我国夕卡岩铁(铜)矿床伴生钴的地球化学特征

夕卡岩铁(铜)矿床中伴生的钴,占全国钴总储量的14.9%,是我国钻矿原料的重要来源之一.本文根据我们多年的工作成果和有关资料,对该类钴矿的某些地球化学特征,进行初步探讨.一钴的地球化学属性及其在夕卡岩矿床中的富集情况钴是一个高度分散的元素,自然界中难以形成独立的矿床.钴的地壳丰度为O.0025%,地核丰度0.042%,地球丰度0.026%(黎彤,1976),地壳丰度与地核丰度之比为1∶17,即具有地壳分散、地核富集的特征.钴具有亲铁和亲硫的双重性质.亲铁性表现在地核中铁、镍、钴可以互熔并高度富集,亲硫性远不及镍、铜,在岩浆矿床中难     

关于"亲铜元素"名词和元素亲合性概念问题

地球科学中,元素之间的亲合性是元素地球化学行为的基本属性.1923年V.M.戈尔德斯密特首次将"亲"字(Philo-构词成分)用于元素地球化学分类中,将元素分为亲石(Sifhophile);亲铁(Siderophile);亲硫(Chalcophile);亲生物(Biophile)和亲气(Afmophile)5个地球化学族(V.M.戈尔德斯密特.地球化学.沈永直,郑康乐,译.北京:科学出版社,1959.).     

地球氧逸度

地球是一个"氧化性"的星球。在太阳系所有行星中,只有地球大气中含有高浓度的O_2(约占21%)。研究表明,地球演化的早期,其大气组成与火星等类地行星相似,都是以CO_2为主,O_2含量可以忽略不计。在大约24-21亿年前,地球大气中O_2含量突然大幅度升高,一度超过现今O_2含量的1%,而后又在中元古代回落到现今O_2含量的0.1%以下。沉积物中氧化还原敏感元素的含量变化显示,大约6.3亿年前雪球地球结束之后,地球大气中的O_2含量再次大幅度升高至20%左右,而后在显生宙经历一系列复杂变化并最终演化至现今的水平。Re/Os比值显示,硅酸盐地球的氧逸度远高于月球,也高于火星。考虑到月球与地球分异发生在45亿年前,月球的低氧逸度暗示地球早期的氧逸度可能也较低。可以影响地球氧逸度的元素主要有O、H、Fe、S和C等。控制地球氧逸度变化的主要过程包括:核幔分异、板块俯冲和火山喷发去气等。在核幔分异以前,金属Fe可能是控制硅酸盐地球及其表生环境低氧逸度的关键因素。核幔分异过程中,Fe是控制氧逸度变化的关键元素。核幔分异将金属Fe与铁氧化物分开,造成地幔Fe~(3+)/Fe~(2+)比值升高。尤其是在下地幔,Fe~(2+)在高压下发生歧化反应,形成金属Fe和Fe~(3+)。其中Fe~(3+)赋存在布里奇曼石中,导致下地幔氧逸度低。在板块俯冲过程中,当有板片进入下地幔时,布里奇曼石会因体积补偿,被运移到上地幔,并发生分解,释放出Fe~(3+),导致周围地幔氧逸度的升高。但是,V/Sc和Zn/Fe等元素比值则显示在过去30多亿年以来,地幔的氧逸度变化不大,可能与上、下地幔间氧化还原缓冲层或者是上述元素比值对氧逸度不够敏感有关。在地球演化早期,金刚石是最早形成的矿物。由于金刚石的密度在上地幔高于地幔橄榄岩熔体,而在下地幔小于地幔橄榄岩熔体,因此在岩浆海阶段,金刚石倾向于在上地幔底部富集,成为一个富金刚石的储层。在板块俯冲阶段,这些金刚石会被布里奇曼石分解所释放的Fe~(3+)所氧化,形成富碳酸盐和CO:的层位,同时起到稳定上地幔氧逸度的作用。俯冲带地幔橄榄岩和岛弧火山岩的氧逸度均高于板内环境,因此一般认为板块俯冲会导致氧逸度升高。在板块俯冲过程中,氧逸度主要受到Fe和H_2O(水分解释放出H_2)的控制。蚀变大洋岩石圈中含有大量的H_2O,板块俯冲过程中脱水会导致地幔楔蛇纹石化。蛇纹石化过程会形成磁铁矿,释放出味,使局部在短时间内氧逸度降低。但是,由于H_2很容易逸散到大气中,而磁铁矿则保留在地幔楔中,其结果导致岩石中Fe~(3+)/Fe~(2+)比值升高,从而在发生部分熔融时形成高氧逸度岩浆。板块俯冲对氧逸度的影响是多方面的,还与俯冲板块的年龄、沉积物的性质等有关。对于富含有机物的沉积物俯冲过程,C是主要的氧逸度控制元素。在板块俯冲的浅部,有机物分解,释放出CH_4等还原性气体,造成上覆岩石圈氧逸度下降。富含铁锰结核等氧化性沉积物的俯冲则可以导致地幔楔氧逸度的升高,这一过程中Fe和Mn是控制氧逸度的主要元素。火山喷发可以释放出CH_4、CO_2、H_2S和SO_2等气体,也可以影响大气中O_2的含量。有研究认为,火山气体中的H_2S随岩浆房压力增加而增加,SO_2则随压力的增加而减少,因此岩浆房压力可以影响其排气的氧化-还原性,进而影响大气的O_2含量。一种观点认为,正是由于太古宙末期大量出现陆相火山岩,导致了大氧化事件,在这一模型中,S是控制氧逸度的关键。氧逸度对多种成矿作用均具有重要的控制作用。其中,斑岩铜金矿床的形成往往与高氧逸度的埃达克岩有关。这是由于当岩浆的氧逸度高于AFMQ+1.5时,岩浆中S主要以硫酸盐的形式存在。由于硫酸盐在岩浆中的溶解度远远高于硫化物,因此,在俯冲洋壳部分熔融过程中形成的高氧逸度埃达克质岩浆可以熔出更多的亲硫元素,有利于成矿。锡矿床的形成则往往与还原性岩浆有关。这是因为在高氧逸度岩浆中,Sn主要呈Sn~(4+),易于在岩浆结晶早期进入矿物中;而在还原性岩浆中,Sn主要以Sn~(2+)形式存在,表现为不相容元素,倾向于在岩浆中富集,并在岩浆期后热液阶段富集成矿。其他氧化还原敏感元素,如U、V、Mo、Re、Sb和Fe等,可以在表生过程中富集,有利于进一步富集成矿。     

