矿石成因研究中若干问题的探讨.pdf

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1、第 1 4卷第 1期 新疆 工学院 学报 V o l-1 4No 1 9 9 3L J OURNAL OF XI Nd l ANG|Ns T|1UTE OF TECI NOL C)C 1 9 9 3 ，r 七 一“矿石成 因研 究 中若 干问题 的探讨 臁 P 一 J 一，提 要：作 者 根 据 某些 研 究 成 果 和 实 际 经验 结 合 一 些 新 资料，对 固溶 体 出溶 结 构，矿 物 晶 体 成 因 类 型，尤 其是 对 矿物 结 晶 粒 度 的统 计 特 征，和 矿 石 中元 音 组 合及 其 演 化 规 律 的 定 量 分 析 首 次 提 出新 见 解。从 实际 应 用 出发

2、这 些 新 见解，无 疑 会 对 矿床 成 因研 究 乃至 矿 床 评 价 将 起 到积 极 的作用。争 关 键 词；出 溶 结 构；晶 体 类 型；粒 度 蜕 计；元 素 演 化 定 量 分 析 矽 石 团，浩件 本文从实际应用的观点 根据作者 的实际经验和某些研究成 果并 结 合一些新 的资料 对下 列 四个方面的问题进行了控讨：1 固溶体出溶结构应 用中值得注 意的 几个 问题。2 矿物晶体成 因类型 的差别及其应用。3 矿物结晶粒度概率统计特征及其地质意义。4 矿石 中元素组 台及 其演化规律定量分析。其 中 3、4二个 问题是作者首次提 出的一些新 见解，想与 同行共同探讨。1 固溶

3、体 出溶结构实际应用 中值得注意的几个 问题 在这里探讨五个方 面的问题。1 温度对固溶体出溶 结构 形态 的控制作用。关于 出溶结 构的形 态特点 不仅 受主 晶矿物结 晶学性质的控制 而且还受到温度条件的制约，这一点 已被新进的研究成果进一步证 明。以斑 铜 矿 一一黄铜 矿 固溶 体出溶结 构为例，日本矿物 学者苣术 浅彦研 究得 出结 论：当出溶温 度在 3 0 0 3 7 5 时，出溶 的黄铜矿在斑铜 矿中形 成较稀疏粗大的 液滴 状、蠕虫状 乃至 细脉状(温 度下降缓慢 饱和度低)。而在 2 5 0C 下时(温度 下降急速，饱和度高)黄铜 矿在 斑铜 矿 中形 成稠密、细小的 叶片

4、和格状结掏。说明不同的出溶 温度会形 成不 同的形态特征。作者在鉴定新 疆某地一铜 矿石时 发 现黄 铜矿在斑铜 矿 中形成 了细小 的格状结构 且被 低温 矿物 组 合所 穿 插，揭 示了矿石形成 后温度 下降较快，继而迭加 了低温矿物组合，符 台苣术浅彦的研究结论。这 个结论不仅适用 了上述 矿物，同样也适用 了其 他形成 固溶体 的矿物对 这 种形 态特 征对 于了解 成矿过程的温 度变化是 有重 要意 义的。2、交代作用过 程可形成 固溶体。交代 作用所形成的矿物固溶体出溶现象 还未 见有 报导 作 者在鉴定铜 沟铜 矿的矿石时发现，黄铜 矿普遍交 代闪锌矿 就在二 矿物接触 界限 的

5、黄铜矿 一侧 的有限距离 内 不均匀地分 布有星状闪锌矿的出溶体 而 远离接触 界限 这 种现象就消失了。因 此可以认为：黄铜矿交代 闪锌矿时 z n 就近进入黄铜矿晶格 中形成 固溶体 当温度下降时 闳 锌 矿就 出溶 出来。我 们可以根据这种闪锌矿出溶体 的分布规律，判断 其交代作 用的程度。3 固溶体出溶所 引起元素含量分 布的变化。近来 日本学者已证明 出溶体(客晶)周边的主 晶近客 晶部 位处贫客 晶成分 远离客晶的主晶部位富客 晶成分。例如闪锌 矿中的黄铜 矿出溶 收 藕 日期：1 9 9 2 0 3 1 z 维普资讯 http:/ 6 2 新 疆工学 院学报 第 l 4卷 体，近

