用地球化学思维指导找矿-马振东.

讲座目录第一讲：用地球化学思维指导找矿第二讲：中国铜矿资源量预测地球化学方法理论基础第三讲：建立地质、地球化学找矿模型二零一二年十二月十二日第一讲：用地球化学思维指导找矿中国地质大学（武汉）地球化学研究所2012年12月目录地球化学思维指导找矿一、什么是地球化学思维？二、地球化学思维指导找矿的五个实例一、什么是地球化学思维？●那就是在成矿作用过程中形成宏观地质体（控矿构造、含矿岩浆岩、矿源层、矿体矿石、蚀变围岩、表生土壤等）的同时，还形成大量肉眼难以辨别的成矿元素（元素活动态）、同位素成分的组合微观踪迹，他们包含着重要的定性和定量的成矿作用信息，只要应用现代测试手段分析这些微观踪迹，便可揭示成矿作用的奥秘。通过观察成矿元素之微，以求认识成矿作用之著。地球化学思维找矿的特点第一个特点，由于地球化学本质上是属于地球科学，所以其工作方法应遵循地球科学的思维途径，归纳一下有以下几个方面：(1)第一手实际资料来自于对自然地质现象的观察和研究；(2)在地球的时空结构中整理和综合资料；(3)事实规律的统计性特征；(4)反序地追踪历史；(5)结论的推断性和多解性以及认识的反复深化。等等……第二个特点，要求每个地球化学工作者有一个敏锐的地球化学思维，也就是要善于识别隐藏在各种现象中的地球化学信息，从而揭示地质现象的奥秘（见图）。第三个特点是：具备有定性和定量测定元素含量及鉴别物相的技术和装置。实例：现象如右图：①石英铀矿脉产在花岗岩顶部裂隙中；②石英脉切穿煌斑岩脉地段铀矿化富集；③两侧花岗岩围岩中长石发生红化。这些现象中隐藏着哪些地球化学信息呢？沥青铀矿煌斑岩脉实例分析：首先，在岩体顶部的开放裂隙中，氧化条件充分，U为+6价的铀铣络离子[UO2]2+，与其他元素结合成络合物，它的溶解能力强，在溶液中迁移。其次，当遇到煌斑岩脉（煌斑岩是一种暗色矿物含量高的脉岩，其中黑云母，角闪石中含有低价的Fe2+、Mn2+、Mg2+）时就发生氧化还原反应：U6++2Fe2+→U4++2Fe3+→UO2↓U4+不稳定，与O结合生成沥青铀矿（UO2）沉淀下来！红化是铀从搬运状态转化为沉淀状态的标志;从这些信息中了解了这些现象形成的地球化学机制。实例Flash图解：二、用地球化学思维指导找矿的五个实例实例1.元素的地球化学迁移的机制含Sn花岗岩18～20×10-6（为酸性岩Sn含量的4-6倍）。花岗岩是否是Sn的成矿母岩？研究思路：①进行Sn在花岗岩各组成矿物的分配和赋存形式的研究。ⅰSn在花岗岩各组成矿物的分配：80-100%的Sn集中在黑云母中，黑云母中Sn含量高达80-100～300-400×10-6；长石、石英中基本不含Sn。ⅱSn在黑云母中的赋存形式？用显微镜（电子显微镜）观察未发现SnO2微粒；200目黑云母﹢二碘甲烷重液在离心机上分离，再分析黑云母中Sn含量，没有变化。前苏联远东地区锡石—石英脉请以此图为例分析Sn元素地球化学迁移前后的变化。Sn可能进入黑云母晶格Li++Sn4+→Mg2++Fe3+0.780.740.780.64(埃)②Sn是如何从黑云母中萃取出来富集成矿的呢？深部花岗岩经受了自变质作用：ⅰ长石→钠长石化，黑云母→白云母化；ⅱ钠长石化、白云母化花岗岩Sn→12ppm；ⅲ白云母中Sn的含量也大大低于未自变质的黑云母中Sn的含量；ⅳ对白云母研磨后的离心试验，发现SnO2微粒。以上事实说明：黑云母在白云化过程中，晶格破坏，Al3++Fe3+→2Fe2++Mg2+（白云母）交代（黑云母）Sn从黑云母晶格中析出，一部分形成SnO2微粒，一部分被自变质热液萃取带走。从而在深部形成了Sn的低值区（10-60g/M3），迁移至上部裂隙时，由于物理化学条件的变化，形成了SnO2的沉淀！富集成矿。①Sn的赋存形式发生变化；“三要素”②Sn的含量在空间上发生位移；③迁移前后物理化学条件的变化。实例2.