蒸发岩型盐类矿床
④地表来源－风化或同生沉积
金刚石砂矿 镍风化壳矿
水系沉积物：砂金矿
⑤宇宙来源： 每日有3000吨宇宙物质落到地球表面
加拿大肖德贝里镍矿：椭圆型(60＊50km)，与地球和
月球表面陨石坑相似；岩体周围有大量角砾岩；有冲击变 质现象；陨石中铁、镍高；矿床独一无二，不受构造控制。
1.2 成矿介质(流体)来源
海底黑烟囱
海底黑烟囱
海水热液循环
VI 混合热液
流体来源的判别：流体氢氧同位素
2 成矿物质的迁移
成矿流体性质 流体迁移机制 成矿组分迁移条件与形式
海底黑烟囱
2.1 成矿流体的性质
包括物理和化学性质。 化学组成；温度；压力；酸碱度；氧、硫、 CO2的性状等。 流体性质和成矿流体来源及矿床成因关系极 大。流体的成矿专属性。 斑岩铜矿：高盐、高温热液 脉状金矿：低盐度富CO2流体
未蚀变带 蚀变外带 蚀变中间带 蚀变内带,
矿石
HJB SZ
澳大利亚 Wiluna地区 Bulletin金矿
围岩拉斑玄武岩 剪切带中心至围岩成 矿元素的变化
Si 角闪岩相 绿片岩相 Geochemical zoning sequence Ag K, Rb, Ba
felsic rocks
Si Ag Na
造山带金矿流体特征
• • • •
温度 压力 流体组成 盐度
~ 250-400 oC >1-4 kb 高 CO2 + H2O, N2, CH4 <5-8 wt% NaCl eq
矿物稳定域
2.2 流体迁移的机制
成矿元素进入成矿流体的原因 成矿流体迁移的驱动力
成矿元素进入成矿流体的原因
吸附：碳质、粘土 溶解：可溶性盐类 络合：绝大多数元素以络合方式进入热液， 络合剂有F-，Cl-, S2-, HS-, CO32-, OH-
卡林金矿成矿热液为“中 部地壳”岩浆流体和深循 环大气水的混合物？
IV. 变质热液
区域变质过程 中，岩石、矿 物中的各种形 式水及其它挥 发分受温度、 压力影响，从 岩石和矿物中 析出，发生活 化转移而形成 的热液
变质热液可从流经的围岩中淋滤、汲取成矿组 分，向温度和压力降低的地段转移，在有利围 岩中沉淀成矿，或进入有利的构造通道，形成 热液系统，再经反复运移、聚集，在合适的构 造、岩性条件下沉淀、成矿。
矿床地球化学基本问题
矿 床 学 现代分析测试
矿 床 地 球 化 学
地 球 化 学 现代实验模拟
矿床地质特征
矿石组分
成矿作用过程
矿床成因
胶东金矿：矿集区
玲珑金矿地质图
含金石英脉中的明金
Au矿质的浓集： n＊10-9→>n＊10-4
矿床地球化学 基本任务
源：成矿物质来源 运：成矿物质运移 储：成矿物质聚集
硅泉华 过热、过压
• 高温气体上升 • 局部过热 • 局部 过压
• 气液爆破! • 覆盖层被抛出覆盖层被抛出来自• 临近地区压力脱然 释放
热液爆发
• 不断爆破! • 喷出口边缘被抛出 • 喷出口加大 • 停止
• 没有足够的蒸气 • 冷水加入
热液爆发角砾岩筒
湖相沉积物
• 蚀变碎屑 • 粘土质充填 • 角砾和条带状碎屑 • 硅化和黄铁矿/白铁 矿化
博茨瓦纳Jwaneng金刚石矿
水下海底火山喷发形成的块状硫化物矿床(VMS)
例：日本黑矿(Kuroko)
②地壳深部－硅铝质重熔岩浆
地壳重熔－花岗岩质浆生成－成矿物质富集 硅铝质地 壳元素不 均一性－ 成矿类型 差异。
华 南 W, Sn, B, Nb, Ta; 华北克拉通周 边Au矿
③地壳表层－与岩浆或混染作用无关
上地幔 地壳深部 地壳表层 地面来源 宇宙源 多来源
①上地幔－硅镁质岩浆源
岩浆结晶分异和熔离作用所形成的Pt-Cr或Cu-Ni(Mo) 矿床 例：世界最大的镍矿: 加拿大肖德贝里
例：西澳大利亚科马提岩中镍矿
金伯利岩筒中的金刚石矿床、火成碳酸岩有关的稀 有元素矿床和安山(玄武)岩中的磁铁矿矿床，例：
化学过程，交代(蚀变)作用
密西西比河谷型铅锌矿
砂岩型铀矿的U迁移、沉淀
3. 成矿物质的富集
造成热液中成矿元素沉淀富集的原因 压力变化 温度变化 流体组分的变化
热液中金存在形式
热液中的铜的溶解度
-+2H+ ZnCl2(aq)+H2S=ZnS+2Cl
热液中锌的溶解度
成矿物质的富集方式
充填 交代
• 极少成矿
Fluid flow mostly on margins
新西兰White Island
新西兰White Island
日本Kyushu Kujusan 硫磺矿
日本Kyushu Kujusan 硫磺矿
台湾Tatun火山
台湾Tatun火山
与侵 入体 有关 得矿 床联 合成 矿模 式
