透岩漿流體成礦理論-全37集

透岩漿流體成礦作用理論簡介

與岩漿活動有關的礦床是人類獲取固體礦產資源的主要礦床類型，闡明該類礦床的形成機制是重要的科學問題。近十年來，有關岩漿相關礦床的成因研究取得了許多重要的進展，主要包括：大規模成礦作用往往與小巖體有關；２成礦作用發生在混沌邊緣或地殼中物理化學條件急劇變

化的部位；３成礦作用是一種地質時間尺度上的瞬時過程(小於1百萬年，實際上位於同位素測年方法誤差範圍之內)，且受控於岩石圈性質，因而岩石圈災變伴隨著成礦作用大爆發；４在同一能量驅動機制下，形成一系列具有成因聯繫的礦床類型；５地球內部含有大量的流體，流體中成礦物質的溶解度強烈依賴於壓力，因而成礦作用與深部流體緊密相關。所有這些研究進展可以用科爾任斯基在1952年提出的透岩漿流體假說整合在一起，形成一個框架性模型，稱為透岩漿流體成礦作用理論。根據這個模型，岩漿和含礦流體是兩個完全不同的地質體系，它們因相互需要而常常形成耦合關係；當岩漿體系與流體體系解耦時，就導致了成礦作用的發生。

透岩漿流體的基本概念

一般認為物質有三種賦存狀態：固體、液體和氣體。在高溫高壓條件下，液體和氣體之間的性質差異不再明顯可分，稱為流體。流體是由大量不斷作熱運動而且無固定平衡位置的分子構成，其基本特徵是沒有一定的形狀和具有流動性。由於地球科學的研究對像具有寬泛得多的溫度壓力條件，地質學家所稱的流體不完全等同於物理學家的精確定義，某些作者甚至將岩漿也稱為流體。本文所稱的流體系指在常溫常壓下容易揮發的化學組分，有時又稱為揮發分。流體具有很強的溶解金屬元素的能力，被認為是成礦元素的有效載體和搬運介質，因而在內生金屬礦床的成因解釋中佔有重要的地位。可以說，內生金屬成礦作用的基本解就是成礦元素從含礦流體中沉澱出來，因為所有的內生金屬礦床都廣泛發育圍巖蝕變，而所有的圍巖蝕變都必須有流體的參與。但是，流體中成礦元素的溶解度並不是很高，意味著內生金屬成礦作用必須有巨量的流體參與。然而，大量實際觀察表明，大規模成礦作用往往與小巖體有關，小體積岩漿能否提供巨量的成礦物質是礦床學家必須回答的科學問題。例如，最新的溶解度實驗表明，在T=300～360℃， P=39～154bars條件下，水蒸汽(流體)中MoO3的溶解度介於1～29ppm之間。按此計算，形成一個65萬t金屬鉬儲量的超大型礦床至少需要約27km3的流體。一般含礦巖體的體積不足1km3，遠遠小於所需含礦流體的體積，不可能析出如此巨量的含礦流體。這就是說，還必須有額外的、更深源的流體。因此，礦床學家經常設想含礦巖體之下有一個大的岩漿房，後者提供了成礦作用所需要的流體和金屬。但是，這樣的設想與許多地質事實相矛盾。例如，礦區出露的火成岩經常具有近同時形成、小體積和寬成分譜系的特點。基於浮力原理，如果含礦巖體之下有一個密度較小的大型花崗質岩漿的岩漿房，密度較大的中基性岩漿必然不能穿過它到達地殼淺部。因此，成礦流體和金屬必須有其他的來源，這就是為什麼引入「透岩漿流體」假說的原因。簡單說來，透岩漿流體就是超過熔漿溶解度的那部分流體，它透過岩漿進行活動，就像熱氣球中的氣體與氣球一起升向天空那樣。因此，透岩漿流體成礦理論將岩漿和含礦流體看作是兩個性質完全不同的地質體系，它們的耦合有利於上升侵位，解耦導致成礦作用。透岩漿流體作用現象在自然界屢見不鮮，如山東臨朐山旺火山岩中的管狀氣孔，五大連池火山岩中的噴氣疊錐，都是流體從下向上注入岩漿的紀錄。

