低熔点亲铜元素(LMCE)在金成矿中的作用及促进金富集的机理

低熔点亲铜元素(LMCE),包含As、Sb、Bi、Hg、Pb、Se、Te、Tl、Sn等,在戈尔德斯密特(V·M·Goldschmidt)元素地球化学分类中均属于亲铜元素。它们具有亲铜性、电负性大、低熔点、半金属的特性。在金成矿过程中,这些元素与硫的亲和力强,多形成LMCE的硫化物、硫盐矿物、硒化物、碲化物和金属互化物,甚至形成LMCE与金的互化物和金的化合物。同时,它们在成矿流体中可以形成LMCE熔体,并对金矿床中Au的高效富集沉淀起到一种重要的桥梁作用。作者针对LMCE在金矿床中的赋存状态,总结了金矿床中LMCE富集金的特点,综合归纳了LMCE对金富集的成矿机理,认为在一些大型金矿床中,除了人们熟知的水-岩反应、硫化作用、流体沸腾、流体混合、有机成矿、岩浆脱气、叠加成矿等对热液金矿床的成矿起到重要作用外,流体-熔体分离、溶解-再沉淀、矿物重结晶、矿物表面吸附和元素替代等地质作用,也是LMCE在成矿过程中对金的富集重要机制。

扬子地块北缘毕机沟层状岩体亲铜元素地球化学特征及其对岩浆演化和硫化物熔离过程的制约

毕机沟层状岩体是扬子地块北缘汉南杂岩中最重要的镁铁-超镁铁质侵入体之一,主要由下部带超镁铁质岩、中部带辉长岩和上部带闪长岩组成。本文对该岩体下部带橄长岩、橄榄辉长岩和橄榄辉长苏长岩以及中部带粗粒辉长岩、磁铁辉长岩和角闪辉长岩进行全岩主微量元素及亲铜元素分析,全岩(La/Sm)_(N )(0.43~2.89)和(Tb/Yb)_N(1.08~1.52)比值以及La/Yb-Sm/Yb图解均表明毕机沟层状岩体源区属于尖晶石二辉橄榄岩。Ni/Cu-Pd/Ir图解显示毕机沟层状岩体母岩浆主要为高镁玄武岩,模拟计算及高的S/Se比值显示其母岩浆经历了~5%的地壳混染并引进了外界硫,导致毕机沟母岩浆在深部发生早期硫化物熔离,造成其极高的Cu/Pd比值(5.21×10~3~1.67×10^(6))和低的PGE含量。毕机沟母岩浆侵位到浅部岩浆房后,下部带极少量的硫化物熔离进一步导致残余岩浆亏损PGE,但S和Cu含量相对升高;中部带从下部带残余岩浆中结晶分异,具有更低的PGE含量和相对较高的S以及Cu含量。根据毕机沟层状岩体岩浆演化及硫化物熔离过程,推测岩体深部及附近具有寻找Cu-Ni-PGE矿床的潜力,查明其岩浆通道系统及岩浆运移方向对找矿勘查具有重要意义。

陕西煎茶岭镍矿床亲铜元素地球化学特征及其地质意义

煎茶岭镍矿床是陕西省勉略宁矿集区最具代表性的矿床之一,其形成与热液蚀变密切相关,形成了滑镁岩型、蛇纹岩型、透闪岩型和菱镁岩型等4种镍矿石。对煎茶岭镍矿床矿石全岩主量、微量和亲铜元素开展系统研究,并结合自动矿物识别系统,查明煎茶岭镍矿床亲铜元素的分布特征和赋存状态,并进一步探讨矿床成因。结果表明:煎茶岭镍矿床中的Ni和Cu主要以镍黄铁矿和黄铜矿的形式存在,而Co主要以类质同象赋存于镍黄铁矿和磁黄铁矿等硫化物中;Ir和Ru主要赋存于镍黄铁矿中,Pt和Pd主要赋存于黄铜矿中;Rh与其他铂族元素(PGE)明显不同的地球化学特征表明母岩浆侵位前可能发生了含铑矿物的结晶分异。同时,较高的Cu/Pd值((2.82~10.9)×10^(4))也表明其母岩浆在深部经历了早期硫化物熔离作用,随之带走大量Cu、Ni、PGE等,这是煎茶岭镍矿床矿石铂族元素亏损的主要原因。综合分析推断,煎茶岭镍矿床的形成经历了两个阶段:(1)煎茶岭镍矿床母岩浆侵位到浅部岩浆房之后,发生硫化物二次熔离形成Co、Ni含量较低的贫硫化物矿石;(2)橄榄石等硅酸盐矿物和原生硫化物在热液蚀变过程中释放出Co、Ni、S等成矿元素,并随热液迁移到花岗斑岩外接触带发生再沉淀和富集,从而形成富钴镍矿体。

