文摘
氧化铁颗粒涂料用红色砂岩含微量金属发布了解散后的涂料。通过icp分析酸浸出后的粮食涂料表明,溶解金属可以构成一个成矿流体,作为sandstone-hosted矿床模型中假设。37的作品中值样本,主要是三叠纪泥盆纪时代,来自英国和爱尔兰6.3 ppm铜,2.4 ppm钴、铀10.1 ppm钒和0.3 ppm。这些内容在盆地规模足以形成矿床的观察范围在红色的床上。碳氢化合物的迁移或卤水可以引起颗粒的溶解涂料和有助于控制矿床的分布。未来应该测试测量红色床来源于上升,矿化板边缘,砂岩可能与矿石预加载的金属。
1。介绍
沉积盆地的成矿地球的资源做出了重要贡献的金属(1]。金属成矿盆地需要过程,集中超出正常的丰度由几个数量级。的例子包括redox-sensitive元素的浓度,减少网站,如黑色页岩、粘土和金属的释放在成岩作用。在盆地大陆,最普遍的过程之一,是铁氧化物涂层的形成在沙粒在早期成岩作用(2]。氧化铁源于矿物蚀变的不成熟的谷物,如铁镁矿物矿物质。涂料使许多红色砂岩,当氧化铁矿物赤铁矿。铁氧化物对成岩作用尤其重要,因为他们的能力从地下水吸附各种微量元素3]。成岩作用所得,二级铁氧化物的体积增加,微量元素氧化物的居民的比例也增加。然而,粮食涂料也容易被溶解去除酸性孔隙流体,包括油田卤水(4]。例如,解散是明显的漂白红床后油气运移(例如,5])和有限公司2丰富的卤水(6,7),但这些液体并不总是显而易见的。微量金属吸收和溶解是一个潜在的通道产生一个成矿流体(8- - - - - -12]。这种可能性被用以解释砂岩的中等至大型矿床,如铜和银在哈萨克斯坦13,14在伊朗),铜和银(15在澳大利亚,铀(16在阿根廷)、铜(17,18在阿根廷,钒(19],铜在加拿大北极[20.),铜在纽芬兰21在中国,铅锌(22在中国,铀(23]。然而,红色砂岩的发生并不一定解释成矿,潜在的地下室等其他来源可能贡献更多的金属在某些水文政权(24]。
丰富的红色床高,在空间和时间25),其中牵扯到的潜在的大陆盆地成矿的重要性。痕迹的矿化发生在红床约会至少回到时代(26]。然而,只有非常有限的数据对微量元素成分的铁氧化物涂层的核心过程。本研究报告粮食涂料的成分从许多不同的地方,和年龄无关。
目标明确:(我)测量数据的基础成分的粮食涂料。数据收集了钒(V),钴(Co)、铜(铜)、硒(Se)、铀(U)、砷(),和铅(Pb)铁(Fe)丰富的谷物涂料。这些元素代表那些通常发生在红色的床矿床(2)评估粮食涂料的组成是否与他们的相对丰度有关,即。氧化铁、数量(3)评估金属通量的典型的范围可能会解散
2。方法
从样本数据集测量在英国和爱尔兰,在相对有限的区域包括一系列的红色砂岩地层年龄,和样品代表第一个周期和多周期的侵蚀。因此,他们最好是砂岩的多样组合适合评估典型的红色颗粒的化学涂料、而非砂岩都与矿床有关。样本收集来自34个地方在英国和爱尔兰(图1),主要从红色砂岩泥盆纪、二叠纪、三叠纪年龄和在河流或风成沉积环境。单样本的新元古代和志留纪的红色砂岩收集。此外,石炭系砂岩样品收集,红曾经发生在一个相对较晚的阶段,以下sub-Permian不整合造成广泛的深度氧化(27]。红砂岩在堤坝减少通过相同的不整合(28)收集浆果的头,托基,英格兰。三叠纪砂岩样品在Maghera,爱尔兰被选中,因为它似乎是富含铁,最近“铁锅”土壤矿化。红色和漂白砂岩样品收集从Alderley比较优势,英格兰(图2),漂白与铜成矿[29日,30.]。三个红色砂岩样品从世界其他地区(中国、澳大利亚、美国)进行分析测试,如果主要数据库是典型的其它地区。样本选择,可以分解容易,并非由矿物胶结密封溶解氧化铁和预防。分类样本已筛孤立子- 500微米或sub - 250微米分数,根据主要粒度。从Gardenstown砂岩,苏格兰,分为三个分数大小,500 - 250微米,250 - 125微米,和子- 125微米,为了测试这个因素可能影响的作品。最后,没有氧化铁颗粒的纯石英砂岩涂料(白垩纪Lochaline砂岩、苏格兰)分析作为一个程序上的空白。
