【矿床学总结 资料】矿床地球化学

1、主要研究内容：1、成矿物质来源研究；2、生物及有机作用研究；3、成矿流体及成矿物理化学条件研究；4、成矿元素地球化学性质及其赋存状态；5、元素共生组合研究；6、矿床矿化及蚀变分带研究。2、研究方法：1、收集资料，区域地质资料、区域报告、区域矿产图及报告等。2、野外调查，包括测剖面，详细观察、记录、编图和坑道调查，典型现象观察和精测平面地质图。观察矿物组成、岩石类型、矿石结构构造、矿化特征、区域构造等。3、实验分析，如同位素地球化学、有机地球化学、构造地球化学等等研究方法，模拟实验及实验地球化学研究和建立成矿地球化学模型。3、成矿元素的赋存状态：1、自然单金属状态。2、主要矿物成分，以矿物的阳离子或阴离子团的形式构成矿石矿物的主要成分。3、微量元素类质同象替换状态，微量元素可以类质同象替换某些主元素。4、微量元素吸附状态，某些胶质、粘土矿物及炭质具有较强的吸附力，可以吸附有用微量元素形成矿床。5、溶解状态。4、元素聚集成矿：1、取决于元素丰度。2、取决于元素的聚集亲合能力。3、地壳、地幔成矿元素的分布具有不均一性。5、亲铁/亲硫/亲石/亲气/有机元素6、元素富集成矿作用：1、结晶作用，岩浆结晶作用、凝华结晶作用、蒸发结晶作用、冷凝结晶作用。2、化学作用，化合作用，胶体化学作用，生物作用、生物化学作用，氧化还原作用。3、交代作用。4、氧化还原作用。7、岩石钙碱指数（CA）、里特曼指数、氧化指数、固结指数8、Al2O3组分对形成长石的饱和程度而言，可将岩石分成：铝过饱和、偏铝质、偏碱性岩石、碱性过饱和。9、Haker、AFM图解10、微量元素，地质体中呈现微量或痕量的元素成为微量元素，其含量小于0.1%，只能以次要成分充填于矿物相，或呈固溶体、晶格间隙填充或被吸收在晶带内。研究内容：微量元素丰度变化及元素组合，1、与花岗岩、岩浆岩岩石化学成分、矿物组合之间的关系。2、与岩浆演化的关系。3、与成矿时代的关系。4、与岩浆侵入时代、成因类型、岩石类型之间的关系。5、通过统计微量元素丰度变化及元素组合，研究其地质意义。11、相容/不相容元素12、微量元素研究方法：1、微量元素含量对应图解。2、元素含量比值图解。3、标准化图解。地质应用：1、判别地质演化平衡过程。2、作为地质温度计。3、判别岩浆岩产出的构造环境。13、除物质本身的因素（浓度积）以外，可溶物质的搬运和沉淀，还与介质的pH值、Eh值、温度、压力以及CO2含量等一系列因素有关。14、碳酸盐岩，主要由碳酸盐矿物（方解石、白云石）组合，岩石的主要类型是石灰岩和白云岩。1、多成因、多种环境的产物，既有化学、生物化学的作用，也有生物的、机械的作用。2、在结构、构造和形成环境等方面与碎屑岩有很多相似的地方。3、大部分碳酸盐沉积物是在很浅的水中沉积的。主要成分为CaO、MgO及CO2。主要岩石类型：1、硅质岩，富含Al2O3的化学岩。2、铁质岩，富含铁的化合物的沉积岩。3、锰质岩，富含锰的化合物的沉积岩。4、磷质岩，含P2O55%8%的沉积岩。5、蒸发岩。6、可燃性有机岩。15、硅质岩：是指由化学作用、生物化学作用和某些火山作用所形成的，富含SiO2（70%90%）的岩石。16、沉积岩：化学成分与岩浆岩相近，沉积岩的物质主要来自岩浆岩风化的产物。与岩浆岩相比，沉积岩有如下成分特征：1、Fe2O3FeO，而岩浆岩则相反，这是由于沉积岩是在地表氧化环境中形成的。