《天然矿石中硫化物的同构造再活化实验研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《天然矿石中硫化物的同构造再活化实验研究（12页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 1 地质学报 AC TA GE OL O GI C A S I NI C A V o 1 8 3 J a n No 1 2 O O 9 天然矿石 中硫化 物 的同构造再 活化 实验研究 郑 远 川， 顾 连兴 ， 汤晓 茜 ， 王子 江 ， 吴昌 志， 张 文兰 ， 吴学益 1 )内生金 属矿 床成 矿作 用 研究 重点 实 验室 ， 南 京大 学地 球科 学 系 ， 南京 ， 2 1 0 0 9 3 ； 2 )中国科学院贵阳地球化学研究所 ， 贵阳， 5 5 0 0 0 2 内容提要 ： 辽 宁红透 山块 状硫化物矿石主要矿 物成 分为 黄铁矿 、 磁 黄铁矿 、 黄 铜矿 、 闪锌 矿
2、、 石英 、 角 闪石和黑 云母 等。将 矿石 切成圆柱体 ， 用 2 O Na C 1 溶液 浸泡 2 6 0 h后装入 长江 5 0 0型 活塞一 圆筒 式三轴 应力试 验机 ， 分别 在 3 6 2 、 4 6 4 、 5 5 6 。C和 6 8 2 ， 以及不 同的 围压 和轴 压下进行实验 ， 1 3 h后于空气 中 自然冷 却 。实验产 物 中各种 矿物发生 了强烈 的机械变形 ， 黄铁矿和角闪石 以脆性破 裂为特征 ， 而磁黄铁矿 、 黄铜矿 、 闪锌 矿 、 石英 和黑 云母 以塑 性变形为主 ， 局部也发生脆性破裂 。 实验过程 中硫化物发 生 l强烈的化学再 活化 ， 其产
3、物 主要有细脉和微 晶两 种。再活化 细脉主要 穿插黄铁 矿碎 斑 ， 而在黄铜矿 、 磁黄铁矿 、 闪锌矿 和脉 石矿物 中未 曾见 到。细脉成分主要为黄 铜矿 ， 其次为磁 黄铁矿 ， 仅含少 量闪 锌矿 。脉 中磁黄铁矿颗粒较 大 ， 在超过 2 0 0,a m 的长度 内光性连续 ， 表 明这些脉形成 于冷却前 的较 高温度 环境 。随 实验温度的升高 ， 再 活化细脉 的数量也 随之 增加 ， 而且脉 中黄铜 矿对 于磁黄 铁矿 的 比例 也加 大。再活化 微晶 可进 一步分为两种 ： 一种 为分 布于 同种硫化物碎粒之 间或增生于碎粒 之上 的黄铁矿 、 磁黄铁矿 和黄铜 矿微 晶
4、； 另一种 为 沿黄铜矿裂隙分布的完全 由黄铁矿构成 的蠕虫状体 。以这 两种方式产 出的微 晶均为实验 样品冷却 过程 中的产物 。 在 5 5 6 和 6 8 2 的产物 中还 出现黄铜矿对黄铁 矿的交代反应现象 。 本文的实验结果表明 ， 块 状硫化物矿石 中的硫化物在变形变质过 程中可同时 以机 械的和化 学的两种 方式发生 再活化 ， 并且再活化强度 随温度 的升高而升高 。但是 ， 机 械再 活化 的距 离 和所造 成 的各 种矿 物间 的分异都 十分有 限， 只有化学再活化才是造成组分 长距 离迁移 ， 形 成新 矿体 的重要 机制 。脆 性变 形区 的张性 空问有利 于再活 化
5、流 体 的运移和卸 载 ， 而韧性变形 区则 不利 。铁硫化物在 高温下 的再 活化产 物主要 是磁 黄铁矿 ， 而低 温下 则主要 为黄 铁矿 。黄铜矿 的再 活化能力明显地强于 闪锌 矿。同生沉积矿床 在变形一 变质过程 中的再活 化 ， 会在矿床 中产生许多 后生特征 ， 这一点在研究矿床成 因时必 须充分注意 。 关键词 ： 流体 ； 再活化 ； 变形变质 ； 块状硫化物矿石 矿床学家将成矿组分从一处转移到另一处的过 程称为活化， 而将从先存矿体 中转移 出来 的过程称 为 再 活 化 ( Mo o k h e r j e e ， 1 9 7 6 ；Ma r s h a l l e t
