矿床学 热液概述
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《矿床学》06-1 气水热液概述(物质来源)(国家级精品课程)
岩石变质程度越深，脱水越多。这些水由深变质带向低变质带迁移，并 不断萃取成矿组分，形成含矿热液。
特征：δ18O=5‰—25‰，δD= -20‰— -65‰。 一般来说，低级变质作用产生的流体富含H2O；高级变质相中产生的流
体以高密度CO2为主；原岩如为蒸发岩，则放出富含NaCl的卤水，原岩为碳质的 沉积岩，则放出富含水和CO2的流体。
(b)水流体密度的形象示意图。Cp点为临界点 位置。
(c) 水溶液-气体的等容积密度变化与温度-压力 关系图。压力不变，温度升高，密度减小；温 度不变，压力升高，密度增大。（引自 Robb,2005）
中国地质大学
2）化学性质
根据气水热液矿床中主要矿物成分、围岩蚀变、矿物包裹体的研究，以及大 量现代地热系统和实验研究的成果，目前普遍认为气水热液成矿作用过程中化学性 质是变化的。它随着温度、压力的降低，流经围岩的性质的不同以及它们相互间的 作用，气水热液与其它溶液的混合等因素的影响而变化。
海水热液及其成矿模式 中国地质大学
大气水－海水－岩浆水－地幔热流
中国地质大学
4）变质热液
成因：变质热液是在变质过程中，因矿物和岩石的脱水作用而形成的。在变 质过程中，由于温度和压力升高而释放出水，然后汇聚成为热液。岩石变质程度 愈深，释放出的水愈多。
沉积岩（含水30%）→绿片岩相（6%）→角闪岩相（1-2%）→麻粒岩相 （0.5%)）
中国地质大学
5）地幔热液
成因：指来自地核或下地幔的超临界流体。化学组分以C、H、O、N、S为 主，少量F、Cl、P等，它们是直接来源于上地幔“去气作用” （“脱气” ）所 形成的。
特征： 一般通过测量上地幔硅酸盐的H-O同位素组成来推断“初生水”的组成，其 氢氧同位素为: δD=-48‰（或-70‰～-30‰）， δ18OH2O=7‰（或6‰～8.5‰）。 成分中CO2含量很高，可达78.54%，且常见纯CO2（占100%）的包裹体，其 中金属元素以富含Fe,Mg,Mn为特征。
特征：δ18O=5‰—25‰，δD= -20‰— -65‰。 一般来说，低级变质作用产生的流体富含H2O；高级变质相中产生的流
体以高密度CO2为主；原岩如为蒸发岩，则放出富含NaCl的卤水，原岩为碳质的 沉积岩，则放出富含水和CO2的流体。
(b)水流体密度的形象示意图。Cp点为临界点 位置。
(c) 水溶液-气体的等容积密度变化与温度-压力 关系图。压力不变，温度升高，密度减小；温 度不变，压力升高，密度增大。（引自 Robb,2005）
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2）化学性质
根据气水热液矿床中主要矿物成分、围岩蚀变、矿物包裹体的研究，以及大 量现代地热系统和实验研究的成果，目前普遍认为气水热液成矿作用过程中化学性 质是变化的。它随着温度、压力的降低，流经围岩的性质的不同以及它们相互间的 作用，气水热液与其它溶液的混合等因素的影响而变化。
海水热液及其成矿模式 中国地质大学
大气水－海水－岩浆水－地幔热流
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4）变质热液
成因：变质热液是在变质过程中，因矿物和岩石的脱水作用而形成的。在变 质过程中，由于温度和压力升高而释放出水，然后汇聚成为热液。岩石变质程度 愈深，释放出的水愈多。
沉积岩（含水30%）→绿片岩相（6%）→角闪岩相（1-2%）→麻粒岩相 （0.5%)）
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5）地幔热液
成因：指来自地核或下地幔的超临界流体。化学组分以C、H、O、N、S为 主，少量F、Cl、P等，它们是直接来源于上地幔“去气作用” （“脱气” ）所 形成的。
特征： 一般通过测量上地幔硅酸盐的H-O同位素组成来推断“初生水”的组成，其 氢氧同位素为: δD=-48‰（或-70‰～-30‰）， δ18OH2O=7‰（或6‰～8.5‰）。 成分中CO2含量很高，可达78.54%，且常见纯CO2（占100%）的包裹体，其 中金属元素以富含Fe,Mg,Mn为特征。
矿床学6-热液概述
目前包括能够提供矿质的所有岩石，都称之为“矿源岩” (source rock)。
3．上地幔
地幔流体的活动可以把分散在上地幔中的成矿物质活化、迁移到地壳 中成矿。
如胶东半岛金矿、四川大水沟碲—金矿以及河北东坪金矿等，已经有不 同的研究者相继提出地幔流体和地幔物质参与成矿的认识。
由于受技术条件的限制，对参与热液成矿作用的地幔成矿物质的识别， 目前尚处在不断的探索之中。
按Holland的实验，只有当与硅酸盐熔浆共存的蒸气相中H2O分压超过 4.94×107Pa时，黑云母和角闪石才可从英安质熔体中析出，形成斑晶。这些水 可以构成岩浆流体的主要来源。对热液矿床中矿物及其中流体包裹体氢氧同位 素成分的分析结果，也证实部分热液矿床形成的早期，确有岩浆流体存在。
Bumham(1979)实 验表明，岩浆中溶解的 H2O重量百分比随压力 的升高而加大。