6、 黄铜 矿的闪锌 矿部 位台铜低 而远离黄铜 矿的闪锌 矿部 位含铜量高。而交代作用的二矿 物所形成的类似结构，则会 出现 相反 的情 况。固此l t l 做区分 析方 法也 就较容 易的区分 固溶体 出 溶与交代的作用形成的结枸。4 固溶体出溶与矿物共晶。能形成固溶【奉的矿物对，在很 多情况下可形成共晶。这是 由客 晶矿物在主晶中溶解极限决定的，若超 出其 含量极限则可形成共晶结 构。据 日本 学者北风 岗研 究，方黄铜 矿在黄铜 矿中的 溶解极限 为 l 1 9 ，因此黄铜 矿 中的 玎黄铜矿 出溶体 与黄铜 矿之 比一般不会超过 l l 8 9 否 则就不一定是出溶体丁。作扦在鉴定新疆

7、喀拉通 克矿 时 见到过黄 铜矿 和方黄铜 的这种结构，(含量 k it 1 0 )，还能见到二者密 切连生的较 宽页片(含量 比近于 l：1)。显而 易见，二矿物 即有 出溶现象 又有共晶现象 因此二矿物的结构关 系应 属于出溶 一一 共晶结构-5 固溶体 出溶结构的后生变化 及其意 义 已形 成的 固溶体 出溶结 构 经 后朝地 质作 用的迭 加 还会发生变化。一种表现为二次 出溶，例 如 磁铁矿 一一钛铁尖 晶石的格状结构 随着温度 的继 续下降，钛铁尖晶可再 次分 解为钛铁矿 和尖 晶石，在闪辞矿 中出溶的黄铜矿 可再次 出溶方 黄铜矿或马基诺矿。这 种二次出溶的 意义在于：说 明成矿

8、温度的下降是较 缓慢 的 有较充足的 时问使 固溶体的出溶体(仍为固溶 体)进行二次 出溶，否则会 出现 淬火 现象导致 二次 出溶终 止。另一种 后生变化就是 氧化，倒如磁铁矿 中的格状钛铁矿，系 由原 生铁铣尖 晶石氧化而成 因 为 即是 在 l l 1 0 C的高温 条件下，钛铁矿在 磁铁 矿中的溶解度也不会超过 5 (B a s t a 】9 6 0)。这种 结构 可 揭 示矿 床形成后 可能经历 了变 质或热液迭加或 氧化作用等 作者在鉴定新疆某地一 含磁铁矿凝灰砂岩 时，发 现粒状的磁铁 中含有格状钛铁 矿 说 明融铁矿是 由海底火 山喷发形成 后，又经后期的搬运 沉积和 氧化作用

9、。2 矿物 晶体成 因类型 的差别及其应用 对于金届 矿石而言，矿物晶体的形成 主要是结 晶作用，交代 作用 和变质重结 晶作用三种基 本方式，其形成 的晶体可分别称为结晶体、代晶体和变晶体。由于矿 石经常遭受 多次 地质 1 y-用 的迭加，因此大多数情况下迭生矿中只含一种成 囡矿物晶体的情况较为少见，而是包含二 种或 三种成 固类 型的矿物 晶体。例如作 者鉴定喀拉通克铜镍矿石时，就发现磁黄铁矿有二种成 固类 型的晶体及其迭 加形迹。例如作者在鉴定 喀拉能克铜镍矿石时，就发现磁黄铁矿有二种成 因类 型的晶体 及其其迭 加形迹。因此为了 区分这些 不同成固的矿物晶体，从 中提取 有用信 息

10、作 者 将 它们的区分标 志归纳为下列四点：1 由于其形成方式不同，故其晶体轮靡不同。结晶体 由于受到 母液(或熔体)的熔蚀作 用 其棱 角显示不同程序的熔 园状(如铬铁矿、磁铁 矿)变晶体和代晶体 的棱角清 楚平 直 无被熔 园 现象，且代晶体常沿末张开的裂隙处呈连状分 布，特 别是 在裂 隙交会处 晶体较 为发 育，生 成 口 IJ 显 晚 于 邻 近 矿物。2 其晶体内部结构不同。结晶体常具内部环带(例如磁铁矿、黄铁矿、铬铁 矿、黑钨矿 辉 l 镍矿、方钴矿等)而变 晶体一般不具这种结构 常发育双 晶。代晶体 也可有环带，但环带 中 帛色 含被交代矿物 的残留物。3 晶体 内部的包体不同