样品中添加了酸浸出重数量的大约150毫克4毫升王水(3:1盐酸:HNO3微量元素分析年级)和煮30分钟在微波炉95°C。液体是离心机,残渣受到重复的过程如果有氧化铁仍未溶解的(光学外观)。只有20 wt。%的每个样本被这个过程溶解,留下超过80 wt。%残渣。液体从离心法结合,V,有限公司铜、Se, U,,和Pb衡量三重四重icp安捷伦8800(安捷伦科技),微量元素的物种形成实验室(特斯拉),化学系,英国阿伯丁大学。10μ克/公斤HNO 2% Rh3作为一个内部标准。淋溶元素总质量确定(0.001 g)的准确性和浓度转换为原始的岩石。测量也从认证参考资料PACS-2和BCSS-1(海洋沉积物),和NIST2711a NIST2709a(土壤),和一个绝对的空白。V的我们的数据,公司、铜、和Se NIST2711a和NIST2709a土壤符合的证书数据“acid-extractable”分数。两个沉积物PACS-2 BCSS-1,没有证书数据为“acid-extractable”分数只有“岩石”分数,也同意我们的数据有限公司铜、Se,但显示更高的价值诉酸可滤取的铀,复苏的31 - 50%从注册总数,显示总数70%从其他使用PACS-2 ICPMS方法,和NIST SRM 2711 a, 2709 (31日,32]。这表明报道铀酸可滤取的值很可能低估了谷物中铀的含量涂料。
大部分铁含量的分析样本,V和铜的一个子集十二叠纪与三叠纪砂岩样品(可以从另一个项目,不包括其他样品),之后是multiacid消化(提法,硝酸、氢氟酸的和盐酸)icp。
薄片的红色砂岩三叠纪的北爱尔兰(拉谷钻孔4 b、深度30.7米)被激光ablation-ICP-MS映射。元素分析- 213使用lsx G2 +激光消融系统(配备快速冲刷多重HelEx II细胞和气溶胶快速引入系统(阿里斯),Teledyne CETAC技术)附加到三重四重icp安捷伦8800(安捷伦科技),特斯拉在阿伯丁大学、英国。V (m / z 51, 0.01 s)、铁(m / z 57, 0.01 s),公司(m / z 59岁0.01 s)、铜(m / z 63, 0.01 s), Se (m / z 78, 0.1 s),和U (m / z 238, 0.1 s)测量(积分时间)。分析在氦的气氛中,重复率20赫兹,激光功率为6.02 J /厘米2光斑直径的25μ米,50的消融速度μ米/秒。每一行分析包括11背景分析其次是20 - 30年代激光消融时间。氢的碰撞反应细胞用于icp /女士流为3.5 L / min去除多元干扰。氩是用作稀释和载气在icp /女士。最小的分子氧化物种的仪器进行优化(例如, )。优化的工具是由NIST612去除玻璃参考。两个参考资料的MRM质量1来自美国地质调查局和UQAC-FeS-1苗条被用作校准标准。
3所示。结果
每个红色砂岩样品的酸处理去除粮食涂料淋溶,表明解放铁微量元素和相关的解决方案。解决方案的分析,转化为整个岩石的浓度,证实,微量元素(表中解放出来1)。绝对的空白和程序空白了微不足道的内容(表1)。数据认证的参考资料和标准差补充信息(表中给出S1)。扫描电镜观察证实,在铁氧化物被酸浸出,基质颗粒仍不受影响。范围确定的元素包括铜0.8到135.6 ppm(平均14.0 ppm,中位数6.3 ppm, ),2.2到64.7 ppm V(平均12.0 ppm,中位数10.1 ppm, ),0.05到1.2 ppm U(平均0.4 ppm,中位数0.3 ppm, ),和0.3 - 7.9 ppm(平均3.1 ppm,中位数2.4 ppm, ),排除copper-mineralized局部性Alderley边缘和局部性Maghera受土壤矿化的影响。小的样本集其他国家可比与英国和爱尔兰给值。