三、热液中主要挥发组分的性状及其影响
热液中挥发组分对成矿物质活化、搬运和沉淀都有重要影响， 所以这些组分在热液中的化学性质和存在状态是值得我们探讨的。
1、卤族元素：热液中主要卤族元素是F和Cl。
a、卤族元素的化合物（尤其是氯化物）是强电解质，电解后强烈影响 热液的pH值；
b、大部分金属元素的卤化物都有较大的溶解度，很多金属元素均可与 卤族元素形成易溶络合物，还有部分卤化物高温时具有挥发性质。卤族 元素的这些重要性质有助于热液中有用组分的迁移。
海水热液及其成矿模式
海水可以在海底岩石中下渗几 公里，甚至十几公里，然后变成上 昂热液，在深部的环流过程中，可 以与所途径的岩石发生水岩反应， 变成含矿热卤水，然后沿着海底断 裂上升至海底，形成海底喷发和海 底“烟囱”。
近代海水的δD和δ18OH2O都近 于0‰（或均为1‰±5‰）含SO42-， 盐度3.5%。
3．上地幔
地幔流体的活动可以把分散在上地幔中的成矿物质活化、迁移到地壳 中成矿。
如胶东半岛金矿、四川大水沟碲—金矿以及河北东坪金矿等，已经有不 同的研究者相继提出地幔流体和地幔物质参与成矿的认识。
由于受技术条件的限制，对参与热液成矿作用的地幔成矿物质的识别， 目前尚处在不断的探索之中。
按Holland的实验，只有当与硅酸盐熔浆共存的蒸气相中H2O分压超过 4.94×107Pa时，黑云母和角闪石才可从英安质熔体中析出，形成斑晶。这些水 可以构成岩浆流体的主要来源。对热液矿床中矿物及其中流体包裹体氢氧同位 素成分的分析结果，也证实部分热液矿床形成的早期，确有岩浆流体存在。
Bumham(1979)实 验表明，岩浆中溶解的 H2O重量百分比随压力 的升高而加大。
三、热液中主要挥发组分的性状及其影响
热液中挥发组分对成矿物质活化、搬运和沉淀都有重要影响， 所以这些组分在热液中的化学性质和存在状态是值得我们探讨的。
1、卤族元素：热液中主要卤族元素是F和Cl。
a、卤族元素的化合物（尤其是氯化物）是强电解质，电解后强烈影响 热液的pH值；
b、大部分金属元素的卤化物都有较大的溶解度，很多金属元素均可与 卤族元素形成易溶络合物，还有部分卤化物高温时具有挥发性质。卤族 元素的这些重要性质有助于热液中有用组分的迁移。
海水热液及其成矿模式
海水可以在海底岩石中下渗几 公里，甚至十几公里，然后变成上 昂热液，在深部的环流过程中，可 以与所途径的岩石发生水岩反应， 变成含矿热卤水，然后沿着海底断 裂上升至海底，形成海底喷发和海 底“烟囱”。
近代海水的δD和δ18OH2O都近 于0‰（或均为1‰±5‰）含SO42-， 盐度3.5%。
第五章 热液矿床概论
第五章热液矿床概论(气水)热液指形成于地壳一定深度的，具有一定的温度（500-50℃）、压力的气液两相体系，称为气水热液，简称热液。
气水热液组成：以水为主，含挥发组份（H2O、F、Cl、B、S、P等），并经常含有各种成矿组份，故又称之为含矿(气水)热液。
当含矿气水热液在一定的地质构造中移动时，由于温度、压力和组份浓度等物理化学条件的变化，平衡遭到破坏，其中的成矿物质通过充填或交代作用，发生沉淀、聚集，以致形成矿床，这类矿床称为(气水)热液矿床。
①成矿晚于围岩，属于后生矿床。
②成矿温度400℃-50℃之间，少数可达500℃或更高，成矿深度变化较大。
③构造对气水热液矿床的形成有明显的控制作用。
它既是气水热液运移的通道，又是成矿组分沉淀的场所。
④气水热液矿床往往都发育有较强烈的围岩蚀变。
⑤成矿作用具有多阶段性。
⑥矿石组份：构成矿床的金属矿物以金属硫化物（Cu、Mo、Pb、Zn、Hg、Sb、Ag）为主，另外有部分金属氧化物和含氧盐（W、Sn、U……）。
⑦矿体主要呈透镜状、囊状、不规则状，有时也呈似层状。
⑧矿石组构：具充填和交代形成的结构构造，如脉状、网脉状、浸染状、块状构造，胶状、侵蚀、残余、骸晶结构等。
含矿热液的种类岩浆成因热液变质成因热液建造水大气水热液幔源初生水热液1. 岩浆成因热液岩浆成因热液指在岩浆结晶过程中从岩浆中释放出来的热水溶液。
水从岩浆中分出的主要因素是由于温度和压力的降低。
岩浆成因热液中常含有H2S、HCI、HF、SO2、CO、CO2、H2、N2等挥发组分，故具有很强的形成金属络合物并使其迁移活动的能力。
此外有高盐度、富K+的特征。
人们不可能直接得到岩浆水，但通过氢-氧同位素的计算可以确定岩浆水的参与：岩浆成因热液：δ18O：+6～+9‰，δD：-48～-80‰2 ．变质成因热液指岩石在进化变质作用过程中（增温增压）所释放出来的热水溶液。
岩石遭受进化变质作用时，总伴随着矿物的脱水反应，而且脱水同变质的强度成正比。
矿床(4)气水热液矿床概论
图6-3
黑矿型矿床简要横剖面图
（五）变质热液 1. 成因 变质作用过程中，与变质岩石平衡、或从中分出的水溶液。 变质作用过程中，与变质岩石平衡、或从中分出的水溶液。 影响因素： 影响因素： a 原始地质体的成因； 原始地质体的成因； b 变质作用强度； 变质作用强度； c 变质作用类型（接触变质和区域变质）。 变质作用类型（接触变质和区域变质） 沉积岩（含水30%）→绿片岩相（6%）→角闪岩相（1-2%） 绿片岩相（ ） 角闪岩相 角闪岩相（ 如：沉积岩（含水 ） 绿片岩相 ） →麻粒岩相（0.5%） 麻粒岩相（ 麻粒岩相 ） 2. 变质热液中的矿质来源 a 变质过程中来自原岩； 变质过程中来自原岩； b 从流经岩石中萃取； 从流经岩石中萃取； c 深部来源。 深部来源。 3. 特征： 特征： H2O的δ18O = 5‰∼25‰，δD = -20‰∼-65‰，多富 的 ∼ ， ∼ ，多富CO2
