水-岩反应及蚀变-矿化网络 热液蚀变与矿化
流体-岩石反应或简称水-岩反应，是自然界最普遍的地球化学过程，这一过程涉及到水(水溶液和热水溶液)、岩(矿物、岩石)和水-岩界面(水-矿物界面)。流体和岩石的相互作用是指在一定的温度、压力条件下，流体与岩石中的矿物发生反应，通过溶解、交代等方式，使原有矿物发生变化，并生成新的矿物，结果使原来的矿物组合转变为在新的条件下更加稳定的矿物组合。在这个过程中，流体成分也发生了变化，并与新矿物组合达到平衡状态。
流体作用于岩石中矿物并溶解矿物的作用受两方面因素控制(於崇文，1998)。首先它受矿物的表面反应控制。水-岩界面上进行反应的这一“表面区”的深度很小(＜5μm)。在酸性溶液中，此深度受制于氢离子对金属阳离子的交换速率，以及随之而来的残余部分结构的分解。另一方面，矿物的溶解又受到溶解物质从矿物-溶液界面移开速度的影响。由于界面附近的对流作用很有限，因此溶质的输运要依靠溶液中有关物质的扩散来完成。
水-岩作用是产生成矿流体的一个重要条件，也是成矿流体在输运过程中一种重要的地球化学行为。这种地球化学行为或产生岩石蚀变(±矿化现象)，或直接导致矿石沉淀和矿床形成。这里先依据卢焕章等(1997)资料、简述几种主要岩石中的水-岩反应，再介绍其所形成的蚀变矿化网络。
1.岩石的水-岩反应
(1)花岗岩的水-岩反应
花岗岩与许多热液矿床密切相关。花岗岩本身携带的水气溶液在岩浆冷凝后期，可对已固结的岩体部分发生浸染、充填和交代，即自交代作用。自交代作用多为有钾、钠等大量参与的碱交代作用。通过交代，花岗岩中一些金属如钨、锡、锂、铍等参加到热液中去，并最终在岩体附近的地球化学障中沉淀、浓集成矿。
花岗岩冷却散热过程和以后，可与周围受热的地下水发生广泛的水-岩反应，与花岗岩有关的许多矿床的成矿流体就是在这种水-岩反应过程中形成的。
Edmunds W M等人(1985)对英国Cornwall地区的Carnmenellis花岗岩进行了水-岩反应研究。该地区花岗岩中的地下水矿化度高达19.3g/L，温度在52℃左右，是一种地下热卤水，与常见的成矿流体相类似。Edmunds W M 经过地质观察和实验研究认为，这种卤水是地下水与热的“干”花岗岩反应形成的。他完成的实验表明，地下水主要和花岗岩中的斜长石与黑云母发生反应。反应方程式如下:
K2(Mg，Fe)(Fe，Al，Li)2(Si6Al2O20)(OH)2(F，Cl)2+3H2O+12H+=Al2Si2O5(OH)4+4H4SiO4+2K++(Mg2+，Fe2+)+2(Fe3+，Al3+，Li1+)+2(F－，Cl－)
5(Na0.8Ca0.2)(Al1.2Si2.8O8)+6H++19H2O=3Al2Si2O5(OH)4+4Na++Ca2++8H4SiO4
在Carnmenellis及其邻区，分布着四个产在花岗岩内的锡矿。这四个锡矿不同深度的地下热水有以下特点:①深部的地下水(240～690m深处)是一种热卤水，其总的矿化度比浅部地下水高出2～260倍;②深部地下水中钠离子无论在含量上，还是在所占成分百分比上均有明显增加，钙、钾、锂、镁等阳离子也有明显增加;③阴离子中Cl－的含量大大增加，HCO－3，NO－3，SO2－4，F－也有所增加;④铁、锰的离子含量有很大的增加，其他金属离子如Cu2+，Ni2+等也有所增加。这种情况与Edmunds等人的实验结果十分相似。
(2)玄武岩的水-岩反应
玄武岩类是一种重要的矿源岩，研究其水-岩反应对认识某些金属矿床成因有重要意义。由于大洋玄武岩在其成岩期及成岩后仅与海水发生反应、基本上没有其他地质作用叠加，因此，通常选择大洋玄武岩类作为研究对象。