金属元素迁移的形式——络合物元素易溶络合物及其稳定性Na[AgCl2]的溶解度大，从而大大增强了Ag在溶液中的迁移能力。研究表明：在自然界的水溶液中，许多重金属元素是在一定的条件下形成易溶的，具有一定稳定性的络合物的形式进行迁移的。在含Cl-的水溶液中，Ag+是极不稳定的，会很快形成难溶的AgCl白色沉淀:Ag++Cl-AgCl当溶液中再加入少量的NaCl时，白色沉淀立即消失。其原因是:AgCl+Cl-[AgCl2]-[AgCl2]-+Na+Na[AgCl2]络合物的类型对于地球化学来说，在自然界重要的络合物有两类：(1)无机络合物：由一个中心阳离子和若干个配位体（可以是离子、络离子和分子）组成，每个配位体中只有一个原子与中心阳离子形成配价键。在自然界这类配位体有：Cl-、F-、O2-、S2-、OH-、HS-、HCO3-、CO32-、SO42-、H2O、NH3、Br-、I-、CN-等。例如：Sn元素在自然界内生成矿作用中常以Na2[SnF6]的形式迁移：(2)有机络合物（螯合物）：是具有环状结构的配位化合物，配位体大多是有机物质：—COO-，—NH2，RS-，ROH，RO-，胶状高分子有机酸、腐殖酸等（R是有机分子团）。有机络合物的特征是：一个配位体至少提供两个配位原子与中心离子成键，使每个配位体与中心离子形成环状结构。例如：在自然界，具环状结构的有机络合物一般比较稳定，在表生作用中有机络合物是一些重金属元素迁移的主要形式。地球化学思维实例2分析:江西修水香炉山钨矿①石英—黑钨矿脉产在花岗岩裂隙带中；②工程揭露表明，石英脉下部密集硫化物PbS、FeS2…)等，而在石英脉上部黑钨矿(Fe.Mn)WO4明显富集；③黑钨矿富集处两侧围岩中具萤石化和含氟电气石化。讨论：①W元素可能的迁移形式；②为什么会形成下部硫化物和上部黑钨矿空间分带？③在与灰岩的接触带还可能形成什么岩石和矿化？分析：1)从黑钨矿富集处两侧围岩中蚀变矿物（CaF2，含氟电气石)成分推测，W6+在热液中迁移形式：(K.Na)2[WO3F2]或(K，Na)2[WO3Cl2].而它们的沉淀环境是需要较富氧的环境才能形成[WO4]2-化合物的沉淀.2)早期，深部裂隙中含矿热液中有较多量的S2-存在（H2S)，这时O2-是不足的，由于硫化物的溶度积很低溶液中Pb2+，Zn2+，Cu2+只需很低的浓度就能形成硫化物沉淀;而钨仍呈络合物形式在溶液中迁移。3)晚期，溶液运移到浅部裂隙带，游离氧的浓度大大增加，促使络合物离解:[WO3F2]2-+O2-→[WO4]2-+2F-↓↓Fe2+Mn2+Ca2+黑钨矿萤石将它的同伴F-，Cl-离子配位体全部撤换成O2-，形成钨酸根[WO4]2-，与溶液中Fe2+、Mn2+、Ca2+结合而发生沉淀（黑钨矿、白钨矿），配位体F-形成萤石，含氟电气石。实例图解阐明微量元素在各类岩浆岩中的分布以及微量元素在矿物中分配的实际规律如岩浆结晶过程中常量元素演化的顺序（鲍文反应系列）：不连续系列：MgFeMnCa连续系列：CaNaK在此过程中，微量元素地球化学行为？一种倾向是选择与自身晶体化学性质相似的造岩元素以类质同象代换方式进入它们的晶格，呈分散状态，称之为“晶体化学分散”-相容元素。另一种倾向是那些与造岩元素差别大的微量元素不利于类质同象代换，而在残余熔体中聚积。在某一阶段形成独立矿物（副矿物）或转入到岩浆期后热水溶液中富集成矿，称之为“残余富集”-不相容元素。实例3.研究微量元素在岩浆结晶过程中的性质岩浆结晶作用中微量元素地球化学行为：例：碱性岩体Be丰度7-9×10-6（高），不能形成独立矿物，酸性花岗岩岩体Be丰度3-5×10-6（低）,在酸性花岗岩中的伟晶岩脉中,却形成Be3Al2Si6O18(绿柱石)——为什么呢?是岩富成矿，还是岩贫成矿？Be2+的地球化学性质：Be2+,R2+=0.35Å，电负性1.5，离子电位()=5.71，属两性元素。