矿物的微量元素组成对矿床成因研究的指示作用

目录 引言 1

第一章 微量元素概论 1 1.1 微量元素的基本性质 1 1.2 微量元素的赋存状态 1 1.3 微量元素在矿床学中的应用 2

第二章 黄铁矿中微量元素组成与矿床成因研究 2 2.1 安徽铜陵冬瓜山铜金矿床中的黄铁矿 2 2.2 小秦岭地区车仓峪钼矿中黄铁矿 8

第三章 铅锌矿中微量元素组成与矿床成因研究 9

3.1 矿床地质简介 9

3.2 闪锌矿中微量元素特征 9

3.3 闪锌矿中稀土元素含量特征 11 3.4 成矿温度与成矿流体 13

3.5 矿床成因分析 14

第四章 铁矿床中稀土元素地球化学 15 4.1 矿区地质特征 15 4.2 样品分析 16

4.3 矽卡岩、矿石稀土模式的成因 19 4.4 矽卡岩和矿石正Eu异常的形成与成矿热液温度 20

讨 论 21

结 论 21 参考文献 21 1

矿物的微量元素组成对矿床成因研究的指示作用 中国地质大学（武汉）资源学院020101班 翟玉林 学号：20101000274 摘要：黄铁矿、闪锌矿等矿物是常见的金属矿物，尤其是黄铁矿与金钼矿床的关系更为密切，其中的微量元素组成对于研究矿床的成因具有重要的意义，本文主要是介绍根据黄铁矿、闪锌矿和铁矿床的矿物中微量元素的含量及分布特征，探讨成矿温度、成矿流体、岩浆演化等矿床成因问题，分析微量元素和稀土元素在矿床成因研究中的重要指示作用。 关键字：黄铁矿、闪锌矿、铁矿床、微量元素、稀土元素、矿床成因

引 言 微量元素地球化学是研究微量元素在地球（包括部分天体）及其子系统中的分布、化学作用及化学演化的科学，也是近代地球化学发展中非常活跃的分支学科之一，已成为当代地球化学研究中必不可少的组成部分。成岩成矿作用过程及机理研究是地质学、地球化学研究中的重要课题之一，除了采用传统的岩石化学、矿物学等方法外，微量元素示踪在近些年来得到广泛应用。近些年，随着地质科学的发展，微量元素地球化学理论逐渐完善，研究的手段、精度不断提高，领域不断扩大，为各种类型岩石和矿床成因模型提供了重要约束，使微量元素地球化学在当代地质学研究领域中显示了广阔前景。

一、微量元素概论 1.1 微量元素的基本性质 微量元素是指在矿物或地质体中不作为主要化学成分而存在的一类元素，目前对其比较一致的认识是：微量元素以低浓度为主要特征，往往不能形成自己的独立矿物，而被容纳在由其他组分所形成的矿物固溶体、熔体或流体相中； 在矿物中的存在形式有：快速结晶过程中被陷入吸留带内；在主晶格的间隙缺陷中；大多数情况下，以类质同象形式进入固溶体。尽管微量元素在地质体中的含量非常低，但是由于其特殊性质，在地球化学研究中被用来作为一种指示剂，在成岩、成矿作用及地球（包括部分天体）的形成及演化等研究中发挥了重要作用。 微量元素是一个相对的概念，因此在不同体系或地质体中，主量元素和微量元素都是相对的，例如K在地壳整体中是主量元素，但在陨石中常为微量元素；Fe在石英中为微量元素，但在磁铁矿、黄铁矿、磁黄铁矿中就是主量元素；Zr 多数情况下是微量元素，但在锆石中却是主要元素。所以，我们在研究过程中要视具体对象来判断元素的主次地位，不能片面的一概而论。

1.2 微量元素的赋存状态 经过地质学家们长期不懈地努力，发现微量元素也可以形成自己独立的矿物，例如锆石、铌（钽）铁矿、褐钇铌矿、独居石、磷钇矿等。在这些矿物中，微量元素是矿物中的主要元 2

素，并在矿物晶格中占据一定位置，但大部分微量元素主要还是以类质同象、非类质同象、吸附等形式赋存于寄主矿物晶格中。例如长石中Rb以类质同象置换 K，很少形成 Rb的单矿物，仅在少数情况下形成天河石；铜镍硫化物矿床中，铂族元素矿物常以细小包裹体（几 十微米或更小）包裹在黄铜矿等硫化物中。微量元素以离子状态吸附于矿物颗粒表面，典型实例是我国华南离子吸附型重稀土矿床。

