Question

水热流体的地质成矿作用

Answer 1

腾冲水热流体的活动带中，自38万年前的早期水热活动至今，经历了四期幕式周期活动，迄今仍存在着典型的地质热液作用与成矿作用。

一、水热流体的地质作用

腾冲水热活动区，总计泉流量为7587.6L/s，天然热流量为820.6MJ/s。换算为全年泉流量为2.39亿m³、年放热量相当于86万t的标准燃煤热量。由水热流体逸出的气体，难以计算，仅热海热田内对释放CO₂气体的估算即达9782t/a。如此巨大的能量与水热流体，日夜不息，年流不止地对地下与地表的围岩进行着水/岩的物理与化学作用，正表生着化学元素的活动迁移与诸多水热蚀变矿物的形成，进行着多类蚀变矿物的结构类型转换，以至形成一系列矿物的重新组合。

热温泉口周围的泉华，是地下水热流体在深部经历地质作用，并沿构造裂隙通道，向浅部运移，在地表喷溢口淀积的物理—化学作用形成的产物。研究热沸泉口周边的泉华，对认识水热流体的性质与作用过程则有典型的意义。

热海热田内的大滚锅沸泉，出露于蚀变碱长花岗岩中，海拔1460m，喷溢口颈管处水温96.6℃，pH值7.6，流量0.76L/s。水化学类型为Cl-HCO₃-Na型，为本区少有的几个具深源水特征的热泉。泉水所逸出气体中的³He/⁴He高比值反映了有深部幔源物质的加入；δD与δ¹⁸O同位素分析数据，表明热水多为大气降水的补给。大滚锅热沸泉水中的1Li、Se、Rb、Cs、Na、K元素的质量分数，以及Cl^-、

阴离子丰度、固溶物与总矿化度，都是腾冲地区各类热泉中最高的，其Au、As、Sb和硅元素的质量分数也居全区热泉的前列。

大滚锅沸泉周围的硅华主要物质组成为SiO₂，其质量分数在95%以上，Al、Fe、Ca、Mg、K、Na的氧化物合计在2.50%～3.50%。由化学分析数据可知，大滚锅沸泉形成的现代硅华，并含有较高丰度的Rb₂O（0.014%）、Cs₂O（0.019%）、Li（16.4μg/g）、Be（167μg/g）、Nb（17.82μg/g），以及Au（45ng/g）；较老时期形成的硅华，其Li、Be、Au的丰度值更高于现代硅华。主要分析数据如表4-8。

表4-8 热海热田大滚锅硅华ICP分析及试金分析数据

注：Li、Be为μg/g；Au为ng/g；其他为w_B/%。国家地质实验测试中心分析。

热海热田区内硅华的显著特征是富集大离子亲石元素Rb、Cs、Th和离子半径较小的亲石元素Li、Be，贫化铁族元素Ti、V、Cr、Mn、Fe等。富集的亲石元素除Rb接近于地壳丰度但低于碱性长石花岗岩以外，其余元素的含量皆高于地壳丰度和碱长石花岗岩，如Be和Cs的含量分别是地壳丰度的62和68倍。除Li以外，还都高于石英脉中Rb、Cs、Be、Th的含量。

本区硅华和石英脉内大离子亲石元素的富集和铁族元素的贫化，反映其活动源与酸性岩浆有关。众所周知，大离子亲石元素的离子半径大、亲石性强、与铁族元素相容性差，不能进入早期结晶的Fe、Mg矿物内，而富集在富Si的残余岩浆中，形成岩浆的初始分异。本区硅华中富含大离子亲石元素和贫化铁族元素，表明其物源来自陆壳下软流圈中的岩浆，且受到与酸性岩浆期后有关的气成—热液作用的影响。