玄武岩的水-岩反应有多种模式，Thompson G (1984)指出，海水和玄武岩的化学反应强度和离子交换总量取决于反应温度和反应物的比例，亦即取决于反应地点与热源的距离及海水循环模式。玄武岩在海底产状有高有低，玄武岩与海水的接触有的直接，有的隔着上层岩石。各地段的温度也不一致。随着水-岩反应的持续进行，原来新鲜玄武岩可变为四种新的岩石，即角闪岩、绿片岩、沸石岩和海解岩，各有自己的矿物组合(表3-1)。
表3-1 玄武岩变质相及每个相中的矿物组合
(据Tompson，1984)
从模拟实验和大洋钻探岩心的观测表明，在整个玄武岩-海水反应过程中，岩石中失去Si，Ca，Fe，Mn，Cu，Ni和Zn，获得Mg，K，B，P，Rb，H2O，CO2和U。反应的温度多在100～400℃之间(海底扩张中心)。实验还表明，在低温反应时，岩石净增的元素多，而在高温时岩石净增的只有Mg和H2O，而自岩石析出到海水中的元素猛增，如Li，Rb，Cs，Sr，Cu，Ni，Zn。这说明温度高有利于金属成矿元素从玄武岩向海水中迁移。整个反应过程可能要持续数万年才能达到平衡。研究现代海底成矿作用表明，太平洋和大西洋中脊的洋壳基底区的成矿产物为铜-锌或铜的硫化物矿床，含少量和微量Pb和Ba，相当于塞浦路斯型硫化物矿床，矿化与MORB型玄武岩密切共生。而在岛弧及弧后盆地区，成矿金属则为锌-铅-铜型，Pb占有较大比重。该类矿床与岛弧钙碱性火山岩系或长英质-玄武质双峰式岩石组合有关。这显示了在不同的构造-岩石环境中，热流体的化学和成矿物质的显著差异。这也有力地说明，火山成因块状硫化物矿床的成矿物质主要来自含矿火山岩系及其下伏岩石，是由循环的热液通过水-岩反应从这些岩石中淋滤出来的。
(3)绿岩带的水-岩反应
绿岩带在太古宙结晶基底中广泛分布，它与热流体的强烈作用是形成金矿床的一种重要机制。对流体包裹体及蚀变矿物组合的研究表明，世界各地太古宙绿岩带金矿床成矿流体的成分有相似性(卢焕章等，1997)，主要为Si，H2O，CO2，K，Na，Ca，Mg，Cl，还有CH4，H2S，N2等。流体中盐度一般低于10%，CO2普遍作为成矿流体的重要组分，其密度由0.7g/cm3到大于1.0g/cm3。流体与剪切带内及两侧岩石作用形成的蚀变带是剪切带水-岩反应的标志性产物。
在加拿大的Abitibi太古宙绿岩带，产出许多金矿。研究表明，形成金矿的成矿流体沿剪切带上升，与其两侧的岩石发生反应，形成典型的蚀变带，蚀变类型包括铁白云石化、钠长石化、绿云母(含铬或钒的云母)化及黄铁矿化。如果剪切带围岩为镁铁质火山岩和侵入岩，流体(H2O-CO2-NaCl)与其发生作用时会使斜长石、辉石和钠长石发生分解。在蚀变作用开始时形成铁白云石、方解石和绿泥石，再继续反应会形成铁白云石、绿泥石和绢云母，最后，可能只形成绿云母。影响蚀变类型的主要因素，除了流体的化学成分外，还包括:①原岩成分;②剪切带及其两侧岩石的渗透率及水-岩比例;②流体及周围介质的温度和压力。绿岩带的岩相组合主要有:①镁铁质火山岩和侵入岩;②科马提岩;③条带状铁建造;④泥质沉积岩;⑤长英质侵入岩(Colvine，1988)。当剪切带切过不同岩相组合时，蚀变类型和蚀变过程也就不同。而且蚀变反应是逐级进行的，伴随着原岩矿物及中间产物的逐渐减少，蚀变矿物逐渐增多，并表现出剪切带的蚀变分带。以TADD金矿床为例，由剪切带内部向外，发育以下矿物组合:
成矿系统论