锡矿床的三个地球化学系列及其演化

根据中国锡矿床产出的地质地球化学资料，划分出了三种锡矿床的地球化学系列，即亲铁系列、亲硫系列和亲氧系列。它们在成矿地质背景、成矿元素、微量元素、稀土元素、稳定同位素、成矿流体性质及成矿物理化学条件等方面均具各自的特征。三种地球化学系列锡矿床的形成与地壳及地球的演化有密切的关系。     

河南元岭金矿黄铁矿和方铅矿的微量元素特征及其意义

本文研究了元岭金矿含金单矿物黄铁矿和方铅矿的一般特点和微量元素及其变化规律，并发现：黄铁矿和方铝矿微量元素含量由早至晚的变化显示出亲石元素→亲石铁族元素→亲硫铁族元素→高温亲硫元素→低温亲硫元素逐次富集的过程，这与围岩蚀变和成矿溶液的变化惊人地相似，热液演化在岩石和矿物中的表现一致，金富集发生在铁族和亲硫元素交代之间或亲硫元素交代的早期     

深部地球条件下铁和氧元素的化学变化

氧与铁分别为地球上丰度最高的元素与占地球质量最大的元素,它们所形成的化合物遍布我们的星球,具有-2价的氧控制着地球的氧逸度,随着深度的增加氧逸度逐渐降低,与铁所形成的氧化物中铁的价态也逐渐降低,O/Fe逐渐增加,近些年来科学家们发现深部地球条件下铁的一系列氧化物,其中具有高压黄铁矿结构的铁超氧化物FeO2具有最高的O/Fe,并且它还能够携带一定量的H(表示为Py-FeO2H,, x=0-1)。     

