Question

地幔流体成矿意义

Answer 1

地幔流体是一种超临界流体。周月根（1998）认为，地球内部巨量的超临界流体（地幔流体）不断向上运移，由于具有独特的溶解和输运能力，将对油气的富集、运移以及成藏等各个阶段产生重大影响。刘伟（2003）、温志坚和毛景文（2003）在评述超临界流体的金属矿床成矿意义中均指出，超临界流体在金属矿床成矿过程中具有重要作用，主要表现在：

（1）超临界流体具有高溶解性和高扩散系数，在流经矿源层时高效萃取成矿元素形成富含成矿元素的成矿流体。Loucks andMavrogenes（1999）的实验研究表明，金在超临界流体中的溶解度比估计值高出许多，最高可达1180×10^-6。就与花岗岩有关的成矿作用而言（邱瑞照等，1997a,1997b），超临界流体加入可使熔体密度降低，有利于组分热扩散迁移，使矿物重力结晶分异更易进行并可使熔体内网络结构发生畸变，使聚合物间留有较大空穴，有利于高次配位阳离子组成的络阴离子团占据其中，使Nb、Ta、Sn等成矿元素趋于富集。

（2）超临界流体有利于成矿元素以有机配合物形式发生迁移并影响流体的酸碱度和氧化还原条件。一般认为成矿元素在成矿流体中的迁移是以无机阴离子或络阴离子形式发生迁移，但近年来的一些研究发现金属元素可以有机化合物形式迁移（Giordano,1994；曾贻善和刘家齐，1998）。超临界流体技术最新研究揭示，超临界CO₂可以通过加氢反应形成醇类、羧酸类化合物（如甲醇、乙醇、甲酸、乙酸等）（周忠清，1996；阮新等，1998；郭继志和哀渭康，2000；吴卫生等，2000；肖建平和范崇政，2001），CO₂在地质流体中是普遍存在，这样从化学反应的角度揭示了地球内部存在有机醇酸类化合物的可能性；而羧酸可以与成矿元素或成岩元素形成热液条件下稳定的配合物而迁移（Giordano,1994）。曾贻善和刘家齐（1998）在荡坪W-Be矿床的矿物流体包裹体中发现，甲酸含量较乙酸为高，含羧酸包裹体形成温度在350～410℃之间，据此认为，低分子量按酸在成矿元素的迁移过程中可能起了比较重要的作用。

研究表明（钟明宏等，1996；阮新等，1998），地球内部有机化合物不仅可以与成矿元素形成配合物迁移，而且与这些化合物有关的反应还可能影响流体的酸碱度和氧化还原条件。在热液条件下羧酸可以使成岩成矿元素以稳定的络合物形式发生迁移（Giordano,1994），羧酸（或羧酸盐）－碳酸（或碳酸盐）平衡条件的改变将有可能影响成矿溶液的pH值，有机酸的脱酸反应涉及CO₂、CH₄等气体，直接影响成矿体系的氧化还原条件（曾贻善和刘家齐，1998）。

（3）成矿元素巨量堆积可能与超临界水体系临界点附近温、压变化引起的流体体系“失衡”有关。超临界流体技术研究最为关注的温、压区间为1＜T/T_c＜1.1和1＜P/P_c＜2（Brennecke and Eckert,1989）。有研究证实：在超临界点附近，当T或P稍微变化时，物质的密度、粘度、扩散系数和极性等物性由接近于气态向接近于液态发生连续变化。在金属矿床成矿过程中，经过漫长地质作用过程形成的富含成矿元素的流体从元素在流体中的稳定迁移状态转向成矿元素的沉淀富集状态必然要经过一个“临界点”。流体包裹体研究表明（施立达，1987；邱瑞照等，1997b；孙樯等，2000；张荣华，2000），许多金属矿床成矿流体的临界点与超临界水体系流体的临界点具有耦合性。另外，由于不同物相组成、不同盐度体系超临界流体的T_c和P_c不尽相同，高盐度体系T_c明显增高，如35%w（NaCl）溶液的T_c大于1000℃（张荣华和胡书敏，2000），这也是在不同成矿温度形成不同金属矿床的重要原因之一。超临界流体临界点附近T、P变化使流体体系失去平衡，导致成矿元素迁移方式的变化，从而发生大规模金属沉淀与富集，不同成矿元素因地球化学性质的差异而在不同构造部位、不同岩性中形成不同期次的矿床。