中国地质武汉大学研究生开题报告范文

1.选题的来源、目的和意义

选题来源：本选题来源于国家自然科学基金重大研究计划重点项目——克拉通破坏的岩浆与成矿响应：以小秦岭-熊耳山成矿带为例。

选题目的：位于华北克拉通南缘熊耳山地区的沙沟矿床，是一典型的热液脉型银铅锌矿床，严格受NE(NNE)向断裂带控制[1-3]。拟在详细的野外地质及室内岩相学和矿相学观察的基础上，利用扫描电镜-能谱分析(SEM-EDS)和电子探针(EPMA)技术对矿石内硫化物及银矿物进行微观形貌观察和原位成分分析，确定矿石矿物的沉淀顺序以及银元素在矿石内的赋存状态;利用(红外)显微冷热台、激光拉曼(LRM)和激光剥蚀电感耦合等离子质谱(LA-ICP-MS)技术对与矿化有关的矿石矿物(菱铁矿、闪锌矿)和脉石矿物(石英、方解石)内的流体包裹体分别进行显微测温和相态成分研究，揭示成矿流体在不同时期的温度、盐度及成分组成等性质。通过以上成矿物质及成矿流体两个方面的研究，结合碳、氢、氧等稳定同位素数据分析，反演该矿床成矿流体的运移历史，探讨沙沟银铅锌矿床的成矿机制。

选题意义：硫化物和银矿物矿相学、微观形貌学及成分分析等研究，将揭示成矿元素的赋存状态，对于矿石选冶以及矿床评价有重要意义;相关矿物内流体包裹体的研究将重塑成矿流体的运移演化过程，建立金属元素的沉淀机制，对于了解热液脉型银铅锌矿床的矿床成因有重要作用。沙沟矿床是熊耳山多金属矿集区内最典型的银铅锌矿床之一，对该矿床的详细解剖将有助于认识区域内同类型矿床的成矿作用，并对区域上Mo(W)-Cu-Pb-Zn-Ag-Au成矿系列和矿床模型的建立有重要意义。

2.选题的国内外研究现状、发展趋势及存在问题

熊耳山地区位于华北克拉通南缘，北以洛宁山前断裂为界，南与马超营断裂带相接，中部发育近NE向隆起的变质核杂岩构造[4, 5]，具有典型的克拉通边缘特征[6]。熊耳山地区在古元古代之前为独立发展的地体，古元古代末期(1850 ±150Ma)同小秦岭、崤山及外方山三个地体拼合为华熊联合地体[7]。之后该地区成为华北克拉通的一部分稳定存在。进入早中生代，华熊地体因位于克拉通的边缘而卷入了秦岭造山带的构造演化之中，成为秦岭造山带后陆冲断褶皱带的重要构造单元[8]。

区内有大量金属矿床的产出，主要为金矿、银铅锌矿及钼矿。其中金矿主要分布于熊耳山的中部及东部地区，包括热液脉型(康山、上宫、红庄、青岗坪、公峪、潭头和瑶沟等)及隐爆角砾岩型(祁雨沟);银铅锌矿主要集中在熊耳山西部，为构造蚀变岩型银多金属矿床(沙沟、铁炉坪、蒿坪沟等);钼矿床类型比较多样，斑岩型(雷门沟)、碳酸岩脉型(黄水庵) 及石英脉型(寨凹)均有发育，分别位于本区的东西两端。除了寨凹钼矿的年龄为中元古代早期(17~18亿年)[9] 、黄水庵钼矿的年龄为晚三叠世(206.3~212.8Ma)[10]，其他金属矿床的成矿时代集中在早白垩世[11-14]，稍晚于燕山期花岗岩的形成年龄。

沙沟银铅锌矿床位于熊耳山变质核杂岩的西段，同铁炉坪、蒿坪沟矿床一起构成了华北克拉通南缘重要的银铅锌矿田。矿区露的地层主要为新太古界太华群草沟组、石板沟组的黑云(角闪) 斜长片麻岩、混合岩化黑云(角闪) 斜长片麻岩及中元古界熊耳群的流纹斑岩、安山玢岩、火山角砾岩等[15]。区内构造以断裂为主，包括边部的拆离断层带以及中部的断裂破碎带。其中断裂破碎带在区内极其发育，特别是NE(NNE)向断裂常呈成群成带出现，控制着几乎所有银铅锌矿体的产出。区内出露的岩浆岩相对较少，除了矿田内靠近蒿坪沟矿区的蒿坪沟斑岩体及附近的辉绿岩脉外[16]，在沙沟矿区东北部有一花岗斑岩体出露。而位于沙沟矿区南部2 km处的寨凹，为本区推测隐伏岩基的中心，可能对周边多金属矿床的形成有着控矿作用[17, 18]。郑榕芬[19]和高建京[20]在对沙沟矿床地质特征认识的基础上，分别研究了银的富集规律和矿床的成矿流体特征。毛景文[12]通过对近矿蚀变岩中绢(铬)云母的40Ar-39Ar定年获得该矿床的成矿时代，并讨论了矿床形成的区域动力学背景。