的漂白砂岩Alderley边缘产生的意思是酸浸出值高于红色砂岩。铜的所有值、Co和Pb Alderley边缘远高于在其他样本。的砂岩Maghera土壤矿化包含丰富的相对高水平的V,有限公司铜、铅、和美国比较Gardenstown粒径分数的显示,两个粗分数的构成纯粹是沙子大小相似,但细粒级,包括泥浆有更高的微量元素的内容。
二叠纪与三叠纪的子集样品测量整个岩石成分和颗粒涂层滤组合意味着作品11 ppm V, 7.6 ppm和6.1 ppm铜、铜和5.2 ppm。
整个岩石Fe内容范围高达4.74%。V的内容,有限公司,U, Pb显示中度正相关与铁含量(值0.32至0.69;图3)。铁和铜之间没有相关性。分布数据集内的值显示偏向值较低,但在铜的情况下,有一个额外的高值(图4)。
介绍地图的石英颗粒与周围氧化铁涂红色砂岩薄片的展示一个清晰的对比砂粒和谷物涂层(图5)。谷物展览可以忽略不计(小于1 ppm) V和Co的浓度,而周围的氧化铁显示V和公司在120 ppm, 60 ppm,分别。
4所示。讨论
4.1。成分的谷物涂料
之前提议的矿化模型淋溶颗粒涂料基于间接发生漂白砂岩在铁矿石领域(14,17,18),远端再沉淀提取金属产生的(6,7),或整个岩石数据(11]。测量的一些微量元素铁的氧化物颗粒涂料是由(33),包括U和V和稀土元素而不是铜、公司或Se。在这里报告的数据集粮食涂料比迄今为止更全面。成分变化的粮食涂料是评估的铁含量和地层时代。
几个金属的相对高值soil-influenced样本Maghera表明,浓缩在铁氧化物可以发生在一个地质短时间尺度。类似浓缩在表面使用金属矿产勘查的基础异常氧化铁沉淀物表面环境(34,35]。早期的微量元素和模型是一致的金属释放矿物蚀变在早期成岩作用(2,9]。
大多数砂岩Fe含量0.17 - 4.74%的范围(平均1.27%)。王水的平均浓度可滤取的元素从unmineralized红色砂岩是14.0 ppm铜、12.0 ppm V, 0.4 ppm U,和3.1 ppm有限公司中间值比较,除铜的情况下具有更低的平均价值6.3 ppm。相比之下,纯石英砂岩包含内容可以忽略不计的铁或微量元素(少于1%的平均值)。铁和其他金属的广泛联系在整个岩石数据(图3)表明,住宅的微量金属在氧化铁颗粒涂料。这是符合介绍地图,显示微量元素只有在粮食涂料和底物颗粒。铜和铁之间缺乏相关性(图3)可能反映了公司的铜铝硅酸盐等阶段,观察在红色砂岩(17,36]。
测量了金属,很容易从砂岩可滤取的,而不是总金属含量的砂岩。一些金属碎屑颗粒可能不是很容易到达内浸出液体,而氧化铁颗粒的金属涂层是适合浸出。然而,整个岩石的对比数据和谷物涂料浸出数据的一个子集10 V的红色砂岩样品分析和铜显示超过70%和85%,分别微量元素存在于谷物的涂料,可滤取的。值得注意的是,金属的谷物涂料的平均值不典型的岩石成分相比,不规则地高,但丰富的金属薄涂料的出现使得他们相对可用。
王水用于移除氧化铁颗粒涂层比会发生更多的酸性和氧化溶剂的性质,和溶解温度(95°C)在实验室比较高,所以可以释放,显示了潜在而不是单个流体活动期间可能被释放。然而,鉴于矿床可能数百万年的形式在一段时间内(2009年布朗),总可能是一个适当的值来衡量。红层砂岩一般完全漂白的展览区,表明氧化铁颗粒涂层完全移除。
地层时代的金属值的比较表明,V和U值高的红色砂岩pre-Permian年龄比二叠纪与三叠纪年龄(数字6和7)。V的平均值是17.7 ppm ( )和6.7 ( ),分别。U的平均值是0.54和0.28,分别。相比之下,其他元素的值与地层年龄没有关系。铜pre-Permian值的范围大于Permo-Triassic价值观,但平均值(图是相似的7)。pre-Permian样本主要来自英国北部,Caledonide地下室和砂岩的出处是代表第一个周期的侵蚀。他们因此更有可能包含比Permo-Triassic砂岩矿物不成熟的谷物,通常来自多个周期的侵蚀,尤其是二叠纪风成砂岩。