化學(xué)成礦學(xué)精品課件

1、化學(xué)成礦學(xué)第1頁，共103頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)48分，星期二問題的提出第2頁，共103頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)48分，星期二The geology of mineral depositsEconomic Geology-three aspects:Scientific study-an understanding of known mineral deposits in terms of their distribution, characteristics and genesisExploration-discovery and evaluation of new m

2、ineral depositsExploitation-investigation of a deposit being mined for maintaining adequate reserves and optimum grade第3頁，共103頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)48分，星期二本課程重點(diǎn)討論上述任務(wù)的第一項,也是最基本的任務(wù).涉及以下問題:What is ore deposit?Where are ore deposits come from?How deposits were formed?How variable are the characteristics of

3、given class of deposits?Were some geologic environments particularly favorable for the emplacement of these deposits?第4頁，共103頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)48分，星期二What were the controls of mineralization?What ore-forming processes were involved?Do we understanding the deposits well enough to formulate a generaliz

4、ed genetic model that would account for the observed characteristics, be compatible with the crustal evolution in space and time, and serve as a discriminating exploration guide for this of deposits? 第5頁，共103頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)48分，星期二Metallogeny:The study of the genesis of mineral deposits, with empha

5、sis on their relationships in space and time to geological features of earths crust.Chemical Metallogeny:Application of the geochemical knowledge and principles to the understanding of the nature and origin of mineral occurrences and ore-forming processes.It is a processes-orientated discipline.第6頁，

6、共103頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)48分，星期二成礦作用ore-forming processes在地球演化過程中,使分散在地殼和上地幔中的化學(xué)元素在一定地質(zhì)環(huán)境中相對富集而形成礦床的作用.是地質(zhì)作用的一部分.第7頁，共103頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)48分，星期二Ore-forming processesExtraction of the constituentsTransport of the constituents in a fluid medium from the source region to the site of depositionLocalization

7、 of the constituents at certain favorable sites Metallogeny-Chemical Metallogeny 第8頁，共103頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)48分，星期二化學(xué)成礦學(xué)Chemical Metallogeny從礦床形成的化學(xué)機(jī)理角度研究礦床特別是金屬礦床成礦作用的學(xué)科-研究礦床形成的化學(xué)機(jī)理.成礦作用地球化學(xué)Geochemistry of ore-forming processes.第9頁，共103頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)48分，星期二為什么地殼中某一部分比其它地方更為富集某種礦床？為什么南非Witwatersran

8、d盆地和Bushveld雜巖體如此富集Au,Cr和Pt組元素？前者Au儲量達(dá)4.8萬噸，其中Welkom Basal一條礦脈Au的儲量就達(dá)6500噸，是一個超巨型礦床.后者Cr儲量34億噸。第10頁，共103頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)48分，星期二為什么加拿大Sudbury如此富Ni？而南美洲安第斯山脈如此富集大型斑巖銅礦床？為什么我國南嶺地區(qū)如此富W、Sn?而膠東地區(qū)則特別富Au?為什么相當(dāng)數(shù)量的礦床都與巖漿作用和熱液作用有關(guān)？為什么埃達(dá)克巖與許多大型Au、Cu、Mo礦床的形成密切相關(guān)？ 第11頁，共103頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)48分，星期二礦床的形成是地球特別是地殼中一

9、種自然地質(zhì)作用過程。金屬礦床的形成實質(zhì)上是地球和地殼中金屬元素富集的過程。因此元素在地球特別是元素在地殼中的含量-克拉克值，是元素富集的基本約束。元素富集成礦的難易、能力以及所需的能量等都直接與元素的克拉克值有關(guān)。第12頁，共103頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)48分，星期二關(guān)于本課程的性質(zhì)第13頁，共103頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)48分，星期二化學(xué)成礦學(xué)回答為什么在地球和地質(zhì)體演化的特定時間和特定空間會發(fā)生金屬元素的集中堆積作用？觸發(fā)和誘導(dǎo)這種特殊地質(zhì)作用發(fā)生的物理化學(xué)機(jī)理是什么？金屬元素富集成礦經(jīng)歷了怎樣的地質(zhì)和化學(xué)作用過程？最終是什么樣的化學(xué)機(jī)理使得金屬大量卸載并淀積成礦？

10、等等。第14頁，共103頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)48分，星期二成礦作用是一類特殊的地質(zhì)作用。凡是能夠形成金屬元素巨量和高強(qiáng)度堆積的地質(zhì)作用都可以稱為成礦作用。由于成礦元素(除常量元素中的Fe和Al外)都是微跡或稀缺元素(scarce elements)。多數(shù)元素在造巖礦物中呈固溶體形式，或廣泛分布于難熔礦物或溶解度極低的副礦物中。賤金屬、半金屬和貴金屬等與占地殼質(zhì)量大部分的常量元素親合力小，大多數(shù)被排擠出造巖礦物固溶體，可以分配進(jìn)入流體相，最終形成自己的獨(dú)立礦物。第15頁，共103頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)48分，星期二化學(xué)成礦學(xué)的基本思路1. 地球和地殼中地質(zhì)體的有序分異作