11、，结晶体有时可包含 同种矿物 或他种早成 矿物的小晶体。变晶体 0 1 lJ 维普资讯 http:/ 第一 期 张希 栋 矿 厂成 因研究 中若干 问题 的探讨 6 3 普遍包含大量其他多种杂质成分(例如变晶磁铁矿中的云母、石英 等杂质矿物)，而代晶体常包 含被交代矿物的残余体或残余结 构(例 如毒沙、黄铁矿代晶中的方解石等脉石 矿物 残余体)。4 晶体 的连生关系有区别。结晶 体由于其 晶出基本是连续 的 且受结晶条件影响，因此 晶 体间表现为形态不一的咬 台毗连连 生 其抵触界限 并非很平直，有时 可有大 晶粒镶嵌 和包 含小 晶粒的现 象。变 晶体基本 是同时重结晶而成 故 晶体连生 时

12、为毗连平直连生，当与其 他矿物接 触时是呈齿状连生，而代晶体因 交代其他矿物而成 其棱和角常伸人其他矿物之中形成平直 接触界限，而矿物本身晶粒之间表现为毗连连 生。上述 几点，仅从三种成因类型晶体的宏观特征上进行讨论，实际工作 中还要结构矿石的形 成背景和一些其 他的微观特征进行综 台性的判断和分析。应特别指出的是，任何类型的矿物晶 体形成后 都可能再次受到后期地 质作 用的迭加，而导致 晶体 的苒次变化。一种是温度因素引 起的，例 如结 晶体在 不同的温度作用下 可发 生再结 晶形成 变晶体，常见 的有：方铅 矿在 2 5 0 发生完全的重结 晶 闪锌矿在 5 o 0 6 6 o c发生重结

13、晶。重结 晶后有时 可保存 有原晶体的 某些 特征。另一个因素是由于动力作 用而导致原来晶体的变形 或破 碎，而仍保存原晶体的某些 轮廓和形迹。因此在 鉴定矿石时，要注意观察这些方面的标志 了解矿石所经 历的地质作用 的 全过 程。3 矿物结晶粒度 的概 率统计特征及其地质意义 粒度分析的方法在研究沉积 岩的沉积 环境方面 已得到了广泛的应用。而对 金属矿石而言，大 多数用测 定矿物工 艺粒度 的方法来研究矿石的工 艺性质，至于 如何根据 矿物的结 晶粒度 特 点来探讨其形成环境和 条件 则 目前 尚未 见报导。据笔者的实际工作经验来看，这个 问题是有必 要进行探讨，换 言之，矿石中矿物的结晶

14、粒度的统计特征是可以反应其形成条件 的。众所 周知，由溶液或熔 体中结晶形成 的矿物的晶体 形态和 晶粒 大小是受矿物 自身的结晶能力、结 晶速度、结晶生长能力等本身性质和溶液的性质，如浓度、温度、压力、酸碱度等物理化学条件的影响。因此 由于上 述诸 因素的作用，在不 同成 因条件下会形成不 同的 晶形 和粒 度特征，关于晶形特 征报 导资料较 多，在 此不重 述，作 者促 就矿物结 晶粒 度的概率统计特 征及其所包含 的地质 成因 信息，结合本人的初步研究成 果作 一概 要的介绍，关天更详细的资料作 者将在 另文 中论述。探 讨这 个问题 的主要依据是；矿物结 晶颗粒大 小主要取 决于其所

15、处的物理化 学等 条件的 稳定程序。假若矿物从 溶液 中结 晶时 的物理化 学条件相对较为稳定，则同种矿物的结晶粒度也 相对 较为均 一，围绕其平均粒度结构，若对其进 行系统 的统计 计算 时，会 发现它 们属 于正 态分 布。倘若 矿物结 晶时的物化 条件 发生不同程度的变化，则结 晶粒度也会发生不同程度的非均一 化，出现粗 细混 杂的情况，其粒度的概率分布表 现为不同程度 的偏态或非正态分布。若矿物结 晶时的物化条件发生 突变，则结晶粒度也会发生突变效应(例如斑状、似斑 状等结构)，则其 粒 度的概率 分布为 一 分布或 其特 殊形态 一指数 分布，它 包含 了成矿作用过 程中的某些 突变

16、(构造运动、温度的突变等)信息。因此粒度的概率分布类型都对应有一定的地质内含。作者对 若干不同成矿因的矿物粒 度进 行过统计分析，证 明了上述观点的正确性，现仅举二 个实例 简要 说明之。例一：某地一早期岩浆成 因的铬铁矿矿石，多为 自形半 自形 晶。经过对其 4 4 2个颗 粒的 维普资讯 http:/ 6 4 新疆工 学院学 报 第 l 4卷 统计和计 算。证 明其为 正态分布 其 直方 图如下(图一)粒度单位 为 值 由图可明显 看出，其粒度分布较为均一，且较对称 说 明矿物结品时的环境 较为稳定，戚矿 作用是较为稳定 的条件下进行的 其 间未发生大的掏造运动 例二：作者在所 参加 的一

