碳酸岩岩浆的REE初始浓度不能太低，否则REE进入主要碳酸盐矿物和其他矿物，因而没有机会形成REE矿物。如果碳酸岩岩浆的REE浓度高于这个最低水平，那么排除形成REE碳酸岩的最主要因素是在碳酸岩岩浆的结晶过程中，有结晶温度较高的含REE矿物（如磷灰石，独居石，钙钛矿等）从岩浆中结晶分离，带出了相当数量的REE。这样的结果必然不能形成REE碳酸岩，而形成磷灰石-磁铁矿型碳酸岩。由于没有出露与碳酸岩共生的硅酸不饱和碱性岩石，所以很难判断都拉哈拉碳酸岩是源于地幔软流圈低程度部分熔融作用的霞石质岩浆经地壳环境下液态不混溶作用所形成的可能性，但也不能排除这种机制的存在。在中元古代，白云鄂博处于华北地台北缘的裂谷环境中，明显有别于非洲碱性岩-碳酸岩形成的构造环境。因此，在火成碳酸岩的岩石组合上可能出现了差异，即使在地壳环境中发生了无法观察的液态不混溶作用，REE也不会在熔离出的碳酸岩熔体中得到有意义的富集。可以设想碳酸岩浆直接形成于岩石圈地幔极低程度的部分熔融作用。扣除以分离结晶作用造成的REE高度富集的影响，假定样品90/39代表原始碳酸岩浆，那么产生这种岩浆必须要求地幔源区是一种已经富集的地幔。大量高温高压实验表明，在压力为2.1～3.1 GPa和930～1080 ℃的上地幔条件下，地幔二辉橄榄岩的部分熔融作用能够产生碳酸岩熔体。模拟计算结果表明，经原始地幔富集10～20倍的富集地幔按1%的低程度部分熔融作用，可以形成REE浓度约1000 μg.g-1的初始碳酸岩熔体。残留矿物相中的柘榴石要求不低于20%。这种REE已经初步富集的碳酸岩熔体再经历地壳环境中的分离结晶作用能够达到观察到的碳酸岩的REE浓度水平。研究表明，大理岩体是一个碳酸岩侵入体，随后由于构造作用和糜棱岩化作用促使粗粒白云石大理岩发生细粒化，成矿热液导致其发生重结晶作用； REE-Nb-Fe成矿作用和碳酸岩岩浆活动有关。白云岩化作用的可能模式是：由于碳酸岩浆的侵入，引起本区对流的热液体系重新调整，导致镁从白云鄂博群沉积岩，特别是页岩，活化转移到碳酸岩体之中致使其发生白云岩化作用。而碳酸岩岩墙由于产生的热量太小，以至不能形成一定规模的对流热液体系，所以它们多数没有发生白云岩化作用。另一种可能性是，赋矿粗粒白云石大理岩是原生白云质碳酸岩浆冷却结晶作用而形成，是和钙质碳酸岩岩墙同源岩浆不同阶段的产物。这种推测的直接依据是切割赋矿粗粒白云石大理岩上覆H9板岩的另外一条细粒碳酸岩岩墙也是钙质的，没有发生白云岩化作用； 而他与白云石大理岩的微量元素和C以及O同位素地球化学特点一致。地幔流体的微量元素蜘蛛图与常见的碳酸岩也是相似的，是引起地幔交代作用的重要介质之一。假设这种地幔流体交代沉积石灰岩或者白云岩而形成了赋矿白云石大理岩，使其具有碳酸岩的岩石地球化学特征，那么大理岩的矿物共生组合和矿物生成顺序应遵从交代关系。事实上，描述的岩石结构和矿物生成顺序与矿化碳酸岩是一致的，赤铁矿形成于磁铁矿之后，所描述的赤铁矿经地幔流体交代反应形成了磁铁矿。

密西西比河谷型铅锌矿床

一、内容概述密西西比河谷型铅锌矿床（简称MVT型铅-锌矿），主要指赋存于台地碳酸盐岩中，成因与岩浆活动无关的浅成后生层状铅锌矿床。虽然世界各地都有发现，但主要分布于美国、加拿大和波兰，因其代表地区位于美国中部密西西比河流域而得名。（一）地质特征MVT矿床具有以下基本特点：①为热液矿床（50～200℃），大多数介于100～150℃之间。②矿体主要产于沉积盆地白云岩或灰岩地层中，是后生的层控矿床，矿床远离火成活动区或与火成岩没有成因联系。③成矿流体为高盐度卤水。④分布面积大，常沿边缘盆地平行分布，形成MVT成矿区，一般成矿范围达几百甚至几千平方千米，每个地区的铅-锌矿的矿物组成、同位素组成以及组构都具有明显的相似性。