用地球化學(xué)思維指導(dǎo)找礦-馬振東

1、講座(jingzu)目錄第一講：用地球化學(xué)思維指導(dǎo)(zhdo)找礦第二講：中國銅礦資源量預(yù)測地球化學(xué)方法理論基礎(chǔ)第三講：建立地質(zhì)、地球化學(xué)找礦模型二零一二年十二月十二日共三十三頁第一講：用地球化學(xué)(d qi hu xu)思維指導(dǎo)找礦中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）地球化學(xué)(d qi hu xu)研究所2012年12月共三十三頁目 錄 地球化學(xué)思維(swi)指導(dǎo)找礦 一、什么是地球化學(xué)思維？ 二、地球化學(xué)思維指導(dǎo)找礦的五個(gè)實(shí)例共三十三頁一、什么是地球化學(xué)(d qi hu xu)思維？那就是在成礦作用過程中形成宏觀地質(zhì)體（控礦構(gòu)造、含礦巖漿巖、礦源層、礦體礦石、蝕變圍巖、表生土壤等）的同時(shí)，還形成大量肉眼(r

2、uyn)難以辨別的成礦元素（ 元素活動(dòng)態(tài)）、同位素成分的組合微觀蹤跡，他們包含著重要的定性和定量的成礦作用信息，只要應(yīng)用現(xiàn)代測試手段分析這些微觀蹤跡，便可揭示成礦作用的奧秘。通過觀察成礦元素之微，以求認(rèn)識(shí)成礦作用之著。共三十三頁地球化學(xué)(d qi hu xu)思維找礦的特點(diǎn)第一個(gè)特點(diǎn)，由于地球化學(xué)本質(zhì)上是屬于地球科學(xué)，所以其工作方法應(yīng)遵循地球科學(xué)的思維途徑，歸納一下有以下幾個(gè)方面：(1)第一手實(shí)際資料來自于對(duì)自然地質(zhì)現(xiàn)象(xinxing)的觀察和研究； (2)在地球的時(shí)空結(jié)構(gòu)中整理和綜合資料； (3)事實(shí)規(guī)律的統(tǒng)計(jì)性特征； (4)反序地追蹤歷史； (5)結(jié)論的推斷性和多解性以及認(rèn)識(shí)的反復(fù)深化。

3、 等等 共三十三頁第二個(gè)特點(diǎn)，要求每個(gè)地球化學(xué)工作者有一個(gè)(y )敏銳的地球化學(xué)思維，也就是要善于識(shí)別隱藏在各種現(xiàn)象中的地球化學(xué)信息，從而揭示地質(zhì)現(xiàn)象的奧秘（見圖）。第三個(gè)特點(diǎn)是：具備有定性和定量測定元素含量及鑒別物相的技術(shù)和裝置。共三十三頁實(shí)例(shl)：現(xiàn)象如右圖：石英鈾礦脈產(chǎn)在花崗巖頂部裂隙中；石英脈切穿煌斑巖脈地段(ddun)鈾礦化富集；兩側(cè)花崗巖圍巖中長石發(fā)生紅化。這些現(xiàn)象中隱藏著哪些地球化學(xué)信息呢？瀝青鈾礦煌斑巖脈共三十三頁 實(shí)例(shl)分析：首先，在巖體頂部的開放裂隙(li x)中，氧化條件充分，U為+6價(jià)的鈾銑絡(luò)離子UO22+，與其他元素結(jié)合成絡(luò)合物，它的溶解能力強(qiáng)，在溶液中

4、遷移。其次，當(dāng)遇到煌斑巖脈（煌斑巖是一種暗色礦物含量高的脈巖，其中黑云母，角閃石中含有低價(jià)的Fe2+、Mn2+、Mg2+）時(shí)就發(fā)生氧化還原反應(yīng)：U6+ + 2Fe2+ U4+ + 2Fe3+ UO2 U4+不穩(wěn)定，與O結(jié)合生成瀝青鈾礦（UO2 ）沉淀下來！紅化是鈾從搬運(yùn)狀態(tài)轉(zhuǎn)化為沉淀狀態(tài)的標(biāo)志;從這些信息中了解了這些現(xiàn)象形成的地球化學(xué)機(jī)制。共三十三頁實(shí)例(shl)Flash圖解：共三十三頁 二、用地球化學(xué)思維指導(dǎo)找礦的五個(gè)實(shí)例 實(shí)例1.元素的地球化學(xué)遷移的機(jī)制 含Sn花崗巖182010-6（為酸性巖Sn含量的4-6倍）?；◢弾r是否是Sn的成礦母巖？ 研究思路： 進(jìn)行Sn在花崗巖各組成礦物的分配