11、用是元素富集成礦的主要約束；成礦作用的本質(zhì)是元素分布的有序化，形成的礦床是自然無機(jī)界最高演化程度的產(chǎn)物。2. 輸運(yùn)成礦物質(zhì)的介質(zhì)是成礦物質(zhì)富集的關(guān)鍵； 3. 導(dǎo)致金屬沉淀富集的地質(zhì)作用和過程在金屬富集成礦中起著決定性作用；第16頁，共103頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)48分，星期二3個必要條件：礦源、揮發(fā)分及來源、能源3個充要條件：分異differenciation-作用元素再分布(配)-redistribution, partitioning過程高效率濃集過程-enrichment元素富集成礦的充要條件第17頁，共103頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)48分，星期二1. 需要元素在地

12、殼內(nèi)發(fā)生再分布元素克拉克級濃度與礦石級次富集濃度相差巨大，需要在地質(zhì)遷移過程中實現(xiàn)元素的再分布。地球內(nèi)部流體對流系統(tǒng)可以搬運(yùn)流體及其組成，這一過程是可逆的。流體聚積集中是形成礦床的關(guān)鍵，而流體分散只能導(dǎo)致地?zé)狍w系不會形成礦床。欲使元素達(dá)到礦石級次的富集需要遷移的元素達(dá)到一定的質(zhì)量通量flux，如果通量在某個位置突然改變，說明存在元素的匯(sink)，可能形成礦床。元素富集成礦的必要條件第18頁，共103頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)48分，星期二2. 需要能量的耗散和能量的驅(qū)動熱液集中稀缺金屬成為礦石是吸熱過程，流體對流也需要能量。能量或直接源自地?；騺碜詭r漿活動。淺成熱液礦床中巖漿熱引起

13、熱液對流循環(huán)，從不同巖石中淋濾成礦組分。第19頁，共103頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)48分，星期二水溶液中化合物和它們的分子和離子的生成焓(enthalpy of formation)等于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下從元素形成化合物、分子和離子化學(xué)反應(yīng)所吸收或放出的熱量： HEPV E:內(nèi)能; PV:體積功H=H2H1=qp, qp 是穩(wěn)定壓力下增加的熱量在溫度T和摩爾濃度m時濃集元素的差異熱(differential heat)為正值，稀釋熱為負(fù)值。礦物溶解需吸收熱量，結(jié)晶作用需放熱-結(jié)晶潛熱第20頁，共103頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)48分，星期二25時NaCl溶液的熱焓Endothermi

14、c-吸熱；Exdothermic-放熱第21頁，共103頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)48分，星期二表2.2 一些溶解反應(yīng)的熱焓溶 解 反 應(yīng)H25kJ/mole) ZnS 閃鋅礦 ZnS+2Cl-+2H+=ZnCl2+H2S(aq)31PbS 方鉛礦 PbS+2Cl-+2H+=PbCl2+H2S(aq)70HgS 辰砂 HgS+2Cl-+2H+=HgCl2+H2S(aq)115NiS 針鎳礦 NiS+Cl-+2H+=NiCl+H2S(aq)-6Cu2S 輝銅礦 Cu2S+2Cl-+2H+=2CuCl+H2S(aq)155Ag2S 輝銀礦 Ag2S+4Cl-+2H+=AgCl2-+H2S(

15、aq)150第22頁，共103頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)48分，星期二欲使循環(huán)流體沉淀礦物達(dá)到礦石級富集，熱源必須以一種足夠有效的速率提供用于質(zhì)量遷移的能量，約1014kJ/a，且必須持續(xù)約106a。欲驅(qū)動一個持續(xù)熱液循環(huán)元胞形成礦床，侵入體應(yīng)侵位于50km直徑范圍內(nèi)，至少應(yīng)以每隔2.5萬年頻率多期次侵入。礦床稀少的主要原因在于產(chǎn)生大范圍高強(qiáng)度礦化需要巨大的熱量。找礦的理想靶區(qū)應(yīng)是具有顯著持久熱流和流體流動的地方(Barnes 2002)。第23頁，共103頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)48分，星期二第24頁，共103頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)48分，星期二礦床的形成過程的

16、多期多階段性玲瓏金礦石英構(gòu)造差應(yīng)力值曲線(趙倫山，1996）第25頁，共103頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)48分，星期二能量驅(qū)動遷移元素的介質(zhì)的運(yùn)移能量本身就是熱量的來源第26頁，共103頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)48分，星期二平均地殼豐度可采品位濃集系數(shù)Al8.2%30%4Fe5.6%50%9Cu27ppm0.54%200Ni59ppm1%169Zn72ppm5%694Sn1.7ppm0.5%2941Au1.3ppb5g/t3846Pt1.5ppb5g/t3333不同金屬的地殼豐度與濃集系數(shù)第27頁，共103頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)48分，星期二不同金屬的礦床類型和濃

17、集系數(shù)元素氧化態(tài)礦床類型品位(中間值)克拉克值濃集系數(shù)Cu1Porphyry0.54%27ppm200Na1Halite40%2.3%17Zn2Sedimentary exhalative5.6%72ppm780As3Sulfide0.1%2.5%400Rb1Lepidolite3%49ppm612Mo4Climax0.19%0.8ppm2375W4(6)SkarnWO3 0.66%1ppm6600Pb2Sedimentary exhalative2.8%11ppm2454V3Layered mafic intrusions0.6%138ppm43Au0(1)Veins/Homestake5p

