【《吉根锰矿矿床地球化学特征分析案例》4700字】

X吉根锰矿矿床地球化学特征分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u9吉根锰矿矿床地球化学特征分析案例 153751.1采样及分析方法 18111.2常量元素地球化学特征 120975（1）锰矿石常量元素特征 230843（2）顶底板围岩常量元素特征 328734（3）元素相关性特征 368961.3微量元素地球化学特征 4103311.4稀土元素特征 7197811.5讨论 922006（1）沉积构造环境 930918（2）氧化还原条件 111.1采样及分析方法为揭示区内含锰岩系的地球化学特征，首先结合资料划定含矿标准剖面，野外按照1：2000化探剖面的比例尺，在南部矿体采集了含矿岩系及其顶底板的岩矿石样品JG11-1～JG11-15，及其附近典型剖面上的代表岩石样品，共计30个。对样品进行了主微量元素以及稀土元素的地球化学分析。在此，选取JG11-2、JG11-3、JG11-5、JG11-6、JG11-7、JG11-9、JG11-11、JG11-13等8个样品，对区内含矿岩系的地球化学特征进行说明。其中，JG11-2与JG11-3为顶板围岩，JG11-2为红褐色条带状含锰硅质岩，富含赤铁矿；JG11-3为灰棕色条带状含锰硅质岩。JG11-5、JG11-6、JG11-7为灰棕色条带状硅酸锰矿石；JG11-9为红棕色块状硅酸锰矿石；JG11-11为灰黑色致密块状硅酸锰矿石，表面富含氧化物；JG11-13为底板围岩，岩性为灰黑色致密块状硅质岩。常量元素及微量元素测试数据均由贵州同微测试科技有限公司测定，常量元素用顺序式X射线荧光光谱仪(偏硼酸锂熔融全岩分析ME-XRF12S)测试；微量元素及稀土元素含量均用ICP-MS(FinniganMAT公司ELEMENT型扇形磁场双聚焦高分辨电感耦合等离子体质谱)测定。1.2常量元素地球化学特征吉根锰矿顶底板围岩及锰矿层常量元素成分见表1.1。表1.1吉根锰矿含锰岩系常量元素测试数据表（%）编号JG11-2JG11-3JG11-5JG11-6JG11-7JG11-9JG11-11JG11-13岩性含锰硅质岩含锰硅质岩锰矿石锰矿石锰矿石锰矿石锰矿石含锰硅质岩SiO279.4169.8919.0926.2920.4423.1122.1880.84TiO20.210.230.020.160.070.040.020.15Al2O34.664.630.563.181.770.910.503.42Fe2O32.342.230.601.991.060.590.701.41MnO1.5514.7261.4254.2461.7458.4949.797.97MgO1.661.330.330.970.530.672.271.40CaO0.330.680.560.930.521.881.960.27Na2O1.992.400.040.040.040.050.040.95K2O0.560.310.020.030.020.050.030.59P2O50.080.060.100.120.140.140.120.07BaO0.910.3000000.100.27LOI1.632.7511.187.457.407.9620.342.13SUM99.3399.5393.9191.4093.7393.8798.0499.47Al2O3／(Al2O3+Fe2O3)0.670.670.480.620.630.610.410.71Al/(Al+Fe)0.600.610.410.550.560.540.350.65Mn/Fe2.637.30113.2930.2364.64110.5178.716.26SiO2/Al2O317.0411.1034.338.2711.5221.4744.7223.64Al/（Al+Fe+Mn）0.290.160.010.040.020.010.010.20Fe/Ti12.9411.1731.8214.2116.8917.0848.0411.11(Fe+Mn)/Ti46.9192.723636.36443.871108.901901.003829.4180.65（1）锰矿石常量元素特征SiO2含量为19.09%~26.29%，平均22.68%，MnO的含量为49.79%~61.74%，平均为56.95%。TiO2含量0.02%~0.16%，平均为0.06%。Al2O3含量0.50%~3.18%，平均为1.38%。Fe2O3含量0.59%~1.99%，平均为0.99%。MgO含量0.33%~2.27%，平均为0.95%。