0 引言

矿床分带是指在一个有成因联系的地质体中，单一矿床或一组矿床中矿物或元素在空间上呈现的有序和有规律分布的形式；或指在矿床、矿体范围内，矿物成分、化学成分、矿石结构构造在空间上的变化规律[1]。矿物是元素的载体，因此矿物的共生和分带与元素的共生和分带是密不可分的。中国古代便注意到了矿物的共生和分带现象：《管子·地数篇》(成书于公元前180年前)中便有“上有赭者，其下有铁；上有铅者，其下有银；上有丹砂者，其下有金；上有慈石者，下有铜金。”的论述。以上论述是当时矿床金属分带与地表次生淋滤的简明概括，表述的是赤铁矿与铁、铅与银、辰砂与金、磁铁矿与铜和金等的共生现象，即铅与银、汞与金以及铁与铜、金等元素的共生和分带，由于同种元素价态不同，所以共生关系也可能有差异。成矿作用与时-空的结构是一切矿产资源的本质与核心[2]，而岩浆-热液型矿床中元素的空间分带现象便充分体现了成矿作用与空间结构的关系。虽然矿床地球化学家们早就观察到了岩浆-热液型矿床中元素分带的现象[3-4]并提出了一系列学说，如地热分带说、脉动分带说、沉淀分带说、过滤分带固定系数序列控制分带和双重因素分带说[5-7]等，但上述各学说多是强调一种或两种原因，很难解释众多热液矿床中的元素分带现象；也正因此，各学说之间并未存在相互统一或相互联系的观点。由于金属元素成矿的原因可能主要受到“成矿金属元素本身的性状和介质的具体物理、化学条件[8]”以及“元素的地球化学行为或性质，即金属元素在地质迁移介质中的活动性大小[1]”的影响，因此本文参考大量元素分带实例，总结元素分带的内因，将元素分带的内因主要概括为矿物溶解度、元素亲和性和不相容程度、类质同象程度与电负性、离子电位、晶格能和晶体场理论以及元素地球化学亲缘性等。从元素地球化学和晶体化学等角度分析了岩浆-热液型矿床中元素的空间分带现象。

1 岩浆-热液型矿床中的元素分带现象

1.1 成矿元素及其标型矿物

岩浆-热液型矿床是指成矿流体主要来自岩浆的热液型矿床，其最主要的特点是广泛存在热液蚀变交代现象，该现象在岩体外带和含矿岩体均有发育，主要包括岩体内的蚀变花岗岩型矿床、岩体外的矽卡岩型矿床和各种岩脉型矿床。由于矿物是元素的载体，所以岩浆-热液型矿床中元素的分带往往伴随着矿物的分带。因此，岩浆-热液型矿床中元素的分带往往通过其载体矿物进行研究。

在GeoIPAS软件平台支持下，以地球化学图为依据，结合区内各元素分布分配特征和地质构造条件，确定单元素异常下限并圈定单元素异常。异常下限计算采用对数计算公式：

2.关爱职工健康，改善生产生活环境。职工身心健康是企业发展的重要财富，必须要倍加关心和爱护。企业要用心抓好职工心理健康教育，善于从基层所需、职工群众所求中找到切入点，多做人性化的启发、引导和感化工作，通过定期举办心理学知识讲座、开设“心理咨询服务”热线，及时把握职工思想问题症结，区分心理问题尺度，因人而异，区别对待，发挥好心理调适和心理疏导服务的作用。要建立职工健康档案，定期为职工进行健康查体，为特种作业人员进行职业性健康检查。要切实关爱女工身心健康，让所有女工以旺盛精力投入企业的发展和建设。同时，要加强基层硬件建设，改善基层办公条件，为职工的工作、学习创造更大的便利。

岩浆-热液体系中分别倾向富集在高温、中温和低温矿物中并且富集成矿的元素可称为高温、中温和低温成矿元素。高、中和低温成矿元素既可以分别富集于岩浆作用、伟晶岩作用、气成-热液作用和热液作用4个阶段[5，7，9]，又可以倾向富集于热液作用的不同阶段。岩浆-热液型矿床中常见成矿元素及其对应的矿物见表1，常见元素的载体矿物及其形成温度见图1。