18、pm1.3ppb3846Ag0(1)Creed vein125ppm56ppb2232Ni2Komatite1%59ppm169第28頁，共103頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)48分，星期二人類利用的金屬資源絕大部分屬于地殼中的微跡元素.從地球化學(xué)觀點(diǎn)看,元素成礦實質(zhì)就是通過各種地質(zhì)作用使元素在地殼局部空間濃集.根據(jù)對金屬礦石品位的要求,可知對于地殼中豐度大的元素,如Fe,Al,Si等,只要濃度分別高于地殼豐度6,3和1.5倍就達(dá)到了成礦水平.但是許多微量元素則必須濃集幾十至幾萬倍才能達(dá)到成礦水平.如Cu需濃集50倍,Sn40倍,Mo130倍,Zn和Pb600倍,Ag2000倍,Au和Pt

19、6000倍,Hg14000倍,Sb和Bi25000倍.那么在地球和地殼中促使元素濃集的機(jī)制是什么?第29頁，共103頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)48分，星期二元素在成礦前是否富集已經(jīng)不是成礦的關(guān)鍵。我們希望元素能夠有預(yù)富集，這樣當(dāng)然更好，但是沒有礦源層不影響成礦不是更好嗎？況且我們見到的確實受礦源層控制的礦床并不多。第30頁，共103頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)48分，星期二3. 需要分異作用地球動力學(xué)受兩種對立統(tǒng)一機(jī)理制約：分異作用巖漿部分熔融、結(jié)晶分異、水溶液蒸發(fā)以及凝聚等形成不同相的作用。混合作用海洋中海水與來自各種地質(zhì)單元(雨水,花崗巖,玄武巖,碳酸鹽巖以及土壤等)的物質(zhì)達(dá)

20、到均一的碎屑巖石混合作用(Albarede,2003)。前者是建設(shè)，造成元素有序和集中；后者是破壞，導(dǎo)致元素?zé)o序和分散。成礦就是在地質(zhì)歷史發(fā)展進(jìn)程中，地球和地質(zhì)體不斷分異，元素也在地質(zhì)體、相、流體等之間不均勻分配，最終導(dǎo)致在某相中高度富集的過程。第31頁，共103頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)48分，星期二Partition coefficients definedThere are various ways of describing the partitioning of trace element i between coexisting phases K and L, such a

21、s mineral and melt. (a)The Nernst partition coefficient Is most useful in geochemical modelling, while its molar equivalent (b) takes account of differences in gram formula weight between the phases, and therefore has greater thermodynamic value. In modelling melting or crystallisation processes the

22、 bulk partition coefficient is calculated as the weighted mean of the mineral phases in the proportions in which they participate. 第32頁，共103頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)48分，星期二Partition coefficients definedThe ultimate objective in any thermodynamic model is the equilibrium constant (c) for a particular partiti

23、oning reaction, which takes full account of activity composition relations in both phases. A useful parameter is the strain-compensated partition coefficient (d) for ions of valence n+ entering lattice site M, which describes the partitioning of a (fictive) ion that enters the crystal lattice withou

24、t causing any elastic strain. By further correcting for the e!ectsof ionic charge, we can derive the doubly-compensated partition coefficient (e) for all ions entering M.第33頁，共103頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)48分，星期二4. 需要揮發(fā)組分元素親合性是在地殼(地球)元素豐度和物理化學(xué)條件下表現(xiàn)出來的，因豐度不同，元素在天然化學(xué)反應(yīng)中反應(yīng)物之間的量比不符合化學(xué)計量比例。上地幔以上或地球總體陰離子總量不足，與各種陰離

25、子結(jié)合的陽離子形成特征各異的共生組合，反映自然作用體系中元素按與陰離子結(jié)合而分類的習(xí)性。成礦元素必須與陰離子結(jié)合才能遷移與富集。與巖漿有關(guān)熱液礦床成礦元素對巖漿揮發(fā)組分(MVP)表現(xiàn)出很強(qiáng)地球化學(xué)親和力，MVP成為與巖漿作用有關(guān)金屬成礦的關(guān)鍵(Candela,1997)。第34頁，共103頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)48分，星期二5. 需要成礦效率與成礦強(qiáng)度自組織臨界性和反饋?zhàn)饔醚芯勘砻鳎笮桶邘r銅礦床與一般規(guī)模的PCD在解剖學(xué)上沒有特別之處。不同類型淺成礦床的頻率和規(guī)模遵循冪律分布的規(guī)律。說明：(1) 不同規(guī)模的礦床在成因上相似，超大型礦床的形成過程沒有特殊性；(2) 反饋過程對于礦

26、床的形成規(guī)模具有重要意義。成礦作用是一種有序化的過程，礦床是無機(jī)界最高演化階段的產(chǎn)物， 即最高有序化的產(chǎn)物。第35頁，共103頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)48分，星期二成礦效率-通量-強(qiáng)度-高品位成礦實效-廣度-規(guī)模Henley R W and Berger B R.,(2000)提出成礦效率- Mm=fKPKc Mm-總金屬通量；-描述體系時間積分沉淀效率的因子；Kc-流體搬運(yùn)金屬的潛力；-通過對流的總熱傳輸，表示為穿過系統(tǒng)的熱梯度的函數(shù)。第36頁，共103頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)48分，星期二Ore-forming processesMagmatic ore-forming