不成熟的谷物会产生微量金属在成岩蚀变,而quartz-rich砂岩少得多的潜力。然而,更高的内容pre-Permian砂岩(图也反映了高铁内容6)。事实上,V /铁、Se / Fe, U / Fe pre-Permian样本比率较低。年长的砂岩的低比率可能表明,一些微量元素被释放从谷物涂料、热成熟度高于在年轻的砂岩。与热成熟、赤铁矿结晶度的增加(37),以及吸附微量金属能力会降低再结晶(38),虽然表面积的变化在改变可以使对吸附的影响。与年龄可能更明显的V, Se, U,因为准备redox-controlled流动(39,40),在这些元素的优势也是明显减少成岩球状体(41,42]。另一方面,vanadian赤铁矿含百分比水平V是确定在某些矿床,这可以发生在一个稳定的阶段(43,44]。
(一)
(b)
4.2。矿流体
这些测量允许我们计算岩石的体积要求供应金属矿床(表2)。砂岩的密度2.5.10发行3kgm3(通常范围从2.2 2.8.10值3kgm3),一个金属的10 ppm相当于1公斤的金属从40米3(1吨从40公里3从100米)或2.5公斤的金属3(2.5。104吨1公里3岩石)。含水层卷为三叠纪红床,测量潜力有限公司2存储,范围从数百到数千公里3(45- - - - - -47]。10 ppm金属可用性、10的含水层3公里3将产生25吨金属。测量值6.3 ppm铜产量15.7吨10可用3公里3。把这些值在上下文中,世界级的铜资源Chu-Sarysa盆地,哈萨克斯坦,包括一个巨大的22吨存款和较小的存款大约1吨的14]。sediment-hosted铜存款的平均大小也是22吨(48),相当于140%的铜可用103公里3。之前计算三叠纪红床的英格兰中部断定1 ppm铜从340公里3可以产生超过0.8吨铜(49),和2 ppm铜从3300公里3三叠纪砂岩可能产生15吨铜(50]。
大多数sandstone-hosted U沉积物中含有0.1到10 kt (51]。这是0.01到1.4%的你可以从103公里3(表2)。大多数sandstone-hosted V存款包含1到100 kt (52),这将要求0.004 V可以从10的0.4%3公里3(表2)。大多数类型的公司存款包含5到500 kt公司53),要求0.09 8.5%的公司,可以在103公里3。
红色的数据和漂白砂岩Alderley边缘,在铜成矿是由于谷物涂料通过减少卤水的解散,包括碳氢化合物(30.,50),显示变量模式不同的元素。V和Co的漂白砂岩具有较低的值,但更高价值的铜、和铅。然而,漂白砂岩中的高铜值表明,铜不是从系统中导出的,另一个住所。漂白砂岩含铁量较低,但它们包含一系列次生铜矿石(29日]。V的值越低,至少,可能反映了吸收迁移碳氢化合物。
多种因素将控制金属释放,包括pH值,呃,温度和孔隙流体化学(10]。这里的模型被认为是设想解散粮食由酸性液体涂料,特别是迁移石油和天然气。大规模的油气运移,广泛的描写就是油残留,因此,有助于sandstone-hosted矿床的勘探(16,17]。大多数石油生成< 130°C,很可能相关的氧化铁颗粒涂层发生在较浅的深度和较低的温度。这意味着解放的涂料和微量金属在不到4公里的深度。在这些深度,仍有足够的孔隙度(通常是10%)允许通过砂岩粒间流体流动和成岩蚀变产品的出口。