对贵金属元素(如Au, Ag等)在矿床中的赋存状态研究，一直为众多学者所关注。贵金属元素往往同相关硫化物伴生，探明其赋存特征，不仅对矿质运移及沉淀机制的建立提供有力的证据支持，而且有利于矿山生产企业设计合理的选冶方式以提高经济效益。银元素的赋存状态主要有两种，一是以可见银的形式赋存在独立银矿物内，二是以不可见银的形式赋存在常见的贱金属硫化物内[21]。对于不可见银，其赋存方式主要有三种：晶格银、吸附银、次显微包体银。

通常认为方铅矿内部含有一定量的晶格银[22, 23]，这一认识基于矿石中银的独立矿物往往与方铅矿关系密切。武汉大学研究生开题报告范文，理论上来说，2个Ag+通过置换Pb2+的方式进入方铅矿的晶格内，必将形成失稳的结构。实验也表明，Ag占据Pb的晶格而形成方铅矿中Ag2S固溶体，在自然条件下是极少量的[24]。而如果溶液中同时存在大量的Sb3+(或者Bi3+, As3+等)时，Ag+可通过与这些离子共同置换Pb2+的方式，较易进入方铅矿晶格[25, 26]。当这个置换普遍存在时(例如: Ag++ Sb3+= 2Pb2+)，将破坏方铅矿的晶格结构而形成新的银矿物。新的矿物将以不可见的次显微包体形式赋存在方铅矿内，或者在局部富集成为可见的银矿物。

吸附方式也是导致银等贵金属元素的富集一种重要方式。当硫化物在溶液中沉淀时，细小的颗粒因具有较大的表面能，可能会吸附流体中的贵金属元素而将其捕获。实验表明在中低温条件下，无论是天然硫化物矿物，还是低温合成的硫化物，都对溶液中的Ag离子及纳米粒级Ag单质均具有较强的富集能力，不同硫化物的吸附作用强度受温度、Ph值等参数的影响[27, 28]。Scaini et al. [29, 30]对Ag离子与方铅矿在室温下的化学活性研究结果显示，通过硫化和还原两个阶段的反应，Ag离子可被还原为Ag单质并被捕获于方铅矿内部，并能够稳定的结合在一起。

近几年来，扫描电镜(SEM)、电子探针(EPMA)、电子顺磁共振(EPR)等技术用于对硫化物中不可见银的赋存状态进行研究，取得了新的认识。研究表明，在大多数的热液银铅锌矿床中，次显微包体银可能为不可见银在硫化物中最主要的赋存状态，不同实验方法对矿石样品中Ag元素的研究佐证了这一认识[31, 32]。Costagliola et al.[31]利用电子顺磁共振(EPR)研究原生矿石方铅矿内Ag元素的赋存状态，首次发现了方铅矿中独立的Ag0，它呈纳米粒不均匀的分布于方铅矿内部。其研究表明成矿热液中Ag离子的被吸附以及与方铅矿的同沉淀，在成矿过程中是很少见，它需要十分苛刻的物理化学条件。

成矿流体沉淀机制的研究对于认识众多矿床的形成具有重要的意义，历来是矿床学研究的重点。Barnes[33]最早提出了导致金属从流体中沉淀的三种原因：冷却，络合物配位体浓度的降低，As2-增加。这些沉淀机制，对热液矿床的形成尤为重要。越来越多的研究表明，在热液流体中，成矿元素主要是呈易溶络合物形式迁移的。各种成矿机制对成矿热液的影响，主要体现在降低含金属元素的络合物溶解度，使金

属元素从络合物中脱离出来而沉淀。

在自然界众多的络合物中，氯络合物和硫氢络合物是对成矿物质的运移以及沉淀影响最重要的两种络合物形式[33]。大量的实验证明，金属离子(如Ag+, Pb+, Zn+)在高温高氧逸度偏酸性条件下易于形成氯络合物运移[34-36]，而在中温高硫逸度偏碱性的环境下易于形成硫氢络合物运移[37-40]。当然，不同金属络合物对外界环境的反应灵敏度不同，其稳定存在及运移受到物化条件的影响。当温度、逸度、压力、Ph等变化超出了络合物的稳定范围，金属离子就转移到另一络合物内或者直接沉淀。