夏日哈木超大型镍矿Ⅰ号岩体地幔源区性质和硫化物熔离过程:来自橄榄石成分、亲铜元素和硫同位素的约束

夏日哈木超大型镍矿I号岩体的地幔源区目前仍存在软流圈、大陆下岩石圈地幔和辉石岩地幔三种不同认识。本次研究通过对该岩体西段新近发现的隐伏矿体ZK3109钻孔中斜方辉石岩和浸染状矿石中的橄榄石进行原位成分分析,识别地幔源区性质,并结合硫化物原位S同位素和全岩亲铜元素组成,探讨硫化物熔离过程。样品中橄榄石均具有较低的Mn/Zn比值(基本小于13.5),而且斜方辉石岩中橄榄石具有较低的100×Mn/Fe比值(基本小于1.35),指示岩体源区有辉石岩地幔组分加入,与前人根据硫化物矿体富Ni特征的推测一致。橄榄石低Ca(小于300.00×10^(-6))、高Li(平均9.83×10^(-6))以及Sc与Ni正相关指示辉石岩地幔组分可能是俯冲洋壳物质交代大陆下岩石圈地幔的产物。另一方面,斜方辉石岩中橄榄石Ni、Fo值均与Co负相关且全岩S和铂族元素(PGE)相关性不明显,说明浅部岩浆房硫化物熔离发生在斜方辉石岩形成之后。浸染状矿石中橄榄石Co和Ni正相关且全岩S和PGE正相关,暗示橄榄石成分受控于硫化物熔离。样品中镍黄铁矿、磁黄铁矿和黄铜矿δ^(34)S值(2.28‰~6.11‰)高于地幔值(0±2‰),指示壳源硫化物的选择性加入导致母岩浆在浅部岩浆房S饱和。模拟计算表明岩体东、西两段浸染状矿石和网脉状矿石中亲铜元素的差异是母岩浆在硫化物熔离过程中二者R值(硅酸盐熔体和硫化物熔体质量比)不同造成的,分别为30~3000和3000~15000。本次研究表明综合运用矿物原位成分、S同位素和全岩亲铜元素组成能够有效识别铜镍硫化物矿床赋矿岩体地幔源区性质并刻画硫化物熔离过程。

亲铜元素的地球化学行为研究进展及其在岩浆硫化物矿床中的应用

亲铜元素在岩浆演化和硫化物熔离过程中的行为是解释岩浆硫化物矿床形成过程的一个窗口,通过实验研究来探讨亲铜元素的地球化学行为,并用于岩浆硫化物矿床的定量化研究是此类矿床今后的一个发展方向。本文总结了硫和亲铜元素在岩浆演化过程中的行为规律,并阐明了在岩浆硫化物矿床中的应用,在如下五个方面分别做了讨论:①通过实验对玄武质岩浆中S溶解度的研究,总结出引起硫化物饱和的4个控制因素:岩浆混合、温度迅速降低、壳源混染、快速的结晶分异作用;②通过Ni在橄榄石和硅酸盐熔浆中的分配,定量模拟了岩浆演化过程中,橄榄石中的Ni含量随着橄榄石成分(Fo)变化的规律;③总结了Ni—Cu—PGE—Au在液态硫化物和硅酸盐岩浆中的分配系数,总结了控制分配系数的因素,并探讨了"R-因素"对亲铜元素富集的控制机理;④橄榄石被硫化物包围时,与硫化物发生交换反应,通过交换反应系数(KD)可以定量估算硫化物熔浆中Ni的含量;⑤通过实验得出的亲铜元素在单硫化物固溶体(MSS)和液态硫化物之间的分配,总结了岩浆铜镍硫化物矿床中的分带现象。最后探讨了岩浆硫化物矿床存在的问题和发展方向。

