构造-流体-成矿系统及其动力学的理论格架与方法体系

综述了构造流体与成矿系统及其动力学的研究进展、趋势 ,初步提出构造 -流体 -成矿系统及其动力学的理论格架与方法体系 .突出构造和流体在成矿中的关键作用 ,强调多种组成与多重作用过程耦合和套合的整体性及其综合效应 ,并以这一理论为指导 ,提出将构造-流体 -成矿系统及其动力学作为一个整体 ,从流体与岩石 -构造环境相互作用及构造 -流体演化的角度探讨成矿系统的形成过程和动力学特征 ,遵循实践→认识→再实践→再认识的循序渐进原则 ,在多学科综合研究的基础上 ,以宏观整体性认识为指导 ,深入解析代表性典型中观成矿系统时 -空轨迹的规律性特色本质 ,具体指导微观成矿作用过程及机理的研究 ,实现研究的系统性、完整性和定量化 ,从更广、更深层次上认识构造 -流体 -成矿系统时 -空结构及本质属性 .

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。

铜陵矿集区构造-流体-成矿系统演化格架

铜陵矿集区的成矿作用与印支—燕山期特定构造背景控制下的岩浆活动密切相关 ,地壳浅部成矿岩浆运移侵位过程和主成矿期构造变形机制是建立区域构造流体成矿系统演化格架的两个关键问题。通过对区域重磁异常、遥感影像的线性解译结果和区域变形变质作用的分析 ,确定了在区域中部存在一浅层隐伏岩体 ,从而进一步查清了浅部成矿岩浆运移侵位过程 ;引入复杂性科学的思维 ,对基础地质资料进行了重新分析 ,提出铜陵矿集区在印支—燕山期经历了“先剪后压”的递进变形这一新认识。在此基础上 ,结合区域构造演化背景 ,总结了铜陵构造流体成矿系统演化格架 ,即 :(1 )印支期初始 ,在华北、华夏板块的挤压下 ,下扬子地块内部发育了系列岩石圈断裂与地壳断裂 ,使其裂解为很多与铜陵矿集区类似的次级地质单元 ;同时断裂的深切割作用引发了下地壳—上地幔的岩浆活动 ,岩浆沿深断裂上侵 ,分别在 2 0km和 1 0km左右形成深部和中部的岩浆房 ;(2 )印支中期开始 ,相对独立的铜陵矿集区在周围地质单元的夹持和围限下 ,经历了挤压 -剪切的递进变形 ,形成了 3套主要构造形迹 (包括北东向“S”型褶皱、北东向顺层滑脱断层和北西向左型走滑断裂 ) ,其组成了盖层的导流控矿网络 ;同时由于剪切作用导致的区域中部拉伸减薄 。

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。

深层碳酸盐岩关键构造-流体演变与成岩-成储——以塔中奥陶系鹰山组为例

解析系统的构造-流体体制是认识叠合盆地深层碳酸盐岩成岩-成储规律的新思路。针对塔里木盆地塔中下-中奥陶统鹰山组深层碳酸盐岩(深度、温度分别达6500m和220℃)的系统研究表明,其发育6期方解石胶结作用,准同生、表生期胶结及浅埋藏等前三期胶结总体显示与正常海水相关的成岩特征,相比之下中-深埋藏等后两期胶结具有明显的δ13C负值和有机碳输入特征,而热流体胶结物的δ18O、δ13C值均显示相对最大负值。除准同生期选择性溶蚀和表生期溶蚀外,塔中鹰山组主要存在两期埋藏溶蚀,其中第二期除溶蚀早期方解石胶结外,还主要溶蚀白云石,且普遍与烃类注入匹配。研究区关键时期,即中晚奥陶世北西向逆冲断裂、志留-泥盆纪北东向转换走滑断裂、二叠纪张裂及相关流体活动,分别影响了鹰山组碳酸盐岩的岩溶、埋藏溶蚀-胶结等成岩-成储过程。

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。

构造-流体耦合关系对水上亚系统金矿成矿环境的影响

流体温度-密度-盐度关系化学模式显示,水下亚系统是一种火山作用形成的富含NaCl向海底释放的流体系统,该系统形成块状硫化物矿床;水上亚系统是陆相火山岩地区的地下低盐度低温流体系统,形成了浅层低温热液型和热泉型矿床。由流体的质量方程、能量方程和运动方程的特点可以看出,在成矿作用过程中的流体运动,受到构造-流体-成矿系统的关系中多种因素的影响,如介质的孔隙度、流体密度、渗透率、流体的黏度和流体内压力等。以世界一些陆相火山地区的金矿为例进行讨论,充分证明了陆相火山地区的金矿流体的运动方式具有两种类型:一类是成矿流体沿岩石的孔隙流动,如伊尔曼得金矿等;另一类是成矿流体沿裂隙流动,如阿希金矿等。虽然这些金矿形成于同一火山岩地区,但是,流体在围岩的孔隙和断裂中以不同的方式运动,流体的内压力、流体的密度将发生不同的变化,同时引起流体的氧逸度、pH值、盐度产生不同的改变。由此表明流体运动的方式和扩散影响了成矿环境。