四、成矿元素在热ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ中的迁移与沉淀
（一）成矿元素的迁移方式 矿石中金属元素的化合物，并不代表其在热液中的存在形式。 矿石中金属元素的化合物，并不代表其在热液中的存在形式。 FeS（不溶） 例： FeCl2（可溶）+ H2S = FeS（不溶）+ 2HCl 可溶） 1. 卤化物形式 高温下可能， （1）气态挥发物(如FeCl3、AuCl3、SnF4)，高温下可能，温度降低 气态挥发物( 发生水解。 发生水解。 如：SnF4+2H2O=SnO2+4HF （2）可溶盐(简单离子)，高温下可能，随温度降低，H2S和H2CO3解 可溶盐(简单离子) 高温下可能，随温度降低， 可能性减小。 离，可能性减小。 2. 胶体溶液形式。高温下不稳定，并且会不断有来自围岩的电解质， 胶体溶液形式。高温下不稳定，并且会不断有来自围岩的电解质， 因此仅在低温、局部可行。 因此仅在低温、局部可行。
第五章 热液矿床概论
4. 大气水热液（meteoric fluid）
第 一 节 含 矿 热 液 的 种 类 与 来 源
东太平洋北纬21°所进行的海底调查中发现海底 热水活动正在形成块状硫化物矿床； 冲绳海槽和西南太平洋发现类似的海底成矿作用； 目前已经发现几百个正在活动的海底喷流热卤水 池。 大量的岩浆岩及其相关流体的氢、氧同位研究表 明，在岩浆流体成矿系统中早期成矿以岩浆流体 为主 ，但中晚期通常有不同比例的大气水的混入， 即使是发育于斑岩体内外接触带的斑岩型铜矿也 都显示成矿后期有大气水的加入，甚至在一些热 液矿床中成矿流体以大气水为主。
热液矿床概念、形成物理化学条件
第 五 章 热 液 矿 床 概 论
传统上一般认为热液矿床的形成深度不超过 6~8Km，但
– 20世纪80、90年代在前苏联科拉半岛的超深钻11km 深度的裂隙中发现了含矿热液，在德国巴伐利亚KTB 超深钻9.1km深度上发现了丰富的含矿卤水。 – Barnicoat等（1991）研究了西澳大利亚南克劳斯省 产于角闪岩相和低麻粒岩相区的2个热液金矿床，发 现其成矿温度分别可达500~550 ℃和740℃。 – Groves等（1992，1993）研究认为，从次绿片岩相 到麻粒岩相的变质岩中都有热液脉状金矿产出，反映 至少在15km以上的地壳剖面中，在不同的垂向深度 上可连续形成金矿，成矿温度变化在180~700℃之间， 成矿压力最高可达5×108P来 源
前述的各种来源的热液均可把地壳岩石中的成 矿物质活化出来，并使之迁移、富集成矿。热 液沿围岩的裂隙、孔隙渗滤、运移时，可以与 围岩中组分发生反应，这一过程通常称为水岩 反应。通过水-岩反应，一部分物质溶解，使热 液中金属组分含量升高，并使围岩中原有金属 元素的含量减小。 – 例如：江西德兴铜矿，远离矿体的九岭群中 元古界火山-沉积岩系平均含铜55×10-6；紧 邻矿化-蚀变带的外围有一环形含铜量低值区， 宽2~5 km，平均含铜40×10-6；而在矿化蚀 变带中含铜在（100~1000）×10-6以上，矿 化蚀变带中的铜有一部分来自铜元素降低的 围岩。在成矿物质从围岩滤出的过程中，围 岩可发生或强或弱的变化。
热液矿床 - 概述
22 20 18 16 14
盐度
成矿地质环境，含矿热液 的来源不同
黄 大 金 水
柏 华 满 泄
盆地卤水
深源流体
12 10 8 6 4 2 0 0 50 100 150 200 250 300 350
——形成众多矿床类型
——矿床地质特征各异
大气降水
加热的深循环水
温度
2. 热液成分复杂(气水热液) 主要组份：水
⑥ 角砾岩充填矿床
◆角砾岩中的岩块杂乱
堆积产生大量空穴，
可使含矿溶液进入形
成角砾岩充填矿床
◆角砾岩可以是火山成
因、构造崩塌和碎裂
作用造成
陕西省太白金矿床中钠长 质角砾岩型充填金矿脉
（2）交代成矿作用
是指热液（流体）与围岩发生物质交换的作用
一般具有如下特点：
（a）原矿物溶解与新矿物沉淀同时进行。
矿床形成的深度：
深-中深(4.5－1.5km) 浅到超浅(1.5km－近地表)
成矿温度和压力（深度）的测定
矿物包裹体测温法 是目前应用最广的主要 测温方法。其中均一法用于透明矿物二相及 多相包裹体，测定最终均一温度经压力校正 后为成矿温度的下限值；爆裂法用于不透明 矿物，测定的包裹体爆裂温度应是成矿温度 的上限值。 稳定同位素测温法 是应用某一元素的同位 素在热液共结晶的一对矿物中的测定结果， 依据两矿物间的该元素的同位素分馏平衡常 地质推断法 通常是依据矿床自身特 征、与成矿相关侵入体的特征、成矿 时期矿体上覆地层厚度等概略的推断 成矿深度，定性的推断矿床属浅成还 是中-深成因。 矿物包裹体测压法 通过测定包裹体 均一温度和包裹体的密度、盐度确定 成矿的压力，再依据静岩压力换算成 矿深度。此法是目前定量测定成矿压 力（深度）的最通用的方法。