不少蚀变带中都产有石英，而石英-铁白云石-绢云母-黄铁矿则是含金矿体的主要蚀变矿物组合。需要指出的是，由于剪切带中岩石的渗透率较高，有利于流体对岩石的充分交代。在交代反应过程中，不仅改变了原岩成分，也改变了流体自身的成分和物理化学性质，并可能因此促进了金等成矿物质的沉淀和浓集。
2.区域蚀变-矿化网络
区域性水-岩反应的结果是产生大规模蚀变岩带，而这些蚀变岩带经常与金属矿化伴生，其中以碱交代作用规模较大，也比较常见。
在长江中下游成矿带的宁芜火山岩盆地中，在著名的玢岩铁矿成矿系列形成过程中，以含矿岩体辉石闪长玢岩为核心，发育有强烈而广泛的围岩蚀变现象，并与铁、钒、钛、磷、硫矿化密切共生，构成区域性矿化-蚀变网络。这个网络带受北北东向区域构造-岩浆-成矿带控制，长约60km，宽12～15km。在这个蚀变-矿化网络带中，既有显著的蚀变地段，也包括基本未蚀变的火山岩层。蚀变岩中以含矿辉石闪长玢岩及其接触带围岩的蚀变最为强烈。蚀变岩自下而上主要分为三个带。下部为浅色蚀变带(钠长石化带)，中部为深色蚀变带［透辉石(-阳起石)-磁铁矿-磷灰石组合］，上部为浅色蚀变带(硅化-泥化-硬石膏化-黄铁矿化)。
表3-2 宁芜盆地中主要铁矿区矿化蚀变分带
(据《宁芜玢岩铁矿》，1978)
经过对宁芜盆地中各主要矿床围岩蚀变特征的对比研究，发现它们具有类似的蚀变和矿化分带 ( 表 3-2) ，都是次火山岩浆有关气液与周围火山岩及前火山岩系发生显著的水-岩反应的产物。早期的蚀变相类似矽卡岩化，中期的类似青磐岩化，晚期的为泥英岩化。这些蚀变岩相分布范围广，深度大。自北部的梅山矿田，中部的凹山矿田，到南部的姑山矿田，蚀变矿化带沿着火山岩盆地中轴断续延长 60 km，其中，在多组断裂交叉点上的几个主要矿床 ( 梅山、向山、凹山、姑山等) 为强蚀变-矿化中心。在垂向上，已控制的蚀变矿化带一般深达 300 ～400 m，在有些矿区中深达 700 m 以上，尚未穿过蚀变带，如在马鞍山地区和梅山地区。上述矿化-蚀变的明显分带性受断裂构造控制。该盆地的 NNE-SSW 向主断裂和近东西向次级断裂是成矿流体向浅部输运的通道。交代蚀变作用以断裂带为中心向两侧发育，因而沿这种网脉状构造带形成网脉状蚀变-矿化带。其中，两组不同方向断裂的交会处，控制了辉长闪长玢岩的侵位和派生的蚀变和矿化，构成了网络结点上的若干个大型矿床及其伴生的强蚀变带。
蚀变矿化过程中的电化学反应~
发生在地壳浅部的热液成矿作用与天然电磁场有必然联系。当热卤水在存在显著电势差动态环境活动时，即成为电流传导的介质，而矿体本身也因具有良好的导电性而为金属矿物等导电矿物聚集生长提供了电能传输上的便利，并为水的电离和水-岩反应提供了条件。
热液矿床中聚集的金属矿物往往具有良好的导电性，当具有不同电极电位的矿物在溶液中接触在一起，还会形成原电池，电极电位低的矿物作为原电池的阳极发生氧化反应而溶解，电极电位高的矿物作为原电池的阴极发生还原反应并增生，造成矿物间交代的现象。因此，矿物之间的交代关系并不仅仅与矿物生成的先后顺序有关，也与矿物的电极电位有关，如黄铜矿、闪锌矿等交代黄铁矿的现象很普遍，而黄铁矿交代黄铜矿、闪锌矿的现象却很少见，正是这个道理。
热液矿床中硫化物的生成与硫的循环及 向S2-的临界转化有关，反应过程可示意性地表示为：Me2＋＋ ＋8H＋＋8e→MeS＋4H2O。硫化物的聚集和生长表明矿体扮演了传输电能的角色，是电池反应的一部分。
蚀变矿化过程中至关重要的一个环节是水的电离反应，它是提供H＋的主要途径，同时，水电离形成的OH-则会受到带负电的矿体的排斥而向外运动。因此，在矿体附近出现的水-岩反应往往是消耗氢离子的反应，如黄铁绢英岩化，在矿体外围则出现绿泥石化和碳酸盐化等消耗OH-或指示偏碱性条件的水-岩反应。
