构造-流体-成矿体系的反应-输运-力学耦合模型和动力学模拟

建立了一个综合的构造流体成矿体系的反应输运力学耦合动力学模型。利用有限元方法求解岩石变形、断裂作用和断裂网络统计动力学、流体流动、有机和无机地球化学反应及成岩成矿作用、压力溶液和其它压实力学、热迁移的方程组 ,可以对构造流体成矿体系的动力学演化过程进行 1～ 3维数值模拟。模拟的主要内容是在各种过程耦合作用下描述构造流体成矿体系的主要变量的时空演化 :( 1)与成矿流体的形成和性质有关的变量 ,如地层中矿物 (包括成矿物质 )的溶解速率、流体中各组分的浓度与饱和度、流体温度、压力、离子强度等 ;( 2 )与构造变形和流体运移有关的各变量 ,如应力与变形速率、岩石孔隙度、构造 (断裂 )渗透率等 ;( 3 )与沉淀成矿有关的变量 ,如矿物 (金属矿物和脉石矿物 )的成核速率、各矿物的沉淀量等 ;( 4 )上述各有关变量间的时空耦合关系 ,如断裂渗透率时空演化与流体流动、汇聚和成矿的耦合关系等。以湖南沃溪金锑钨矿床为例 ,应用该模型和方法对成矿动力学过程和动力学机制进行了初步的模拟与分析。     

构造成矿非线性动力学:2.湘西金矿研究实例

应用递增应力流变学方法对湘西沃溪金矿成矿过程中构造变形、应力、流体流动、地球化学反应及成岩成矿作用等多过程间的耦合作用和非线性特征进行了模拟和分析。构造压溶作用对矿源层中成矿物质的溶解与迁移起了重要作用。断裂作用可以产生比原岩渗透率高近4个数量级的断裂渗透率,从而促进流体的流动、组分扩散和在断裂中的汇聚成矿。不同岩性对断裂作用和断裂渗透率的演化有重要影响,并且构造、流体、岩石之间存在强烈的非线性耦合作用,马底驿组中段是最有利的构造成矿层位。     

成矿多过程耦合模型数值模拟研究态势

成矿作用是构造变形-热量传递-流体流动-质量转移等四种性质完全不同过程的耦合。数值模拟是通过建立多过程耦合模型来刻画其物理和化学规律。由于这些耦合模型过于复杂而难以得到其解析解，因而数值模拟被用来讨论这些复杂动力学过程。针对成矿预测领域主要的耦合模型：形变-流动模型、形变-热-流动模型、热-流动，质模型、变形-热-流动-质模型，通过这些耦合模型应用实例分析得出，印证了高差和温度变化是流体对流、矿物沉淀发生的重要机制；详释了构造控制流体输运的方式及过程，高渗透率断裂是流体汇聚的有利场所，从而渗透率等控制成矿的关键参数成为成矿预测的主要指标。     

成矿多过程耦合模型数值模拟研究态势

成矿作用是构造变形-热量传递-流体流动-质量转移等四种性质完全不同过程的耦合.数值模拟是通过建立多过程耦合模型来刻画其物理和化学规律.由于这些耦合模型过于复杂而难以得到其解析解,因而数值模拟被用来讨论这些复杂动力学过程.针对成矿预测领域主要的耦合模型:形变-流动模型、形变-热-流动模型、热-流动-质模型、变形-热-流动-质模型,通过这些耦合模型应用实例分析得出,印证了高差和温度变化是流体对流、矿物沉淀发生的重要机制;详释了构造控制流体输运的方式及过程,高渗透率断裂是流体汇聚的有利场所,从而渗透率等控制成矿的关键参数成为成矿预测的主要指标.     

韧性剪切作用动力学及控矿作用研究进展

韧性剪切作用动力学主要是变形宏观,微观及超微构造进行分析,研究变形机制和环境（温度,压力,深度等）差异流动应力大小,应变速率,古应力方位,剪切构造动力学演化及其对金矿的控制作用等。韧性剪切成矿与控矿作用动力这主要表现对在成矿流体的形成与运移,金的活化与搬运,金的沉淀富集等产生重要影响。     

构造-流体-成矿体系的耦合动力学:以湘西金矿为例

热液矿床特别是脉状金矿床受构造的控制明显。主要产于断层、剪切带中或其附近。构造变形在增高岩石渗透率、驱动流体流动汇聚和控制金的成矿过程中起了重要作用。同时,流体可以促进岩石构造变形,流体流动与矿物沉淀可堵塞流动通道而影响成矿的寿命。因此,近年来人们开始将构造变形、流体流动和成矿作用作为一个统一的体系,研究它们之间的相互作用和耦合关系。     