各矿体彼此相连，也可有尖灭再现的特征，受断裂控制的矿体的形态和大小变化很大（Alldrick et al.，2005），可从厚度较小的透镜状、囊状、脉状（陡倾裂隙控制的），到厚度较大的筒状矿体。⑤矿物成分简单，主要有闪锌矿、方铅矿、黄铁矿、白铁矿、白云石、方解石和石英等，在个别矿集区中萤石、重晶石较为发育（Paradis et al.，2005）；蚀变作用有白云岩化、角砾岩化、围岩的溶蚀、长石和黏土矿物的分解和重晶石等；碳酸盐周围的溶解现象，表现为滑动、崩塌、角砾化或几种作用的混合作用等。⑥这种矿床一般规模较小，多数小于200×104t，并且以锌为主，Pb＋Zn品位一般小于10%。近年来取得的进展主要体现在以下几个方面：1）MVT铅锌矿床研究范围逐渐扩大，在全世界发现了诸多相关矿床，多归为其亚类，例如碳酸盐岩赋矿的氟钡矿床（Genc，2006）。这些亚类的出现使MVT矿床的内涵进一步扩大，是MVT铅锌矿床研究的一大进展。2）构造环境。MVT铅锌矿床曾被认为是一类与板块构造活动无关的矿床，认为只要存在台地碳酸盐岩就有MVT铅锌矿化的可能。近年来研究认为，大多数MVT矿床与显生宙汇聚事件有关，显示出MVT矿床主要分布在造山带的前陆盆地、逆冲推覆带等构造挤压环境，少数产于陆内伸展环境。Bradley和Leach（2003）认为，MVT铅锌矿床形成于张性区域与岩石圈挠曲有关，或者与大尺度收缩事件期间走滑断层带膨胀有关，多数形成于造山带前陆盆地中，少数在逆冲推覆带中，极少数存在于大陆伸展环境中，改变了MVT矿床与板块构造无关的观点。对于产在逆冲带中的MVT矿床，由于矿化和构造活动顺序不同，矿体可以出现在逆冲断层下方，也可以出现在逆冲岩席中（Bradley et al.，2003）。世界上的MVT 铅锌矿床主要存在于岛弧-大陆碰撞造山带、安第斯型俯冲造山带和陆-陆碰撞造山带3种造山带的前陆中（图1）。3）放射性同位素测年和古地磁测年技术广泛应用，获得了大量成矿年龄数据。现有测年数据表明，典型 MVT 矿床的形成与地球演化历史中强烈的挤压构造事件密切相关（Bradley et al.，2003）。Leach et al.（2001）总结对比了世界上主要MVT矿床的形成年代，发现全球MVT矿床主要形成于显生宙的泥盆纪—三叠纪早期和白垩纪—新近纪两个时期，从而提出MVT铅锌矿床和全球大尺度收缩汇聚构造之间存在着直接联系，前者与Pangea大陆汇聚相关，后者与阿尔卑斯-拉腊米造山汇聚运动影响的微板块聚合相关，其中泥盆纪—三叠纪早期的 MVT铅锌矿床规模更为宏大，矿床总数大约占全球MVT铅锌矿床的75%。例如，美国中部 Ozark 成矿省为巨大热液系统产物，成矿省的形成就与 Quachita 褶皱带中收缩构造有关（Leach et al.，2001）。4）流体包裹体研究揭示了成矿流体温度主要为75～150℃，国外报道的最高均一温度来自爱尔兰地区和Rays河地区（超过200℃），盐度 w（NaCleq）为10%～30%，成矿流体具有盆地卤水特征，卤水源自近地表蒸发水或围岩蒸发盐，同位素资料反映Pb来自地壳岩石，S来自地壳岩石或沉积物中残留的硫酸盐。成矿流体驱动机制包括构造挤压和重力驱动两种；在50～250℃条件下从稠密的盆地卤水中沉淀形成的（Leach et al.，1993）。5）MVT矿床普遍存在脉石矿物和矿石矿物成不同序列共生现象，反映出流体活动必定持续相当长的时间（Leach et al.，2001）。MVT铅锌矿床可能分多期形成，如单期热液活动可能持续几千年到几万年，而整个矿床形成可能持续几百万年到十几百万年。Corbella et al.（2004）认为流体混合作用是MVT矿床形成的主要模式，形成了许多碳酸盐溶解特征，并且对矿石的赋存起到了至关重要的作用。