Figura 7.7 Concentración de gases disueltos en el agua de mar del Mar Negro
(Según Qi Changmou 1994)
Una gran cantidad de evidencia muestra que en la mayoría de los sistemas de mineralización hidrotermal , Los minerales metálicos se precipitan y enriquecen a partir de la solución, y casi todos los modelos de origen de depósitos hidrotermales creen que los fluidos líquidos son el factor principal en la migración de metales. Sin embargo, la creciente evidencia procedente de gases volcánicos, sistemas geotérmicos terrestres y submarinos, inclusiones de fluidos ricos en gas y estudios experimentales sugiere que la migración de gas puede desempeñar un papel importante o incluso decisivo en algunos sistemas de depósitos hidrotermales, donde su papel en la formación de depósitos minerales. También ha recibido una atención cada vez mayor por parte de los académicos (Ulrich et al., 1999; Williams-Jones et al., 2002; Williams-Jones y Heinrich, 2005).
Ya en 1644, René Descartes propuso el gas Migración de fase de metales. Sin embargo, dado que la solubilidad de la mayoría de los elementos metálicos en fase líquida es mucho mayor que la solubilidad en fase gaseosa, se sabe poco sobre el comportamiento de los elementos metálicos en fase gaseosa en el estudio de los depósitos hidrotermales, como se ha creído durante mucho tiempo. que los minerales formadores de minerales forman complejos. Las formas físicas migran en solución, y los estudios experimentales de mineralización de metales se han centrado principalmente en sistemas hidrotermales. Con el desarrollo de nuevas tecnologías de prueba (XRF, PIXE, La-ICP-MS), es posible medir el contenido de elementos metálicos en inclusiones fluidas y la acumulación de datos sobre la capacidad de migración de gases a metales (derivados principalmente de la El estudio de los volcanes activos, especialmente el análisis del condensado de los cráteres volcánicos) ha dado a la gente una nueva comprensión de la migración de gases de los metales, y se cree que la migración de gases también es un posible mecanismo de mineralización. Estudios recientes sobre la solubilidad de los metales en la fase de vapor de agua nos han aportado más pruebas desde una perspectiva experimental. La participación del vapor de agua aumenta la solubilidad de los metales en la fase gaseosa. Por tanto, la disolución y migración de ciertos metales en fase gaseosa son importantes mecanismos de mineralización en entornos específicos, lo que nos proporciona nuevas ideas para estudiar el origen de los depósitos minerales.
Bao Zhiwei (2007) resumió las reglas de la migración de vapores metálicos y basándose en el contenido de elementos metálicos en las erupciones volcánicas, las últimas evidencias de inclusiones fluidas e inclusiones fundidas en depósitos hidrotermales y la presencia de elementos metálicos. en vapor Avances en investigaciones experimentales sobre solubilidad, y algunos análisis y comentarios sobre la posible contribución de la migración de vapor metálico en el proceso de mineralización de depósitos hidrotermales.
7.3.2.1 Evidencia geológica de la capacidad de migración de metales de los gases
En los últimos años, la aplicación de nuevos métodos y métodos analíticos así como la acumulación de datos experimentales han hecho que la gente se dé cuenta El hecho de que la migración en fase gaseosa desempeñe un papel importante en el calor volcánico puede desempeñar un papel importante en los sistemas de mineralización líquida. La evidencia geológica proviene principalmente de dos aspectos: el estudio de volcanes activos y el análisis de la composición de las inclusiones.
(1) Investigación sobre volcanes activos
El principal componente del gas volcánico es el H2O (porcentaje molar superior al 90), el agua es el principal disolvente metálico, y el gas con mayor El porcentaje molar es CO2 y a veces llega a 10, el contenido de SO2 y HCl es aproximadamente 6, mientras que el contenido de otros gases H2, HF y H2S es inferior a 1. Aunque el agua es un componente importante de los gases volcánicos, no es necesariamente el factor principal que controla la disolución del metal. La complejación de metales con CO2, SO2, HCl y H2S puede ser un mecanismo eficaz para mejorar la disolución de metales.
