地球化學——元素的地球化學遷移1

1、第三章 元素的地球化學遷移,知識銜接關系,§3-1 元素遷移的研究方法 元素的遷移是地球化學研究的核心問題,一．元素遷移研究實例,（1）. 錫石-石英脈型礦床地質特征,錫礦體為錫石石英脈，其根部插入花崗巖?；◢弾r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，花崗巖鈉長石化。剖面中礦脈及蝕變帶具分帶結構。礦床的分帶結構：脈內礦物組合：錫石-石英；脈旁為蝕變礦物組合-云英巖化：長石蝕變?yōu)?/p>

2、鈉長石，黑云母蝕變?yōu)榘自颇?，含蝕變礦物黃玉和螢石。,含礦脈上部，兩旁對稱發(fā)育云英巖化，向外由鈉長石化和白云母化花崗巖過渡為未變質黑云母花崗巖，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；鈉長石化和白云母化花崗巖的寬度加大，向外過渡為未變質的黑云母花崗巖。,（ 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30-207×10-6，遠離脈壁逐步下降；下部脈旁云英巖中錫在其中有一個狹窄的遷出帶。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

4、錫石顆粒；黑云母單礦物碎至200-300目，用KI溶劑無法提取其中的錫；錫在黑云母中以類質同象形式存在。黑云母發(fā)生白云母化蝕變后，白云母中錫低于黑云母。,（4）模擬實驗研究據礦物組合和礦物成分確定實驗體系化學組成：花崗巖自變質發(fā)生了鈉長石化，系統富鈉；在礦脈旁的蝕變礦物中出現富氟礦物，實驗體系應相對富氟。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溶解實驗；pH?8，SnO2大量溶解，呈?Sn(F,OH)6?2- 形式；pH ? 7.5 時，SnO2從溶液中析出，同時釋放出HF;由實驗結果分析錫沉淀過程為： 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模型：1.含錫花崗巖的鈉長石化、白云母化作用與錫的活化遷移黑云母含Sn: 80-400ppm; 類質同象置換方式：Li++ Sn4+→Mg2++ Fe3+活化反應，白云母化：Sn-Bi + K+=Ms + +Sn4+ +(Fe,Mg)2+,2、錫遷移的絡合物形式富Na+、F-的堿性高溫熱液中：Na2[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理:不斷消耗HF，使反應正向進行： 3K[AlSi3O8] + 2HF= KAl2[AlSi3O10](OH) + 2KF + 6SiO2 鉀長石 白云母 石英 3K[AlSi3O8] + 4HF = Al2[SiO4]F2 + 5SiO2 + 2

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

9、H變化不大的條件下，氟錫絡合物穩(wěn)定遷移。第三階段：當T?300?C和 pH ? 7.5 時，氟錫絡合物水解，析出錫石同時，在礦脈內和近脈圍巖中結晶螢石、黃玉、毒砂、電氣石等礦物。,Sn的活化與地球化學遷移,一．元素遷移研究實例：1．元素地球化學遷移的一般概念 在自然地質和地球化學作用中，元素由一種賦存狀態(tài)轉變?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遷移。 元素遷移是一種自然物理化

10、學變化，受元素的性質和環(huán)境條件控制。元素遷移的過程反映地質和成礦現象的實質，即地球化學機理。,2. 元素地球化學遷移過程活化（解體）─遷移（空間位移，伴隨存在形式變化）─重新結合（沉淀、結晶）,3. 元素遷移的類型 （1）化學和物理化學遷移─硅酸鹽熔體遷移，水溶液遷移，氣態(tài)遷移； （2）生物和生物化學遷移─與生物活動有關，如光合作用、生物還原（硫）作用等； （3）機械遷移─巖屑，礦物碎屑物質遷移活動經常是多種遷

11、移形式的綜合，地球化學研究元素化學和物理化學遷移。,元素的遷移現象可以通過現代測試手段進行觀察:測定作用前后元素賦存狀態(tài)、組合和含量的變化。引用基礎科學理論和方法進行綜合分析，在一定的條件下可以進行定量計算、建立作用的數學模型，定量研究元素的遷移。,4． 高溫下元素遷移和成礦化學作用機制研究實例 -巴爾蘇科夫對錫礦脈的研究(1968) 錫石-石英脈型熱液礦床系統的地球化學研究，元素遷移成礦的化學作用機制。

12、 通過地質及實驗研究對錫礦床的認識,二．元素遷移的觀察和研究方法1．實際觀察地質體和礦化體礦物組成、元素含量和賦存狀態(tài)： 從實際觀察資料出發(fā)，占有地質和成礦作用的信息，特別是注意作用前后的以上各種地球化學特征的變化，追蹤一個過程；如上例2．建立地質成礦作用的化學反應方程式： ①根據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：斜長石 → 絹云母,②寫出化學反應方程式，加入流體相：NaAlSi3O

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

14、征和條件 。,3. 成巖成礦反應類型和物質來源的條件分析 a. 流體相交代原有礦物，有交代殘余－ 圍巖蝕變反應、自變質交代。 b. 流體相帶入，物質間反應發(fā)生沉淀－熱液脈礦石、化學沉積巖等。 c. 流體相控制主體反應，無固相產物－流體包裹體蹤跡 。,蝕變條件的判斷 1．鉀長石的絹云母化和高嶺石化是水解反應，鉀長石與水中的H+反應，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石更穩(wěn)定，在高溫偏酸性條件下出現絹云母－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理論層次1．化學模型：總結出地質成礦作用的化學機理－定性或半定量的關系；2．熱力學模型：進行定量的熱力學計算，編制出說明研究區(qū)作用機制的