热—流输运耦合动力学在分析金矿床成因中的应用

杨松林+刘娟+徐子琪

摘要：本文通过地质建模及模拟结果分析，研究了成矿流体的运移与聚集规律，并结合矿田成矿预测资料与现行勘查成果，预测矿体的分布规律。研究表明：模拟结果显示成矿流体在破头青断裂带及其下盘发生聚集，从而推断断裂带是成矿作用发生及矿体赋存、就位的有利部位；石英脉型金矿当中，热液蚀变作用所导致的脱硫化与相分离可能是矿化的主要机制。

关键词：成矿流体；构造应力场；绢英岩；破头青构造

1研究区地质概况

产于胶东的金矿床主要受控于区域上NNE向主断裂，产出于断裂带发生产状波动的位置，而东风矿区内控矿构造为破头青断裂，下盘次级断裂构造发育。因此，通过热-流输运耦合动力模型研究构造分级及岩性分带对区域矿床成因、探矿显得尤为重要。

2地质模型

2.1建模设置。据前人研究，破头青金矿带成矿流体可能为大气降水和深部流体混合来源，因此，热-流输运耦合动力学数值模拟中为设定了两种流场边界条件：①右边界为流体流入边界，左边界为流体流出边界；椭圆区域为流体减速和汇聚区；②上、右边界为流体流入边界，左、下边界为流体流出边界，椭圆区域为流体减速和汇聚区。

2.2成矿流场模拟结果。流体从玲珑花岗岩地带流动进入绢英岩区，遇到剪切带（界面）即折返向岩体方向流动，遇到岩体接触带（界面）再度折返。这一特殊的流动方式导致溶解于流体中的金及金属硫化物随着流体流动，在界面处发生反应而沉淀，形成溶解-反应前锋。随着流体循环流动，反应前锋不断扩展，沉淀的矿层逐渐加厚。如此循环往复、反复多次，流体逐渐将深部及围岩中低浓度星点状的金及金属硫化物输运到界面而沉淀成矿。由流场边界条件②的模拟结果可知：当成矿流体来源于上部，成矿流体在主干断裂带及其下盘椭形区域发生聚集，该区可能有利于成矿作用的发生。

综上可见，成矿流体在破头青断裂带及其下盘发生聚集，其活动程度相对强烈，因而也是蚀变作用发生较为强烈的地方，从而推断断裂带是成矿作用发生及矿体赋存、就位的有利部位。

3构造-流体耦合成矿动力学

3.1构造-流体耦合产物。玲南和罗山金矿区内发育网脉状矿化角砾岩。如钾化花岗岩内发育大量石英硫化物细脉指示右行剪切；绢英岩内发育大量网脉状的石英硫化物脉；硅化碎裂岩内发育呈树枝状分叉的硫化物脉产出。上述现象中，在右行剪切的环境下，在断裂的对盘形成了与断层运动方向呈锐角相交的一系列张性石英脉；在垂直于σ1的方向上形成一系列张性空间，同时形成一系列共轭剪切石英脉，整体呈网脉状结构；成矿流体在运移过程中，因压力的不断积累和释放形成的网脉状构造。上述现象指示金矿区内的金矿体是构造-流体耦合的产物，存在水压致裂现象。

3.2岩石破裂机理。通过计算，我们得出CO₂包裹体在均一时的压力在180-250Mpa之间。可见流体的存在对于岩石的破裂起到了至关重要的作用。（构造差应力远大于岩石的抗压强度也表明矿区主要以剪切破裂为主。）而裂隙的生成模式主要有三种：分别为张裂、剪裂（滑动式）、剪裂（撕裂式）。裂隙生成的具体模式受控于构造应力场与岩石作用的相关部位。对于研究区来讲，三种模式均存在，或是在一组破裂面的不同部位，以不同的成因机制形成。

3.3构造-流体耦合成矿动力学模式。统计表明，距离主断裂越近，岩石破碎程度越高（渗透率越大），蚀变程度越强，矿化样式也从石英脉型过渡到蚀变岩型。在靠近主断裂处，当金以硫化物的络合物的形式迁移至此时，与围岩发生强烈的水岩反应，流体中的HS-与围岩中的Fe²⁺、Cu²⁺等发生反应，导致硫化物络合物发生分解，即：Au元素的运移载体分解，最终致使金的运移能力下降，在蚀变过程中最终沉淀下来。可见流体的脱硫反应是蚀变岩型矿体沉淀的主要机制。而控制石英脉型矿体形成的机理与蚀变岩型不同，张性空间的产生，使得热液流体的压力急剧降低，CO₂的溶解度降低，并且发生相分离，导致了金的沉淀，沉淀区域主要集中在石英脉与围岩的接触部位，或是靠近石英脉的围岩当中，表明在石英脉型金矿当中，热液蚀变作用所导致的脱硫化与相分离可能是矿化的主要机制。

产于胶东的金矿床主要受控于区域上NNE向主断裂，产出于断裂带发生产状波动的位置，主断裂带发生近等间距的产状波动，直接导致了矿床的近等间距产出。而且在单个矿床中，靠近主断裂面，与主断裂面近平行，等间距的产出一系列NNE向次级断裂带，而这些断裂带则作为次级矿体的产出部位，导致矿体的近平行与等间距排布。由此提出了区域构造-流体耦合成矿动力学模型，指出断裂带韧→脆转换和区域构造应力场北西向北东的转换控制了金成矿作用发生，相分离和硫化反应是导致金沉淀的主要原因（图1）。

4结论

（1）模拟结果显示成矿流体在破头青断裂带及其下盘发生聚集，从而推断断裂带是成矿作用发生及矿体赋存、就位的有利部位。（2）石英脉型金矿当中，热液蚀变作用所导致的脱硫化与相分离可能是矿化的主要机制。（3）断裂带韧→脆转换和区域构造应力场北西向北东的转换控制了金成矿作用发生，相分离和硫化反应是导致金沉淀的主要原因。