1.3 微量元素在矿床学中的应用 矿床是在岩浆演化及后期地质作用改造的特定条件下形成的，其演化和发展过程比岩石形成更复杂，因而导致微量元素尤其是稀土元素在岩石学领域的应用研究已经发展比较成熟，但在矿床学领域的研究应用则起步较晚。主要是由于矿床形成环境比岩石复杂的多，应用微量元素解释起来比较困难，加之传统的分析方法精度低、局限性比较大，微量元素在矿物中的含量本来就低，容易受到其他因素的干扰。但是近年来随着科学技术的发展，对于微量元素的测定也有了很大提高，矿物的微量元素组成也已被广泛地用来反应流体的组成以及示踪元素在矿物和流体之间的分配特性，在矿床地球化学中也被用来解释矿床的形成机制，尤其是硫化物中的微量元素含量或比值往往是成矿作用的灵敏指示，这些为微量元素在矿床学上的应用奠定了理论与技术基础。 然而对于有些矿床来说，由于矿石矿物成矿金属元素含量高，给许多微量元素分析带来困难，因此，许多与矿石矿物密切共生的脉石矿物（如石英、方解石、石榴子石等）的微量元素分布特征愈来愈受到关注。近年来，由于石英的遍在性，对它的地球化学特征研究方面取得了令人鼓舞的成果。如含金石英中的稀土元素可以作为成矿物质来源的指示剂；深成矿床中石英的稀土元素组成为球粒陨石型，表明成矿物质来源于壳下，浅成矿床的石英稀土元素组成与地壳相似，表明围岩物质参与成矿；不同深度矿床的石英稀土元素含量明显不同，可利用稀土元素作深度指示剂等。

二、黄铁矿中微量元素组成与矿床成因研究 2．1 安徽铜陵冬瓜山铜金矿床中的黄铁矿 2.1.1 冬瓜山矿床地质特征简介 冬瓜山矿床发育在上泥盆统五通组（D3w）砂岩、粉砂岩与上石炭统黄龙组−船山组（C 2h−C2c）灰岩、白云质灰岩之间的层间滑脱构造与深部含矿岩体及其接触带中，其中黄龙−船山组是主矿体的赋存层位。构造上处于青山背斜核部和包村后山−青山 EW 向构造带之间的构造复合交汇部位。矿区内出露的岩浆岩主要为燕山期中酸性侵入岩，岩性主要为石英二长闪长岩及石英二长闪长玢岩。通过黑云母Ar−Ar同位素定年方法测得冬瓜山石英二长闪长岩体的形成年代为 135.8±1.1Ma，徐晓春等（2008a）运用更精确的锆石SHRIMP U−Pb 同位素年代学测得冬瓜山岩体年龄为135.5±2.2Ma（n=15，MSWD=1.3），两者的测试数据在误差范围内总体上一致，即为晚侏罗末－早白垩世初。

2.1.2 冬瓜山矿床黄铁矿微量元素地球化学 黄铁矿是冬瓜山矿床中的主要矿石矿物。有人运用 LA–ICP MS 测定并获得了冬瓜山 3

矿床中黄铁矿的微量元素组成数据，分析了黄铁矿中微量元素的分布特征、赋存状态，探讨了其成因，为认识该矿床成矿流体的特征及成矿元素的迁移规律提供了新的信息，进一步揭示了矿床的成因机制。 （1）黄铁矿类型 根据黄铁矿晶体形态、结构构造特征，可将冬瓜山矿床中的黄铁矿分为胶状黄铁矿和粒状黄铁矿2类。粒状黄铁矿主要发育于深部含矿岩体、脉状矿体，少量发育于上部层状矿体中，呈亮黄色，半自形−自形粒状结构，浸染状、条带状、脉状构造，与磁黄铁矿和黄铜矿共生；胶状黄铁矿主要发育于上部层状或似层状矿体中，呈土黄色，表面较粗糙，致密块状构造，纹层状和皮壳状结构，矿石中有沿后期石英方解石脉重结晶的细微粒状黄铁矿，可能是受到后期岩浆热液交代重结晶所形成，偶见零散分布的它形黄铜矿。 （2）分析结果 通过 LA–ICP MS 测试了黄铁矿中的 Co、Ni、As、Se、Te、Cu、Au、Ag、Pb、Zn、Mo、W、Ti、Bi、Cr、Sn、REE 等33种元素，分析结果见下表，并对与黄铁矿成因有密切关系的磁黄铁矿进行了分析。在所分析的微量元素中，Co、Ni 等亲铁元素与 Cu、Au 等成矿元素含量大都在检测限之上，稀土元素含量总体偏低，只有少部分样品中稀土元素分析结果较全。