27、 processesMagmatic-hydrothermal processesHydrothermal ore-forming processesSedimentary ore-forming processesSurficial and supergene ore-forming processes第37頁，共103頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)48分，星期二國際上,70年代以美國Skinner,Barton, Barnes等為代表,在熱液礦床地球化學(xué)方面作出了卓越貢獻(xiàn),1967年出版了熱液礦床地球化學(xué)(Geochemistry of Hydrothermal Ore Deposit

28、s)第一版,1979年第二版,1997年第三版問世,代表了西方熱液礦床地球化學(xué)研究的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢.1983年,美國俄亥俄州辛辛那提大學(xué)Maynard出版了沉積礦床地球化學(xué).第38頁，共103頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)48分，星期二Barnes H L.(ed.).Geochemistry of hydrothermal ore deposits.New York:JohnWiley,1997,972p.Contributors:251.Skinner B.J. Hydrothermal mineral deposits:What we do and dont know.2.Farme

29、r G.L and Depaolo D.J.Sources of hydrothermal components:Heavy isotopes.3.Burnham C.W.Magmas and hydrothermal fluids.4.Garven G and Raffensperger J.P. Hydrogeology and geochemistry of ore genesis in sedimentary basin.5.Cathles III L.M.Thermal aspects of ore formation.第39頁，共103頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)48分，星期

30、二6.Taylor Jr,H P.Oxygen and hydrogen isotope relationships in hydrothermal mineral deposits.7.Reed M.H. Hydrothermal alteration and its relationship to ore fluid composition. 8.Vaughan D.J and Craig J.R.Sulfide ore mineral stabilities,morphologies,and intergrowth textures.9.Seward T.M and Barnes H.L

31、.Metal transport by hydrothermal ore fluids.10.Rimstidt J.D.Gangue mineral transport and deposition.11.Ohmoto H and Goldhaber M.B.Surfur and carbon isotopes.第40頁，共103頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)48分，星期二12.Landais P and Gize A.P.Organic matter in hydrothermal ore ceposits.13.Roedder E and Bodnar R.J. Fluid inclu

32、sion studies of hydrothermal ore deposits.14.Barnes H.L and Seward T.M. Geothermal systems and mercury deposits.15.Giggenbach W.F.The origin and evolution of fluids in magmatic-hydrothermal systems.16.Scott S.D. Submarine hydrothermal systems and deposits.17.McKibben M. A and Hardie L.A. Ore-forming

33、 brines in active continental rifts.第41頁，共103頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)48分，星期二中國科學(xué)院礦床地球化學(xué)開放研究實驗室.礦床地球化學(xué).地質(zhì)出版社,1997.538p.作者:26人第一章 礦床地球化學(xué)基本問題與任務(wù)第二章 地球演化與礦產(chǎn)的形成第三章 板塊運(yùn)動與成礦作用第四章 成礦物質(zhì)來源第五章 成礦流體第六章 成礦作用動力學(xué)第七章 部分熔融、分異結(jié)晶與巖漿成礦作用第八章 與花崗質(zhì)巖漿有關(guān)的成礦作用第九章 改造成礦作用第十章 熱水沉積成礦作用第42頁，共103頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)48分，星期二第十一章 缺氧環(huán)境與成礦作用第十二章

34、 風(fēng)化成礦作用第十三章 生物與有機(jī)成礦作用第十四章 剪切帶與成礦作用第十五章 包裹體研究在礦床地球化學(xué)研究中的應(yīng)用第十六章 實驗地球化學(xué)在礦床地球化學(xué)研究中的應(yīng)用第十七章 熱力學(xué)研究在礦床地球化學(xué)中的應(yīng)用第十八章 微量元素在礦床地球化學(xué)中的應(yīng)用第十九章 同位素研究在礦床地球化學(xué)中的應(yīng)用第二十章 生物、有機(jī)質(zhì)成礦的研究方法第43頁，共103頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)48分，星期二20世紀(jì)80年代以來國外代表性礦床學(xué)著作:. (1982) Park and Guilbert.The Geology of ore deposits.1986.Pirajno.Hydrothermal Mine

35、ral Deposits(1992)Evans A M.Ore Geology and Industrial Minerals. An Introduction(3rd.).Blackwell Scientific Publishing.1993.Barnes H L.(3ed.). Geochemistry of hydrothermal ore deposits. New York:John Wiley,1997. 第44頁，共103頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)48分，星期二Richards J P and Larson P B(eds.). Techniques in Hytrot

36、hermal Ore Deposits Geology. Reviews in Economic Geology, Vol.10, Society of Economic Geologists, INC.,1998.Barrie C T and Hannington M D(eds.)., Volcanic-Associated Massive Sulfide Deposits: Processes and Examples in Modern and Ancient Settings. Reviews in Economic Geology, Vol.8, Society of Econom

37、ic Geologists,INC.,1999.Hagemann S G and Brown P E(eds.). Gold in 2000. Reviews in Economic Geology, Vol.13, Society of Economic Geologists,INC.,2000.第45頁，共103頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)48分，星期二Misra K C. Understanding Mineral Deposits. Dordrecht: Kluwer Academic Publishers.2002. Robb L.Introduction to Ore-For