矿床 第四章 热液 (1-2)
① 云英岩化 greisenization -属于高温气水热液蚀变类型
* 主要产于与花岗岩类有关的热液矿床中 *新生细粒石英和白云母交织一起，交代长 石 过程中，大量K+、Ca2+进入热液 *共生的矿化矿物有黑钨矿、白钨矿、锡石、辉钼 矿等
围岩蚀变主要类型及与矿化关系 ② 硅化-silicification
促使成矿元素从热液中沉淀有以下几种 情况： ① 物理化学条件的变化，主要是温度的 降低，压力的 降低，pH值的变化，氧化 还原电位的变化，成矿元素在热液中浓度 的增加等
热液中成矿元素的沉淀
② 热液与流径的各种不同成分的围岩的相互 作用，化学反应导致围岩蚀变和有用矿物 沉淀
③ 不同成分和性质的水溶液的相互混合，改 变了含矿热液系统的状态，破坏了溶液化 学平衡，促使某些化学反应发生，导致矿 物的沉淀
② 成矿作用方式为充填和交代作用 ③ 成矿作用过程产生不同程度围岩蚀变
2.热液矿床特点
④ 成矿作用受热液性质、围岩岩性和构 造条件的控制或影响 ⑤ 成矿物质与围岩作用形成不同程度的 矿化蚀变分带 ⑥形成的矿床种类多：W、Sn、Mo、Nb、 Ta、TR、Au、Ag、Fe、Cu、Pb、Zn、 Hg、Sb、萤石、重晶石、石棉等
热液中成矿元素的搬运
③以胶体溶液形成搬运
其依据是：许多金属硫化物在具分散相溶
液中的含量，比在真溶液中至少大100万倍 胶体溶液可以在较大温度压力范围内产生
热液中成矿元素的搬运
溶液中有硫化氢和硫化钠的存在，可 以阻止电解质对成矿物质胶体的凝聚作用
在气水热液矿床中已发现大量胶体构造 的矿石
热液中成矿元素的搬运
热液中成矿元素的搬运
★ 在矿物液体包裹体中，氯化物的浓度很高， 有时有NaCl的子晶出现 ★ 在一些矿床中有含Cl和F的矿物出现，如 萤石、黄玉、氯铅矿、水铝氟石等
* 主要产于与花岗岩类有关的热液矿床中 *新生细粒石英和白云母交织一起，交代长 石 过程中，大量K+、Ca2+进入热液 *共生的矿化矿物有黑钨矿、白钨矿、锡石、辉钼 矿等
围岩蚀变主要类型及与矿化关系 ② 硅化-silicification
促使成矿元素从热液中沉淀有以下几种 情况： ① 物理化学条件的变化，主要是温度的 降低，压力的 降低，pH值的变化，氧化 还原电位的变化，成矿元素在热液中浓度 的增加等
热液中成矿元素的沉淀
② 热液与流径的各种不同成分的围岩的相互 作用，化学反应导致围岩蚀变和有用矿物 沉淀
③ 不同成分和性质的水溶液的相互混合，改 变了含矿热液系统的状态，破坏了溶液化 学平衡，促使某些化学反应发生，导致矿 物的沉淀
② 成矿作用方式为充填和交代作用 ③ 成矿作用过程产生不同程度围岩蚀变
2.热液矿床特点
④ 成矿作用受热液性质、围岩岩性和构 造条件的控制或影响 ⑤ 成矿物质与围岩作用形成不同程度的 矿化蚀变分带 ⑥形成的矿床种类多：W、Sn、Mo、Nb、 Ta、TR、Au、Ag、Fe、Cu、Pb、Zn、 Hg、Sb、萤石、重晶石、石棉等
热液中成矿元素的搬运
③以胶体溶液形成搬运
其依据是：许多金属硫化物在具分散相溶
液中的含量，比在真溶液中至少大100万倍 胶体溶液可以在较大温度压力范围内产生
热液中成矿元素的搬运
溶液中有硫化氢和硫化钠的存在，可 以阻止电解质对成矿物质胶体的凝聚作用
在气水热液矿床中已发现大量胶体构造 的矿石
热液中成矿元素的搬运
热液中成矿元素的搬运
★ 在矿物液体包裹体中，氯化物的浓度很高， 有时有NaCl的子晶出现 ★ 在一些矿床中有含Cl和F的矿物出现，如 萤石、黄玉、氯铅矿、水铝氟石等
热液矿床概述
代表一个物理化学条件未发生明显变化的较长的成矿过程，一个气水热液矿 床可有一个或多个矿化期。热液在不同的物理化学条件下会形成不同的矿物 组合，如硅酸盐矿物组合、氧化物矿物组合、硫化物矿物组合，表明形成这 些矿物组合时热液具有明显不同的物理化学条件。因此，矿物组合的变化是 划分矿化期的标志。
2、矿化阶段
3
第六章 热液矿床概述
二、热液成分与性质
1、 H2O ① 是含矿溶液的主要组分，是矿物搬运矿质的介质； ② 是弱电解质，可部分电离出H+和OH-，使溶液中的物质发生 水解，形成化合物沉淀出来。
SnF4+2H2O=SnO2↓+4HF ③ 另外，H+和OH-增加可影响溶液物质变化，主要是酸碱性 （pH值）。
第六章 热液矿床概述
第二节 成矿物质的来源
一、介质的来源
1、岩浆热液(包括侵入岩浆热液和火山热液)
岩浆热液是岩浆中所含的水及其他挥发组分在岩浆上侵和冷凝 结晶过程中，由于温度、压力和成分的变化与其所溶解的化学 成分一起被析出形成的。
2、变质热液
变质热液是岩石在变质过程中随变质温度和压力不断增加依次 释放出来的粒间水、矿物的结晶水和结构水溶解了成矿物质形 成的。
4
第六章 热液矿床概述
二、热液成分与性质
2、S 含矿溶液中硫的多少与H2S的解离有关，H2S的解离形式与温度 有关。 ①高温热液阶段 T>400℃，将分解为H2和S2分子。T>1500℃，将全部分解为 H2+S2分子，随着温度降低，又结合成H2S。 300~400℃，H2S以中性分子形式存在，不参与化学反应，因 此很少有硫化物出现。 ②中温阶段(300~200℃) 随着温度的下降，H2S在水中的溶解 度增大，同时将发生电离作用。 ③低温热液阶段(<200℃) 位于地表浅处，氧气较充足，溶液 中的硫往往氧化高价硫，形成一些硫酸盐矿物（重晶石、石膏5、 天青石、明矾石等）。
