地球化学——元素的地球化学迁移1

二．元素迁移的观察和研究方法
写出化学反应方程式，加入流体相： ② 写出化学反应方程式 ， 加入流体相 ：
NaAlSi3O8-CaAl2Si2O8 + 2H++ K+ = 带入流体相） 斜长石 （带入流体相） KAl2[AlSi3O10](OH)2 +2SiO2 + Na+ +Ca2+; 残余流体相） 绢云母 石英 （残余流体相）
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
• 模拟包裹体成分配制溶液，SnO2作试料， 300°C、500×105Pa，SnO2溶解实验； • pH>8，SnO2大量溶解，呈[Sn(F,OH)6]2- 形式； • pH ≅ 7.5 时，SnO2从溶液中析出，同时释放出 SnO HF; • 由实验结果分析锡沉淀过程为： Na2[Sn(F,OH)6]2- →SnO2＋HF＋2Na(OH)
锡石-石英脉型热液矿床系统的地球化学 锡石 石英脉型热液矿床系统的地球化学 石英脉型 研究，元素迁移成矿的化学作用机制。 研究，元素迁移成矿的化学作用机制。 通过地质及实验研究对锡矿床的认识
1．实际观察地质体和矿化体矿物组成、元 素含量和赋存状态： 从实际观察资料出发，占有地质和成矿 作用的信息，特别是注意作用前后的以上 各种地球化学特征的变化，追踪一个过程； 如上例 2．建立地质成矿作用的化学反应方程式： ①根据观察列出作用前后的矿物发生的 变化： 如肉眼和薄片观察可见： 斜长石 → 绢云母
（ 2 ）. 元素在岩石、矿物中的含量： • 一般含锡花岗岩含锡量为16-30×10-6，常见为 18-20×10-6；不含锡花岗岩：3-5×10-6。 • 本岩体二云母花岗岩：12×10-6；黑云母花岗岩： 27×10-6；上部脉旁云英岩中，近脉处含锡可达 30-207×10-6，远离脉壁逐步下降；下部脉旁云 英岩中锡在其中有一个狭窄的迁出带。元素含量 在脉体上方为正异常，在脉体下方为负异常。
（4）模拟实验研究
• 据矿物组合和矿物成分确定实验体系化学组 成：花岗岩自变质发生了钠长石化，系统富 钠；在矿脉旁的蚀变矿物中出现富氟矿物， 实验体系应相对富氟。 • 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。 • 矿物中包裹体成分及均一温度测定，成矿溶 液富Na、F、K、（OH）、Cl和HCO3-，溶 液pH值为6-8.3，成矿温度为250-300°C。
元素的迁移现象可以通过现代 测试手段进行观察:测定作用前后 元素赋存状态、组合和含量的变 化。引用基础科学理论和方法进 行综合分析，在一定的条件下可 以进行定量计算、建立作用的数 学模型，定量研究元素的迁移。
4． 高温下元素迁移和成矿化学作用机制研 ． 究实例
-巴尔苏科夫对锡矿脉的研究(1968) 巴尔苏科夫对锡矿脉的研究
一．元素迁移研究实例：
1．元素地球化学迁移的一般概念 在自然地质和地球化学作用中，元素由一 种赋存状态转变为另一种赋存状态，并常伴 随元素组合和分布特征变化、以及空间位移 的作用称为地球化学迁移。 元素迁移是一种自然物理化学变化，受元 素的性质和环境条件控制。元素迁移的过程 反映地质和成矿现象的实质，即地球化学机 理。
蚀变条件的判断
1．钾长石的绢云母化和高岭石化是水解反应，
钾长石与水中的H+反应，形成含水的绢云母 和高岭石；在酸性条件下更为有利。 2．绢云母化的温度为550－150℃；>360℃形 成叶蜡石，< 360℃形成高岭石。 3．在一定温度条件下，反应方向受体系中 K+/H+浓度的比值控制：在高温偏碱性条件下 钾长石更稳定，在高温偏酸性条件下出现绢 云母－叶蜡石组合；在低温偏酸性条件下为 绢云母－高岭石组合。
三．研究元素迁移的三个理论层次
1．化学模型：总结出地质成矿作用的化学 机理－定性或半定量的关系； 2．热力学模型：进行定量的热力学计算， 编制出说明研究区作用机制的相图；作为 地质成矿过程的理论参照模型； 3. 动力学模型：构筑考虑多种因素定量影 响关系的数学模型，对未知地区有一定的 预测性。 （本课程以前两个层次为重点， 为基础性研究）
形成一个有制约关系的成矿反应体系持续 进行，则能形成大矿
Sn的活化与地球化学迁移 的活化与地球化学迁移
