成矿研究入门2[09 07.02]

1人生最终的价值在于觉醒和思考的能力，而不只在于生存。[希]亚里士多德（前384-前322）成矿研究入门王思源[2]成矿研究的基本方法2成矿研究的基本方法（一）实地观测（二）数据分析（三）综合研究（四）撰文论证3安徽庐江沙西斑岩铜金矿田勘查现场08.9.7摄4矿床特征结构小结围岩单一型（含矿岩系）复式型矿石矿物矿石脉矿物石岩屑脉石矿床矿体夹层夹石夹块主岩远矿围岩蚀变围岩蚀变近矿围岩蚀变蚀变蚀变矿化分带矿体蚀变5送样：单矿物样，全岩样。6成矿模式（metallogenicmodel）：用简明图、表，或简练语言对矿床地质特征、矿床成因和分布规律的高度综合和概括。有描述模式、成因模式、成矿控制模式等。建模基本方法：选择典型矿床其中：成矿物质——地球化学成矿作用迁移动力——地球动力富集作用——物理化学背景特征成矿条件成矿作用矿床成因成矿模式7成矿研究的基本方法(一)实地调研1．地质背景：大地构造环境，矿田地层、岩浆岩、构造2．矿床特征：含矿岩系、矿体地质（矿体、矿石）、蚀变特征3．样品问题：包括①地质背景的；②矿床特征的。取样方法：捡块取样、岩芯取样（劈芯）、刻槽取样。取样要求：①样品新鲜，未蚀变（蚀变岩分析不在此列），未风化，避免太集中，有代表性，取样目的明确。②样品编号、上图，取样点照相、素描；③室内选样、分样、制表、送样，包括全岩样、单矿物样。（二）数据分析1．岩矿鉴定（rockandoredetrmination）围岩——薄片，透明矿物矿石——光片，不透明矿物82.矿物微量元素分析（microelemetanalysis）(1)原理性质相近的元素，在某种地质-物化条件下，呈类质同象共生于某种矿物中；当这种矿物被另一种地质-物化条件所改造，共生元素则分离。例如：内生热液黄铁矿（pyrit）：（Co,Ni,Fe）（Se,S）2，当暴露到地表氧化时其性状不同：Se0(+0.74V)—→Se4+S0(+0.53V)→S4+(SO42-)迁移→FeS2↓于水盆地，还原为沉积型黄铁矿，则贫Se。所以，热液型FeS2中Ｓ／Ｓe比值小；沉积型FeS2中Ｓ／Ｓe比值大。9项目Co/NiS/Se流体类型物质来源成因正常沉积型＜120万大气水或沉积封存水陆源物质为主陆源沉积沉积改造型1—220万—2万叠加水源或混合水沉积物质叠加热液物质沉积热液改造岩浆热液型＞22万岩浆水岩浆物质为主岩浆热液充填—交代（2）应用不同成因的黄铁矿，其微量元素参数不同，以此为矿床成因判别提供一个方面的依据103.同位素组成（isotopiccomposition）分析(1)硫同位素组成自然界：32S95.1%，33S0.71%，34S4.2%，36S0.01%定义：（３４Ｓ／３２Ｓ）样－（３４Ｓ／３２Ｓ）标δ34S＝——————————————————×1000%３４Ｓ／３２Ｓ标式中：（３４Ｓ／３２Ｓ）标=0.0450005为北美洲卡扬迪阿布罗峡谷中陨石中陨硫铁FeS,代号CDT参数：地幔-下地壳δ34S≈0‰海水SO２－４：≈+20%现代里海硫化物沉淀区-20‰~-30‰11各类岩石的硫同位素组成12(2)氧同位素组成自然界：16O99.763%，O170.0375%，18O0.1995%定义:(18O/16O)样－（18O/16O）标╳δ18O样=——————————————╳１０００‰（18O/16O）标式中：①（18O/16O）标＝0.0019972大洋水均值ＳＭＯＷ②（18O/16O）标＝415.80×10–5北美洲拟箭石（化石）PDB参数：地幔－下地壳δ１８Ｏ（ＳＭＯＷ，‰）＝５~７．４Ｉ型花岗岩７．９~９．４Ｓ型花岗岩９．９~１０．