热海热田区内的大滚锅沸泉形成的现代硅华与较老时期形成的硅华，经电子探针分析，发现硅华除主要矿物为硅胶外，还有冰长石、钠长石、叶蜡石、云母、石榴子石、磷灰石、重晶石、方解石、赤铁矿、黄铁矿以及铜—锌互化物等诸多矿物的存在。这种由硅酸盐类、磷酸盐类、硫酸盐类、碳酸盐类、氧化物和硫化物类矿物构成的矿物组合，具有浅层低温：热液作用的特征，反映了本区水热流体具有多类二元体系（H₂O—NaCl，H₂O—CO₂，CO₂—CH₄）与三元体系（H₂O—CO₂—NaCl），以及对碱长花岗岩围岩的水/岩作用。

现代活动的水热流体，在温度不高、压力不大的状况下，依然存在并正在进行着典型的地质热液作用，对研究古老地质时期的成岩成矿作用与过程，应有重要的启示。

腾冲热泉硅华电子探针分析数据见表4-9。

二、水热流体的成矿作用

腾冲地区的三个水热活动带中，均存在现代地质成矿作用。由于热海热田的地热显示、水热流体活动最为强烈，现代地质成矿作用表现最为明显。

表4-9 腾冲热泉硅华样品电子探针分析数据（wB/%）

注：1.样品分析单位为中国地质科学院矿产资源研究所电子探针实验室；2.表列数据为作者据样点数据平均计算，括号内数值仅为一个测点的分析数据。

海热田的基底为喜马拉雅期花岗岩与元古界高黎贡山群。作者对区内碱长石花岗岩体不同地段的7件样品进行了U-Pb同位素年龄测定。以其中锆石的晶体形态、颜色差异相对进行分组，每件样品取5～20粒锆石按组进行测定，获得碱长花岗岩的锆石²⁰⁶Pb/²³⁸U谐和表面年龄为（51.4±0.1）Ma。需要指出的是，在花岗岩体中还发现有较好磨圆度的锆石，其分组测定的U-Pb表面年龄为：（69.7±0.4）Ma，（196.6±2.1）Ma，（1147±17）Ma。反映了岩体在重熔过程中，包容了区内最老地层高黎贡群的物质，以及燕山期构造岩浆活动的轨迹。

本区碱长石花岗岩化学元素的丰度较世界贫钙型花岗岩（据Turkian和Wedepohl，1961）富集元素为Rb、Cs、Nb、Ta、Th、Pb，特别富集元素为Cd。贫化元素为Fe、Mg、Ti、Mn、P、Ca、Na、Sr、Ba、V和稀土元素（以浓集系数＞5为特别富集元素，＞1.5为富集元素，＜0.5为贫化元素）。就本地段花岗岩化学元素含量的平均值与地段花岗岩元素丰度（弃除超差样品数据后计算）比值而计算变异系数＞1的元素，应为岩体侵位之后的地质成矿作用所叠加造成。

碱长石花岗岩与高黎贡群片麻岩相比，明显富集了Nb、Ta、Rb、Cs、Li、Be和Th，贫化了Fe、Mg、Ti、Sr、Ba、P、Ca、REE和V；与高黎贡群黑云母石英片岩相比，富集元素个数减少，仅有Be、Nb、Ta、Rb；而贫化元素的个数增多，计有Fe、Mn、Ti、Mg、Ca、P、Sr、Ba、Cr、V、Zn、REE等。

热海地区出露的Q₃玄武岩，以贫化基性元素为特征，相对富集Li、Be、Nb、Ta、Rb、Cs、REE和Th、Pb等元素，贫化Fe、Mg、Cu、Cr、Co、Ni以及Ti、Mn、Zn等。在F₆与F₃₈断层交汇处的玄武岩，较远离断层交汇处的忠孝寺玄武岩，富集酸性元素（如Li、Be、Nb、Ta、Rb、Cs、REE以及Th、Pb），相对贫化Fe、Mg、Co、Ni、Mn等基性元素。显然这是由于断裂带内的热液作用所影响。本地段内出露的Q₁安山质集块岩，相对Q₃玄武岩而言，出现了Cd元素的高含量，而其它元素较为相近，仅基性元素略呈贫化。

