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）
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
（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。
（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
百度文库
-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
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。
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。
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 。
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
• 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。
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。
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
（ 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。
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。
• 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：