镁铁-超镁铁岩的全岩和单矿物钴镍分布特征及其成矿指示

本文对不同成因类型的镁铁-超镁铁岩石中全岩及主要造岩矿物中Co、Ni元素分布特征进行了总结,并探讨了不同类型地幔源区及其矿物元素含量差异对Co-Ni成矿的控制作用。结果表明,科马提岩的全岩Co(15×10^(-6)~250×10^(-6))、Ni(28×10^(-6)~5045×10^(-6))含量均高于苦橄岩(Co=11×10^(-6)~177×10^(-6)、Ni=29.9×10^(-6)~2069×10^(-6))和玄武岩(Co=1.1×10^(-6)~300×10^(-6)、Ni=0.5×10^(-6)~2837×10^(-6)),表明地幔高程度部分熔融形成的熔体更加富集Co和Ni。地幔橄榄岩捕掳体的全岩Co(21×10^(-6)~220×10^(-6))和Ni(2.1×10^(-6)~4060×10^(-6))含量均显著高于辉石岩捕掳体(Co=7×10^(-6)~131×10^(-6)、Ni=4.58×10^(-6)~2311×10^(-6)),表明部分熔融过程中橄榄岩地幔源区相较于辉石岩地幔源区更容易形成富Co、Ni的玄武质岩浆。矿物学特征方面,地幔捕掳体中橄榄石的Co、Ni含量分别为41×10^(-6)~437×10^(-6)和148×10^(-6)~8970×10^(-6),尖晶石的Co、Ni含量分别为141×10^(-6)~745×10^(-6)和282×10^(-6)~9587×10^(-6),均高于共生的斜方辉石(Co=10×10^(-6)~364×10^(-6)、Ni=5.02×10^(-6)~4439×10^(-6))、单斜辉石(Co=4.09×10^(-6)~385×10^(-6)、Ni=11.1×10^(-6)~5931×10^(-6))和石榴子石(Co=0.47×10^(-6)~205×10^(-6)、Ni=0.09×10^(-6)~644×10^(-6))。同时,橄榄石和尖晶石的Co含量与其Ni/Co比值呈较好的负相关关系,而斜方辉石和单斜辉石的Co含量与其Ni/Co比值无明显相关性。这些特征表明部分熔融过程中尖晶石相地幔比石榴石相地幔更容易形成富Co、Ni的熔体。侵入岩中主要造岩矿物具有与地幔捕掳体中各矿物相一致的Co、Ni含量变化特征。这表明地幔部分熔融或岩浆结晶分异过程中,橄榄石和尖晶石是控制岩浆中Co、Ni含量的主要矿物相,并且可能造成岩浆中Co-Ni解耦,而斜方辉石和单斜辉石的熔融或结晶过程中Co-Ni倾向于共生。此外,蛇绿岩作为风化壳型镍矿床的成矿母岩,其橄榄岩和铬铁岩中尖晶石和橄榄石具有较高的Co和Ni元素含量,橄榄石的Ni(1280×10^(-6)~5789×10^(-6))含量明显高于尖晶石(229×10^(-6)~2616×10^(-6)),而其Co(41.2×10^(-6)~193×10^(-6))含量则明显低于尖晶石(176×10^(-6)~781×10^(-6)),表明风化过程中富集橄榄石的岩石更容易形成富Ni的风化壳型矿床,而富集尖晶石的岩石更容易贡献于风化壳型镍矿床中的Co矿化。

