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第五章 岩石地球化学测量

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地质 储层 沉积 地化 层序地层
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第五章 岩石地球化学测量• 一、热液矿床原生晕的形成及影响因素• 二、热液矿床原生晕的组分特征• 三、热液矿床原生晕的形态特征与内部结构• 四、热液矿床原生晕的分带特征岩石地球化学测量• 在我国的地球化学找矿文献中,各类矿床的岩石地球化学异常,是原生地球化学异常或原生晕的同义语。• 岩石地球化学异常占有特殊的地位:• 1)各类矿床的岩石地球化学异常最全面的保留了成矿时的地球化学信息。• 2)岩石地球化学异常是各种类型次生地球化学异常物质来源的组成部分,各类次生地球化学异常,都是原生矿体及其岩石地球化学异常的派生产物。• 3)当前陆地上的找矿工作的发展趋势是寻找厚覆盖地区 隐伏矿 和浅覆盖区及开采矿山深部的 盲矿 。对于深部 盲矿 的寻找,岩石地球化学找矿是必不可少的方法。• 在不同成因类型矿床的岩石地球化学异常中,仍以 热液矿床 的应用和研究最为深入。本章以热液矿床岩石地球化学异常作为重点,对于其它类型矿床的岩石地球化学异常,只做简要介绍。一、热液矿床原生晕的形成及影响因素• 1.形成作用• 根据矿床学的一般概念,富含成矿元素及其伴生元素(包括挥发组分)的气水热液,在内营力的作用下,沿一定的构造裂隙迁移、运动。气水热液中的成矿元素及其伴生元素呈简单离子、简单络离子、复杂络离子以及气体分子形式存在。• 当外界条件在短距离内发生比较剧烈的变化,或者说含矿热液在遇到各种 地球化学障 的情况下,迁移的平衡条件遭受破坏,各元素便在一定的空间部位沉淀、析出。在沉淀条件最充分具备的局部地区,可能成为沉淀中心,由此向外,依次形成 矿体、蚀变带 和范围更为宽广的原生晕。• 因此,矿体、蚀变带和原生晕是统一的成矿作用的产物。热液带来的成矿物质,只有一部分聚积为矿体,大部分则分散在围岩中形成原生晕。• 热液迁移、运动的 动力学因素 ,主要是渗滤作用和扩散作用。A、渗滤作用• 是热液在 压力梯度 的作用下,元素通过溶液沿 岩石裂隙系统 整体、自由地流动迁移过程中,由于化学和物理化学的作用,溶液在所流经的围岩裂隙中留下矿液活动的痕迹 —— 矿体和原生晕。• 渗滤是热液迁移的主要方式。晕的规模较大,主要发育在 裂隙构造发育 的地段。B、扩散作用• 是在体系里存在 浓度梯度 的条件下发生的。它是指一个体系的不同部位内,如果某元素的浓度不同,则该元素的质点将自动从高浓度处向低浓度处迁移,直到各处浓度相等为止。• 只要体系内存在浓度差,无论溶液和气体是处于流动状态还是静止状态,都将发生元素的迁移,质点扩散的方向与溶液流动的方向无关• 扩散作用的速度较慢。据 热液条件下形成 10要一万年以上的时间。因而扩散晕的规模一般较小,但晕中元素含量的变化较规则,扩散晕中元素的含量自矿体边缘向外随距离增大, 呈对数曲线下降 (见下图)。2.影响因素• ( 1)元素自身的地球化学性质• 热液中金属元素主要 呈络合物形式 迁移,因此元素络合物的稳定性是前述多种地球化学性质的综合反映。