岩浆-热液型矿床元素分带的实例很多，如国内的柿竹园钨锡钼铋多金属矿床、香花岭铌钽铅锌多金属矿床和焦里矽卡岩银铅锌钨矿床[12-14]、银山铜银铅锌多金属矿床[12，15]和大厂铅锌多金属矿床[12]等；国外的主要包括英国的康瓦尔矿区(锡、钼、铋、砷、铜、铅、锌、银和锑等)[5]和澳大利亚的Mole花岗岩矿区(钨、锡、金、铋、砷、铜、铅和锌等)[16]等。

 

表1 岩浆-热液作用过程中主要成矿元素和(标型)矿物Table 1 Major ore-forming elements and standard-type minerals in magma-hydrothermal process

  

成矿元素种类矿物大类矿物Nb,Ta,W,Sn,Mo,Be,Li,REE,Fe,CuⅠ,As等氧化物、含氧盐和部分硫化物锡石、黑钨矿、辉钼矿、辉铋矿、铌钽铁矿、毒砂、磁黄铁矿、磁铁矿、晶质铀矿、自然金、绿柱石、黄玉、电气石、白云母、石英和萤石等;另外,一般磁黄铁矿、黄铁矿、黄铜矿的组合一般也是高温的。CuⅡ,Pb,ZnⅠ,As等以Cu、Pb、Zn为主的硫化物和含硫盐黄铜矿、闪锌矿、方铅矿、黄铁矿、自然金、萤石、重晶石等Sb,Hg,As,Au,Ag,ZnⅡ等As、Sb、Hg、Ag等的硫化物辉锑矿∗、雄黄∗、雌黄∗、辰砂∗、自然金、自然银、辉银矿、重晶石、菱铁矿、菱锰矿和菱镁矿等

注：①带*标记的为高温、中温、低温热液作用下的标型矿物[10]；②一些变价元素，例如Fe、Cu、U等可见于的不同的矿物中；另外，对于变价元素，其同种矿物或不同种矿物可形成于不同温度，例如，对于变价元素铁元素，黄铁矿在高、中、低温条件下均可形成；对于铀元素，晶质铀矿为高温矿物，而非晶质铀矿为低温阶段的矿物。

  

图1 常见元素的载体矿物的形成温度[11] Fig.1 Formation temperature of carrier mineral of ordinary elements

1.2 岩浆热液场中元素分带实例

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典型的岩浆-热液型矿床包括斑岩型矿床和矽卡岩型矿床，这两种矿床在成因上既有区别又有联系，尤其是当钙碱性系列岩浆侵入到碳酸盐岩地层时，这两种矿床的侵位深度都比较浅，并且受围岩和构造控制明显[17]。斑岩矿床通常与矽卡岩型、浅成低温热液型金、银、铜、铅和锌的矿床构成一个火山岩地区矿床成矿系列。通常情况下，两种矿床均具有明显的分带现象[5，7]，图2是岩浆侵入碳酸盐岩地层，以岩浆热液场[18]为中心形成的斑岩型/矽卡岩型-矽卡岩型-硅化型矿床。与斑岩型矿床有关的矿种包括高温和中温成矿元素，但以高温成矿元素为主；与矽卡岩型矿床有关的矿种包含高温、中温和低温成矿元素，但以中低温成矿元素为主；而与硅化有关的矿床主要以低温成矿元素为主；图2中的①和②区分别对应斑岩型和矽卡岩型矿床，而元素组合规律也与高[Cu-(Mo)-Au]、中[Pb-Zn-Ag-(Au)]和低[Au-As-Sb]温元素的理想分带一致，但仍然会存在由于构造因素造成的与理想分带不一致的情况。图2中不同类型矿床的元素分带现象是岩浆侵入碳酸盐岩地层所形成元素分带的典型现象，虽然元素分带受控因素较多，但是参考众多斑岩型和矽卡岩型矿床不难发现：岩浆侵入碳酸盐岩地层所造成的元素分带具有规律性，并且这种岩浆热液场的元素分带同“斑岩铜矿-浅成低温热液银铅锌矿-远接触带热液金矿”矿床模型[19]原理基本一致。

  