我国钴镍矿床的成矿规律、科学问题、勘查技术瓶颈与研究展望

钴镍矿床主要有四类:岩浆型、红土型、沉积岩-变沉积岩容矿型和热液型。本文提出“纽带矿床”的概念,是指兼具多种不同类型或不同成矿元素组合的矿床,是不同矿床类型之间连接以及与成矿理论连接的结合点,也是成矿模型与找矿模型之间的纽带。从金属共生关系的角度看,镍矿普遍伴生钴,但钴矿未必有镍;从元素地球化学的角度看,钴和镍在深部岩浆过程多共生,而在浅表热液、风化和沉积等过程多分离。据此提出钴镍成矿的关键科学问题为钴镍共生、分离和富集机理,主要包括:(1)岩浆-热液过程中的钴镍分离与富集机理;(2)风化-沉积过程中的钴镍共生-分离-富集机理。通过对四种类型典型矿床和纽带矿床的解剖,结合实验岩石学及数值模拟计算与钴镍赋存状态及富集规律的研究,有助于建立完整的钴镍成矿理论体系。同时,从更大尺度上来看,钴镍成矿和重大地质事件具有一定的耦合关系,镁铁-超镁铁岩体的成矿差异与构造背景息息相关,而热液改造在钴超常富集方面可能起到至关重要的作用。钴镍矿床赋矿地质体产状复杂多变,含矿岩体与围岩之间物性相似,钴-镍赋存状态多样,迫切要求解决钴镍矿床勘查的关键技术问题为多元多尺度勘查技术体系与含矿性评价,主要包括:(1)碳质层干扰下有效信号辨别提取技术;(2)小岩体和陡倾斜矿体的精细识别技术;(3)多元信息匹配关联与含矿性评价技术。我国钴镍资源分布特点和成矿特色要求在高效勘查技术体系的研发和集成时应优先考虑岩浆型钴镍矿,而沉积岩-变沉积岩容矿型和热液型钴镍矿床的找矿工作应借鉴同成因矿床或主矿种矿床的勘查方法。

钴镍成矿规律与勘查技术研究进展:前言

钴和镍为我国紧缺战略矿产资源,消耗量位居世界第一,对外依存度分别达95%和85%。我国现有钴矿规模小,类型多,赋存状态不清,成矿过程复杂,富集机理不明,针对性勘查技术缺失,亟待开展成矿规律研究,查明有效示矿信息与找矿标志,建立高效勘查技术体系,提升钴镍资源保障能力。本专辑以国家重点研发计划项目“钴镍成矿规律与高效勘查技术示范研究”为依托,收录的17篇学术论文对我国主要的钴镍矿床类型进行了梳理.

高温岩浆过程中的钴镍解耦机制及其成矿指示

钴(Co)和镍(Ni)具有相似的地球化学行为,在自然界多协同变化,然而在某些地质过程(尤其是成矿作用)中二者可发生解耦现象,解耦机制尚不清楚。本文对不同成因类型的镁铁-超镁铁岩石样品开展了主要造岩矿物中Co、Ni元素分布特征和迁移行为的研究。地幔橄榄石的Ni(2500×10^(-6)~3400×10^(-6))和Co(110×10^(-6)~160×10^(-6))含量均高于原始地幔,其Ni含量与Fo值无明显相关性,而Co含量与Fo及Ni/Co比值呈较好的负相关关系。这表明部分熔融并不造成橄榄石中Ni含量的系统变化,但可控制Co含量和改变Ni/Co比值,其原因主要与两种元素在橄榄石中的相容性差异有关。熔-岩反应可引起矿物间及矿物内显著的Co-Ni解耦,但机制有所差异:在与玄武质熔体反应的过程中,橄榄石以吸收Co、丢失Ni为主,同时受到共结矿物尖晶石的影响;与碳酸盐熔体反应的过程中,橄榄石以丢失Co而Ni基本不变为特征。在幔源玄武质岩浆底侵麻粒岩相下地壳时,辉石中Co、Ni元素的迁移受控于浓度梯度和硫化物结晶,而Co的局部富集为地壳深熔形成富Co熔体提供了重要物质基础。镁铁-超镁铁质岩浆分异演化过程中,铬铁矿分离结晶、硫化物熔离均可造成岩石和/或矿物尺度的Co、Ni解耦。同时,铬铁矿聚集沉淀及硫化物熔体固结过程中释放的富水流体将大大促进亚固相状态下的元素交换效率,尤其加强Co的活动性,从而引起橄榄石甚至铬铁矿的Co、Ni负相关。对比研究发现,成矿与不成矿岩体以及含矿与不含矿岩石中矿物的Co、Ni含量变化趋势明显不同或截然相反,为识别岩体成矿潜力和指导找矿提供了依据。