• 可用络合物的 电离平衡常数 来衡量络合物的稳定性。象 W、 不稳定常数大,常在很高温度下就不稳定而离解沉淀。因此,它们的异常距热中心很近。而 络合物在低温条件下仍相当稳定,它们往往迁移较远 ,异常远离热中心。( 2)含矿热液本身的性质• 热液中元素的浓度• 元素的迁移形式• 热液体系的温度、压力( 3)构造裂隙• 断裂、破碎带、接触带、地层层理、岩石的节理、片理及气孔构造等构造空间,不仅是热液活动的通道,而且是矿石沉积的主要场所。• 因此,也是热液矿床原生晕发育的主要空间部位。• 构造系统原生晕( 4)围岩性质• 主要表现为岩石的化学性质和物理性质对元素迁移、沉淀的影响。• 一般情况下,化学性质活动的岩石,比较容易与矿液发生强烈的化学反应,成晕物质迅速沉淀,限制了原生晕的规模。• 常见岩石化学活泼性的顺序(由强到弱)大致为:石灰岩 → 白云岩 → 炭质页岩 → 超基性岩和基性岩 → 粘土页岩 → 泥质板岩 →片岩 → 花岗岩 → 砂岩 → 石英岩。• 岩石的物理性质主要表现在岩石的机械性质和渗透性质等方面,岩石的机械性质主要是指脆性和塑性。• 脆性岩石经过构造变动易于破碎,有利于热液的迁移、渗透,有利于形成较大规模的晕。• 塑性岩石经过构造作用,挤压得更为致密,不利于热液渗透,常常构成阻碍原生晕发育的隔挡层。• 岩石的渗透性取决于岩石孔隙度和孔隙之间的联通情况。• 应该指出,岩性对原生晕发育的影响是复杂的。• 在一个具体的成矿环境里,某些岩性因素有利于晕的发育,另一些因素则不利于晕的发育。• 一般说来 ,对交代型成晕作用,围岩化学性质起主导控制作用,在充填型的成晕作用中,岩石渗透性的控制更为明显。二、热液矿床原生晕的组分特征• 1.指示元素概念• 那些能够形成清晰异常的,能够比较直接指示矿体存在 空间位置 的, 能分辨矿石类型 的,以及能 反映异常形成机理 的这样一类元素称为指示元素。• 所谓指示元素就是天然物质中能够提供找矿线索和成因指示的化学元素。• 分类:• 成矿元素:如 W、 伴生元素:如 e、 成矿元素和伴生元素的划分是相对的,在一定条件下的成矿元素,在另一条件下则是伴生元素。同样,在一定条件下的伴生元素,在另一条件下则为成矿元素。 运矿元素:如 F、 S、 些元素往往和主要成矿元素形成易溶的络合物,对成矿元素的迁移起重要作用。• 控矿元素 ;如 K、 们组成缓冲体系,决定了热液的 而控制着成矿元素的沉淀与溶解。• 在不同类型的热液矿床中都能经常出现,能够提示多种矿床类型的存在,因此称为 贯通元素 。• 西方的文献中,将能够作为寻找盲矿指标的中远程指示元素称为 探途元素 。2.指示元素存在形式及研究意义• 主要的赋存形式:• 独立矿物• 类质同象混入物• 被吸附离子、自由离子或中性分子形式3.原生晕组合特征• 在不同类型的热液矿床原生晕中,指示元素也有不同的组合。下表为我国热液矿床主要类型的原生晕指示元素组合。这种组合特征是勘查地球化学工作者必备的基础知识之一。• 指示元素组合不仅可以从岩石、矿石样品中得到反映,还可以从它们的单矿物中元素含量表现出来。• 黄铁矿是热液矿床中分布最广的共生矿物。在不同条件下形成的黄铁矿,其中微量元素的种类和含量是成矿环境的良好反映,可以看成是环境的函数。• 在金矿石中,黄铁矿富含金,铜矿石中的黄铁矿富含铜,铅锌矿石中的黄铁矿则贫铜富铅锌江西贵溪冷水坑斑岩型铅锌矿区不同矿石类型中黄铁矿的微量元素含量( %)• (据江西 912大队、长春地质学院, 1982)4.