Question

矿床模型概述

Answer 1

一、低硫化型浅成低温热液矿床

在低硫化型矿床中，金主要是以稀释、还原、近中性pH值的水中的Au(HS)^-₂形式被搬运。对于金沉淀，化学上有效的反应包括H₂S_(aq)通过沸腾而损失、围岩硫化和还原硫通过与含硫酸盐的地下水混合而导致不稳定。然而，这些对金的沉淀都是可行机制，每个过程会产生特征的脉石组合和容易分辨的流体组成。

数值模拟显示了浅成低温热液环境中，沸腾对金和银沉淀起着有效的控制作用(Seward，1989;Cooke et al.，2000;Simmons et al.，2000)。中性氯化物水的沸腾也可以导致大量碳酸盐和冰长石的沉淀，这是由于与气相CO₂损失有关的pH升高(Reed et al.，1985)。在现代系统中，地热井中背压板上的金银矿沉淀提供了关于沸腾诱发H₂S损失的化学有效性的证明(Brown，1986)。由低盐度、近中性pH的水沸腾产生的特征脉石矿物组合和结构(如叶片状碳酸盐、格子结构石英、冰长石)在大多数低硫化型浅成低温热液矿床中都有出现或非常丰富(Simmons et al.，2000)。最后，低硫化型脉中矿石沉淀相对窄的垂直间距和它们在空间上的波动也可以归因于沸腾环境(Simmons et al.，1998;2000)。

尽管沸腾有广泛的证据，一些学者倡导把混合作为低硫化型浅成低温热液矿床中矿石沉淀的首要机制(Vikre，1989;Corbett et al.，1998)。除了在Greede有很好的流体包裹体数据(Hayba，1997)，这是一个Ag-Pb-Zn浅成低温热液型矿床，通常缺乏证据支持低硫化型浅成低温热液矿床中的混合模型，而且化学和质量平衡的考虑常常没有被讨论。关于在多孔和有裂隙的岩石中混合两种具有不同密度和温度水的物理问题也通常被忽略。

在不知道混合过程中涉及的两种流体的成分时，很难推测混合的化学作用。如果混合导致一个还原的、近中性pH值的水被氧化成硫酸盐的稳定条件，那么金就可能沉淀(Spycher et al.，1989)。这要求与蒸汽加热的酸性硫酸盐水混合，很大程度上被限制于潜水面(Hedenquist，1991)。而且，根据氯化物水的初始氧化电位，金的沉淀可能起初会被由混合引起的氧化所抑制，因为对于沸腾，这能提高金的溶解度，而H₂S_(aq)保持作为主要的含水的硫种类(Cooke et al.，2000)。随着继续的混合，稀释作用可能随后降低金的浓度，以致其从未达到饱和状态。氯化物水和外围碳酸氢盐水的混合对金沉淀也不起作用(Simmons et al.，2000)。

从化学的角度，围岩的硫化反应可以导致低硫化型浅成低温热液矿床中矿石的沉淀。然而，因为大多数的金赋存于脉或角砾岩中，硫化反应很可能对矿石沉淀不太重要。如果围岩的硫化在单个低硫化型矿床中是关键的沉淀机制，那么金会主要以包裹体或替代蚀变围岩中次生黄铁矿的晶格形式出现。

传导冷却可能会出现在低硫化型环境中，如果水/岩比例低且静止时间长，但是这种条件对矿石的形成不会有利。从300～150℃，温度变化对金以氢硫化物配合物形式出现的溶解度没有影响，因此，仅仅一个冷却不是低硫化型环境中矿石沉淀的重要机制。

总之，丰富的矿物学、流体包裹体和稳定同位素证据表明，沸腾是很多低硫化型浅成低温热液矿床中金银矿沉淀的首要原因。高的溶解气体浓度有利于贵金属的运移，增大了初始沸腾的深度。沸腾氯化物水的浮力上升通常限制了上升流区域顶部和边部的混合，那里会出现富CO₂和酸性硫酸盐的蒸汽加热水(图3-1)。含矿带内水的混合可能出现于热液系统坍塌的过程中，当蒸汽加热的水下降至矿化环境时，产生贫的粘土、碳酸盐或硫酸盐脉石。

二、高硫化型浅成低温热液矿床

关于高硫化型矿床成因的争论起因于对它们矿化水化学组成的不确定。根据之前White(1991)的一个模型，Arribas(1995)对高硫化型矿床提出了一个两阶段的成因模型(图3-3)。在第一阶段，岩浆气体导致强烈的酸淋滤和高级粘土化蚀变组合的发育。阶段二的水利用了由酸淋滤事件产生的次生孔隙和渗透性，沉淀了金和铜矿物。Arribas(1995)为矿化阶段二的水提出了两种可能的起源(图3-3):①浓缩或溶解岩浆气体进入一个加热的地下水对流圈，这制造出一个酸性、低盐度的矿化水;②上升到高级粘土化蚀变区域的矿化岩浆卤水，在那里它与浅部地下水混合并且沉淀出高硫化型矿石。