38、ming Processes. Blackwell Scientific Publishing.2005.Pirajno F. Hydrothermal processes and mineral systems. Springer,2009. 第46頁，共103頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)48分，星期二礦床地球化學(xué)描述礦床的地球化學(xué)特征，一定程度上也闡明礦床成因和礦床的成礦機(jī)理，如同礦床化學(xué)一樣。成礦作用地球化學(xué)相當(dāng)于礦床成因論。主要研究礦床形成的地球化學(xué)過程、作用和機(jī)理。又稱為成礦地球化學(xué)(Geochemistry for Metallogeny)或化學(xué)成礦學(xué)-(Chemical M

39、etallogeny)。第47頁，共103頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)48分，星期二礦床地球化學(xué)側(cè)重于從礦床地質(zhì)特征、礦床地球化學(xué)特征、同位素地球化學(xué)、流體包裹體地球化學(xué)等方面對礦床進(jìn)行維象描述，最終得出礦床形成的地球化學(xué)機(jī)理-礦床成因?；瘜W(xué)成礦學(xué)不僅要研究礦床化學(xué)組成和化學(xué)特征，還要研究成礦的化學(xué)作用(過程)、化學(xué)演化和化學(xué)機(jī)理。注重礦床形成過程和作用的機(jī)理。以礦床地質(zhì)地球化學(xué)特征研究為基礎(chǔ)，以成礦作用過程中元素的化學(xué)制約、化學(xué)演化和化學(xué)包括動力學(xué)研究為主要內(nèi)容，以最終闡明成礦作用發(fā)生和元素富集的化學(xué)和動力學(xué)機(jī)理為目的。第48頁，共103頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)48分，星期二

40、化學(xué)成礦學(xué)研究的問題 元素豐度與成礦作用的關(guān)系 元素性質(zhì)、地球化學(xué)親和性與元素遷移形式 揮發(fā)組分在成礦作用中的意義 分異作用對于元素富集成礦的意義 成礦元素沉淀富集的主要機(jī)理 元素成礦富集的動力學(xué)機(jī)理 典型成礦系統(tǒng)的化學(xué)成礦學(xué) 化學(xué)成礦學(xué)研究的方法論第49頁，共103頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)48分，星期二地殼中數(shù)量相當(dāng)多的礦床與巖漿作用有關(guān).在Laznika(1999)建立的全球巨型礦床數(shù)據(jù)庫中，34%的巨型礦床表現(xiàn)出很好的巖漿/金屬相關(guān)性，52%的巨型礦床為中溫中深后生成因熱液礦床，63.5%的巨型礦床為包括噴氣成因和淺成熱液在內(nèi)的熱液礦床。上述礦床基本都與巖漿作用有關(guān)。我們以與巖

41、漿及其演化出的熱液有關(guān)的礦床為例進(jìn)行討論。第50頁，共103頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)48分，星期二關(guān)于礦源層礦源層(巖)是自層控礦床理論提出以后出現(xiàn)的概念.指特定環(huán)境下,一定巖性地層中成礦元素具有高本底,即某一地區(qū)成礦元素值較高的巖石或地層為可能的礦源層.目前礦源層(巖)研究已進(jìn)入更深入的層次,不僅要考慮確定背景值必須要選遠(yuǎn)離礦區(qū)不受礦化干擾樣品,更要考慮元素的賦存狀態(tài)(礦床地球化學(xué),1997).已做過很多努力通過化學(xué)分析發(fā)現(xiàn)特定巖石是否虧損一種或更多的元素,以證明元素源自礦床附近的巖石.但沒有一種努力完全成功.少數(shù)研究證明成礦元素具有圍巖來源,如Schrijver等(1994)證明

42、魁北克St.Fabian Ba-Pb礦床所有Ba和20%Pb源自鄰近的圍巖砂巖.第51頁，共103頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)48分，星期二對于大多數(shù)地殼豐度低的元素，分析精度受到限制。如具有地殼豐度的巖石中Sn被萃取后，Sn從1.5ppm降至1.2ppm.目前取樣或分析還未達(dá)到足夠精度檢測這一微小變化。 對于一種巖石在被萃取前元素是否必須異常富集？一些學(xué)者給予肯定：趙振華總結(jié)我國層控礦床控礦地層元素含量特征時認(rèn)為，絕大多數(shù)控礦地層都有高含量成礦元素，構(gòu)成礦源層，且控礦地層周圍的老地層成礦元素也常有較高背景(礦床地球化學(xué),1997)。劉秉光(1999)認(rèn)為，在形成超大型礦床區(qū)內(nèi)，圍巖中成

43、礦元素豐度高出克拉克值幾倍，十幾倍或更高。王秀璋指出，礦源層(巖)是成礦物質(zhì)提供者，因此體積愈大，成礦元素含量愈高愈有利于形成大型礦床。但是不能將化學(xué)分析結(jié)果中元素含量高低作為確定礦源層(巖)的唯一標(biāo)準(zhǔn)。許多大-超大型礦床圍巖中成礦元素含量較高，但相反的案例也有。對此Skinner(1997)指出,對以上問題的答案目前還不知道。第52頁，共103頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)48分，星期二研究礦源層(巖)必須考慮以下幾個重要因素:元素豐度,元素活動性差異以及元素分析精度等等.Skinner(1997)認(rèn)為,對于克拉克值在0.001-0.01%(10-4-10-5)范圍內(nèi)的金屬元素,在被熱液

