非岩浆后生热液矿床构造—流体耦合成矿作用研究现状综述

构造—流体耦合成矿作用是矿床学研究的核心问题之一。本文聚焦非岩浆后生热液矿床成矿系统的构造—流体耦合成矿作用研究成果,从构造对流体作用、流体对构造作用两个方面,总结了构造活动与流体作用同步进行且相互影响的机制。通过典型实例分析,认为构造—流体耦合成矿作用研究要从时间、空间、物质方面的耦合关系阐明构造与流体成矿作用过程及其“矿源—输运—聚集”过程,揭示构造活动与流体成矿作用机理。在此基础上,提出了构造—流体耦合成矿作用研究的主要方向及发展趋势。该研究对丰富热液矿床成因理论研究和成矿规律的认识具有重要意义。

泵吸成矿作用:一种流体运移动力学机制

大型—超大型矿床的形成需要大规模流体参与,流体的侵位机制是一个悬而未决的科学问题。提出利用泵吸作用解释成矿机理,以及地质作用过程中存在着2种泵吸作用,即“构造泵吸”和“岩浆泵吸”。前者是在盖层密封良好的条件下,因构造作用使不同物理性质的岩层发生不同程度变质变形,使岩层之间产生类似真空状态的“构造泵”,在断层沟通深部岩浆房或流体库的作用下,深部成矿流体在泵吸作用下上侵到浅部形成矿体。后者是在深部岩浆房中的岩浆被泵吸上侵后形成岩浆房内或通道内类似真空状态的“岩浆泵”,在断层沟通作用下泵吸更深部的流体。利用泵吸成矿作用,对一个地区构造变质变形作用范围进行详细圈定,就可以限定成矿的作用范围,为找矿预测提供重要参考。

构造-流体-成矿耦合机制——以会泽超大型富锗铅锌矿床为例

以会泽超大型富锗铅锌矿床为例,在研究该矿床“三位一体”成矿规律的基础上,从不同尺度精细刻画了会泽铅锌矿床构造-流体-成矿耦合过程,完善了铅锌超常富集机制:(1)酸性成矿流体(pH<3.6)被陆内构造作用圈闭于川滇黔“三角区”内,并大量汇聚,强劲的构造动力驱使其远距离迁移并不断从途经地层中萃取成矿物质;(2)深部成矿流体沿断褶构造带“贯入”,经减压沸腾作用、气-液分离作用,进一步浓缩富集,水-岩相互作用下的铅锌水解和白云石化作用使成矿物质再次富集;(3)当盆地中循环的还原性流体进入容矿断裂时,氧化性成矿流体和还原性流体混合发生矿质沉淀,形成富锗铅锌矿床。从宏观和中观上看,会泽铅锌矿床形成于构造体制转换背景下,并由于构造空间类型、力学性质转变和构造活动的脉动性使成矿过程具有多阶段性;而且流体反过来影响和改变构造。缓冲溶液作用与络合物形成、减压沸腾及重晶石脉形成、多阶段主要成矿作用过程,都是微观层次上流体-岩石化学反应及成矿元素的输运-沉淀-富集等作用的具体表现,均为构造-流体耦合作用的产物。

胶东金牛山金矿床构造—流体—成矿作用体系研究

通过对胶东金牛山金矿床构造变形和流体包裹体的研究 ,探讨了矿床的形成过程和流体成矿机理 ,认为本区经历了多期构造变形演化 ,并伴有多次脉动式热液活动 ,金牛山断裂总体上控制流体来源、运移和沉淀。第二构造变形期早阶段 ,热液来源以大气降水为主 ,而中 晚阶段为大气降水和岩浆水 ;断裂带中流体异常活跃 ,局部有高压流体存在 ,产生水压致裂作用 ;构造变形引起流体的沸腾、混合和相分离作用 ,并使流体成份和性质发生变化 ,导致金的沉淀。因此 ,构造和流体的共同作用控制了矿床的形成 ,而异常流体叠加控制了富矿体的形成。在此基础上总结了金牛山金矿床形成的构造—流体—成矿作用体系模式。