CaO含量0.52%~1.96%，平均为1.17%。Na2O含量0.04%~0.05%，平均为0.04%。K2O含量0.02%~0.05%，平均为0.03%。P2O5含量0.10%~0.14%,平均为0.12%。锰矿石中几乎不含Ba。烧失量较高，为7.40%~20.34%,平均值为10.87%。锰矿石中除Si、Mn元素含量明显较高外；其余元素的含量普遍较低，平均含量在1%以上的仅有Al2O3与CaO，前者为1.38%，后者为1.17%。矿石样品中Fe、Ti、Mg、Na、K、P的含量都不高，FeO与MgO的平均含量在1%左右，P2O5平均含量在0.1%左右，TiO2、Na2O与K2O的平均含量在0.04%~0.06%范围内。烧失量为7.40%~20.34%，平均为10.78%。（2）顶底板围岩常量元素特征含矿围岩中的元素含量变化较大，SiO2含量69.89%~80.84%，平均为76.71%。MnO含量1.55%~14.72%，平均为9.41%。TiO2含量0.15%~0.23%，平均为0.20%。Al2O3含量3.42%~4.66%，平均为4.24%。Fe2O3含量1.41%~2.34%，平均为1.99%。MgO含量1.33%~1.66%，平均为1.46%。CaO含量0.27%~0.68%，平均为0.43%。Na2O含量0.95%~2.40%，平均为1.78%。K2O含量0.31%~0.59%，平均为0.49%。P2O5含量0.06%~0.08%,平均为0.07%。BaO含量0.27%~0.91%，平均为0.49%。烧失量较低，为1.63%~2.75%,平均值为2.17%。含矿围岩主要岩性为含锰硅质岩。顶底板围岩相较于锰矿层，SiO2、MnO含量有明显差异，SiO2含量明显增加，MnO含量大幅下降。除此之外，围岩中的TiO2、Al2O3、FeO、MgO、Na2O、K2O、BaO含量进一步增加。CaO与P2O5含量有所下降。（3）元素相关性特征MnO、MgO、TiO2、FeO、SiO2、BaO、Al2O3、P2O5、K2O及Na2O在矿层及顶底板围岩中存在明显差异,锰矿层中MnO含量明显偏高，而CaO与P2O5含量相对较高；而MgO、TiO2、SiO2、BaO、Al2O3、K2O及Na2O相较于锰矿层，更加富集于顶底板的围岩中。Ca、P与Mn呈正相关关系趋势（图5-1），Ca2+与Mn2+的地球化学性质较为相似，Ca2+作为Mn2+的类质同象体进入到含锰矿物的晶格之中，形成钙菱锰矿等矿物，故在锰矿层内其含量较高；而P一般以胶磷矿的形式与Mn同时沉积,分异不甚明显（何志威等，2013）。Fe、Mg、Ti、Si、Al、K则与Mn呈明显的负相关关系趋势（图1.1）。图1.1含锰岩系常量元素相关性图1.3微量元素地球化学特征吉根锰矿含矿岩系微量元素含量及分布形式见表1.2。由表可知，顶底板围岩与锰矿层在元素含量及分布形式上有着明显的差别，但总体而言，含矿岩系主要微量元素含量如表所示：Ba：2.39×10-6～1180×10-6；Sr：2.30×10-6～277×10-6；Co：29.1×10-6～225×10-6；Ni：53.9×10-6～206×10-6；V、Cr、Cu、Zr、Nb、Mo、Pb、Th、U的含量普遍较低，全部低于100×10-6。含矿岩系微量元素与后太古宙平均澳大利亚页岩（PASS,postArcheanAustralianshale,McLennan,1989）相比，锰矿层样品显示出较为明显的Co、Ni、Sr、Pb、Mo相对富集，V、U轻微亏损，Cr、Cu、Ba、Th、Zr、Nb明显亏损；而顶底板围岩则显示出Co、Sr的相对富集，Cu、Mo、Ba、Pb、Th的轻微富集，以及V、Cr、Ni、Zr、Nb的亏损（图1.2、1.3）。而锰矿层与顶底板围岩相比，锰矿层中V、Co、Ni、Mo、U含量较高，而围岩中的Ti、Ba、Ti、Th的含量明显高于锰矿层。