卤族元素的作用• 卤族元素在成矿成晕中的特殊作用近来逐渐被发现。• 在亚美尼亚某多金属矿床原生晕研究中,坑道岩石采样中, 碘具有明显清晰的异常,后在深 122米之下,致密岩石中打到了水平产出的块状多金属矿体。• F、 液中与元素形成易溶络合物,有利于成矿元素的迁移。被释放出来的卤族元素,由于其离子半径大,电离势低,活动能力强而继续迁移,部分甚至以气态形式迁移。• 所以在矿体上方,特别是断裂上盘上方形成更为广阔的原生晕。对深部找盲矿具有重要意义。三、热液矿床原生晕的形态特征与内部结构• 1.原生晕形态术语2.原生晕的内部结构• ( 1) 异常的连续性( t)• 矿体中包含夹石一样,原生晕中也经常包含一些正常含量点,从而产生异常的不连续性。• 连续性越好 ,可用下式表示:• ( 2) 异常的均匀性• 相邻两点地球化学指标差值大小的度量。• ( 3) 异常渐变性• 含量变化梯度小,渐变性好;梯度大,渐变性差。• ( 4) 异常峰值( — 异常中的最高含量值。• ( 5) 平均异常强度 — 异常范围里元素含量的平均值。3.原生晕外部形态的类型• 1) 线状异常• 异常长度远大于异常宽度• ( 2) 带状异常• 异常的长度明显大于异常宽度,• ( 3) 等轴状异常• 异常在平面上没有明显的延伸方面• ( 4) 不规则状异常• 该类异常形态反映出异常形成时,受多组不同方向、不同形态或不同性质构造的复合所控制。线状异常平面图 线状异常剖面图• 带状及透镜状异常平面图• 等轴状异常平面图• 不规则状异常平面图四、热液矿床原生晕的分带特征• 1.浓度分带• 浓度分带 是 同一组分 的含量自矿化中心或异常中心向外有规律变化的现象。• 为了取得可以互相对比的资料, 1965年,谢学锦、邵跃将地球化学异常分成内带、中带、外带三个浓度带。并视浓度变化的陡度,以异常下限值的 1倍、2倍、 4倍三个数值来划分外、中、内带,称三级浓度带。• 浓度分带不仅指示了找矿方向,而且有无浓度分带还是区别矿致异常与非矿异常的标志。2.组分分带的一般特征• 组分分带是原生晕中不同指示元素在空间分布上有规律变化的现象。国外文献中所指的原生晕的分带性,主要就是指组分分带。• A. 空间分带 —— 垂直分带与水平分带组• 热液矿床原生晕的垂直分带性,表现为不同指示元素在不同标高上发育的差异,及由此导致的一系列派生规律;在不同的高程上产生不同的元素组合;某些元素对的比值随深度的增加而发生有规律的变化。• 某热液铀矿床上所观察的垂直分带性是一个典型的例子,从图上可见 均发育。显示了 原生晕的水平分带是指示元素在现代水平方向上,异常发育的强度、范围的规律性变化特征。矿田晕或矿床晕的水平分带。下图是德兴斑岩铜矿床的原生晕水平分带模式图,异常元素的水平分带模式为:• 矿体原生晕的水平分带则是以水平方向上异常的宽窄来划分的,如陕西某铜、钼、钨多金属矿区原生晕的水平分带模式(由中心向外)为: W、 g、 常宽度大的排在前面,小的排在后面。B. 成因分带• 原生晕的垂直分带性和水平分带性,都是针对现代空间方位说的,不涉及矿体和原生晕形成时的产生状态。• 实际上,矿体或原生晕的产状,陡倾斜矿体和缓倾斜矿体,对于分带规律是有一定影响的。