低熔点亲铜元素(LMCE)熔体超常富集贵金属的机制及其识别标志

低熔点亲铜元素(LMCE)As、Sb、Bi、Hg、Pb、Se、Te、Tl、Sn等,均具有亲铜性、低熔点、半金属的特性,在成矿过程中可以形成LMCE熔体,并对Au、Ag、PGE等贵金属的高效富集沉淀起到一种重要的桥梁作用。作者对前人研究资料与LMCE热力学相图进行了分析,并结合浅成低温热液型、造山型、卡林-类卡林型、碱性-偏碱性侵入岩型金矿床的研究成果,探讨了LMCE熔体形成、类型及其对Au、Ag、PGE等贵金属富集成矿的机理,并提出了LMCE熔体参与成矿的矿物组合与结构特征标志。LMCE熔体可以在岩浆过程、(岩浆)热液过程及变质过程中形成,是贵金属矿床重要的成矿机制之一。LMCE熔体中存在大量原子团簇,团簇间的聚集生长会使熔体难以达到相平衡,形成许多非平衡矿物组合,如包含LMCE的自然元素、金属互化物及含LMCE的多相矿物。Au在LMCE熔体中也可以团簇存在,金团簇聚集形成球状或片状,并形成巨富的金矿体。LMCE熔体形成的矿物常以浑圆状、近浑圆状、不规则状的单个或群体组合的乳滴、珠滴、气泡的微粒包体产在硫化物、硒化物、碲化物、氧化物和硅酸盐矿物内或沿矿物裂隙线形排列,这些LMCE微粒包体是熔体扰动导致熔-熔或熔-液间发生乳化所致,流体沸腾是引起熔体扰动的主要机制。LMCE熔体不能快速淬火结晶,通常在低温下缓慢冷却达到相平衡,形成复杂的矿物组合,该特点即使在微米到纳米级的矿物微粒中也显著存在。熔体-流体包裹体是LMCE熔体参与成矿作用最为直接的证据。固溶体分解结构、熔体退火结构、矿物-熔体二面角结构、溶解-再沉淀结构等也是LMCE熔体参与成矿的标志性结构。

中国西部典型铜镍矿床亲铜元素特征对比

通过对喀拉通克、黄山东、金川和白马寨4个铜镍矿床亲铜元素特征进行比较,结果发现所有矿床具有相似的左倾原始地幔标准化配分模式和铂族元素明显亏损的共同特点;其亲铜元素质量分数却明显不同,铂族元素质量分数最高的金川铜镍矿床以Ni为主,喀拉通克矿床则表现为Cu占优势;矿床的初始岩浆为铂族元素不亏损的玄武质岩浆,应是地幔岩石较高程度部分熔融的产物;少量硫化物预先熔离是造成中国铜镍矿床成矿母岩浆亏损铂族元素和w(Cu)/w(Pd)远大于原始地幔(w(Cu)/w(Pd))的控制因素;不同程度(量)的硫化物熔离导致母岩浆中亲铜元素质量分数不同,R值低不是主要原因;早期发生硫饱和可能是铜镍矿床成矿的必要条件,成矿的关键可能在于新鲜岩浆的不断补给;少量硫化物预先熔离结合不含矿岩石亏损铂族元素,暗示这些矿区深部具有找矿潜力。

长江中下游地区地下水亲铜元素的形成及其分布规律

本文以丰富的实际资料，公证了长江中下游地区地下水亲铜元表Ｃｕ、Ｐｂ、Ｚｎ、Ａｓ、Ｈｇ、Ｃｄ环境背景的形成及其分布规律．

金川铜镍硫化物矿床2号矿体铂族及亲铜元素地球化学特征

系统分析了金川Ⅱ号岩体中2号矿体西端、中部和东端的硫化物矿石中的铂族元素(PGE)和亲铜元素地球化学特征,以期探讨这些元素的空间变化规律及其成因,以及对金川矿床成矿过程的指示意义。研究结果表明:100%硫化物中,PGE(Ir、Ru、Rh、Pt、Pd)总体从西端到东端逐渐降低,且浸染状矿石和海绵陨铁状矿石的100%硫化物中PGE和亲铜元素含量的变化特征相似。表明金川2号矿体硫化物矿石的PGE和亲铜元素的含量主要受硫化物熔离作用的约束,硫化物熔体分离结晶和后期热液蚀变影响不明显。2号矿体浸染状矿石的100%硫化物中,PGE和亲铜元素含量总体低于1号矿体浸染状矿石的含量,但是前者西端的样品与后者东端的样品,上述元素特征相似,暗示二者是同一岩浆通道系统中硫化物熔离的产物,并且硫化物熔离形成2号矿体时具有比1号矿体低的R值,这也暗示了含矿岩浆是自1号矿体向2号矿体流动的。

