基于PXRF技术的露头和手标本尺度元素迁移富集规律研究

【摘要】本文在对两台便携式X荧光仪分析(PXRF)性能进行评测的基础上,将pXRF原位网格化分析和图像处理技术及多元分析等定量计算方法相结合,通过元素分布和元素组合特征快速判别金顶铅锌矿床手标本矿物生成顺序,通过对比不同岩脉-围岩界面元素迁移特征推断白音诺尔铅锌矿成矿物质来源并定量评价矽卡岩剖面元素迁移、富集程度。两台仪器(EDXP730S、XL3t950)从40S开始对大部分元素的读数开始稳定,60S的测量时间即可满足保证元素测量稳定性的需要。从仪器读数接近标样(CRM2709a)元素参考值的程度上看,P730S对Fe、Mn、Rb的检测效果好于XL3t950,而XL3t950对K、Ca、Ti、Zr的检测效果好于P730S；对于测量结果与标样元素含量的关系而言,P730S对Ca、Ti、Fe、Sr的测量结果值整体偏高,对K、Zn、Zr的测量结果整体偏低,而XL3t950对Ca、Ti、V、Ni的测量结果整体偏高,对K、Mn、Fe、Zn、Zr、Sr、Rb的测量结果整体偏低：样品中元素的绝对含量对仪器的测量结果准确度和精密度有直接影响,元素含量与仪器检出限的比值越高,仪器读数误差和变异系数越小,相反,元素含量与检出限的比值越低,仪器读数误差和变异系数越大；覆盖物及其厚度的增加会使仪器读数等比例地降低,但读数的变异系数不受影响,稳定性较好；相同测量条件下的批量样品结果可以进行趋势性分析。使用P730S对金顶铅锌矿床的两块典型手标本-肉眼下矿化关系清晰(手标本1)和不清晰(手标本2)进行原位网格化分析。由元素空间分布图可以直观得得到不同元素在手标本剖面不同位置的含量情况。元素分布可以很好地反映剖面中矿物集合体的形态和范围,而基于“背景参考法”和“辅助元素法”可以由元素快速鉴定和辨别矿物种类,加之靠观察难以获得的多种元素分布信息,这些为更全面地认识矿物及矿化发育提供了条件。通过主成分分析,手标本1获得了Pb+Bi+Cu+Ag+Sn+Ti、Zn+Co+Ni+Cd+Ti+Sb和Fe+Mn三个矿化元素组合,手标本2获得了Zn+Ni+Co+Sb+Cd+Ag+Mo+Fe+Cu、Pb+Bi和Fe三个矿化元素组合。在“元素含量差别区分同异、有利形态趋势判断顺序”的原则下,通过元素和元素组合之间交代及形态延伸特征,判断手标本1的矿化顺序为Fe+Mn→Pb+Bi+Cu+Ag+Sn+Ti→Zn+Co+Ni+Cd+Sb(+Ti),即先发生以Fe为主的矿化,后为以Pb、Zn为主的矿化：手标本2的矿化顺序为Zn+Ni+Co+Sb+Cd+Ag+Mo+Fe+Cu→Pb+Bi→Fe,即先发生以Zn为主的矿化,再以Pb为主的矿化,最后是以Fe为主的矿化,这些结论得到了镜下观察结果的验证。相对较早的Fe矿化有性质与之相近的Mn伴生,但晚期的脉状Fe矿化中没有Mn,这可以作为区分不同Fe矿化的标志；两块手标本中,Co。Ni、Cd、Sb.(Ag、Mo、Cu)等元素都与Zn伴生,而Bi、(Sn、Ag、Cu、Ti)都与Pb伴生,说明这些元素(组合)与Zn、Pb矿化关系密切,因此这些元素的异常或异常共生可以作为矿区寻找热液Zn、Pb矿化的指示。