浅谈构造地球化学找矿原理

gyliuq · 发表于 2011-6-24 15:51

浅谈构造地球化学找矿原理

2009-04-23 | 作者张家勇 |

来源：《科海故事博览？科教创新》2009年第3期供稿

摘要：本文结合我国矿床研究及找矿方法现状，把构造地球化学找矿方法从构造地球化学找矿的依据、基本理论原理、特征及其在寻找隐伏矿床经济高效特点等做了一个系统的阐述，并指出构造地球化学找矿方法对我国矿产资源开发利用具有重要的社会经济和科技创新意义。
关键词：构造地球化学原理找矿方法
1 矿产资源勘查现状
目前，我国面临着地表找矿难度愈来愈大这一严峻问题。国外亦是如此，自20世纪70年代以来，新发现的矿床数量明显减少，这一形势要求我们在找矿方法或原理上要有新突破，尤其对隐伏矿产资源勘查研究。隐伏矿床指埋藏于基岩中受到或未受到现代切割作用，受到或未受到沉积物覆盖的所有矿床(体)（池三川，1988）。这充分反映了地质找矿工作所面临的全球性趋势。同时也对找矿方法也提出了更高的要求，即要应用科学经济高效的找矿方法。构造地球化学正是由于其在寻找隐伏矿床的特殊效用和它经济高效的特征，愈来愈来得到矿床学家们的重视。
2 构造地球化学
构造地球化学是介于构造地质学和地球化学之间的新兴边缘学科。是运用构造地质学和地球化学的基本原理和方法研究元素在各种构造环境中的分配和迁移、分散与富集的特征、规律及其过程和动力学机制的科学。
构造地球化学研究表明，构造运动形成两种结果：一是构造形迹有规律地排列组合构成构造体系，二是元素在构造中迁移、富集及其共生组合形成地球化学异常。构造体系和地球化学元素的时空分布规律共同组成统一体 — 构造地球化学场（据韩润生，2005）。
2.1 构造地球化学原理
地球物质大规模转移的方式为力学转移、化学转移和能量转移。地质动力学、化学反应动力学和有序化演化是控制地球物质运动的基本因素。构造活动和地球化学作用过程都伴有物质成分重新分配和组合。
构造变形过程中矿物成分的变化
在变形过程中，控制和影响矿物成分变化的机制主要有应力作用下的固溶体分离、应力作用下矿物分解和转化，以及压溶作用。
应力作用下的固溶体分离即指在成矿过程中，由于某些外界提条件的改变使原来呈单一结晶的均匀固溶体往往分离成两种或两种以上不同成分的结晶相的现象（李文革等，2006）。自然界中的钾长石-钠长石条纹结构、钛铁矿-磁铁矿格状构造，都是受应力作用固溶体分离的有力证据。
压溶不仅是一种变形机制，更重要的一点在于它是一种构造地球化学过程。压溶作用是遵循里克原理的，所谓里克原理是指垂直应力的晶粒表面同与其接触的饱和空隙失去平衡（压力增大，溶解度增大，并迫使溶液移动），这部分矿物晶体就发生溶解、剥蚀，并把溶解、剥蚀（但未溶解）的元素向应力分布不到的矿物体的侧方挤移，并在那里沉淀在晶体表面，结果使矿物晶粒沿垂直应力的方向增长而“拉长”（刘义成，1988）。它涉及到物质扩散和流动、矿物反应、溶解与沉淀等一系列作用。
2.2 元素迁移过程的动力学
从动力学角度理解，元素的地球化学迁移包括元素物理化学状态的转变和空间运动，以及能量的传递。物质和能量的带入，造成体系的不平衡状态，导致一系列地球化学反应出现。研究元素的迁移必须与地质构造的动力学环境联系起来，探讨物质与能量输送过程中的控制作用。在构造力作用下的热液活动和循环过程中，元素迁移主要以两种方式：渗滤作用和扩散作用。
渗滤作用是指溶液沿岩石孔隙均匀流动而发生的物质和能量的传输作用。其特点是溶剂和溶质同时运动，流动的驱动力是由压力梯度引起的，即受区域上的地质构造动力学因素控制。如渗滤交代作用，岩石中易溶性组分的溶滤作用。渗滤作用可以造成元素的空间分带和渗滤交代分带。
