Question

成矿流体系统的演化

Answer 1

相山火山盆地成矿流体系统的演化是成矿物质的富集、成矿流体运移及运移过程中发生的各种物理、化学和动力学的变化过程，它是一定时空尺度内火山岩浆及期后热液演化的产物，在空间上是由原始岩浆发生带—高位岩浆房—火山成因建造的垂向系统，在时间尺度上发育了50Ma。

据区域构造环境演化，进入燕山期，华南地区发生了挤压、拉张裂陷活动和断块升降为主的构造活动，使燕山运动前地壳运动产生的褶皱、断裂体系形变加剧和再次活动，在下部地壳不同部位形成了许多热点。燕山中期，由于太平洋板块向欧亚大陆板块俯冲，赣杭断裂带在强烈挤压环境下发生了大规模的火山喷发及岩浆侵位。位于赣杭带南西段的相山地区，下部地壳部分熔融作用形成的原始岩浆，上升侵位到高位岩浆房，继之发生火山喷发及次火山岩侵入作用。岩浆上升侵位过程中，区域富铀层位被同化混染，成矿物质在原始岩浆中初步富集，在高位岩浆房中岩浆发生强烈的分异演化作用，强亲湿岩浆元素（more-hygromagmatophile elements）铀，强烈选择性富集于残余岩浆中（中国科学院地球化学研究所，2000），并在岩浆演化最晚期的岩浆期后热液中富集，这种来源于富铀地壳物质熔融作用形成的岩浆的分异产物，完全有可能为类似于华南多数火山岩型铀矿床的铀成矿作用提供成矿物质来源（章邦桐等，1990）。此外，火山岩浆期后热液和与火山作用有关的、具有岩浆水和降水成分并含有可能源自地幔气体成分的水汽在上升过程中，从基底变质岩及流纹英安岩中浸取和溶解铀，即基底变质岩及流纹英安岩也为铀成矿提供了部分物质来源。岩浆及期后热液是成矿物质的载体。

成矿流体演化的最终产物是矿化蚀变和围岩蚀变（毛景文等，2005），因而可以根据蚀变特征追踪成矿流体的演化。相山矿田成矿前蚀变分为碱性蚀变和酸性蚀变两种，前者以钠长石化为代表，后者以水云母化为代表，成矿期蚀变叠加在成矿前蚀变之上，据目前勘探深度内揭见的与成矿关系最密切的蚀变特征推测，成矿期热液活动可分为两个阶段，即早阶段是富钠含铀的碱性热液活动，形成赤铁矿化、绿泥石化、碳酸盐化为主要标志的铀矿化，属单铀型，微含钍；晚阶段是富氟的酸性—弱酸性热液活动，形成了水云母化、萤石化、黄铁矿化为标志的铀矿化，属铀、钍混合型矿化。在空间上，蚀变具东碱西酸、上酸下碱的演化规律。应该充分认识到，相山矿田蚀变的时空特征是火山岩浆期后热液系统内水（流体）-岩相互作用的结果，是伴随着火山岩浆期后成矿流体系统演化的产物。

无论岩浆是什么成分，都具有如下相同的组分——H、Cl、F、S、C、B、As等挥发物质以及H₂O、H₂、SO₂、SO₃、CO₂、CO、HCl、HF、硼酸、砷酸、金属氯化物和硫酸盐等化合物，挥发物质从岩浆中是以酸的形式（HCl、HF、SO₂、CO₂、H₂S等）离析出来的，而不是以盐的形式（С.И.纳波科，1963）。在从冷凝侵入体中分离出的溶液向岩层渗透过程中，发生交代作用，其结果不仅是改变岩石成分，而且使溶液成分也发生变化。由于渗透效应的差异，即岩浆结晶时释放的酸性组分的运动要比基性组分、甚至溶剂水本身更为迅速，因而产生“酸性组分的超前波”（加弗里连科，1981）。这种由于渗透效应引起的成矿溶液在交代过程中的酸-碱分离，是相山火山盆地蚀变特征时空演化的重要制约因素。

由于喷出的岩浆较快冷凝成岩，在成矿作用的水-岩反应过程中，主要起提供有用物质的作用，而侵入的岩浆在提供热能、形成热液、提供有用元素等方面发挥了重要作用（李兆鼐等，2004）。结合相山矿田成矿流体基本特点及铀成矿时空特征，认为早期铀成矿流体是次火山岩侵入后最晚期岩浆热液演化的产物，控制次火山岩侵入的环状构造是其活动空间；随着早期成矿流体活动性减弱，受原始岩浆发生带—高位岩浆房—火山成因建造系统控制的晚期铀成矿流体的活动性显得强烈，与基底构造贯通的火山塌陷构造、断裂构造是其活动的空间。

