痕量元素地球化学

Question

如题所述

Answer 1

5.4.1　稀土元素地球化学

对诺尔特地区阿克提什坎矿区二长花岗岩、赋矿围岩（包括凝灰岩、碎斑熔岩）、蚀变岩型金矿石及硫化物进行了稀土元素分析，分析结果及主要特征值如表5-7和图5-2所示。矿床围岩碎斑熔岩和晶屑凝灰岩表现为富轻稀土、Eu亏损、Ce弱亏损的右倾配分特点，∑REE高于地壳克拉克值；二长花岗岩具有轻稀土富集、Eu亏损、Ce弱亏损的右倾配分特点，∑REE为208.29×10^-6；金矿石表现为轻重稀土分馏较小，Eu亏损、弱Ce亏损并向右平缓下降的特点；矿石中硫化物的轻重稀土分异弱，无Eu亏损、弱Ce亏损，稀土总量低。

表5-7　阿克提什坎金矿床稀土元素组成

测试单位：国家地质实验测试中心。

由稀土元素组成和配分模型可见，金矿石和矿石中硫化物的稀土总量均低于矿区各类岩石，其中金矿石轻稀土低于火山岩围岩（碎斑熔岩和晶屑凝灰岩）和花岗岩，重稀土介于火山岩与花岗岩之间，且表现出由碎斑熔岩（围岩）→蚀变的碎斑熔岩（近矿围岩）→矿石，稀土元素逐渐降低的特点，表明热液蚀变过程中，围岩稀土元素发生丢失，进入热液，与含有花岗岩浆热液的热液流体系统中的稀土元素发生混合。热液中沉淀出的硫化物因其晶格排斥稀土元素，故稀土总量较低，组成较均一。

图5-2　阿克提什坎矿床REE配分模型

1—碎斑熔岩；2—晶屑凝灰岩（围岩）；3—碎斑熔岩（近矿围岩）；4—蚀变岩型金矿石；5—二长花岗岩；6—硫化物

热液蚀变过程中稀土元素表现出一定的活动性，而且活动性的程度与热液的性质有关（Taylor,1964；韦龙明等，1994;Flynn和Burnham,1980；岳书仓等，1989；郑作平等，1995）。Gresens（1967）提出了热液蚀变过程（包括变质作用）中岩石化学成分的体积－密度关系方程，Grant（1986）将原方程变换成适合范围更广的线性方程。根据该线性方程，选取了两组样品进行对比分析研究阿克提什坎矿化区热液蚀变作用过程中稀土元素的行为。一组为围岩→近矿围岩（未蚀变→弱蚀变），一组为近矿围岩→金矿石（弱蚀变围岩→蚀变岩型金矿石）（图5-3）。等位线图解可见，由围岩→近矿围岩，在误差范围内，多数稀土元素位于等位线上，表明了稀土元素的相对惰性，而由近矿围岩→金矿石，稀土元素显示出程度不一的活动性，均位于等位线上和附近。因此，进一步反映了在热液蚀变过程中，蚀变岩型金矿石中稀土元素特征与赋矿围岩的稀土元素特征基本上是一致的，稀土元素来源则是继承了其原岩的稀土元素。

图5-3　阿克提什坎矿床稀土元素含量等位线图

5.4.2　微量元素地球化学

诺尔特地区各矿化区有关地质体微量元素测试资料如表5-8所示。阿克提什坎矿化区中花岗岩的亲铁元素和大离子亲石元素（Rb、Sr、Ba）含量较高，亲硫元素含量较低，金含量高于地层背景值，也高于矿化区地层值。围岩的大离子亲石元素含量较高，亲铁元素含量低，亲硫元素含量低，金含量高于地层背景值。蚀变岩中，从弱蚀变岩（青磐岩化）到强蚀变岩（黄铁绢英岩化），亲铁元素及大离子亲石元素含量均相对较高，亲硫元素总体较高，但黄铁绢英岩化蚀变岩中亲硫元素含量明显大于青磐岩化蚀变岩，如As在黄铁绢英岩化蚀变岩中含量为1108.9×10^-6，而在青磐岩化蚀变岩中仅为52.5×10^-6，反映金矿化与亲硫元素的关系。金矿石中大离子亲石元素显示富集特征，但Sr含量较低，亲铁元素含量较高，亲硫元素含量尤其高，最高达1.25×10⁴（As），显示金矿化与亲硫元素，尤其是As的密切关系。矿石中硫化物的亲铁元素含量较高，亲硫元素含量中等，石英－硫化物脉中硫化物亲石元素除Ba外均较低，含毒砂、黄铁矿的蚀变岩中硫化物的亲石元素含量均较高，反映了蚀变作用过程中微量元素的活动性。此外，在整个矿区中，从围岩→弱蚀变岩（青磐岩化）→强蚀变岩（黄铁绢英岩）→金矿石（蚀变岩型）微量元素的变化有如下特点：亲石元素含量高→低→高→低，亲铁元素（如Cu）含量低→高→低→高，亲硫元素（如As）含量低→高→高→高，金含量高→低→高→高，矿区内从围岩到蚀变带到矿化体，金及相关元素显现出贫化－富集共轭现象。在矿区小范围出现的这种贫化－富集现象，一方面反映了围岩对成矿物质的贡献，另一方面也可以反映出在热液的运移过程中成矿元素经历的活化、转移过程。