2、矿化阶段
3
第六章 热液矿床概述
二、热液成分与性质
1、 H2O ① 是含矿溶液的主要组分，是矿物搬运矿质的介质； ② 是弱电解质，可部分电离出H+和OH-，使溶液中的物质发生 水解，形成化合物沉淀出来。
SnF4+2H2O=SnO2↓+4HF ③ 另外，H+和OH-增加可影响溶液物质变化，主要是酸碱性 （pH值）。
第六章 热液矿床概述
第二节 成矿物质的来源
一、介质的来源
1、岩浆热液(包括侵入岩浆热液和火山热液)
岩浆热液是岩浆中所含的水及其他挥发组分在岩浆上侵和冷凝 结晶过程中，由于温度、压力和成分的变化与其所溶解的化学 成分一起被析出形成的。
2、变质热液
变质热液是岩石在变质过程中随变质温度和压力不断增加依次 释放出来的粒间水、矿物的结晶水和结构水溶解了成矿物质形 成的。
4
第六章 热液矿床概述
二、热液成分与性质
2、S 含矿溶液中硫的多少与H2S的解离有关，H2S的解离形式与温度 有关。 ①高温热液阶段 T>400℃，将分解为H2和S2分子。T>1500℃，将全部分解为 H2+S2分子，随着温度降低，又结合成H2S。 300~400℃，H2S以中性分子形式存在，不参与化学反应，因 此很少有硫化物出现。 ②中温阶段(300~200℃) 随着温度的下降，H2S在水中的溶解 度增大，同时将发生电离作用。 ③低温热液阶段(<200℃) 位于地表浅处，氧气较充足，溶液 中的硫往往氧化高价硫，形成一些硫酸盐矿物（重晶石、石膏5、 天青石、明矾石等）。
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2、特征：变质热液H2O的 δ18O=5‰～25‰，δD=20‰～-65‰，多富CO2。
（三）初生水，或原生水，或“地幔热液”
指直接来源于上地幔“去气作用” （“脱气”， “除气”）所形成的气水热液。
这种气液从未参加过水循环作用，在地球形成时 期就已存在。
一般通过测量上地幔硅酸盐的H-O同位素组成来 推断“初生水”的组成。
地幔流体的活动可以把分散在上地幔中的成矿物质 活化、迁移到地壳中成矿。
如胶东半岛金矿、四川大水沟碲—金矿以及河北东坪 金矿等，已经有不同的研究者相继提出地幔流体和地幔物 质参与成矿的认识。
由于受技术条件的限制，对参与热液成矿作用的地幔 成矿物质的识别，目前尚处在不断的探索之中。
五、含矿热液的运移
（一）运移的动力
1.气水热液的概念
定 “气水热液”是指在一定深度下形成的，具有一定 义 温度和压力的含多种挥发组分和成矿元素的气态
或液态水溶液（简称热液）。
a、主要成份：H2O（盐度一般为几%—几十%）；
成 b、其他挥发组分：HCl、HF、H2S、CO2、B、（As）； 分 c、主要金属元素：K、Na、Ca、Mg；
局部热源，如地壳深部的岩浆热能或变质热 能，地幔梯度等能造成含矿热液的密度差，引起 对流循环，从而使密度小的上升。
原始成因的多种溶液，若它的密度不同，产 生密度差引起物质的对流。
含盐度很高的含矿溶液因密度较大而下沉， 驱使密度小的流体上升。这样产生的密度差也能 推动含矿热液的运移。
H2CO3 =H++HCO3－(利于矿质迁移)
HCO3－=H++CO32－（有利于形成难溶碳酸盐 沉淀成矿）,
与H2S性状相似，[HCO3－]和[CO32－]与热液 的温度、压力和pH值有关，温度降低和pH值升高 有利于成矿元素以碳酸盐沉淀。
四、成矿物质的来源
1．岩浆熔体
在岩浆结晶过程中，岩浆中的成矿物质随着岩浆热 液的析出，以各种形式进入热液，形成含矿热液。
成岩过程中产生的溶液，这些溶液在沉积物固结成岩 之后或成岩期后的挤压作用而汇集在一起形成“囚 水” ，“封存水” ，“建造水（地层水）”。
按照沉积背景的不同，又可分为海成溶液和陆成 溶液。
② 后生下渗溶液 指由地表大气降水和
海水沿着岩石的裂隙或海 底裂隙、间隙、孔洞等下 渗到地壳不同的深度形成 的溶液。
Fe2+、Fe3+、Cu+、Cu2+、Pb2+、Zn2+等，易形成氯络 合物，因此热液和岩浆中Cl-的浓度高低与热液形成矿 床的能力有一定关系。
其他挥发性组分，如CO2、CO、H2S、SO2、HF等与岩 浆热液的含矿性也有关系。
2．地壳岩石
不同来源的热液，在其源区或其运移过程中与 不同类型的地壳岩石发生反应，从而捕获其中的成 矿物质，形成含矿热液，进而成矿。
b、还原态H2S，是弱电解质和重要的矿化剂，性状如下：
(a)＞400ºC，H2S为中性分子，不电离，或分解为S和H2。
(b)＜400ºC，H2S开始电离， H2S=H++HS-，k1=[H+][HS-]/[H2S]=8.4×10-8
HS-常可与多种金属元素结合形成络合物，有助于元 素在热液中迁移。
[HS-]=H++S2-，k2=[H+][S2-]/[HS-]=1.2×10-15
有关矿种：
a、主要金属矿产：Fe、Mn，Cu、Pb、Zn、W、Sn、Mo、Sb、 Hg，Au、Ag，Li、Be、Nb、Ta，U、Th