地质样品中钴、镍的分析进展

早在20世纪初期,化学家就开展了比色法分析钴、镍的研究工作。由于比色法灵敏度不高且操作繁琐,人们开始追求更高效的固体样品消解方法、更简便的操作以及更高灵敏度和高精度的分析技术。在样品分解方面,逐渐发展出了酸溶和碱熔两套样品分解体系;在仪器分析方面,则发展出了原子吸收光谱法、等离子体光谱法、X射线荧光光谱法、等离子体质谱法等更加高效简洁的仪器分析技术。随着地质科学的发展,电子探针和激光剥蚀电感耦合等离子体质谱微区原位分析技术,以及多接收等离子体质谱镍同位素分析技术也逐渐发展起来。在元素分析方面,原子吸收光谱法、等离子体光/质谱法一般需要经过酸或者碱将样品分解为溶液状态,前处理流程较为繁琐;而X射线荧光光谱法采用熔片或者压片进行样品制备,前处理方法简单高效,更加受到青睐。在同位素分析方面,镍同位素逐渐应用到钴镍矿床研究中,近年有望通过典型矿床剖析明确多种成矿过程镍同位素的行为与分馏机制,如岩浆演化、热液蚀变、风化等。镍同位素的分离技术难度较高,因此,创新镍同位素的分离过程和测试方法,并建立更加简便的分析流程是未来发展的重点方向。在微区分析方面,激光剥蚀-电感耦合等离子体质谱比电子探针的样品制备简单、分析速度快、成本低,更有发展潜力。本文总结了近百年来地质样品钴、镍分析方法的演变与突破,对比了各类方法的优缺点,展望了地质样品钴、镍分析方法的发展前景。

Co-Ni在镁铁-超镁铁层状岩体中的分布特征及对岩浆成矿的指示:以Stillwater岩体为例

美国Stillwater岩体是全球典型的大型层状岩体之一,由底部基底岩系、超镁铁岩系和条带状岩系组成。本文分析了该岩体不同岩石类型中橄榄石、辉石、铬铁矿及全岩的镍(Ni)、钴(Co)含量变化并揭示其控制因素。在超镁铁岩系内,橄榄石的Ni、Co含量分别为2070×10^(-6)~3019×10^(-6)和105×10^(-6)~205×10^(-6),铬铁矿的Ni、Co含量分别为434×10^(-6)~1843×10^(-6)和221×10^(-6)~737×10^(-6),均高于共生的斜方辉石(Ni:464×10^(-6)~678×10^(-6);Co:31×10^(-6)~95×10^(-6))及单斜辉石(Ni:237×10^(-6)~378×10^(-6);Co:15×10^(-6)~45×10^(-6))。从岩体剖面上来看,最底层岩性旋回由于尚未发生铬铁矿的堆晶,橄榄石具有较高的Co含量(173×10^(-6)~193×10^(-6)),而相应G-H岩性旋回中铬铁岩所含橄榄石的Co含量由于铬铁矿的堆晶而明显降低(125×10^(-6)~141×10^(-6))。橄榄石的大规模结晶导致最底层岩性旋回层中的铬铁矿Ni含量(434×10^(-6)~558×10^(-6))明显低于其它含铬铁岩的岩性旋回层(B岩性旋回层:700×10^(-6)~1843×10^(-6);G-H岩性旋回层:641×10^(-6)~1206×10^(-6);J-K岩性旋回层:1046×10^(-6)~1135×10^(-6))。此外,橄榄石及铬铁矿二者的矿物比例与超镁铁岩带全岩的Co/Ni含量比值具有明显的负相关性,表明这两种矿物对熔体中Ni、Co元素的控制作用。在条带状岩系中,由于橄榄岩及铬铁矿仅在局部出现而未发生大规模堆晶作用,斜方辉石(Ni:375×10^(-6)~652×10^(-6);Co:101×10^(-6)~112×10^(-6))与单斜辉石(Ni:278×10^(-6)~384×10^(-6);Co:41×10^(-6)~56×10^(-6))的Ni、Co含量与下部岩系相比均略有增加,但全岩的Ni、Co含量(Ni:88×10^(-6)~947×10^(-6);Co:21×10^(-6)~53×10^(-6))相比于超镁铁岩系的Ni、Co含量(Ni:698×10^(-6)~1755×10^(-6);Co:99×10^(-6)~207×10^(-6))明显降低,暗示橄榄石及铬铁矿在超镁铁岩系的大规模结晶已经导致了熔体的Ni、Co亏损,从而无法发生大规模的Ni-Co硫化物矿化。而硫化物的缺失使得铂族元素(PGE)更多由铬铁矿结晶所释放出的流体汇聚并向上迁移,最终被岩体的下、中部条带状岩系中橄榄岩亚带OB-I和OB-V内饱和熔离的硫化物所捕获,形成世界级的J-M Reef和Picket Pin PGE矿化层。

