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元素地球化学迁移研究实例

元素地球化学迁移研究实例
矿床地质特征:
锡矿体为锡石石英脉,根部插入花岗岩中。

花岗岩主体为黑云母花岗岩,矿体下部部分黑云母已经白云母化-二云母花岗岩,花岗岩钠长石化。

剖面中矿脉及蚀变带具分带结构。

矿脉内的矿物组合为锡石-石英;矿脉旁的矿物组合为事变矿物组合-云英岩化:长石蚀变为钠长石,黑云母蚀变为白云母,含蚀变矿物黄玉和萤石。

矿脉上部,两侧对称发育云英岩化,向外由钠长石化和白云母化花岗岩过渡为未变质黑云母花岗岩,在脉旁云英岩中分布有锡石、萤石和黄玉;含矿脉下部,云英岩蚀变带宽度变窄,钠长石化和白云母化花岗岩宽度加大,向外过渡为未变质的黑云母花岗岩。

花岗岩中Sn的活化:
含矿花岗岩中锡含量16-30ppm,高出酸性岩克拉克值4-5倍。

不含矿花岗岩含锡3-5ppm。

赋存形式:80%-100%的Sn集中于黑云母(Bi)中,黑云母中Sn含量均匀,80-400ppm。

显微镜下未发现锡石颗粒。

将Bi研细到200-300目,用碘化钾溶剂无法提取到其中的锡,说明黑云母花岗岩中锡主要以类质同象形式进入Bi晶格:
Li+ + Sn4+→ Mg2+ + Fe3+
黑云母发生白云母化蚀变后,白云母中的锡含量大大低于黑云母中的锡含量。

暗示发生了元素的迁移。

巴尔苏科夫认为Bi的白云母化过程为:
含Sn黑云母 + K+→白云母 + Sn4+ + (Mg,Fe)2+
交代的同时Sn被排出晶格,花岗岩中大量Sn被淋滤带出进入蚀变溶液,据计算没m³白云母化花岗岩约带出10-60gSn,这是锡石-石英脉Sn的主要来源。

也造成锡石-石英脉下部花岗岩中呈现锡的负异常。

在综合分析上述资料基础上,巴尔苏科夫认为,在富集Sn方面起主要作用的是岩浆期后自变质作用。

Sn的搬运和沉淀:
矿脉上部矿物组合显示有K、Ca、Na带入,下部矿物组合显示有Na置换Ca。

矿脉下部花岗岩的钠长石化和白云母化表明自变质溶液早期富Na并具有碱性。

锡石-石英脉以及云英岩中的萤石(CaF2),黄玉(Al2[SiO4](F,OH)2)等反映了氟对锡的搬运作用。

F的活动以及云英岩化作用中Ca、Mg、K等的淋滤表明在锡石沉淀时,热液的pH值已有所下降。

包裹体成分测定表明:成矿热液含大量F、Na、K、Ca、Cl、HCO3-等,锡石形成温度250-300℃,溶液pH<6-8.3。

为证实F对Sn的搬运及可能的F-Sn络合物,进行了成矿模拟实验。

配置了与包裹体成分相近的溶液,在含氟钠-钾-氯化物溶液中,在300℃,500×105Pa及pH=8-10条件下,同时存在重碳酸,硼酸和二氧化硅时,形成稳定[Sn(F6-X,OH X)]型氟-氢氧络离子。

pH降到7.5-8.0时,络离子水解,Sn呈锡石析出。

实验所得氟-氢氧络合物形成,稳定和分解条件同形成过程物理化学条件基本吻合。

成矿溶液由碱性逐渐中和,释放出HF与其它组分作用形成含氟矿物。

锡成矿模型:
巴尔苏科夫指出:富Na和F的岩浆期后碱性溶液由深部沿裂隙向上运移,使花岗岩发生自变质作用,长石发生钠长石化,黑云母发生白云母化,黑云母晶格中的Sn被活化。

Sn 进入溶液形成Na2[Sn(F6-X,OH X)]络合物向上运移,此时溶液具碱性,络合物稳定。

黑云母被白云母交代的同时释放出Fe2+和Mg2+,它们与溶液中的B、SiO2、As、S结合形成电气石(Na,Ca)(Mg,Fe)3B3Al6Si6(O,OH,F)31和毒砂(FeAsS)。

含Na2[Sn(F6-X,OH X)]溶液继续上升,经钠长石化,溶液中Na浓度降低,pH值下降。

当溶液变为弱碱性至中性时,氟锡络合物不稳定,通过高温水解形成锡石和游离HF:
Na2[Sn(F6-X,OH X)] SnO2+ 2NaF + 2HF(3.1)
这将引起热液迅速酸化,酸性溶液作用于上部花岗岩,导致碱金属淋滤带出形成云英岩:3KAlSiO3O6+2HF KAl2[AlSi3O10][OH]2+2KF +6SiO2
钾长石白云石石英(3.2)
KAlSiO3O6+4HF Al2[SiO3]F2+5SiO2+2KF +H2O
钾长石黄玉(3.3)HF与围岩Ca作用形成萤石;这样,巴尔苏科夫系统说明了Sn在深部带出和在上部的集中,解释了矿脉及蚀变的垂直分带、各带矿物组合及Sn在矿脉两侧的分配。

总结:
由此例可见,元素迁移过程常常包含几个环节和集中作用机制,它们之间相互制约,每个环节的作用机制都可以用代表性化学反应表述:如锡矿形成中Sn的活化机制时花岗岩中黑云母的白云母化,反应方程式为:
含Sn黑云母 + K+→白云母 + Sn4+ + (Mg,Fe)2+
Sn4+在含矿溶液中络合迁移及水解沉淀用下式表示:
Na2[Sn(F6-X,OH X)] SnO2 + 2NaF + 2HF
两个反应方程概略地说明了Sn从活化到迁移沉淀的基本化学过程及其所反映的地质因素,成为元素迁移的化学模型。

元素迁移的化学模型虽然只定性(或半定量)地说明迁移的性质,但是最基本的作用机制,是进一步深入研究的必要前提。

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