巖漿熱液的軟硬酸堿性質(zhì)與金屬成礦專屬性的關(guān)系

焦永玲　汪洋

摘要：根據(jù)軟硬酸堿理論的最大硬度原理和最小親電性原理，基于復(fù)雜化合物體系的硬度和親電性計(jì)算方法，對(duì)國(guó)內(nèi)外多個(gè)典型巖漿熱液礦床的成礦巖體以及成礦熱液的硬度和親電性進(jìn)行估算，進(jìn)而探討巖漿熱液礦床成礦專屬性。結(jié)果表明：熱液具有比巖漿更高的硬度和親電性，可以從熔體中萃取金屬元素，從而形成巖漿熱液礦床；與碰撞造山作用相關(guān)的長(zhǎng)英質(zhì)巖漿流體富含F(xiàn)，而F具有高硬度和親電性，導(dǎo)致具有硬酸性質(zhì)的W、Sn從熔體進(jìn)入流體成礦；由于軟堿S具有低硬度和親電性，弧巖漿作用形成的富S基性巖漿有利于吸引低硬度的成礦元素，形成斑巖型銅（金）礦床；與板內(nèi)伸展環(huán)境下巖漿底侵作用相關(guān)的堿性巖漿釋放富Cl或CO2的流體，Cl的硬度較低而電負(fù)性高，熱液主要吸引Fe、REE、Au等，從而形成IOCG型礦床。

關(guān)鍵詞：巖漿；熱液；軟硬酸堿理論；礦床成因；電負(fù)性；硬度；親電性；成礦專屬性

中圖分類號(hào)：P588.1文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0引言

對(duì)于巖漿熱液礦床而言，不同成礦母巖類型與特定金屬礦種有一定關(guān)聯(lián)，即具有一定成礦規(guī)律，但是對(duì)其本質(zhì)的探討一直存在局限性。無(wú)論巖漿本身還是相關(guān)的金屬礦床，從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)都是元素聚集和分異的結(jié)果，如果從元素/離子化學(xué)性質(zhì)的角度出發(fā)，有助于解釋一些巖漿演化的方向和成礦規(guī)律特點(diǎn)[12]。

在無(wú)機(jī)化學(xué)原理中，軟硬酸堿理論是一項(xiàng)應(yīng)用廣泛的基礎(chǔ)理論體系。軟硬酸堿理論由Lewis提出[3]，經(jīng)不斷發(fā)展完善后，被廣泛應(yīng)用于無(wú)機(jī)化學(xué)和有機(jī)化學(xué)領(lǐng)域。軟硬酸堿理論與地球化學(xué)相結(jié)合，開辟了一條探索巖漿演化和成礦的新途徑。軟硬酸堿理論將離子分為酸、堿兩大類，絕大多數(shù)化合物可以看作是酸、堿的加合物。據(jù)此，所有化學(xué)反應(yīng)（除氧化還原反應(yīng)外）都可以看作是酸堿反應(yīng)。軟硬酸堿理論將酸、堿分為：硬、軟和交界三類，且離子間的反應(yīng)遵循最大硬度原理、最小親電性原理，將這些原理應(yīng)用于巖漿熱液礦床領(lǐng)域，有助于合理解釋許多地質(zhì)現(xiàn)象[45]。

巖漿性質(zhì)受到元素化學(xué)性質(zhì)的影響。在最大硬度原理和最小親電性原理的指導(dǎo)下，巖漿硬度和親電性按照一定規(guī)律變化。在巖漿演化后期，流體作用表現(xiàn)得更為明顯；地質(zhì)證據(jù)和室內(nèi)元素分配系數(shù)等大量試驗(yàn)證明巖漿熱液是金屬元素萃取、遷移和沉淀富集的主要介質(zhì)[2]。巖漿上侵過(guò)程中，流體吸引金屬，以較強(qiáng)的流動(dòng)性使金屬運(yùn)移，并富集形成金屬礦床，這一吸引金屬的過(guò)程便是最大硬度原理指導(dǎo)下的認(rèn)識(shí)；同時(shí)，由于流體的成分和性質(zhì)各不相同，其對(duì)金屬的選擇性萃取造就了許多金屬礦床的成礦專屬性現(xiàn)象。