铜镍硫化物矿床硫化物熔离和亲铜元素的分配定量模拟研究进展

硫化物熔离和亲铜元素在幔源岩浆演化过程中的行为是探讨岩浆硫化物矿床成矿作用的重要问题,定量模拟发现温度、压力、氧逸度、硫逸度和岩浆中Fe O的含量是影响岩浆中硫化物溶解度的5个主要因素,而岩浆的结晶分异,物理化学条件的快速变化,外来物质的加入,岩浆混合则会引起硫化物饱和。未发生熔离时橄榄石中Ni的含量随着橄榄石的结晶而降低,当硫化物熔离之后,与硫化物发生平衡交换的橄榄石中的Ni含量随着橄榄石中的结晶而升高。利用橄榄石(Ni)含量和铂族元素特征可以判断是否发生了硫化物熔离作用,近似推断原始岩浆的结晶分异过程,进而可以用于判别一个岩体的成矿潜力。最后探讨了定量化研究元素行为的研究中仍然存在一些问题及可能的解决途径。

形成富亲铜元素的太古宙Au－石英、低温热液Au－Ag及Au矽卡岩成矿流体的岩浆硫化物／挥发分相互作用的机制

已有的地质、地球物理和地球化学证据表明太古宙Ａｕ－石英脉、低温热液Ａｕ－Ａｇ和Ａｕ矽卡岩成矿流体的主要组分源自岩浆，而且Ａｕ、Ａｇ及有关的富美元素也源自岩浆。太古宙Ａｕ－石英脉、太古宙Ｈｅｍｌｏ型、低温热液Ａｕ－Ａｇ和Ａｕ矽卡岩体系的元素的产出具有重要的共性，表明其具有共同的成因过程。例如，２７个元素中，４４％（ｎ＝１２）的元素出现在１０个矿床亚类的至少７个亚类之中：Ａｕ、Ａｇ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｐｂ、Ｚｎ、Ｈｇ、Ｍｏ、Ｓｂ、Ａｓ、Ｔｅ和ｓ（９个金属、２个类金属和１个非金属）。加上Ｂ和Ｗ，５２％（ｎ＝１４）出现在至少５个亚类之中。富集的亲铜／亲铁元素的出现频率很高，达８５％（２７个元素中的２３个）。总体元素（ｎ＝３１）的出现频率也较高，达７４％（ｎ＝２３）。所有这些主要的亲铜／亲铁元素均富集于太古宙Ａｕ－石英脉、太古宙Ｈｅｍｌｏ型、低温热液Ａｕ－Ａｇ和Ａｕ矽卡岩矿床之中。如果岩浆挥发分的饱和出现在岩浆硫化物熔体／上悬固体因重力而亏损之后，那么Ａｕ、Ａｇ和相关亲铜元素将由于高的硫化物熔体／硅酸盐岩浆的分配系数（１０￣２～１０￣４，如Ａｕ为３ｘ１０￣４，Ｓｅ为１０￣３）而从岩浆中分离出来。因此可以得出，太古宙Ａｕ－石?

内蒙古金厂沟梁金(铜)矿床的PGE、铁族和亲硫元素的地球化学特征与物质来源、形成环境

首次采用盐酸-过氧化氢封闭熔矿与ICP-MS相结合的方法,对金厂沟梁金(铜)矿床东、西两矿区典型矿石的铂族元素(PGE)、亲铁以及亲硫元素的含量进行了系统测定,结果显示矿石中上述元素的含量均高于实验的检测限;地球化学演化特征显示含矿流体具有岩浆性质,PGE对原始地幔/球粒陨石标准化后的配分曲线均呈强烈左倾斜的分馏模式,其配分曲线和与幔源岩浆有关的富铜硫化物和富铜镍硫化物熔体的形式相似,并与幔源玄武岩、碳酸盐熔体的配分模式基本一致,反映含矿流体具有幔源岩浆属性;从区域构造、岩浆热事件角度出发,结合典型斑岩铜(钼)矿床的PGE特征,初步确定其含矿流体形成于中生代大陆边缘环境,其直接的热动源是中生代底侵的玄武岩浆。成矿阶段富含金、铜矿石的Pd/Pt、Pd/Ir比值接近低钛玄武岩浆以及玄武安山岩,而成矿早阶段贫金、铜样品的Pd/Pt、Pd/Ir比值接近地幔;反映早期含矿流体可能是直接来自中生代幔源玄武质岩浆结晶分异,而富金(铜)流体的形成可能是玄武质岩浆演化晚期被地壳物质强烈混染后的富超临界流体岩浆(低钛熔体)发生岩浆与流体分离而产生;含矿流体演化过程的PGE地球化学行为与Cu或S(As)的饱和度有关,即主要受亲硫(铜)元素或结晶分异的硫化物矿物相所制约。