2、K2ONa2O，与岩浆岩相反，其中分布很多黏土矿物及其他胶体矿物，对K离子有很强的吸附能力，Na的性质活泼，易溶于水。黏土矿物如水云母、白云母在地表很稳定，不易分解。3、富含H2O和CO2.4、沉积岩中，尤其是显生宙以来的沉积岩中有大量的有机质。17、微量元素在矿物岩石中的富集程度主要与微量元素的化学性质及主元素的亲和程度有关。不同性质的原岩可能伴有不同的微量元素和微量元素组合，在含量浓度上不同。因此可以利用某些微量元素的比值及其相关关系等，并通过图解的方法区分原岩。例如一般泥质岩、砂泥质沉积岩与基性岩相比，具有较低的Cr、Ni、Ti，因此可以Cr-Mg、Ni-Mg分别作图判别原岩性质。18、MVT19、大气降水来源，大气降水是地表水蒸发再降落于地面的水，不具有成矿溶液性质，几乎所有的成矿流体中都有大气降水混入。大气降水的重要地球化学特征是氢氧同位素组成随着远离海洋面逐渐变轻。大气降水渗入地下之后，将与岩石发生一系列水岩反应，或与其他流体混合，而逐渐演化为不同成分、不同类型的流体溶液。海水来源，是咸化度较高的卤水体系，是自然界最好的溶剂，由于长期与海底玄武岩的作用，以及大陆溶解物质的补给，聚集了自然界所有的元素，除成卤元素，尚有所有自然元素。建造水来源，是地表大气降水集中后封闭于沉积物中并经过了一定水岩作用的水，由于沉积盆地所处的地理环境不同，建造水的成分类型有较大的差异。盐度变化很大，温度大多在200C以下，属于中低温范围，矿化度最高可达360g/L，矿化度增高，成矿元素的含量也增高。岩浆热液来源，是熔融岩浆在1080C，1Gpa时分离出的低溶质流体溶液，由于其与岩浆处于平衡状态，可以溶解岩浆中多种不相容元素，主要是碱金属、碱土金属的元素，如Na、K、Ca、Mg、Cl、F、CO32-、HCO3-、HS-，基本没有同位素的分馏，因此岩浆水属于高温热水溶液。广义的岩浆热液是指所有与岩浆作用有关的热液。变质热液来源，是在变质过程中因矿物和岩石的脱水作用而形成的富含CO2型流体。H2O占80%以上，CO2约5%20%，盐度一般小于3%。对于一种具体的变质流体而言，其成分取决于变质程度和发生脱水的变质相。低级变质作用产生的流体富含H2O，高级变质相中产生的流体以高密度CO2为主。上述不同源流体中，其氢、氧同位素的比值是不同的，据此可以判断矿床热液来源。20、成矿流体成分：水，溶解的盐类，溶解的气体，成矿元素（主要为亲铜元素、次为过渡元素以及稀有、稀土和放射性元素），其他微量元素。在热液中，氧、硫浓度比例不同的情况下，将导致一些金属化合物的沉淀，而另外一些金属则呈易溶的化合物而保留在热液中。近年来，成矿物质以氯化物络合物的方式进行迁移的假说，得到越来越多人的支持。矿液的化学成分（碱、碱土金属和重金属元素的浓度）与Cl-浓度之间有着很大的依赖关系。21、气水热液的pH值，在成矿作用过程中是有变化的，然而，大多数的化学反应是在中性、弱碱性和弱酸性的环境中进行的。气水热液成矿作用中，多数情况是属于还原环境。22、在一定的地质条件下，任何来源的热水流体都可以形成成矿流体，但并不是所有的流体都是成矿流体，因此我们提出成矿流体形成演化的概念。卤素及碱金属来源：1、海水本身富含成卤元素。