第一阶段： 花岗岩发生自变质作用—长石钠长石化 长石钠长石化， 第一阶段： 花岗岩发生自变质作用 长石钠长石化， 黑云母蚀变为白云母，温度和压力条件为T> 黑云母蚀变为白云母，温度和压力条件为 >300°C ° 和pH>8。 > 。 长石和黑云母析出 析出Fe、 和 ， 溶解进入溶液 长石和黑云母析出 、Mg和Sn，Sn溶解进入溶液 氟锡络合物形式存在 形式存在。 以氟锡络合物形式存在。 第二阶段：沿压力降低的方向，氟锡络合物随溶液 第二阶段：沿压力降低的方向，氟锡络合物随溶液 运移，在温度、 变化不大的条件下 变化不大的条件下， 运移，在温度、pH变化不大的条件下，氟锡络合物 稳定迁移。 稳定迁移。 第三阶段： 第三阶段：当T≤300°C和 pH ≅ 7.5 时，氟锡络合 ≤ ° 和 物水解，析出锡石同时 同时， 物水解，析出锡石同时，在矿脉内和近脉围岩中结 萤石、黄玉、毒砂、电气石等矿物 等矿物。 晶萤石、黄玉、毒砂、电气石等矿物。
（3）. 元素存在形式研究
• 元素各组成矿物中分配研究：80-100%锡黑云母中。黑云母中锡分布，含量80400×10-6； • 显微镜下未见锡石颗粒；黑云母单矿物碎 至200-300目，用KI溶剂无法提取其中的锡； 锡在黑云母中以类质同象形式存在。 • 黑云母发生白云母化蚀变后，白云母中锡 低于黑云母。
• 锡矿体为锡石石英脉，其 根部插入花岗岩。花岗岩 主体为黑云母花岗岩，矿 体下部部分黑云母已白云 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。矿床的分带结构： 脉内矿物组合：锡石-石英； 脉旁为蚀变矿物组合-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。
配平化学反应方程： 配平化学反应方程：加入流体相和配平 反应方程，使化学模型研究得到唯一解。 反应方程，使化学模型研究得到唯一解。 如果所观察到的反应是所研究作用的主 体，则该反应代表地质成矿过程的总体 特征和条件 。
3.
成岩成矿反应类型和物质来源 的条件分析
a. 流体相交代原有矿物，有交代残 余－ 围岩蚀变反应、自变质交代。 b. 流体相带入，物质间反应发生沉 淀－热液脉矿石、化学沉积岩等。 c. 流体相控制主体反应，无固相 产物－流体包裹体踪迹 。
第三章 元素的地球化学迁移
知识衔接关系
第一章 元素的丰度 含量、分布、分配 第三章 元素的迁移 分布变化 形式变化 组合变化 空间位移 ？？？ 变化的原因与机制
第二章 元素的结合规律 性质、组合、赋存形式
§3-1 元素迁移的研究方法 元素的迁移是地球化学研究的 核心问题
一．元素迁移研究实例
（1）. 锡石 石英脉型矿床地质特征 ） 锡石-石英脉型矿床地质特征
2. 元素地球化学迁移过程
活化（解体）─迁移（空间位移，伴随存在形 式变化）─重新结合（沉淀、结晶）
3. 元素迁移的类型
（1）化学和物理化学迁移─硅酸盐熔体 迁移，水溶液迁移，气态迁移； （2）生物和生物化学迁移─与生物活动 有关，如光合作用、生物还原（硫）作用 等； （3）机械迁移─岩屑，矿物碎屑物质迁 移活动经常是多种迁移形式的综合，地球 化学研究元素化学和物理化学迁移。
含矿脉上部， 含矿脉上部，两旁对称发育云英岩 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， 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 在脉旁云英岩中分布有锡石、 锡石 和黄玉； 和黄玉； 含矿脉下部，云英岩蚀变带的宽度 含矿脉下部，云英岩蚀变带的宽度 变窄；钠长石化和 变窄；钠长石化和白云母化花岗岩 的宽度加大，向外过渡为未变质的 的宽度加大，向外过渡为未变质的 黑云母花岗岩。 黑云母花岗岩。
锡石－石英脉型热液锡矿床成矿的化学 模型：
1.含锡花岗岩的钠长石化、白云母化作用与 锡的活化迁移 黑云母含Sn: 80-400ppm; 类质同象置换方 式： Li++ Sn4+→Mg2++ Fe3+ 活化反应，白云母化： Sn-Bi + K+=Ms + +Sn4+ +(Fe,Mg)2+
2、锡迁移的络合物形式富 +、F-的碱 、锡迁移的络合物形式富Na 性高温热液中： 性高温热液中：
Na2[Sn(F6-xOH)x] = SnO2 + 2NaF + 2HF
3、 含锡云英岩脉的矿物组合： 锡石－ 、 含锡云英岩脉的矿物组合 ： 锡石 － 石英脉的形成； 石英脉的形成；
4、锡石矿物沉淀和富集的机理:不断消耗HF， 使反应正向进行：
3K[AlSi3O8] + 2HF= KAl2[AlSi3O10](OH) + 2KF + 6SiO2 钾长石 白云母 石英 3K[AlSi3O8] + 4HF = Al2[SiO4]F2 + 5SiO2 + 2KF + H2O 钾长石 黄玉 石英