导致一系列电化学反应发生的初始动力来自地球深部热能的释放，而在地球这个天然电磁场环境中，势必有一部分能量转化为电能，并通过蚀变矿化的形式得以释放。导电矿物的聚集是有力的证据之一。另外，在地电释放的环境下势必容易发生水的电离和电解反应，释放出来的O2和H2成为地球大气圈中氧气和氢气的初始来源之一。在现代海底热水沉积环境下，围绕黑烟囱生活的特殊海底生物链所需要的氧气，可能有很大一部分是黑烟囱上发生的水的电解反应提供的。而在较为还原的物理化学条件下，水电离生成的O2往往会被还原环境及有关的物理化学反应迅速消耗，在许多热液矿床中，磁铁矿、锡石等许多氧化物往往先于硫化物形成，与水电离生成的O2不无关系。
热液蚀变主要受控于3方面因素, 即流体性质、围岩成分及水岩比。斑岩铜矿床的蚀变具有明显的分带性, 且其分带特征是斑岩铜矿床中最引人注目和最重要的成果之一。Lowelli和Sillitoe (1973) 等人的研究工作基本建立了弧环境斑岩铜矿床蚀变及矿化特征的一般性框架 (图1.3), 依据矿物组合, 常可将斑岩铜矿床蚀变 (硅酸盐矿物蚀变) 分为4种主要类型, 即钾硅酸盐化、绢英岩化、泥化及青磐岩化 (Loweli et al., 1970)。 钾硅酸盐化常产于斑岩体中心或附近, 以钾长石、黑云母、石英等蚀变矿物组合发育为特征, 硫化物以辉钼矿、黄铁矿、黄铜矿为主。青磐岩化常与钾硅酸盐化蚀变呈同心环状分布, 但远离斑岩中心产出, 以绿泥石、绿帘石、方解石等蚀变矿物组合发育为特征, 硫化物以黄铁矿、方铅矿及闪锌矿为主。 绢英岩化常叠加在钾硅酸盐蚀变与青磐岩化蚀变之间, 以绢云母-石英等蚀变矿物组合发育为特征, 硫化物以黄铁矿、方铅矿及闪锌矿为主。 泥化常呈补丁状产出, 受裂隙控制, 依据成因可分为泥化和高级泥化两种类型, 前者以粘土类矿物 (如高岭石、伊利石) 蚀变为特征, 黄铁矿是该蚀变阶段的主要硫化物类型; 后者以水铝石-红柱石-明矾石蚀变矿物组合发育为特征。
图1.3 弧环境下斑岩铜矿床成矿模型(据Lowell et al., 1970)
钾硅酸盐化通常为最早的蚀变类型, 其形成与出溶的高温 (>450℃; Gustafson etal., 1975) 岩浆热液有关。青磐岩化同时或略晚于钾硅酸盐化蚀变, 其形成通常也与岩浆热液有关, 只是同钾硅酸盐蚀变相比, 水/岩比要小得多, 不过, 有时青磐岩化的形成也可因加热的雨水所致 (Proffett, 2003)。 绢英岩化通常认为是由低温、高盐度岩浆热液与雨水混合后的流体蚀变导致 (Reynolds et al., 1985), 其成因一直争论不休, 最近人们发现, 绢英岩化也可直接由高温、高盐度的岩浆热液引起 (Harris et al., 2002)。 引起泥化蚀变的流体与引起绢英岩化蚀变的流体类似, 只是该流体温度更低, 混入的雨水更多。不过, 特别需要注意的是, 引起高级泥化的流体要复杂得多, 既可以是由晚期因SO2水解反应加剧而形成的酸性混合流体, 也可以由超临界流体相分离后形成的低盐度富气相形成(Hedenquist et al., 1998)。
蚀变变形岩石地球化学
答：从未蚀变的千枚岩到超糜棱岩,SiO2和Na2O含量的增加反映了韧性剪切变形过程中的硅化作用和钠长石化作用;Al2O3,TFe,MgO,K2O含量的降低则与斜长石、钾长石、黑云母以及玄武岩的破碎、分解有关;超糜棱岩中高CaO则可能与超糜棱岩带铁白云石化有关。各类岩石常量元素的变化主要取决于水-岩反应(蚀变)的种类,SiO2和Na2O在...
