原创桔灯勘探12-11 20:59

摘要: 鲍文,加拿大地质学家、岩石学家、矿物化学家。鲍文根据玄武岩浆冷凝结晶过程的人工实验观察,提出了一个表示岩浆结晶过程的反应系列,后来科学界称之为“鲍文反应序列”。


鲍文,加拿大地质学家、岩石学家、矿物化学家。早在20世纪20年代,鲍文(Bowen,N.L.)根据玄武岩浆冷凝结晶过程的人工实验观察,提出了一个表示岩浆结晶过程的反应系列,后来科学界称之为“鲍文反应序列”,开始确立了他在岩石学上的国际地位。



一、鲍文反应



1、鲍文反应原理


“反应原理”就是随着岩浆温度由高到低慢慢冷凝,反应系列分两个系列。铁镁硅酸盐结晶序列(暗色矿物系列)是:橄榄石→辉石→角闪石→黑云母→石英→沸石,其成分不是渐变,结晶格架是变化的,称之为不连续反应系列;


而钙钠硅酸盐结晶序列(即斜长石系列)是:钙长石→培长石→拉长石→中长石→奥长石→钠长石,其成分是渐变的固溶体系,结晶格架未变化,叫连续反应系列。


各温度阶段产生的岩石序列则是:橄榄岩→辉长岩→玄武岩系→闪长岩→安山岩系→花岗闪长岩-流纹英岩系→花岗岩-流纹岩系。




2、鲍文反应原理的应用


(1)、可以概略表示矿物的结晶顺序,即橄榄石比辉石早析出,辉石又比角闪石、黑云母早结晶,石英则是岩浆结晶的最后产物。随着岩浆温度的下降,早析出的高温矿物可以与岩浆反应生成系列中低位的矿物,如常见的橄榄石反应生成的辉石,辉石反应生成的角闪石等;


(2)、说明了矿物的共生关系,也说明了岩浆的分异趋势,即由基性向酸性演化。由于两种反应系列存在着共结关系,当岩浆冷却到一定温度时,必定同时结晶出一种浅色矿物和一种暗色矿物。例如当岩浆降至1550℃时,析出橄榄石、斜方辉石和基性(钙、培)长石而组成超基性岩。岩浆温度降至1270℃时,单斜辉石和拉长石同时析出组成基性岩;


(3)、说明了岩浆岩和围岩捕虏体间的关系,较基性的岩浆易于熔化酸性捕虏体,而较酸性的岩浆则不易熔化较基性的捕虏体,所以自然界中较基性的暗色捕虏体最常见;


(4)、解释了岩浆岩多样性的原因。同一种岩浆可以形成不同类型的岩浆岩,玄武质岩浆经过分离结晶可以逐渐形成较酸性的岩浆。 



(5)、解释了岩浆岩中某些结构上的特征。如斜长石的正常环带结构和暗色矿物的反应边结构。



(6)、解释了正岩浆矿床,详见后。




二、岩浆结晶分异作用



结晶分异作用的原理:是鲍文反应序列。


结晶分异作用:指在岩浆冷凝过程中矿物按其结晶温度的高低先后同岩浆发生分离的现象,从而使残余岩浆成分发生变化的作用。通俗地讲,结晶分异作用就是一种成分的岩浆按照矿物熔点的高低可依次结晶出不同成分的矿物,并依次形成不同种类的岩石。


当岩浆缓慢冷却时,熔点高、比重大的矿物首先晶出。其中一部分晶体因为比重大而沉入岩浆底部,或因其它原因从岩浆中分离出来,聚焦成为熔点较高的岩石。另一部分未能沉入底部或从岩浆中分离出来,则同剩余岩浆发生反应,岩浆的成分因而发生部分变化。当岩浆继续冷却到适当温度时,又有相应熔点的矿物结晶并分离出来,形成熔点较低的岩石,类似的作用多次发生,从而完成结晶分异作用。


结晶分异作用的方式流动分异、重力分异、扩散分异、气体搬运分异


玄武岩浆的结晶分异作用模式一般称为鲍文反应原理,即随着岩浆温度的降低,橄榄石首先结晶,并由于它比重大而沉落于岩浆体底部形成橄榄岩;继而辉石—基性斜长石同时结晶并沉落于橄榄岩“层”之上形成辉长岩;角闪石—中性斜长石同时析出构成闪长岩;而岩浆中越来越富SiO2、K2O、Na2O及挥发性组分,并慢慢地被已晶出的矿物“层”挤到岩浆体的顶部最后结晶出石英—钾长石—酸性斜长石组合,即花岗岩。


因为在这一分异过程中在矿物晶出后因其比重不同受重力作用而分别沉落、堆积,故又称“重力结晶分异作用”。用这种理论能够较圆满地解释层状超基性—基性侵入岩杂岩体,并建立堆积岩理论。


在有关层状侵入体的矿床研究中,这种理论也得到了验证,并起到了指导找矿的作用,对于层状超基性—基性岩的成因解释基本上得到了承认。但用玄武岩浆的分异作用解释多数或全部岩浆岩的成因,尚有值得进一步研究的地方。