表1.2吉根锰矿含锰岩系微量元素测试数据表（ppm）编号JG11-2JG11-3JG11-5JG11-6JG11-7JG11-9JG11-11JG11-13岩性含锰硅质岩含锰硅质岩锰矿石锰矿石锰矿石锰矿石锰矿石含锰硅质岩V81.818.597.167.947.458.566.511.6Cr16.916.13.4411.39.9610.34.319.97Co13222552.316371.970.829.1220Ni53.960.412417418413420654.7Cu6.313.17.152.787.618.61.2712.5Sr90.92772.3011.412.513618.838.8Zr38.234.81.8333.711.49.824.4322.2Nb1.231.830.7633.070.6440.6050.5461.73Mo1.211.1711.110.311.91.3129.20.727Ba58111802.3961.831526621.9661Pb11.611.62.691.790.8988.374.314.74Th1.174.930.484.211.880.90.433.4U0.480.821.982.243.913.473.190.56V/Cr4.841.1528.234.444.761.6811.431.16U/Th0.090.1712.590.532.083.887.440.17Ni/Co0.410.272.371.072.421.897.080.25V/（V+Ni）0.600.230.440.280.200.300.240.17Zr/Hf39.0237.4647.4042.0241.4052.8047.0336.27Y/Ho31.4130.5024.8932.1530.7432.9731.4430.75Nb/Ta3.994.7830.2811.4613.6221.3829.844.27图1.2吉根锰矿床矿石微量元素标准PAAS分配模式图（McLennan,1989）图1.3吉根锰矿床围岩微量元素标准PAAS分配模式图（McLennan,1989）1.4稀土元素特征吉根锰矿含矿岩系微量元素含量见表5-3。吉根锰矿全部样品REE总量在12.34～170.34ppm，平均值为57.99ppm，总体偏低，明显低于澳大利亚后太古宙页岩（183.00ppm）的稀土元素总量，轻稀土总量为11.29～157.90ppm，平均值为52.41ppm。重稀土总量为1.25～11.70ppm，平均值为1.58ppm，稀土总含量相对较低，一般来说，热液型的锰矿都会表现出REE含量较低的特征。锰矿石及其顶、底板围岩样品的LREE/HREE均大于1，介于4.82～10.14之间，平均为8.69，表现出富集轻稀土的特征。表1.3吉根锰矿含锰岩系稀土元素测试数据表（ppm）编号JG11-2JG11-3JG11-5JG11-6JG11-7JG11-9JG11-11JG11-13岩性含锰硅质岩含锰硅质岩锰矿石锰矿石锰矿石锰矿石锰矿石含锰硅质岩La17.014.14.8110.61.151.082.6110.3Ce33.728.711.423.113.911.01.8319.2Pr3.863.000.9392.371.100.8740.5282.45Nd14.511.13.438.734.053.101.889.40Sm2.722.070.6791.630.7470.5770.3381.80Eu0.5250.4130.1390.3410.1700.1190.1070.358Gd2.411.840.7531.390.6490.560.3011.60Tb0.3750.2890.1550.2140.1070.09320.05030.245Dy2.111.661.091.200.6370.5660.3031.31Ho0.4330.3410.2720.2470.1360.1280.06660.267Er1.180.9660.9000.6820.4210.3920.2080.728Tm0.1730.1430.1520.1030.07360.06790.03360.105Yb1.040.8890.9800.6740.5440.4950.2450.643Lu0.1500.1310.1410.1010.09230.08310.03970.0923eREE80.261.621.8451.3827.7823.1412.5448.5LREE/HREE9.29.54.8210.149.448.709.058.7Ce/Ce*0.961.011.231.061.341.201.140.88Eu/Eu*0.960.990.911.061.150.981.570.99(La/Ce)Ｎ1.061.030.890.970.780.970.941.13吉根锰矿为沉积锰矿，对于沉积岩采用澳大利亚后太古宙页岩（PAAS）标准化配分形式来进行讨论（图1.4、图1.5）。吉根锰矿含矿岩系稀土配分模式为平缓到“右顷型”，轻稀土和重稀土之间表现出较明显的分馏作用，并且轻稀土相对于重稀土略有富集的趋势。