岩浆热液的软硬酸碱性质与金属成矿专属性的关系

焦永玲　汪洋

摘要：根据软硬酸碱理论的最大硬度原理和最小亲电性原理，基于复杂化合物体系的硬度和亲电性计算方法，对国内外多个典型岩浆热液矿床的成矿岩体以及成矿热液的硬度和亲电性进行估算，进而探讨岩浆热液矿床成矿专属性。结果表明：热液具有比岩浆更高的硬度和亲电性，可以从熔体中萃取金属元素，从而形成岩浆热液矿床；与碰撞造山作用相关的长英质岩浆流体富含F，而F具有高硬度和亲电性，导致具有硬酸性质的W、Sn从熔体进入流体成矿；由于软碱S具有低硬度和亲电性，弧岩浆作用形成的富S基性岩浆有利于吸引低硬度的成矿元素，形成斑岩型铜（金）矿床；与板内伸展环境下岩浆底侵作用相关的碱性岩浆释放富Cl或CO2的流体，Cl的硬度较低而电负性高，热液主要吸引Fe、REE、Au等，从而形成IOCG型矿床。

关键词：岩浆；热液；软硬酸碱理论；矿床成因；电负性；硬度；亲电性；成矿专属性

中图分类号：P588.1文献标志码：A

0引言

对于岩浆热液矿床而言，不同成矿母岩类型与特定金属矿种有一定关联，即具有一定成矿规律，但是对其本质的探讨一直存在局限性。无论岩浆本身还是相关的金属矿床，从本质上来说都是元素聚集和分异的结果，如果从元素/离子化学性质的角度出发，有助于解释一些岩浆演化的方向和成矿规律特点[12]。

在无机化学原理中，软硬酸碱理论是一项应用广泛的基础理论体系。软硬酸碱理论由Lewis提出[3]，经不断发展完善后，被广泛应用于无机化学和有机化学领域。软硬酸碱理论与地球化学相结合，开辟了一条探索岩浆演化和成矿的新途径。软硬酸碱理论将离子分为酸、碱两大类，绝大多数化合物可以看作是酸、碱的加合物。据此，所有化学反应（除氧化还原反应外）都可以看作是酸碱反应。软硬酸碱理论将酸、碱分为：硬、软和交界三类，且离子间的反应遵循最大硬度原理、最小亲电性原理，将这些原理应用于岩浆热液矿床领域，有助于合理解释许多地质现象[45]。

岩浆性质受到元素化学性质的影响。在最大硬度原理和最小亲电性原理的指导下，岩浆硬度和亲电性按照一定规律变化。在岩浆演化后期，流体作用表现得更为明显；地质证据和室内元素分配系数等大量试验证明岩浆热液是金属元素萃取、迁移和沉淀富集的主要介质[2]。岩浆上侵过程中，流体吸引金属，以较强的流动性使金属运移，并富集形成金属矿床，这一吸引金属的过程便是最大硬度原理指导下的认识；同时，由于流体的成分和性质各不相同，其对金属的选择性萃取造就了许多金属矿床的成矿专属性现象。

笔者基于复杂化合物体系的化学硬度和亲电性计算方法，对国内外多个典型岩浆热液矿床的成矿岩体以及成矿热液的硬度和亲电性进行估算，进而对岩浆热液矿床的成矿专属性进行半定量解释和探讨。

1软硬酸碱理论

1.1软硬酸碱的定义

电子结构和电荷决定了元素/离子的性质，离子之间的反应通过电荷的迁移来进行。因此，定性和定量地度量离子和电子的物理化学参数，可以精确描述离子间反应和反应体系的状态。运用软硬酸碱理论可以实现这种度量。软硬酸碱（Hardsoft Acidbase，HSAB）理论将元素分为酸、碱两大类：带正电的离子称作酸，是电子的受体；带负电的离子称作碱，是电子的供体；介于酸、碱之间的元素称之为交界酸碱。元素/离子的电负性、硬度、亲电性等参数可以来度量一个酸碱反应体系的状态，达到定量/半定量分析的目的[69]。

元素/离子的化学活动性可以用电负性（Electronegavity）、硬度（Hardness）、亲电性（Electrophilicity）来表征[8]。这些参数是软硬酸碱概念的基础。电负性代表分子中一个原子吸引电子的能力。电负性越高，其吸引电子的能力越强，在发生化学反应时，其得到电子的能力越强。硬度是元素/离子化学活动性的另一种度量，代表了原子抵抗电子转移的能力。硬度越高，化学活动性越低；较硬的酸碱正电荷高，极化性低，体积小，氧化难，不易变形。如果参与反应的两个原子之间存在较大的电负性差异，反应后通常形成离子键；相反地，较小的电负性差异则形成共价键。当电负性和硬度确定时，亲电性则可以计算得到。亲电性度量的是离子形成共价键的能力。