透岩漿流體成礦體系

正岩漿成礦體系

如果岩漿體系與流體體系同步運動且岩漿冷卻速度足夠快，含礦流體有可能完全或大部分被圈閉在岩漿體內，隨著岩漿體的冷卻而發生成礦作用形成正岩漿礦床。這種情況通常暗示岩漿侵位較淺或岩漿與圍巖的溫度差較大，岩漿體的表殼快速固結形成密封層，絕大部分含礦流體都被封存在岩漿體內，只有位於岩漿體表層的含礦流體有可能部分散失到圍巖中。這時，可能發生以下兩種情況：

(1)岩漿體的體積較小，整個岩漿體從邊緣向內部較快速地冷卻，因而在岩漿體邊部形成流體阻隔層，幾乎所有含礦流體都被圈閉在岩漿體內，形成正岩漿成礦亞體系。

(2) 岩漿體的體積較大時，冷卻速率將明顯變慢。一方面流體可以從岩漿中不斷向上運動集中，另一方面流體的增加可以有效地降低岩漿的固相線溫度，可以有效延緩岩漿滲透率的降低速度，因而含礦流體可以從巖漿中溢出。當岩漿體的頂板圍巖為流體阻隔層時，岩漿的發泡作用可以導致部分流體聚集在岩漿體的頂部，從而形成邊緣偉晶巖成礦亞體系。

接觸帶成礦體系

當岩漿體的封閉條件較差時，從岩漿中析出的揮發分可以進入圍巖，並與圍巖發生物質交換。這個過程的發生取決於許多因素，包括圍巖的物理性質、化學性質、岩漿侵位深度和速率、揮發分濃度、揮發分出溶速率等。如果岩漿侵位較深，岩漿冷卻固結的速度將會較慢，因而大部分含礦流體可以溢出岩漿體外進入圍巖中，形成接觸帶型礦床。
　

(1) 接觸交代成礦亞體系。從岩漿出溶的流體具有很強的交代圍巖的能力，依圍巖成分不同形成各式各樣的交代巖。這個過程由於流體與圍巖發生了物質交換，成礦金屬的溶解度降低，可以在相應的位置上形成不同類型的礦床。特別是圍巖為容易發生離子交換反應的岩層(如碳酸鹽岩層、膏鹽層)時，常形成接觸交代型礦床，如矽卡巖礦床。

如果圍巖為裂隙發育的脆性岩層，可以快速釋放出溶揮發分的流體壓力，成礦物質將充填這些裂隙形成網狀裂隙充填型礦床。實際上，根據透岩漿流體成礦作用理論，岩漿2流體混合物是快速上升的，不可避免地對上覆圍巖產生巨大的衝擊壓力，頂板岩石常常發育網狀裂隙，是成礦物質大規模堆積的良好場所。因此，必須重視礦田構造的研究。

(2)爆破(隱爆)角礫岩型成礦亞體系。如果出溶流體的內壓力遠遠大於上覆圍巖的靜巖壓力，可能導致爆破或隱爆作用，從而形成爆破(隱爆)角礫岩型礦床。

遠程熱液成礦體系

如果流體運動的通道條件好，含礦流體可以快速逸出並沿著有利通道(導礦構造)向遠離源的方向運動。這種情況通常發生在岩漿侵位相對較深的情況，因為其冷卻固結的速率更慢，從岩漿體內溢出的含礦流體甚至不能在其直接圍巖中停留，而是沿著構造裂隙向淺部高速運移。在這個過程中，含礦流體將會逐漸冷卻或進入流動條件較差的次級構造裂隙、甚至喀斯特溶洞中，並從中沉澱出造礦礦物，形成遠程熱液礦床。離岩漿體越遠，流體的溫度越低，因而在這個路徑上可以依次形成高、中、低溫熱液礦床，礦體賦存在不同深度的次級構造裂隙中或界面內。同時，流體超壓可能對通道兩側的岩石造成破壞，破壞程度隨著遠離源的方向逐漸減弱。按此設想，從深到淺可依次形成破碎帶蝕變巖成礦亞體系、熱液脈狀成礦亞體系和微細浸染型成礦亞體系。

火山熱液成礦體系

如果流體通道十分通暢，含礦流體將直接噴出地球表面，形成火山爆發或火山噴氣。這將造成含礦流體大規模散失在大氣中，不利於成礦作用。但是，如果含礦流體噴出於深水環境中，高水壓將可以阻止含礦流體的散失，並同時冷卻和稀釋含礦流體，導致水底噴流沉積成礦亞體系的產生。此外，火山機構本身也可能成為有利的成礦場所，當火山通道堵塞時z可以導致潛火山成礦亞體系。