地球化學(xué)——元素的地球化學(xué)遷移1

1、第三章 元素的地球化學(xué)遷移,知識(shí)銜接關(guān)系,§3-1 元素遷移的研究方法 元素的遷移是地球化學(xué)研究的核心問(wèn)題,一．元素遷移研究實(shí)例,（1）. 錫石-石英脈型礦床地質(zhì)特征,錫礦體為錫石石英脈，其根部插入花崗巖。花崗巖主體為黑云母花崗巖，礦體下部部分黑云母已白云母化-二云母花崗巖，花崗巖鈉長(zhǎng)石化。剖面中礦脈及蝕變帶具分帶結(jié)構(gòu)。礦床的分帶結(jié)構(gòu)：脈內(nèi)礦物組合：錫石-石英；脈旁為蝕變礦物組合-云英巖化：長(zhǎng)石蝕變?yōu)?/p>

2、鈉長(zhǎng)石，黑云母蝕變?yōu)榘自颇?，含蝕變礦物黃玉和螢石。,含礦脈上部，兩旁對(duì)稱發(fā)育云英巖化，向外由鈉長(zhǎng)石化和白云母化花崗巖過(guò)渡為未變質(zhì)黑云母花崗巖，在脈旁云英巖中分布有錫石、螢石和黃玉；含礦脈下部，云英巖蝕變帶的寬度變窄；鈉長(zhǎng)石化和白云母化花崗巖的寬度加大，向外過(guò)渡為未變質(zhì)的黑云母花崗巖。,（ 2 ）. 元素在巖石、礦物中的含量：一般含錫花崗巖含錫量為16-30×10-6，常見(jiàn)為18-20×10-6；不含錫花崗巖：3-

3、5×10-6。本巖體二云母花崗巖：12×10-6；黑云母花崗巖：27×10-6；上部脈旁云英巖中，近脈處含錫可達(dá)30-207×10-6，遠(yuǎn)離脈壁逐步下降；下部脈旁云英巖中錫在其中有一個(gè)狹窄的遷出帶。元素含量在脈體上方為正異常，在脈體下方為負(fù)異常。,（3）. 元素存在形式研究元素各組成礦物中分配研究：80-100%錫-黑云母中。黑云母中錫分布，含量80-400×10-6；顯微鏡下未見(jiàn)

4、錫石顆粒；黑云母單礦物碎至200-300目，用KI溶劑無(wú)法提取其中的錫；錫在黑云母中以類質(zhì)同象形式存在。黑云母發(fā)生白云母化蝕變后，白云母中錫低于黑云母。,（4）模擬實(shí)驗(yàn)研究據(jù)礦物組合和礦物成分確定實(shí)驗(yàn)體系化學(xué)組成：花崗巖自變質(zhì)發(fā)生了鈉長(zhǎng)石化，系統(tǒng)富鈉；在礦脈旁的蝕變礦物中出現(xiàn)富氟礦物，實(shí)驗(yàn)體系應(yīng)相對(duì)富氟。礦脈上部礦物組合顯示有K、Ca、Na帶入，下部礦物組合顯示 有Na置換Ca。礦物中包裹體成分及均一溫度測(cè)定，成礦溶液富Na、F

5、、K、（OH）、Cl和HCO3-，溶液pH值為6-8.3，成礦溫度為250-300?C。,模擬包裹體成分配制溶液，SnO2作試料，300?C、500×105Pa，SnO2溶解實(shí)驗(yàn)；pH?8，SnO2大量溶解，呈?Sn(F,OH)6?2- 形式；pH ? 7.5 時(shí)，SnO2從溶液中析出，同時(shí)釋放出HF;由實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析錫沉淀過(guò)程為： Na2?Sn(F,OH)6?2- ?SnO2＋HF＋2Na(OH),錫石－石英脈型

6、熱液錫礦床成礦的化學(xué)模型：1.含錫花崗巖的鈉長(zhǎng)石化、白云母化作用與錫的活化遷移黑云母含Sn: 80-400ppm; 類質(zhì)同象置換方式：Li++ Sn4+→Mg2++ Fe3+活化反應(yīng)，白云母化：Sn-Bi + K+=Ms + +Sn4+ +(Fe,Mg)2+,2、錫遷移的絡(luò)合物形式富Na+、F-的堿性高溫?zé)嵋褐校篘a2[Sn(F6-xOH)x] = SnO2 + 2NaF + 2HF3、含錫云英巖脈的礦物組合：錫石－

7、石英脈的形成；,4、錫石礦物沉淀和富集的機(jī)理:不斷消耗HF，使反應(yīng)正向進(jìn)行： 3K[AlSi3O8] + 2HF= KAl2[AlSi3O10](OH) + 2KF + 6SiO2 鉀長(zhǎng)石 白云母 石英 3K[AlSi3O8] + 4HF = Al2[SiO4]F2 + 5SiO2 + 2

8、KF + H2O 鉀長(zhǎng)石 黃玉 石英 形成一個(gè)有制約關(guān)系的成礦反應(yīng)體系持續(xù)進(jìn)行，則能形成大礦,第一階段： 花崗巖發(fā)生自變質(zhì)作用—長(zhǎng)石鈉長(zhǎng)石化，黑云母蝕變?yōu)榘自颇?，溫度和壓力條件為T?300?C和pH?8。長(zhǎng)石和黑云母析出Fe、Mg和Sn，Sn溶解進(jìn)入溶液以氟錫絡(luò)合物形式存在。第二階段：沿壓力降低的方向，氟錫絡(luò)合物隨溶液運(yùn)移，在溫度、p