44、萃取之前不必異常富集.富集成礦的關(guān)鍵是熱液與巖石的反應(yīng)是否允許普通巖石能釋放出它們所含的微量元素,如Cu,Pb,Zn等.當(dāng)元素克拉克值低于10-5時,成礦是否與源巖富集有關(guān)還不清楚.其中濃集系數(shù)大于1000的元素在地殼中集中能力十分強(qiáng)烈,屬于活潑元素,如Sb,As,Hg,Au,Ag等.第53頁，共103頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)48分，星期二一些廉價金屬的價格與它們的稀缺相比嚴(yán)重地低于其價值,如Sb,克拉克值僅為3.010-1ppm,價格是4美元/kg而克拉克值為5.5101ppm的Ni,價格為7美元/kg.Sb價格低是因為它形成高度富集的礦床且開采和處理費(fèi)用低廉.Sb和Hg礦床,特別

45、是三個超巨型西班牙AlmadenH汞礦,斯洛文尼亞Idrija汞礦和中國錫礦山銻礦,金屬量和堆積量都是現(xiàn)有礦床中最大的.Au的克拉克值為1.310-9,但是在Laznika建立的巨型礦床數(shù)據(jù)庫中,全球有99個金礦進(jìn)入巨型礦床數(shù)據(jù)庫中,占數(shù)據(jù)庫中巨型礦床總量1/5.與Cu的巨型礦床數(shù)目相近.然而二者克拉克值差幾個數(shù)量級.第54頁，共103頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)48分，星期二Au的礦床類型多種多樣,從不同時代造山帶脈狀金礦,與堿性巖有關(guān)的金礦和與矽卡巖有關(guān)的金礦,從淺成熱液型金礦,富金斑巖礦床到與還原侵入體有關(guān)的金礦,從卡林型金礦到富金的SEDEX型礦床,從富金的VMS礦床到金鈾礫巖型

46、礦床.表現(xiàn)出Au的強(qiáng)烈活動性和對容礦巖石的無選擇性.結(jié)論：元素形成巨型礦床的能力與克拉克值有關(guān),但主要原因還是元素的地球化學(xué)行為,特別是在地殼演化各個階段元素的相容性。第55頁，共103頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)48分，星期二中國幾個主要金礦礦集區(qū)沉積巖金含量(陳毓川等,2001)夾皮溝小秦嶺膠東五臺山清源遵化變Mg-Fe質(zhì)火山巖1.54(68)1.07(34)1.6(164)1.11(269)1.84(3)3.23(65)變安山-長英質(zhì)火山巖1.63(8)1.26(14)1.2(180)1.56(666)1.85(10)變沉積巖(含BIF)0.74(20)0.67(32)1.1(95

47、)2.43(356)1.49(10)TTG片麻巖1.33(28)1.0(293)1.2(23)1.26(363)0.42(20)0.9(24)平均值1.36(124)1.06(327)1.28(562)1.61(1872)1.14(48)第56頁，共103頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)48分，星期二隨著測試技術(shù)的提高,國內(nèi)外最新的資料都顯示綠巖帶巖石中Au的背景含量很低,一般在0.510-9-210-9之間(Kerrich et al,1991).前表也列出了我國幾個Au的重要礦集區(qū)基底巖石的Au豐度,可見Au含量很低,許多比最新獲得的1.3ppb(Rudnick and Gao,2004

48、)的克拉克值數(shù)據(jù)還低.通常認(rèn)為最可能是綠巖帶礦源的鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)巖石的金豐度與其它巖石類型相似，甚至還低。表明元素豐度大小不是決定是否為礦源層的關(guān)鍵.第57頁，共103頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)48分，星期二統(tǒng)計學(xué)研究表明,巖石中Au分布具有多峰態(tài)的正態(tài)分布特征,說明含有多個總體的疊加復(fù)合.相關(guān)分析表明,大多數(shù)綠巖帶金與Cu,Pb,Zn,Mo, Hg,Ag,Sb,As等親硫元素關(guān)系密切,暗示金主要賦存于硫化物中.一些變鎂鐵質(zhì)火山巖還表現(xiàn)出Au與Co,Ni,Cr和V等親鐵元素的相關(guān)性,表明Au主要賦存于角閃石和黑云母等易分解的暗色礦物中.這兩種賦存狀態(tài)使Au容易在熱液蝕變中被活化遷移,

49、從而有利于金礦床的形成(陳毓川等,2001).因此,與其說存在金的礦源層,不如說源巖形成之后的地質(zhì)作用(蝕變等)使得其中金發(fā)生活化,遷移,從而進(jìn)入成礦系統(tǒng)富集成礦.第58頁，共103頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)48分，星期二礦源層中元素的賦存狀態(tài)決定了其被萃取的難易程度,在一定條件下比元素含量還要重要.近年來對于超大型礦床成礦機(jī)制的研究已取得很大進(jìn)展,關(guān)于超大型礦床的空間分布,一些超大型礦床分布具有地域性,如金礦床,另一些礦床的分布則具有全球性,如銅鉛鋅礦床.具有地域性分布的礦床其初始和衍生礦源層是礦質(zhì)巨量富集的重要前提,而地域性分布不強(qiáng)元素富集的關(guān)鍵是成礦作用,礦源層作用退居其次.源巖