开放空间充填： 梳状构造
开放空间充填： 胶状构造
开放空间充填： 环带状晶体
开放空间充填： 梳状、树枝状构造 开放空间充填： 晶体自由生长
交代结构：假晶
交代：脉壁不平行
交代：脉壁不规则
矿 石 物 质 组 分 研 究
《矿床地球化学》第一讲 课外读物
中国科学院矿床地球化学开放实验室. 1997. 矿 床地球化学. 地质出版社, 第一章 Barnes HL. 1979. Geochemistry of Hydrothermal Ore Deposits. John Wiley & Sons. 1, 5, 8, 11章
矿床地球化学
主讲人：范宏瑞 研究员
中国科学院地质与地球物理研究所
《矿床地球化学》授课内容
矿床地球化学基本问题 成矿流体 流体包裹体及在矿床学中的应用 实验地球化学在矿床学中的应用 微量元素研究在矿床学中的应用 稳定同位素研究在矿床学中的应用 放射性同位素年代学研究在矿床学中的应用
第二部分 第一讲
成矿元素和成矿介质可以是同源，也可为异源 搬运介质：硅酸盐熔体、溶液(成矿流体) 热液来源 地幔热液 岩浆热液 变质热液 地下水和天水热液 海水溶液 混合溶液
I. II. III. IV. V. VI.
I. 地幔流体
直接来自于上地幔中的原生流体，未经过岩 浆熔体阶段。前提是有深断裂作为通道。 据高温高压实验推测，地幔中含有大量金属 元素。 地幔排气作用将成矿元素搬运到地表。长期 的继承性和多旋回的特点。
SE
v
NE
v v v v v v v v v v v v
SW
v
Breccia pipe
v v
1200 (m)
v
Lepanto Epithermal ore >2.5 wt% Cu equiv.
v
1000
v
Main breccia ore
400
Porphyry ore >1.0 wt% Cu equiv.
美国西海岸与板块俯冲脱 水等过程有关的金矿床
西澳大利亚 Yilgarn克拉通 内金矿床
西澳大利亚Yilgarn克拉通内金矿床 岩浆－变质成矿热液模式
西澳大利亚Yilgarn克拉通内金矿床的成矿定位
V. 海水溶液
和地下水一样，海水渗透到一定深度被加热后，水 温升高，溶解金属的能力增强，特别是从蒸发岩等围岩 中获取盐分后，则成热卤水，溶解金属能力更增强，可 携带Hg, Sb, As及Cu, Pb, Zn至合适地点。
卡林型金矿容矿围岩
不纯碳酸盐岩 发生硅质不同程度的淋滤或交代 含砷黄铁矿, 晚期Au-硫化物
卡林型金矿:
浸染状交代矿体, 邻近高角度断裂 难选冶，但易与大规模开采
美国Post-Betze金矿采场：～40MozAu, 平均品位5g/t
早期燧石建造
金主成矿阶段
晚阶段
卡林型金矿与传统斑岩型金矿有联系?
成矿流体迁移的驱动力
温度差 压力差 重力差(影响较小)
2.3 元素 的迁移 形式
Au的迁移 0→Au+(Au3+) Au 络合剂： HS-, S2- , Cl-
2.4 迁移过程
物理过程，沿断裂通道迁移
迁移过程
物理过程，沿褶皱产生的裂隙迁移
迁移过程
物理过程，角砾岩化破碎形成运移空间
迁移过程
depletion
Na_
Unaltered
Se
Bi, Se Ba; Y-depletion Au, K, RbCO2WAs, SbTe-
Unaltered
Bi, Se CO2 Au K, Rb, Ba W As, Sb Intermed Te ORE Prox Distal
Schematic, not to scale
1. 成矿物质来源
成矿物质：成矿元素＋搬运介质(成矿流体) 地质学界水火之争→矿源之争 二十世纪六十年代之前，岩浆－热液理论占 统治地位；单一来源！内生或外生；同生或 后生；岩浆、沉积或变质 六十年代之后，分析仪器和手段进步，撼动 了岩浆演化和分异成矿说。多来源成矿说
1.1 矿质(成矿元素)的可能来源
岩浆-热液演化与成矿作用
II. 岩浆流体
包括深成热液和火山热液。
对内生热液矿床来说，来源于岩浆的热液占重要作 用，只是在近地表成矿时，地下水、天水或海水等 参入了成矿作用(热液混合成因)。
菲律宾Lepanto-FSE地区
NW
1200 (m) 800
v v v v
b
v v v v v v v v v v v
1. 2.
确定流体性质的方法
研究热液作用的产物－矿物共生和围岩蚀变。 研究热液残留物－流体包裹体成分。 研究正在进行中的热液活动，例如，与火山地 区的热泉及海底黑烟囱有关的矿物沉淀、热卤 水成分－将今论古。 各项模拟实验。