Question

水-岩反应过程中的物质变化

Answer 1

1.化学元素变化

作为成矿热流体对流循环过程中对周围岩石产生物质带入带出的蚀变地质体，蚀变岩筒必然要改变其原岩的地球化学性质，而且也改变着热流体自身的地球化学性质。为了定量估计热水蚀变过程中的物质变化，对折腰山矿床、铜厂沟矿床和小铁山矿床的蚀变岩筒及外围围岩进行了系统采样分析，其结果列于表3-12。

彭礼贵等（1995）修改了Ishikawa等（1976）的蚀变度计算式，对白银矿田蚀变岩石的蚀变指数或蚀变度[（K₂O+FeO+MgO）/（K₂O+Na₂O+FeO+CaO+MgO）×100]进行了计算，展示于图3-24。由矿体向外蚀变度逐渐变小，蚀变岩筒的蚀变度均大于65，蚀变度为65的界线即蚀变岩筒边界，与前人划分出的无长石强蚀变带界线大体一致。其中绿泥石化带和矿体所在部位的蚀变度均大于90。蚀变岩筒以外，蚀变度迅速降低。对比折腰山、铜厂沟和小铁山矿床蚀变岩筒蚀变度的变化可以发现，筒式矿床（图3-24A、B、C）蚀变度一般大于90，有一相对宽度缓斜的“平台”，随后又升高至90再迅速降低，其“平台”反映了绿泥石化带（包括其中的矿体）的蚀变度最高；而席式矿床（图3-24D），除矿体的蚀变度在90以上外，蚀变度曲线呈等斜向下至一定距离后有一相对的稳定区，蚀变度变化于65～70之间，然后再逐渐降低。它们反映了蚀变岩筒蚀变矿物组合的分带的不同。

表3-12　白银矿田蚀变岩化学成分

资料来源：据彭礼贵等，1995

图3-24　白银矿田诸矿床蚀变度剖面（彭礼贵等，1995）

1—石英角斑碎斑熔岩；2—石英角斑岩；3—含角砾石英角斑凝灰熔岩；4—含角砾集块石英角斑凝灰岩；5—晶屑凝灰岩；6—千枚岩；7—铁硅质岩；8—石英钠长斑岩；9—矿体；10—岩性界限；11—蚀变界线；12—断层；A—折腰山Ⅵ线剖面；B—Ⅰ号采坑-火药库剖面；C—铜厂沟Ⅱ线剖面；D—小铁山1724中段Ⅷ线剖面

横坐标为采样位置至矿体距离/m；蚀变度＝（K₂O+FeO+MgO）/（K₂O+Na₂O+FeO+CaO+MgO）×100

通过上述3个矿床蚀变岩筒中的主要氧化物含量变化，彭礼贵等（1995）发现，SiO₂、Na₂O、K₂O、FeO、MgO等在蚀变作用中的行为大体一致，即Mg、Fe在矿体及其附近的带入量较多，向外逐渐降低，其中折腰山和小铁山的MgO变异曲线在矿体旁侧均有一低谷，然后升高到一定值再行降低；Na₂O由蚀变岩筒中心向外逐渐升高至火山岩正常含量，反映在蚀变过程中钠长石被交代，Na被带出，其中折腰山和铜厂沟矿床的变异曲线图形一致，与小铁山矿床不同；K₂O的变异曲线峰值均出现在蚀变岩筒的外带，是钠长石被交代，带入钾形成绢云母的结果；SiO₂变异曲线是在矿体旁侧出现一峰值，这与矿体附近硅化较强的现象一致，其中折腰山矿床的变异曲线与小铁山矿床不同。折腰山矿床是以峰值开始向外一直降低，而小铁山矿床的峰值很低，相对略降之后逐渐升高至火山岩的正常含量，说明小铁山矿床蚀变筒中SiO₂是被带出的一种成分；铜厂沟矿床蚀变筒中的SiO₂既有被带入形成硅化带，又有被带出而呈硅亏损的现象。

2.氧同位素变化

影响热水体系蚀变岩氧同位素组成的因素主要有3种：①水-岩交换平衡温度；②水/岩比值；③原岩氧同位素组成。白银矿田原岩氧同位素组成约为＋10‰（彭礼贵等，1995），通过与成矿介质水的水-岩同位素交换后，蚀变岩氧同位素组成最低到＋1.6‰（表3-13），即岩石氧同位素亏损了8.4‰。类似的氧同位素强烈亏损也在世界范围其他块状硫化物矿床中观察到（Barett and MaClean,1991;Hoy,1993;Urabe et al.,1983）。

表3-13　折腰山、小铁山成矿蚀变岩氧同位素组成

把折腰山、小铁山成矿蚀变围岩采样位置及氧同位素测试结果标在折腰山矿床5线、小铁山矿床Ⅶ线剖面上（图3-25,3-26），明显可见，从矿体向两侧，蚀变岩石的δ¹⁸O值逐渐升高。这一规律表明：①蚀变岩石遭受了δ¹⁸O过低的淡化海水的热水平衡交换作用；②矿体正好位于水-岩交换中心，可以推断，这个中心附近的水/岩比值最高，平衡交换温度也高；③低δ¹⁸O蚀变中心与矿体位置重叠，很可能是成矿热水喷流的中心。

在垂直方向上，蚀变岩的δ¹⁸O值呈现规律的变化，具有自上而下逐渐减小的趋势：采自折腰山采坑底脉状矿体周围的282号样，其δ¹⁸O值最低，为＋1.6‰（表3-13，图3-25）；小铁山地表上蚀变岩石样（275号样）的δ¹⁸O值较低，为7.5‰，但其地下的278号样与之相比，δ¹⁸O值要亏损2.1‰（表3-13，图3-26）。这说明在垂直方向上，标高越小，蚀变岩δ¹⁸O值越低。按成因模式，块状矿体下部是脉状矿体，为热水流动通道，其温度和水/岩比较高，所以岩石氧同位素亏损较大。

白银厂矿田成矿蚀变岩的氧同位素组成的负晕变化趋势，也见于世界其他块状硫化物矿床，这种负晕变化趋势有望成为追踪流体迁移轨迹和圈定矿床大概部位的重要标志。图3-25表示横穿致密状矿体周围蚀变岩的氧同位素测量结果，δ¹⁸O值变化显示一个凹槽型模式；图3-26表示未出露矿体上部蚀变岩的氧同位素测量结果，δ¹⁸O值变化也同样显示出一个凹槽型模式。正如彭礼贵等（1995）所述，这种负晕变化趋势要成为精确的找矿方法还需要解决两个问题：①凹槽模式最大能显示多深的矿体，即离矿体有多远，蚀变岩氧同位素的凹槽模式就消失了？②无矿蚀变是否也可以引起类似有矿蚀变那样的凹槽？如果这些问题解决了，蚀变岩氧同位素测量就不失为一种有效的找矿手段。

图3-25　折腰山矿床的矿体位置、蚀变岩石δ¹⁸O值和样品分布关系图（据彭礼贵等，1995）

1—石英角斑岩；2—石英角斑熔岩质角砾集块岩；3—石英角斑碎斑熔岩；4—块状矿体；5—浸染状矿体；6—脉状矿体；7—露天采坑；8—采样位置及编号

图3-26　小铁山矿床的矿体位置、蚀变岩石δ¹⁸O值和样品分布关系图（据彭礼贵等，1995）

1—石英角斑凝灰岩；2—石英角斑凝灰熔岩；3—石英钠长斑岩和钠长斑岩；4—含角砾石英角斑凝灰熔岩；5—块状矿体；6—浸染状矿体；7—采样位置及编号