b、非金属矿产：云母、石棉、萤石、水晶、明矾石、叶腊 石、蛇纹岩，硫铁矿、重晶石、天青石、滑石、菱镁矿等。
二、热液的成因（类型）
气水热液的来 源是这类矿床的一 个重要问题。由于 其来源十分复杂， 因此人们曾提出过 多种看法，争议较 大。这个问题，也 是人们目前大力研 究的一个课题。气 水热液的来源可分 为四种基本来源， 五种类型。
近代海水的δD和 δ18OH2O都近于0‰（或均 为1‰±5‰）含SO42-，盐 度3.5%。
黑矿型矿床简要横剖面图
特征：大气降水的同位素 组成随海拔高度、纬度、 温度的变化有规律地改变， 一般说来，大气降水的同 位素组成
δD=-340‰～+50‰，
δ18O=-44‰～+10‰。
接近大气降水线，温 度多属中、低温，多富 Ca2＋、Na＋）
几个因素决定了地壳岩石对热液成矿作用过程中成矿 物质的供应：
①岩石中成矿组分的最初含量； ②热液流体循环过程中所影响的岩石的体积(范围)； ③岩石和所流经的热液之间发生水岩反应的强度； ④水-岩比值(即参与反应的流体质量和发生反应的岩 石质量之比)的大小。
同生热液可以把原来沉积物中所含的铅、锌，在 建造水释放过程中带出，某些含铅、锌较高的油田卤 水即可能属于这种成因。
按Holland的实验，只有当与硅酸盐熔浆共存的蒸气相 中H2O分压超过4.94×107Pa时，黑云母和角闪石才可从英 安质熔体中析出，形成斑晶。这些水可以构成岩浆流体的 主要来源。对热液矿床中矿物及其中流体包裹体氢氧同位 素成分的分析结果，也证实部分热液矿床形成的早期，确 有岩浆流体存在。
Bumham(1979)实 验表明，岩浆中溶解的 H2O重量百分比随压力 的升高而加大。
2、特征：岩浆热 液H2O的氢氧同位 素值一般变化范围 是δ18ΟH2O=6‰9‰，δD=-48‰-80‰,此外多有高 盐度、富K＋的特 征。
很多证据表明岩浆 中有水存在，快速冷却 的火山岩含水一般为 0.2%~5%，最高可达12 ％(如某些松脂岩)；另外 岩浆岩中大量的含水硅 酸盐矿物也是岩浆含水 的最好证明。
大气水热液及其成矿模式
（斯米尔诺夫）
水→热水→热卤水→含矿热液（含矿热卤水）
海水 海水也属于大 气降水一大类，但 海水中的化学组成 显然与地表的大气 降水不完全一样。 海水的含盐度约为 3.5%NaCl ， 海 水 沿 着海底的深大断裂 下渗到洋壳深处， 形成环流热液。
海水热液及其成矿模式
海水可以在海底岩石 中下渗几公里，甚至十几 公里，然后变成上昂热液， 在深部的环流过程中，可 以与所途径的岩石发生水 岩反应，变成含矿热卤水， 然后沿着海底断裂上升至 海底，形成海底喷发和海 底“烟囱”。
S2-常与金属阳离子结合形成难溶的硫化物而沉淀成矿。
上式可见，影响H2S解离的因素是热液中H2S的浓度 和pH值：H2S的溶解度又与压力呈正相关，与温度呈负 相关； pH值低，溶液中[HS-]高，有利于矿质的迁移， pH值高溶液中[S2-]高，有利于硫化物的沉淀。
3、CO2
高温条件下为中性分子，温度降低水合为 H2C浅成低温带 中温带
斑岩带
斑岩 火山角砾岩
火山岩 碎屑岩
泥化 黄铁矿化带
大量的地质资料表明，在内生成矿作用过 程中，除了有在岩浆结晶的主要阶段形成的岩 浆矿床在岩浆结晶之后形成的伟晶岩矿床之外， 在地壳中还有另一大类矿床，即与各种成因的 气水热液有关的“气水热液矿床”。
一、气水热液及其在内生矿床中的意义
d、常见成矿金属元素：黑色金属元素Fe、Mn，有色金属 元素Cu、Pb、Zn、W、Sn、Mo、Sb、Hg，贵金属元素Au、 Ag，稀有金属元素Li、Be、Nb、Ta，放射性元素U、Th。
温度及物理 状态
a 、 温 度 变 化 范 围 ： 50-800ºC ， 一 般 成 矿 温 度 ： 100-600ºC;盐度：5%-40%；压力：40-2500atm。 b、状态：气态（高温低压条件）、液态（高压中 低温条件）、超临界状态（高温高压条件）
（五）混合水
指上述各种水溶液不同程度、不同比例的混合。 由于水、岩石间的同位素交换反应，水的δD和δ18O 均有变化。
三、热液中主要挥发组分的性状及其影响
热液中挥发组分对成矿物质活化、搬运和沉 淀都有重要影响，所以这些组分在热液中的化学 性质和存在状态是值得我们探讨的。
1、卤族元素：热液中主要卤族元素是F和Cl。
变质热液可以从变质原岩中带出或从所流经的岩 石中萃取成矿物质。
岩浆热液除了可以把岩浆中的成矿组分带出外， 由于其高温特点所决定的高搬运能力，往往会捕获所 流经的岩石中的成矿物质而成矿。
不断加热的大气水热液在其循环过程中，会淋滤 所接触的地壳岩石中的成矿物质，形成热液矿床。
针对地壳岩石对成矿的物质贡献，矿床学家提出 了“矿源层”(source bed)的概念。
其氢氧同位素为: ——δD=-48‰（或-70‰～-30‰）， ——δ18OH2O=7‰（或6‰～8.5‰） 成分中CO2含量很高，可达78.54%，且常见纯 CO2（占100%）的包裹体，其中金属元素以富含Fe， Mg，Mn为特征。
（四）地下水热液
又可分成两个亚类：同生沉积溶液和后生下渗溶液。 ① 同生沉积溶液 ——又叫同生水； ——建造水（地层水）： 是指在沉积物形成时一起被埋入在沉积物中或在
1.压力梯度：
