原生晕找盲矿的关键是研究发现原生晕的轴向分带。热液矿床原生晕分带形成表面上看似乎很简单,实际是非常复杂的问题,也是需进一步立项研究的课题。作者仅总结了国内外专家对原生晕轴向分带及原生晕轴向分带机理的研究成果[1~5],论述了原生晕分带机理。
1.热液矿床原生晕垂直分带序列
(1)C.B格里戈良与A.A别乌斯等(1975)提出热液矿床原生晕垂直分带模式:从上→下是:
Sr、Ba、Hg、Sb、As2、Cu2、Cd、Ag、Pb、Zn、Sn2、Au、Cu1、Bi、Ni、Co、Mo、U、Sn1、As1、Be、W
(2)邵跃(1974)总结出的热液矿床原生晕垂直分带模式:从上→下是:
Sr、Ba、Hg、Sb、As2、Au2、W2、Pb、Cd、Zn2、Ag、Cu2、Bi、(As1-Au1)、Co2、Re、Mo、In、Ga、Zn、W1、Sn、Fe、Be、Nb、P、V、Ti、(Cu1、Co1)、Ni、Cr
(3)李惠(1996)总结出的中国热液金矿原生晕轴向分带序列:从上→下是:
构造叠加晕找盲矿法及找矿效果
2.原生晕轴向分带序列机理
热液矿床原生晕轴向分带的形成,受多种因素影响或控制,是非常复杂的问题,综合目前不同学者从不同角度对热液矿床原生晕分带的论述、资料[1~5],认为下面一些因素可对热液矿床成矿成晕分带现象做出一定解释。
1)元素自身的地球化学性质与原生晕分带性
元素本身的地球化学性质决定其活动性,如离子半径、极比性质、负电性、化合物、能量系数等都是影响元素在热液中活动性的因素,各元素活动性强弱引起了在成矿成晕过程中先后沉淀分带。
2)元素迁移络合物的稳定程度与原生晕分带性
根据矿物包裹体成分及成矿作用模拟实验的研究,在热液成矿作用(包括气成成矿作用)过程中,金属成矿元素及其伴生元素,一般是呈络合物的形式迁移的。
在运移中,由于温度、压力等外界条件变化,各种元素络合物稳定程度不同,其络合物破坏导致元素沉淀有先后,元素络合物稳定性由小到大依次破坏、分解,沉淀后,在空间上形成了元素的分带。
元素络合物在水溶液中的稳定程度取决于电离能的大小,络合物的稳定性是以络离子电离能表示,用不稳定常数来度量的。若金属元素的络离子
构造叠加晕找盲矿法及找矿效果
M为中心阳离子,A为配位体,在电离达平衡时,平衡常数-不稳定常数则为:
构造叠加晕找盲矿法及找矿效果
某元素所成络合物的稳定性与不稳定常数K不值成反比,K不值越大,该元素在成矿溶液中所成络合物越不稳定,先破坏、元素先沉淀,其迁移距离越短。
相反,K不值越小,该元素在成矿溶液中所形成络合物越稳定、元素后沉淀,其迁移距离越远,形成了元素的空间分带。
(1)热液中大多数亲硫元素是以硫化配合物形式(通式[Me(S2O3)m]n-)和在富H2S的热液中重金属呈络离子,以配合物形式(通式[Mex(HS)n]x-n)进行搬运,经实验确定这些元素的硫代硫酸盐配合物的不稳定常数依次为:Co>Ni>Zn>Fe>Pb>Cu>Ag>Au>Hg,因此这些元素的活动性依上述顺序增大,元素的活动性决定了热液中成矿元素的析出顺序,这与某些矿床原生晕分带是一致的。
(2)Barnes和Czamanske(1970)强调络合物的稳定性由它们的热力学参度量,对各种金属的硫化络合物的热力学稳定参数进行了计算,由大到小依次是:
构造叠加晕找盲矿法及找矿效果
稳定性由小到大依次沉淀,小的先沉淀,大的后沉淀,迁移距离由大到小依次是Hg→Cd→Pb→Cu→n→Sn→Ni→Co→Mn,这与某些矿床原生晕分带是一致的。
