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热液淬火结晶富集是成矿的关键环节

——认知成矿理论

郑州地象科技有限公司寇伟同时期侵入地壳的热液，为什么有的固结为侵入岩，有的却能形成矿脉？同为地幔岩石上侵到地壳浅层，为什么有的只是不成矿的超基性岩，有的却能富集成矿？为什么热液在主断裂中深部上侵通道内不易成矿，而是在浅中层较小或次级断裂构造内容易成矿？对于这些问题现有成矿理论很少有明确答案，其原因是大多都忽视了成矿阶段的关键环节——淬火降温富集成矿。

1、热液成岩或成矿与淬火处理的相似性

同时期侵入地壳的热液，为什么有的固结为侵入岩，有的能够形成金属矿脉？从多角度来观察，侵入岩的冷却固结时间长达万年以上，金属矿脉的冷却固结时间要短得多；侵入岩的岩石完整、结构均匀、岩性相同，金属矿脉的内外蚀变程度不一致、晶体结构差异较大、岩性不尽相同；侵入岩的岩石硬度、比重一致性较好，金属矿脉的内外硬度不一、比重不同，等等。对于这些成岩与成矿差异性的解释有许多，但关键是对热液到达地壳浅部由液态变成固态这一阶段，诸多成矿理论从岩浆热液谈到成矿作用、空间、环境、条件等，但对于成矿机理都缺乏一个合理的解释。作者对于成矿过程及结果的研究中发现，淬火处理与其有很多的相似之处，按照淬火理论恰恰能够对于成矿过程给于合理的解释。

2、淬火处理工艺及特点

钢件的“淬火”处理工艺是把钢加热到临界温度以上，使之全部或部分奥氏体化后以大于临界冷却速度进行冷却，从而获得以马氏体为主的不平衡组织的一种热处理工艺方法。淬火的目的是为了大幅度提高钢的刚性、硬度、耐磨性、疲劳强度等，从而满足各种机械零件和工具的不同使用要求。钢件淬火的要求及特点：（1）冷却速度必须大于钢的临界冷却速度，才能使钢从中高温相奥氏体冷却变成低温亚稳相马氏体；（2）淬火后马氏体的组织粗大、硬度最高；（3）淬火过程也是钢件内部组织晶变的过程，导致钢件硬度和强度增大；（4）因工件表面与心部的冷却速度有一定差异，组织结构、硬度、韧性、均匀性等会有所不同；（5）常用的淬火介质有水、水溶液、矿物油、熔盐、熔碱等，不同的冷却介质对晶粒生长有着不同的影响、组织结构和分布形态亦不相同；（6）感应加热温度、加热时间和保温时间对晶粒大小、晶界清晰度也有很大影响。

3、热液“淬火”成矿与钢件“淬火”处理的区别及特点

仔细观察热液降温“淬火”成矿过程及结果，虽然与钢件淬火处理有很多的相似之处可以借鉴，但实质上却有较大的区别：（1）淬火作用条件不同，钢件是将单个物体整体加热后放入介质中淬火处理的，可控性强；而热液是自下而上进入容矿空间与低温的水和围岩接触后产生淬火作用成矿的，热液温度、空间大小、冷却介质及数量、固结时间等均不可控。（2）淬火作用的反应性质不同，钢件淬火属于物理反应，只是钢件内部晶体结构发生了变化；热液淬火成矿则是同时发生化学反应和物理反应，热液中的矿元素通过交代晶出作用及与围岩蚀变反应生成新的矿物；（3）钢件是在加热到临界温度以上使之奥氏体化后，置入介质内进行冷却，在钢件内部发生重结晶作用的；而热液则是高温进入容矿空间遇水发生淬火作用，首先在热液与水和围岩的接触面淬火冷却，而后向热液内部传递降温，所以外层萃取矿元素富集重结晶程度较高，接触面积越大、成矿效果越好；（4）钢件是从奥氏体化温度置入介质内开始强制冷却，降温过程长短快慢只会影响钢件的物理性能；而同类热液进入成矿空间时的温度和压力高低不同、空间内含水量多少等外部条件，对于生成矿物质的种类、结晶成脉及品位等，都会有较大的影响。

4、热液进入容矿空间遇水淬火冷却固结阶段是成矿的关键环节

为什么同一区域内同样的热液，大面积缓慢固结的会形成所含矿物质甚微的侵入岩，而在断裂构造小空间内却能形成含有一定品位、种类不同的矿物质，关键在于热液进入断裂构造含水裂隙及孔隙中与水产生淬火作用。其原因是:虽然热液上侵熔融围岩的过程中都一直发生着碱交代作用，但在进入到地壳浅层后，大面积没有掺入足够多水的热液缓慢冷却，就不存在矿元素的析出、富集、沉淀成矿；而热液进入断裂构造含水裂隙内，就会与水发生淬火作用强制性冷却，在快速降温过程中热液中的矿元素会向作用面迁移，通过交代作用重新结晶形成新的矿物质，从外向内逐层富集沉积成矿。即使是在侵入岩边围成矿的接触交代（矽卡岩）矿床，也是大量热液上涌到地壳浅层后，在热液与地壳碳酸盐类岩石围岩的接触带上、或是热液侵入到附近的断裂构造含水裂隙内，与接触带面和含水裂隙中的水发生淬火作用，造成矿元素向淬火作用面富集成矿的。

2024年3月9日