6、 a 1 ， 2 0 0 0 a ， 2 0 0 0 b ) 。许多矿床 ， 尤其是块状硫 化物矿床 ( MS D) ， 在形 成 之后都 受 到过 不 同程度 的变形一 变 质 ( M a r s h a l l a n d Gi l l i g a n， 1 9 8 7 ， 1 9 9 3 ； Gu a n d M c Cl a y， 1 9 9 2；La r ge，1 9 9 2；Vo ke s ，2 00 0；Gu e t a 1 ，2 0 0 7 ) 。变形一 变质 可强烈改造 原有矿体 ， 并使 其 成 矿 组 分 发 生 机 械 的 和 或 化 学 的 再 活 化 (Mo o k
7、 h e r j e e ， 1 9 7 6； Ma r s h a l l a n d Gi l l i g a n， 1 9 8 7 ) 。Ma r s h a l l a n d Gi l l i g a n( 1 9 8 7 ，1 9 9 3 ) 将 再活 化分 为 内部 再 活化 和 向外再 活 化 。 内部 再 活化 是指 成矿组分仅在原矿体 内部迁移和再 富集 ， 经历过再 活化 的矿体整体上仍与 围岩保持原有关系 ， 而 向外 再活化是指成矿组分迁出原 有矿体 ， 其结果则可在 原矿体 以外 ， 甚 至 很远 之 处 ， 形 成新 的独立 矿体 (M a r s ha l l
8、a nd Gi l l i g a n， 1 9 8 7， 1 99 3； Pl i m e r ， 1 9 8 7 ；B e l l o t ，2 0 0 4 ) 。 为探 讨 成 矿 物 质 的活 化 和 再 活化 机 制 ， 前 人针 对硫 化 物 的机 械 变 形 ( C l a r k a n d Ke l l y ，1 9 7 3 ； Ke l l y a n d C l a r k ，1 9 7 5 ；C o x e t a 1 ，1 9 8 1 ) ， 以及 成 矿 金 属 元 素 的 溶 解 ( C r e r a r a n d B a r n e s ，1 9 7 6 ；
9、 Cr e r a r e t a 1 ，1 97 8；He ml e y e t a 1 ，1 9 8 6； Bo u r c i e r a n d B a r n e s ，1 9 8 7 ；Z h o u e t a 1 ，1 9 9 5 ；吴 注 ： 本 文为教育部博士点基金项 目( 编 号 2 0 0 6 0 2 8 4 0 1 3 ) 和国家 自然科学基金项 目( 编号 4 0 6 7 2 0 6 3 ) 联 合资助成 果。 收稿 日期 ： 2 0 0 8 0 3 0 6 ； 改 回日期 ： 2 0 0 8 0 7 2 8 ； 责任编辑 ： 周健 。 通讯作者简介 ： 顾连兴 ，
10、 男 ， l 9 4 4年生 。教授 、 博 士生导 师， 矿物 学岩石 学矿 床学 专业 。通 讯地址 ： 2 1 0 0 9 3 ， 南 京大 学地球 科学 系； E ma i l I x g u n j u e d u C F I 。 3 2 地质学报 学 益 ， 1 9 9 8 ；X i a o e t a 1 ，1 9 9 8 ； F r o s t e t a 1 ， 2 0 0 2 ； S t e v e n s e t a 1 ，2 0 0 5 ) 和沉 淀机 制 ( Mu r o wc h i c k a n d Ba r n e s， 1 9 87； Cowpe r a n
11、 d Ri c ka r d， 1 9 8 9； S c h o one n a nd Ba r ne s ， 1 9 91 a，1 9 91 b；Ri c ka r d a nd C o w p e r ，1 9 9 4 ；张 世 柏 等 ， 1 9 9 6 ； Ma d d o x e t a 1 ， 1 9 9 8 ； Wi d l e r e t a 1 ， 2 0 0 2 ；华明等 ，2 0 0 4 ) ， 分别进 行 了大 量 的实 验研 究 。在 实 际地 质 过 程 中 ， 成 矿 组 分， 尤其是硫化物的再活化 ， 常常是机械能和化学能 共 同 作 用 的结 果 ( Ma r