2、大气降水起源成矿流体中的卤素来源主要是在发生水岩作用过程中从岩石中获得的，3、建造水在整个成岩过程中，在成岩之后都与沉积物处于动态平衡中，在没有外来物源加入的封闭体系中，建造水成分取决于沉积物的物质组成，是最有利于演化为成矿流体的自然水体。23、挥发分的作用是非常重要的，各种成矿作用，甚至于生物成矿作用，都要通过提供某些挥发分来改变流体的物理化学性质，参与迁移矿质或成矿，尤为重要的挥发分是甲烷和二氧化碳。不同地质环境中的CO2、CH4来源是不同的，可以总结有三种来源：1、地幔射气及火山岩来源。2、水岩作用中产生挥发分。3、有机来源。赋存状体：1、高温高压条件下，与水均匀混溶。2、在混溶温度压力以下的不混溶体，液相CO2独立于H2O相。3、超低温低压条件下，从溶液中分离出来，以气相存在。24、同位素比值与分馏系数：同位素在不同物质或不同物相间分布不均匀的现象叫同位素分馏，分馏系数表示同位素分馏程度。同位素分馏涉及许多不同的物理化学过程，但最终可以达到平衡状态。一旦达到平衡状态，只要体系的物理化学性质不变，则同位素分布不改变。体系处于平衡状态时，两种矿物或物相间的同位素分馏叫平衡分馏，影响平衡分馏的主要因素是温度、原区元素丰度比等。动力学分馏：偏离平衡分馏的同位素分馏过程。25、影响平衡分馏的主要因素：1、温度。2、化学键性质。3、水岩比值及原岩同位素丰度，在水/岩比值小时，如小于0.1时，在平衡反应的情况下，流体中的同位素值快速接近于岩石的同位素值，在大于1时，平衡反应情况下，流体的同位素值取决于流体来源。4、流体混合，在成矿作用中多数情况下不同来源水体的混合导致物理化学条件变化而成矿，不考虑水岩作用关系及沉积作用关系，仅就水体混合而言，可以根据同位素组成计算两种混合水体的量。26、He在地壳和地幔中具有不同的同位素组成，在地球的各个单元中氦同位素之间的比值3He/4He具有不同的特征值，彼此间3He/4He比值相差较大，它们是壳-幔相互作用过程极灵敏的示踪剂，因而氦同位素比值成为判断流体来源较直观的地球化学证据，尤其在示踪地幔流体方面具有很好的指示意义。氦同位素主要有3个源区：地幔、大气及二者衍生物地壳。27、成矿元素的迁移方式：1、以硫化物的形式迁移。2、以卤化物的形式迁移，卤族元素对成矿物质的迁移和富集可能起了一定作用，但主要是在高温气化热液阶段。3、以易溶络合物的形式迁移，自然界中很多元素都可以是络合物的组成部分，在适宜条件下相互结合而形成络合物。络合物在水溶液中的溶解度，比简单化合物要大几百万倍。金属元素呈络离子的形式存在于溶液中，在溶液中比较稳定，对溶液在物理化学性质的变化相当灵敏。络合物在溶液中的稳定程度，用络合物的不稳定常数来表示，值越大，越不稳定，金属离子和配位体的浓度越大，反之，值越小，络合物越稳定，元素迁移能力越强。一般认为，在热液中有两种络合物是重要的，即硫化物、硫氢化物络合物和氯化物络合物。以胶体溶液形式迁移。成矿物质以胶体形式存在是有可能的，但不可能是主要的。而在热液作用的后期，温度较低的情况下，胶体作用就更大些。28、成矿流体类型：一般成矿流体都是富含挥发分、卤素及不相容碱金属、碱土金属元素的流体溶液。根据不同地质作用中形成的流体溶质成分及温度分类，可以划分为：1、高温硅钾卤水，硅钾组成与温度成正相关关系，随着温度升高，硅钾浓度升高。硅钾组成与盐度有关，钾在卤水中的富集与盐度有关，随着含盐度增高，钾丰度值升高，二者成线性相关关系。