图2 以侵入体为中心的矿床类型和元素分带模式图[18]Fig.2 The model chart of element zonation and deposit type around the intrusive rock body center

2 岩浆-热液型矿床分带成因的探讨

2.1 矿物溶解度

元素在岩浆-热液体系中的络合物形式及其稳定性(即矿物溶解度)是影响矿质沉淀和矿床分带的首要因素[20]，因此研究热液环境中络合物的稳定性，对于揭示矿床分带的形成机理具有重要意义[21]。元素在岩浆-热液体系中多以络合物的形式存在和迁移的事实已成为共识[22-23]，如与F、Cl、B、S、P、碳酸根(或CO2)和羟基化合物等阴离子或化合物形成络合物的形式[22，24-26]。不同元素与不同的配体结合形成不同种类的络合物以及络合物配体浓度的降低[27]是元素分带的重要因素。现以F、Cl和S为配体进行元素分带的阐述[28]：①热液作用过程中，F主要为高温成矿元素(例如W、Sn、Mo和Bi等)的配体[16，21]；Cl则为部分高温成矿元素和部分亲铜元素的配体[16，21]，S则为多数亲铜元素的配体；②氯化物络合物会因pH值增大和氯离子浓度减小而变得不稳定，硫化物络合物会因pH值减小而造成矿质沉淀[27]，由于热液蚀变过程中的pH值先增大后降低的特征[7]以及诸如温度、压力和浓度等其他条件的变化才导致了氟化物、氯化物和硫化物的分带。另外，除Fe、Ni、Cu和Pt族元素之外的硫化物矿物在高温时易挥发或分解的特征也决定了其主要为中温和低温成矿元素的特征[29]。

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2.2 元素的不相容程度

由于分配系数与各元素氧化物的生成自由能呈反向一致[32]，而生成自由能又与元素亲和性密切相关，因此分配作用又受元素的亲和性规律控制。现就元素亲和性与元素分带原因做如下阐述，亲石(亲氧)元素与氧形成的金属化合物一般以离子键性质为主，而亲铜元素与硫形成的金属化合物一般为共价键[9，32]，同时参考元素电负性和化学键等晶体化学参数，不难得出如下结论：亲石元素所形成的以离子键为主的金属化合物的元素间的电负性差值较大，其主要为高温成矿元素；亲铜元素所形成的以共价键为主金属化合物的元素间的电负性差值小，其主要为中温和低温成矿元素。图3是参考戈尔德施密特元素地球化学分类方案对岩浆-热液体系中常见的(金属)元素进行的高、中和低温的分类，而图3也再次证明高温成矿元素一般为亲石元素，中温和低温成矿元素多为亲铜元素，而一些变价元素例如铁、铜和铀等均可能成为高、中和低温成矿元素的事实。

2.3 元素的亲和性

岩浆-热液上侵过程中元素从原来的固相或熔融相中转入高温水溶液体系中，在岩浆活动过程中存在热液分异的过程已得到证实[25，30]，岩浆水溶热液对元素运移过程随着温度降低而发生冷凝又从热液中转入固相中，而不相容元素在两次固-熔融相/固-液相的转化，在熔体/热液中发生相对富集，其原因主要与元素的分配系数有关[31]。对于分配系数，赵伦山等[32]则指出多数亲铜元素的分配系数应该在残留固相中富集，但在水流体的作用下，其活性较强，可以富集在流体相中；而亲石元素多富集在熔体相中。另外，以华南钨矿为例进行说明，虽然分离结晶是成矿物质在岩浆中聚集的主要控制因素，但是岩浆分离结晶作用还不足以形成吨位和品位达到矿石级次开采的程度，因此，“成岩不是成矿，岩石不是矿石”[1]，若要达到矿石级次程度，其他成矿作用如液态不混溶作用以及系统所处的环境等因素均是不可忽略的。

2.5.1 电负性和离子电位

  