金的赋存形式及其有关地球化学问题

在地质作用不同阶段中,金的赋存状态也不同。其变化规律决定于金本身的地球化学性质,因此讨论其赋存状态时必须从金的地球化学性质入手。本文试图阐明金的赋存形式,形成机理及其研究方法。一、金的主要地球化学特征金的原子序数79,属第六周期I_B族元素(Cu、Ag、Au)。原子结构5S~2 5P~6 5d~(10)6s~1,是镧系之后的过渡元素,原子的电子充填方式为内层充填,表现亲Fe(Pt)性和亲Cu(S)性。充填方式也决定了金的主要地球化学参数—电离势、(9.22电子伏特)、负电性(2.3)、氧化—还原电位(Au~ e=An 1.68V,Au~(3 ) 3e=Au 1.42V)—“三高”的特点,因而金的化学性质显惰性,常呈自然金出现。     

湘南内生锡矿的成矿构造-地球化学类型

以地质构造特征和锡矿的富集规律为依据,对湘南地区内生锡矿的构造-地球化学类型进行了研究和划分.认为湘南内生锡矿主要形成于燕山期,属于造山带型中酸性-酸性岩浆成矿建造,其成矿构造-地球化学类型为陆内板块拼贴带亲氧型、亲铁-亲硫型和走滑断裂带亲硫-亲氧型.     

松辽盆地钱家店铀矿床层间氧化带地球化学特征

钱家店砂岩型铀矿床是松辽盆地发现的特大型铀矿床,目前已发现的铀矿主要赋存在上白垩统姚家组下段,矿体呈板状、透镜状,主要受层间氧化带控制。通过对钱家店砂岩型铀矿层间氧化带各带(氧化带、过渡带及还原带)的主量元素、微量元素、稀土元素进行测试分析,结果表明各带地球化学特征存在较大的差异,其中依据Fe_2O_3、FeO、Al_2O_3、SiO_2、Na_2O及K_2O可对层间氧化带进行较准确的分带,MgO、CaO具有一定的分带指示意义。从氧化带到过渡带,趋于富集的微量元素主要为放射性元素(U)、大离子亲石元素(Li、Ba)、亲硫元素(Ni)、高场强元素(Nb、Ta)和性质活跃的变价元素(Mo)等,且LREE、MREE和HREE均有不同程度富集,反映了水—岩作用时间较长、强度较大。有机碳、S_全、ωFe~(3+)/ωFe~(2+)还原性指标在不同分带的显著差异表明,随着含氧含铀水在姚家组地层中迁移,还原性组分变化强烈,具有明显的分带指示意义。     

第三讲 铜的地球化学性质、含量和共生元素

(一)铜的地球化学性质铜是亲硫元素的典型代表,四周期最后一个过渡金属元素,属I_B族.与四周期I_A族元素钾相比,其特征和外电子层、原子半径、第一电离势之区别,见表1.铜的原子结构复杂,外电子层多五个3d轨道、十个电子.因之,核与外层电子联系力较强,原子半径较小,价电子的电离势高,不易失去,成离子键的倾向小.自然界铜与氧的亲和力弱,铜的氧化物较不稳定,只在强氧化环境才形成.因此自然界赤铜矿(Cu_2O)、黑铜矿(CuO)分布不广.而     

天水渭北地区花岗岩类的岩石地球化学特征

天水渭北地区地处祁连造山带与北秦岭造山带的结合部位.在渭河断裂以北出露广泛的花岗岩类属铝过饱和岩石,为钙碱性岩类.前石炭纪花岗岩类w(Al2O3)/[w(Na2O K2O CaO)]值均小于1.1;石炭纪以来岩体w(Al2O3)/[w(Na2O K2O CaO)]值大多大于1.1;岩体贫大离子亲石元素如Ba、Rb、Sr、Y、Ta、Be、B、Zr、Nb,低亲硫元素Ga、Cu,而高Mo、Sn、Bi、W等高温热液成矿元素和亲铁元素Sc、Cr、Ni、Co.稀土元素显示石炭纪以来岩体形成于稳定大陆环境,前石炭纪岩体的形成环境与造山作用密切相关.     