三、正岩浆矿床




1、相关概念


正岩浆矿床包括结晶分异(分凝、分结)作用形成的早期岩浆矿床,岩浆熔离作用形成的熔离矿床和残余熔融作用形成的晚期岩浆矿床。


岩浆矿床形成的时间,主要在岩浆阶段。矿床的物质来源主要是含矿的岩浆。

在岩浆矿床中,与来自上地幔的基性—超基性岩浆有成因联系的矿床。


主要矿产有:铬铁矿,钒钛磁铁矿,铜镍硫化物和铂族金属等。重要还有与碱性岩浆有成因联系的稀土式矿床。


2、矿床特点


(1)、成矿作用往往和成岩作用同时进行,即岩浆矿床的形成过程和母岩体的冷凝结晶过程,在时间上大体相同。少数岩浆矿床的成矿作用,虽可延续到较晚的时间,但大体上不超出总的岩浆活动时期。


(2)、矿体一般产在岩浆岩母体内,且有时岩体本身就是矿体,有时矿体是岩体内成矿物质特别富集的那一部分。少数情况下,矿体可离开母岩,进入邻近的围岩中。


(3)、矿体与母岩成渐变过渡或迅速过渡关系。浸染状矿体与母岩一般成渐变过渡关系;贯入式矿体则常与母岩间具有清新、明显的界线,成迅速过渡关系。


(4)、矿石的矿物成分与母岩造岩矿物成分基本相同,在矿石中仅有用组分相对富集。


(5)、由于成矿作用是在岩浆熔融体冷凝过程中的不同阶段发生的,因此,多数岩浆矿床的成太温度均为较高,一般在1500-1700度之间。但某些硫化物岩浆矿床的形成温度可低达650度,甚至300度。矿床形成的深度多在地下几公里至几十公里。


(6)、岩浆矿床在成因上与超基性岩、基性岩和部分碱性岩有联系,它们的物质组分主要来源于上地幔。


3、成矿作用


镁铁质、超镁铁质岩浆活动有关的成矿元素位于元素周期表的中部,介于亲氧元素和亲硫元素之间,有较强的形成金属键能力,可以形成多种自然金属和金属互化物。


(1)、结晶分异成矿作用


岩浆冷凝时,随着温度的逐渐下降,各种矿物依次从中晶出,导致岩浆成分不断改变,岩浆成分的改变又促使某些组分的结晶,这种随结晶作用岩浆成分发生改变的过程称之为结晶分异作用 。由岩浆结晶分异作用形成的矿床称为岩浆分结矿床,如铬铁矿床。


(2)、岩浆熔离成矿作用


岩浆熔离作用亦称液态分离作用或不混溶作用,是指成分均匀的岩浆熔融体随着温度和压力的降低,分离成22种成分不同的熔融体的作用。

熔离作用初期,金属硫化物呈微滴状悬浮在硅酸盐熔体中,随着岩浆的进一步熔离逐渐汇合、变大,并由于其比重较大而逐渐下沉,在岩浆槽的底部形成熔融的金属硫化物层,于是均一的岩浆熔体就分离成硅酸盐熔体和金属硫化物熔体两部分。随着温度继续下降,两种熔体先后结晶。金属硫化物的结晶温度较低,它们在硅酸盐完全结晶后,形成了岩浆熔离矿床,如铜镍硫矿床。


(3)、岩浆爆发成矿作用


岩浆爆发成矿作用是指金伯利岩岩浆,连同早期晶出的橄榄石、镁铝榴石、金刚石晶体及捕虏体一起,迅速地沿深断裂上升,侵位于地表22~~33公里处产生爆发并形成矿床的作用。多数原生金刚石矿床就是通过这种作用形成的。


金伯利岩岩浆在地下深处首先开始晶出橄榄石和少量镁铝榴石和金刚石等,沿深断裂向上迁移时,若和碳质围岩发生混染,还可使金刚石晶体生长。


岩浆上升至近地表22~~33km处时,由于温度下降和挥发组份的大量析出而使内压增大,当上覆围岩无力阻挡岩浆上冲时,岩浆便发生猛烈爆发作用。此时,岩浆和挥发性组份携带已结晶的金刚石、橄榄石和围岩捕虏体等形成爆破岩筒。金刚石矿床就是通过多次爆发作用使金刚石被携带和富集于爆破岩筒或裂隙的某一部位中形成的。


4、岩浆岩条件


岩浆岩成矿专属性:岩浆岩与内生矿床间在成因上表现出规律的联系,一定类型的岩浆岩经常产生有一定类型的矿床。


(1)、与镁铁质侵入岩有关


Ⅰ.超镁铁质岩体:由纯橄榄岩、斜方辉橄岩、单斜辉橄岩和辉岩等组成。铬铁矿矿床多与此类岩体有关。

Ⅱ.超镁铁质--镁铁质杂岩体:这类杂岩体常成岩盘、岩床或似层状岩体产出。著名的南非(阿扎尼亚)布什维尔德镁铁质--超镁铁质杂岩便具有这些特征

Ⅲ.镁铁质岩体:有辉长岩--苏长岩、辉长岩--斜长岩和单独的斜长岩侵入体三类组合,前者与铜镍矿床有关,后两种组合主要形成钒钛磁铁矿矿床。在一定程度上,此种专属性以成矿岩体岩石的Mgo含量和镁铁比值(F/MF/M)表现极为清晰。