Los elementos metálicos con alto contenido en los gases volcánicos (análisis de condensado de respiraderos volcánicos) incluyen principalmente Cu, Sn, Pb, Zn, as, Ag, Au, Mo, W, Hg, etc. Las concentraciones de metales en los gases volcánicos varían ampliamente y están relacionadas no solo con la abundancia de elementos en la naturaleza y la composición del magma que creó el volcán, sino también con la capacidad de los metales para formar compuestos gaseosos estables en la fase gaseosa.
Cuando la temperatura del gas volcánico es superior a 450°C, incluye principalmente Fe3O4, MoS2, ReSn, CdS, (Fe, Mn)WO4, etc.
La precipitación de NaCl, KCl, NH4Cl, Na2SO4, K3Na(SO4)2 y SiO2 (en el tiempo) ocurre entre 800~900~200℃. Cuando la temperatura es inferior a 450 °C, se encuentran principalmente PbS, As, Te y Se. La temperatura de precipitación del S es menor, y cuando la temperatura es inferior a 200 °C, existe en forma líquida. Cuando esté por debajo de 120°C, precipitará como un sólido cristalino. Korzhinsky et al. (1994) descubrieron por primera vez el mineral de renio ReSn utilizando el método del tubo de cuarzo, que nació junto con molibdenita mos 2 * * * *, observaron una cristalización de oro natural en la pared interior del tubo de cuarzo; un rango de temperatura de 550 ~ 600 ℃.
De la composición mineral de los gases volcánicos sublimados se pueden extraer algunas conclusiones importantes: ① La molibdenita, la calcopirita, la esfalerita, el sulfuro de cadmio y la pirita se depositaron a altas temperaturas, lo que indica que solo los condensados provienen de volcanes de alta temperatura. recogido en el gas puede reflejar de forma fiable el contenido de los elementos metálicos correspondientes en el gas volcánico ② El alto contenido de sal gema y sal de potasio indica que los complejos de cloro pueden desempeñar un papel importante en la migración de metales en el gas volcánico; La sal de Glauber anhidra y el cloruro de amonio también indican que el sulfato y el amoníaco también pueden ser ligandos importantes de los complejos metálicos; ④ la composición mineral cambia con el tipo de magma y el entorno tectónico, lo que demuestra que la composición química del gas volcánico también cambia en consecuencia; El cloruro de amonio es mucho más abundante que las especies minerales asociadas con la halita y las sales de potasio, lo que sugiere que el amoníaco puede formar complejos con más metales que el cloro (Williams-Jones et al., 2002).
En resumen, la posición dominante de NaCl y KCl se puede ver en los minerales sublimados, lo que indica que los complejos de cloro pueden ser una forma importante de metales en los gases volcánicos, basándose en la presencia generalizada de Na2SO4 y NH4Cl; Se puede inferir que los sulfatos y el amonio también pueden ser importantes agentes complejantes de metales. Una gran cantidad de sustancias formadoras de metales liberadas en forma de fase gaseosa se liberan mediante la desgasificación del magma durante las erupciones volcánicas, lo que indica que la desgasificación profunda del magma puede proporcionar una gran cantidad de componentes volátiles y sustancias formadoras de metales.
