Question

矿床形成之后的变化

Answer 1

矿物形成之后的变化是普遍存在的，变化的方向是由不稳定态向稳定态转变。对蛋白石类矿物而言，变化路径为结构不稳定的无定型壳体(opal-A)→方石英为主的opal-CT→结晶度高的石英(Herdianitaet al.，2000;Umeda M.2003;王汝建等，2001;周永章等，2006)。尽管这种转变是非常缓慢的，水温、pH值，以及杂质的多寡都会影响转变的速率(UmedaM.2003)，但这些转变是不容怀疑的。对搭格架矿区，由成矿的早期(指第1至第4阶段，下同)向晚期(指第5阶段，下同)，矿物组成也呈现出规律性的变化，在第2、3、4阶段样品中出现有大量的石英，但在第5阶段样品中，没有石英的出现，而非晶质的胶状蛋白石在早期的样品中的含量远比晚期的为少(图2-3)，这种情况与在腾冲地区的相似(张天乐等，1997)。对谷露矿区，第2与第3阶段均为CT蛋白石与石英，而在第4与第5阶段仅出现A-蛋白石，没有CT蛋白石。

图9-5 西藏泉水活动与铯的成矿效应模式图

与蛋白石类矿物结构的变化相对应，矿石的组构也呈现出有规律的变化(赵元艺等，2008)，例如搭格架矿区第2阶段的矿石呈菜花状构造(图版DGJⅣ-3)，第3阶段的呈粗粒块状与孔隙状构造(图版DGJⅣ-2)，第4阶段的呈细粒块状与孔隙状构造(图版DGJⅣ-5)，第5阶段出现块状构造(图版DGJⅩⅥ-2)。体现出早期蛋白石形成后的以菜花状构造为代表脱水或(和)被后期热水的溶蚀作用。从微观角度看，矿石的结构由第1→第2→第3→第4→第5阶段呈现短柱状、球状、溶蚀→粒状、短柱状→生物→球状→短柱状、长柱状结构变化。其中生物结构中的生物经初步鉴定为硅藻类Denticula属，该属的存活条件是水温＜40℃的流水环境。因此可以推断搭格架矿床的第3阶段的成矿温度应为小于40℃，这与在该阶段发现有钙华的相对低温形成条件是一致的。与搭格架地区现今及第5阶段的热水温度(82～89℃，赵元艺等，2007)相比，显然第3阶段属于低温成矿阶段。溶蚀结构与球状结构仅出现在早期，这与一般的理解是一致的，即在早期的蛋白石形成后，才能被晚期的热水所溶蚀和包裹。长柱状结构仅出现于第5阶段，是其形成于最晚阶段，尚未发生明显的变化，保持有形成初期的结构特征。

对谷露地区，早期硅华的构造类型有粗大孔隙状或蜂窝状构造，角砾状构造，碎裂叶片状构造，细小孔隙状构造等;晚期出现致密块状构造与鲕状构造等。早期结构类型主要有粒状结构，粒状与胶状共存结构;晚期出现胶状结构。硅藻生物结构在早期与晚期均有出现，线状或丝状生物结构主要出现于早期。条状生物结构、溶蚀结构、长方体状结构与被膜状结构主要出现与晚期。球状结构与管状结构主要出现于早期。孔隙状结构是硅华脱水所造成，致密块状与鲕状构造的出现代表的硅华形成初期的特点。早期出现含方石英的粒状及粒状与胶状结构;晚期出现胶状结构，同样代表了形成初期结构的变化特点。

搭格架硅华样品的X-射线衍射图在2θ为20°～25°的范围出现宽而弥散的衍射峰(图3-1)，是结构近于完全无序的A-蛋白石的特征(ElzeaandRice1996，DeJong等1987，郑绵平等1995)。从成矿的早期向晚期，该衍射峰有由窄变宽、衍射峰逐渐向高角度偏移的趋势，显示蛋白石由形成晚期的无序结构向早期有序方向演化特征。由于这是一种属于短程结构的有序演变，对这种A-蛋白石转为CT-蛋白石(图3-2)变化，红外光谱反映更敏锐。从红外光谱分析结果(表3-3)可知，搭格架矿床的第1、2、3、4阶段的矿物中均有CT-蛋白石，而第5阶段仅为A-蛋白石，这些事实说明矿化初期生成的硅华是无序的A-蛋白石，结构相对有序CT-蛋白石是由A-蛋白石转变成的。由于热水介质中物质的沉积和矿物的快速生长过程中不易把杂质排到晶体之外(王江海等，1998)，杂质成分进入SiO₂矿物晶格的方式有两种，一种是进入晶格空隙，另一种是置换晶格的Si⁴⁺。置换Si⁴⁺的主要成分是Al³⁺，由于是异价替代，因此在此过程中必须有一价金属阳离子进入石英晶格空隙，以维持电价平衡(张天乐等，1987)。西藏热泉活动所形成的硅华中铯的赋存状态的研究表明，Cs在硅华和硅凝胶中的含量与其中“结合水”的含量呈一定的正比关系，硅华形成后随时间的增加，硅凝胶逐渐发生缩水作用(郑绵平等，1995)，搭格架硅华样品的近红外光谱分析表明，早期硅华失去的是与表面Si键合的结构水(OH)，其过程机理为:Si-OH+HO-Si→Si-O-Si+H₂O(肖万生等，2004)。硅华形成越早，含水量越少，其中的Cs随脱水而流失，据此推测铯的赋存状态是以OCs^－形式代替含结晶水的硅华中的OH^－(郑绵平等，1995)。从硅华矿石的化学成分(表4)来看，除第1阶段外，从第2、3阶段以后，SiO₂呈明显的降低趋势，而∑(Na₂O+Al₂O₃+K₂O+CaO)呈升高趋势，Cs₂O从第2阶段开始就体现出升高趋势。是蛋白石晶格从无序(opal-A)向有序(opal-CT)转变过程中，早期的杂质元素以类质同像的方式进入SiO₂的晶格中，但随着SiO₂矿物晶格的有序度的提高，即所谓的“陈化”和结晶作用(佟伟等，1981;郑绵平等，1995)，使杂质成分包括Cs被从SiO₂的晶格中剔除所致(周永章等，2006)。至于第1阶段的特殊情况，推断是由于其形成之后，受到后期的热水活动的影响所致，使之∑(Na₂O+Al₂O₃+K₂O+CaO)与Cs₂O的含量变化偏离该规律。对谷露矿区，蛋白石矿物中的SiO₂与铯含量也体现出随着时间由早到晚的变化，SiO₂呈现出明显的降低趋势，而铯含量则呈升高趋势。

对扎布耶盐湖型铯矿中的钙华，由于形成时代较新，其结构构造与矿物组成等方面的变化并不明显，但在微量元素等方面的变化仍然有一定的规律。例如，由早到晚，钙华的∑LREE/∑HREE出现5.97→5.31→4.70的降低趋势，表明越到晚期，钙华中越是富集重稀土元素。由早到晚，La_页岩/Ce_页岩出现1.58→1.42→1.33的降低趋势。由第1阶段到第3阶段，δEu出现2.47→1.71→1.60的降低趋势，δCe的平均值出现0.63→0.74→0.70的变化趋势。钙华Cs的平均值(10^－6)出现4.54→6.68→5.34的变化，而Li的平均值(×10^－6)出现109.9→116.5→136.9的升高变化趋势。