高温成矿流体主要与岩浆、火山或高级区域变质作用有关，在岩浆及高级变质作用热流作用下，可以驱动各种地质流体演化为高温成矿流体。2、中温碳酸盐卤水，起源于建造水系统、天水淋滤及海源流体系统。其溶解度与温度及CO2的分压有关。Fe3+/Fe2+离子对的存在对卤水物理化学条件有明显的调节作用，有助于溶液保持衡定的物理化学条件，从而有助于保持卤水中金属元素的稳定。3、低温硫酸盐卤水，海水蒸发早期就可以形成硫酸盐型卤水，盐湖蒸发沉积岩系的淋滤溶解也是硫酸盐型卤水的重要来源。4、洋底成矿热水流体系统，是海水与大洋玄武岩发生广泛的水岩作用形成的，成分与海及玄武岩的活化组分有关，富含卤素、碱金属、碱土金属的卤水体系，与高热岩浆的作用，形成具有很强渗透能力并含有丰富矿物质的高温热水流体，成为一种重要的成矿流体。特征：硫化物的硫同位素多表现为较高的正值，仍然保持岩浆硫特征，黄铁矿Co/Ni值均大于1，S/Se值大于1000，表现为沉积成因。热水喷流沉积矿物及岩石具有特殊的稀土分配模式，重稀土富集，正Eu异常。流体主要来源于海水及其与洋壳火山岩的作用，且作用温度高，氢氧同位素组成接近于岩浆流体同位素组成。5、盆地流体系统，是一种多源复合卤水系统，主要是建造水或油田水及变质水，同时有深部来源的岩浆水或天水混合来源。成分取决于沉积物的物质组成，富含大量挥发分，来源于碳酸盐的酸交代作用、碱交代作用、水岩作用及有机热解来源的CO2、CH4等组分。其温度、压力与起源深度有关。29、水溶液的几个临界点：1、高温高压临界点。2、超临界点，气水混合流体，此临界点以下，蒸汽密度明显低于流体密度，从流体相中分离出来。也伴随了水溶液pH、Eh、盐度等物理化学性质的变化。这次临界分离作用是一次重要的高温成矿作用。3、水溶液的沸点，当水的蒸汽压大于围岩时将发生沸腾，这个临界点沸腾蒸发作用可以引起一系列物理化学条件的变化，从而导致矿物质结晶沉淀。4、冰点，水的结冰作用可以明显浓缩溶液中溶解物的浓度，因此导致成矿。30、CO2、CH4等挥发分在成矿中的作用：1、碳酸络合物迁移金属的作用，在CO2压力较高时，Fe、Pb、Zn可以作为碳酸络合物溶解于溶液。2、不混溶作用，围压低于不混溶压力，可以出现不混溶，造成大量CO2、CH4等溢出，使成矿溶液浓缩、盐度升高、pH值升高、温度和Eh值降低，导致矿质结晶沉淀。多在高温高压条件下形成。CH4与CO2等挥发分与金属矿化有密切关系。31、流体成分测定：略。成矿温度的测定：1、直接测温法。2、矿物测温法，利用矿物的某些特征来判断共生成时的温度，如矿物的熔点、多形矿物的转变点、固溶体分解温度、重结晶温度、共结温度、某些物理性质的变化、矿物组合、热发光效应、人工合成法制造矿物并测定其形成温度、矿物晶体的某些规律、微量元素组成。3、流体包裹体测温，均一法，爆裂法。4、稳定同位素测温，当一对共结晶的硫化物之间同位素交换反应处于平衡时，就可根据平衡常数与温度的函数关系，测出矿物的形成温度。成矿压力的测定：1、矿物包裹体测压法。2、地质测压法，在某种程度上讲，成矿的压力相当于热液矿床形成的深度。岩浆岩和热液矿床深度相一致，通过计算剥蚀深度，结合成矿年代及成矿时地层覆盖厚度，测算成矿形成深度。32、表成和浅成矿床：特征与浅成侵入体和厚层喷出岩有空间关系，矿体呈锥状急剧尖灭，矿石成分复杂，元素垂直分带不明显，不同阶段矿石常叠加在一起，矿石常呈晶洞、晶簇、角砾状构造。