(2) Investigación sobre inclusiones
Los datos de inclusión de fluidos nos proporcionan nueva información. Utilizando PIXE para analizar inclusiones fluidas ricas en gas, se descubrió que el hierro, el cobre, el plomo y el zinc han alcanzado concentraciones minerales (cientos de gramos/tonelada), mientras que la concentración de cobre excede su concentración en las inclusiones fluidas. La concentración de cobre en los gases de magma es cientos de veces mayor que en las rocas fundidas de flujo alcalino. Recientemente, la concentración de cobre en inclusiones de fluidos ricas en gas alcanzó 3,3 según el análisis LA-ICP-MS. Heinrich et al. encontraron, analizando inclusiones fluidas, que Na, K, Fe, Mn, Zn, Rb, Cs, Ag, Sn, Pb y Ti se distribuyen fácilmente en salmuera (posiblemente en forma de complejos de cloro), mientras que Cu, As, Au, B (posiblemente en forma de complejos de sulfuro de hidrógeno) entran selectivamente en la fase gaseosa. Observaron que la separación de fases de los fluidos puede ser importante para la distribución de elementos entre las fases gaseosa y líquida. De manera similar, Andreas Audetat y otros creen que la separación de la fase líquida hidrotermal en salmuera rica en sal y gas de baja densidad es una de las razones del fraccionamiento de metales, en el que Cu, B, Li, As (S, Ag, La) preferentemente entran en fase gaseosa. Zhang et al. utilizaron un método de reducción de presión para lograr la separación de fases de fluidos supercríticos. El estudio confirmó que el oro puede aparecer en la fase gaseosa rica en CO2, lo que indica que la fase gaseosa puede transportar y migrar metales.
Por lo tanto, tenemos razones para creer que, bajo ciertas condiciones, el gas juega un papel importante en la migración y mineralización de elementos metálicos de fácil acceso, y el mecanismo de separación de fases puede explicar razonablemente el movimiento de elementos en el magma. Sistemas hidrotermales. Enriquecimiento selectivo y diferenciación de elementos.
El método La-ICP-MS analizó la composición de elementos principales y oligoelementos en inclusiones fluidas individuales en una serie de depósitos hidrotermales magmáticos, lo que indica que diferentes elementos están involucrados en el proceso de separación de fases (ebullición) de Los fluidos hidrotermales de alta temperatura tienen un comportamiento geoquímico completamente diferente. Aunque existen algunas diferencias en el contenido absoluto, todas las muestras muestran una tendencia clara y consistente en la distribución elemental. En la fase líquida entran preferentemente sodio, potasio, hierro, manganeso, zinc, rubidio, cesio, plomo, plata, boro, bario, estroncio, estaño, tungsteno, uranio y cerio, mientras que cobre, arsénico, oro, azufre, antimonio, boro y Litio Entrada selectiva a la fase gaseosa. El cloro y el azufre son los dos iones coordinadores más importantes en los procesos geológicos y tienden a separarse entre sí.
El primero es fuertemente selectivo en la fase líquida y el segundo selectivamente en la fase gaseosa (Drummond y Ohmo-to, 1985). Aquellos elementos que entran preferentemente en la fase líquida tienen alta afinidad con el Cl- y existen principalmente en la salmuera en fase líquida en forma de complejos de cloro Cu, Au, As y Sb forman fácilmente complejos estables con HS- y entran en la fase gaseosa. El proceso de separación de fases de fluidos puede ser un proceso de separación química importante que ha sido subestimado en el pasado, con su selectividad por elementos en sistemas magma-hidrotermales desde lecho rocoso hasta depósitos de pórfido y greisen, depósitos epitermales y respiraderos volcánicos. papel de control (Heinrich et al., 1999).
Durante la ebullición del fluido y la separación de fases inmiscibles, el cobre y el oro, especialmente el oro, pueden migrar a través de la fase de vapor a varios kilómetros de distancia del cuerpo de pórfido. En muchos casos, puede deberse a la fuerte actividad de esta fase gaseosa que algunos núcleos de pórfido formen mineralización de cobre-oro de baja ley, o incluso sistemas de mineralización de pórfido de cobre económicamente insignificantes o abortados.
(3) Inclusiones fundidas y magma en ebullición.