热海地区石英脉、硅华、钙华及表生作用形成的粘土岩，因国内外尚无系统完整的同类岩石元素丰度相比较，故而不作对比讨论。这几类岩石化学元素的丰度，相对本区而言，石英脉具有较高的Li、Be、Au丰度；硅华类同于石英脉；钙华除具有较高丰度的Li、Be外，Cs的丰度也较高；而表生作用形成的粘土岩Th、V、Rb、Nb、Ta则具有较高丰度。

在热海热田区内，还开展了南北向的F₆与东西向的F₃₈两条断层地球化学剖面的对比研究。

在F₆剖面中，自北而南，Th和REE元素含量有增高的趋势，Nb、Ta、Pb元素含量则呈降低的态势。以T37（近于狮子泉的钙华）为界，北段的Nb、Ta、Pb、Ga、K/Rb、Th/V数值较高；南段的Th、REE和Rb/Sr较高。

在F₃₈剖面，自西向东，Cu、REE、Li/Be、K/Rb数值渐趋增高，而Nb、Ta、Rb、Mn、Rb/Sr、La/Ce、Th/V数值则呈降低趋势。以T37样品为界，西段Nb、Ta、Rb、Mn、Ga、Rb、Sr、La/Ce、Th/V数值较高，而东段Cu、REE、Li/Be、K/Rb 数值较大。Pb元素在西段较为稳定，在东段呈跳跃式波动。在高岭土化强烈时（尤其是变到高岭岩时），Al、Ga、K、P、Cu、Pb、Rb和REE元素含量更显著增高。

腾冲区域地球化学研究表明，热海热田内的蚀变花岗岩、石英脉与硅华中的Au元素含量均高于全区的均值。热田内SN向断裂带（以F₆断层为代表）中的蚀变花岗岩、石英脉、硅华中的Au含量，也均高于EW向断裂带（以F₃₈断层为代表）的同类岩石。SN向断裂中的石英脉还相对富集Be、Nb、Ta等元素，而EW向断裂中的石英脉相对富集Li、Rb、K、Cu元素。于SN向断裂带中的硅华相对只呈现Au元素的富集，而EW向断裂中的硅华则出现Cu、Pb、Zn以及其他较多元素的相对高含量。

腾冲热海热田主要岩类化学元素丰度，见表4-10。

热海热田区内，现代水热流体的金矿化主要呈现在黄铁矿沟、忠孝寺、硫磺塘、松木箐四个地段。硫磺塘地段内的热沸泉水Au含量变化在0.39～0.73μg/L范围，其含量之高与国外相比，也仅次于日本别府的大分热泉，属于含Au较高的热泉之例。热泉于泉口周围形成的现代硅华，含Au均值为45ng/g，老硅华含Au均值高达100ng/g，在泉口近区所采集的具植物茎叶结构的硅华样品，Au含量最高达450ng/g。水热蚀变与水热爆炸所形成的泉华胶结角砾岩中，Au的平均含量为540ng/g。热海热田区内地表金矿化，主要表现在烟灰色细粒状黄铁矿脉与暗灰色石英细脉群体；其Au品位通常为（1～2）×10^-6，局部地段高达（3～4）×10^-6，个别样品含Au量可以更高。

核工业209地质队，在松木箐地段发现的热泉型金矿，产于SN向断裂破碎蚀变带内，其含Au脉体为复式石英脉群，同一脉体中常见多期次不同成分和结构构造的脉体互相穿插交切，并可见大量水热爆炸和充填交代的地质现象，与腾冲区内水热流体的周期性幕式喷溢活动相吻合。目前所发现的金矿床为低品位小型规模，金矿石中未发现自然金矿物，Au以银金矿的形式出现。王江海通过电镜、探针分析，确定银金矿的分子式为Ag（0.5789～0.5550）Au（0.4211～0.2450），形态为近似球形的不规则粒状，一般3～8μm大小。