流体构造动力学与成矿作用

流体是地球的重要物质组成,其构造作用与动力学是地质力学与构造学重要的研究方向。流体构造动力学是介于流体地质学、地质力学和构造地质学之间的一个交叉学科。文章介绍了流体构造动力学的概念、主要研究内容、流体的构造作用方式及构造类型与特征,总结了近年来在流体构造动力学与成矿研究过程中取得的一系列重要进展。主要有提出液压致裂的新动力学机制、发现斑晶堆积构造并指出斑岩是岩浆房中部分结晶残余岩浆再侵位的产物及发现并厘定构造混积岩等多个方面,总结了存在的问题并指出了进一步研究的方向;指出流体作为构造作用的主要参与者和重要组织者,不仅对成矿流体的运移通道及其沉淀与就位的空间进行开拓,更重要的是作为载体运移、富集成矿元素并为最终成矿奠定基础。

构造-流体-成矿作用的分形与混沌动力学

系统分析总结了构造活动与裂隙-脉体系统的分形生长,构造活动、流体作用及矿物沉淀之间的非线性反馈作用以及具分形结构与混沌特征的矿物沉淀和矿床的形成过程。以湘西金矿、水口山铅锌金多金属矿田等典型矿床为例,研究发现,水口山铅锌金多金属矿田地层及岩体内的元素含量分布均呈单分形关系,而断裂带内动性较强的Cu、Pb、Zn等成矿元素的元素具有双分形关系,产生了新的元素分布规律,指示断裂活动促进了成矿元素富集,湘西金矿石英脉是通过分形生长向着脉体长度-厚度分维值a值先减小(对应着脉体的膨胀)然后增大(对应着脉体的伸长)的趋势发展演化的,且该矿床各中段金品位空间变化序列均为非线性演化序列,其成矿流体的演化及成矿元素的沉淀富集成矿过程为混沌动力学过程。这些结果表明,构造-流体-成矿作用具有分形结构特征,并具体表现为断裂体系的分形分布,矿床的分形分布,裂隙-脉体系的分形分布和品位分布的分形变化等。成矿元素活化、迁移及沉淀的复杂动力学过程中,构造活动控制了裂隙-脉体系统的分形生长与矿床的就位,且存在于构造活动、流体作用及矿物沉淀之间的非线性反馈作用最终导致了具分形结构与混沌特征的矿物沉淀和矿床的形成。

初论兰坪盆地构造流体与成矿作用的时空格架及可能的成矿模式

滇西兰坪盆地中新生代形成了丰富的金属与盐类矿床，是我国著名的热液矿床成矿带。成矿系统时─空结构的统一性是进行成矿规律研究和成矿预测的前提和指导思想，综合分析兰坪盆地的成矿时代、矿床的空间分布及区域地质背景，初步认为：晚白垩世至早第三纪，盆地西缘出现以铜为主的成矿作用；兰坪盆地主要成矿作用发生在早、晚第三纪期间，因盆地东、西部边界向两边地块的俯冲碰撞及中轴断裂带的强烈活动，导致盆地中央地带出现大规模成矿流体活动，成矿流体因物理化学性质的改变而发生分异、运移，及盆地受挤压隆升，变成山间盆地，出现不同类型、不同大小的流体圈闭，因而形成不同种类，不同规模的矿床；同时，含有挥发性组分汞、锑、砷的流体从深部沿中轴断裂带上升向两侧的次级构造裂隙带扩散，导致盆地东部复式背斜带中出现锑、汞、砷的成矿作用；其后，矿床受到改造和氧化作用。盆地内发育深大断裂；兰坪盆地的成矿作用是在构造流体演化的制约下完成的，同时成矿作用的发生改变了流体的性质和构造环境，促使流体的再次循环，出现成矿作用的多期性、分带性。

关于构造—流体—成矿作用研究的几个问题

在成矿过程中，构造和流体是重要的控矿因素。构造、流体和矿石堆积可以作为一个系统加以研究。按成矿作用的规模，构造—流体—成矿系统有不同的尺度：①全球的；②区域的；③矿田（床）的；④微观的。文章分别阐述了矿床的和区域的构造—流体—成矿系统，结合矿床和区域实例讨论了它们的研究目的、内容和方法。具体总结了古老区域流体系统的示踪标志。论文最后讨论了关于古老成矿流体和现代成矿流体、深部成矿流体与浅部成矿流体等的研究任务。

