基金项目:高等院校博士点基金(No .20070558033)
元素地球化学场与成矿
陈国能
(中山大学地球科学系,广核-中大花岗岩与铀矿资源研究所,广东广州510275)
元素周期表是化学元素自身结构变化规律的体现,而元素自身的结构又往往决定了其在特定地质(物理化学)过程中的行为和空间位置。

据此,作者曾提出 元素地球化学场 的概念(陈国能,1998;Chen and G rapes ,2007)。

本文是在此基础上,着重探讨陆壳熔融(重熔)-固结过程中元素的迁移聚集和空间分布与元素自身结构的关系。

研究结果表明:
(1)大陆地壳三大类岩石(沉积岩、铁镁质岩
浆岩和以花岗岩为代表的长英质岩浆岩)的形成过程,可导致不同类型元素富集成矿。

其中,在沉积岩形成过程富集成矿的主要是具惰性气体型离子结构的元素,而亲岩浆岩的元素多为过渡型和铜型离子。

在后者中,除铁族元素表现为亲铁镁质岩浆岩外,其它元素的富集成矿均与花岗岩的形成有关(图1)。

图1 大陆地壳三大岩类的成矿元素与元素离子结构的关系
(2)亲花岗岩成矿元素在地壳中高度分散。

原地熔融-壳内对流模型(Chen and Grapes ,2007),为这类分散元素的富集提供了一个逻辑框架。

在重熔岩浆层固结过程中,亲石元素占据了原来岩浆层所占据的位置,形成花岗岩层;未能加入硅酸盐晶格的元素则在残余相和气相中富集,并向重熔界面隆起区汇聚,在条件许可时被排出系统之外(图2);
(3)成矿流体在向上运移过程中,其内的成矿元素将在不同的物理化学区间沉淀析出,在重熔界面之上的沉积-变质盖层形成硫化物矿床
(图2)。

可见,原地重熔-岩浆固结过程中亲硫元素最终所处的位置,即代表花岗岩层之上的沉积-变质盖层;
(4)成矿元素沉淀之后,作为搬运介质的水和卤族元素(统称亲水元素)在温度差和压力差驱动下继续向上运移,并最终进入地下水层(图2)。

换言之,水圈是花岗岩热液中的亲水元素的最终归宿;
(5)不论是重熔-结晶或其后的热液过程,熔融系统中的惰性气体元素均不参与反应,它们最终会到达大气圈,即大气圈是此类元素的最后归宿(图2)。

增刊
矿
图2 熔融(重熔)-固结过程中的地壳理想断面;重熔界面(M I)之上的阴影区示岩浆结晶过程中热液流体的扩散区;小箭头示岩浆层分异出的气液流体运移方向;黑色、灰色和白色粗箭头分代表排出岩浆系统的亲硫元素、亲水元素和亲气元素的迁移方向和可能到达的部位(箭头尖端所指区间)
图3是与图2所示的地质断面相应的元素地球化学场断面,其中划分出四个元素地球化学场:底部称岩浆场,为亲石元素分布区,代表壳内花岗
岩(浆)层;岩浆场之上称热液场,为地壳熔融-结晶过程中成矿元素的分布区,代表花岗岩层之上的沉积变质盖层;沉积变质盖层之上称介质场,为热液过程中亲水元素的目的地,代表水圈;最后是气体场,为岩浆和热液过程中析出的气体元素的最终归宿,代表大气圈(图3)。

显而易见,元素地球化学场揭示的元素自身结构变化规律,与元素在地质过程中的行为和空间分布的关系,不但展示了自然界宏观与微观的协调与和谐,更为我们理解各种元素的地球化学行为,研究成矿元素的富集规律和进行找矿预测,提供重要的理论
依据。

图3 元素地球化学场,示与图2地质断面相适应的上陆壳层圈结构,以及不同类型化学元素在陆壳熔融-固结过程中的运移方向和空间分布(图例与图2相同)
参 考 文 献:
陈国能.元素地球化学场及其地学意义.地球化学,1998,27(6):566 573.
C hen G N ,Grapes R.Gran it e G enes is :In s it u M elti ng and C rustal Evol u ti on .Th e Net herl ands :Sp ri nger :2007.
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矿 物 学 报
2009年。