构造演化与成矿系统动力学——以胶东金矿集中区为例

成矿系统的形成、演化与区域构造演化和地球动力学行为有关,成矿系统动力学是确定成矿系统演化和最终结果的关键,其研究是对传统成矿理论的突破,具有重要的理论与实践意义。胶东地区长期处于大陆边缘,构造成岩成矿作用过程表现出复杂性和多样性：（１）太古宙—元古宙绿岩地体产生、形成———金的矿源系统雏形;（２）古生代构造环境稳定———金成矿作用间歇;（３）中生代绿岩带强烈活化改造———构造成岩成矿;（４）新生代构造继承性活动———后期构造破矿作用。胶东金矿集中区是典型的剪切带构造成矿系统,是区域尺度地质作用的产物,其形成、演化受大陆岩石圈和深断裂成熟度控制,与太平洋区板块俯冲碰撞及郯庐断裂带的形成、演化紧密相关,其发生和作用过程及演化受地壳演化和地球动力体制转换制约,与区域构造的形成、演化相互关联。“断裂阀地震泵吸周期性破裂愈合”的构造动力体制转换是成矿物质活化、运移、聚集、成矿的基本动力学保障,构造应力场转换是其重要表现形式,金的成矿作用发生于剪压变形构造岩相向剪张变形构造岩相转换的时空界面     

义兴寨金矿成矿作用地质地球化学动力学研究

通过对山西义兴寨金矿床成矿构造动力学条件的分析和研究，得出了以下认识：矿床的成矿作用可被划分为脆性破裂和脆 韧性张开两个阶段。其中断裂的脆性构造动力学条件在成矿作用早期控制成矿体系内的成矿反应快速进行，沉淀出体系物质；断裂的脆 韧性构造动力学条件在成矿作用的中晚期控制成矿反应缓慢进行，分异沉淀出体系物质。在这两种构造动力学环境中形成元素金的两种赋存状态即包体金（晶隙金）和裂隙金     

剪切带构造-流体-成矿系统动力学模拟

剪切带构造成矿系统动力学模拟可以定量,并能展示成矿系统时空结构与发展,从而揭示其本质。可从质量平衡、输运反应耦合、转换界面成矿和动力分形弥散等四个方面对剪切带构造成矿系统动力学进行理论分析与数值模拟。质量平衡分析指出：（１）剪切蚀变作用过程中,各种物质组分发生了不同程度的迁移;（２）体积应变为增加型,金矿床定位于剪切带的扩容带中;（３）存在较大的流体与岩石比值,金矿体定位于流体流量最大部位。耦合成矿动力学模拟表明：（１）金属硫化物成矿作用发生于剪压构造变形岩相向剪张构造变形岩相转换的时空界面;（２）其决定因素是成矿元素的地球化学特性及成矿流体的特征和性状;（３）岩浆侵入后,形成以岩体为中心的温度梯度带,是热液成矿作用的主要动力之一;（４）成矿流体的流速可以促进混合热液的生长,剪切破碎带是强烈输运反应耦合成矿的有利场所。动力弥散作用过程理论分析与计算机模拟指出：（１）点源淀积弥散机制,Ｃ＝Ａρｖ２ｄｘｄｙｄｔｅ－ｋｒ／［２π（ｈ２－ｖ２ｔ）ｄｌ］;（２）分形弥散度,αｍ＝ｘｓ２Ｄ－１σ２（εｃ１－Ｄ）／２;（３）剪切带构造成矿系统是自相似的变形变质系统,在动力系统作用下,矿源系统与输运系统耦合,弥散作用发生;?     