扩散作用现象在气态、液态和固态物质中普遍存在。地质体中的固态扩散现象虽不象气态和液态物质中那样直观、明显，但它确实是元素迁移的一种主要方式。地质作用进行的速率大小，受体系中化学组分的扩散类型和扩散速率所控制。按岩石蚀变和矿物平衡中化学物质扩散作用的部位，将扩散类型分为三类：表面扩散（S）、粒间扩散（G）和体内扩散（V），并且概括出为固相间的扩散模式（图2）。根据扩散作用前后组分浓度是否有变化，还可以将固态扩散作用分为自扩散作用和互扩散作用两类。前者是指不伴有浓度变化的扩散，只发生在纯金属和均匀固溶体中。后者是指伴有浓度变化的扩散，因为这种扩散与参加扩散的异类原子的浓度有关，又称异扩散，总是在不均匀固溶体中的不同相之间进行的。
2.3 构造控矿的若干规律
构造—岩性界面控矿：构造作用造成了不同的结构构造、物理性质和化学组分的岩块和岩石直接接触，形成物理化学上的突变界面，即有利于流体运移充填和通过水—岩相互作用，代反应沉淀（James V Goddard and James P Evans，1994）。
构造分带性、对称性和等距性控矿：构造变形具有分带性，尤其是断裂控矿常具有明显的分带性。可分为垂直分带和水平分带，垂直分带如脉状钨矿的“五层楼”分带模式。断层分带模式，由下至上，由韧性断层过渡到脆性断层。相应地，断层岩由糜棱岩系列—碎裂岩系列—未胶结的断层泥和角砾，形成韧剪切带不同的变形层次、不同阶段的控矿模式。水平分带，常表现为构造变形强度、动力变质程度、构造岩类型、化学元素组合及含量呈对称分布。
构造分区性与复合性控矿：矿床（点）在地壳中往往是成区成带相对集中分布的，形成巨大的聚矿构造带和矿集区。多旋回性的构造运动，产生多期次强烈的构造变形，形成高渗透性的贯通性构造，驱动深部物质和流体向前不运移，提供了成岩成矿作用能源，带来巨量的金属元素堆积，造成构造变形场、能量场和渗流场的多场耦合作用，形成不同成因类型的矿化叠加和多因复成矿床。
3 构造地球化学展望
从构造地球化学的研究情况看，现已初步形成了一些研究思路和方法构造地球化学研究具有了一定的基本原理、研究内容和实验条件。随着分析技术的进步，构造地球化学必将得到更深入广泛的应用，为我国的矿产资源勘探提供更大的技术支持。
利用构造地球化学找矿具有重要意义：一是运用地球化学资料结合构造地球化学的分析方法可识别一些构造；二是应用构造地球化学方法有助于筛分与成矿有关的构造，确定构造的含矿性和有利的成矿部位。三是据不同的的构造地球化学特征，阐明矿区构造—矿化作用的发展演化规律。四是这一方法对隐伏矿床的预测有其特殊的效用，是一种经济高效实用的找矿方法。
参考文献
[1]池三川．隐伏矿床(体)的寻找．武汉：中国地质大学出版社，1988：6-9
[2]韩润生等．铜厂矿田陈家坝地区断裂构造地球化学特征及定位预测.地质与勘探，2000：9
[3]李文革等．锡矿山构造地球化学初探.采矿技术，2006：12
[4]刘义成．对里克原理的补充．地质地球化学，1988：5
[4]JAMES V.GODDARD and JAMES P.EVANS. Chemical change and fluid-rock interaction in fault of crystalline thrust sheets, northwestern Wyoming, U.S.A. Journal of Structural Geology.1994: 4