• 液运移有方向性,总是向压力降低方向运移,他的分带性成果,能反映热液流动方向性,具有成因意义,故称为成因分带。他结合矿体的产状将原生晕的分带性划分成轴向分带、横向分带、纵向分带三种类型。• 轴向分带 —— 沿矿体轴向,即沿矿液运移向上的元素分带。主要是由渗滤作用造成的分带。在矿体产状为陡倾斜的情况下,轴向分带则与垂直分带相一致。• 纵向分带 —— 顺矿体走向所反映的元素分带。• 横向分带 —— 垂直于矿体走向方向上的元素分带,主要是由扩散作用造成的分带。在矿体产状为陡倾斜的情况下,横向分带与水平分带相一致。• 对于接近水平产出的矿体来说?• 邵跃等人在狮子山地区开展矽卡岩型铜矿床原生晕的研究工作。通过对狮子山矿床四条勘探线剖面钻孔中原生晕的研究发现(图),铜、银、钼三个元素在剖面上具有垂直分带现象。• 银异常主要分布在沿矿带轴向的前上方(前缘),矿带尾部异常收敛;• 钼异常主要分布在沿矿带轴向的后下方(尾部),矿带前缘无异常出现;• 铜异常虽然在矿带前后均有异常出现,但在矿带前缘比矿带尾部异常强。• 横向分带与轴向分带同纵向分带不同,它的分带性取决于矿体中和晕中的元素浓度、元素的活动性及其在围岩中的背景含量。• 一般来说,横向分带的前几个元素(晕最大宽度的元素)正是该矿床矿石的主要成矿元素。• 同时,横向分带还与矿化剥蚀水平有关。不同剥蚀程度即使在同一矿化上,分带特征也不相同。如下图。a)和轴向分带示意图( b) 3.原生晕轴向分带研究方法• ( 1) 直观经验对比法• 主要直观对比各元素异常在剖面上的发育特征,包括异常发育程度、范围(面积)、异常强度。其中,较为关键的是要作出各元素的浓度分带剖面图,对比各元素的浓度中心位置,异常未封闭的开口方向,收敛趋势。• 从下图上可以清楚显示,主成矿元素异常面积最大,三级浓度清楚围绕矿体四周分布。 为“镜象”。因此,初步可以对异常的分带性从矿上 — 矿体 — 矿下分为:( —( ( 2) 分带性衬度系数法• H·H·索切诺夫 ( 1964)提出的,所谓分带性衬度系数是指同一元素在上截面与下截面原生晕的线金属量比值。• 它反映了不同截面间该 元素富集的方向和富集的程度 。对比各元素的分带性衬度系数,就可以了解不同截面间各元素向上(或向下)富集趋势的大小。• 实际计算时:苏联一个铀矿的原生晕分带分带序列(由上到下): U(3) 分带指数法• 以表中数据为例,计算出各截面元素的线金属量,并标准化至同一数量级。就得到所谓的分带指数。每一元素的分带指数最大值所在的标高即为该元素在分带系列中的位置。• 当两个以上的元素分带指数最大值同时位于剖面的最上中段或最下中段时,可以用变异性指数来直一步确定它们的相对位置。• 变异性指数• 某元素的分带指数最大值;• 某元素在 考虑分带指数最大值所在的中段);• n — 中段数(不包括分带指数最大值所在中段)。• 苏联某多金属矿床原生晕的线金属量数据( m·%)• 对砷和锑来说,它们的 可求得:• 映出砷比锑更具有向上积聚的倾向。• 当多元素的 用△ 变异性指数梯度差△ G=或 。• 在同一中段里 ,某元素的 大 ,说明该元素倾向于向下积累。反之亦然( 4)浓集中心法• 本法以经验法浓集中心比较为依据,吸收了格里戈良分带指数法考虑不同截面数据的作用,借鉴其计算方法的基本程式,计算每一元素的浓集中心。