9、H變化不大的條件下，氟錫絡(luò)合物穩(wěn)定遷移。第三階段：當(dāng)T?300?C和 pH ? 7.5 時(shí)，氟錫絡(luò)合物水解，析出錫石同時(shí)，在礦脈內(nèi)和近脈圍巖中結(jié)晶螢石、黃玉、毒砂、電氣石等礦物。,Sn的活化與地球化學(xué)遷移,一．元素遷移研究實(shí)例：1．元素地球化學(xué)遷移的一般概念 在自然地質(zhì)和地球化學(xué)作用中，元素由一種賦存狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N賦存狀態(tài)，并常伴隨元素組合和分布特征變化、以及空間位移的作用稱為地球化學(xué)遷移。 元素遷移是一種自然物理化

10、學(xué)變化，受元素的性質(zhì)和環(huán)境條件控制。元素遷移的過(guò)程反映地質(zhì)和成礦現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)，即地球化學(xué)機(jī)理。,2. 元素地球化學(xué)遷移過(guò)程活化（解體）─遷移（空間位移，伴隨存在形式變化）─重新結(jié)合（沉淀、結(jié)晶）,3. 元素遷移的類型 （1）化學(xué)和物理化學(xué)遷移─硅酸鹽熔體遷移，水溶液遷移，氣態(tài)遷移； （2）生物和生物化學(xué)遷移─與生物活動(dòng)有關(guān)，如光合作用、生物還原（硫）作用等； （3）機(jī)械遷移─巖屑，礦物碎屑物質(zhì)遷移活動(dòng)經(jīng)常是多種遷

11、移形式的綜合，地球化學(xué)研究元素化學(xué)和物理化學(xué)遷移。,元素的遷移現(xiàn)象可以通過(guò)現(xiàn)代測(cè)試手段進(jìn)行觀察:測(cè)定作用前后元素賦存狀態(tài)、組合和含量的變化。引用基礎(chǔ)科學(xué)理論和方法進(jìn)行綜合分析，在一定的條件下可以進(jìn)行定量計(jì)算、建立作用的數(shù)學(xué)模型，定量研究元素的遷移。,4． 高溫下元素遷移和成礦化學(xué)作用機(jī)制研究實(shí)例 -巴爾蘇科夫?qū)﹀a礦脈的研究(1968) 錫石-石英脈型熱液礦床系統(tǒng)的地球化學(xué)研究，元素遷移成礦的化學(xué)作用機(jī)制。

12、 通過(guò)地質(zhì)及實(shí)驗(yàn)研究對(duì)錫礦床的認(rèn)識(shí),二．元素遷移的觀察和研究方法1．實(shí)際觀察地質(zhì)體和礦化體礦物組成、元素含量和賦存狀態(tài)： 從實(shí)際觀察資料出發(fā)，占有地質(zhì)和成礦作用的信息，特別是注意作用前后的以上各種地球化學(xué)特征的變化，追蹤一個(gè)過(guò)程；如上例2．建立地質(zhì)成礦作用的化學(xué)反應(yīng)方程式： ①根據(jù)觀察列出作用前后的礦物發(fā)生的變化：如肉眼和薄片觀察可見(jiàn)：斜長(zhǎng)石 → 絹云母,②寫出化學(xué)反應(yīng)方程式，加入流體相：NaAlSi3O

13、8-CaAl2Si2O8 + 2H++ K+ =斜長(zhǎng)石 （帶入流體相） KAl2[AlSi3O10](OH)2 +2SiO2 + Na+ +Ca2+;絹云母 石英 （殘余流體相） 配平化學(xué)反應(yīng)方程：加入流體相和配平反應(yīng)方程，使化學(xué)模型研究得到唯一解。如果所觀察到的反應(yīng)是所研究作用的主體，則該反應(yīng)代表地質(zhì)成礦過(guò)程的總體特

14、征和條件 。,3. 成巖成礦反應(yīng)類型和物質(zhì)來(lái)源的條件分析 a. 流體相交代原有礦物，有交代殘余－ 圍巖蝕變反應(yīng)、自變質(zhì)交代。 b. 流體相帶入，物質(zhì)間反應(yīng)發(fā)生沉淀－熱液脈礦石、化學(xué)沉積巖等。 c. 流體相控制主體反應(yīng)，無(wú)固相產(chǎn)物－流體包裹體蹤跡 。,蝕變條件的判斷 1．鉀長(zhǎng)石的絹云母化和高嶺石化是水解反應(yīng)，鉀長(zhǎng)石與水中的H+反應(yīng)，形成含水的絹云母和高嶺石；在酸性條件下更為有利。 2

15、．絹云母化的溫度為550－150℃；>360℃形成葉蠟石，< 360℃形成高嶺石。 3．在一定溫度條件下，反應(yīng)方向受體系中K+/H+濃度的比值控制：在高溫偏堿性條件下鉀長(zhǎng)石更穩(wěn)定，在高溫偏酸性條件下出現(xiàn)絹云母－葉蠟石組合；在低溫偏酸性條件下為絹云母－高嶺石組合。,三．研究元素遷移的三個(gè)理論層次1．化學(xué)模型：總結(jié)出地質(zhì)成礦作用的化學(xué)機(jī)理－定性或半定量的關(guān)系；2．熱力學(xué)模型：進(jìn)行定量的熱力學(xué)計(jì)算，編制出說(shuō)明研究區(qū)作用機(jī)制的