12、 s h a l l a n d Gi l l i g a n ，1 9 8 7 ， 1 9 9 3 ； Gu a n d Mc C l a y ，1 9 9 2 ) 。然 而 ， 前 人 均 将 机 械变形和化学再活化分开进行实验 ， 因而难以反 映 两者 之 间的相 互 作 用 。此 外 ， 前 人 对 成 矿 组分 溶 解 和沉淀的模拟多数在不 同反应室中分别进行 ， 而在 同一反应室中同时发生溶解和沉淀的实验报道则甚 少。顾连兴等( 2 0 0 5 ) 用辽宁红透山矿床的天然矿石 块样为试料， 在 3 6 2 。 C下 ， 在同一反应室 中作 了同变 形再活化淋滤和沉淀实验 ， 揭示
13、了各种硫化物在构 造应力作用下的差异再活化特征 。为了探讨在更高 温度和压力 下 的活化转 移特 征， 笔者 等进 一步 在 4 6 4 、 5 5 6 。 C和 6 8 2 进行 了实 验研 究 。 1 试料 实验试料取 自中国辽宁红透 山块状硫化物矿床 主矿体一7 0 7 m 中段 。该矿床为古太古代海底喷流 沉积的产物 ， 在 2 8 2 9 Ga 期 间受到 了高达角闪 岩相 的变 质 作 用 ( 张 秋 生 等 ， 1 9 8 4 ；刘 连 登 等 ， 1 9 9 4 ) 。变质过程 中的强烈重结 晶使矿石 的沉积和 变形结构基本消失 。Gu等( 2 0 0 7 ) 已对该矿床的特
14、征和成因作过详细论述。 实验 样品呈 块状 构造 ， 矿 物粒 度 5 1 5 mm。矿 石 的矿物成分 主要为黄铁 矿 ( 3 2 ) 、 黄铜 矿 ( 9 ) 、 磁 黄铁矿 ( 8 ) 、 闪 锌 矿 ( 6 ) 、 石英 ( 2 6 ) 和硅 酸盐 矿 物( 1 9 ， 含 闪石、 石榴子石、 黑云母、 斜长石和 白云 母) 。用原子吸收光谱法测得， 实验样品成矿金属含 量 为 金 0 3 6 1 0 、 银 9 4 1 O 一 、 铜 4 0 6 、 锌 2 4 8 、 铅 0 0 3 3 。实 验 样 品 中硫 化 物 的变 形结 构 不发育， 裂缝少见( 图 l a ) 。黄铁矿
15、晶形完好 ， 多呈 自 形一半 自形 ， 偶见黄铁矿颗粒 中包裹有脉石矿物球 粒。磁黄铁矿呈基质分布于黄铁矿颗粒之间。磁性 胶体浸 润 法 研 究 ( G u a n d Vo k e s ，1 9 9 6 ；G u e t a 1 ， 2 0 0 1 ) 揭示 ， 磁黄铁矿为较纯的六方变体。黄铜矿和 闪锌矿呈半 自形一他形颗粒产出( 图 l a ) 。 脉 石 矿 物在 矿 石 中 多呈 球 粒状 产 出 ， 球 粒 直 径 多为 2 5 mi l l ， 并可分 为两类， 即浅色矿 物球粒和 暗色矿物球粒 。浅色球粒主要 由石英和 或长石组 成 。暗色球 粒 主要 由角 闪石 和黑 云 母
16、组 成 ， 并 含 少 量石榴子石 、 锌尖晶石 和微量 自云母 、 石英 、 长石和 矽线石 。这些矿物的变形结构也不发育( Gu e t a 1 ， 2 0 0 7中图 6 C 、 D ) 。 用 1 0 3 2 2 Y J型大型石英 晶体切割机将块 状矿石 制成长 4 0 mm， 直径 i 7 mm的圆柱体 ， 然后将实验样 品圆柱体在 2 0 N a C 1 溶液中浸泡 2 6 0 h后取出， 用 清洁的滤纸吸干样品表面 自由水后备用。 2 实验方法 实验在中国科学院贵阳地球化学研究所构造地 球化学实验室长江一 5 0 0型岩石三轴应 力试验机上 进行 ， 该 仪 器 轴 向最 大 荷