粮食涂料的成分来衡量这是普通的,因为砂岩没有一个已知的起源在先前存在的金属的矿床。如果沙子和/或颗粒涂层是来源于富含金属来源,红色的床可能是加载的金属可能更容易被淋滤形成矿床。这是最有可能的,沙是造山带的侵蚀,在金属的阶段被露天的隆起。通过这种方式,由存款期富铜等多磁铁矿,Se-rich火山土可以被回收到砂岩矿原料。一个矿化板块边缘山脉与陆上侵蚀产品(红色床)和前陆盆地(潜在的烃源岩)可以提供一个场景,碳氢化合物带丰富粮食涂料从红色床上创建一个矿液(图8)。例如,在古地中海的地区(伊朗、伊拉克和邻近地区),在红色bed-hosted铜矿普遍存在(15),扎格罗斯和其他造山山脉是由红色流苏床和碳氢化合物的来源。在安第斯山脉、铜成矿在红色的床上被归因于去顶弧火山岩(54]。这样的例子可以通过质量平衡测试金属来源地区和矿床的研究。特别是,钛磁铁矿的变更建议的金属在红色的床上存款(55),有证据表明这种蚀变矿化红床(54,56可量化的。在安第斯山脉,在火山岩富含钒磁铁矿57),改变磁铁矿火山岩显示释放的钒(58),和红色的床富含磁铁矿颗粒(59),这表明这个地区将成为一个好案例。而钒钛磁铁矿的矿石可以被土壤中的微生物处理和再沉淀区(例如,60,61年]),在整个矿化微生物活动周期的贡献还有待评估。
4.3。浸出模型的局限性
这项研究集中在红色砂岩,砂岩潜在蓄水层流体流动和成岩反应包括解散粮食涂料。红色泥岩可能含有较高的铁氧化物的内容和相关的微量金属(50如图所示),由来自不同粒度的数据在Gardenstown分数。一些微量金属在泥岩会释放到compactional卤水,但它们不是一般途径为油气运移设想浸出铁氧化物从红色砂岩。异常超压泥岩展示证据,使卤水和碳氢化合物的流动以及床上用品的飞机,这一情况可能是由不透水蒸发岩床,发生在一些红床序列。
浸出数据报告(8)主要基于非常年轻的泥岩的Holocene-Pliocene年龄氧化铁结晶度没有完全开发和允许元素解放更容易比完全结晶氧化物。他们的数据仍然有趣的指示一个相对缓和的浸出 。铜的相对高可用性在目前的研究和8]可能部分反映了铜的高吸附(log K值)在铁氧化物(62年,63年]。V和U (Se)可能很难使解除吸附如果最初吸附oxyanions [63年]。计算基于锌浸出数据的红色泥岩得出的体积为6.104公里3岩石被要求源喷流沉积型矿床(8,64年),至少一个数量级以上所需的体积源一个大型铜矿床。所需量的对比可能反映到氧化铁的微分吸附元素(62年,63年),铜比锌吸附,因此,解吸发生在更大的利率甚至不同pH条件下。
漂白砂岩Alderley边缘局部包含二次铜矿石、表明淋溶金属并不一定从系统中导出的,但可以通过变量再沉淀氧化还原条件。这是证实高铜内容在漂白样本Alderley边缘。这种差异在移动也可能导致穷人铜和铁含量的相关性。铜积累在漂白相同样被观察到在Kupferschiefer [65年),很明显减少metal-enriched核心在球状体在许多红色的床(42]。浸出的潜力创造一个成矿流体显然需要一个沉积盆地规模和足够大的流体系统允许继续累积运输金属。
5。结论
微量元素测量居民氧化铁颗粒涂料红色砂岩证实他们是在成岩溶解金属的来源。特别是(我)它们代表了很大一部分的金属可以从成矿流体的砂岩(2)粮食的数量的金属涂层足以形成sandstone-hosted矿体。只需要小比例的可用金属形成U, V,和存款,但可用铜仍足以形成中等大小矿体如果过程是有效的(3)铁含量之间的相关性和内容广泛的大多数微量金属确认的主要住所谷物中微量元素的涂料、矿石的液体,因此,他们的可用性
未来的研究应该探索盆地,红色砂岩有出处,包括金属浓度异常,例如,包含产品侵蚀砂岩矿化花岗岩或弧火山岩。
数据可用性
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的利益冲突
作者宣称他们没有竞争的经济利益或个人关系可能出现影响工作报告。
确认
本文受益从匿名裁判提出有建设性的评论,对此我们非常感激。砂岩地质调查的样本请了北爱尔兰,d .戟r·斯达克和l·布洛克。这项工作在一定程度上支持NERC赠款NE / M010953/1和NE / T003677/1。电子显微镜的帮助下进行了j .仍然在ACEMAC阿伯丁大学的设施。我们感谢Teledyne-CETAC激光消融系统lsx - 213的贷款和支持在测量。
补充材料
表S1:粮食成分涂料、标准差、数据认证的参考资料。(补充材料)