• 此,在分带序列中, 对于中部中段的元素,则用 浓集系数变异差 (△ H)• 来度量其浓集趋势差异:• 浓集系数变异差△ H= 浓集系数最大值所在中段以上的变异指数,• 浓集指数最大值所在中段以下的变异指数。• 差值越大,反映该元素向下聚集的趋势越大,• 则应越排在后面。• △ 明 分带序列中, 个分带序列自上而下为: 各类矿床原生晕横向分带4.热液矿床原生晕的综合轴向分带序列及与横向分带、纵向分带关系• л·H·奥弗钦尼科夫和 C·B·格里戈良在总结了四十七个热液矿床原生晕资料的基础上,得出轴向分带系列(自后尾至前缘)为: W、 U、d、 克维雅特科夫基总结为: B、 U、 、 1975年,邵跃根据多年工作的经验总结出的元素垂直分带序列为: W— o( 锌矿的标型特征• 典型的分带序列有很多共同点,即都具有序列下部、中部、上部所特有的一批相当稳定的元素。• 每一个具体矿床的分带序列,基于很多原因,往往不是一个完整的分带序列,而是其中的一部分,或缺失了序列中的某些元素。• 有的元素出现两次,分布于两个不同的位置。主要是因为在不同的位置上,元素是以不同的载体矿物的形式出现的。例如, 在, 黝铜矿 的形式; 形式等。• 上述原生晕的轴向分带规律,系同一矿化期所形成的,是一种比较简单的情况。如果成矿作用是在多期次矿化作用下形成的,那么各期矿化相互叠加,导致上述分带规律破坏,形成所谓“多建造晕”或“叠加晕”。• 如果矿化在轴向方向上由于断裂性质变化而产生膨胀、压缩,矿化出现尖灭、再现、透镜状或串珠状矿体的“藕断丝连”,首尾相接,也会由于矿体原生晕的叠加导致轴向分带序列的破坏。由此可见,轴向分带特征主要是反映矿体原生晕的分带规律。• 横向分带明显不同于轴向分带,各矿床没有统一的横向分带序列。这些矿床横向分带序列几乎无规律可循。这主要是与矿化剥蚀程度有关。• 热液矿床原生晕轴向分带的原因,多数学者认为是由于成矿成晕过程中,成矿溶液内部的平衡发生变化,某些元素的稳定性不同造成的矿体和元素带状分布。这种分带称为沉淀分带。• 虽然矿床和矿体的形成过程存在多阶段性,在绝大多数情况下,在矿体及原生晕中都可观察到十分固定的沉淀分带。因此克维雅特科夫斯基认为原始热液的成分是相同的。矿体和晕的带状构造是由于在热液迁移过程中,遇到不同类型的地球化学障时不同元素的稳定性不同而造成的。五、分散矿化原生晕与多建造晕• 所谓分散矿化,是指除了由矿体和各类地质体所形成的地球化学异常外,还有一类为数甚多的,具有热液矿床原生晕某些特点的,但经过验证其下又不含工业矿体的地球化学异常。• 分散矿化的地球化学异常,在数量上远远超过矿化异常。分散矿化带• 总结国内外已知分散矿化带的实例,发现它有以下特点:• 1)异常规模较小。• 2)没有明显的元素浓集中心,浓度分带不明显。• 3)元素组合相对比较简单。• 4)不具明显的指示元素垂直分带性。• 它很可能是渗滤热液萃取围岩组分(多是一些易溶的前缘晕元素),浓度又不高,在断裂带中沉淀下来形成的。2.多建造晕• 多建造晕 是由成分和形成条件不同的两个以上成矿建造,在空间上同时并存而形成的结构非常复杂的地球化学异常。多建造晕实际上是一种复合晕。• 1) 出现不同特征的 指示元素组合 。• 当出现已知成矿建造以外的某些元素的异常时,就应当考虑可能有另一建造的出现。• 2) 多建造晕的特点是指示元素含量具有独特的相关关系。六、岩浆矿床的原生晕• 1.岩浆矿床原生晕的形成• 岩浆矿床的原生晕主要是通过结晶分异和熔离作用形成。