板片俯冲过程中Co、Ni的分布及迁移特征——以西南天山为例

在板片俯冲过程中,基性洋壳、下伏蛇纹石化岩石圈地幔和覆盖在俯冲洋壳上的大洋沉积物在不同深度会依次发生板片脱水作用和沉积物熔融,形成的俯冲带熔/流体可携带某些元素交代地幔楔,进而通过弧岩浆作用返回地壳。同时,俯冲板片内不同组分之间也会发生化学成分的迁移和交换,并最终进入深部地幔,造成地幔不均一性和不同程度壳幔相互作用。本文报道了我国西南天山典型高压-超高压变质带中蛇纹岩、辉石岩、绿片岩、蓝片岩和榴辉岩内各矿物相的主量元素及Cu、Co、Ni含量数据。结果表明,除辉石岩中透辉石的Cu含量较高(1.26×10^(-6)~76.9×10^(-6))外,其它硅酸盐矿物的Cu含量均在1.0×10^(-6)~10.0×10^(-6)左右;而Co和Ni在不同岩性及不同矿物之间显示较大的含量差异:蛇纹岩中蛇纹石的Co和Ni含量分别为22.6×10^(-6)~49.6×10^(-6)和482×10^(-6)~1097×10^(-6),榴辉岩中绿辉石的Co和Ni含量分别为6.0×10^(-6)~66.2×10^(-6)和21.6×10^(-6)~506×10^(-6),辉石岩中透辉石的Co和Ni含量分别为20.8×10^(-6)~289×10^(-6)和69.5×10^(-6)~351×10^(-6),蓝片岩中蓝闪石的Co和Ni含量分别为9.0×10^(-6)~94.3×10^(-6)和75.5×10^(-6)~495×10^(-6)。绿片岩、蓝片岩和榴辉岩中均含石榴子石,Co、Ni含量变化范围分别为1.2×10^(-6)~134×10^(-6)和7.7×10^(-6)~26.9×10^(-6)。相较于绿片岩,蓝片岩和榴辉岩中石榴子石的Co、Ni含量较高。矿物成分剖面分析表明,蓝片岩和榴辉岩的石榴子石中由核至边Co含量明显增加,而Ni含量无太大变化。这些矿物中Cu、Co和Ni的分布特征揭示,随着板片持续俯冲深度的增加,变质作用程度从绿片岩至榴辉岩,硅酸盐矿物中Cu含量几乎不发生变化,而Co和Ni的含量显示升高的趋势,这可能与蛇纹岩和辉石岩的参与程度有关,也显示Co具有较强的熔流体活动性和可迁移性。三种元素的迁移特征和变化规律表明俯冲板片对产于俯冲带的富Cu矿床中金属Cu的贡献可能主要来自于其中的硫化物而非硅酸盐矿物,残余板片中硅酸盐矿物的熔融可能对俯冲结束后形成的岩浆Cu-Ni硫化物矿床提供Ni和Co元素的贡献。结合西南天山高压-超高压变质带所揭示的俯冲熔/流体的还原性特征,上述推论可为解释中亚造山带南缘古生代斑岩铜矿,尤其是还原性斑岩铜矿的发现,并对岩浆铜镍硫化物矿床的时空分布和成矿特征提供重要制约。