筆者基于復(fù)雜化合物體系的化學(xué)硬度和親電性計(jì)算方法，對(duì)國(guó)內(nèi)外多個(gè)典型巖漿熱液礦床的成礦巖體以及成礦熱液的硬度和親電性進(jìn)行估算，進(jìn)而對(duì)巖漿熱液礦床的成礦專屬性進(jìn)行半定量解釋和探討。

1軟硬酸堿理論

1.1軟硬酸堿的定義

電子結(jié)構(gòu)和電荷決定了元素/離子的性質(zhì)，離子之間的反應(yīng)通過(guò)電荷的遷移來(lái)進(jìn)行。因此，定性和定量地度量離子和電子的物理化學(xué)參數(shù)，可以精確描述離子間反應(yīng)和反應(yīng)體系的狀態(tài)。運(yùn)用軟硬酸堿理論可以實(shí)現(xiàn)這種度量。軟硬酸堿（Hardsoft Acidbase，HSAB）理論將元素分為酸、堿兩大類：帶正電的離子稱作酸，是電子的受體；帶負(fù)電的離子稱作堿，是電子的供體；介于酸、堿之間的元素稱之為交界酸堿。元素/離子的電負(fù)性、硬度、親電性等參數(shù)可以來(lái)度量一個(gè)酸堿反應(yīng)體系的狀態(tài)，達(dá)到定量/半定量分析的目的[69]。

元素/離子的化學(xué)活動(dòng)性可以用電負(fù)性（Electronegavity）、硬度（Hardness）、親電性（Electrophilicity）來(lái)表征[8]。這些參數(shù)是軟硬酸堿概念的基礎(chǔ)。電負(fù)性代表分子中一個(gè)原子吸引電子的能力。電負(fù)性越高，其吸引電子的能力越強(qiáng)，在發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)，其得到電子的能力越強(qiáng)。硬度是元素/離子化學(xué)活動(dòng)性的另一種度量，代表了原子抵抗電子轉(zhuǎn)移的能力。硬度越高，化學(xué)活動(dòng)性越低；較硬的酸堿正電荷高，極化性低，體積小，氧化難，不易變形。如果參與反應(yīng)的兩個(gè)原子之間存在較大的電負(fù)性差異，反應(yīng)后通常形成離子鍵；相反地，較小的電負(fù)性差異則形成共價(jià)鍵。當(dāng)電負(fù)性和硬度確定時(shí)，親電性則可以計(jì)算得到。親電性度量的是離子形成共價(jià)鍵的能力。

對(duì)于簡(jiǎn)單的離子體系，電負(fù)性、硬度以及親電性可以運(yùn)用密度函數(shù)理論（Density Functional Theory）[1012]來(lái)計(jì)算（表1）。

摘要：根據(jù)軟硬酸堿理論的最大硬度原理和最小親電性原理，基于復(fù)雜化合物體系的硬度和親電性計(jì)算方法，對(duì)國(guó)內(nèi)外多個(gè)典型巖漿熱液礦床的成礦巖體以及成礦熱液的硬度和親電性進(jìn)行估算，進(jìn)而探討巖漿熱液礦床成礦專屬性。結(jié)果表明：熱液具有比巖漿更高的硬度和親電性，可以從熔體中萃取金屬元素，從而形成巖漿熱液礦床；與碰撞造山作用相關(guān)的長(zhǎng)英質(zhì)巖漿流體富含F(xiàn)，而F具有高硬度和親電性，導(dǎo)致具有硬酸性質(zhì)的W、Sn從熔體進(jìn)入流體成礦；由于軟堿S具有低硬度和親電性，弧巖漿作用形成的富S基性巖漿有利于吸引低硬度的成礦元素，形成斑巖型銅（金）礦床；與板內(nèi)伸展環(huán)境下巖漿底侵作用相關(guān)的堿性巖漿釋放富Cl或CO2的流體，Cl的硬度較低而電負(fù)性高，熱液主要吸引Fe、REE、Au等，從而形成IOCG型礦床。