我国天然锌铜金属互化物的发现和特征

锌、铜金属互化物是罕见的天然合金矿物，由锌、铜两种元素组成。由于形成条件、环境不同及矿物中锌、铜元素含量不同，形成系列锌、铜金属互化物。经过对我国近二十年来发现的各类型天然锌、铜金属互化物产出的地质特征，物理、化学及光学性质进行的系统研究发现，目前我国在不同的地质体中出现多种不同类型的锌、铜金属互化物，该类矿物主要形成于高温、还原且缺硫的条件下，多数与造岩矿物共生，而与多数金属硫化物形成条件不同。     

氧化性岩浆与斑岩铜金成矿

<正>我们研究发现,高氧逸度和洋壳部分熔融是控制斑岩铜(金)矿床形成的两个关键。作为亲硫元素,铜(金)的性质受还原态的硫(S2-)的控制,而硫的性质受氧逸度的控制:硫酸盐在岩浆中的溶解度是硫化物的十倍。岩浆形成过程中,在ΔFMQ+2以上时,硫主要以硫酸盐形式存在。有利于源区硫化物被破坏,大幅度提高初始岩浆铜金含量高;与此同时,岩浆中硫化物保持不饱和状态,有利于铜金通过岩浆演化进一步富集。在磁铁矿结晶等过程中,岩浆体系的氧逸度降低,硫酸根被还原,还原态的硫(S2-)将岩浆中的     

早期成岩过程中铁元素地球化学循环研究进展

铁是海洋沉积物中重要的氧化还原敏感性元素之一,是早期成岩过程中地球化学循环变化的重要动力因素。早期成岩过程中,表层沉积物中铁氧化物的赋存形态主要可分无定形(弱晶型)铁氧化物和晶型铁氧化物,且前者的含量主要决定着沉积物中铁氧化物的还原活性;铁氧化物可以通过与硫酸盐还原产生的硫化物反应进行还原,还能在铁还原菌的参与下被表层沉积物中的有机质还原,沉积物中活性铁含量、有机质含量、沉积速率、植物根系导氧作用及底栖生物的扰动均能对铁还原率造成影响。早期成岩过程中可以形成黄铁矿,形成机理主要有:1)沉积物中先前形成的硫复铁矿(Fe_3S_4)等前体物质通过加硫反应形成;2)硫过饱和的球粒胶体通过脱水、成核、结晶以及聚合作用而成单个草莓状黄铁矿或初始自行黄铁矿微晶成核、生长、聚集、固化的小型黄铁矿微球团并入更大的胶体状黄铁矿结核、草莓状黄铁矿分组,从而形成黄铁矿集合体;黄铁矿化度(DOP)可作为区分古海洋氧化还原环境的指标。对铁同位素的研究表明,异化还原作用(DIR)过程中产生的铁同位素值偏低;页岩中黄铁矿的铁同位素在2.3Ga附近发生的突变反映了第一次大气氧气增高事件。磁学参数对铁相变化具有良好的反应,环境磁学在早期成岩过程研究中的应用,有助于快速划分铁还原带、研究环境中重金属循环行为。     

本期文章导读

正305铅锌矿床地质样品的Ge同位素预处理方法研究朱传威,温汉捷*,樊海峰,张羽旭,刘洁,杨涛,王光辉Ge是一个分散元素,具有亲石、亲铁、亲硫(铜)和亲有机质性的地球化学特性。近年来,随着多接收器电感耦合等离子体质谱仪(MC-ICP-MS)技术的成熟,Ge同位素的高精度测试已经成为可能。目前,Ge同位素已经广泛地应用于富锗煤矿中Ge的来源和富集机制、反演大陆风化作用、地球深部环境、地热温泉体系及宇宙演化等方面的研究。然而,作为     

氧化还原电位法的原理和测定方法

氧化还原作用对自然界很多矿物的形成和分解都有很大影响,它是控制变价元素的分布、迁移、分散或集中的重要因素.因此研究成矿介质的氧化还原电位和含矿岩石的氧化还原性质,对揭示矿床形成机理,发现矿化规律和普查找矿具有重要意义. 自然界的很多元素都具有几种不同的价态,例如,铁有Fe~0、Fe~(2+)、Fe~(3+),铜有Cu~0、     

层间氧化带砂岩型铀矿床微生物地球化学特征及与铀成矿的关系研究——以吐鲁番-哈密盆地十红滩铀矿床为例

通过样品采集、细菌培养和鉴定等,首次在中国大型的十红滩层间氧化带砂岩型铀矿床容矿层中发现不同种群的细菌。氧化带主要分布铁细菌、硫杆菌、硝化菌等好氧菌,矿石带主要分布厌氧的硫酸盐还原菌,其种类和数量上具明显的生物地球化学分带性,并与岩石的地球化学分带性一致。首次利用容矿层的硫酸盐还原菌在室内进行了硫酸盐还原试验。根据细菌的代谢特征,结合硫酸盐还原菌还原试验,分析了细菌在层间氧化带形成、铀氧化迁移和还原成矿过程中的作用。     