（二）主要成矿模型控制矿床形成的主要因素有金属来源、流体携带金属离子的能力、流体的规模、围岩容矿能力、流体的运移方式以及有效的金属沉淀机制等（Basuk et al.，2004）。随着对地壳规模流体活动认识的不断深入，以及对MVT铅锌矿集区地质地球化学研究程度不断深入，人们认识到许多MVT铅锌矿是区域性或陆块规模热液流体活动的产物。成矿流体为高盐度的热卤水（类似于油田卤水），该热卤水从沉积盆地排出，经过含水地层，到达盆地边缘进入碳酸盐岩地层中沉淀成矿。这一过程至少存在3种模式（图1）：①地形或重力驱动流体运移模式；②沉积作用或构造压实作用模式；③热液循环模式。图1 MVT铅锌矿床流体运移模式（据Garven，1995，有修改；转引自张长青，2009）二、应用实例及应用范围派因派因特（Pine Point）铅锌矿床位于加拿大西北部的平原地带艾伯塔（Alberta）地区内，矿床大部分矿体赋存于派因派因特群普雷斯克尔（Presquile）白云岩内。该白云岩由粗晶白云岩和白色到浅灰色、浅黄色的含珊瑚等碎片的生物碎屑灰岩组成，大部分是生物成因的碳酸盐堡礁复合体，空洞发育。寒武纪主干断裂控制着铅锌矿的形成，该断裂为含金属的热液流体向泥盆纪地层运移和沉淀成矿提供了通道。派因派因特矿床主要控制因素是岩溶作用，岩溶所形成的溶洞控制着铅锌矿体的形成和展布。主要矿石矿物有闪锌矿、方铅矿、白铁矿和黄铁矿，副矿物有自然硫和沥青；偶见磁黄铁矿、天青石、重晶石、石膏、硬石膏、萤石等。铅锌硫化物主要以浸染状、条带结核状和结晶状存在。这些硫化物与围岩之间为截然接触关系。围岩蚀变主要为碳酸盐化作用，如白云岩化、重结晶、溶解和热液角砾岩化作用，还存在一些软的胶状沥青、重油和壳状焦沥青等。派因派因特矿区不同矿体之间粗粒闪锌矿晶体的均一温度变化较大，铅锌矿床成矿流体温度为51～99℃（Turner et al.，2003）。亮晶白云岩具有与闪锌矿相似的均一温度，其温度范围为90～100℃。流体组分以NaCl和CaCl2为主，含有KCl和MgCl2。矿床铅同位素和硫同位素组成变化不大，反映了成矿流体的单一来源或多源流体的充分混合。近30年来，关于派因派因特铅锌矿的成因争论较多，无论是混合成因还是非混合成因模式，大多数学者认为矿床的形成需要热和金属的加入。Garven于1985年结合地形驱动将此模式应用到派因派因特矿床中（图1（a））。Davies（2006）通过对加拿大西部沉积地层中水铅含量的研究认为，加拿大西部沉积盆地内地层本身不能为派因派因特矿床提供金属来源，可能的金属来源是晚泥盆世沿大奴湖剪切带上升的来自深部的热流体。在成矿部位这种含金属的流体与来自附近蒸发岩地层中含H2S的盐水混合成矿（图2）。图2 加拿大大不列颠哥伦比亚东北部以沉积岩为容矿岩的低温热液矿床成矿模式（据Davies et al.，2006）总之，该矿床具有如下特征：①寒武纪主干断裂控制着铅锌矿的形成，为含金属的热液流体向泥盆纪地层运移和沉淀成矿提供了通道；②矿体主要赋存于溶解作用十分发育的普雷斯克尔（Presquile）碳酸盐堡礁复合体内部，常沿派因派因特组界限附近的板状岩溶系统顺层发育，具有明显的层控特征；③主要矿石矿物有闪锌矿、方铅矿、白铁矿和黄铁矿，副矿物有自然硫和沥青，脉石矿物有白云石和方解石；④围岩蚀变主要为碳酸盐化作用，如白云岩化、重结晶、溶解和热液角砾岩化作等。三、资料来源毛景文，张作衡，王义天等.2012.国外主要矿床类型、特点及找矿勘查.北京：地质出版社，371～380张长青，余金杰，毛景文等.2009.密西西比型（MVT）铅锌矿床研究进展.