關(guān)鍵詞：巖漿；熱液；軟硬酸堿理論；礦床成因；電負(fù)性；硬度；親電性；成礦專屬性

中圖分類號(hào)：P588.1文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0引言

對(duì)于巖漿熱液礦床而言，不同成礦母巖類型與特定金屬礦種有一定關(guān)聯(lián)，即具有一定成礦規(guī)律，但是對(duì)其本質(zhì)的探討一直存在局限性。無(wú)論巖漿本身還是相關(guān)的金屬礦床，從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)都是元素聚集和分異的結(jié)果，如果從元素/離子化學(xué)性質(zhì)的角度出發(fā)，有助于解釋一些巖漿演化的方向和成礦規(guī)律特點(diǎn)[12]。

在無(wú)機(jī)化學(xué)原理中，軟硬酸堿理論是一項(xiàng)應(yīng)用廣泛的基礎(chǔ)理論體系。軟硬酸堿理論由Lewis提出[3]，經(jīng)不斷發(fā)展完善后，被廣泛應(yīng)用于無(wú)機(jī)化學(xué)和有機(jī)化學(xué)領(lǐng)域。軟硬酸堿理論與地球化學(xué)相結(jié)合，開辟了一條探索巖漿演化和成礦的新途徑。軟硬酸堿理論將離子分為酸、堿兩大類，絕大多數(shù)化合物可以看作是酸、堿的加合物。據(jù)此，所有化學(xué)反應(yīng)（除氧化還原反應(yīng)外）都可以看作是酸堿反應(yīng)。軟硬酸堿理論將酸、堿分為：硬、軟和交界三類，且離子間的反應(yīng)遵循最大硬度原理、最小親電性原理，將這些原理應(yīng)用于巖漿熱液礦床領(lǐng)域，有助于合理解釋許多地質(zhì)現(xiàn)象[45]。

巖漿性質(zhì)受到元素化學(xué)性質(zhì)的影響。在最大硬度原理和最小親電性原理的指導(dǎo)下，巖漿硬度和親電性按照一定規(guī)律變化。在巖漿演化后期，流體作用表現(xiàn)得更為明顯；地質(zhì)證據(jù)和室內(nèi)元素分配系數(shù)等大量試驗(yàn)證明巖漿熱液是金屬元素萃取、遷移和沉淀富集的主要介質(zhì)[2]。巖漿上侵過(guò)程中，流體吸引金屬，以較強(qiáng)的流動(dòng)性使金屬運(yùn)移，并富集形成金屬礦床，這一吸引金屬的過(guò)程便是最大硬度原理指導(dǎo)下的認(rèn)識(shí)；同時(shí)，由于流體的成分和性質(zhì)各不相同，其對(duì)金屬的選擇性萃取造就了許多金屬礦床的成礦專屬性現(xiàn)象。

筆者基于復(fù)雜化合物體系的化學(xué)硬度和親電性計(jì)算方法，對(duì)國(guó)內(nèi)外多個(gè)典型巖漿熱液礦床的成礦巖體以及成礦熱液的硬度和親電性進(jìn)行估算，進(jìn)而對(duì)巖漿熱液礦床的成礦專屬性進(jìn)行半定量解釋和探討。

1軟硬酸堿理論

1.1軟硬酸堿的定義

電子結(jié)構(gòu)和電荷決定了元素/離子的性質(zhì)，離子之間的反應(yīng)通過(guò)電荷的遷移來(lái)進(jìn)行。因此，定性和定量地度量離子和電子的物理化學(xué)參數(shù)，可以精確描述離子間反應(yīng)和反應(yīng)體系的狀態(tài)。運(yùn)用軟硬酸堿理論可以實(shí)現(xiàn)這種度量。軟硬酸堿（Hardsoft Acidbase，HSAB）理論將元素分為酸、堿兩大類：帶正電的離子稱作酸，是電子的受體；帶負(fù)電的離子稱作堿，是電子的供體；介于酸、堿之間的元素稱之為交界酸堿。元素/離子的電負(fù)性、硬度、親電性等參數(shù)可以來(lái)度量一個(gè)酸堿反應(yīng)體系的狀態(tài)，達(dá)到定量/半定量分析的目的[69]。