表5-8　诺尔特地区金－多金属矿化区微量元素及Al₂O₃、TiO₂组成

资料来源：本文（测试单位：国家地质实验测试中心），新疆地质矿产局（1990）和芮行健等（1994）。

托格尔托别矿化区中，金矿石的亲铁元素、亲硫元素及金含量均较高，其中As含量达13604.80×10^-6,Au为2.25×10^-9，反映了金与亲硫元素的关系密切。在阔科依达拉斯矿化区，也显示出类似特点，但是亲硫元素中As含量较低，Pb、Zn等含量较高，亲铁元素中Cu、Ag含量比阿克提什坎及托格尔托别均高，Cu最高达8930.0×10^-6,Ag最高达420.0×10^-6,Au含量最高达6.820×10^-9。库马苏矿化区金含量较低，而Ag的含量相对较高。

为了更清楚地反映微量元素的富集状况及组合特点，以诺尔特地区下石炭统中微量元素丰度作标准化值，作各矿床的微量元素模式图（图5-4）。由模式图中可见各矿床的微量元素组合特点：阿克提什坎矿床微量元素组合是As-Au，具相对低的Cu、Zn、Ag、Hg、Pb、Bi；托格尔托别矿床微量元素组合为As-Au，具相对低的Cu、Zn、Hg、Pb；阔科依达拉斯矿点微量元素组合是Cu-Ag-Au-Pb，具相对低的Zn、As、Hg；库马苏矿点微量元素组合为Ag-Au，具相对低的As、Sb、Bi。可见，诺尔特地区各矿床显示出相似的微量元素组合特征，以Au-As及Au-Ag组合为主，并且Au元素有比较明显的富集。

图5-4　诺尔特地区矿床微量元素组合图解

将Gresens（1967）提出的热液蚀变过程中元素的体积－密度关系方程以及Grant（1986）对其所作的扩展，应用于微量元素，作出的诺尔特地区各矿床（矿点）蚀变岩－原岩组分

图解如图5-5所示。

图5-5　诺尔特地区矿床微量元素含量等位线图

阿克提什坎矿化区从未蚀变围岩（未蚀变岩石HSJ-1）到弱蚀变围岩（青磐岩化岩石QPY-1），Au有微小带出，As有微小带入，Au、As均表现为不活动性，Cu、Pb、Zn、Sb则略有带入，而Hg、Ag、Bi则强烈带入，其中Hg、Ag的带入量达到70%以上，这表明从未蚀变围岩到弱蚀变围岩，Au、As的活动性不强，而Hg、Ag的活动性较强。从弱蚀变围岩（青磐岩化岩石QPY-1）到强蚀变围岩（黄铁绢英岩化岩石HJTY-1），微量元素均较活跃，其中Hg、Bi、Sb、Cu、Zn、Pb有不同程度的带出，而Au、Ag、As则有较大的带入，Ag、As的带入量均达到30%左右，Au的带入量最大，这一方面反映出从弱蚀变围岩到强蚀变围岩，热液蚀变作用强烈，Au等成矿元素从热液进入围岩中，另一方面也反映了成矿热液为富Au、Ag、As的流体。从强蚀变围岩（黄铁绢英岩化岩石HYJY-1）到金矿石（蚀变岩型Ⅱ－2），Cu、Zn、Sb的带入量很微小，可视为不活动元素，Hg、Bi略有带出，而Ag、Pb则有较大的带出量，Au、As有带入，其中Au的带入量较大，可达30%左右。在另一组样品中（近矿围岩HAT-21-a→金矿石HAT-29），Pb、Zn的变化量较小，表现为不活动性，而Cu、Au、As的带入量较大，Au的带入量可达50%左右。反映了从强蚀变围岩到金矿石，Au在热液蚀变过程中活动性强烈。此外，在热液作用整个过程中，Au的活动性与As的活动性总是一致的，反映了As与Au矿化的密切关系。