图1.4吉根锰矿床矿石澳大利亚后太古宙页岩稀土标准化配分模式图（Taylor,1985）图1.5吉根锰矿床围岩澳大利亚后太古宙页岩稀土标准化配分模式图（Taylor,1985）吉根锰矿锰矿层（JG11-5、JG11-6、JG11-7、JG11-9、JG11-11）中δEu值为0.91～1.57，平均为1.14,表现为弱的正异常。而顶底板围岩（JG11-2、JG11-3、JG11-13）中δEu值为0.96～0.99，平均为0.98，显示弱的负异常。吉根锰矿锰矿层δCe值为1.06～1.34,平均为1.19,显示出弱的正异常，而顶底板围岩δCe值为0.88～1.01,平均为0.95，显示出弱的负异常。1.5讨论元素的地球化学性质决定了元素在地质作用中的行为，通过对岩石中特定元素的特征研究，可以反映与其形成相关的地质作用过程。（1）沉积构造环境研究表明大陆边缘沉积物中Al2O3／(Al2O3+Fe2O3)值介于0.4～0.9之间，而Al/(Al+Fe)则在0.6附近，吉根锰矿含锰岩系Al2O3／(Al2O3+Fe2O3)值在0.41～0.71之间，平均值为0.60；Al/(Al+Fe)介于0.35～0.65，平均0.53，接近于大陆边缘沉积物的数值。赵振华（1993）认为沉积物中的Ce异常与构造环境有关,近扩张洋中脊的近源区δCe在0.29左右,而大洋盆地为0.55左右,大陆边缘区δCe=0.9~1.3。吉根锰矿含矿岩系的δCe值为0.88～1.34,平均为1.10,总体显示出弱的正异常，符合大陆边缘沉积的特征。同时，根据构造环境的变化，(La/Ce)Ｎ也会出现规律性变化，近扩张洋中脊的近源区(La/Ce)Ｎ比值为3.5，大洋环境比值在1.0~2.5之间，大陆边缘比值在0.5~1.5之间；吉根锰矿含锰岩系的(La/Ce)Ｎ的比值在0.78~1.13之间，平均值为0.97，也反映出大陆边缘沉积的特征。特定的主量元素组合也可用于确定含锰岩系形成构造背景，对本区样品分别进行Al2O3／(Al2O3+Fe2O3)-(La/Ce)Ｎ投图以及Al2O3/SiO2×100-Fe2O3/SiO2×100（图1.6、1.7）可知，区内含锰岩系的样品几乎全部投点在在大陆边缘沉积区域内及其附近区域。图1.6吉根锰矿含锰岩系Al2O3／(Al2O3+Fe2O3)-(La/Ce)Ｎ投图（据Murray，1994）图1.7吉根锰矿含锰岩系Al2O3/SiO2×100-Fe2O3/SiO2×100投图（据Murray，1994）Murray(1994)对40多个形成于不同时代的深海硅质岩样品进行研究，总结出Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)比值可以作为判别硅质岩形成环境的重要指标：洋中脊硅质岩该比值<0.4；大洋盆地的为0.4～0.7；大陆边缘的为0.5～0.9。吉根地区硅质岩Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)比值在0.42～0.82之间，平均为0.68；含锰硅质岩Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)比值在0.67～0.71之间，平均为0.68。据此推断其形成环境属于大陆边缘的可能性最大。在沉积地层中，MgO具有亲海性，而Al2O3具有亲陆的特征。根据镁铝比值(m)(m=100×MgO/Al2O3)，可以初步判别当时的沉积环境。其判断标准是：m值小于1的为低盐度的淡水环境；m值介于1~10之间的属于中等盐度海陆过渡环境；m值在10~500之间的，则为高盐度的海相沉积环境；m值大于1500的属于陆表海沉积环境（王丹，2015）。吉根锰矿含矿岩系中的m值数值变化范围大，27.83~456.85，平均值为94.31，表明吉根锰矿对应于海相沉积环境。（2）氧化还原条件锰元素的沉积受到氧化还原条件的严格控制，Bemer（1981）及Roy（2006）等人认为，锰元素的高价离子Mn4+只有在充足的氧气环境下才能生成，并且高价的锰氧化物也只有富氧的条件下才能较稳定的存在。而在贫氧或还原环境中，Mn4+容易被还原成Mn2+，如果此时水体中的碱性增加，则会出现锰碳酸盐矿物的沉淀。除Mn外，沉积物中Mo、V、Ni、Cr、Co、U等均具有可变价态，是氧化还原敏感元素，这些元素的比值可作为判断沉积物形成环境的标志之一。研究表明V/Cr可有效鉴别泥岩、黑色页岩、碳酸盐岩和硅质岩的氧化还原环境。V/Cr＜2指示富氧环境，2＜V/Cr＜4.5指示为次富氧环境，V/Cr>4.5指示厌氧和缺氧环境，锰矿石的V/Cr值在4.44～28.23之间（表5-2），平均值为11.71，表明含锰矿石形成于缺氧环境中；顶底板围岩的V/Cr值在1.15～4.84之间