中深和深成矿床：与中深和深成侵入岩有空间关系，矿体延伸很大，成分简单，多为金属硫化物，矿物共生组合在时间空间上分离都很清楚，垂直分带明显，矿石常具粗粒结构和块状结构。33、促使成矿元素从热液中结晶沉淀的因素和条件很多，主要有以下几种：1、温度的降低，会引起一些成矿元素的化合物或络合物溶解度的减小，导致这些元素的沉淀，要发生大量沉淀，温度至少要下降20C。降温的主要原因，是上升的热液与另一冷的近地表水体相遇，其次是绝热的减压效应，第三是热的传导作用。2、压力的降低，会影响热液中溶质的溶解度，引起热液产生“沸腾”和不混溶作用，增加溶液的浓度，使挥发组分从溶液中析出，碱性增高，溶解度降低，搬运金属的能力降低。3、pH值的变化，许多络合物或易溶的化合物，只在溶液的一定pH值范围内是稳定的，超过这个范围，会引起化合物的分解和沉淀。4、氧化-还原反应，一般认为MVT和VMS矿床，是硫酸盐或硫酸根还原硫引起该矿床矿石沉淀。5、与围岩作用。6、不同性质溶液的混合。7、水解作用。34、热液交代作用，产生范围广泛，指矿液与围岩发生化学反应或置换反应，造成矿质的聚集。由交代作用形成的矿床为交代矿床。原有矿物的溶解和新矿物的沉淀是同时进行的。特征：1、矿体外形不规则，矿体和围岩界线不清楚，呈过渡关系。2、含有未被交代的围岩残余。3、矿体中往往保存原来岩石的结构和构造。4、常见发育完整的晶体。5、可以产生假象矿物。方式：一定在有孔隙溶液参加下才能实现。类型：1、扩散，组分的移动通过停滞的粒间溶液，以分子、离子扩散的方式缓慢进行。从高浓度向低浓度进行，浓度梯度成为必要条件。2、淋滤，移动靠溶液流动进行，借助流经岩石裂隙中的溶液进行，主要原因是压力差。影响因素：1、组分的活动性及其浓度。2、温度和压力。3、围岩的性质和构造。35、选择性交代：交代成因的岩石严格地集中在一定的接触带或岩层中。影响因素：1、岩石的化学性质。2、孔隙度。3、渗滤效应。36、热液交代岩石的H-O同位素变化：在水岩交代反应中，会发生连续变化，并与水岩比值及温度和封闭条件有关。可以用于判别矿床成因。37、硼同位素：11B和10B，海水中的值较大，较稳定，陆源水中的变化较大，总体低于海水的同位素组成。大洋蚀变玄武岩与海底沉积物的硼同位素组成也明显高于大陆地壳岩石，偏差小，比较稳定。大陆热泉水及热泉沉积物中的硼同位素组成变化很大，视火山岩浆作用与海水及海相沉积物的混合程度而变化。应用：1、各种沉积物硼同位素组成。2、水岩作用中硼同位素分馏。3、区域变质作用及构造俯冲带中硼含量及同位素的组成变化，构造俯冲带及区域变质作用，是随着变质温度、压力的升高，岩石矿物发生的脱水、脱气作用。随着变质作用加深，岩石矿物中的硼不断排除，进入流体相，因此从沉积岩、低级变质岩到高级变质岩构成了一个硼含量降低的序列。4、成矿作用中硼同位素组成的变化，一般选择矿体中的含硼的电气石进行硼同位素研究，并与地壳硼源进行比较。38、VMS矿床从底板网脉状岩筒中心和块状硫化物透镜体底向上、向外具有明显的矿化分带、脉石分带和热液蚀变分带。主要分为两大类，即Cu-Zn型和Zn-Pb-Cu型矿床，这种分类反映了主要的矿石矿物组合及其他地质特征。39、成矿物质来源：直接来源，地幔岩浆、花岗岩或沉积介质提供成矿物质到矿床中的物质来源。