对于简单的离子体系，电负性、硬度以及亲电性可以运用密度函数理论（Density Functional Theory）[1012]来计算（表1）。

摘要：根据软硬酸碱理论的最大硬度原理和最小亲电性原理，基于复杂化合物体系的硬度和亲电性计算方法，对国内外多个典型岩浆热液矿床的成矿岩体以及成矿热液的硬度和亲电性进行估算，进而探讨岩浆热液矿床成矿专属性。结果表明：热液具有比岩浆更高的硬度和亲电性，可以从熔体中萃取金属元素，从而形成岩浆热液矿床；与碰撞造山作用相关的长英质岩浆流体富含F，而F具有高硬度和亲电性，导致具有硬酸性质的W、Sn从熔体进入流体成矿；由于软碱S具有低硬度和亲电性，弧岩浆作用形成的富S基性岩浆有利于吸引低硬度的成矿元素，形成斑岩型铜（金）矿床；与板内伸展环境下岩浆底侵作用相关的碱性岩浆释放富Cl或CO2的流体，Cl的硬度较低而电负性高，热液主要吸引Fe、REE、Au等，从而形成IOCG型矿床。

关键词：岩浆；热液；软硬酸碱理论；矿床成因；电负性；硬度；亲电性；成矿专属性

中图分类号：P588.1文献标志码：A

0引言

对于岩浆热液矿床而言，不同成矿母岩类型与特定金属矿种有一定关联，即具有一定成矿规律，但是对其本质的探讨一直存在局限性。无论岩浆本身还是相关的金属矿床，从本质上来说都是元素聚集和分异的结果，如果从元素/离子化学性质的角度出发，有助于解释一些岩浆演化的方向和成矿规律特点[12]。

在无机化学原理中，软硬酸碱理论是一项应用广泛的基础理论体系。软硬酸碱理论由Lewis提出[3]，经不断发展完善后，被广泛应用于无机化学和有机化学领域。软硬酸碱理论与地球化学相结合，开辟了一条探索岩浆演化和成矿的新途径。软硬酸碱理论将离子分为酸、碱两大类，绝大多数化合物可以看作是酸、碱的加合物。据此，所有化学反应（除氧化还原反应外）都可以看作是酸碱反应。软硬酸碱理论将酸、碱分为：硬、软和交界三类，且离子间的反应遵循最大硬度原理、最小亲电性原理，将这些原理应用于岩浆热液矿床领域，有助于合理解释许多地质现象[45]。

岩浆性质受到元素化学性质的影响。在最大硬度原理和最小亲电性原理的指导下，岩浆硬度和亲电性按照一定规律变化。在岩浆演化后期，流体作用表现得更为明显；地质证据和室内元素分配系数等大量试验证明岩浆热液是金属元素萃取、迁移和沉淀富集的主要介质[2]。岩浆上侵过程中，流体吸引金属，以较强的流动性使金属运移，并富集形成金属矿床，这一吸引金属的过程便是最大硬度原理指导下的认识；同时，由于流体的成分和性质各不相同，其对金属的选择性萃取造就了许多金属矿床的成矿专属性现象。

笔者基于复杂化合物体系的化学硬度和亲电性计算方法，对国内外多个典型岩浆热液矿床的成矿岩体以及成矿热液的硬度和亲电性进行估算，进而对岩浆热液矿床的成矿专属性进行半定量解释和探讨。

1软硬酸碱理论

1.1软硬酸碱的定义

电子结构和电荷决定了元素/离子的性质，离子之间的反应通过电荷的迁移来进行。因此，定性和定量地度量离子和电子的物理化学参数，可以精确描述离子间反应和反应体系的状态。运用软硬酸碱理论可以实现这种度量。软硬酸碱（Hardsoft Acidbase，HSAB）理论将元素分为酸、碱两大类：带正电的离子称作酸，是电子的受体；带负电的离子称作碱，是电子的供体；介于酸、碱之间的元素称之为交界酸碱。元素/离子的电负性、硬度、亲电性等参数可以来度量一个酸碱反应体系的状态，达到定量/半定量分析的目的[69]。

元素/离子的化学活动性可以用电负性（Electronegavity）、硬度（Hardness）、亲电性（Electrophilicity）来表征[8]。这些参数是软硬酸碱概念的基础。电负性代表分子中一个原子吸引电子的能力。电负性越高，其吸引电子的能力越强，在发生化学反应时，其得到电子的能力越强。硬度是元素/离子化学活动性的另一种度量，代表了原子抵抗电子转移的能力。硬度越高，化学活动性越低；较硬的酸碱正电荷高，极化性低，体积小，氧化难，不易变形。如果参与反应的两个原子之间存在较大的电负性差异，反应后通常形成离子键；相反地，较小的电负性差异则形成共价键。当电负性和硬度确定时，亲电性则可以计算得到。亲电性度量的是离子形成共价键的能力。