• 岩浆是以硅酸盐为主并含有各种金属和一些挥发分(如 B、 F、 S、 一种熔体,成分相当复杂。不同类型的岩浆,在主要造岩组分方面是相同的,只是含量比例有所差别,但在微量元素和挥发分组分方面则差异很大。岩浆可以由地幔和地壳物质重熔或地壳物质被同化和交代形成。• 2.岩浆矿床原生晕特征• 两类岩浆矿床的原生晕,均为典型的同生异常,具有以下共同特征;• ( 1)岩浆矿床的原生晕和矿体、含矿母岩均为同源产物,它们只是同一地质作用中元素集中程度不同的结果。• ( 2)矿体、原生晕和含矿母岩没有明显的界线,是逐渐过渡的。• ( 3)原生晕发育在矿体周围,特别是矿体上方的母岩中。一般说来越接近矿体,异常强度越高。• ( 4)矿体和原生晕的产出常和一定的岩相带有关。对于铬铁矿含矿最有利岩相是 纯橄榄岩、斜方辉石橄榄岩, 子比 )>6;对于铜镍硫化矿床最有利岩相是橄榄岩、二辉橄榄岩, 子比 )<6。七、沉积 现有认识水平上的沉积矿床原生晕的主要特点:• 1)沉积矿床原生晕的形成过程中,成晕物质的迁移形成,除离子、络离子和胶体分子外,还以矿物和岩石碎屑的形式搬运。• 2)沉积矿床原生晕的形成机制中,生物化学作用占有相当的比重。• 3)指示元素的组合比较简单。一般富含可溶性的氯、锰和有机质。• 4)异常的分布与矿体或相应的地层层位一致,不具穿层的特点。• 5)异常范围内,指示元素浓度分带不明显。异常轮廓在走向方向上可延伸较远,而在垂直地层走向的方向上规模很小,浓度梯度变化大• 该矿床属于大西沟一银硐子菱铁矿 矿床产于泥盆系中上统地层中,赋矿地层为泥盆系中统之泥质,粉砂质沉积向泥质碳酸盐沉积的过渡部位。• 水平上由西向东矿化类型具 b 多金属矿体主矿体长 1300米,与地层整合产出,由条带、条纹状之硫化物、重晶石、硅质组成。• 矿床成因为 热卤水沉积弱改造矿床 。• 总结该矿床原生晕特点如下:• ( 1)主要异常元素为 常元素组分较为简单;• ( 2)异常形态紧紧围绕矿体,与地层走向一致、沿走向延伸长,垂直地层发育不强,主成矿元素 50m, 00m,其它很窄, ( 3)异常存在明显浓度分带,但组分分带不明显,无前缘晕、尾晕之分,不具备热液矿床组分分带特征,给剥蚀程度评价带来困难。• ( 4)反映沉积过程,沉积环境的特征元素( a、 B)的异常都有明显反映,规模较大,有利于用沉积相,沉积环境分析指导找矿。八、岩石地球化学找矿的应用• 适用条件 :基岩露头好或工程暴露好的地区• 1.检查、验证水系沉积物异常、圈定找矿目标• 2.判断剥蚀程度,寻找盲矿体• 3.指导勘探工程• 4.利用多建造晕或叠加晕预测深部矿体• 推荐书:李惠等,大型、特大型金矿盲矿预测的原生晕叠加模型,冶金工业出版社,1998本章小结• 重点掌握 :岩石地球化学异常与原生晕;热液矿 床原生晕的形成机制及控制因素,形成特征、组分特 征。热液矿床原生晕的分带性特征,浓度分带和组分分 带。轴向分带、横向分带和纵向分带的概念及分带特 征。轴向分带的确定方法,热液矿床分带性特征研究的 意义。• 基本掌握 :岩浆矿床、沉积矿床原生晕的其本特 征。岩石地球化学找矿的应用条件、工作方法、找矿应 用实例。• 作业 2:轴向分带序列确定的方法
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