５海水≈０13氧同位素PDB与SMOW标准间的换算公式：δ18O（SMOW，‰）=1.0308δ18O（PDB，‰）+30.08（奥尼尔，1972）δ１８Ｏ（ＳＭＯＷ，‰）=1.0365δ１８Ｏ（PDB，‰）+30.5（涂光炽等，1987）矿物结晶时流体水的δ18Ｏ（SMOW，‰）值计算（α为分馏常熟）：1000lnα=A×106×T―2+B1000lnα=δ18Ｏ（‰，矿物）―δ18Ｏ（‰，水）δ18Ｏ（‰，矿物）―δ18Ｏ（‰，水）=A×106×T―2+B石英—水：1000lnα=3.38×106×T―2―3.40（克莱顿，奥尼尔，1972）14石英及其形成时热流体的δ18O（smow,‰）（引自朱训《德兴斑岩铜矿》）15(3)氢同位素组成自然界１Ｈ９９．９８４４％２Ｄ０．０１％３Ｔ（放射）微量（Ｄ／Ｈ）样－（Ｄ／Ｈ）标δＤ＝—————————————×1000‰（Ｄ／Ｈ）标（Ｄ／Ｈ）标＝０．０１１２２５％大洋水均值ＳＭＯＷ参数（‰）：海水0附近岩浆水-50—-85地下热泉水–25—-12016内蒙古赤峰红花沟金矿田成矿流体δＤ-δ18o判别广西南丹芒场锡多金属矿田成矿流体δＤ-δ18o判别17(4)碳同位素组成１２Ｃ９８．８９％１３Ｃ１．１１％１４Ｃ（放射）１．２×１０－１０％δ13C＝（１３Ｃ／１２Ｃ）样－（１３Ｃ／１２Ｃ）标╳1000‰（１３Ｃ／１２Ｃ）标１３Ｃ／１２Ｃ＝１１２３．７２＊１０－５美洲拟箭石ＰＤＢ参数：陨石石墨碳－５~-８．５火山成因－４．５~-９18碳-氧同位素组成图解（综合资料）A.深源碳酸盐；B.淡水碳酸盐；C.海相碳酸盐19（5）硅同位素自然界：28Si92.27%，29Si4.68%，30Si3.05%（班布里奇和尼尔，1950）蒂利斯（1961）将硅酸盐与碳酸钠混合熔融提取硅。发现30Si/28Si的比值总变化约5‰。并建立“天然元素硅同位素比值”（图6-4）。可知，辉长岩、玄武岩较花岗岩明显富含轻硅。图6-4天然物质的硅同位素组成δ30Si（‰）（据蒂利斯，1961）20蒂利斯（1961）研究条带状伟晶岩体：长石δ30Si（‰）=0.6～2.7，由边缘向核部，其值增加。作为坐标系，Si－O（δ30Si-δ18O）同位素组成分析，将会大大改善δ30Si（‰）的单一使用的效果。21（6）氮同位素氮是大气圈及生物圈的重要组分，与生物、农业、土壤、环境等有密切关系。99%的N2富存于大气圈及部分溶解于海水中。大气圈：14N占99.64%，15N占0.36%（尼尔，1950）。15N/14N=0.0036。δ15N（‰）参考值（图6-5）：火成岩－16～31；地下水0～25；大洋水－8～10；土壤－4.4～17.0；植物－10～22；石油和煤0～15；天然气－45～45；地外物质一般－40～100；月岩－190～125；陨石－326～973；火星大气770±300（海盗号Viking火星登陆测）。肯尼卡特等（Kennicuttetal.），1992年表明，叶绿素与植物整体δ15N存在线性关系：δ15N植物=1.30δ15N叶绿素－0.4022图6-5某些含氮物质的氮同位素组成（以大气氮为标准）（引自霍夫斯，1973）23(7)铅同位素组成——————————地壳中204Pb206Pb207Pb208Pb原始原始＋放射的238U→206Pb235U→207Pb232Th→208Pb以北美洲卡扬迪阿布罗陨石铅代表45.5亿年地球形成时的铅丰度204Pb1206Pb9.46207Pb10.34208Pb29.44岩矿铅=原始铅+放射铅样品计算：204Pb=1206Pb=9.46+238U现(4.55×109eλ-eλt)207Pb=10.34+235U现(4.55×109eλˊ-eλˊt)208Pb=29.44+232Th现(4.55×109eλ″-eλ″t)24参数：A.同位素组成岩浆铅：206/204＜19.5207/204＜16208/204＜39地下水+热卤水18.77—19.9415.62—16.1138.94—40.67B.