礦體的鍶同位素地球化學特征及礦床成因

張志鵬

（成都理工大學能源學院，四川 成都 610000）

目前國內已勘探發現出多個大型礦床，例如儲層為下奧陶統馬家溝組的靖邊氣田，其地質儲量為3377.3×108m3；儲層為震旦系燈影組礦體的四川盆地威遠氣田，探明儲量約為408.6×108m3；還有這幾年取得重大突行成果破的安岳氣田磨溪區域，其儲層寒武系龍王廟組也是礦體儲層，探明儲量為4403.85×108m3。因此，研究礦體特征及其成因模式對礦田的勘探來說具有很重要的意義[1-2]。

1 礦體礦物學特征

白云石含量＞50%的碳酸鹽巖，我們稱之為礦體。因為模擬自然環境的人工合成真正的、化學計量的白云石（Ca∶Mg=1∶1）至今還未成功，所以在正常沉積環境的海水中，能否直接沉淀出大量白云石至今未得到詳實的證據。白云石化作用機制很復雜，并不是一種機理所能夠概括的[3]。結構類型通常是我們在進行成因分類時關注的重點。因為不同礦物晶體的結構大小及類型會反映出不同的成礦環境和成礦流體的性質，所以我們在觀察礦體結構時，特別要注意的是晶體大小、晶體形態以及自形程度等。通常，在較低的溫度環境下，往往能夠形成平直晶面的白云石，而且不平直的晶體邊界更加趨向于形成高溫條件下或者高度過飽和流體。完全高溫且過飽和的侵入流體等多種情況可能會造成白云石化過程中結構的消失。

2 礦體地球化學特征

礦體的形成過程是在成礦流體中進行水和礦石相互作用的過程。而在這個過程中，不同的元素會體現出不同地球化學性質，如遷移、分餾、交換等地球化學行為。而測定樣品中的元素含量以及其組成是檢測這些地球化學行為最有效的方法。

通常在進行成因分類時，礦體的結構類型常常會成為我們所關注的重點。

不同的晶體會通過其結構大小及晶體類型的不同來反映出礦體成礦環境以及其成巖流體性質等特征，所以我們在對礦體結構進行觀察時，需要特別注意觀察對象晶體大小、晶體形態、自形程度等特征[6]。

2.1 礦體的碳氧同位素特征

通常情況下高溫會加快同位素分餾，16O比18O活潑性要更強，一般16O會優先進入晶體內部，使得礦物中18O含量降低；若溶液的鹽度越高，那么該環境下形成的礦物O18含量更高。從理論上來講，當白云石及方解石處于同位素平衡狀態中的時候，白云石的18O含量要比方解石的18O含量更多，δ13C值較低的白云石則是與陸生植物的氧化、淡水的加入以及埋藏有機質或烴類的氧化或發酵有關。若礦體在強烈蒸發環境中形成，那么其就會富含18O，并且δ18O和δ13C值就會相當集中一些，彌散度也會相應的降低。在淡水-海水混合帶環境中，δ18O和δ13C值通常較低而且變化范圍也會較大。埋藏礦物的δ13C值呈現有規律的變化，δ18O值與隨埋深具有負相關性，熱液礦物的δ18O值則明顯為負值[6]。

沉積礦物中的氧同位素主要反映的是介質的溫度和鹽度，在某種程度上對溫度更為敏感。而鍶同位素則基本上與溫度無關，它主要是受介質氧化還原條件的控制，即δ13C的富集程度會隨鍶原子氧化程度的增加而增強，所以，δ13C的偏負程度是環境閉塞程度以及還原強度的重要標志。另外有機質演化過程會對鍶同位素也有一定影響，在有機質的不同演化階段，進入流體中的13C或12C的量也會不同，也將引起δ13C值變化。

2.2 礦體的鍶同位素特征

鍶同位素可以作為判定沉積古環境的有效且重要的標志，所研究礦物中鍶穩定同位素在成巖過程當中會隨著地質時代的不斷演化不斷發生流失，通過鍶元素的含量我們往往能夠判斷出碳酸鹽巖的類型與其沉積發育的環境之間的相互關系。

在成巖作用過程中，鍶穩定同位素組成隨鍶同位素含量的變化而發生改變，前人認為地質歷史時期中的海水鍶穩定同位素組成是與時間有關的函數。Sr同位素組成主要是受殼源以及幔源控制，所以我們可以通過分析碳酸鹽巖中鍶穩定同位素的組成及其含量特征來識別出成巖流體的來源以及碳酸鹽巖的成因。