内压力： 溶液依靠自身的力量，打开通道而发生上升运移， 即处入地下较深处的矿液由于其本身的内压力推动， 热液沿着各种大小裂隙、破碎带运动。
外压力： 当构造运动发生时则可产出大量断层，勾通了地 壳深处岩浆活动的地区或地下深处汇集在一起的热液 区，促使深处的热液在地表不同部位压力差的驱使下 向减压方向运移。
这一概念最初是由澳大利亚人C.L.Knight)于 1957年首先提出的，其出发点是认为许多重要矿床和 侵入岩之间并不存在成因联系。相反，这些矿床的产 出却与某一特殊的沉积层显示出重要关系，它们是成 矿物质的提供者。
目前包括能够提供矿质的所有岩石，都称之为 “矿源岩” (source rock)。
3．上地幔
虹吸作用： 当构造形成大量裂隙时，尤其是那些隐伏于地下 并未与地表勾通的裂隙，开始形成张口，此时裂隙中 处于真空状态，产生负压力，从而能吸取周围的含矿 热液（虹吸作用)。这实质上也是压力差所产生的运移， 大多数盲矿脉，如阿尔卑斯型Pb-Zn矿脉，被认为是这 样形成的。
（三）初生水，或原生水，或“地幔热液”
指直接来源于上地幔“去气作用” （“脱气”， “除气”）所形成的气水热液。
这种气液从未参加过水循环作用，在地球形成时 期就已存在。
一般通过测量上地幔硅酸盐的H-O同位素组成来 推断“初生水”的组成。
地幔流体的活动可以把分散在上地幔中的成矿物质 活化、迁移到地壳中成矿。
如胶东半岛金矿、四川大水沟碲—金矿以及河北东坪 金矿等，已经有不同的研究者相继提出地幔流体和地幔物 质参与成矿的认识。
由于受技术条件的限制，对参与热液成矿作用的地幔 成矿物质的识别，目前尚处在不断的探索之中。
五、含矿热液的运移
（一）运移的动力
1.气水热液的概念
定 “气水热液”是指在一定深度下形成的，具有一定 义 温度和压力的含多种挥发组分和成矿元素的气态
或液态水溶液（简称热液）。
a、主要成份：H2O（盐度一般为几%—几十%）；
成 b、其他挥发组分：HCl、HF、H2S、CO2、B、（As）； 分 c、主要金属元素：K、Na、Ca、Mg；
局部热源，如地壳深部的岩浆热能或变质热 能，地幔梯度等能造成含矿热液的密度差，引起 对流循环，从而使密度小的上升。
原始成因的多种溶液，若它的密度不同，产 生密度差引起物质的对流。
含盐度很高的含矿溶液因密度较大而下沉， 驱使密度小的流体上升。这样产生的密度差也能 推动含矿热液的运移。
H2CO3 =H++HCO3－(利于矿质迁移)
HCO3－=H++CO32－（有利于形成难溶碳酸盐 沉淀成矿）,
与H2S性状相似，[HCO3－]和[CO32－]与热液 的温度、压力和pH值有关，温度降低和pH值升高 有利于成矿元素以碳酸盐沉淀。
四、成矿物质的来源
1．岩浆熔体
在岩浆结晶过程中，岩浆中的成矿物质随着岩浆热 液的析出，以各种形式进入热液，形成含矿热液。
成岩过程中产生的溶液，这些溶液在沉积物固结成岩 之后或成岩期后的挤压作用而汇集在一起形成“囚 水” ，“封存水” ，“建造水（地层水）”。
按照沉积背景的不同，又可分为海成溶液和陆成 溶液。
② 后生下渗溶液 指由地表大气降水和
海水沿着岩石的裂隙或海 底裂隙、间隙、孔洞等下 渗到地壳不同的深度形成 的溶液。
Fe2+、Fe3+、Cu+、Cu2+、Pb2+、Zn2+等，易形成氯络 合物，因此热液和岩浆中Cl-的浓度高低与热液形成矿 床的能力有一定关系。
其他挥发性组分，如CO2、CO、H2S、SO2、HF等与岩 浆热液的含矿性也有关系。
2．地壳岩石
不同来源的热液，在其源区或其运移过程中与 不同类型的地壳岩石发生反应，从而捕获其中的成 矿物质，形成含矿热液，进而成矿。
b、还原态H2S，是弱电解质和重要的矿化剂，性状如下：
(a)＞400ºC，H2S为中性分子，不电离，或分解为S和H2。
(b)＜400ºC，H2S开始电离， H2S=H++HS-，k1=[H+][HS-]/[H2S]=8.4×10-8
HS-常可与多种金属元素结合形成络合物，有助于元 素在热液中迁移。
[HS-]=H++S2-，k2=[H+][S2-]/[HS-]=1.2×10-15
有关矿种：
a、主要金属矿产：Fe、Mn，Cu、Pb、Zn、W、Sn、Mo、Sb、 Hg，Au、Ag，Li、Be、Nb、Ta，U、Th
b、非金属矿产：云母、石棉、萤石、水晶、明矾石、叶腊 石、蛇纹岩，硫铁矿、重晶石、天青石、滑石、菱镁矿等。
二、热液的成因（类型）
气水热液的来 源是这类矿床的一 个重要问题。由于 其来源十分复杂， 因此人们曾提出过 多种看法，争议较 大。这个问题，也 是人们目前大力研 究的一个课题。气 水热液的来源可分 为四种基本来源， 五种类型。
近代海水的δD和 δ18OH2O都近于0‰（或均 为1‰±5‰）含SO42-，盐 度3.5%。
黑矿型矿床简要横剖面图
特征：大气降水的同位素 组成随海拔高度、纬度、 温度的变化有规律地改变， 一般说来，大气降水的同 位素组成
δD=-340‰～+50‰，
δ18O=-44‰～+10‰。
接近大气降水线，温 度多属中、低温，多富 Ca2＋、Na＋）
几个因素决定了地壳岩石对热液成矿作用过程中成矿 物质的供应：
①岩石中成矿组分的最初含量； ②热液流体循环过程中所影响的岩石的体积(范围)； ③岩石和所流经的热液之间发生水岩反应的强度； ④水-岩比值(即参与反应的流体质量和发生反应的岩 石质量之比)的大小。