图3 岩浆-热液过程高、中和低温成矿元素在周期表中的分布Fig.3 The distribution chart of high-，middle- and low-temperature ore-forming elements in the magmatic hydrothermal process on element periodic table注：①△邵跃[3]将Ga列入伟晶-气化-高温阶段元素，但涂光炽等[34]研究其在热液阶段的地球化学性质与矿物共生组合表明，具有矿床规模的Ga极有可能属于中低温元素；另外，Ga在热液作用中尤其是在低温、热液型铅锌矿床中较为富集。②▽研究表明，具有工业价值的Te形成于高温阶段[34]；另外，由于热液作用中Te的活动还受Ag、Hg等的影响[40]，所以推测Te亦可能为低温元素。③本图未对部分气体元素和非金属元素做出分类。④本图参考邵跃[3]、刘英俊等[40]、涂光炽等[34，41]和Railsback[37]等制成。

2.4 元素的类质同象能力

元素周期表中的元素电负性规律如下：同周期元素随原子序数增大，元素电负性增大；同主族元素随原子序数增大，元素电负性增大。上述规律在主族元素(IA-VIIA)中遵循的较好，但在过渡族元素(副族和铁族)元素中，虽有上述规律的趋势，但较主族元素的差。电负性较大的元素相互化合时极性较大，倾向于形成离子键；电负性差值较小或相近的元素，可分别形成共价键和金属键(若吸引电子能力相似则共价键愈强，若排斥电子的能力相似则金属键愈强)。根据电负性向两个方向增强/减小的规律可知，右上方离子与左下方离子结合由于其电负性差值大，化学键的极性大，可一直过渡到离子键；而其它阴、阳离子结合时，由于电负性差值较小或相近，则倾向于形成共价键或金属键。元素的离子电位(π)即阳离子的离子电荷与其半径之比，图4显示的是不同离子半径、化合价和离子电位的成矿元素所显示的带状分布，带状分布中的三个区域离子电位基本遵循从小到大的规律，Ⅰ区的π<3.0，Ⅱ区的π=3.0～8.0，Ⅲ区的π>8.0。综上所述，电负性差值较大的阳/阴离子或阳离子/络阴离子结合，键能高，离子电位较小的金属元素，倾向于形成高温矿物即富集高温成矿元素；反之，倾向于形成中、低温矿物即富集中、低温成矿元素。

2.5 电负性、离子电位、晶格能和生成热

50 颅内未破裂动脉瘤血管内介入治疗程序相关性缺血性并发症的危险因素及临床特点分析 李 力，吕 楠，赵 瑞，黄清海，洪 波，刘建民，许 奕

多数成矿元素为微量元素，而微量元素存在的重要形式是以类质同象形式置换晶格中的主量元素[33]，成矿元素在地质作用中均属微量组分，其集中、分散、成矿和成晕等很多地球化学形式均受类质同象作用的制约[34]。因此，热液矿床中元素的分带又与元素的类质同象能力关系密切，类质同象置换法则主要包括戈尔德施密特提出的“掩蔽法则”和“捕获-容许法则”以及林伍德电负性法则等。同时，影响类质同象的晶体化学指标主要包括离子或原子半径、配位数、化学键类型、离子电价和电负性等；物理化学条件主要包括温度、压力、组分浓度和氧化电位等[32]。因此，分析元素的类质同象与元素分带可能涉及上述指标。元素类质同象共存的时间早晚以及微量元素在成矿作用中集中分散的趋势与类质同象键性的方向密切相关；另外，类质同象的发生必须要符合形成排列更紧密和有序的规律，从而增强矿物晶格能、减少自由能[9]。因此，若要置换早期高温且动能大的物质，则须加强双方化学键能，类质同象代替只能严格按照半径小代大、电价高代低、电负性小代大的方向进行。例如，在岩浆结晶早期阶段，辉石、角闪石、黑云母中的Mg2+、Fe2+和Fe3+可以被V3+、Cr3+和Sc3+等置换，磁铁矿中的Fe3+可以被Cr3+和V3+置换。因此，V3+、Cr3+和Sc3+等倾向于早期以类质同象形式进入矿物晶格的离子会随岩浆演化而含量逐渐减少，即该些元素倾向于早期富集，倾向于侵入体内带富集；反之，岩浆早期结晶时Zn2+不能置换Fe2+，所以Zn2+倾向于在晚期结晶，偏向于过渡带甚至中带、外带富集。

2.5.2 晶格能

2.5.3 生成热

  