模式年龄：大于真实年龄，等于真实年龄。小于真实年龄C.特征值：µ=238U/204Pbν=235U/204Pbω=232Th/204Pbκ=232Th/238U现代上壳µ12.24—3.42现代下壳5.89—5.98现代岛弧10.87—3.64现代地幔8.92—3.572526(8)锶同位素自然界：84Sr0.56%86Sr9.8%87Sr7.20%88Sr82.56%衰变：87Rb--------→87Sr地球形成时，初始87Sr/86Sr=0.699（陨石）样品87Sr样=87Sr现+87Sr初即87Sr样=87Rb现(eλt-1)+87Sr初两端除以86Sr得(87Sr/86Sr)样=87Rb/86Sr(eλt-1)+（87Sr/86Sr）初即y=ax+b的直线方程斜率a=eλt–1tgθ=eλt+1得Rb-Sr年龄，θ角自图上量出。27初始比值计做（87Sr/86Sr）0：大洋火山岩0.7037，大陆壳0.71928锶初始比值与地质年代的相关关系29（9）钕同位素Sm–Nd法测年钐-钕年龄原理：Sm-Nd同为稀土元素，化学性质极近相同，在区域变质、气液交代、地表风化中，子体与母体同位素比值保持稳定。测年结果精确，代表成岩年龄。自然界：147Sm占钕同位素全部的15.07%，为放射性同位素。经α衰变为143Nd，丰度12.20%；144Nd，在年龄计算中，23.87%用作比值基础。147Sm→143Nd+α运用液体闪耀及数法测得147Sm衰变常数：λ=6.54×10-12年-1；ν=1.060±1011年Sm-Nd法等时线公式：143Nd143Nd147Sm————=————+————（eλt-1）144Nd∑144Nd0144Nd在已知的衰变常数中，λSm的速率最低。因此，Sm-Nd法较适合测定古老变质岩、陨石、月岩等的年龄。Sm-Nd法的取样、作图及计算方法与Rb-Sr法相同。303.包裹体研究：fluidinclusion(1)成分分析拉曼光谱法、化学分析法(2)同位素分析氢-氧同位素，碳-氧同位素(3)测温A.均一法:用透明矿物，磨制包体片，显微镜观察特征，测台测温。B.爆裂法:用于不透明矿物，破碎、筛分成60目，送测。31盐度-压力-温度图解T=TH+∆TTH为均一温度测试值；∆T为校正差值；T为校正值32（三）综合研究花岗岩类成因类型综合判别表成因类型陆内裂谷型（A）壳幔同熔型（I）陆壳重熔型（S）幔源分异型（M）岩石特征碱性花岗岩钾长石条纹发育碱长石斜长石中酸性花岗岩钾长石条纹不发育钾长斜长石酸性花岗岩钾长石条纹发育钾长石斜长石斜长花岗岩SiO2一般71%一般72%一般75%60%~75%Na2O/K2O0.724~0.8750.872~1.0610.658~0.5402.803Na/K0.68~1.331.50~1.271.00~0.824.26DI90一般80一般80SI555FeO/Fe2O30.22~2.361.51.5Al/Na+K+2Ca0.951.11.21.03δEu0.030.500.03~0.40＞1REE图式右倾尖V型阔V型狭V型平缓或右倾δ18O（SMOW)9‰10‰10‰5.2‰~6.6‰87Sr/86Sr＞0.707＞0.708＜0.708＜0.704构造环境地盾区裂谷非造山带古造山带后活动大陆边缘古岛屿弧后陆缘带碰撞带大洋岛弧大洋中脊主要矿产Nb、Ia、Be、Zr、REECu、Mo、AuNb、Ta、W、Sn、BiFe、V、Ti注：据王思源，狼山造山带喷溢成矿研究。中国地质大学出版社，1993。33（四）撰文论证列表、作图、图解、计算、编写报告；或撰写论文、指明应用方向1.矿床特征2.成矿条件3.成矿作用4.成矿规律5.实际应用：找矿、勘探、开发