50、種類顯然是重要的,因為它決定著所發(fā)生的反應(yīng),可以對成礦流體的成分,最后對于礦床種類發(fā)生影響.第59頁，共103頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)48分，星期二關(guān)于巖漿巖的成礦專屬性的第60頁，共103頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)48分，星期二第61頁，共103頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)48分，星期二第62頁，共103頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)48分，星期二高度分異是成Sn花崗巖的一般特征,表現(xiàn)在: 主要元素向Qz-Ab-Or-H2O系統(tǒng)低壓低熔組分方向演化,即巖漿向淺部環(huán)境方向發(fā)展;Ca,Mg,Fe, Ti不斷降低;相容元素虧損,不相容元素富集;負(fù)Eu異常不斷增強(qiáng).這種演

51、化趨勢導(dǎo)致強(qiáng)烈分異的巖體越來越年輕,巖體的規(guī)模越來越小.成Sn花崗巖中微量元素演化證明分異結(jié)晶作用對于Sn富集具有重要的意義(混合作用應(yīng)表示為雙曲線).隨分異結(jié)晶作用程度的加大,所有成Sn花崗巖均由上地殼平均值向富Sn方向演化.Lehmann(1990)就此提出,成Sn花崗巖不具有地球化學(xué)繼承性,Sn成礦省與上地殼是否富Sn沒有關(guān)系.第63頁，共103頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)48分，星期二圖 世界成Sn花崗巖Sn vs Rb/Sr和Sn vs TiO2圖(Lehmann,1990)第64頁，共103頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)48分，星期二關(guān)于巖漿巖的成礦專屬性指一定類型巖漿巖

52、產(chǎn)有相應(yīng)的礦床.第65頁，共103頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)48分，星期二表主要類型巖漿巖中成礦元素的平均豐度(Robb2005)第66頁，共103頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)48分，星期二幾種主要成礦元素在玄武巖,安山巖和流紋巖中的相對豐度第67頁，共103頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)48分，星期二幾種主要親花崗巖元素在玄武巖,安山巖和流紋巖中的相對豐度第68頁，共103頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)48分，星期二相對于平均玄武巖,幾種主要成礦元素在堿性巖漿(Cu和P在金伯利巖中)中的相對豐度(Robb,2005)第69頁，共103頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)4

53、8分，星期二1.從表可見,親鐵元素特別是Co,Ni,Cr以及Pt族元素主要富集在玄武巖中,這類礦床與基性-超基性巖具有成礦專屬性.Cr,Pt礦床與橄欖巖和純橄巖有關(guān);Cu,Ni與超基性-基性巖有關(guān);V,Ti,Fe礦床與斜長巖和輝長巖有關(guān).均為典型的巖漿礦床,成礦物質(zhì)源自巖漿,礦床與巖漿巖具有密切時空和成因聯(lián)系.基性和超基性巖漿巖成礦專屬性最為顯著。第70頁，共103頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)48分，星期二2.W,Sn,Mo,Bi等元素主要富集在酸性巖中,與酸性巖有關(guān)的包括W,Sn,Mo,Bi,Li, Be,U, Hf,Th等礦床.但是花崗巖很少有巖漿礦床,絕大多數(shù)為非同生礦床.相關(guān)礦床

54、在空間上既可以賦存于巖體中,也可以產(chǎn)于巖體與圍巖的內(nèi)外接觸帶,甚至可以產(chǎn)于離開巖體一定距離的圍巖中.因此與基性-超基性巖的成礦專屬性相比,酸性巖成礦專屬性更為復(fù)雜.與其說酸性巖具有成礦專屬性,不如說在更大程度上與成礦過程和作用有關(guān).第71頁，共103頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)48分，星期二3.與上述形成鮮明對比,安山巖類巖石的化學(xué)組成介于玄武巖和流紋巖之間,SiO2含量介于53-63wt%.微量元素豐度也介于玄武巖和花崗巖或堿性巖之間,中性巖的成礦專屬性很差或沒有成礦專屬性.第72頁，共103頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)48分，星期二關(guān)于斑巖礦床的成礦專屬性問題與斑巖礦床有關(guān)的巖

55、漿巖有三種:鈣堿性巖石,堿性巖和埃達(dá)克巖.堿性巖漿一般發(fā)育于島弧演化晚期階段的相對張性構(gòu)造背景條件下.第73頁，共103頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)48分，星期二與鈣堿性巖漿巖有關(guān)的斑巖銅礦與斑巖銅礦有關(guān)的侵入體成分變化范圍很大,一般是鈣堿性系列(石英閃長巖-石英二長巖-花崗閃長巖)分異單元.美國西南部大陸邊緣,墨西哥北部,南美洲西部為花崗閃長巖和石英二長巖;西南太平洋,菲律賓,加勒比等島弧地區(qū)是低鉀石英閃長巖,包括花崗閃長巖,石英二長巖和正長巖.與克拉通內(nèi)侵入體相比,鉀質(zhì)島弧侵入體缺乏鉀長石斑晶.斑巖銅礦常見多期侵入體.當(dāng)一個地區(qū)存在不同類型巖石時,斑巖銅礦易與晚侵入的低鉀巖體有關(guān).第