构造-流体-成矿作用的分形与混沌动力学

系统分析总结了构造活动与裂隙-脉体系统的分形生长,构造活动、流体作用及矿物沉淀之间的非线性反馈作用以及具分形结构与混沌特征的矿物沉淀和矿床的形成过程。以湘西金矿、水口山铅锌金多金属矿田等典型矿床为例,研究发现,水口山铅锌金多金属矿田地层及岩体内的元素含量分布均呈单分形关系,而断裂带内动性较强的Cu、Pb、Zn等成矿元素的元素具有双分形关系,产生了新的元素分布规律,指示断裂活动促进了成矿元素富集,湘西金矿石英脉是通过分形生长向着脉体长度-厚度分维值a值先减小(对应着脉体的膨胀)然后增大(对应着脉体的伸长)的趋势发展演化的,且该矿床各中段金品位空间变化序列均为非线性演化序列,其成矿流体的演化及成矿元素的沉淀富集成矿过程为混沌动力学过程。这些结果表明,构造-流体-成矿作用具有分形结构特征,并具体表现为断裂体系的分形分布,矿床的分形分布,裂隙-脉体系的分形分布和品位分布的分形变化等。成矿元素活化、迁移及沉淀的复杂动力学过程中,构造活动控制了裂隙-脉体系统的分形生长与矿床的就位,且存在于构造活动、流体作用及矿物沉淀之间的非线性反馈作用最终导致了具分形结构与混沌特征的矿物沉淀和矿床的形成。     

赵家堡子金矿矿床成因及其找矿标志

赵家堡子金矿位于猫岭-卧龙泉金矿化集中区,是典型的中低温热液矿床。通过区域变质作用,使岩层中的Au、Ag等成矿元素活化,随着变质热液运移到有利的构造部位初步富集;通过应力作用,使岩石发生塑性变形,形成了北西向的韧性剪切带。同时,使Au、Ag等成矿元素再次活化转移、富集;通过后期构造岩浆的大面积侵入,形成了叠加在韧性剪切带之上的北西向韧-脆性断裂和北东向的脆性断裂,同时宏大的热源使地层中的Au再次活化、迁移、富集,同岩浆所带来的大量成矿物质一起在有利的构造部位富集成矿,是本区金矿的主要成矿阶段。     

COMPLEXITY AND CHAOTIC DYNAMICS OF ROCK FAULTING

Fault is a complex dynamic system controlled by the coupling of rock texture, reaction, fluid flow, stress, and rock deformation mechanism. A coupled reaction-transport- mechanical dynamic model for fault system is established and described in this paper. An example is presented for the Shuikoushan deposit, Hunan. The results of dynamic simulation indicate that the evolution and magnitude of fracture permeability of different rocks are different, and that faulting can enhance the spatial heterogeneity of rock permeability and facilitate fluid flow and mineralization in local fault zone. The pressure for a fault usually shows a variation mode of aperiodic oscillation with time, which reflects the chaotic behavior of the evolution of a fault.     

Gold-quartz and antimony mineralization in the Maltan deposit in Northeast Russia

The interrelations of gold-quartz and antimony mineralization in long-living tectonic zones of the Maltan deposit (Northeast Russia) have been examined. It has been demonstrated that the orogenic gold-quartz mineralization is confined to interlayered lengthwise thrusts, splay fault zones, and quartz veins and threads. The antimony mineralization, as the gold one, developed within the same structures during secondary reactivation in strike-slip tectonic stress fields. Index microstructure markers that were formed in antimony ores and the host rocks typical for multistage deformation processes have been described. The mineral associations and typomorphic features of the minerals of the gold and antimony ore-forming stages have been studied. The Maltan deposit was found to be similar to the typical large Au-Sb Sarylakh deposit of the Adycha-Taryn zone. The voluminous and extensive effect of the mineral-forming fluid of the antimony oregenerating stage on the early mineral matrix of low-sulphide gold-quartz paragenesis has been demonstrated.     

成矿流体动力学的原理、研究方法及应用

流体流动是热液成矿作用不可或缺的一部分,其研究是建立成矿模式的重要组成部分。成矿流体动力学主要研究流体流动的驱动力、压力状态、流速、流动方向以及它们与矿床定位的关系。文中总结了成矿流体动力学的基本原理和方法,并对其在成矿作用研究和矿产勘查上的重要性和局限性进行了讨论。流体流动的驱动力可以是流体的超压、地势差、构造变形以...     