温度的降低往往能够影响络合物的溶解度，一直以来被认为是导致金属沉淀的重要原因。在高温向低温的转变过程中，达到饱和的金属离子会从对温度反应灵敏的氯络合物中脱离出来进入其他络合物或者直接沉淀。而对于低盐度溶液中具有优势的硫化物络合物，温度的变化对溶解度影响较小[21, 39, 41, 42]。例如，Spycher et al.等对沸腾作用的计算机模拟表明，冷却仅产生黄铁矿和石英的沉淀，而不导致黄铜矿、闪锌矿和方铅矿的沉淀，某些酸因温度的降低而分解从而使部分金属的络合物在流体中更趋于稳定可能是这种情况发生的原因[43]。

单纯的压力减小对矿质的沉淀影响可能不大，而当压力的突然减小而造成成矿流体的沸腾时，往往能够造成金属矿物沉淀[44]。沸腾致使成矿流体中气体组分的挥发，将会引发流体中金属浓度增大以及pH值的升高，从而导致金属离子的沉淀。沸腾作用往往发生于较小的空间内，且持续的时间比较短，形成的矿化具有品味高、强度大但范围小、规模小的特点。因此，沸腾作用是斑岩铜-钼矿床、热液脉型矿床及浅成热液型矿床形成的重要机制，而对大型至特大型矿床的作用往往比较有限[45]。

不同性质的流体发生混合，能够破坏含矿热液的化学平衡，从而使金属元素因饱和而沉淀形成矿床。流体的混合作用主要通过以下几种方式促成矿质从热液中沉淀：稀释作用、增加氧逸度和pH值、还原作用、液态不混溶作用[46]。混合作用在热液矿床特别是大型-超大型矿床的形成中扮演着重要的角色。Haynes et al.[47]对奥林匹克坝超大型Cu-U-Au矿床的研究表明，热的岩浆水或深部循环的热大气降水与冷的大气降水产生混合作用从而引起矿石的沉淀。

大量对成矿过程形成的流体包裹体原位分析(LA-ICPMS，质子探针，激光拉曼)的研究，使得对成矿元素的运移及沉淀机制有了新的认识。Audetat et al.[48]通过LA-ICPMS原位测定了一个热液锡矿床中巨大石英晶体27个生长阶段的流体包裹体成份(分别代表了成矿前，成矿过程和成矿以后不同阶段的流体成份)，不同阶段的溶液浓度可相差1000倍以上，结合包裹体温压条件的测定还揭示了岩浆流体的几次脉动，而晚期大气水和岩浆水的混合最终导致了矿质沉淀。Ulrich et al.[49]通过测定两个世界级别铜-金斑岩铜矿中石英脉中的高盐度流体包裹体(代表了刚分异的初时流体成份)中Cu, Au含量也发现，它们的Cu/Au比例分别与各自矿床矿石中的Cu/Au比例一致，表明矿床中成矿元素的比例是由来自岩浆中出融的热液流体成份控制的。Heinrich et al.[50, 51]认为在岩浆向成矿热液演化的过程中，Au, Cu, B等元素可能以HS-络合物的形式进入气相中运移，而当大量硫化物沉淀后，Au能够被传送的更远最后转移至低温热液矿床。

然而，由于成矿过程的复杂性，部分微观证据的不可见性，当下的研究方法及分析精度，仍不能解决一些困扰研究者多年的问题。例如以现有的检测技术，贵金属次纳米级的赋存状态还未涉足，对类质同象置换的研究有所局限;众多浅成低温矿床中的流体包裹体是十分微小的，尚未达到现有的LA-ICP-MS分析技术的粒度要求。有理由相信，随着分析技术的进一步发展，分析精度的进一步提高，矿床学中更多的关键问题将会被更好的解决。

三、选题研究方案

1.选题研究目标、研究内容和拟解决的关键问题

研究目标：

本选题以华北克拉通南缘熊耳山西段的沙沟银铅锌矿床为对象，通过详细的野外观察及系统的实验工作，研究银等金属元素在矿石中的赋存状态，以及成矿流体的性质及演化历史。在此基础上，研究金属元素的运移和沉淀过程，探讨该矿床的成矿机制。