矿床地球化学

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  矿床地球化学汉语拼音:Kuangchuang Diqiu Huaxue;英语:Ore Deposit, Geochemistry of),研究矿床的化学组成、化学作用和化学演化的学科地球化学的分支。它为矿产的寻找、评价、开发利用提供科学依据。

  20世纪50年代开始,为适应矿产资源开发的需要,矿床地球化学在矿床地质学岩石学、地球化学的基础上应运而生。将矿床的形成与成矿元素的地球化学行为结合起来,作为统一的成矿过程考虑,是矿床地球化学的思路。从50年代后期起,对微量元素稳定同位素、气液包裹体的研究以及成矿实验、微区微量分析等新方法引入,使矿床地球化学得到重大发展;提出了矿床新类型、新的含矿建造,新的成矿作用模式和机理,并导致70年代之后,在世界范围内一系列新类型和超大型矿床的发现。通过对海底成矿现象的直接观察及将今论古的引用,对块状硫化物矿床、硅铁建造成因有了新的认识。理论上从封闭体系成矿的观点走向开放体系成矿(海水和大气降水下渗加热形成环流成矿等)。

研究内容和主要成果

  20世纪70年代末期之后,矿床地球化学理论在指导找矿、合理开发利用矿产资源和对成矿作用的认识等方面取得了显著的进展。

  指导找矿 层控矿床地球化学理论对中国内蒙古热水沉积型巨大萤石矿床的发现和秦岭铅锌矿带的扩大起了决定性作用。中国黔南、桂北汞锑砷矿带中一系列金矿床的发现,是在认识了低温(小于200℃)条件下,金、汞、锑、砷、铊等元素形成稳定的元素共生组合这一地球化学规律之后,取得的成果。南澳大利亚超大型铜–铀–金矿床的发现归功于玄武岩经环流淋溶形成铜矿的理论和与重磁地球物理方法的结合。

  综合利用 对元素共生、分配和赋存状态的地球化学研究是矿石综合利用的基础。如煤成气天然气的重要组成部分,某些天然气田又是金属矿田。从北海到横贯波罗的海南岸的德国波兰的上古生界煤成气中发现了高含量的汞,储量相当于若干大型汞矿的事实,证明汞和天然气在某些方面有类似的地球化学行为,决定了它们在一定条件下共存。煤中含大量锗、铀,岩浆熔离型铜镍硫化物矿床常含铂族元素,低温闪锌矿矿石中含镉等,都是矿床地球化学研究的显著成果。

  成矿作用的研究 

  1.矿床的形成是长期作用、多期叠加、复杂成因作用的产物。不少矿床的成矿过程包括同生作用和后生作用;既有内生成矿,又被外生改造。如中国大厂锡石硫化物矿床,在泥盆纪时桂北–湘中南–粤北的海相沉积物已富集了汞、锑、砷、铅、锌。在侏罗纪造山运动中,元素活化运移,在构造软弱部位富集成矿,形成单一元素或多元素的汞、锑、砷、铅、锌矿床。白垩纪时花岗岩活动又叠加了锡、钨、铜矿化。

  2.改造成矿作用与层控矿床。已固结的花岗岩类经热水淋溶,使某些元素富集成矿,如华南花岗岩型铀矿。华北太古宙绿岩带中的金矿围绕显生宙花岗岩体分布,说明金的活化及成矿与花岗岩有关。某些沉积矿床被后期花岗岩类叠加后,物质组成改观,如湖南棠甘山原生沉积碳酸盐锰矿受后期花岗岩影响,局部变成硫化锰矿床。某些层控矿床的形成可包括5种作用,即改造成矿、热水沉积成矿、沉积–变质成矿、沉积–岩浆叠加成矿、沉积–风化成矿,以及上述作用的复合。

  3.成矿流体的多样性。对稳定同位素和气液包裹体研究表明,成矿流体可以起源于岩浆热液、变质热液、海水、大气降水和地层水(建造水)等多种流体来源。

  4.成矿物质的搬运形式和分配。在较高温度(大于300℃)平衡体系中进行了大量金属成矿元素搬运形式的实验研究,完成了对钨、锡、铌、钽、铜、锌、铅、金、银等元素的铬合物的稳定性测定,特别是肯定了含氯、含硫络合物在搬运成矿金属上的重要作用。成矿金属在平衡共存相(如固–熔相、固–溶液相)间的不均匀分配研究和实验,对于探讨金属在成矿过程中的行为有重要意义。

  5.成矿物质的多源性。通过海底直接观察,证实海水下渗在岩石中形成环流可搬运大量成矿物质,形成热水沉积矿床。一些块状硫化物矿床和条带状铁矿床,其主要成矿物质来源于海底岩石。有些矿床的成矿物质虽来自深部,但不一定与岩浆活动有关,它们可能是经过深断裂、热水环流等方式自深部向浅部运移形成。

展望

  下列领域是21世纪矿床地球化学家关注的课题:

  1. 低温地球化学。研究金、铂族、稀土元素以及汞、锑、砷、铊、银、铅、锌等在温度小于200℃时,在一定条件下富集成矿的规律。
  2. 超大型矿床形成的地球化学机理。
  3. 成矿模式。
  4. 现代海底成矿作用和深部成矿作用。对现代海底成矿作用进行直接观察测试和模拟实验。结合大陆超深钻计划进行深部成矿研究等。
  5. 水–岩反应在成矿中的意义。