热海热田区内现代热泉口溢出的水热流体流量为42L/s，保守估算于澡塘河水下溢出的热泉和地表裂隙散流的流量为18L/s；按热田热泉水中Au含量0.5μg/L计算，热田区内水热流体1年可溢出Au0.86kg，1000年为0.86t，10000年为8.6t。据对松木箐硅华铀系测年，本区最老水热活动的时间在35万年前，以此推算应有301t金随水热流体溢出。据对硅华中Au含量检测，老硅华较现代硅华Au含量要高出一倍，反映了较早时期的水热流体具有较高的Au元素丰度。基于本区的地质背景及地貌条件，推算在热海热田区内可形成12吨左右的金矿体。

腾冲地区水热流体以泉口涌溢的泉流量为7587L/s，以Au含量0.2μg/L计算，1年中溢出Au48kg，1000年为48t，10000年为480t，在适宜地段应该能找到几个中、小型金矿床。

在前述章节中，已论述了热海热田硫磺塘地段的热沸泉水中，含有甚高丰度的Si、Li、Se、Au、Na、K等元素，和Cl^-、

等阴离子，以及CO₂、H₂S、CH₄等气体。δD与δ¹⁸O同位素分析表明水热流体的水多来源于大气降水的补给。在硫磺塘地段，沿SN向断裂分布的热沸泉点所逸出气体中的³He/⁴He的Ra为4.19～4.37；以及δ¹³C—CO₂值比较高，富集重同位素¹³C，CO₂为无机成因，表明水热流体中具有幔源物质的特征。在本区内硅华、蚀变花岗岩和水热爆炸形成的泉胶角砾岩中，发现微米级球状SiO₂凝胶（硅胶）的存在。凡此等等，说明了本区水热流体的成矿是在地壳浅表、低温的环境形成的。Au元素在水热液体中的迁移、淀积，除受温度、压力、pH、E_h变化等因素的控制外，还受控于流体性质和介质环境的影响。

表4-10 腾冲热海热田主要岩类化学元素丰度

注：1.Au为ng/g：Al、Fe、Ca、Mg、K、Na为w_B/%；其他均为μg/g；2.分析单位：国家地质实验测试中心。

Herrington R.J和Wilkinson J.J（1993）基于对美国内华达州热泉型金矿床的研究，曾论述过胶态SiO₂的存在，可以稳定流体中的胶态Au在热液体系中的迁移，并使微粒Au呈悬浮态继续存在于流体相中，当与其他物质产生化学反应时沉淀或固结。Saunders（1990）也曾论述过美国Sleeper矿床中，硅与银金矿共沉淀的胶态性质。国内一些学者也对SiO₂-Au的络合关系进行过实验和热力学计算，王声远等（1994）认为，富含SiO₂的水溶液可使Au以

形式活化迁移，SiO₂的沉淀（硅化）则导致Au的析出。张生（1997）的研究认为，在天然热液流体中，SiO₂主要呈真溶液迁移，SiO₂胶体至多在溶液达过饱和及沉淀时起作用。热海热田现代水热流体活动形成的新硅华，已为本次研究证实主要由SiO₂凝胶（硅胶）所构成，其含Au的质量分数达45μg/g，足以证实本区Au的迁移与沉淀（矿化）与SiO₂的胶态运移有密切的关系。

腾冲地区区域地球化学研究表明，区内花岗岩、火山岩以及高黎贡山群和石炭系勐洪群地层岩石中的Au元素丰度值较高，多期次的水热流体活动，当然能在相应的物化条件下萃取其中的Au元素，并在中温及较大压力环境下以络合物的形式存在，进而形成金矿床。

除形成热泉型金矿外，热海热田区内水热流体的成矿作用，还已形成国内质量最好的热液型高岭石矿床（沙坡）、铀矿床以及高硒、富金矿泉水体等。

此外，应予指出的是，本区硅华中发现的铜—锌互化物矿物，其成分类同于我国在陨石中发现的新矿物张衡矿，以及东太平洋海底喷溢硫化物中发现的类似Cu-Zn互化物，值得引起注意和进一步研究。