亲铜(亲铁)元素含量比值在地球科学中的初步应用实例

亲铜(亲铁)元素在行星增生演化、核幔分异、地幔岩浆过程、壳幔相互作用以及金属矿床成因等领域具有举足轻重的作用。本文从亲铜元素的地球化学性质出发,介绍了"高维度思维"的亲铜元素含量比值及其在地球科学领域的初步应用:①获得同一份样品中不同亲铜元素含量可在一定程度上降低样品的不均一性(块金效应)对含量比值的影响;②Cu/Ag值可以约束不同高温岩浆过程中硫化物固液状态和亲铜元素地球化学性质,进而认识地幔、洋壳和大陆地壳间的联系;③具有不同分配系数的亲铜元素含量的比值可以鉴别岩浆硫化物饱和史,比如通过亲铜元素的分异约束火星陨石母岩浆的硫化物不饱和演化历史;④依据In-Cd-Zn在硅酸盐地球的含量以及它们的相对亲铜亲铁性质,地球主体增生物质已经消失,不能由陨石代表。

微量元素示踪法在古代青铜器铜矿料来源研究中的应用

青铜模拟熔铸实验表明,利用ICP-AES法测定的青铜中亲铜元素的成分数据,通过聚类分析,可以较好地区分不同产地的铜矿料及其青铜产物。文章将这一方法具体应用于盘龙城商代遗址和鄂州出土青铜器的微量元素数据的分析,以考察其可行性和应用价值。多元统计分析结果显示:青铜模拟熔铸实验所得结论,亦可应用于盘龙城和鄂州青铜器铜矿料的区分,进一步验证了微量元素示踪古代青铜器铜矿料来源的可行性。

金川铜镍矿床金属硫化物中铂族元素赋存状态及成因

随着激光等离子体质谱(LA-ICP-MS)测试技术的发展,地质学家可以原位分析贱金属硫化物(如磁黄铁矿、镍黄铁矿、黄铜矿等)中铂族元素(PGE)和其它亲铜元素的赋存状态,并进一步用来制约矿床的成因机制。金川矿床位于华北地台边部阿拉善地块西南缘的龙首山推覆体北缘,是仅次于俄罗斯Noril’sk矿床和加拿大Sudbury矿床的世界第三大在采镍矿床。

甘肃金川铜镍硫化物矿床1号矿体铂族元素空间分布及其成因

<正>甘肃金川超大型岩浆铜镍硫化物矿床是中国第一大镍矿床,也是中国镍、铜、及铂族元素(PGE)最主要的生产基地。最近勘探数据表明金川矿床的镍金属资源总量达到558万吨,其平均品位为1.06%,Cu资源含量达到354万吨,其平均品位为0.75%。金川超基性岩体全长约6.5 km,宽20~500余米,最大倾斜延深超过1100 m。

岩浆演化过程中硫化物饱和对斑岩型Cu-Au矿床形成的控制

斑岩型矿床是全球铜、金、银、钼等战略性矿产的重要来源,其主要分布于汇聚板块边缘。已有研究揭示大型斑岩矿床一般起源于板片俯冲产生的岩浆作用,俯冲板块脱水诱发地幔楔部分熔融形成初始弧岩浆,在经历过一系列复杂的演化后,最终上升至近地表(3~5 km)成矿。而岩浆硫化物能强烈络合亲铜元素,对岩浆演化过程金属的富集起着重要作用,研究硫化物中亲铜元素富集与活化过程是揭示斑岩矿床成矿机理的重要一环。本文对近年来斑岩矿床中岩浆硫化物的研究成果进行系统总结,梳理硫化物饱和的控制因素与分异过程,对比分析岩浆硫化物饱和过程对斑岩矿床金属富集的控制。岩浆硫化物饱和受温度、压力、氧逸度等多种因素共同控制,其中氧逸度变化是导致硫化物饱和的关键;硫化物饱和将促使金属Cu、Au、PGE等高效浓聚,PGE元素和Au对硫化物饱和异常敏感,少量硫化物饱和会导致大量PGE和Au聚集。岩浆硫化物饱和过程对斑岩成矿潜力影响存在争议,一些研究认为硫化物饱和是斑岩成矿的关键步骤,因为饱和的硫化物将促使金属Cu、Au高效浓聚,当新的岩浆注入或岩浆氧逸度或硫逸度变化时,硫化物将被再次溶解使成矿金属重新在硅酸盐熔体中富集;一些研究则认为岩浆演化过程中硫化物饱和不妨碍斑岩成矿,因为早期少量硫化物饱和沉淀并不会降低剩余岩浆中成矿元素丰度,不影响成矿潜力。厚地壳中硫化物饱和一般发生在早期,薄地壳中硫化物在晚期饱和。