17、项科研课题 中 对 某脉状金矿 中的 自然金粒度进行 了系统统计和 计算，并经 概率 分布拟合检验，证 明其为指数分 布 其密度函数为；，v、f 4 2 1 0 5；当 0时 一1 0 当X 0 时 其直方 囤见图二，粒径单位为毫米值。这种粒度统计特征反应 了成矿作 用过 程中的突变作 用(例如构造运 动)，导致物化条件的急据变化，使金粒度发生 E 均一化，形成 微细金多 粗 粒者 国 l 某地铬铁矿粒度直方国 国 2 某地 自然金粒度直方 图 少的粒度特征。这个解释恰好 也与 该矿 的实际情况相吻合。因此，对 矿物 结 晶粒 统计特征 的研究，是对矿石成 因研究 乃至成 矿过 程探讨 的一

18、个新 途 径，有待进 一步 的深 入探讨。关于粒度统计的一些具体技术问题，限于篇 幅，在此不赘述。需特别强调的是 所统计的矿 物必须是同期同阶段的同一 种矿物，而不能把不同 阶段的同种矿物 合并统计，以保证分析矿石 成目的科学性。对 非均质 矿物可在正交偏光镜 下观测和统计，而对均质 矿物 为粒状集 合时 可 酌情采用浸蚀技术 粒度单位以 单位为好，特殊情况可采用毫米单位 4 矿石 的元素组成及其演化 规律定量分析 长期以来，地质工作 者习惯于对 矿石进行综 合性 的元素分析，以满足矿石或矿床工业评f 和综合利用的需 要，无疑这是非常重要 的。但对研 究矿石成 因及探讨无素的演化 及富集规 律

19、而 言显得 就不够 了，因为它不能揭 示这些规律也不能阐述各成矿 时间序列 中元素的富集程序 及 富集状态为此，作者认为按成 矿作用的 时间序列 及其所对应的矿物组 台 分别进行成矿元 素的 分析和计算可以解决 这方面的问题，从而对矿石 和矿床 中元素的富集规律 作出评价 对找矿工 作指明方向。1 一 维普资讯 http:/ 筻 一期 张箍 栋 矿 厂成 因研 究中苦 干问 题的 探讨 工 作首 先用 常规 的方 I 壹，综合野外 观察 阳室 内鉴 定成果，划分 矿床 的成矿阶段和矿物的生 成顺序，井对各矿物进 行含量测 算 求 出其重要百分 比，然后 系统 取得单矿物 样进 行 多元素分 析

20、 若难以获得单矿物佯时，最好对所有金属矿物进行电子 探针 多元 素分析。根据分析结果和 矿物 含量测算结果，即可求得各 元素在不同成矿阶段中(或矿物先后顺序)的含量情 况 然后对 各元 素含量求和，按下式即可算出各 元素在各成矿阶段中相对 含量及其分布状态：Mi=Xi X XI (i=1，2 3 ，n，成矿阶段)式 中，Mi 一一某元素在 i 成矿 阶段 中的相对 含量 Xi 一一某元素在 i 成矿 阶段中的含量。根据 上式的计算结果，也 就很 容易的了解各成 矿元素随成 矿作用的时 间序 列的 演化 和富 集规律，井且可绘制成图表 予以阐述。现列举一实例说明计算过程。该矿 为新疆 某地一铜

21、矿 经练 台鉴定后划分 为二个成矿阶段 每个阶 段中有若干种矿 物 为了说明计算 方法，其从每个成 矿阶段 中抽出二种 最有 代表性的矿物 及其探针分 析结果进 行 计算。其有关数据列于表一 表一 各成矿阶段矿物 中的元素 含量分析结 果 一 第一 5 j 段(I)第二 段(I)兀 素 黄铜矿(1 3 )方铅矿(0 3 )辉铜矿(1 0 )斑铜矿(O 6 )Cu 3 4 17 0 1 2 7 9 0 6 61 21 A u 0 00 04 0 0 0 0 0 11 Ni 0 00 O 06 0、0 5 0 01 Fe 3 1 9 2 0 O 8 0 O 2 1 1 O 3 S 33 2 3 1