江西香炉山钨矿床构造-流体-成矿系统浅析

通过对香炉山钨矿床的构造及流体进行剖析,研究了其构造-流体-成矿系统三者之间的关系,旨在加深对其成矿的过程认识,并为今后矿山的研究及找矿工作提供思路。香炉山夕卡岩型白钨矿床受构造控制明显:隐伏岩体顶面接触带构造为最重要的控矿构造,褶皱控岩,为成矿物质的来源提供保障,裂隙及层间破碎带不仅为成矿物质的运移提供运移通道,也是较重要的储矿场所,但后期发育的裂隙具破矿性;流体与该矿床的形成息息相关,其中的石英-白钨矿阶段及石英-硫化物-白钨矿阶段为矿床的主要成矿期;香炉山夕卡岩型白钨矿床的构造-流体-成矿三者之间具有高度的协调性及关联性,对形成香炉山大型白钨矿床极为有利。

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。

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。

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。

额尔齐斯成矿带萨尔布拉克金矿床的构造-成矿流体

萨尔布拉克金矿床位于准噶尔盆地北东缘之喀拉通克岛弧带,北邻呈北西西向展布的额尔齐斯构造挤压带,矿体受次级断裂萨尔布拉克韧性剪切带控制。据构造变形-热液蚀变-矿物共生组合特征,构造-成矿阶段划分为4个:Ⅰ韧性变形-黄铁矿化-硅化阶段;Ⅱ韧脆性变形-黄铁矿-毒砂-石英阶段;Ⅲ网脉状石英阶段(多金属硫化物阶段);Ⅳ石英-碳酸盐阶段。构造-成矿流体早、中阶段以富含CO2(CH4)的碳质流体包裹体和CO2/H2O高比值的H2O-CO2包裹体为特征,Ⅰ阶段均一温度集中在290～350℃和200～269℃两个区域;Ⅱ阶段均一温度集中在204～358℃和170～203℃,Ⅲ阶段均一温度215～310℃。原生水溶液包裹体与早中阶段CO2包裹体或碳质流体包裹体相伴,次生水溶液包裹体普遍存在于Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ阶段中,可能为造山变质后由于地壳抬升大气降水和地层建造水加入所致。伴随着额尔齐斯碰撞造山带由压性、韧性转变为张性、脆性的演化,构造-成矿流体的演化也由富含CO2(±CH4)的碳质、CO2/H2O高比值、中温、低盐度的变质流体向低温、富含水的流体演化。萨尔布拉克金矿具有造山带型金矿的特点,其成矿作用主要发生在晚构造阶段,伴随构造由挤压向拉伸的转变。

成矿流体运移与就位及其构造控制机理:以胶东焦家金矿带为例

热液成矿系统的形成受控于构造运动引发的成矿流体运移和就位,构造是一级控矿因素,成矿流体的运移与就位则为构造控矿理论的核心。以流体压力差为主导、综合水力梯度和热传导等多种或单一主导因素驱动流体在围岩中由断层、裂隙和孔隙组成的输运通道中运移。流体在构造裂隙或孔隙中发生化学反应、流体混合和不混溶作用、流体沸腾都会导致流体物理化学性质发生变化,导致成矿物质沉淀;流体运移形式影响着矿化形式的表达,以管道流形式在宏观断层和裂隙中运移的流体以形成规模较大且矿化程度高的脉状矿体为主,而在围岩微米级裂隙和孔隙中广泛发育的渗透流多形成矿化品位稳定、规模中等的细脉-浸染状矿体。构造变形与流体压力、应力状态之间的动态耦合导致矿体的时空定位,断层阀-泵吸机制是解释造山型金成矿作用最具代表性的构造-流体耦合成矿动力学模型。胶东焦家金矿带中矿床的形成与分布受到焦家断裂带上一、二、三级断裂构造的联合控制:压剪性的焦家断裂为一级控矿构造,控制了广泛的以绢英岩化为主的热液蚀变作用和破碎带蚀变岩型金矿体的形成与就位;在其下盘张剪性的望儿山断裂为二级控矿构造,热液蚀变相对较弱,发育过渡型金矿体;三级控矿构造为以鲍李断裂为主的数十条张剪性断裂和节理系,蚀变-矿化程度最弱,主要控制石英脉型金矿体的产出。寺庄金矿床矿体三维几何学结构研究表明从I号到Ⅲ号矿体群的形态扁平程度增加,说明成矿流体输运方式由渗透流向管道流的空间演变,矿体产状差异则反映成矿流体运移方向也发生了变化。进一步研究需融合多学科方法和成果,特别是深入剖析显微-超显微变形组构与成矿流体行为耦合关系,构建逼近实际的多尺度构造-流体耦合成矿模型,揭示热液成矿系统形成的精细过程和机理。

