熱—流輸運(yùn)耦合動力學(xué)在分析金礦床成因中的應(yīng)用

楊松林+劉娟+徐子琪

摘要：本文通過地質(zhì)建模及模擬結(jié)果分析，研究了成礦流體的運(yùn)移與聚集規(guī)律，并結(jié)合礦田成礦預(yù)測資料與現(xiàn)行勘查成果，預(yù)測礦體的分布規(guī)律。研究表明：模擬結(jié)果顯示成礦流體在破頭青斷裂帶及其下盤發(fā)生聚集，從而推斷斷裂帶是成礦作用發(fā)生及礦體賦存、就位的有利部位；石英脈型金礦當(dāng)中，熱液蝕變作用所導(dǎo)致的脫硫化與相分離可能是礦化的主要機(jī)制。

關(guān)鍵詞：成礦流體；構(gòu)造應(yīng)力場；絹英巖；破頭青構(gòu)造

1研究區(qū)地質(zhì)概況

產(chǎn)于膠東的金礦床主要受控于區(qū)域上NNE向主斷裂，產(chǎn)出于斷裂帶發(fā)生產(chǎn)狀波動的位置，而東風(fēng)礦區(qū)內(nèi)控礦構(gòu)造為破頭青斷裂，下盤次級斷裂構(gòu)造發(fā)育。因此，通過熱-流輸運(yùn)耦合動力模型研究構(gòu)造分級及巖性分帶對區(qū)域礦床成因、探礦顯得尤為重要。

2地質(zhì)模型

2.1建模設(shè)置。據(jù)前人研究，破頭青金礦帶成礦流體可能為大氣降水和深部流體混合來源，因此，熱-流輸運(yùn)耦合動力學(xué)數(shù)值模擬中為設(shè)定了兩種流場邊界條件：①右邊界為流體流入邊界，左邊界為流體流出邊界；橢圓區(qū)域?yàn)榱黧w減速和匯聚區(qū)；②上、右邊界為流體流入邊界，左、下邊界為流體流出邊界，橢圓區(qū)域?yàn)榱黧w減速和匯聚區(qū)。

2.2成礦流場模擬結(jié)果。流體從玲瓏花崗巖地帶流動進(jìn)入絹英巖區(qū)，遇到剪切帶（界面）即折返向巖體方向流動，遇到巖體接觸帶（界面）再度折返。這一特殊的流動方式導(dǎo)致溶解于流體中的金及金屬硫化物隨著流體流動，在界面處發(fā)生反應(yīng)而沉淀，形成溶解-反應(yīng)前鋒。隨著流體循環(huán)流動，反應(yīng)前鋒不斷擴(kuò)展，沉淀的礦層逐漸加厚。如此循環(huán)往復(fù)、反復(fù)多次，流體逐漸將深部及圍巖中低濃度星點(diǎn)狀的金及金屬硫化物輸運(yùn)到界面而沉淀成礦。由流場邊界條件②的模擬結(jié)果可知：當(dāng)成礦流體來源于上部，成礦流體在主干斷裂帶及其下盤橢形區(qū)域發(fā)生聚集，該區(qū)可能有利于成礦作用的發(fā)生。

綜上可見，成礦流體在破頭青斷裂帶及其下盤發(fā)生聚集，其活動程度相對強(qiáng)烈，因而也是蝕變作用發(fā)生較為強(qiáng)烈的地方，從而推斷斷裂帶是成礦作用發(fā)生及礦體賦存、就位的有利部位。

3構(gòu)造-流體耦合成礦動力學(xué)

3.1構(gòu)造-流體耦合產(chǎn)物。玲南和羅山金礦區(qū)內(nèi)發(fā)育網(wǎng)脈狀礦化角礫巖。如鉀化花崗巖內(nèi)發(fā)育大量石英硫化物細(xì)脈指示右行剪切；絹英巖內(nèi)發(fā)育大量網(wǎng)脈狀的石英硫化物脈；硅化碎裂巖內(nèi)發(fā)育呈樹枝狀分叉的硫化物脈產(chǎn)出。上述現(xiàn)象中，在右行剪切的環(huán)境下，在斷裂的對盤形成了與斷層運(yùn)動方向呈銳角相交的一系列張性石英脈；在垂直于σ1的方向上形成一系列張性空間，同時形成一系列共軛剪切石英脈，整體呈網(wǎng)脈狀結(jié)構(gòu)；成礦流體在運(yùn)移過程中，因壓力的不斷積累和釋放形成的網(wǎng)脈狀構(gòu)造。上述現(xiàn)象指示金礦區(qū)內(nèi)的金礦體是構(gòu)造-流體耦合的產(chǎn)物，存在水壓致裂現(xiàn)象。

