地质流体与成矿作用--流体地球化学(南京大学)-华仁民

地质流体与成矿作用--流体地球化学(南京大学)-华仁民

地质流体与成矿作用

南京大学 地球科学系 华仁民 2008年9月

地质流体与成矿作用--流体地球化学(南京大学)-华仁民

硕士研究生课程：地质流体与成矿作用

一、地质流体与水岩反应概述 二、成矿流体的来源与性质 三、成矿流体的运移及其对金属的搬运 四、成矿流体与岩石的反应 五、金属从成矿流体中沉淀的主要机制 六、热液成矿系统与地热系统

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一、地质流体与水岩反应概述 (一)地质流体概述 1、地球系统科学与地质流体 2、流体、地质流体的定义和内容 (二)水-岩反应与流体-矿物界面反应 概述 1、水-岩反应的基本概念 2、水-岩反应的实例简介 3、流体-矿物界面反应基本内容和进展

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(一)地质流体概述1、地球系统科学与地质流体联合国21世纪议程认为：地球系统科学 是可持续发展战略的科学基础。 地球系统科学强调地球是一个整体，将 各圈层看作相互有机联系的地球系统。 地球系统科学把太阳和地心作 为两个主要的自然驱动器，把 人类活动作为第三个促动因素， 认为所有发生在地球系统中的 重大全球变化都是在上述三个 力的作用下，通过物理、化学、 生物过程相互作用的结果。

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而以往的地球科学一般分为固体地球科学与流体地球科学， 二者往往截然分开，传统的固体地球科学主要研究固态物 质如矿物岩石，而未重视对流体的研究。

大气圈

地 球 系 统

生物圈 水 圈 固体 地圈

{ } { } {流体地球科学地壳 地幔

大气科学海洋科学 水文学 地理学 地质学 地球物理学 地球化学

地核

固体地 球科学

地 球 科 学

随着地球科学的发展，人们逐渐认识到流体在地球 科学研究中的意义。

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(三)流体-矿物界面反应

流体是联系地球系统各圈层、 各部分之间物质与能量传输、 转移、交换、循环的主要载 体(介质)

流体活动贯穿于一切地质作用 之中。甚至可以说流体控制了 各种地质作用的发生和进行

因此，流体是地球系统科 学的重要研究内容之一。

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(一)地质流体概述

2、流体、地质流体的定义和内容 ——几种不同的表述： (1)流体的简单定义：能够流动的物体。主 要是液态、气态物体。固体在受热、受力、 变形后也可流动，如熔体、泥石流等。 (2)流体是以水为主、含有各种溶解物的液 体或气体；溶解物包括可溶性气体(CO2、 CH4、H2S、HF等)、简单离子(H+、Na+、 K+、Ca+、Mg+、Cl-等)以及络离子等。

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(3)P.J.Wyllie (1991):流体应包括熔体、液体 (H2O为主)、气体(CO、CO2、CH4)、 超临界液体及未确定的流体相。 (4)Geofluid’93:地质流体由 oil, gas, ore solution和 ground water四种流体组成。 (5)陶于祥等(1994):地质流体是存在于矿 物岩石的微观晶格、裂

隙和宏观构造(节理、 断裂、褶皱)中的流体。一般来说，地质流体不包括江河湖海等地表水系统，但 由于水的循环，所以必然要涉及。 地质流体主要研究固体地球范围内的流体活动。

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(一)地质流体概述

地球中流体的量的估算： 海水质量=1.4 1024g (相当于1.35 1018m3) 地壳含水量=6.9 1023g~ 1.4 1024g (约占地 壳总质量的3~6%) 地幔=1.2 1024g (约占地幔总质量的0.03%) 地幔流体是与地幔环境平衡的气体和挥发 份(mantle degassing) —— 后两者可以看作地质流体。可见地质流 体的量是很大的，因此可以在地质过程中 发挥很大的作用。

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地质流体是地球科学的前沿研究领域之一 目前公认，前国际地科联(IGU)主席、加拿大W. S. Fyfe于1978年出版的 “Fluid in the Earth’s Crust” 是 一个里程碑。 20世纪80年代以来，对地壳中及地球内部流体的大量 存在及其意义的研究是国际地球科学重大进展之一。

成矿作用与流体的关系极其密切 有些流体本身就是矿产资源(固体矿产和化石能源)。 属于(矿产)资源的流体有：石油、天然气、卤水、 非烃类气体(CO2、N2等),地下水资源，地热资源 等。 流体贯穿成矿作用的全过程。成矿过程是分散的有用 元素迁移-富集的过程，必须有流体参与。成矿4要素： 物质、能量、流体、构造，其中流体是关键。 参与成矿过程的流体称为成矿流体。

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(二)水-岩反应与流体-矿物界面 反应概述1、水-岩反应的基本概念 流体(水)在地壳中不是孤立的、而是与矿物岩石一起存在的， 它们之间由于状态、成分、性质等方面的差异而发生作用或反应， 即水-岩相互作用，或水-岩反应 (Water-Rock Interaction)。 水-岩反应在地球表面及内部所发生的各种地质过程中都起着重要 作用，无处不在。某些地质过程的本质就是水-岩反应。 水-岩反应 (WRI) 具有广泛的含义。最广义理解：水圈和固体地圈 的反应。 水-岩反应涉及风化、剥蚀、沉积、成岩、变质、火山-岩浆活动、 热液交代蚀变、成矿作用等各种地质作用。

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2、水-岩反应的实例简介地下水水质变化受WRI控制的若干例子： A. 澳大利亚 Otway盆地早第三系含水层地下水富Na+ ,Blake 研究认为是由于白云石的溶解释放出Ca2+Mg2+, 而Ca2+Mg2+又置换了钠贝得石(beidellite)并释放出 其中的 Na+进入地下水： CaMg(CO3)2 + 2H+ Ca2+ + Mg2+ + 2HCO3 Ca2+Mg2+ + Na-beidellite 4Na+ + CaMg粘土矿物 基置换软化理论 (base exchange softening) ——由于 Ca2+Mg2+置换某些矿物中的Na+,从而使Ca2+Mg2+进入 固相、Na+进入水中，导致水质变软。 该含水层由于基置换而使地下水成为Na-HCO3型软水。

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(二)水-岩反应概述

B. 某些地下水富氟可能与基置换软化有关Boyle的研究表明：加拿大新不伦瑞克Maritime盆 地白云石溶解产生的Ca2+Mg2+,因为大量置换Na+ 而进入蒙脱石中，不能参与对地下水中F-的固定作 用，从而使地下水成为 Na+- F-- HCO3 -型高氟软水， F含量高达 25ppm,大大超过了WHO制定的饮用水 含氟标准(1.0~1.5mg/L),对人的骨骼、牙齿健康 有较大影响。 Ca是F的固定剂，高F常因低Ca引起。 (贵州是全国地方病危害最严重的地区之一，是中 国乃至世界最集中的氟中毒病区。)

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(二)水-岩反应概述

C. 荷兰中部及东南部砂质土壤原含优质地下水，为饮用水源。上世纪60年代以来，该地区畜牧业迅 速发展，牲畜数量急剧增加，而地下水质逐渐下降。 Van Beek研究水质变化的原因，结果：牲畜的粪便 数量远远超出饲料(玉米)生长所需，所以不断渗 入地下。大量的硝酸根与土壤基质发生WRI,反应 之一是硫化物的氧化作用和硝酸盐的脱氮作用： 2FeS2+6NO3+4H2O 3N2+2Fe(OH)3 …… 此处隐藏：3447字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……