矿床地球化学-4实验

主讲人：范宏瑞中国地质与地球物理4.实验地球化学在矿床学中的应用(12月11日)第四讲实验地球化学研究－板块俯冲过程中流体的实验地球化学研究－热水溶液中矿物的溶解度实验地球化学研究－H2O-NaCl-CO2体系热力学性质实验地球化学研究－硫化物体系相关系实验地球化学是地球化学的一个研究领域，它应用化学原理和现代实验技术，在

中模拟自然条件，研究地球化学过程中元素的行为和化学反应的机理

(

百科全书-地质学卷)实验地球化学实验岩石学实验矿物学矿床学矿床形成的化学过程矿石沉淀的温度、压力…….H2O体系相图H2O-CO2体系相图2

实验地球化学高温高压实验技术温度的测量温度的测量自紧式密封压力的测量常用高温高压设备防止固体物质的粘结静态压装置石压腔d水热反应中逸度的控制－氧逸度水热反应中逸度的控制H-O-S体系气体逸度控制HF逸度控制水热反应中逸度的控制3

板块俯冲过程中流体的粘度温度“俯冲工厂”初始物质产物残余物流体的迁移含水“幕”的形成被向下拖迤的含水橄榄岩绿泥石／角闪石的脱水金云母的脱水Smidt

&

Poli,

1998,

EPSL金云母黝帘石大洋岩石圈俯冲－脱水－交代地幔楔－岛弧绿泥石斜方辉石样品

–

火山岩硅酸盐中可以多少H2O?Al2O3

in

H2O SiO2

in

H2OAl2O3

in

H2O

Al2O3

in

H2O

+

KOH示意图实验:花岗岩-H2O压力和组成的影响温度与组成的影响Arc

magmatism

at

convergentplate

marginsSlab

dehydration:Slab

fluids:Aqueous

solutions

rich

in

Cl,

S,

large

ionlithophile

elements

(LILE:

Rb,

K,

Cs,

Ba,

andSr),

Li,

B,

Pb,

As,

and

Sb,

and

metals.Oxidizing

(seafloor

alteration).Partial

melting

ofthe

mantle

wedge:Primary

melts:High-Mg

basalts

(Arculus,

1994;

Thirlwall

et

al.,

1996).1.2–2.5

wt.

%

H2O

(Sobolev

&

Chau on,

1996).Oxidized

(up

to

FMQ+2)

(Brandon

&

Draper,

1996).S-rich

(up

to

3000

ppm)

(de

Hoog

et

al.,

2001).Metalliferous

(undepleted).High

oxidation

stateand

S

content

of

arcmagmas,

and

relatedporphyry

Cu

deposits:Sulfur

is

predominantlydissolved

in

arc

magmasas

SO2,

so

magmaticsulfides

arenot

formed

inabundance.Chalcophile

andsiderophile

elementstherefore

behavepatibly,

and

remainin

the

melt

until

late-stagevolatile

exsolution.Hedenquist

&

Richards

(1998)Behaviour

of

chalcophile

and

siderophile

metals

(Cu,Au,

PGE)

in

pri rc

magmas

is

strongly

controlledby

the

presence

and

amount

of

sulfide

phases

(meltsor

minerals)

in

the

mantle,

into

which

these

elementswill

preferentially

partition

(vs.

a

silicate

melt

or

mineral).Chalcophile

andsiderophile

metal(Cu,

Au,

PGE)content

of

primaryarc

magmasCu-ri

agmascan

form

inthepresence

of

upto

1wt.%

S

in

themantlesource(R

≥

100).Au-ri

agmasform

when

residualsulfideabundancefalls

below

~10ppm

(R

≥

105).Partitioning

of

chalcophile

metals

between

magmaand

sulfideSubductionPorphyry

Cu

potentialmagmas,

high

sulfidationepithermal

Cu-Audeposits.造山带型金矿床成矿模式板片反转软流圈上涌俯冲反转

大陆地壳伸展AuAu增生洋壳岛弧Hg-SbAu地壳加厚

地幔柱/俯冲地幔柱洋脊俯冲伸展Au造山带型金矿床成矿模式软流圈上涌地幔岩石圈拆沉软流圈上涌Au软流圈上涌AuAu地幔岩石圈侵蚀造山带型金矿床成矿模式造山带型金矿床的分布造山带型金矿床的分布板块俯冲与

造山带型金矿床的形成板块俯冲与

造山带型金矿床的形成4

热水溶液中矿物的溶解度矿物溶解度与矿石结构矿物溶解度与矿石结构极度过饱和：胶状颗粒近平衡：等轴或长轴状晶体矿物溶解度与矿石结构花岗岩型铌钽矿床岩浆成因的实验F：对与岩浆作用有关矿床的主要围岩蚀变的解释logmSiO2012345678SiO2NaAlpHMg400

oC5

kbar450

oC10

kbar500

oC15

kbar550

oC20

kbar-log

concentration

(mol/kg)Ca绿片岩相绿帘蓝片岩相榴辉岩相m=0.001+0.0254

(aNaCl

)1/4(aH2O)1/25

流体体系热力学性质人工流体体-实验技术人工流体体-实验技术人工流体体-实验技术人工流体体-实验技术人工流体体-实验技术人工流体体-研究流体相平衡人工流体体-研究流体PVT性质H2O-NaCl-CO2体系理想相图S idt,

1997H2O-NaCl-CO2体系相图实验验证H2O-NaCl-CO2体系相图研究：矿床形成压力的估算6

硫化物体系相关系硫化物是金属矿床中十分常见矿物：Kullerud(1953)通过实验研究提出，与FeS平衡的闪锌矿

的含量可用于确定矿物的形成温度干体系Fe-Zn-S“干体系”和热液体系实验研究基本否定了利用闪锌矿含量作为地质温度计的可能性，实验中又发现闪锌矿＋磁黄铁矿＋黄铁矿组合中的闪锌矿成分和压力关系密切闪锌矿

地质压力计闪锌矿地质压力计的应用实例闪锌矿地质压力计的应用实例闪锌矿地质温度和压力计的应用注意事项赵斌等.

1995.

高温高压实验地球化学. :

科学Valyashko

VM.

2008.

Hy