间接来源，由幔源、壳源固结岩石，即矿源层或矿源岩提供成矿物质所反映出的幔源或壳源来源特征。40、上地幔物源含矿建造：1、与镁铁质、超镁铁质岩和部分碱性岩浆有关的矿床。2、与镁铁质火山岩有关的矿床。3、与上地幔煌斑岩岩浆有关的绿岩型金矿。41、花岗岩岩浆来源：大部分花岗岩是壳源重熔岩浆成因，其岩浆起源接近下地壳的部位，故花岗岩的含矿性很大程度与受源区岩石的地区化学有关。42、陆壳沉积建造来源：克拉通大陆地壳是一些非成岩矿产的重要矿源层，是一些沉积岩盆地中金属矿床的重要成矿物质来源。如MVT，卡林型金矿。43、宇宙源成矿物质，海水来源成矿物质。44、判别成矿物质来源的地质学方法：1、区域地质分析方法。含矿围岩，很多矿床含矿围岩同时是成矿母岩，是提供成矿物质来源的主要原岩。赋矿围岩下部岩石及基底岩石建造的研究，基底岩石地层可以作为直接或间接的物源层。成矿期的岩浆活动可以提供成矿物质参与成矿。变质作用，可使成矿物质重新分配或提供成矿物质参与成矿。控矿构造，不同级别、类型作用不同，大型深部贯通性构造可以提供深部成矿物质来源，中小型只能为含矿围岩中的成矿物质提供活动空间。矿化特征。2、矿物学分析方法。矿石矿物、脉石矿物及其组合研究是成矿物质来源研究的一个重要方面。45、地球化学方法：1、组合元素及微量元素地球化学分析方法。相关分析，壳源重熔中酸性岩浆岩，以富集碱金属、放射性元素、稀土稀有元素为特征，地幔源基性超基性岩，以富集亲铁元素、铂族元素及过渡元素为特征。特征微量元素比值分析，陆相碳酸盐岩中，Ca/Mg比值大于海相碳酸盐岩。特征矿物中微量元素，如磁铁矿中微量元素种类、含量可以反映成因及物质来源。2、稀土元素地球化学分析。稀土总量分析，稀土是不相容元素，在岩浆体系总个，只有少量稀土进入晶格，大部分保留在熔浆中，导致残余熔体或重熔体中稀土总量高于原始岩浆或残留体中的稀土含量。稀土元素分配图解法，以稀土元素排列顺序为横坐标，以稀土元素分析值分别被球粒陨石相应元素相除得到标准化值，并取其对数作图，称为稀土配分图解。正常、轻稀土富集、轻稀土亏损型。Eu富集、亏损型，Ce富集、亏损型。轻重稀土比值，反映稀土分异程度，值越大分异越好，为轻稀土富集，重稀土亏损，该参数是判别残留相（结晶相）矿物组合的重要依据。Eu、Ce异常值，-Eu异常，Eu与重稀土共生，+Eu异常，与轻稀土共生，表现为不相容性，一般只有在表生或浅成地质条件下才可能出现。Eu倾向于富集在残留相或结晶相中，造成熔融相亏损。岩浆岩中的Ce异常反映了风化作用。46、硫同位素47、铅同位素48、锶同位素49、稳定同位素测温：稳定同位素测温不受压力影响，其中氧同位素、硫同位素是比较常用的办法。测定共生矿物对的同位素组成，获得同位素分馏效应平衡值或分馏系数，即可以在分馏曲线及其有关的等式中计算形成温度。必须符合：1、共生的矿物之间必须达到平衡。2、分馏系数必须有规律的随温度变化，分馏系数要大。3、共生矿物对之间的同位素平衡在矿物形成之后保持不变。50、成矿流体的一般温度压力状态：在封闭体系中，其P-T-t轨迹与变质作用形态一致，热松弛阶段成矿流体形成，温度不断升高，并浸取围岩中的可溶物质，在高峰点有热液矿物生成。开发体系中，围压相当于静水压力，在流体接近最大稳压点之后，没有热松弛阶段，可能直接发生减压沸腾作用，结晶形成热液矿物。