同生热液可以把原来沉积物中所含的铅、锌，在 建造水释放过程中带出，某些含铅、锌较高的油田卤 水即可能属于这种成因。
按Holland的实验，只有当与硅酸盐熔浆共存的蒸气相 中H2O分压超过4.94×107Pa时，黑云母和角闪石才可从英 安质熔体中析出，形成斑晶。这些水可以构成岩浆流体的 主要来源。对热液矿床中矿物及其中流体包裹体氢氧同位 素成分的分析结果，也证实部分热液矿床形成的早期，确 有岩浆流体存在。
Bumham(1979)实 验表明，岩浆中溶解的 H2O重量百分比随压力 的升高而加大。
2、特征：岩浆热 液H2O的氢氧同位 素值一般变化范围 是δ18ΟH2O=6‰9‰，δD=-48‰-80‰,此外多有高 盐度、富K＋的特 征。
很多证据表明岩浆 中有水存在，快速冷却 的火山岩含水一般为 0.2%~5%，最高可达12 ％(如某些松脂岩)；另外 岩浆岩中大量的含水硅 酸盐矿物也是岩浆含水 的最好证明。
大气水热液及其成矿模式
（斯米尔诺夫）
水→热水→热卤水→含矿热液（含矿热卤水）
海水 海水也属于大 气降水一大类，但 海水中的化学组成 显然与地表的大气 降水不完全一样。 海水的含盐度约为 3.5%NaCl ， 海 水 沿 着海底的深大断裂 下渗到洋壳深处， 形成环流热液。
海水热液及其成矿模式
海水可以在海底岩石 中下渗几公里，甚至十几 公里，然后变成上昂热液， 在深部的环流过程中，可 以与所途径的岩石发生水 岩反应，变成含矿热卤水， 然后沿着海底断裂上升至 海底，形成海底喷发和海 底“烟囱”。
S2-常与金属阳离子结合形成难溶的硫化物而沉淀成矿。
上式可见，影响H2S解离的因素是热液中H2S的浓度 和pH值：H2S的溶解度又与压力呈正相关，与温度呈负 相关； pH值低，溶液中[HS-]高，有利于矿质的迁移， pH值高溶液中[S2-]高，有利于硫化物的沉淀。
3、CO2
高温条件下为中性分子，温度降低水合为 H2C浅成低温带 中温带
斑岩带
斑岩 火山角砾岩
火山岩 碎屑岩
泥化 黄铁矿化带
大量的地质资料表明，在内生成矿作用过 程中，除了有在岩浆结晶的主要阶段形成的岩 浆矿床在岩浆结晶之后形成的伟晶岩矿床之外， 在地壳中还有另一大类矿床，即与各种成因的 气水热液有关的“气水热液矿床”。
一、气水热液及其在内生矿床中的意义
d、常见成矿金属元素：黑色金属元素Fe、Mn，有色金属 元素Cu、Pb、Zn、W、Sn、Mo、Sb、Hg，贵金属元素Au、 Ag，稀有金属元素Li、Be、Nb、Ta，放射性元素U、Th。
温度及物理 状态
a 、 温 度 变 化 范 围 ： 50-800ºC ， 一 般 成 矿 温 度 ： 100-600ºC;盐度：5%-40%；压力：40-2500atm。 b、状态：气态（高温低压条件）、液态（高压中 低温条件）、超临界状态（高温高压条件）
（五）混合水
指上述各种水溶液不同程度、不同比例的混合。 由于水、岩石间的同位素交换反应，水的δD和δ18O 均有变化。
三、热液中主要挥发组分的性状及其影响
热液中挥发组分对成矿物质活化、搬运和沉 淀都有重要影响，所以这些组分在热液中的化学 性质和存在状态是值得我们探讨的。
1、卤族元素：热液中主要卤族元素是F和Cl。
变质热液可以从变质原岩中带出或从所流经的岩 石中萃取成矿物质。
岩浆热液除了可以把岩浆中的成矿组分带出外， 由于其高温特点所决定的高搬运能力，往往会捕获所 流经的岩石中的成矿物质而成矿。
不断加热的大气水热液在其循环过程中，会淋滤 所接触的地壳岩石中的成矿物质，形成热液矿床。
针对地壳岩石对成矿的物质贡献，矿床学家提出 了“矿源层”(source bed)的概念。
其氢氧同位素为: ——δD=-48‰（或-70‰～-30‰）， ——δ18OH2O=7‰（或6‰～8.5‰） 成分中CO2含量很高，可达78.54%，且常见纯 CO2（占100%）的包裹体，其中金属元素以富含Fe， Mg，Mn为特征。
（四）地下水热液
又可分成两个亚类：同生沉积溶液和后生下渗溶液。 ① 同生沉积溶液 ——又叫同生水； ——建造水（地层水）： 是指在沉积物形成时一起被埋入在沉积物中或在
1.压力梯度：
内压力： 溶液依靠自身的力量，打开通道而发生上升运移， 即处入地下较深处的矿液由于其本身的内压力推动， 热液沿着各种大小裂隙、破碎带运动。
外压力： 当构造运动发生时则可产出大量断层，勾通了地 壳深处岩浆活动的地区或地下深处汇集在一起的热液 区，促使深处的热液在地表不同部位压力差的驱使下 向减压方向运移。
这一概念最初是由澳大利亚人C.L.Knight)于 1957年首先提出的，其出发点是认为许多重要矿床和 侵入岩之间并不存在成因联系。相反，这些矿床的产 出却与某一特殊的沉积层显示出重要关系，它们是成 矿物质的提供者。
目前包括能够提供矿质的所有岩石，都称之为 “矿源岩” (source rock)。
3．上地幔
虹吸作用： 当构造形成大量裂隙时，尤其是那些隐伏于地下 并未与地表勾通的裂隙，开始形成张口，此时裂隙中 处于真空状态，产生负压力，从而能吸取周围的含矿 热液（虹吸作用)。这实质上也是压力差所产生的运移， 大多数盲矿脉，如阿尔卑斯型Pb-Zn矿脉，被认为是这 样形成的。