(2)、与碱性杂岩体有关


正长岩、霞石正长岩和碳酸岩杂岩体有关。


(3)、岩浆中挥发性组分作用


岩浆中挥发性组分的种类和数量对岩浆的结晶分异及成矿组分的运移、富集也有一定影响,因而也称为矿化剂。


在岩浆分异的早期,挥发性组分的作用不显著,但随着岩浆冷却结晶,矿化剂在岩浆中的含量相对增加,其作用也逐渐重要起来。


(4)、岩浆同化作用的影响

岩浆在其形成和向上运移过程中,往往会熔化或溶解一些外来物质(如围岩碎块),从而使岩浆成分发生改变的作用,即同化作用。


在岩浆侵位过程中,对围岩的同化作用在一定程度上影响岩浆的成分,也影响着其中的成矿组分的分异和聚集能力。


一般认为,在地壳活动强烈地区,岩浆与被同化围岩成分差别越大、侵入体的规模越大、侵位越深、成分越酸性、挥发分越多以及围岩破碎程度越高时,同化作用愈强烈而完全。


(5)、多期次侵入作用的控制

大量的资料表明,含矿岩体往往具有如下特征:


Ⅰ.从区域上看,它们常常是同一构造运动形成的岩浆岩带中的较晚期产物

Ⅱ.从一个矿区看,矿化主要与复式岩体的晚期岩相关系密切,复式岩体和岩浆多次侵入对成矿作用的控制在铬铁矿矿床、铜镍硫化物矿床和钒钛磁铁矿矿床中都有明显的表现,其对形成规模大、质量好的矿床具有很大的意义。


5、大地构造条件



地壳中不同构造单元的结合带以及同一构造单元中次级构造单元的交接处,常常是深大断裂的所在部位,它们常控制着镁铁质、超镁铁质岩浆岩及其中的岩浆矿床的空间分布。



四、矿床实例



1、钒钛磁铁矿术



(1)、概况:攀枝花式钒钛磁铁矿床,系产于康滇前震旦系基底之上的海西期岩浆熔离与结晶分异型钒钛磁铁矿床,最新勘探工作表明:此钒钛磁铁矿带向东已越过普雄河-普渡河深大断裂带的会理-会东地区。  



(2)、矿体特征:攀枝花含矿辉长岩体(务本-攀枝花岩盆状岩体的东南部分),出露面积约30km2,走向北东30°,倾向北西,倾角50-60°,长35km,宽2km,厚达2000m,与上震旦统灯影组白云岩呈侵入整合接触,与上三叠统红层与含煤岩系呈断层接触。辉长岩体呈层状构造,岩浆分异完全,浅色岩石与暗色岩石交替成原生层状构造,其产状与岩体及围岩产状一致。



(3)、矿床成因:攀枝花式钒钛磁铁矿系基性岩浆熔离与结晶分异作用形成的。因成岩成矿后受构造作用的影响,可表现出动力变质改造特征。



2、铜镍硫矿床


金川铜镍矿床岩体有明显的膨缩和分支现象,凹槽部分有一定的控矿作用。岩体属橄榄岩杂岩体,具有对称分异特征,岩相沿走向呈带状分布,横剖面呈同心带状。岩体普遍遭受蛇纹石化、绿泥石化、透闪石化,局部有碳酸盐化。岩体Mg/Fe=2.7~5.9,属铁质超基性岩。


工业矿体约数百个,按成矿作用分为熔离矿体、深部熔离贯入矿体及围岩中的接触交代型矿体。矿体多呈似层状、透镜状、脉状和筒状等。矿石中金属硫化物以磁黄铁矿、镍黄铁矿、黄铁矿、紫硫镍铁矿、黄铜矿为主,次为方黄铜矿、四方硫铁矿、墨铜矿(valleriite,Cu2Fe4S7)、白铁矿和针镍矿等。


矿石构造有浸染状、致密块状和网脉状。结构以海绵陨铁状为主。含镍0.55%~5.29%、平均1.07%,铜0.33%~1.32%、平均0.67%。伴生有益组分有铂、钯、锇、铱、钌、铑、钴、硒、碲、金、银和硫等。已探明镍金属储量和资源量500多万吨,铜300多万吨。矿床成因为熔离、深部熔离—贯入作用及接触交代作用等。


金川岩体纵剖面示意图(据解广轰等1998)

A.金川岩体纵剖面示意图; B. 24号矿体24线纵剖面图; C. 1号矿体14线纵剖面图D. 2号矿体34线纵剖面图; E.2号矿体56线纵剖面图. 1—第四系;2—变质岩系;3—橄榄辉石岩;4—斜长二辉橄榄岩;5—二辉橄榄岩;6—纯橄榄岩;7—浸染状矿石;8—海绵陨铁状矿石;9—地质界线;10—岩相界线;11—断层及编号;12—矿体编号


来源:刘先生的地质的博客

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