川西北马脑壳金矿床构造-流体-金成矿作用系统演化模式

基于对马脑壳金矿床构造变形分析及流体包裹体研究 ,探讨了马脑壳金矿床形成过程和热液成矿机制 ,认为自印支运动以来 ,该区先后经历了韧性、韧 -脆性及脆性等多期构造变形演化过程 ,并伴有多次热液活动。热液的来源及性质与构造变形作用密切相关 ,早期韧性构造变形期 ,热液来源以地层建造水和变质水为主 ,而韧 -脆性变形期以来大气降水不断加入并逐渐占据优势。由韧性→韧 -脆性和韧 -脆性→脆性构造变形机制的转变 ,引起热液发生混合及相分离作用 ,并导致热液体系 T、p H、fo2 、fs2 等物化条件降低变化 ,造成热液中含金络合物溶解度大幅度下降而发生沉淀成矿作用。概括总结了马脑壳金矿床构造 -流体 -金成矿作用系统演化模式。

小秦岭—熊耳山金成矿作用与区域构造的耦合

小秦岭—熊耳山地区是重要的金、多金属成矿带,金属元素高度富集,在长不足200km的矿带内,集中产出100多个大中小型金矿床(点)和10余个特大、中、小型钼矿床;成矿金属元素组合既有单一金矿床、钼矿床,也有钼 金 多金属矿床。金的矿床类型有石英脉型、构造蚀变岩型及斑岩 爆破角砾岩型和砂金矿床等。金的成矿流体为临界 超临界地幔流体,成矿物质具深源性。成矿时代主要为中生代,印支期是成矿的开始与先导,燕山期叠加其上,构成一个完整的中生代成矿旋回。金成矿作用受秦岭造山带印支期构造作用的制约,在前沿挤压,后缘滞后拉张的构造耦合作用动力学背景下产出。成矿与岩石圈拆沉作用及地幔流体上涌有关。

大兴安岭东北部受韧性剪切构造控制的中低温型热液型金矿成矿流体特征及成矿作用研究——以二十四号桥金矿床为例

位于大兴安岭东北部的呼玛地区金矿产资源丰富,发育大小金矿床(点)几十处,是'黑龙江金边'的重要组成部分。然而前人对矿床成因和成矿作用研究不足,仅限于对矿床地质特征进行了论述,严重制约本地区金矿成矿规律总结和找矿勘查工作的深入。为此,本文通过对位于呼玛南部地区受韧性剪切构造控制的二十四号桥金矿的成矿流体特征研究,探讨了其成矿作用过程,为研究成矿规律提供依据。