金川岩浆铜镍硫化物矿床中的镍钴分布规律及其控制因素

幔源岩浆形成与演化过程中镍(Ni)、钴(Co)具有相似的地球化学行为。金川岩浆铜镍硫化物矿床以Ni、铜(Cu)为主要矿种,Co为伴生,Ni、Co在金川矿床中的空间分布规律同步变化,然而其Ni/Co比值(36.7)远高于地幔值(18.2)。这表明在金川矿床形成过程中Ni-Co发生了共生分离,但Ni-Co分布特征尚不清楚、其控制因素尚不明确。本文对该矿床中主要矿石矿物的Ni、Co含量及分布进行了系统总结,并与脉石矿物进行对比。结果表明矿石矿物镍黄铁矿是最重要的含Ni、Co矿物相,其Ni、Co含量均远高于磁黄铁矿、黄铜矿及脉石矿物。对于脉石矿物,Ni在橄榄石、磁铁矿、铬铁矿内的含量依次降低,在斜方辉石与单斜辉石中含量最低。Co则在铬铁矿、橄榄石内含量依次降低,在斜方辉石、单斜辉石、磁铁矿中含量最低。在硫化物熔离过程中,Ni在硫化物熔体内相容性更强,更加倾向于进入硫化物熔体,使Ni显著富集于硫化物熔体内,而Co则相对富集于硅酸盐熔体内,由此导致Ni-Co解耦。硫化物冷却结晶过程中,Ni、Co倾向于进入最早结晶的单硫化物固溶体(MSS),并在随后分解作用中集中进入镍黄铁矿内,使镍黄铁矿成为金川矿床中最重要的含Ni-Co矿物相,并使Ni、Co在金川矿床中具有相似的空间分布规律。在硅酸盐熔体结晶分异过程中,Ni在橄榄石中的相容性最强,Co在铬铁矿中相容性最强,因此Ni倾向于进入橄榄石,而Co倾向于进入铬铁矿,由此导致Ni-Co发生解耦。硫化物熔离、橄榄石堆晶均会造成残余熔体Ni亏损程度高于Co,且Ni在斜方辉石与单斜辉石中相容性高于Co将导致残余熔体随冷却结晶Ni/Co比值逐渐降低,因此在粒间硅酸盐矿物结晶过程中Ni、Co倾向于共生。脉石矿物亚固相下与硫化物熔体反应对于Ni-Co共生分离的影响则与结晶作用完全相反。镍黄铁矿和磁黄铁矿出溶于硫化物矿浆结晶早期形成的MSS,在不同岩/矿石类型内Ni、Co含量同步变化,表明镍黄铁矿和磁黄铁矿成分可以用来指示岩浆铜镍硫化物矿床成矿过程中硫化物熔体成分的演变。

铬同位素体系及其在铬铁矿成矿过程中的应用

近年来铬(Cr)同位素体系在示踪地幔部分熔融、岩浆结晶分异及俯冲带流体相关的地质过程中均取得了重要进展。本文通过实例研究综述了Cr同位素在铬铁矿成矿作用方向的主要进展,包括:(1)Stillwater层状岩体橄榄岩带和Kizildag蛇绿岩壳幔过渡带内铬铁矿及共生硅酸盐矿物的Cr同位素研究,揭示了层状/似层状铬铁矿成矿过程中可能发生明显的Cr同位素分馏,且主要受结晶分异和岩浆补给过程控制;(2)Kizildag蛇绿岩豆荚状铬铁矿床的Cr同位素研究,证明了俯冲带地幔橄榄岩中尖晶石的部分熔融,可能是豆荚状铬铁矿床主要的成矿物质来源之一,同时俯冲带流体也可能直接参与成矿;(3)层状岩体及蛇绿岩中普遍存在矿物间的Cr同位素不平衡分馏现象,不仅可用以记录岩浆作用的冷却时间,同时也证明了铬铁矿成矿过程中释放的流体对矿物间的元素交换具有明显促进作用。

新疆北山地区红石山镁铁-超镁铁岩体的岩石矿物学特征:对同化混染和结晶分异过程的启示

结晶分异和同化混染是侵入岩体形成过程中控制岩相成分和分异程度的主导因素.探讨这两个因素在岩浆演化过程中的作用阶段及对矿物成分变化的影响对揭示岩体成因和成矿具有重要意义.新疆北山地区的红石山镁铁-超镁铁岩体钻孔剖面上岩相和各种矿物含量的渐变特征反映了岩浆演化的结晶分异过程.长石中Si、Na、Al、Ca和单斜辉石中Si、Al、Ti、Ca、Mg的系统变化揭示不同程度的同化混染作用.橄榄石和尖晶石对同化混染作用的反应较为迟缓,但其Fo、Ni和Cr#、Ti对新鲜岩浆注入较为敏感.这些矿物化学对岩浆演化过程的推断与全岩成分变化的指示相一致.因此,矿物化学在研究岩浆演化方面将会发挥重要作用.