(3)Helgeson(1967)对金属氯化络合物稳定性(在25℃时)的计算结果,络合物在溶液中的稳定性由大至小的顺序——迁移距离由大到小为Hg>Ag2+>Pb2+>Zn2+>Cu2+这些资料显示的规律与原生晕的轴向分带序列是一致的。
由于热液成分和条件的变化,元素迁移时所呈络合物的类型也在改变。随着络合物类型的改变,元素的活动性则有所不同,因而会影响元素在分带序列中的位置。
3)渗滤作用对原生晕分带性的影响
成矿溶液的渗滤作用是指成矿溶液沿着裂隙系统在压力梯度的作用下整体、自由地流动而迁移一种过程,成矿溶液在渗滤过程中发生过滤效应,过滤效应造成了渗滤晕分带性。过滤效应就是把岩石的细小孔隙看成是一种半透膜,溶液通过时,由于溶剂和溶质平均速度不同引起浓度变化,当溶剂易通过时,致使溶液中溶质滞留而浓度升高而沉淀,溶液前锋其浓度降低。
围岩的过滤效应与溶液中组分的浓度、溶液的温度、围岩的孔隙度及溶液组分的扩散系数等因素呈负相关关系,而与溶液中各种元素的水合离子半径、溶液的压力等因素呈正相关关系。当上述各种外界因素固定后,显然由于各种元素的水合离子半径的大小不同,因而它们在围岩中的渗透能力是不同的。水合离子半径大的元素,由于其渗滤效应大,因此首先被滞留。而水合离子半径小的元素,可以渗滤的距离远。根据внинников(1960)的资料,某些元素的水合离子及其水合离子半径由小到大,迁移距离由大到小排列是:
构造叠加晕找盲矿法及找矿效果
根据这些元素的水合离子半径的大小顺序,所显示的分带序列与原生晕中指示元素的轴向分带序列是相近似的。
4)成矿温度与原生晕分带
温度是成矿成晕的重要条件,各种矿物沉淀与其结晶温度有关,矿物结晶温度从高到低,依次形成高温矿物到低温矿物,成矿元素及伴生元素也形成了分带。
艾孟斯(1936)对矿床分带做了系统阐述,他设想,当含有大量矿物质的上升热液进入温度较冷的地段时,由于元素地化性质不同,随着温度降低,依次沉淀形成分带。矿物沉淀的顺序与其溶解度相反,难溶矿物先沉淀,并根据溶解度高低,先后沉淀形成分带,由于矿与原生晕是一个整体,所以,原生晕也具有相似的元素分带。
5)元素的挥发性与原生晕分带
F、I、Hg强挥发性元素总迁移距离远,为前缘晕元素。如Hg元素的熔点低(为-38.87℃)、沸点低(为356.58℃)、挥发性强,电负性为1.8。因Hg有很高的蒸汽压,在含矿热液中,Hg往往以气态形式迁移,在Au、Ag、Cu、Pb、Zn等有色金属矿床的原生晕中,其异常都明显在矿体上部及前缘晕。
F元素的熔点低(为-219.62℃)、沸点低(为-118.14℃),易与金属元素形成可溶性化合物迁移,称为矿化剂元素。F电负性强(3.9),在热液作用中,F为有色金属(W、Sn、Mo)及稀有金属(Be、Nb、Ta)的主要矿化剂,形成可溶性化合物形式在热液中运移。由于F的挥发性及活动性强,在矿体周围特别是前缘形成强异常,在矿体前缘可达200~250m,有些矿区可达400~500m。
I元素的熔点(为113.5℃)、沸点低为(184.35℃)、电负性强(2.6),易与金属元素形成可溶性化合物迁移,称为矿化剂元素。碘能直接与氢化合形成气态的碘化氢,碘挥发性强,自然界易升华、迁移能力较强。
6)热液中元素分异
谢尔巴科夫认为热液中元素分异,是由于其离子密度不同造成的。
离子密度高的元素如Mo、Sn、W、Bi、Ni等富集于矿体下部及尾晕,离子密度低的元素As、Sb、Hg等富集于矿体上部及前缘晕。