3.2巖石破裂機(jī)理。通過計算，我們得出CO₂包裹體在均一時的壓力在180-250Mpa之間?？梢娏黧w的存在對于巖石的破裂起到了至關(guān)重要的作用。（構(gòu)造差應(yīng)力遠(yuǎn)大于巖石的抗壓強(qiáng)度也表明礦區(qū)主要以剪切破裂為主。）而裂隙的生成模式主要有三種：分別為張裂、剪裂（滑動式）、剪裂（撕裂式）。裂隙生成的具體模式受控于構(gòu)造應(yīng)力場與巖石作用的相關(guān)部位。對于研究區(qū)來講，三種模式均存在，或是在一組破裂面的不同部位，以不同的成因機(jī)制形成。

3.3構(gòu)造-流體耦合成礦動力學(xué)模式。統(tǒng)計表明，距離主斷裂越近，巖石破碎程度越高（滲透率越大），蝕變程度越強(qiáng)，礦化樣式也從石英脈型過渡到蝕變巖型。在靠近主斷裂處，當(dāng)金以硫化物的絡(luò)合物的形式遷移至此時，與圍巖發(fā)生強(qiáng)烈的水巖反應(yīng)，流體中的HS-與圍巖中的Fe²⁺、Cu²⁺等發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致硫化物絡(luò)合物發(fā)生分解，即：Au元素的運(yùn)移載體分解，最終致使金的運(yùn)移能力下降，在蝕變過程中最終沉淀下來?？梢娏黧w的脫硫反應(yīng)是蝕變巖型礦體沉淀的主要機(jī)制。而控制石英脈型礦體形成的機(jī)理與蝕變巖型不同，張性空間的產(chǎn)生，使得熱液流體的壓力急劇降低，CO₂的溶解度降低，并且發(fā)生相分離，導(dǎo)致了金的沉淀，沉淀區(qū)域主要集中在石英脈與圍巖的接觸部位，或是靠近石英脈的圍巖當(dāng)中，表明在石英脈型金礦當(dāng)中，熱液蝕變作用所導(dǎo)致的脫硫化與相分離可能是礦化的主要機(jī)制。

產(chǎn)于膠東的金礦床主要受控于區(qū)域上NNE向主斷裂，產(chǎn)出于斷裂帶發(fā)生產(chǎn)狀波動的位置，主斷裂帶發(fā)生近等間距的產(chǎn)狀波動，直接導(dǎo)致了礦床的近等間距產(chǎn)出。而且在單個礦床中，靠近主斷裂面，與主斷裂面近平行，等間距的產(chǎn)出一系列NNE向次級斷裂帶，而這些斷裂帶則作為次級礦體的產(chǎn)出部位，導(dǎo)致礦體的近平行與等間距排布。由此提出了區(qū)域構(gòu)造-流體耦合成礦動力學(xué)模型，指出斷裂帶韌→脆轉(zhuǎn)換和區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場北西向北東的轉(zhuǎn)換控制了金成礦作用發(fā)生，相分離和硫化反應(yīng)是導(dǎo)致金沉淀的主要原因（圖1）。

4結(jié)論

（1）模擬結(jié)果顯示成礦流體在破頭青斷裂帶及其下盤發(fā)生聚集，從而推斷斷裂帶是成礦作用發(fā)生及礦體賦存、就位的有利部位。（2）石英脈型金礦當(dāng)中，熱液蝕變作用所導(dǎo)致的脫硫化與相分離可能是礦化的主要機(jī)制。（3）斷裂帶韌→脆轉(zhuǎn)換和區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場北西向北東的轉(zhuǎn)換控制了金成礦作用發(fā)生，相分離和硫化反應(yīng)是導(dǎo)致金沉淀的主要原因。