元素/離子的化學(xué)活動(dòng)性可以用電負(fù)性（Electronegavity）、硬度（Hardness）、親電性（Electrophilicity）來(lái)表征[8]。這些參數(shù)是軟硬酸堿概念的基礎(chǔ)。電負(fù)性代表分子中一個(gè)原子吸引電子的能力。電負(fù)性越高，其吸引電子的能力越強(qiáng)，在發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)，其得到電子的能力越強(qiáng)。硬度是元素/離子化學(xué)活動(dòng)性的另一種度量，代表了原子抵抗電子轉(zhuǎn)移的能力。硬度越高，化學(xué)活動(dòng)性越低；較硬的酸堿正電荷高，極化性低，體積小，氧化難，不易變形。如果參與反應(yīng)的兩個(gè)原子之間存在較大的電負(fù)性差異，反應(yīng)后通常形成離子鍵；相反地，較小的電負(fù)性差異則形成共價(jià)鍵。當(dāng)電負(fù)性和硬度確定時(shí)，親電性則可以計(jì)算得到。親電性度量的是離子形成共價(jià)鍵的能力。

對(duì)于簡(jiǎn)單的離子體系，電負(fù)性、硬度以及親電性可以運(yùn)用密度函數(shù)理論（Density Functional Theory）[1012]來(lái)計(jì)算（表1）。

摘要：根據(jù)軟硬酸堿理論的最大硬度原理和最小親電性原理，基于復(fù)雜化合物體系的硬度和親電性計(jì)算方法，對(duì)國(guó)內(nèi)外多個(gè)典型巖漿熱液礦床的成礦巖體以及成礦熱液的硬度和親電性進(jìn)行估算，進(jìn)而探討巖漿熱液礦床成礦專屬性。結(jié)果表明：熱液具有比巖漿更高的硬度和親電性，可以從熔體中萃取金屬元素，從而形成巖漿熱液礦床；與碰撞造山作用相關(guān)的長(zhǎng)英質(zhì)巖漿流體富含F(xiàn)，而F具有高硬度和親電性，導(dǎo)致具有硬酸性質(zhì)的W、Sn從熔體進(jìn)入流體成礦；由于軟堿S具有低硬度和親電性，弧巖漿作用形成的富S基性巖漿有利于吸引低硬度的成礦元素，形成斑巖型銅（金）礦床；與板內(nèi)伸展環(huán)境下巖漿底侵作用相關(guān)的堿性巖漿釋放富Cl或CO2的流體，Cl的硬度較低而電負(fù)性高，熱液主要吸引Fe、REE、Au等，從而形成IOCG型礦床。

關(guān)鍵詞：巖漿；熱液；軟硬酸堿理論；礦床成因；電負(fù)性；硬度；親電性；成礦專屬性

中圖分類號(hào)：P588.1文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0引言

對(duì)于巖漿熱液礦床而言，不同成礦母巖類型與特定金屬礦種有一定關(guān)聯(lián)，即具有一定成礦規(guī)律，但是對(duì)其本質(zhì)的探討一直存在局限性。無(wú)論巖漿本身還是相關(guān)的金屬礦床，從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)都是元素聚集和分異的結(jié)果，如果從元素/離子化學(xué)性質(zhì)的角度出發(fā)，有助于解釋一些巖漿演化的方向和成礦規(guī)律特點(diǎn)[12]。

在無(wú)機(jī)化學(xué)原理中，軟硬酸堿理論是一項(xiàng)應(yīng)用廣泛的基礎(chǔ)理論體系。軟硬酸堿理論由Lewis提出[3]，經(jīng)不斷發(fā)展完善后，被廣泛應(yīng)用于無(wú)機(jī)化學(xué)和有機(jī)化學(xué)領(lǐng)域。軟硬酸堿理論與地球化學(xué)相結(jié)合，開辟了一條探索巖漿演化和成礦的新途徑。軟硬酸堿理論將離子分為酸、堿兩大類，絕大多數(shù)化合物可以看作是酸、堿的加合物。據(jù)此，所有化學(xué)反應(yīng)（除氧化還原反應(yīng)外）都可以看作是酸堿反應(yīng)。軟硬酸堿理論將酸、堿分為：硬、軟和交界三類，且離子間的反應(yīng)遵循最大硬度原理、最小親電性原理，將這些原理應(yīng)用于巖漿熱液礦床領(lǐng)域，有助于合理解釋許多地質(zhì)現(xiàn)象[45]。