热液成矿系统构造控矿理论

构造对成矿的控制是热液成矿系统的典型特征之一,系统剖析多重尺度控矿构造的几何学、运动学、动力学、流变学和热力学对认识矿床成因和预测找矿至关重要;而如何实现控矿构造格架、渗透性结构、成矿流体通道和矿化变形网络由静态到多尺度时-空四维动态的转变,查明流体通道和矿床增量生长过程与控制因素,揭示热液成矿系统的构造-流体耦合成矿机制和定位规律是亟待解决的关键科学难题。为此,我们在对已有相关成果系统梳理的基础上,提出了科学构建热液成矿系统构造控矿理论的基本要点与对应方法及应用范畴:(1)流体而非构造是构造控矿理论的中心,热液系统的流体流动与成矿作用受控于断裂带格架及其渗透性结构,其中渗透率是将流体流动与流体压力变化联系起来理解控矿构造的核心;(2)不同控矿构造组合的关键控制是构造差应力和流体压力的大小,而矿化类型的变化可能是由于构造应力场引起的容矿构造方位的不同和赋矿围岩之间的强度差异所致;(3)流体通道的生长始于超压流体储库上游围岩中孤立的微裂隙沿流体压力梯度最大的方向、随裂隙发育且相互连结而形成新的长裂隙,并最终连通形成断裂网络内的流体通道,矿床的增量生长发生在高流体通量的短爆发期,断层反复滑动驱动其内流体压力、流速和应力快速变化,当由此诱发的流体通道生长破坏了流体系统的动态平衡时,随之而来的流体快速降压就成为金属沉淀成矿的关键驱动因素;(4)以热液裂隙-脉系统野外地质观测和构造-蚀变-矿化网络三维填图为基础,通过宏观与微观各级控矿构造相结合、地质历史与构造应力分析相结合、局部与区域点-线-面相结合、浅部与深部相结合、时间与空间相结合、定性和定量相结合,对各种控矿因素开展多学科、多尺度、多层次、全方位综合研究,是应遵循的基本原则;(5)通过构造-蚀变-矿化网络填图,将蚀变-矿化体与控矿构造的类型、形态、规模、产状和间距等几何学特征联系起来,利用热液裂隙-脉系统和断裂网络拓扑学及矿体三维几何结构分析等定量方法查明控矿构造格架和渗透性结构并揭示矿化变形网络的连通性与成矿潜力;(6)合理构建地质模型,选取合适的热力学参数和动力学边界条件,利用HCh和COMSOL等方法,定量模拟成矿过程中的流体流动、热-质传递、应力变形和化学反应等的时-空变化,是揭示构造-流体耦合成矿机理和定位规律、预测矿化中心和确定找矿目标的有效途径。进而提出了构造控矿理论的研究流程:聚焦构造-流体耦合成矿机制和定位规律这一关键科学问题,选择热液裂隙-脉系统和构造-蚀变-矿化网络为重点研究对象;通过几何学描述、运动学判断、流变学分析、动力学解析和热力学综合,厘定控矿构造格架,定位矿化中心,示踪成矿流体通道和多种矿化样式的增量生长过程及其关键控制,揭示渗透性结构的时-空演变规律及构造再活化与成矿定位的成因关联,建立构造-流体耦合成矿模式,服务新一轮战略找矿突破。以胶东焦家金矿田为例,开展控矿构造理论研究和成矿预测应用实践,证实了其科学性和有效性。

钱家店铀矿床表生含氧含铀流体与深层酸性含烃流体的耦合成矿作用——来自岩心蚀变矿物填图的证据

以岩心光谱蚀变矿物填图为主要研究手段,结合野外地质编录、偏光显微镜、扫描电镜、电子探针能谱分析、氢氧同位素测试等方法,对开鲁盆地钱家店砂岩型铀矿床85个有效钻孔岩心开展了系统的蚀变矿物填图和矿物学研究。结果表明:①主要含矿层上白垩统姚家组蚀变矿物主要有黏土矿物(高岭石、蒙脱石、伊利石、伊/蒙混层及局部绿泥石)、铁的三价氧化物、黄铁矿、碳酸盐(方解石、白云石、铁白云石)等,它们呈现明显的分带特征:氧化带为高含量的“高岭石+Fe^3+氧化物”组合、过渡带为中等含量的“高岭石+蒙脱石(伊/蒙混层)”+高含量的“黄铁矿+铁白云石”组合;还原带则主要为高含量的“蒙脱石(伊/蒙混层)+伊利石+黄铁矿”组合,矿体主要分布在氧化‒还原过渡带和高岭石变化的梯度带上,并见有明显的高岭石、黄铁矿、铁白云石富集。②含氧含铀流体主要来自于WS、WN方向,其次为ES方向(也可能是WS向流体的分支),酸性含烃流体主要来自于NE向的断裂构造,流体温度介于40~120℃,两种不同性质流体的耦合作用是该地区的主成矿作用。③主成矿事件应发生在白兴吐“天窗”构造隆升之后,构造天窗在成矿系统中主要承担着还原障和地下水排泄区的作用。