对于简单的离子体系，电负性、硬度以及亲电性可以运用密度函数理论（Density Functional Theory）[1012]来计算（表1）。

摘要：根据软硬酸碱理论的最大硬度原理和最小亲电性原理，基于复杂化合物体系的硬度和亲电性计算方法，对国内外多个典型岩浆热液矿床的成矿岩体以及成矿热液的硬度和亲电性进行估算，进而探讨岩浆热液矿床成矿专属性。结果表明：热液具有比岩浆更高的硬度和亲电性，可以从熔体中萃取金属元素，从而形成岩浆热液矿床；与碰撞造山作用相关的长英质岩浆流体富含F，而F具有高硬度和亲电性，导致具有硬酸性质的W、Sn从熔体进入流体成矿；由于软碱S具有低硬度和亲电性，弧岩浆作用形成的富S基性岩浆有利于吸引低硬度的成矿元素，形成斑岩型铜（金）矿床；与板内伸展环境下岩浆底侵作用相关的碱性岩浆释放富Cl或CO2的流体，Cl的硬度较低而电负性高，热液主要吸引Fe、REE、Au等，从而形成IOCG型矿床。

关键词：岩浆；热液；软硬酸碱理论；矿床成因；电负性；硬度；亲电性；成矿专属性

中图分类号：P588.1文献标志码：A

0引言

对于岩浆热液矿床而言，不同成矿母岩类型与特定金属矿种有一定关联，即具有一定成矿规律，但是对其本质的探讨一直存在局限性。无论岩浆本身还是相关的金属矿床，从本质上来说都是元素聚集和分异的结果，如果从元素/离子化学性质的角度出发，有助于解释一些岩浆演化的方向和成矿规律特点[12]。

在无机化学原理中，软硬酸碱理论是一项应用广泛的基础理论体系。软硬酸碱理论由Lewis提出[3]，经不断发展完善后，被广泛应用于无机化学和有机化学领域。软硬酸碱理论与地球化学相结合，开辟了一条探索岩浆演化和成矿的新途径。软硬酸碱理论将离子分为酸、碱两大类，绝大多数化合物可以看作是酸、碱的加合物。据此，所有化学反应（除氧化还原反应外）都可以看作是酸碱反应。软硬酸碱理论将酸、碱分为：硬、软和交界三类，且离子间的反应遵循最大硬度原理、最小亲电性原理，将这些原理应用于岩浆热液矿床领域，有助于合理解释许多地质现象[45]。

岩浆性质受到元素化学性质的影响。在最大硬度原理和最小亲电性原理的指导下，岩浆硬度和亲电性按照一定规律变化。在岩浆演化后期，流体作用表现得更为明显；地质证据和室内元素分配系数等大量试验证明岩浆热液是金属元素萃取、迁移和沉淀富集的主要介质[2]。岩浆上侵过程中，流体吸引金属，以较强的流动性使金属运移，并富集形成金属矿床，这一吸引金属的过程便是最大硬度原理指导下的认识；同时，由于流体的成分和性质各不相同，其对金属的选择性萃取造就了许多金属矿床的成矿专属性现象。

笔者基于复杂化合物体系的化学硬度和亲电性计算方法，对国内外多个典型岩浆热液矿床的成矿岩体以及成矿热液的硬度和亲电性进行估算，进而对岩浆热液矿床的成矿专属性进行半定量解释和探讨。

1软硬酸碱理论

1.1软硬酸碱的定义

电子结构和电荷决定了元素/离子的性质，离子之间的反应通过电荷的迁移来进行。因此，定性和定量地度量离子和电子的物理化学参数，可以精确描述离子间反应和反应体系的状态。运用软硬酸碱理论可以实现这种度量。软硬酸碱（Hardsoft Acidbase，HSAB）理论将元素分为酸、碱两大类：带正电的离子称作酸，是电子的受体；带负电的离子称作碱，是电子的供体；介于酸、碱之间的元素称之为交界酸碱。元素/离子的电负性、硬度、亲电性等参数可以来度量一个酸碱反应体系的状态，达到定量/半定量分析的目的[69]。

元素/离子的化学活动性可以用电负性（Electronegavity）、硬度（Hardness）、亲电性（Electrophilicity）来表征[8]。这些参数是软硬酸碱概念的基础。电负性代表分子中一个原子吸引电子的能力。电负性越高，其吸引电子的能力越强，在发生化学反应时，其得到电子的能力越强。硬度是元素/离子化学活动性的另一种度量，代表了原子抵抗电子转移的能力。硬度越高，化学活动性越低；较硬的酸碱正电荷高，极化性低，体积小，氧化难，不易变形。如果参与反应的两个原子之间存在较大的电负性差异，反应后通常形成离子键；相反地，较小的电负性差异则形成共价键。当电负性和硬度确定时，亲电性则可以计算得到。亲电性度量的是离子形成共价键的能力。

对于简单的离子体系，电负性、硬度以及亲电性可以运用密度函数理论（Density Functional Theory）[1012]来计算（表1）。