图4 不同离子半径、化合价和离子电位的成矿元素所显示的带状分布(注：主要据张德会[1]，郭文魁[8]，Whittakeretal[36]，Railsback[37]，Tatsumi等[38]和赵振华[39]等修改而成)Fig.4 The zoning distribution chart of ore-forming elements of different ion diameter，valence and ion potential

元素间结合或矿物形成总是倾向于结构最稳定、能量最低，所以矿物晶出的顺序应按照晶格能降低的顺序进行。通过对比离子能量系数[9]，不难得出：高温成矿元素的晶格能均高于中温和低温成矿元素的晶格能(变价元素则需具体分析)。由此可见，晶格能降低的顺序主要为高温成矿元素→中温成矿元素→低温成矿元素的晶出顺序。

在岩浆冷凝过程中，由于温度、压力和自由能逐渐降低，早期或先晶出的矿物在阳离子和络阴离子网格瞬间结合时所释放的能量要比其后晶出矿物的能量为高，因此早期晶出矿物的自由能强、生成热要低。氧化物生成热大于FeO的则倾向于亲氧，且吉布斯自由能负值越大，亲氧性越强；负值越小，亲铜性越强。岩浆-热液体系中氧化物和硫化物生成自由能负值大于FeO的吉布斯自由能的元素多为岩浆阶段或气成热液阶段的高温成矿元素或岩浆场元素[35]、FeO至FeS的元素多为高温至中温成矿元素，FeS之后的元素中低温成矿元素和变价元素占优势。从生成热角度分析的高、中和低温成矿元素又同元素亲和性规律基本一致。

2.6 宏观因素

岩浆-热液体系所处的外界(封闭-开放)环境在相当程度上决定了分带程度和分带形式，例如与稀有金属花岗岩有关的岩浆-热液系统在岩体内带半开放环境下形成分带宽且明显的蚀变花岗岩型矿床；在岩体外带封闭环境下形成水平分带窄但垂向分带明显的岩脉型矿床；在岩体外带开放环境下形成矽卡岩型矿床或其它蚀变岩型矿床；而在外带半开放环境下则形成具有一定水平分带和垂向分带的热液脉状矿。

因此，岩浆-热液型矿床的形成与分带现象，除受到元素本身化学和地球化学性质制约外，还受到外界的地质构造、围岩、温度和压力等多种因素的影响。

3 结论与讨论

岩浆-热液体系是岩浆-热液型矿床形成和分带现象的前提，但并非是“充分必要条件”。岩浆-热液型矿床的最主要特点是广泛存在的热液蚀变现象，这种热液蚀变现象在岩体外带的矿床围岩中和含矿岩体中均有发育。含矿岩体中形成蚀变花岗岩型矿床，含矿岩体的蚀变和矿化分带主要与花岗岩的自交代作用有关；岩体外带的元素分带现象主要受到如下因素制约：

①物溶解度即元素的络合物形式及其稳定性是影响岩浆-热液型矿床分带的首要因素。与元素络合的配体主要包括氟、氯、硫、羟基和碳酸根等，其中氟对于钨和锡等高温成矿元素十分重要；硫对于中低成矿元素的分带较为重要。②多数亲铜元素的分配系数应该在残留固相中富集，但在水流体的作用下，其活性较强，可以富集在流体相中；而亲石元素多富集在熔体相中。虽然分离结晶是成矿物质在岩浆中聚集的主要控制因素，但是岩浆分离结晶作用还不足以形成吨位和品位达到矿石级次开采的程度，因此，“成岩不是成矿，岩石不是矿石”。③类质同象必须严格按照半径小代大、电价高代低、电负性小代大的方向进行，倾向于早期类质同象进入矿物晶格的元素倾向于早期富集，集中在中心内带和过渡带；反之，偏向于中带和外带富集。④倾向集中于内带、中带和外带的金属成矿元素的离子电位(π)一般为<3.0，3.0～8.0和>8.0；电负性差值较大的阳/阴离子或阳离子/络阴离子结合，键能高，离子电位较小的金属元素，倾向于形成高温矿物即富集高温成矿元素；反之，倾向于形成中、低温矿物即富集中、低温成矿元素。

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