在硅酸盐熔体中，与Be2+最接近的常量元素是Si4+，Be2+是以[BeO4]6-的形式对[SiO4]4-进行代换，实行这种代换需要的两个条件：第一，介质呈碱性，Be2+两性元素，介质必须在碱性条件下才能以酸根的形式存在，第二，具有高价阳离子，以补偿[BeO4]6-的类质同像代换[SiO4]4-时，电价和能量的差异。富Na，富K,介质是碱性，Be2+以铍酸根的形式[BeO4]6-存在，同时岩浆中具有较丰富的高价阳离子，Ti4+,Zr4+,REE3+等，碱性岩浆的这种条件有利于Be的类质同象代换：在长石中:[BeO4]6-+REE3+[SiO4]4-+(Na,K)+在辉石中:[BeO4]6-+Ti4+[SiO4]4-+Mg2+置换置换这样,在碱性岩岩浆中Be大量进入造岩矿物晶格而分散在岩石中,不利于Be的富集，虽碱性岩中Be丰度很高，但不能富集成矿。碱性岩浆的条件：酸性岩浆的条件：富Si介质呈酸性，Be2+呈BeO、Be2+形式。这样，不具备与[SiO4]4-类质同像代换的条件，Be无法进入造岩矿物晶格。为此,Be元素大量集中在残余熔浆中，最后在富含挥发份的花岗伟晶熔浆中成矿。表列出了在隐伏二云母碱长花岗岩接触带夕卡岩型锡矿床及其外围的震旦系地层中层状、似层状张十八铅锌矿的铅同位素组成。从铅同位素组成特征来看，锡矿和铅锌矿明显有别，一个富放射成因铅，其206Pb/204Pb、207Pb/204Pb比值高，另一个贫放射成因铅，该比值相对较低。锡矿和二云母碱长花岗岩、铅锌矿和震旦系沉积黄铁矿铅同位素组成的两两对应的现象不是偶然的，而是示踪各自不同的源区，Sn元素主要来自二云母碱长花岗岩，而Pb、Zn（Ag）等矿质主要源于基底和赋矿围岩。曾家垅锡多金属矿田金属元素面状分带实例4：铅同位素组成示踪不同成矿物质来源采样位置地质产状测定对象206Pb/204Pb207Pb/204Pb208Pb/204Pb资料来源曾家垅锡矿夕卡岩型锡矿黄铁矿（1）21.04616.60838.366江西916地质队，1986②二云母碱长花岗岩长石（1）20.71715.93038.746黑云母二长花岗岩长石（1）29.85221.45039.948张十八铅锌矿震旦系硐门组砂岩中层状、似层状铅锌矿黄铁矿（3）17.78015.61038.023卢树东，2005闪锌矿（1）17.93615.57937.896方铅矿（3）17.19615.56237.664江西修水震旦系地层（Z）灯影组硅质层黄铁矿（1）17.86615.59637.606马振东等，1996陡山沱组灰岩透镜体黄铁矿（1）17.97615.59838.059南沱组冰碛砾岩黄铁矿（1）17.99215.49137.824硐门组石英砂岩黄铁矿（1）17.84915.57437.742江西曾家垅锡多金属矿田铅同位素组成注：括号内为样品数岩浆岩对成矿作用的三大贡献：1.提供矿质（基性~超基性岩Cu、Ni硫化物矿床、深源中酸性斑岩Cu、Mo矿床、壳熔酸性花岗岩W、Sn矿床）；2.提供热能—围岩中成矿元素活化、迁移、富集地质营力（张十八Pb、Zn、Ag矿床等）；3.提供成矿热液（岩浆期后成矿热液脉状矿床）地球化学思维实例5：从蚀变围岩岩石化学成分来分析蚀变热液成分的变化讨论：1.从蚀变围岩化学成分变化，分析蚀变热液成分的变化(注:围岩+热液为封闭系统)；2.讨论蚀变热液介质性质。闪长岩弱蚀变闪长岩中等蚀变闪长岩强蚀变闪长岩K2O2.493.433.365.01FeO6.035.473.670.83MgO7.284.973.081.27CO23.732.382.850.84某地含金石英脉蚀变围岩岩石化学成分表（%）1.从原岩→强蚀变岩K+含量增加，显示了成矿热液中K+大量析出，致使溶液碱度降低，向着弱酸性转变(pH:5.14~5.03)2.而Fe2+、Mg2+从原岩到强蚀变岩急剧减少，Fe2+（Mg2+）转入热液，从而增强了溶液的还原能力，同时为金的主要载体黄铁矿的形成