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1674987111000387

Fluid flow is an integral part of hydrothermal mineralization,and its analysis and characterization constitute an important part of a mineralization model.The hydrodynamic study of mineralization deals with analyzing the driving forces,fluid pressure regimes,fluid flow rate and direction,and their relationships with localization of mineralization.This paper reviews the principles and methods of hydrodynamic studies of mineralization,and discusses their significance and limitations for ore deposit studies and mineral exploration. The driving forces of fluid flow may be related to fluid overpressure,topographic relief,tectonic deformation, and fluid density change due to heating or salinity variation,depending on specific geologic environments and mineralization processes.The study methods may be classified into three types,megascopic(field) observations, microscopic analyses,and numerical modeling.Megascopic features indicative of significantly overpressured (especially lithostatic or supralithostatic) fluid systems include horizontal veins,sand injection dikes,and hydraulic breccias.Microscopic studies,especially microthermometry of fluid inclusions and combined stress analysis and microthermometry of fluid inclusion planes(FIPs) can provide important information about fluid temperature,pressure,and fluid-structural relationships,thus constraining fluid flow models.Numerical modeling can be carried out to solve partial differential equations governing fluid flow, heat transfer,rock deformation and chemical reactions,in order to simulate the distribution of fluid pressure, temperature,fluid flow rate and direction,and mineral precipitation or dissolution in 2D or 3D space and through time.The results of hydrodynamic studies of mineralization can enhance our understanding of the formation processes of hydrothermal deposits,and can be used directly or indirectly in mineral exploration.     

哈达门沟金矿床构造应力场演化及控矿规律分析

以矿区构造节理统计分析为基础,结合矿区地质特征及区域构造演化,分析了哈达门沟金矿区构造控矿特征及应力场演化。认为山前"钾化带"与矿体就位直接相关,它沟通了复式褶皱核部的隐伏岩体与浅部节理,并成为流体运移的主要通道。与成矿控矿有关的构造应力场可分为四期:第一期变形在新太古代的乌拉山旋回,最大主应力σ1方位15°～195°,共轭节理为NNW和NE向;在成岩、变质作用同时进行下除形成了区内透入性的强塑性叠加小褶皱外还有整体上的大型复背斜。第二期构造应力场作用时间在晚古生代,σ1方位约在160°～340°,形成近SN和NE向共轭节理和西侧的大桦背岩体,这一期有局部的矿化现象;前两期应力场形成了轴向近EW向的叠加褶皱、断裂和两期共轭剪节理等成矿前主要构造。第三期应力场处于主成矿期,变形为燕山运动中、晚期构造,σ1在290°方位近水平扭压,形成EW和NW向共轭剪节理;张扭性应力场使近EW向的节理弯曲变形,并形成追踪张节理,这两类裂隙成为主要的矿液通道及容矿空间。第四期构造应力场应在晚燕山运动及以后,为成矿后构造变形,σ1近直立,整体抬升使矿脉遭受剥蚀而出露地表。     

A numerical model simulating reactive transport and evolution of fracture permeability

A numerical model is presented to describe the evolution of fracture aperture (and related permeability) mediated by the competing chemical processes of pressure solution and free‐face dissolution/precipitation; pressure (dis)solution and precipitation effect net‐reduction in aperture and free‐face dissolution effects net‐increase. These processes are incorporated to examine coupled thermo‐hydro‐mechano‐chemo responses during a flow‐through experiment, and applied to reckon the effect of forced fluid injection within rock fractures at geothermal and petroleum sites. The model accommodates advection‐dominant transport systems by employing the Lagrangian–Eulerian method. This enables changes in aperture and solute concentration within a fracture to be followed with time for arbitrary driving effective stresses, fluid and rock temperatures, and fluid flow rates. This allows a systematic evaluation of evolving linked mechanical and chemical processes. Changes in fracture aperture and solute concentration tracked within a well‐constrained flow‐through test completed on a natural fracture in novaculite (Earth Planet. Sci. Lett. 2006, in press) are compared with the distributed parameter model. These results show relatively good agreement, excepting an enigmatic abrupt reduction in fracture aperture in the early experimental period, suggesting that other mechanisms such as mechanical creep and clogging induced by unanticipated local precipitation need to be quantified and incorporated. The model is applied to examine the evolution in fracture permeability for different inlet conditions, including localized (rather than distributed) injection. Predictions show the evolution of preferential flow paths driven by dissolution, and also define the sense of permeability evolution at field scale. Copyright © 2006 John Wiley & Sons, Ltd.     

云南红河绿春大马尖山铜砷矿床成矿液体特征

矿体受石英斑岩和断层控制,一般产于石英斑岩与志留系地层接触带附近或断层破碎带中,与燕山晚期构造运动有关。绿春大马尖山铜砷矿床成矿流体从下部到上部的成矿温度逐渐降低,成矿盐度由低到高,均一温度变化不大,暗示流体从下部到上部,由富Na体系向富Ca体系逐级演化;该区铜砷矿床流体特征与钨成矿流体特征不同,暗示二期成矿特征,初步判断该矿床为构造控制的热液脉型矿床。