相山矿田内按与铀成矿密切相关的围岩蚀变划分的矿石类型为：铀-赤铁矿型、铀-绿泥石型、铀-萤石型及铀-硫化物型。铀-赤铁矿型、铀-绿泥石型矿石主要产于矿田北部，并与花岗斑岩体具时空对应关系；而铀-萤石型及铀-硫化物型矿石主要产于西部，赋矿围岩主要为碎斑熔岩及流纹英安岩。尽管不同铀矿石类型是在某一时间域内形成的，但相山火山盆地铀成矿作用过程是相对连续的，其时间跨度大约为50Ma（介于90～140Ma之间）（表2.11）。由此可见，伴随着相山火山岩浆活动，岩浆期后成矿热液系统持续发育了50Ma，在此时间域内成矿流体于相山火山盆地的不同空间留下了其活动的痕迹。

相山矿田北、东部矿前蚀变为碱性钠长石化，其上部由于酸碱分离导致的酸性蚀变体可能被剥蚀，相山火山盆地东、北、南部次火山岩呈环状出露，而西部则出露零星，正因为如此，西部上酸下碱蚀变特征明显，西部矿前期蚀变为酸性水云母化（表6.7）。

表6.7 不同围岩蚀变形成时的物理化学条件

矿前期蚀变矿物生成反应方程式如下：

水-岩相互作用及其与铀成矿关系研究

成矿期蚀变北部以赤铁矿化（红化）为代表，尽管赤铁矿化（红化）蚀变的成因目前尚无定论，本书接受碱性氧化观点，即矿前期水云母化及钠长石化导致热液逐渐向碱性介质转化，Fe³⁺和OH^-化合形成水针铁矿而使得岩石变红。Fe（OH）₃ 很容易脱水，继而转化为赤铁矿（式6.3）。

水-岩相互作用及其与铀成矿关系研究

成矿期蚀变西部以萤石化为代表，其可能的生成反应可表示为：

水-岩相互作用及其与铀成矿关系研究

值得注意的是，Th⁴⁺在富含氟的酸性热液中可以呈ThF₄形式迁移，并可以和铀一起沉淀，相山西部铀矿石多为铀、钍混合型。因此，上述反应中的式（6.6）是相山西部萤石生成反应式。Ca²⁺可以由近地表溶液提供，流经红层的地下水是富Ca²⁺的溶液，事实上，许多热液铀矿床是和红层盆地具时空对应关系的，红层与富铀岩石在区域上的关系可以作为寻找热液铀矿床的有用标志（里奇等，1980）。矿田西部目前揭露深度内仅观察到酸性蚀变，但在为数不多的几个深钻孔中观察到了深部的钠长石化，蚀变岩石的质量计算也表明在邹家山矿床-600m标高深处，Na₂O显示较强烈的带入。可见，剥蚀程度低的相山西部地区上酸下碱蚀变特征，反映了成矿溶液在交代过程中的酸碱分离。相山矿田成矿期蚀变叠加在成矿前蚀变之上，表明矿前及成矿期流体活动在时空上具连续性，并且矿前期水（流体）-岩作用导致成矿溶液化学成分发生变化，促进了成矿流体演化。

矿后期的碳酸盐化、硅化、石膏化等，属温度较低的热液蚀变，是矿质沉淀后热液与围岩作用的结果。

综上所述，相山矿田成矿流体系统演化过程为：相山火山盆地大规律火山作用后，岩浆演化最晚期热液与火山岩、次火山岩相互作用，在中低温、中性至碱性和较氧化的条件下（表6.7），热液交代火山岩和次火山岩的造岩矿物———长石，形成矿前期的水云母化和钠长石化，岩石在发生化学变化的同时，也发生了物理力学性质的变化，抗压强度降低、渗透能力提高（章邦桐等，1990），为铀成矿提供了有利空间；溶液成分也发生了变化，溶液的碱性不断增强，这种由碱性热液演化的成矿流体，有利于促使Fe³⁺和OH^-化合并导致岩石变红，即发生红化，形成矿岩时差小的铀 赤铁矿型矿石。随着岩浆演化分异热液活动减弱，受原始岩浆发生带—高位岩浆房—火山成因建造系统控制的火山岩浆期后热液活动性增强，其沿构造通道朝减压（向上）方向运移并发生水力破裂，为成矿提供空间。火山岩浆期后热液与岩石相互作用过程中，由于酸 碱分离形成了上酸下碱蚀变分带，因而在矿田西部目前勘探深度内揭见了成矿时间相对较晚、成矿温度相对较低的富氟酸性成矿流体形成的矿石，即：铀 萤石型及铀 硫化物型矿石。总之，与相山火山岩浆活动有关的水（流体）岩相互作用促进了火山岩浆期后成矿流体演化，造就了铀成矿作用过程。

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