尽管Arribas(1995)总结的模型与很多矿床中观察到的共生和地球化学关系一致，从化学的观点考虑，对于两个阶段水中任何一个是否是氧化的(或高硫化型的)，存在怀疑(Jannas et al.，1999)。根据现在对金形态分析的认识，对高硫化型环境中金的运移有3种可行的方案:①金(和铜?)在含高浓度还原硫的低盐度酸性水中以氢硫化物配合物形式被搬运(如AuHS_(液))(Giggen-bach，1997;Hedenquist et al.，1998;Jannas et al.，1999);也就是还原(低硫化型)水;②金和铜在气相中以硫化物和/或氯化物种类如AuS_(气)、CuS_(气)或CuCl_(气)形式被搬运(Losada-Calderon，1992;Arribas，1995;Mountain，1999);也就是还原(低硫化型)气体;③金和铜在具岩浆来源的酸性卤水中以氯化物配合物形式(如AuCl^-₂、CuCl^-₂)被搬运(White，1991;Hedenquist et al.，1994)。金的运移可能发生在氧化或还原的条件下，只要矿化卤水足够酸性、热和含盐。

图3-3 高硫化型矿床形成发育的两阶段模式

对于高硫化型浅成低温热液矿床，其中金以AuHS_(液)形式在低盐度酸性卤水中运移(Jannas et al.，1999)，控制金沉淀的化学反应与低硫化型浅成低温热液矿床的相似。对于Au(HS)^-₂，从矿化水中移除H₂S是沉淀金的高效方法。低盐度酸性水的沸腾(300～100℃)会由于离解离子对，如HCl_(液)和H₂SO_4(液)，而使pH降低，而且可能导致与石英、高岭石和铜蓝有关的金沉淀(Reed et al.，1992)。但是不像低硫化型环境，这里没有矿物学指示剂以证明是沸腾的出现，而不是共生的富液相和富气相流体包裹体的出现。通过提高残留液体的酸度，沸腾可能导致粘土化和高级粘土化矿物组合沉淀，而贱金属的溶解度可能升高。

围岩硫化反应对高硫化型矿床的残留二氧化硅带中的金沉淀很可能不重要。矿石形成的初始阶段涉及酸的淋滤以及残留石英和高级粘土化蚀变组合的发育(图3-3)。因为铁从原岩中淋滤出来，残留的硅质岩对于后来围岩的硫化反应不是一个有利地点。金、硫化物和含硫的酸性盐通常占据了次生孔隙空间，表明金属和硫很可能是直接从阶段二的流体而不是水/岩相互作用中沉淀出来的。

“大多数研究高硫化型矿床的学者更倾向于把流体混合作为矿石沉淀的机制。”氧和氘同位素组成表明，沉淀二氧化硅和高级粘土化蚀变组合的水是岩浆和大气来源的混合。但是，在一些作为具体研究对象的系统中，在矿石沉淀的地方缺乏混合的流体包裹体证据。这里讨论的含水金种类的稳定性更进一步表明流体混合可以提高而不是降低金的溶解度。如果混合对从低盐度酸性水中的AuHS_(液)沉淀出金很重要，那么，支持或反对混合观点的相同化学论据像上面对Au(HS)^-₂概括的同样适用。

在Lepanto矿床，混合作用的存在被很好的证实。Hedenquist等(1998)用从脉石矿物得到的氧和氘同位素数据计算出，在横向跨越4km的距离中，岩浆和大气水组成比例的变化从9∶1到1∶1。Mancano和Campbell(1995)从硫砷铜矿中提供了含盐热水(盐度4.5%，260℃)与蒸汽加热的地下水(盐度0，150℃)混合的流体包裹体证据。两个数据组合都支持Lepanto成矿环境中流体混合的存在。但是，Lapanto硫砷铜矿中富气相流体包裹体的出现(Manncano et al.，1995)以及蒸汽加热水的流体包裹体证据表明，相分离发生在采样点或其下部。因此，流体沸腾可能对Lepanto的金沉淀也有贡献。

一些高硫化型矿床包含高盐度卤水的流体包裹体证据。在这些系统中，酸性卤水能在氧化或(如果温度约＞300℃)还原条件下，以AuCl^-₂的形式搬运金(图3-3)。对于这些卤水，金可以由于冷却、pH增高、还原和/或盐度降低而沉淀。

通过沸腾、氧化或围岩硫化导致的H₂S损失对金的溶解度没有影响，相对于它对稀释水中氢硫化物配合金的影响来说。如果以下事件中的任一件或全部发生的话:盐度降低、冷却、pH升高或还原，混合对金从酸性卤水中沉淀则会有利。但是，与这些过程竞争的会有含水金的稀释，可能还有到氢硫化物配合金的转变，这两个都能抑制或阻止金的沉淀。传导冷却可以导致金的沉淀，但是不太可能制造出矿石，因为它速度慢而且需要低的水流速率，这会导致不足的金属流量。

总之，一些高硫化型矿床具有明确的流体混合的同位素和流体包裹体证据。尽管对很多矿床，还一直不太清楚这个过程是否影响:①通过夹带配位体和/或来自岩浆卤水或气体的金属来提高金的溶解度;②矿石沉淀;③脉石沉淀;④岩石溶解;⑤前面4种情况的结合。对于任何一个给定的高硫化型矿床，如果酸性卤水以氯化物配合物形式搬运，那么稀释、冷却、还原和/或pH增大可以导致金的沉淀，可能是在与地下水混合的过程中。相对的，如果金在高硫化型环境中以AuHS_(液)的形式在酸性、还原、低盐度水中被搬运，那么由混合作用引起的氧化或沸腾则可能促进金的沉淀，而冷却、稀释和pH的变化则不太可能是有效的沉淀机制。