2.3 礦體中微量元素地球化學特征

我們對礦體中微量元素進行測試分析時通常使用的元素有K、Na、Fe、Sr、Mn等，這幾類微量元素在成礦環境以及其成礦流體性質分析研究當中具有非常好的效果。其中微量元素Fe/Mn的比值被業內稱之為近岸指數，近岸指標可用于判斷礦體的成礦流體鹽度[4]。

由于Sr和Ba元素在表生帶的地球化學性質表現出很明顯的差異，學者們一般用Sr/Ba的值去研究礦物沉積環境差異性，當Sr/Ba比值為20～50時就能夠表明該地區礦物沉積環境是干旱區域。

此外，Sr元素的富集程度通常還與高鹽度息息相關，所以過去學者們常用Sr含量來對潮坪或瀉湖沉積環境進行識別。但如果將Na、K、Fe等元素考慮進來，則這種判斷就會更為準確。

2.4 礦物中多種元素地球化學特征

所謂稀土元素（REE）就是指元素周期表第三副族中的鑭系元素和與鑭系元素化學性質相近的釔元素和鈧元素等十七個元素。盡管它們的化學性質以及物理性質都很相似，但是它們中某些元素在一些礦物中可以發生相應程度的分溜。

稀土元素通常不受基本成礦作用的影響，稀土元素的含量在成礦過程中只發生較為微小的變化。因為所研究礦體中多種元素是屬于過渡類型元素，金屬性強，所以沉積礦物中多種元素的分布和配分模式就可以為物質來源提供證明信息。

許多沉積礦物，特別是太古代以后的沉積礦物都發現了Eu的負異常特征，這是因為Eu2+在沉積作用體系中比其他的礦物元素更加容易被水溶液帶走，所以Eu2+在長期的開發環境下，含量就會不斷地減少[1-3]。

3 礦體成因模式

目前被業內大多數的地質學家以及學者所認同的礦體成因模式包括：蒸發泵（蒸發排水）模式、滲透（回流）模式和埋藏礦體化模式，近年來的礦山地質構造熱液模式同樣也引起了地質學家們的普遍關注[6]。

（1）蒸發泵模式：該模式下的地質作用是因為潮上帶的沉積物高鹽度孔隙水以及高Mg/Ca比值鹵水的交代作用所形成的

（2）回流滲透模式：潮上帶環境下所形成的高鎂粒間水對表面的沉積物或沉積礦化作用完成后，若仍然有富余，就會因為其比重較大，而隨著重力的作用下向下進行回流滲透運動，當其回流經過下伏的沉積物時，沉積物局部的Mg/Ca比值就會發生較大程度得變化，這樣就創造了礦化作用的條件，從而就會形成礦體。

（3）埋藏礦化模式：當前，大多數地質學家和學者認為其是一系列的持續礦化過程的疊加，礦化的加強和自我調整所形成的礦化模式。埋藏礦化模式中的正二價鎂離子來源與粘土礦物轉化、深部鹽類礦物的溶解以及早期白云石、早期海相孔隙水等因素息息相關，埋藏礦體化模式成礦流體驅動力則是主要為水動力。

（4）構浩熱液礦化模式：這里模式發育于地底較深部位，熱液上涌并進入碳酸鹽沉積物中，然后受構造作用影響，使得灰巖發生了礦體化，另外白云石則發生過度白云石化或重結晶從而形成大量的馬鞍狀白云石。通常情況下構造熱液礦體化模式會受斷層的控制，并且熱液作用下重結晶礦體一般還會發育豐富晶間孔。

4 結論

礦體的礦物學特征分析和成礦作用研究是對礦體成因進行研究的重要基礎，礦物學研究的內容主要包括礦物成分、結構、組分、填隙物和填隙物與顆粒間的關系，礦體成礦作用是在成礦流體中進行沉積作用的過程，我們可以通過研究礦體的多種元素特征、鍶同位素、微量元素、稀土元素等來更好的對其成因模式進行探討。總結出目前大多數學者認可的礦體成因模式有蒸發泵模式、混合水模式、埋藏礦體化模式、滲透回流模式以及構造熱液礦體化模式。