使用XL3t950对白音诺尔矿床南矿坑内三种不同岩脉与大理岩(结晶灰岩)界面进行原位pXRF网格化分析,由岩脉与围岩界面元素分布特征的定性分析获得以下认识：(1)石英斑岩与大理岩之间基本没有发生元素迁移,成矿元素无富集现象;(2)长英质岩脉与结晶灰岩之间发生了Ca和Si的相向迁移,K在界面处发生了流失,成矿相关元素Zn、Pb等在剖面中没有明显的迁移富集特征,只有Fe、Mn在靠近界面的褪色蚀变区域发生了一定程度的富集；(3)花岗闪长岩脉与大理岩之间发生了Si从花岗闪长岩至大理岩方向的迁移,以及相反方向的Ca迁移,K在蚀变花岗闪长岩区域发生较强烈的流失,成矿元素Zn、Pb、Fe、Mn、Cu、As在花岗闪长岩及大理岩之间的矽卡岩中发生了显著富集,且存在Cu、As与Zn、Pb、Fe的空间分带。花岗闪长岩-矽卡岩-大理岩剖面(矽卡岩剖面)中的元素迁移特征显示矽卡岩形成及成矿元素富集与围岩尤其是花岗闪长岩脉关系紧密,结合矽卡岩矿物穿插交代蚀变花岗闪长岩矿物及矽卡岩-大理岩界面硫化矿物的集中生成等现象,认为研究区矽卡岩为接触交代成因而非沉积成因,继而白音诺尔铅锌矿床为矽卡岩型铅锌矿床。不同岩脉-围岩剖面元素迁移特征显示,从原位元素地球化学角度上,石英斑岩对成矿没有贡献,长英质岩脉与围岩间虽然存在元素迁移,但无成矿元素富集,而花岗闪长岩与大理岩之间发生了成矿金属元素的显著富集,因此,花岗闪长岩脉为成矿提供了部分或全部成矿物质。对矽卡岩剖面数据进行主成分分析获得了分别代表大理岩、闪长岩及产在矽卡岩位置的矿化的四个最大主成分,有效地区分出了钙铁辉石矽卡岩位置的两阶段矿化,一是以黄铜矿、闪锌矿为主,另一阶段是以闪锌矿、方铅矿及黄铁矿为主。在两个代表矿化的最大主成分中都含有Ca、Mg、K、Rb、Ba,说明五元素在矽卡岩化过程中比较活跃,并与矿化关系密切。此外,Ca、Mg是来自大理岩的组分,K、Rb、Ba是来自花岗闪长岩的组分,矽卡岩两原岩的组分同时出现在发生矿化的矽卡岩区域,既反映了矿化与矽卡岩的成因关系,又反映了与大理岩及花岗闪长岩组分上的继承关系。元素迁移量和富集指数计算结果显示,靠近矽卡岩的蚀变花岗闪长岩相比于原岩迁出了K、Ba、Rb、Cl,迁入了Ca、Mg、Si、Al、S、Fe、Mn、Pb、Zn、Cu,靠近矽卡岩的大理岩相比于原岩迁出了K、Ba、Cl,迁入了Rb、Si、Al、S、Fe、Mn、Pb、Cu;矽卡岩相对于花岗闪长岩迁出了K、Ba、Rb、Cl,迁入了Ca、Mg、Si、Al、Zn、Pb、Fe、Mn、Cu、S,相对于大理岩迁出了K、Ba、Cl、Ca、Mg,迁入了Rb、Si、Al、Zn、Pb、Fe、Mn、Cu、S;说明随着矽卡岩化进程的发展,性质较为活泼的K、Ba、Cl随热液迁出,Si、Al、Zn、Pb、Fe、Mn、Cu、S等随热液带入并在此区域富集,并且Si、Al等可能发生从花岗闪长岩向矽卡岩方向的迁移,Ca、Mg从大理岩向矽卡岩方向迁移：矽卡岩相对于花岗闪长岩元素富集程度从高到低为S、As、Pb、Mn、Ca、Zn、Mg、Fe、Al、Si、Sr,亏损程度从高到低为K、Cl、Sr,相对于大理岩元素富集程度从高到低为Pb、As、Mn、Cu、Mg、Fe、Si、S、Zn、Sr、Al,亏损程度从高到低为Cl、Ca、K、Zn、Sr、Al,说明成矿金属元素主要来源于与花岗闪长岩有关的热液带入,而Zn相对大理岩既有富集也有亏损,暗示大理岩围岩可能为矿化提供了部分金属元素Zn。
【作者】袁兆宪；
【导师】成秋明；
【作者基本信息】中国地质大学，矿产普查与勘探，2014，博士
【关键词】便携式X荧光仪；金顶；矿物生成顺序；白音诺尔；矿质来源；元素迁移富集；

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