《銅鐵硫化物“水礦”界面反應機制研究》是依託南京大學，由蔡元峰擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：銅鐵硫化物“水礦”界面反應機制研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：蔡元峰
- 依託單位：南京大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
層狀銅礦為重要性僅次於斑岩銅礦的第二重要銅礦類型，而層狀銅礦的成因極為複雜，目前趨向於認為該類型銅礦形成於噴流沉積與岩漿熱液改造的耦合機制，同時也存在頗多爭議。從既有文獻來看，層狀銅礦的形成反應當屬於典型的水-礦反應。本申請擬從層狀銅礦的礦物組成、礦石結構、礦物分帶性等地質事實的記錄中提煉礦物相組合規律和礦物相轉變規律，同時汲取流體包裹體所蘊含的殘餘流體信息，設計並執行以鐵硫化物和銅鐵硫化物為初始反應物，以一定鹽度、酸度的含銅和不含銅的溶液為初始熱液，在常壓變溫和高溫高壓下水礦反應的一系列實驗。嘗試模擬硫化物礦床中的銅在較低溫度下的遷移機制，和在高溫高壓條件下銅硫化物或銅鐵硫化物在流體中的相轉變行為和機制，通過反應後硫化物表面生成物的成分、結構變化的分析，反演水-硫化物反應的過程和機制，以期查明層狀銅礦的銅的來源、銅礦的成因，為層狀礦床之下是否有隱伏斑岩銅礦提供理論支持。
結題摘要
本項目在基於地質樣品研究的基礎上，針對可能的礦物種類和組合，設計了一系列的“流體-硫化物礦物”反應實驗研究，取得了一些成果。1、針對福建紫金山高硫化型淺成低溫熱液銅礦床中普遍發育的硫砷銅礦進行了仔細的礦相觀察及電子探針化學成分分析，對其成因進行了初步研究。礦物生長遵循黃鐵礦—硫砷銅礦—斜方藍輝銅礦、藍輝銅礦—銅藍的交代生長順序。結合室內水熱反應模擬實驗結果，推測礦床經歷了兩期、四階段熱液事件。其中硫砷銅礦中的砷元素來自於岩漿熱液，其顯示出交代先成黃鐵礦的特徵，也有少量結晶於礦石的較大裂縫處形成自形柱狀晶體。表生帶中的硫化物礦物曝露在地表或潛水中遭受風化剝蝕，逐漸形成高硫型淺成熱液，並沿構造裂隙持續下滲至岩體附近受熱折返，在下滲和折返的過程中交代先成的黃鐵礦和硫砷銅礦，生成斜方藍輝銅礦和藍輝銅礦等銅硫化物，該交代反應符合“耦合的溶解再沉澱”的成因機制，熱液下滲和受熱折返是一個循環往復的過程。2、針對諸如沉積型層狀銅礦、淺成低溫熱液型礦床、與火山岩有關的塊狀硫化物礦床等中常出現黃鐵礦、銅（鐵）硫化物、鐵氧化物等礦物的共生現象,本文以礦物—流體相互作用伴隨物質溶解—再沉澱為理論基礎，在水熱條件下，以黃鐵礦為初始礦物，Ｃｕ（Ⅰ）—Ｃｌ為溶液中Ｃｕ的形態，通過設定不同的ｐＨ、反應溫度、Ｃｕ（Ⅰ）—Ｃｌ濃度研究了這些礦物組合的形成規律。實驗結果表明：① 黃銅礦、斑銅礦等銅鐵硫化物主要出現在弱酸性環境中，藍輝銅礦等銅硫化物可出現在弱鹼性環境中；② 溫度較低時（約１００℃）黃鐵礦主要轉變為赤鐵礦等鐵氧化物。不同實驗條件下形成的礦物組合與已知礦床中發現的礦物組合具有高度的相似性，因此可以用特定礦物組合的實驗條件模擬和反演礦床形成的物理化學環境。3、毒砂被廣泛的認為是金的載體之一，毒砂在酸性水熱流體中的轉變及元素遷移情況將是金礦床成因機制研究不可忽視的重要科學問題之一。本研究揭示了砷和硫在水熱反應過程的嬗變行為和機制。其固體產物中結晶相部分主要為鐵的硫酸鹽礦物，如高鐵葉綠礬、斜紅鐵礦和水鐵礬，少量的鐵的砷酸鹽礦物，如副砷鐵礦；而其中非晶質部分則由鐵的硫酸鹽構成。研究證實了水鐵礬才是“水礦反應”的第一級的產物，而高鐵葉綠礬、斜紅鐵礦和副砷鐵礦則是水鐵礬在後期的轉化。本研究更認知了砷是比硫更容易在酸性溶液中遷移的元素,因而可預知其在金活化和遷移中的重要作用。