构造转换背景下应力与流体相互作用控制华南朱溪超大型W-Cu矿床成矿作用

朱溪W-Cu矿床是近年来在江南斑岩-矽卡岩W矿带发现的一个超大型矿床,其成矿作用特点在国内外众多研究者的关注下逐渐明朗,但构造对成矿作用的控制机制尚未明确。文章基于矿床地质特征的观察,对与蚀变和矿化有关的构造进行解析,依据矿脉(体)的穿切关系,主要厘定出5种具先后次序的控矿构造类型:早期挤压背景下形成的近水平贫矿热液脉(H脉),挤压向伸展转换背景下形成的陡倾波状张剪性含矿脉(R脉),水压致裂主导的流体逃逸构造和近直立平直白钨矿-石英-白云母脉(F脉),以及晚期伸展拆离背景下形成的角砾构造。其中,R脉为矽卡岩型W-Cu矿体的主要赋存形式,F脉为白钨矿-石英-白云母脉型矿体的主要赋存形式。结合前人同位素年代学资料,提出研究区经历了161 Ma以前的挤压,153~145 Ma期间挤压向伸展转换,145 Ma以后的伸展构造背景。其中,挤压向伸展转换时期的断层阀行为控制了朱溪W-Cu成矿作用。据此,文章将朱溪W-Cu矿床的断层阀模型划分为破裂前、断层阀(地震破裂)、流体充填(地震泵吸)、自愈合和再循环等5个阶段。矿化主要发生在断层阀模型的流体充填阶段,表现为压力骤降和流体沸腾,对应矽卡岩成矿期的退蚀变作用和浸染状W-Cu矿化,白钨矿-石英-白云母脉成矿期与白云母密切共生的细脉浸染状W-Cu矿化。朱溪W-Cu矿床的形成与燕山中晚期古太平洋俯冲板片沿扬子和华夏板块间的结合部位撕裂(156~135 Ma)导致岩石圈挤压向伸展转换并形成壳源过铝质-偏铝质花岗岩浆作用相关。

新疆阿尔泰造山带南缘金矿构造-流体-成矿作用

新疆阿尔泰造山带南缘包括额尔齐斯构造带,为重要金矿床成矿带之一.文章以研究区成矿地质背景及成矿特征为基础,应用金矿成矿过程中构造-流体-成矿作用理论,对阿尔泰造山带南缘金矿成矿规律进行分析和探讨,提出了阿尔泰造山带南缘山-盆转换系统内金的构造-流体-成矿作用体系中构造主导作用、流体直接作用及构造和流体耦合作用与金矿成矿机理和时空分布特征间的关系.

黔东地区金矿构造-流体-成矿作用探讨

黔东地区位于华南成矿区的天柱-黎平成矿亚带,是贵州重要的黄金产出地。以研究区成矿地质背景及成矿地质特征为基础,结合以往研究资料和野外实地调查资料,应用金矿成矿过程中构造-流体-成矿作用的相关理论,对研究区构造与脉体的关系、构造与金成矿作用、流体与金成矿作用进行分析和探讨,提出了构造和流体耦合作用与金成矿作用在时空分布上的关系。

地幔流体及其成矿作用

地幔流体及其成矿作用的研究是当前地学界倍受关注的前沿课题。地幔流体是一种以CO2和H2 O为主、同时含有一定量的溶质成分、相对富集大离子等不相容元素的超临界流体 ,具有独特的溶解和输运能力 ,主要来源于俯冲板块的脱水、脱气作用和地核及地幔脱气作用。地幔流体在许多大型—超大型金属、非金属、油气矿床和矿集区形成过程中具有重要意义。地幔流体成矿作用主要表现为本身成矿、提供成矿物质、成矿流体和成矿热动力。地质构造背景、岩浆活动、矿床地质、矿床地球化学等方面的研究均可提供地幔流体成矿作用的证据。地幔流体成矿作用的主要特征是矿床具有深大断裂构造背景、伴随幔源岩浆活动、成矿物质和成矿流体具有幔源性。