新疆北山地区坡十镁铁-超镁铁岩体的岩石学特征及其对成矿作用的指示

新疆北山地区的坡十镁铁-超镁铁岩体在钻孔剖面上主要由辉长岩、纯橄岩和二辉橄榄岩组成,各岩相在矿物含量上具有渐变过渡的关系,主要组成矿物橄榄石、单斜辉石和尖晶石的化学成分显示系统的变化,而底部的二辉橄榄岩中的矿物成分具有"边缘反转"现象。这些特征表明坡十岩体的形成主要受结晶分异作用控制,亦有明显的壳源混染痕迹。以反应边形式出现在辉石边部的角闪石的出现,尖晶石的分解现象,以及角闪石和金云母化学成分剖面上的系统变化揭示该岩体经历了堆晶后自上而下程度减弱的蚀变反应。在早期结晶的矿物相(橄榄石和尖晶石)中发现有硫化物颗粒或细脉产出,表明在岩浆演化的早期阶段确实发生了硫化物熔离的现象。硫化物总与含水矿物(金云母)或蚀变矿物(角闪石和蛇纹石)相伴生的特点显示铜镍硫化物的形成和沉淀不仅与壳源混染有关,而且也与堆晶后的蚀变反应密切相关。

松潘-甘孜地块三叠系砂岩的地球化学特征及其意义

松潘-甘孜地块位居中国西南部,北邻华北地块,西与青藏高原毗邻,东南缘与扬子地块相连。该区出露的巨厚层砂岩SiO_2含量变化范围大为48．64%～71．77%,稳定元素(Al_2O_3,Fe_2O_3,MnO)与不稳定元素(MgO,K_2O,Na_2O)基本持平,CIW值较低;La/Co值集中于3．0～4．5,Th/Co集中于1．0～1．5,La/Th值集中于2．7～3．1,Th/U值均大于4．0,轻稀土元素含量大于重稀土元素含量,具Eu负异常,稀土元素分布形态与上地壳一致;锆石的U-Pb年龄集中分布于1500～1900Ma、700～900Ma、200～400Ma,与扬子地块、南秦岭的岩浆活动相一致。分析表明松潘-甘孜地块具有稳定的物源区,主要以扬子地块为主;其碎屑母岩应主要源自上地壳,以长英质成分为主。松潘-甘孜地块在三叠纪时期处于大陆岛弧环境,周边地区基本处于稳定状态,没有大规模构造运动和岩浆活动,扬子地块向华北地块的俯冲明显减弱或可能已经停止,秦岭造山运动基本已经完成。

新疆北山地区旋窝岭镁铁-超镁铁岩体的年代学、岩石矿物学和地球化学研究

新疆北山地区的旋窝岭岩体侵位于下石炭统红柳园组变质砂岩中,辉长岩的锆石SIMSU-Pb定年结果为260.7±2.0Ma,晚于区域上其它岩体的成岩年龄。该岩体由橄榄岩、橄长岩、橄榄辉长岩和辉长岩组成,岩石较新鲜,具有典型的包橄结构和辉长结构,各岩性中均可见斜长石,而斜方辉石仅在辉长岩中出现。橄榄石的Fo值在80～85之间,NiO含量介于0.1%～0.2%之间;单斜辉石主要为普通辉石和透辉石,斜方辉石为古铜辉石。这些镁铁质矿物和斜长石成分与全岩的地球化学特征具有很好的相关性,说明该岩体母岩浆的演化过程主要受控于结晶分异作用。全岩的MgO含量在9.5%～21.8%之间,具有平坦的稀土配分型式和正Eu异常以及微量元素Nb、Zr、Hf的负异常等。因此,旋窝岭岩体可能是在北山裂谷形成过程中由于岩石圈地幔高程度部分熔融形成的高镁玄武质岩浆分异演化的产物,具有一定的铜镍硫化物矿床的成矿潜力。

中国东部及西秦岭地区新生代岩石圈地幔中的相转变带及其温压条件

五相(橄榄石+斜方辉石+单斜辉石+石榴石+尖晶石)共存的地幔橄榄岩捕虏体是来自岩石圈地幔相转变带的直接样品。中国东部及西秦岭地区晚第三至第四纪碱性火山岩携带的少量五相共存的地幔橄榄岩捕虏体为探讨这些地区新生代岩石圈地幔中相转变带提供了宝贵的样品。本文根据地幔橄榄岩捕虏体中石榴石和尖晶石的产出状况,将这些橄榄岩捕虏体分为三类:第一类橄榄岩中尖晶石为粒状残核,尖晶石外缘被石榴石的反应边包围。这种橄榄岩捕虏体代表尖晶石一石榴石相转变带的上限,故称为尖晶石带橄榄岩;第二类橄榄岩中尖晶石和石榴石以单颗粒零散分布为特征,二者共存但未见明显的相转变关系。这类橄榄岩多位于相转变带中部,拟称为尖晶石-石榴石过渡带橄榄岩;第三类橄榄岩中以石榴石为主,尖晶石和辉石等微晶构成石榴石反应边。这类橄榄岩代表尖晶石-石榴石相转变带的下限,故称为石榴石带橄榄岩。因此,根据不同类型橄榄岩捕虏体中矿物的组成,结合温度压力估算即可确定岩石圈地幔中相转变带的深度和厚度。本文通过对中国东部及西秦岭地区晚第三至第四纪碱性火山岩携带的尖晶石-石榴石二辉橄榄岩捕虏体的温度压力估算来进一步厘定中国东部新生代岩石圈地幔中的相转变带深度和厚度。