控矿因素与找矿标志
答：遥感影像原生矿体及矿化岩石次生蚀变信息的提取(如赤铁矿或褐铁矿的分布研究),可以指示原生金矿化产出的有利部位。 13)成矿流体的输运、反应和矿质沉淀聚集与构造应力场及其形变场关系密切。整体来讲,流体的输运通道(断裂破碎带)与应力低值区相对应,矿质的交代反应多发生在该区,而矿质充填作用则多发生在弱应变域...
蚀变与成矿
答：（六）蚀变与热液成分的变化 在岩石蚀变过程中，组分发生变化，有的增加，有的减少。蚀变岩中增加的组分来自热液，减少的组分转入热液。换句话说，岩石中增加的组分就是热液中减少的组分，岩石中减少的组分就是热液中增加的组分。所以，矿体周围的蚀变分带也是热液成分的演化分带。热液成分是水－岩反...
矿化和蚀变具有垂向(温度)分带
答：在垂向分带中，下部带形成温度高，向上，蚀变带形成温度逐渐降低。蚀变主要为面型。矿化是蚀变的组成部分或延续，集中于中部和上部，下部蚀变以碱交代为主，是最高温度的蚀变，不伴生矿化。因此，蚀变温度高于矿化温度，水－岩反应温度高于裂隙充填温度或粒间溶液温度高于裂隙溶液温度，或岩石温度高于...
矿化蚀变带特征
答：Ⅰ号矿化蚀变带的蚀变类型包括硅化、绢云母化、黄铁矿化，地表常见高岭土化、褐铁矿化，其中绢云母化是最普遍的蚀变类型，表现为火山碎屑岩中的碎屑及泥质物被绢云母所取代。黄铁矿化是与成矿作用密切相关的蚀变类型，多与硅化、绢云母化伴生。黄铁矿绝大多数呈星点状分布，有少量呈细脉浸染状分布...
围岩蚀变特征(李增慧)
答：一、围岩蚀变类型及特征 各类型金矿的围岩经受过多种改造作用,根据矿物的蚀变、脉体的切割关系和与矿化的先后次序,蚀变可以分为早、中、晚三期,每期还可以进一步划分为若干阶段。 1.早期蚀变 该期蚀变分布广,不具构造应力作用特征,主要是火山作用后期火山热液对火山岩自身的交代,主要表现为玄武岩、安山岩的青磐岩...
与花岗岩浆作用有关矿床成矿模式
答：随着流体进一步的往外迁移和演化,形成岩浆水和大气水混合水为主的中低温含矿热液,在岩体顶部张性裂隙和围岩断裂带中经水-岩反应,形成硅化、绢云母化、绿泥石化、碳酸盐化等蚀变岩及金银矿化(花西山金银矿点)、脉状铅锌矿化(一矿区二矿带北西向铅锌矿脉)和萤石矿化(五井河南萤石矿点),最终构成由角岩-矽卡岩...
围岩蚀变
答：现将金青顶矿区蚀变岩的分布、蚀变岩的特征、蚀变岩的组分变化、蚀变矿物的系统发生及蚀变与矿化作用的关系简述如下。 一、蚀变岩的带状分布 前述诸蚀变岩中,硅化岩、绿泥石化花岗岩、方解石化绢英岩化花岗岩以及绿泥绢英岩主要由硅化、绿泥石化、方解石化叠加于红化花岗岩、绢英岩之上构成,其产出局限,不具带状...
异常和异常系列
答：1）矿源场异常 矿源场地因受流体的萃取作用，矿质淋失，常伴有水-岩反应的产物如蚀变岩、淋滤带等异常现象，如一些内生铁矿体附近的钠长石化蚀变带。2）流体运移场异常 在成矿流体流动的路径中，因广泛的水-岩反应而使流域中的岩石发生物理性质和化学成分的变异，如矿化岩、蚀变岩、脉体充填和蚀...
围岩蚀变作用研究
答：无论是在塔木矿区,还是卡兰古矿区,都可以见到白云石化围岩蚀变与矿化关系较密切。凡矿化地段,一般都有白云石化现象存在。很纯的白云岩或很纯的灰岩中没有矿化或矿化微弱。这可以用许靖华(1969)和Siegenthaler(1973)所描述的蒸发泵机制来解释:一方面,塔木矿区含矿建造中的石膏假晶和重晶石的析出,提供了强烈海相蒸发...