矿床地质，28（2）：195～210Basuki N I，Spooner E T C.2004.A review of fluid inclusion temperatures and salinities in Mississippi Valley⁃type Zn⁃Pb deposits：Identifying thresholds for metal transport.Exploration and Mining Geology，11：1～ 17Bradley D C，Leach D L.2003.Tectonic controls of Mississippi Valley⁃type lead⁃zinc mineralization in orogenic forelands.Mineralium Deposita，38：652～ 667Bradley D C，Leach D L，Symons D et al.2004.Reply to discussion on / Tectonic controls of Mississippi Valley⁃type lead⁃zinc mineralization in orogenic forelands by Kesler S E，Chesley J T，Christenson J N，Hagni R D，Heijlen W，Kyle J R，Munchez P，Misra K C and vander R V.Mineralium Deposita，39：515～ 519Corbella M，Ayora C，Cardellach E.2004.Hydrothermal mixing，carbonate dissolution and sulfide precipitation in Mississippi Valley type deposits.Mineralium Deposita，39：344～ 357Davies G R，Simth L B J.2006.Structurally controlled hydrothermal dolomite reservoir facies：An overview.American Association of Petroleum Geologists Bulleitin，90（11）：1641～1690Emsbo P.2000.Gold in Sedex deposits.Soc.Econ.Geol.Rev.，13：427～ 437Genc Y，2006.Genesis of the Neogene interstratal Karst⁃type Pöhrenk fluorite barite（± lead）deposit（Kirrsehir，Central Anatolia，Turkey）.Ore Geology Reviews，29：105～ 117Hitchon B.2006.Lead and zink in formation waters，Alberta Basin，Canda：Their relation to the Pine Point one fluid.Applied Geochemistry，21（1）：109～133Leach D L，Bradley D C，Lewchuk M T et al.2001.Mississippi Valley⁃type lead⁃zinc deposits through geological time：implications from recent age⁃dating research.Mineralium Deposita，36：711～ 740Leach D L，Sangster D F，Kelley K D et al.2005.Sediment⁃hosted lead⁃zinc deposit：A global 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