5、和賦存形式的研究。 Sn在花崗巖各組成礦物的分配：80-100%的Sn集中在黑云母中，黑云母中Sn含量高達(dá)80-100 300-40010-6；長石(chn sh)、石英中基本不含Sn。 Sn在黑云母中的賦存形式？用顯微鏡（電子顯微鏡）觀察未發(fā)現(xiàn)SnO2微粒；200目黑云母二碘甲烷重液在離心機(jī)上分離，再分析黑云母中Sn含量，沒有變化。共三十三頁前蘇聯(lián)遠(yuǎn)東地區(qū)錫石(x sh)石英脈請(qǐng)以此圖為例分析Sn元素地球化學(xué)(d qi hu xu)遷移前后的變化。共三十三頁Sn可能進(jìn)入黑云母晶格 Li+ + Sn4+ Mg2+ + Fe3+ 0.78 0.74 0.78 0.64 (埃)Sn是如何從黑云母中

6、萃取出來富集成礦的呢？深部花崗巖經(jīng)受了自變質(zhì)作用：長石 鈉長石化，黑云母白云母化；鈉長石化、白云母化花崗巖Sn12ppm；白云母中Sn的含量也大大低于未自變質(zhì)的黑云母中Sn的含量；對(duì)白云母研磨后的 離心(lxn)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)SnO2微粒。共三十三頁以上事實(shí)(shsh)說明：黑云母在白云化過程中，晶格破壞，Al3+ + Fe3+ 2Fe2+ + Mg2+ （白云母）交代 （黑云母）Sn從黑云母晶格中析出，一部分形成SnO2微粒，一部分被自變質(zhì)熱液萃取帶走。從而在深部形成了Sn的低值區(qū)（10-60g/M3），遷移(qiny)至上部裂隙時(shí)，由于物理化學(xué)條件的變化，形成了SnO2的沉淀！富集成礦。 Sn

7、的賦存形式發(fā)生變化； “三要素” Sn的含量在空間上發(fā)生位移； 遷移前后物理化學(xué)條件的變化。共三十三頁實(shí)例2.金屬元素遷移(qiny)的形式絡(luò)合物共三十三頁元素(yun s)易溶絡(luò)合物及其穩(wěn)定性NaAgCl2的溶解度大，從而大大增強(qiáng)(zngqing)了Ag在溶液中的遷移能力。研究表明：在自然界的水溶液中，許多重金屬元素是在一定的條件下形成易溶的，具有一定穩(wěn)定性的絡(luò)合物的形式進(jìn)行遷移的。在含Cl-的水溶液中，Ag+是極不穩(wěn)定的，會(huì)很快形成難溶的AgCl白色沉淀:Ag+ + Cl- AgCl當(dāng)溶液中再加入少量的NaCl時(shí)，白色沉淀立即消失。其原因是:AgCl + Cl- AgCl2-AgCl2-

8、+ Na+ NaAgCl2 共三十三頁絡(luò)合物的類型(lixng)對(duì)于地球化學(xué)來說，在自然界重要的絡(luò)合物有兩類：(1) 無機(jī)絡(luò)合物：由一個(gè)中心陽離子和若干個(gè)配位體（可以是離子、絡(luò)離子和分子）組成，每個(gè)配位體中只有一個(gè)原子與中心陽離子形成配價(jià)鍵。在自然界這類配位體有：Cl-、F-、O2-、S2-、OH-、HS-、HCO3-、 CO32-、SO42-、H2O、NH3、Br-、I-、CN-等。例如(lr)：Sn元素在自然界內(nèi)生成礦作用中常以Na2SnF6 的形式遷移：共三十三頁(2) 有機(jī)絡(luò)合物（螯合物）：是具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)(jigu)的配位化合物，配位體大多是有機(jī)物質(zhì)：COO-， NH2，RS-，ROH

9、，RO-，膠狀高分子有機(jī)酸、腐殖酸等（R是有機(jī)分子團(tuán)）。有機(jī)絡(luò)合物的特征是：一個(gè)配位體至少提供兩個(gè)配位原子與中心離子成鍵，使每個(gè)配位體與中心離子形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)。例如：在自然界，具環(huán)狀結(jié)構(gòu)的有機(jī)絡(luò)合物一般比較穩(wěn)定，在表生作用中有機(jī)絡(luò)合物是一些重金屬元素遷移的主要形式。 共三十三頁地球化學(xué)思維實(shí)例(shl)2分析:江西修水香爐山鎢礦 石英黑鎢礦脈產(chǎn)在花崗巖裂 隙帶中 ； 工程揭露表明，石英脈下部密集硫化物PbS、FeS2)等，而在石英脈上部黑鎢礦(Fe.Mn)WO4明顯富集； 黑鎢礦富集處兩側(cè)圍巖(wi yn)中具螢石化和含氟電氣石化。共三十三頁討論： W元素可能的遷移形式； 為什么會(huì)形成(xngc