松潘—甘孜地块前寒武—三叠系沉积地球化学研究

松潘—甘孜地块位居中国西南部,北邻昆仑地块,西与青藏高原毗邻,东南缘与扬子板块相连,东北部与秦岭造山带相接。近年来,松潘—甘孜地块已成为地学界研究的焦点。我们对该区出露的碎屑沉积岩进行了地质、岩石学、常量元素与微量元素地球化学研究,结果表明该区在地质历史上长期处于大陆岛弧环境,其沉积物成熟度不高,其物源多为火成岩区。松潘—甘孜地块的物源区以扬子板块为主,在不同时代有不同火成岩物质的加入。

铬铁矿床母岩浆含水性的岩石矿物学探讨

为了厘清铬铁矿床母岩浆的含水性及水在铬铁矿成矿中的作用,本文从岩石矿物学角度对与铬铁矿床有关的三类岩体进行了对比。蛇绿岩和大型层状镁铁-超镁铁岩体是铬铁矿床的主要载体,而弧岩浆堆晶成因的阿拉斯加型岩体则以铬铁矿化为主,少有经济价值的铬铁矿床。前两者均缺少独立产出的含水矿物,表明为典型的贫水体系,与其铬铁矿中含水矿物包裹体和流体包裹体所推测的母岩浆富水特征相悖;贫矿的阿拉斯加型岩体产出大量的含水矿物,与其产出于富水-高氧逸度的俯冲构造背景相一致。因此,岩浆的高含水量并不是铬铁矿成矿的关键。结合实验岩石学结果,我们认为铬铁矿的结晶应与岩浆演化过程中的水饱和及流体不混溶有关,铬铁矿的表面吸附水对铬铁矿的运移富集起到了重要作用。这些表面吸附水最主要是造成了铬铁矿周边橄榄石的蛇纹石化,形成铬铁矿体的选择性蚀变,有时可以进入橄榄石甚至是铬铁矿晶格,发生矿物出溶现象,亦可与演化的熔体混合形成结晶粒间矿物(以辉石为主),也有可能被生长的铬铁矿所包裹形成包裹体。

西秦岭宕昌好梯新生代火山岩中橄榄石捕虏晶的特征及其地质意义

西秦岭宕昌好梯新生代火山岩中含有少许具有明显环带结构的橄榄石．这些橄榄石颗粒较大,且常出现裂纹或破碎现象,其中心部分的组成(Mg#为90．4—91．0；[Mg#=100 Mg/(Mg+ Fe^(2+))])与火山岩中橄榄岩捕虏体中橄榄石的组成相近,其边缘与火山岩中橄榄石斑晶的组成相近(Mg#为85．5—81．9)；而且,这些橄榄石的CaO含量小于0．1%．这些特征表明这些具有环带结构的橄榄石是捕虏晶,为地幔橄榄岩的解体矿物．橄榄石捕虏晶的环带结构是橄榄石与寄主岩浆相互作用的结果．对比已有的研究资料发现寄主岩浆很可能来源于古老的俯冲蚀变洋壳交代富集的地幔源区．这些新生代火山岩的形成可能与青藏高原的隆升密切相关．