Las inclusiones fundidas son uno de los medios importantes para estudiar la desgasificación o ebullición del magma. Debido a la descompresión o cristalización, los componentes volátiles se sobresaturan y pequeñas burbujas volátiles se acumulan y aumentan de tamaño. El número y tamaño de las burbujas en la masa fundida están relacionados con el contenido volátil en la masa fundida, el grado de cristalización del magma, la presión o profundidad de emplazamiento del magma, la descompresión causada por la erupción o la zona débil de las estructuras activas. (como fallas) conectadas a la cámara de magma (Cashman y Mangan, 1994). Las burbujas volátiles formadas por ebullición se adhieren fácilmente a la superficie del cristal (Hurwitz y Navon, 1994), son capturadas durante el proceso de crecimiento del cristal y se convierten en inclusiones fundidas. Debido a las diferencias en el número y la intensidad de la ebullición, el grado de pérdida por volatilización en las inclusiones fundidas capturadas en diferentes etapas variará. Por lo tanto, las inclusiones fundidas en cristales porfídicos registran la disolución de los volátiles fundidos magmáticos. El análisis microscópico de componentes volátiles en minerales y vidrios es la base para discutir los efectos de los componentes volátiles en los procesos geológicos de alta temperatura y las alteraciones de baja temperatura. La espectrometría de masas con sonda de iones secundarios y la espectroscopia infrarroja por transformada de micro-Fourier son medios eficaces para analizar sustancias volátiles C-O-H (King et al., 2002). El análisis de muestras de arrastre del fondo de la cuenca del arco posterior de Manus oriental en el Pacífico occidental (los tipos de rocas varían desde basalto, andesita basáltica, andesita, riolita, dacita y riolita, posiblemente causadas por un solo magmatismo poco profundo) muestra que no hay El contenido de agua de las inclusiones de burbujas fundidas es el más alto (2,1 ~ 2,5) y el contenido de agua en el vaso es inversamente proporcional al tamaño de las burbujas en las inclusiones derretidas. La correlación positiva entre S, Cl (y posiblemente F) y el contenido de agua indica que estos volátiles se disuelven fuera de la masa fundida y entran juntos en la fase gaseosa. La correlación negativa entre el contenido de agua y álcali en los vidrios de inclusión fundida indica la presencia de fluidos durante la cristalización del magma.
Se estima que hasta un 65% de la materia volátil puede perderse durante la cristalización del magma (Yang y Scott, 2005). Lowenstein et al. (1991) utilizaron el método de sonda de rayos X para estudiar inclusiones fundidas en pórfidos de cuarzo de flujo alcalino en el Estrecho de Sicilia. Esto puede estar relacionado con el escape de cobre con volátiles en el sistema abierto. El contenido de cobre en las inclusiones de vidrio de matriz y con fugas de rocas de flujo alcalino es bajo, (31)×10-6; el contenido de cobre en inclusiones que no han experimentado efectos de gas en el pasado suele ser mayor (20 10)×10-6; Las burbujas en las inclusiones fundidas ricas en cobre suelen ser más grandes que las burbujas en las inclusiones fundidas pobres en cobre (causa de la contracción). El cobre existe principalmente en fase gaseosa, y su coeficiente de partición aparente vapor/fusión calculado a partir del análisis con sonda de rayos X de burbujas individuales en inclusiones fundidas puede llegar a 1000.
Se puede observar que la desgasificación o ebullición del magma es de gran importancia para la lixiviación y el enriquecimiento de elementos mineralizantes en el magma. Dietrich et al. (1999) estudiaron las inclusiones fundidas dependientes del tiempo del sistema de pórfido que contiene estaño en el cinturón mineral de los Andes y creyeron que el cuerpo de pórfido está compuesto de silicatos fundidos altamente evolucionados que contienen pórfido dependiente del tiempo y andesita o basalto de la corteza superior. . Hecho de una mezcla de magma.