10、hng)下部硫化物和上部黑鎢礦空間分帶？ 在與灰?guī)r的接觸帶還可能形成什么巖石和礦化？分析：1) 從黑鎢礦富集處兩側(cè)圍巖中蝕變礦物（CaF2 ，含氟電氣石)成分推測，W6+在熱液中遷移形式：(K.Na)2WO3F2或(K，Na)2WO3Cl2.而它們的沉淀環(huán)境是需要較富氧的環(huán)境才能形成WO42-化合物的沉淀. 2) 早期，深部裂隙中含礦熱液中有較多量的S2-存在（H2S) ，這時(shí)O2-是不足的，由于硫化物的溶度積很低溶液共三十三頁中Pb2+，Zn2+，Cu2+只需很低的濃度就能形成硫化物沉淀; 而鎢仍呈絡(luò)合物形式在溶液中遷移。3) 晚期，溶液運(yùn)移到淺部裂隙帶，游離氧的濃度大大增加，促使絡(luò)合物離解

11、: WO3F2 2- + O2- WO42- +2F- Fe2+ Mn2+ Ca2+ 黑鎢礦 螢石將它的同伴F-，Cl- 離子配位體全部撤換成 O2-，形成鎢酸根WO4 2-，與溶液中Fe2+、Mn2+、Ca2+結(jié)合(jih)而發(fā)生沉淀（黑鎢礦、白鎢礦），配位體F- 形成螢石， 含氟電氣石。共三十三頁實(shí)例(shl)圖解共三十三頁 闡明微量元素在各類巖漿巖中的分布以及微量元素在礦物中分配的實(shí)際規(guī)律 如巖漿結(jié)晶(jijng)過程中常量元素演化的順序（鮑文反應(yīng)系列 ）： 不連續(xù)系列：MgFe Mn Ca 連續(xù)系列： Ca Na K 在此過程中，微量元素地球化學(xué)行為？一種傾向是選擇與自身晶體化學(xué)性質(zhì)相

12、似的造巖元素以類質(zhì)同象代換方式進(jìn)入它們的晶格，呈分散狀態(tài)，稱之為“晶體化學(xué)分散”-相容元素。另一種傾向是那些與造巖元素差別大的微量元素不利于類質(zhì)同象代換，而在殘余熔體中聚積。在某一階段形成獨(dú)立礦物（副礦物）或轉(zhuǎn)入到巖漿期后熱水溶液中富集成礦，稱之為“殘余富集”-不相容元素。實(shí)例3.研究(ynji)微量元素在巖漿結(jié)晶過程中的性質(zhì)共三十三頁巖漿結(jié)晶(jijng)作用中微量元素地球化學(xué)行為：例：堿性巖體 Be豐度7-910-6（高），不能形成獨(dú)立礦物，酸性(sun xn)花崗巖巖體Be豐度3-5 10-6（低）, 在酸性花崗巖中的偉晶巖脈中,卻形成Be3Al2Si6O18 (綠柱石) 為什么呢?是巖

13、富成礦，還是巖貧成礦？共三十三頁Be2+的地球化學(xué)(d qi hu xu)性質(zhì)：Be2+, R2+=0.35，電負(fù)性1.5，離子電位() =5.71 ，屬兩性元素。在硅酸鹽熔體中，與Be2+最接近的常量(chngling)元素是Si 4+ ， Be2+是以BeO46- 的形式對(duì)SiO44-進(jìn)行代換， 實(shí)行這種代換需要的兩個(gè)條件：第一，介質(zhì)呈堿性，Be2+兩性元素，介質(zhì)必須在堿性條件下才能以酸根的形式存在，第二，具有高價(jià)陽離子，以補(bǔ)償BeO46-的類質(zhì)同像代換SiO44-時(shí)， 電價(jià)和能量的差異。共三十三頁富Na，富K, 介質(zhì)是堿性，Be2+以鈹酸根的形式BeO46- 存在，同時(shí)巖漿中具有較豐富(

14、fngf)的高價(jià)陽離子，Ti4+, Zr4+, REE3+等，堿性巖漿的這種條件有利于Be的類質(zhì)同象代換：在長石中: BeO46- + REE3+ SiO44 - + (Na,K)+在輝石中: BeO46- +Ti4+ SiO44 - + Mg2+ 這樣,在堿性巖巖漿(ynjing)中Be大量進(jìn)入造巖礦物晶格而分散在巖石中, 不利于Be的富集，雖堿性巖中Be豐度很高，但不能富集成礦。堿性巖漿的條件：共三十三頁酸性巖漿(ynjing)的條件：富Si介質(zhì)呈酸性，Be2+呈BeO、Be2+形式。 這樣，不具備與SiO44-類質(zhì)同像代換的條件， Be無法進(jìn)入造巖礦物(kungw)晶格。為此, Be元素