构造应力-流体压力耦合作用下的裂缝发育特征——以渤海湾盆地东濮凹陷柳屯洼陷裂缝性泥页岩“油藏”为例

利用岩心观察、流体包裹体分析和盆地模拟等方法,考虑构造应力与流体压力耦合关系,对渤海湾盆地东濮凹陷柳屯洼陷沙三上亚段盐间强超压裂缝性泥页岩"油藏"中的裂缝发育特征进行了研究。结果表明:1该油藏的裂缝以构造裂缝和水力破裂缝为主,强超压区域内裂缝产状散乱,甚至发育水力破裂水平缝;2超压通过改变岩石的孔隙弹性响应和渗透力作用来改变地层的差异应力和主应力方向,从而影响裂缝的类型和产状;3构造裂缝和水力破裂缝可细分为7种应力状态类型、3期发育,其中纵张和横张裂缝主要在第1期发育,水力破裂缝主要在第2期内构造抬升前发育,构造剪裂缝主要在第2和第3期发育,构造应力和超压均强烈发育时裂缝类型和产状呈多样化。

北方造山带东北段中生代构造─流体─成岩成矿体系及其演化

本文讨论了北方造山带东北段满洲里─额尔古纳地区及其毗邻区中生代构造─流体─成岩成矿系统及其演化的三个不同阶段： 1）早中侏罗世张性“似裂谷环境”下所形成的中基性碱性火山岩、同熔性花岗岩及深源流体活动形成的稀土矿床和斑岩性铜钼矿床； 2）晚侏罗世挤压─剪切环境下所形成的酸性火山岩、斑岩类及深源流体活动所形成的铅锌银矿床； 3）早白垩世张性环境下所形成的基性碱性火山岩及深源流体活动所形成的铀矿床、金银矿床及萤石矿床。在此基础上，建立了区域中生代构造─流体─成岩成矿地球化学一体化系统模型。

莺歌海盆地泥-流体底辟构造与天然气运聚

莺歌海盆地是位于我国南海北部的新生代盆地,具有快速沉积沉降史、高温高压、热流体活动频繁、泥-流体底辟构造发育等特征。泥-流体底辟构造发育演化尤其是热流体局部上侵活动控制了天然气及CO2分布与富集成藏规律及特点,研究泥-流体底辟构造及天然气运聚规律,对于指导该盆地的勘探具有重要的现实意义。

地质过程中几种重要的构造—流体作用

构造(应力)和流体是许多地质作用过程中发挥重要作用的两个基本因素。构造作用与流体的关系十分密切,两者相互影响、相互作用的关系称为构造—流体作用。压溶作用、流体致裂作用和裂隙闭合作用等是重要类型的构造—流体作用。本文阐述了它们的发育机理和地质意义。深入研究这些构造—流体作用及其效应,可为重塑地质历史和过程的研究提供重要的“化石”材料。

构造应力-流体压力耦合研究进展及其在页岩中的特殊性

构造应力-流体压力耦合(应-压耦合)是影响超压地层天然裂缝发育的重要因素,也是页岩油藏储层裂缝研究的重要内容。本文围绕裂缝发育的应力场因素,总结了目前应-压耦合的理论研究进展及其在裂缝研究中的应用现状,并分析了页岩油藏中超压成因多样性造成的应-压耦合关系的特殊性。分析认为,应-压耦合的理论研究在耦合要素特征及相应的耦合微观机理等方面还有待加强,其在页岩油藏储层裂缝研究中的应用还处于初期探索阶段。并且页岩油藏中超压成因的多样性和复合性,决定了该类油藏储层裂缝研究中的应-压耦合需要考虑超压成因相关的差异性和复合性特征,准确把握与超压演化相关的应-压耦合变化。