22、 2 3 0 2 0 1O 25 1 9 Z n 0 0 4 0 0 1 0 0 4 0 0 7 S b 0 1 2 0 0 0 O O O 0 O 8 Bi O 3 5 0 2 8 0 0 0 0 0 8 Ag 0 02 0 21 0 4 8 0 1 9 Te 0 O O O 0 8 0 0 5 O 1 2 Co 0 0 4 0 0 7 0 0 1 0，0 0 As O1 2 O 02 0 05 P b 8 6 3 8 0 O l 1 O 0 1 0 0 1 0 0 9 8 1 5 注：矿物后括 号 内的数字 亲该矿物在矿石 中的重量 百分比 根据表一 的数据可计算 出二个成矿阶段 中各 元

23、素的含量及其 比例关系。计 算结 果列 于表 由表二 可一 目了然的看 出二个成矿 阶段 中各 元素的分 布状态，从 而对成矿作 用过 程 中元 素的演化和富集规律进行研究。对于多成矿阶段的矿床，此法更显其优越性 维普资讯 http:/ 6 6 新疆 工学院 学报 第 l 4卷 表 二 不 同成 矿 阶 段 中各 元 素 的 含量 分 布 元素含量()(I)元 素含量 比 兀 素 I 1 合 计 i(1+1)1(I+1)Cu 0 4 4 457 1 1 57 8 6 1 60 2,i 3 0 27 8 0 72 2 Au 0 001 2 0 00 06 6 0 0 01 86 06 4 5 0

24、 35 5 N i 0 00 01 8 0 00 0 56 0 0 00 74 0 2 43 0 75 7 Fe 0 41 53 0 06 63 8 O 4 81 5 8 0 86 2 01 3 8 S 0 46 88 0 3 51 4 0 82 09 0 57l 0 4 29 Zn 0 00 05 5 0 0 00 82 0 0l 37 0 401 0 5 99 Sb 0 00 1 56 0 0 00 48 0 00 20 4 0 76 4 0 2 36 B1 0 0 0 5 3 9 0 0 0 0 4 8 0 0 0 5 8 7 0 91 8 0 0 0 2 Ag 0 00 08 9 0

25、0 05 94 0 00 683 01 3 0 08 7 0 Te 0 00 0 24 0 0 01 22 0 O0l 46 01 6 4 0 83 6 Co 0 0 00 73 00 0 010 0 00 08 3 0 88 0 0 1 2 0 A s 0 0 01 56 0 00 05 0 0 0 02 06 0 7 57 0 2 43 Pb 0 2 50l 0 00 006 0 25 01 6 0 99 9 0 O 01 参考文献 1 武汉地制裁学院 地质科技情报 1 9 8 5 2 3 陈正、岳树勤、孙殿 芬编著 矿石学 上编 地 质出版社 1 9 8 5年 P7 6 8 0 3 徐仲

26、平、张殿甲、张希栋 一一分布与脉状矿床突变成固探讨，物化探计算技术 1 9 8 8 Vo l l 0 NO 4 P2 8 3 2 8 6 A St udy 0n Pr o bl e m s Of 0r e G e ne s i s Re s e a c h Zh a ng Xi dong Ab s t r a c t On t h e b a s i s o f r e s u l t s o s t u d i e s wi t h n e w ma t e r i a l s a n d t h e a u t h o r S a c t u a l e x p e r i e n c e

27、 t h i s p a p e r s h o ws t h e e x s o l u t i o n t e x t u r e f o r ms a n d g e n e t i c a l t y p e s o f mi n e r a l s c r y s t a l wi t h n e w p o i n t of v i e w，a n d e s p e c i a l l y，f o r t h e f i r s t t i me t h e a u t h e r p r o p o s e s t h a t t h e s t a t i s t i c s

28、 f a t a u r e o f mi n e r a I c r y s t a l g r a i n s i z e s a n d n u me r i c a l a n a l y s e s o f t h e a s s e mb l a g e a n d e v o l u t i o n l a w o f e l e me n t s i n o r e Ab o v e r e s u l t s wi l l p l a y a n a c t i v e r o l e i n t h e g e n e s i s s t u d y a n d e v a l u a t i O i l 0 f O r e d e D O S t s Ke y W o r d s E x s o l ut i。n e t xt u r e s p e s。f c r y s c r a i n s i z e s s t _ c s n I l me l I a n n】y s e s o f e l e me n t e v o l u t i o n 维普资讯 http:/