冬瓜山胶状黄铁矿微量元素 4 冬瓜山粒状黄铁矿微量元素

冬瓜山黄铁矿稀土元素 5 冬瓜山磁黄铁矿微量元素

冬瓜山磁黄铁矿稀土元素 黄铁矿微量元素分析结果显示，胶状黄铁矿中成矿金属元素含量普遍高于粒状黄铁矿，其中Cu含量为（3.56−395.0）×10-6，Pb 含量为（0.32−94.63）×10-6，粒状黄铁矿中 Cu、Pb含量分别为（0.33−360.80）×10-6、（0.10−19.14）×10-6，Zn在两类黄铁矿总差别不很大，Au、Ag 含量较小，但 Ag 比Au 稍多。Co含量为（0.25−3.0）×10-6，较之粒状黄铁矿的（0.20−4966.0）×10-6低；Ni 含量正好相反，在胶状黄铁矿中 Ni 为（1.21−416.80）×10-6，较粒状黄铁矿（1.36−398.10）×10-6为高。 Se、Te、As 在胶状黄铁矿中含量分别为（2.18−87.55）×10-6、（0.25−8.59）×10-6、（0.05−892.20）×10-6，粒状黄铁矿中它们的含量依次分别为（0.51−83.77）×10-6、（0.01−5.74）×10-6、（0.17−1054.0）×10-6， 6

含量差距较大，在黄铁矿中分布极不均匀。两类黄铁矿中 REE 含量都较低，大部分低于检测限，且轻重稀土分异明显，总体上胶状黄铁矿∑REE 较粒状黄铁矿高。其他元素含量绝大多数都在检测限之上且含量稳定，其中 Ti 含量分别为（8.30−88.30）×10-6和（6.43−56.74）×10-6。 磁黄铁矿的成矿元素中，Cu含量最大，为（0.20−95.24）×10-6，Pb、Zn 次之，分别为（0.18−22.31）×10-6、（1.19−11.43）×10-6，Au、Ag 都较低，但 Ag 含量较 Au 高。亲铁、亲硫元素 Co、Ni、As、Se、Te 的含量分别为（0.03−122.20）×10-6、（5.06−186.0）×10-6、（0.50−30.88）×10-6、（2.82−42.91）×10-6、（0.21−3.24）×10-6，其中Co的含量最高。REE 特征与黄铁矿相似，∑REE 较低，轻重稀土分异明显。其他微量元素（Ti、Cr、Sn、Bi）含量大都在检测限之上，Ti 含量高且稳定，为（6.29−65.23）×10-6。 （3）黄铁矿微量元素地球化学特征及成矿意义 由上述分析结果可以看出，胶状黄铁矿、粒状黄铁矿和磁黄铁矿中微量元素特征之间既有相似性，又存在明显的差异性。Co、Ni、As、Se、Te 这组反应黄铁矿生成环境的亲硫铁元素在胶状黄铁矿、粒状黄铁矿中分布各有偏重，除Co 外，Ni、As、Se、Te 在胶状黄铁矿中的含量均比粒状黄铁矿高，磁黄铁矿中该组元素含量差异明显；成矿元素大都在检测限之上，胶状黄铁矿中这组元素含量稳定且较高，粒状黄铁矿和磁黄铁矿中该组元素含量相似，其中Cu含量最高，最高可达464.7×10-6，且胶状黄铁矿含量较之粒状黄铁矿和磁黄铁矿中都高，可能与其成因及其被后期岩浆热液交代—矿化叠加作用有关；其他微量元素如 Ti、Bi、Cr 在黄铁矿与磁黄铁矿含量相当，都较高，Ti、Bi、Cr 含量依次（6.29−88.30）×10-6、（0.01−9.22）×10-6、（1.22−852.80）×10-6，其余几个含量极低。 (4) 黄铁矿中微量元素的赋存状态 冬瓜山矿床黄铁矿中各微量元素的含量及赋存状态，既与成矿流体性质有关，也与元素的地球化学性质密切相关。元素周期表中 Co、Ni 同属第四周期第八副族元素，为一组结构相同、性质相似的元素，与Fe元素一样容易失去最外层的两个电子，氧化成+2 价，因此在黄铁矿中常以类质同像的形式代替Fe。在冬瓜山矿床黄铁矿的微量元素相关性图中Ni与 Fe 呈明显的负相关关系，而 Co 与 Fe 则表现的不甚明显，可能与其在黄铁矿中的含量较少有关。同样，黄铁矿中阴离子 S 与 Se、Te 性质相似，也会部分被 Se、Te 以类质同象的形式代替，Se、Te 均与 S 表现出弱的负相关性。这表明 Co、Ni、Se、Te 均以类质同象的形式存在于冬瓜山矿床的两类黄铁矿中。 由于REE很难类质同象代替黄铁矿中的 Fe2+，它们在黄铁矿中最可能的位置是存在于流体包裹体或晶体缺陷中。这表明黄铁矿中的 REE受晶体结构的影响不大，而主要受形成黄铁矿之介质的 REE 特征控制。 冬瓜山矿床中两类黄铁矿的∑REE 含量偏低，特征参数如下表。最高绝对含量不超过 5.85×10-6，轻重稀土比值较大，因此不能反映其成矿流体的 REE 特征，仅能代表 REE 在黄铁矿中的不同分布状态，其 REE 配分曲线如下图5−4，胶状黄铁矿∑REE明显在粒状黄铁矿之上，且粒状黄铁矿亏损轻稀土元素。