Question

成矿流体运移的动力

Answer 1

流体在运动过程中，其中的物质和能量与周围的岩石发生化学反应，可导致成矿物质的浓集和矿床形成。成矿流体的驱动力有流体内力（内能、内压）、构造应力、热力、重力、上覆岩层静压力和真空泵吸力等。在区域成矿过程中，具有区域尺度影响的流体驱动力有构造应力、热力、围压和重力（地形高差）。

1.构造应力驱动

构造是控制一定区域中各类地质体间耦合关系的主导因素，也是驱动流体运移的主要动力。地壳中构造应力场的应力分布是不均匀的。在有很大应力差的应力场中，由于挤压作用，驱使含矿流体向压力较小的拉张区内流动。这种由于显著应力差引起的矿液运移在地壳中很普遍，是热液成矿的一种重要条件。也即在总体为挤压紧闭而局部拉张减压的构造环境中能促成流体集中向减压区运移，导致矿质富集成矿。

以区域剪切带控矿为例，剪切带的挤压剪切分力作用于围岩，可压挤出围岩中的流体和成矿组分；剪切带的局部扩张作用，可作为“吸引”成矿流体的动力，又可提供矿质的沉淀聚集空间。从更大尺度来看，在俯冲造山过程中，由于大陆板块和大洋板块汇聚时的巨大剪切挤压，致使增生楔内的建造水被压挤排出，向前陆盆地方向运移。这些流体携带有丰富的有机质和金属，可在适宜的地球化学障聚集成油气藏或金属矿床，如北美大陆中南部的MVT铅-锌矿及有关油田的形成，就是阿巴拉契亚（Appalachian）前陆盆地受到挤压和局部抬升导致热卤水大规模运移的结果。

在裂谷等伸展构造体制中，以拉张运动为主，导致上地壳开裂、减压，可造成深部流体从较深部位运移到较浅部位甚至直到地表。在板块俯冲带的局部断开或局部熔融强烈地段，也可构成有利岩浆和地幔流体的向上部运动。

2.热驱动

当上升的岩浆或地热流向地壳浅部运动时，受其影响，上部岩层增温，其中的流体被加热，相对密度减小，内压增大，形成强大的热量载体，向上部的开放裂隙运动；而浅层或海洋底部水则因相对密度较大而下沉，加热后再上升，为此循环往复，围绕局部热源形成地下水的热液对流系统，并发生大范围的水-岩反应（图3-5）。

图3-5 热液对流系统与矿床形成

（A据Hutchison，1983；B据Sawkins，1984）

近年来，通过对大陆和洋底的热液对流系统的大量调查，进一步认识到这些热液系统能长期地较大范围地淋滤周围地层和火成岩中的金属元素，再在浅层次裂隙系统中堆积形成块状硫化物矿床、斑岩型矿床和卡林型金矿床等。

除上述热液对流成矿方式外，Henley W R（1973）还提出了另一种热液成矿方式。他以巴西的Morro Velho金矿为例（图3-6）。该矿床有金矿石20 Mt，含金量3×10⁸g。金可能由围岩淋滤而来。围岩经历了由绿片岩到角闪岩相的转变之后，释放出质量百分数为2%的水。这些高温热水淋滤出围岩中的金沿剪切带上升到约2 km的浅部沉淀成矿。

3.地形驱动（重力差）

大陆地表的流体因受地形的驱动而运动。地表水可由高海拔区向低海拔区流动直到进入海洋。大江大河的长年累月奔流，形成广阔的流域水系，是搬运岩土物质包括成矿物质的巨大自然力。而下渗到地面下的大气降水因重力作用沿透水层的水头差作有一定距离的运动。在一定的气候条件下，地表水和地下水的汇合及其显著的溶解、搬运和沉淀能力，可造成多种风化矿床和沉积矿床。

图3-6 地下水热液对流体系图（A）和巴西Morro Velho 矿床矿液运移示意图（B）

（据Henley，1973）

黑点为矿石富集部位；曲线为等温线；箭头示液体流向

4.地层围压驱动

地壳中热液的运动直接与上覆岩层的巨大压力有关。地壳不同深度有不同的围压，在盆地堆积物的下沉和压实过程中，由于盆地各部位的沉降幅度和岩相差异，造成不同的静压力差。在这种静压力差的作用下，引起层间水（包括热卤水）向压力小的方向转移。盆地中心一般坳陷深、沉积物厚、承压大，因而该处的流体沿透水层向压力较小的盆地边缘运动。

5.高压流体库的突发喷流作用

在盆地的沉积剖面上部的流体多含水-烃组分，在下部的则多含水-CO₂、蒸发盐类和矿石组分。在随深度增加而升温的影响下，流体不断受热，沉积层内压力异常升高，可以形成超压流体囊（房）。可以利用地球物理技术直接探测其产出深度和形态产状，如在莺歌海含油气盆地中就发现过这种流体囊（李思田等，1997）。在构造力的诱动下，这种高压流体囊可发生“幕式突破”，向浅部喷流冲到沉积剖面的更高部位，使上覆沉积岩层进一步受热，从而显著加速其后生改造作用。这表明，在特定的构造动力环境下，热流体可以具有相当大的内压力。这种热能和压力可以推进流体向地壳的低压地段运移，有如岩浆中蕴含的大量高温、高压气液以火山喷发形式迅猛地到达地表。这种机理对于一些大型、超大型的形成可能有启示意义。

总的看来，含矿流体在地壳中的运动，既有内因，又有外因，构造应力是主要的外在因素。尤其是规模较大、持续时间长的热液运动，更与构造活动密切相关。因此，将构造系统与流体系统结合研究，是成矿系统研究的一项重要内容。