巖漿性質(zhì)受到元素化學(xué)性質(zhì)的影響。在最大硬度原理和最小親電性原理的指導(dǎo)下，巖漿硬度和親電性按照一定規(guī)律變化。在巖漿演化后期，流體作用表現(xiàn)得更為明顯；地質(zhì)證據(jù)和室內(nèi)元素分配系數(shù)等大量試驗(yàn)證明巖漿熱液是金屬元素萃取、遷移和沉淀富集的主要介質(zhì)[2]。巖漿上侵過(guò)程中，流體吸引金屬，以較強(qiáng)的流動(dòng)性使金屬運(yùn)移，并富集形成金屬礦床，這一吸引金屬的過(guò)程便是最大硬度原理指導(dǎo)下的認(rèn)識(shí)；同時(shí)，由于流體的成分和性質(zhì)各不相同，其對(duì)金屬的選擇性萃取造就了許多金屬礦床的成礦專屬性現(xiàn)象。

筆者基于復(fù)雜化合物體系的化學(xué)硬度和親電性計(jì)算方法，對(duì)國(guó)內(nèi)外多個(gè)典型巖漿熱液礦床的成礦巖體以及成礦熱液的硬度和親電性進(jìn)行估算，進(jìn)而對(duì)巖漿熱液礦床的成礦專屬性進(jìn)行半定量解釋和探討。

1軟硬酸堿理論

1.1軟硬酸堿的定義

電子結(jié)構(gòu)和電荷決定了元素/離子的性質(zhì)，離子之間的反應(yīng)通過(guò)電荷的遷移來(lái)進(jìn)行。因此，定性和定量地度量離子和電子的物理化學(xué)參數(shù)，可以精確描述離子間反應(yīng)和反應(yīng)體系的狀態(tài)。運(yùn)用軟硬酸堿理論可以實(shí)現(xiàn)這種度量。軟硬酸堿（Hardsoft Acidbase，HSAB）理論將元素分為酸、堿兩大類：帶正電的離子稱作酸，是電子的受體；帶負(fù)電的離子稱作堿，是電子的供體；介于酸、堿之間的元素稱之為交界酸堿。元素/離子的電負(fù)性、硬度、親電性等參數(shù)可以來(lái)度量一個(gè)酸堿反應(yīng)體系的狀態(tài)，達(dá)到定量/半定量分析的目的[69]。

元素/離子的化學(xué)活動(dòng)性可以用電負(fù)性（Electronegavity）、硬度（Hardness）、親電性（Electrophilicity）來(lái)表征[8]。這些參數(shù)是軟硬酸堿概念的基礎(chǔ)。電負(fù)性代表分子中一個(gè)原子吸引電子的能力。電負(fù)性越高，其吸引電子的能力越強(qiáng)，在發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)，其得到電子的能力越強(qiáng)。硬度是元素/離子化學(xué)活動(dòng)性的另一種度量，代表了原子抵抗電子轉(zhuǎn)移的能力。硬度越高，化學(xué)活動(dòng)性越低；較硬的酸堿正電荷高，極化性低，體積小，氧化難，不易變形。如果參與反應(yīng)的兩個(gè)原子之間存在較大的電負(fù)性差異，反應(yīng)后通常形成離子鍵；相反地，較小的電負(fù)性差異則形成共價(jià)鍵。當(dāng)電負(fù)性和硬度確定時(shí)，親電性則可以計(jì)算得到。親電性度量的是離子形成共價(jià)鍵的能力。

對(duì)于簡(jiǎn)單的離子體系，電負(fù)性、硬度以及親電性可以運(yùn)用密度函數(shù)理論（Density Functional Theory）[1012]來(lái)計(jì)算（表1）。