56、74頁，共103頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)48分，星期二圖2.與斑巖銅礦有關(guān)的巖漿巖的組成(Misra.2000).第75頁，共103頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)48分，星期二巖體巖石結(jié)構(gòu)從侵入體上部具隱晶質(zhì)基質(zhì)的強(qiáng)烈斑狀結(jié)構(gòu),到更大深度下更為等粒的結(jié)構(gòu).其中斑狀巖體對于銅礦化更為重要. 根據(jù)巖石結(jié)構(gòu),成礦前地質(zhì)覆蓋物以及礦物集合體的穩(wěn)定關(guān)系,與斑巖銅礦有關(guān)的侵入體都是侵位在淺部地殼,巖體頂部深度為14.5km,大部分1的巖石.構(gòu)造位置從板內(nèi)到與消減帶有關(guān)的構(gòu)造位置,在島弧演化過程中作為連續(xù)的火成巖譜圖的端元,從玻(質(zhì))古(銅)安山巖和拉斑玄武巖,到高鉀的鈣堿性巖石和橄欖玄粗巖.

57、與堿性巖漿巖有關(guān)的斑巖銅礦第77頁，共103頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)48分，星期二與富堿斑巖銅礦有關(guān)的巖漿巖主要為富堿的花崗斑巖(以揚(yáng)子地臺西緣富堿斑巖為例).貧SiO2:67-72wt%;富Al2O3:13-15wt%;富堿富鉀:K2O+Na2O:8.18-10.08wt%,平均:9.13%.高鉀:w(K2O):5.09-8.30%. w(Na2O):1.8-4.32wt%m(K2O)/m(Na2O):0.82-2.78.REE含量低,LREE富集,無Eu異常.第78頁，共103頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)48分，星期二與埃達(dá)克巖有關(guān)的斑巖銅礦埃達(dá)克巖(adakite)是19

58、90年由Defant等提出的描述具有特定地球化學(xué)性質(zhì)的一套中酸性火山巖和侵入巖組合的術(shù)語.指一套具有特殊地球化學(xué)特征的鈣堿性英安質(zhì)-安山質(zhì)火山熔巖.與正常島弧鈣堿性巖漿相比,具有以下主要地球化學(xué)特征:高Al:Al2O315%富鈉:Na2O 3.5%-7.5%; K2O/Na2O-0.42高Sr:400g/g,可達(dá)2000g/g貧重稀土Yb和Y:Yb 1.9g/g;Y 18 g/gLREE富集.無Eu異常(正或輕微負(fù)Eu異常)較高的過渡族元素:Cr 30-50g/g;Ni 20-40 g/g.第79頁，共103頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)48分，星期二研究表明,全球多數(shù)埃達(dá)克巖省也是重要的

59、成礦省.多數(shù)礦床的主巖是埃達(dá)克巖,當(dāng)埃達(dá)克巖與非埃達(dá)克巖共存時,成礦主要與埃達(dá)克巖有關(guān).我國許多Au,Cu,Mo的成礦與埃達(dá)克巖密切相關(guān).埃達(dá)克巖有利于成礦的關(guān)鍵是角閃石的脫水作用,角閃石分解產(chǎn)生大量流體,不僅有利于埃達(dá)克質(zhì)巖漿的形成,還有利于金屬元素萃取和遷移.埃達(dá)克質(zhì)巖漿以富水,富硫和高氧逸度為特征.高氧逸度使板片熔體攜帶大量Fe2O3,這種熔體進(jìn)入地幔楔導(dǎo)致地幔氧逸度增高,使地幔中金屬硫化物被氧化,有利于親銅元素以硫酸鹽形式進(jìn)入熔體.第80頁，共103頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)48分，星期二對埃達(dá)克巖與成礦關(guān)系作出結(jié)論尚需作更為深入細(xì)致的工作.與成礦有關(guān)花崗巖的形成有源區(qū)和作用過

60、程兩方面,究竟成礦在多大程度上受源區(qū)控制？多大程度上受作用或過程制約？尚未有定論.Lehmann(1992)認(rèn)為,在形成高濃度親花崗巖元素方面,源區(qū)控制并不比分異結(jié)晶作用貢獻(xiàn)更大.Christiansen等指出,稀有金屬花崗巖的形成不需要地球化學(xué)“予富集”或異常的地殼來源.巖漿巖與成礦關(guān)系研究業(yè)已表明,源區(qū)形成的巖漿中揮發(fā)組分含量是決定其后能否成礦的重要因素之一,但不是充要條件.以后的演化過程還有其它約束,如流體釋放時間和機(jī)制,元素的晶體-熔體和流體-熔體分離過程等.第81頁，共103頁，2022年，5月20日，16點(diǎn)48分，星期二以斑巖銅礦為例,盡管經(jīng)歷了結(jié)晶作用過程,含礦斑巖中金屬元素含量