楚雄盆地砂岩型铜矿床构造-流体耦合成矿模型

砂岩型铜矿床是楚雄陆相红层盆地的典型矿床类型。在构造-流体-成矿体系的动力学演化中,该类矿床的形成经历了沉积-成岩成矿作用、改造成矿作用及后期断裂作用的演化过程:燕山中晚期形成煤-铜-盐"三色建造"和盆地流体;喜马拉雅早期构造-热演化形成褶皱圈闭盆地流体,来自基底的富铜流体沿同生断裂(隐伏断裂)上升将一些亲铜元素从深部带入煤层而被吸附,形成富铜的还原性流体(H2O-SO2-CO2-CH4(C3H8-C2H6)-HSO4-HCO3-型),还原性流体沿次级断裂、隐伏断裂和层间断裂及轴面变形带上升,与大气降水深循环淋滤膏盐层形成高盐度的氧化性流体(H2O-SO2-CO2-N2-CO-HSO4-型)在砂(页)岩相遇时发生水-岩相互作用,并封闭于高孔渗的砂(页)岩储层,在褶皱翼部或核部的中细粒砂岩和层间断裂带中形成层状、似层状矿体;喜马拉雅中期由于构造改造,在更次级断裂带中形成脉状矿(化)体。所以,该类矿床是褶皱构造圈闭盆地流体-含矿岩相和构造裂隙封闭成矿流体定位成矿的产物,是铜矿源、构造与流体三者耦合作用的结果,更好地解释了矿床既沿褶皱分布又沿含矿层定位及矿物、元素分带的主要原因。故建立了该类矿床的构造-流体耦合成矿模型。

构造-流体-成矿体系的反应-输运-力学耦合模型和动力学模拟

建立了一个综合的构造流体成矿体系的反应输运力学耦合动力学模型。利用有限元方法求解岩石变形、断裂作用和断裂网络统计动力学、流体流动、有机和无机地球化学反应及成岩成矿作用、压力溶液和其它压实力学、热迁移的方程组 ,可以对构造流体成矿体系的动力学演化过程进行 1～ 3维数值模拟。模拟的主要内容是在各种过程耦合作用下描述构造流体成矿体系的主要变量的时空演化 :( 1)与成矿流体的形成和性质有关的变量 ,如地层中矿物 (包括成矿物质 )的溶解速率、流体中各组分的浓度与饱和度、流体温度、压力、离子强度等 ;( 2 )与构造变形和流体运移有关的各变量 ,如应力与变形速率、岩石孔隙度、构造 (断裂 )渗透率等 ;( 3 )与沉淀成矿有关的变量 ,如矿物 (金属矿物和脉石矿物 )的成核速率、各矿物的沉淀量等 ;( 4 )上述各有关变量间的时空耦合关系 ,如断裂渗透率时空演化与流体流动、汇聚和成矿的耦合关系等。以湖南沃溪金锑钨矿床为例 ,应用该模型和方法对成矿动力学过程和动力学机制进行了初步的模拟与分析。

胶西北焦家金矿深部成矿流体性质及成矿作用

胶东金矿集区因储量和产量巨大,一直是国内外矿床地质学者研究的热点。区内金矿床自西向东集中分布在招(远)-莱(州)断裂带、栖霞断裂带和牟(平)-乳(山)断裂带内。焦家金矿是位于招(远)-莱(州)断裂带内典型的蚀变岩型金矿,矿体赋存于焦家主干断裂的破碎蚀变带内。主成矿阶段石英内流体包裹体岩相学观察表明,焦家金矿主成矿阶段流体包裹体类型为H2O-CO2±CH4包裹体、H2O溶液包裹体和富CO2单相或两相包裹体。空间紧密的不同包裹体内含碳相体积差异较大,但均一温度近似。包裹体均一温度为160~320℃,属高中温热液流体,流体具中低盐度(4%~10%NaCleq)、低密度(0.64~1.10 g/cm3)的特点。流体包裹体激光拉曼测试常见CO2特征的费米共振双峰,少量可见CH4特征峰。通过对比焦家及区内不同金矿成矿流体性质,并结合氢氧、碳及锶钕同位素特征的分析,认为胶东地区蚀变岩型金矿和石英脉型金矿为古太平洋西向俯冲体制下在壳幔边界处发生强烈壳-幔相互作用下的同一构造-岩浆-流体成矿系统的产物,矿区构造应力场方向转变、含矿流体的沸腾及广泛的水-岩蚀变反应是胶东金矿的成矿机理。