流体在岩浆型铬铁矿和铂族元素成矿过程中的作用及意义

镁铁-超镁铁岩是揭示地幔物质组成和壳幔相互作用的重要窗口,也是Ni-Cu-PGE-Cr等金属矿产资源的重要载体。不同的镁铁-超镁铁岩体赋矿特征明显不同:蛇绿岩以产出铬铁矿床为特征,阿拉斯加型岩体主要赋含铂族元素(PGE)矿床,大型层状岩体则可同时产出铬铁矿床、PGE矿床和Cu-Ni硫化物矿床。这种成矿差异显然与赋矿岩体形成的构造背景、母岩浆经历的岩浆演化过程有关,但缺少关键控制因素的研究。前人对上述不同种类矿床的研究工作主要集中于地幔源区的部分熔融、上升过程中或岩浆房内的围岩混染和结晶分异等岩浆过程,而极少关注流体作用。近年来,实验岩石学和岩石地球化学的研究均表明幔源岩浆演化过程中的流体活动可能对成矿元素的富集迁移起到至关重要的作用,同时这些成矿元素的赋存状态和分配系数也在不断更新。厘清Cr和PGE在熔体演化——尤其是流体出溶过程中的地球化学行为,刻画并揭示其迁移富集、分离和再富集的成矿过程及控制因素,已成为当前岩浆矿床研究的热点。本文围绕富水流体与铬铁矿和PGE成矿关系的科学问题,总结了不同镁铁-超镁铁岩体的成矿差异以及铬铁矿和PGE矿床成矿过程中的流体活动记录,提出流体性质和组分对铬铁矿和PGE迁移富集的控制作用,强调有必要开展蛇绿岩、大型层状镁铁-超镁铁岩体和阿拉斯加型岩体的对比研究。

锂同位素在地幔地球化学中的应用

利用原位分析技术获得的矿物微区尺度Li同位素组成可用来揭示和示踪高温地质过程。本文通过实例研究总结了Li同位素在地幔地球化学中的应用。汉诺坝和好梯地幔捕掳体的Li同位素组成揭示其可有效识别地幔交代作用类型。通过对华北克拉通地幔捕掳体的系统总结,证实了Li同位素的地幔不均一性与多期多样的地幔交代作用有关。首次对阿拉斯加型镁铁-超镁铁岩体的Li同位素研究,发现岩浆分异过程中存在明显的Li同位素分馏,可能与岩浆的含水性、氧逸度和演化程度等因素有关。对罗布莎蛇绿岩初步的Li同位素研究表明其在蛇绿岩形成演化和铬铁矿成因方面存在较大的应用潜力。

壳源碳酸岩特征、成因及意义

自1999年Lentz David R.重新提出碳酸岩壳源成因以来,已有越来越多壳源成因碳酸岩实例的报道。本文对近二十年来发现的壳源成因碳酸岩的时空分布、产出特征、岩石矿物学特点、地球化学特征以及成因机制进行了总结,对该类碳酸岩成因研究的意义和研究方向进行了展望。壳源碳酸岩在空间上均分布于造山带内部,并以克拉通边缘的造山带为主,在特提斯造山带和中亚造山带中分布最为集中;时代上从元古代到新生代均有发育,不同时代的岩体在地球化学组成上有所差异;其围岩多为经历过高级变质的花岗片麻岩和大理岩组成的混合岩;成分上多为钙质,微量元素具较弱的轻重稀土分异,显著的Eu、Nb、Ta、Zr和Hf负异常及Pb和Sr正异常,Sr-Nd同位素组成介于球粒陨石和大陆地壳演化线之间,C-O同位素介于原生碳酸岩浆与沉积碳酸盐岩之间。这些特征在一定程度上异于克拉通内的碳酸岩,而多与造山带内的碳酸岩相似。实验岩石学工作揭示方解石和白云石在地壳深度、温度低至650℃以及有足够多水参与的情况下可发生部分熔融而形成碳酸盐岩浆,而高级区域变质作用过程中释放的变质流体或热液卤水有助于碳酸盐矿物的部分熔融。这种方式形成的碳酸岩在矿物组合及某些地球化学特征方面与其母岩大理岩、灰岩或白云岩具有相似性。因此,鉴于壳源碳酸岩规模较小且多与其母岩共存,厘定是否发生过部分熔融尚存在一定难度,其成因机制亦存在较多争议。壳源碳酸岩浆的成因机制包括中酸性侵入体引起碳酸盐岩熔融、基性岩浆高温热流引起碳酸盐岩熔融、强烈区域变质作用造成碳酸盐岩部分熔融和大理岩深熔作用。壳源成因碳酸岩的发现对以往碳酸岩成因上的疑惑给出了合理解释,亦对主流的碳酸岩幔源成因观点提出了挑战;对碳酸岩用于反演地幔演化、深部碳循环乃至板块俯冲提出了质疑,亦为探索造山过程、变质作用、地壳深熔作用及碳酸岩成矿多样性提供了重要的研究窗口。