托格尔托别矿化区中，从围岩到矿石，Sb、Cu变化量较小，基本呈不活动性，Pb、Zn略有带出，As、Bi略有带入，Hg、Au、Ag强烈带入，反映出良好的矿化前景。

库马苏矿化区中，从围岩到矿石，Hg、Bi、Sb、As变化量均较微弱，呈不活动性，Au、Ag的带入量也很小，反映出在库马苏矿化区微量元素的活动性不强，对比阿克提什坎及托格尔托别矿化区，这种微量元素的不活动性反映了该区热液蚀变作用比较弱。

由上述微量元素活动强度研究可见，本区微量元素在热液蚀变作用过程中总体上显现较强的活动性，以阿克提什坎和托格尔托别矿床反映的最为明显，微量元素中尤以Au、Ag、As活动性最强，且Au与As密切共生。另外，阿克提什坎矿床从弱蚀变岩→强蚀变岩到强蚀变岩→金矿石，Au的带入量呈下降趋势，反映了金的迁移有趋于饱和平衡的趋势。同时，阿克提什坎矿床岩石变化不同阶段的等位线斜率近于1，物质总量变化不大，与前文对稀土元素的研究结果是吻合的。托格尔托别矿床及库马苏矿点，微量元素等位线斜率均略小于1，物质总量略有减少。

根据蚀变岩石和原岩的化学分析结果（表5-9），用不活动元素可确定蚀变岩体系质量的变化（Maclean和Kranidiotis,1987），对于火成岩蚀变体系，不活动元素可以根据岩浆演化过程中的不相容元素选定，如钛、铝等。在图5-5等位线图中，TiO₂组分位于等位线上，显示出其不活动性，为确定其为不活动组分提供了依据。又因阿克提什坎矿床的成矿流体具中低温（200～330℃），低盐度（＜10%），低挥发分和中性－弱碱性（pH=6.10～6.50）的特点，钛不可能在此热液中形成大量的卤素配合物迁移。故可选取TiO₂作为不活动组分。计算的阿克提什坎矿床未蚀变火山岩→弱蚀变岩→强蚀变岩→金矿石转变过程中，常量元素和微量元素的质量变化如表5-9所示。可见，无论常量元素还是微量元素，在热液蚀变作用过程中都有强烈的带入带出。

常量元素在由未蚀变向弱蚀变转化过程中变化量较大，而在弱蚀变→强蚀变以及强蚀变→矿化过程中变化量相对下降，反映在热液蚀变作用过程中，随着元素的带入带出，常量元素逐渐达到平衡，如从未蚀变→弱蚀变、弱蚀变→强蚀变、强蚀变→矿化，每100m³原岩中，SiO₂的变化为带出94.41t→带出24.68t→带出18.45t,CaO的变化为带入14.36t→带出21.28t→带出0.02t,K₂O的变化为带出16.15t→带入11.22t→带出3.76t,Na₂O的变化为带出0.38t→带入0.50t→带出0.21t,MgO的变化为带入3.0t→带出6.46t→带入0.08t。从CaO、K₂O、Na₂O、MgO的变化情况可以看出K₂O、Na₂O在强蚀变带最为富集，可以作为矿化的指示剂。

表5-9　阿克提什坎矿化区蚀变岩中各组分带入及带出量

注：1.w⁰和w^A分别为原岩和蚀变岩中组分的含量，常量元素单位为%，微量元素单位为10^-6g;

2.∆mi表示1g原岩蚀变后组分的质量变化，氧化物单位为10^-2g，微量元素单位为10^-6g;

3.∆M表示100m³原岩蚀变后组分的质量变化，氧化物单位为t，微量元素单位为kg，岩石相对密度按2.6计算；

4.B表示不活动组分在蚀变岩和原岩中含量之比。

微量元素尤其是成矿元素随蚀变程度加深变化量越大。Cu、Pb、Zn在弱蚀变→强蚀变过程中变化量最大，分别为每100m³原岩中带出33kg、1931kg及146kg，而从强蚀变→金矿石，分别为带入0.4kg、带出62kg和带入2.5kg。As、Au、Ag则从未蚀变岩→弱蚀变岩→强蚀变岩→矿石，变化量不断增大。每100m³原岩中As的变化为带入5.5kg→带入192kg→带入1171kg,Au的变化为带出0.0004kg→带入0.04439kg→带入0.88kg,Ag的变化为带入1.3kg→带入13.3kg→带出21kg。