El proceso de mezcla del magma puede provocar fácilmente la disolución de los componentes de la fase gaseosa. Bajo una determinada composición del magma y fugacidad del oxígeno, se producirá una lixiviación a gran escala de elementos mineralizantes, que afectará a los pórfidos de cobre, molibdeno y. La formación de depósitos minerales puede ser de gran importancia (Anderson, 1976; Sparks et al., 1977; Huppert et al., 1982; Candela, 1989) señalaron que la composición del isótopo nd puede ser de gran importancia. indican claramente la formación de la región de la Gran Cuenca. La proporción de material del manto en los cuerpos de roca mineral es significativamente mayor que en los cuerpos de roca magra. Además, al ser la concentración más importante de depósitos de pórfido de cobre-molibdeno, la proporción de mezcla del magma inicial del manto en la intrusión de sellado en el área de Bingham es menor que la de la intrusión productora (Keith et al., 1997). Las investigaciones sobre depósitos de pórfidos de cobre y oro en China también muestran que los depósitos de cierta escala en los principales cinturones metalogénicos están relacionados con la actividad magmática con una gran cantidad de componentes del manto (como el magma adaquítico) (Li Guangming y Rui Zongyao, 2004). La lixiviación de componentes gaseosos ayuda a transformar magma pobre en molibdeno (3×10-6) en magma rico en molibdeno (>1000×10-6), y forma fluidos ricos en formación de minerales durante el proceso final de separación y cristalización (Keith et al. ., 1998) .
Con la acumulación de evidencia geológica, los investigadores tienen una nueva comprensión de la capacidad del gas para transportar metales bajo ciertas condiciones y su papel en la mineralización, investigación experimental y nuevas tecnologías para la migración de metales en fase gaseosa. La aplicación también proporciona nosotros con nueva información. La capacidad de los elementos metálicos para migrar en la fase gaseosa no sólo está relacionada con su volatilidad, sino que, lo que es más importante, reaccionan con los disolventes gaseosos para mejorar su solubilidad en la fase gaseosa. Los elementos metálicos con una fuerte volatilidad pueden migrar en la fase gaseosa. Los elementos metálicos con una volatilidad relativamente débil también pueden aumentar su solubilidad en la fase gaseosa si forman hidratos con disolventes gaseosos y se disuelven y migran en forma de hidratos metálicos en fase gaseosa. Esta comprensión juega un papel importante en la comprensión de la activación y migración de elementos metálicos en la fase gaseosa y su importancia para la mineralización.
7.3.2.2 Migración en fase vapor de elementos metálicos.
Aunque los conceptos de migración de vapor metálico y enriquecimiento de minerales han aparecido durante más de 360 años, no han recibido la debida atención en la ciencia moderna de los depósitos minerales y en la geoquímica de los depósitos minerales. En los últimos años, el análisis de la composición de elementos traza de las erupciones volcánicas, las inclusiones de fluidos ricos en gas y las inclusiones fundidas, así como algunas pruebas geoquímicas experimentales, han demostrado que el papel de la migración gaseosa de elementos metálicos en la formación de depósitos hidrotermales puede ser mucho más importante de lo que la gente imaginaba. Por supuesto, es demasiado pronto para responder a la pregunta sobre la importancia de la migración de vapor de elementos metálicos en la formación de depósitos hidrotermales. Todavía hay mucha investigación y acumulación de datos sobre inclusiones de fluidos, inclusiones fundidas, oligoelementos y elementos del grupo del platino durante el proceso de lixiviación en fase gaseosa subsólida del magma. Dado que el magmatismo tiene una influencia importante en la ebullición del magma, estudiar la formación de magma y el proceso de evolución de cuerpos rocosos que contienen minerales (como la mezcla de magma) es importante para comprender la distribución de los elementos formadores de minerales entre la fase gaseosa y la masa fundida durante la fase de fusión. Proceso de desgasificación del magma y desarrollo de depósitos hidrotermales. El mecanismo de mineralización es sin duda de gran importancia.