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铜是一种人类最早利用的金属,由于其具有良好的导电性、导热性、延展性及相对抗腐蚀等优良性能被广泛应用在电器、建筑、机械制造、交通和军事工业等领域。随着国民经济的发展,铜的需求量逐年增加,铜矿床成为国内紧缺的矿种,对于铜矿床资源的成矿规律研究、进而指导找矿,成为目前紧迫的任务之一。
斑岩铜矿床是铜矿床的主要类型,斑岩铜矿床的形成与岩浆结晶分异演化过程密切相关,对岩浆流体演化过程中铜的迁移行为的深入理解,是认识斑岩铜矿床成矿规律的重要基础。为了解铜在岩浆流体共存体系中的富集规律,国内外研究者开展了大量的研究工作。铜在熔/流体之间的分配行为,除了受温度、压力等物理化学条件的影响外,还与流体组分和熔体组分密切相关。已有的实验研究大多集中在成矿流体对铜分配行为影响的研究上,而熔体组分对分配行为的影响则了解甚少。为了更全面的了解和认识岩浆演化过程中铜的演化富集行为,本研究重点开展了熔体组成变化对铜在熔/流体共存体系中分配行为影响的的实验研究,为认识铜在岩浆热液中的演化规律提供可靠的实验数据,进而为铜矿床形成机理研究提供理论依据。
在温度为850℃,压力为100MPa,氧逸度接近NNO的条件下,开展了铜在熔体/流体相间分配的实验研究。合成了三个系列共16个凝胶,第一系列(NJ1)为碱铝比变化而Na/K和SiO2 mol％不变;第二系列(NJ2)为Na/K变化,碱铝比和SiO2 mol%不变;第三系列(NJ3)为SiO2 mol%变化,碱铝比和Na/K不变。进行了四组实验,第一组实验采用不同浓度的盐酸为液相反应物,同一个凝胶为固相反应物;第二组实验采用NJ1系列作为固相反应物,0.1mol/L的盐酸为液相反应物;第三组实验采用NJ2系列为固相反应物,0.1mol/L的盐酸为液相反应物;第四组实验采用NJ3系列为固相反应物,0.1mol/L的盐酸为液相反应物。实验反应时间均为5天。得到了以下的初步认识:
(1)流体相中氯离子的含量对铜的分配行为有重要影响。随着盐酸浓度(即氯离子浓度)的增加,铜强烈富集到液相,铜的分配系数(D=C流体/C熔体)值明显增加。
两者显示出线性关系。
(2)凝胶的碱铝比值与铜的分配系数呈反比关系:随着碱铝比值从0.83增大到1.56,铜的分配系数值从10.09减小到1.28。
(3)凝胶Na/K与铜分配系数明显呈正相关关系,随着Na/K值从0.58增加到2.56,铜分配系数从1.35显著增加到22.8。
(4)本研究中所设定的SiO2含量变化范围内,SiO2含量的改变对铜分配系数没有规律性影响
从以上研究结果可以得出,在岩浆热液演化过程中,高浓度卤水有利于铜在热液中的富集,同样过铝质熔体和富钠熔体对于铜在热液中的富集也至关重要。
总之,像流体一样,熔体组成的变化对铜的分配行为也有着重要的影响。