海洋沉积物甲烷厌氧氧化作用(AOM)及其对无机硫循环的影响

甲烷厌氧氧化作用(AOM)在调控全球甲烷收支平衡以及缓解因甲烷引起的温室效应等方面扮演着十分重要的角色,成为近些年来海洋生物地球化学领域的研究热点之一.一般而言,海洋沉积物孔隙水硫酸盐还原主要是通过2种反应途径来完成,即氧化有机质途径和AOM途径.长期以来,与有机质氧化途径相关的硫酸盐还原作用研究已有充分展示,而由AOM驱动的硫酸盐还原及其对自生硫化铁形成与埋藏的重要贡献却被严重低估.侧重从生物地球化学、同位素地球化学等角度,综述近些年来不同环境条件下海洋沉积物AOM作用发生的地球化学证据和AOM对沉积物孔隙水硫酸盐消耗比例的贡献大小及其调控因素.AOM过程产生的H2S会与沉积物中活性铁结合形成自生铁硫化物.与沉积物浅表层条件相比,AOM过程固定的自生铁硫化物不容易发生再氧化,更利于在沉积物中埋藏保存起来.AOM与海洋沉积物硫酸盐还原作用相偶联,由AOM驱动的硫酸盐还原过程对海底自生铁硫化物形成与埋藏的重要贡献不容忽视.该综述有助加深对海洋沉积物AOM作用的认识及其对硫循环的全面理解.     

华北古元古代末鲕铁岩:Columbia超大陆 裂解初期的沉积响应

铁建造和鲕铁岩是地史上两类主要的富铁沉积,不仅记录了地球大气与海洋氧化还原状态和化学条件演变,而且也反 应了构造运动、岩浆活动和生物的相互作用过程.过去对铁建造已有深入研究,而有关前寒武纪铁岩成因与古海洋和构造背景 研究甚少.运用扫描电镜(scanningelectronicmicroscopy,简称SEM)、X射线衍射(X-raydiffraction,简称XRD)、能谱(energy dispersive spectroscopy,简称EDS)技术分析铁鲕的微组构、矿物成分和化学组成,讨论华北串岭沟组(1.65~1.64Ga)鲕铁岩 的成因环境及其与Columbia超大陆裂解的关系.研究表明,铁鲕主要由赤铁矿和少量高岭石组成,贫陆源碎屑和Al2O3;鲕包 壳由微片状赤铁矿构成的致密和疏松纹层交互组成;Fe-Al呈明显的负相关性,表明铁主要源于缺氧富铁深海水体而非陆源 风化.鲕铁岩集中在快速海进和低陆源输入引起的沉积饥饿期,发育于氧化还原界面附近的潮下贫氧环境.与超大陆裂解伴生 的岩浆活动、基底沉降和快速海侵是促进鲕铁岩形成的重要因素.串岭沟组底部铁岩是华北地台响应Columbia超大陆裂解而 发生构造与环境转化的重要沉积记录.      

海相沉积氧化还原环境的地球化学识别指标

全球海洋在10-5.4亿年间演变成氧化环境,此后历经多次全球性的缺氧事件后演变到现在的氧化环境.海水和沉积物中多种无素的循环、分异和富集明显受氧化还原条件的影响.Mn、Mo、Cr、V和U等变价元素的溶解度随氧化还原条件的改变产生极大变化,导致沉积物中的元素含量分异:Ni、Co、Cu和Zn等在还原条件下形成硫化物沉淀,导致沉积物中对应元素的富集.这些元素的地球化学行为是古海洋氧化还原条件的灵敏指示剂,作为恢复古海洋氧化还原条件环境变化的地球化学指标.黄铁矿化程度(DOP)、生物樗化合物和Ce异常等也是沉积物氧化还原条件的常用判别指标.泥岩石研究中通常采用DOP、U/Th、自生U、V/Cr、Ni/Co和生物标志化合物等指标,碳酸盐岩则主要采用Ce异常指标.当前各种指标的定性分析都取得比较一致的结果,但是用一种或几种定量的地球化学指标来恢复整个古海洋的氧化还原环境目前还有很大的问题.