15、大量集中在殘余熔漿中，最后在富含揮發(fā)份的花崗偉晶熔漿中成礦。共三十三頁 表列出了在隱伏二云母(ynm)堿長花崗巖接觸帶夕卡巖型錫礦床及其外圍的震旦系地層中層狀、似層狀張十八鉛鋅礦的鉛同位素組成。從鉛同位素組成特征來看，錫礦和鉛鋅礦明顯有別，一個(gè)富放射成因鉛，其206Pb/204Pb、207Pb/204Pb比值高，另一個(gè)貧放射成因鉛，該比值相對(duì)較低。錫礦和二云母堿長花崗巖、鉛鋅礦和震旦系沉積黃鐵礦鉛同位素組成的兩兩對(duì)應(yīng)的現(xiàn)象不是偶然的，而是示蹤各自不同的源區(qū)，Sn元素主要來自二云母堿長花崗巖，而Pb、Zn（Ag）等礦質(zhì)主要源于基底和賦礦圍巖。 曾家垅錫多金屬礦田金屬元素面狀分帶實(shí)例(shl)4：

16、鉛同位素組成示蹤不同成礦物質(zhì)來源共三十三頁采樣位置地質(zhì)產(chǎn)狀測定對(duì)象206Pb/204Pb207Pb/204Pb208Pb/204Pb資料來源曾家垅錫礦夕卡巖型錫礦黃鐵礦（1）21.04616.60838.366江西916地質(zhì)隊(duì)，1986二云母堿長花崗巖長石（1）20.71715.93038.746黑云母二長花崗巖長石（1）29.85221.45039.948張十八鉛鋅礦震旦系硐門組砂巖中層狀、似層狀鉛鋅礦黃鐵礦（3）17.78015.61038.023盧樹東，2005閃鋅礦（1）17.93615.57937.896方鉛礦（3）17.19615.56237.664江西修水震旦系地層（Z）燈影組硅

17、質(zhì)層黃鐵礦（1）17.86615.59637.606馬振東等，1996陡山沱組灰?guī)r透鏡體黃鐵礦（1）17.97615.59838.059南沱組冰磧礫巖黃鐵礦（1）17.99215.49137.824硐門組石英砂巖黃鐵礦（1）17.84915.57437.742江西(jin x)曾家垅錫多金屬礦田鉛同位素組成注：括號(hào)(kuho)內(nèi)為樣品數(shù)共三十三頁巖漿巖對(duì)成礦作用的三大(sn d)貢獻(xiàn)：1.提供礦質(zhì)（基性超基性巖Cu、Ni硫化物礦床、深源中酸性斑巖Cu、Mo礦床、殼熔酸性花崗巖W、Sn礦床）； 2.提供熱能圍巖(wi yn)中成礦元素活化、遷移、富集地質(zhì)營力（張十八Pb、Zn、Ag礦床等）； 3

18、.提供成礦熱液（巖漿期后成礦熱液脈狀礦床）共三十三頁地球化學(xué)思維實(shí)例5：從蝕變圍巖巖石化學(xué)成分(chng fn)來分析蝕變熱液成分(chng fn)的變化討論：1. 從蝕變圍巖化學(xué)成分變化，分析(fnx)蝕變熱液成分的變化(注: 圍巖+熱液為封閉系統(tǒng))；2. 討論蝕變熱液介質(zhì)性質(zhì)。 閃長巖弱蝕變閃長巖中等蝕變閃長巖強(qiáng)蝕變閃長巖K2O2.493.433.365.01FeO6.035.473.670.83MgO7.284.973.081.27CO23.732.382.850.84某地含金石英脈蝕變圍巖巖石化學(xué)成分表（%）共三十三頁 1. 從原巖強(qiáng)蝕變巖 K+ 含量(hnling)增加， 顯示了成礦熱液中K+ 大量析出， 致使溶液堿度降低， 向著弱酸性轉(zhuǎn)變(pH:5.145.03) 2. 而Fe2+、Mg2+ 從原巖到強(qiáng)蝕變巖急劇減少，F(xiàn)e2+（Mg2+）轉(zhuǎn)入熱液，從而增強(qiáng)了溶液的還原能力，同時(shí)為金的主要載體黃鐵礦的形成提供了充足的Fe2+，促使金絡(luò)合物的急劇分解及金的沉淀：2AuS-+2Fe2+FeS2黃鐵礦）+Au0（自然金）+Au+ 3. 隨著減壓沸騰，CO2等揮發(fā)分大量進(jìn)入溶液，可迅速減低各種絡(luò)合物的溶解度，有利于金等元素的沉淀。分析(fnx)共三十三頁謝謝(xi xie)大家！共三十三頁內(nèi)容摘要講座目錄。第三個(gè)特點(diǎn)是：具備有定性和定量測定元素(