熱液中引起元素遷移的因素較多,如流動、溫度、壓力、濃度、電位等。元素的遷移可分為流動和非流動兩類。若元素的遷移受熱液的流動制約,則為流動遷移。若元素的遷移與熱液的流動無關,則為非流動遷移。除流動遷移外,其它因素導致的遷移均屬非流動遷移。
(壹)流動遷移
由熱液流動產生的元素遷移具有下列特征:遷移方向單壹(與熱液流動方向壹致);遷移速度相近,在遷移區段內,只發生單純的元素遷移,不引起熱液成分的變化,並被認為是遠源熱液遷移至礦化部位的主要遷移方式。
(二)溫度遷移
溫度遷移為非流動熱液中因存在溫度差異而產生的元素遷移。自然界中很多熱液體系規模巨大,不同部位的熱液具有不同的溫度(最大溫度差可達400~500℃),相應地常常具有元素的不同濃度,這必然會引起元素的遷移。季克儉等所做的NaCI溶液中不同溫度區元素含量的對比實驗證實了這壹點。
實驗裝置為由連通器連通的兩個試管,註入去離子水溶液,含NaCl 20%,或含Cu2+約9mg/mL,液面高於連通器,然後用沸水加熱其中的壹個試管,溫度為93℃,加熱時間為200h,另壹個試管溫度隨室溫變化,平均溫度為16℃。在冷、熱試管中各取6個樣,分別測定其中的Na+、Cu2+含量(表13-14)。由表可見,試管冷端和熱端的溶液濃度是有明顯差異的,熱端溶液的Na+含量平均為6.983%,冷端平均為7.045%,冷端的Na+含量比熱端高0.062%。溶液中Cu2+的含量差異與 Na+相似,熱端Cu2+濃度平均為8.6555(mg/g),冷端平均為8.6638(mg/g),冷端比熱端高0.0083(mg/g)。
表13-14 同壹溶液中不同溫度處Na+、Cu2+含量表
實驗結果表明,同壹容器內均勻的溶液,當不同部位存在溫度差異時,會發生變化,溶液的濃度由均壹變為不均壹,Na、Cu等離子濃度都是在低溫部位增高,在高溫部位降低,也就是從高溫部位向低溫部位遷移。溶液中由於溫度差異引起元素遷移,化學上稱之為索列(Soret)效應。
(三)壓力遷移
壓力遷移為非流動熱液中因存在壓力差異而產生的元素遷移。在 NaCI-H2O體系中,當溫度不變,壓力發生變化時,不僅體系的相態可能發生變化,而且,不同相中NaCl的含量也發生變化。如在400℃的等溫條件下,當壓力達臨界壓(285 bar)時,體系呈均壹的流體相,當壓力低於臨界壓時,體系分解為氣、液兩相。隨壓力的降低,氣相中的NaCl含量顯著降低,而液相中NaCl含量不斷增高(表13-15)。在這壹過程中,NaCl從氣相遷移至液相,從高壓液相轉移至低壓液相,直至液相達飽和而沈澱。壓力從臨界態的285 bar至NaCl飽和溶液壓182 bar,下降了103 bar,壓力降低了36%,而氣相中NaCl含量從2.6%下降至0.008%,降低了325倍。液相中NaCl含量從2.6%增至46.0%,增長了18倍。由此可知,壓差遷移可能是熱液體系中元素的重要遷移形式。
表13-15 NaCl-H2O體系氣液平衡區的壓力、溫度和成分
(四)濃度遷移
濃度遷移為非流動熱液中因存在濃度差異而產生的元素遷移。
交代熱液主要為粒間溶液,它是高溫條件下水-巖反應的產物,其成分受主巖控制,不同主巖的粒間溶液的成分不同,花崗巖的粒間溶液富含Si、Al,碳酸鹽巖的粒間溶液富含Ca、Mg,因此,這兩種巖石接觸帶上的粒間溶液可能存在顯著的濃度差,並導致濃度遷移,元素從高濃度區向低濃度區移動,Si、Al從花崗巖向碳酸鹽巖遷移,Ca、Mg從碳酸鹽巖向花崗巖遷移。這樣,在接觸帶上形成主要由上述元素組成的矽卡巖。因此,矽卡巖是濃度遷移和雙向或多向遷移的典型代表,也是主要元素來自附近圍巖的重要證據。
非流動遷移明顯有別於流動遷移。元素的遷移與熱液的流動無關,而與熱液的溫度、壓力、濃度和電位等密切相關。不同元素的遷移具雙向或多向性。帶狀蝕變巖是交代作用的產物,在交代過程中,每個蝕變巖帶既有元素的帶出,又有另壹些元素的帶入。非流動遷移普遍地見於熱液體系內,對成礦熱液的形成和交代成礦作用起重要作用。