北疆卡鲁安Li-Be-Nb-Ta伟晶岩岩浆-热液过渡过程与晶体-熔体-流体相互作用:锆石矿物学记录

新疆卡鲁安伟晶岩型Li-Be-Nb-Ta矿床是阿尔泰造山带内重要的锂矿床之一。本文研究发现,卡鲁安富锂伟晶岩的各内部结构带,即钠长石-石英-白云母带(Ⅰ)、锂辉石-钠长石-石英带(Ⅱ)和锂云母-锂辉石-钠长石-石英带(Ⅲ)中的锆石结构和成分变化复杂,均发育三类、不同世代的锆石:Zr-P、Zr-A和Zr-O。Zr-P为原生岩浆锆石,它们具有均匀或振荡CL结构,相似的低HfO_(2)和Li、Be、Al、P、Ca、Fe、Nb、Cs、Ta含量。Zr-P_(Ⅰ)和Zr-P_(Ⅱ)的稀土元素配分模式呈左倾型,而Zr-P_(Ⅲ)的稀土配分模式呈平坦型,这与磷灰石和锰铝榴石分离结晶或熔-流体相互作用有关。Zr-A的CL结构不均匀,发育孔洞、微小富U/Th矿物包裹体,并含较高的Be、Al、P、Ca、Fe、Nb、Cs和Ta含量。Zr-A_(Ⅰ)和Zr-A_(Ⅱ)锆石显示相似的富集轻稀土、平坦式重稀土的M型稀土元素配分模式,而Zr-A_(Ⅲ)显示与Zr-P_(Ⅲ)相同的平坦型稀土配分模式。显微结构和成分差异表明,Zr-A是由原生岩浆锆石溶解-再沉淀而来,其中Zr-A_(Ⅰ)、Zr-A_(Ⅱ)锆石形成于岩浆热液过渡阶段的晶体-熔体-流体相互作用,而Zr-A_(Ⅲ)为流体交代的产物。Zr-O形成最晚,它们的CL结构均匀且强度最高,含最低UO_(2),而HfO_(2)、Li、Be、Al、P、Ca、Fe、Nb、Cs和Ta含量与原生岩浆锆石Zr-P相似,为热液成因。因此,卡鲁安富锂伟晶岩经历了岩浆、岩浆-热液过渡和热液多阶段演化,流体出溶后的晶体-熔体-流体相互作用活化早期锂辉石中的Li为伟晶岩晚期锂云母矿化(锂再富集)提供了重要物质条件。

深部流体与岩浆活动:兼论腾冲火山群的深部过程

深部流体强烈影响许多地质过程的发生和发展,然而对其行为的理解却甚少。在所有可能影响岩浆活动的因素中,流体是最重要的。流体的高度活动性及其在熔体中的溶解度随压力减小而降低,暗示岩浆系统必然是开放的动力系统,流体的丢失和获得可戏剧性地影响岩浆系统的整体行为。流体对岩浆系统的影响主要通过改变熔体的黏度来实现,也改变岩浆的平均密度,以及固相线和液相线温度。少量流体的注入即可以导致熔体黏度出现几个数量级的降低,这种戏剧性改变进而导致岩浆柱与通道壁摩擦力的快速减小,因而岩浆上升速度也可以呈现几个数量级的变化。当岩浆上升到流体相分离的深度以后,岩浆系统的行为更加不可预测。反之,流体的丢失将导致岩浆系统的行为向相反方向变化,岩浆将滞留在深部。值得注意的是,丢失到通道中的流体可以弱化上覆岩层的力学性质,改善岩浆上升的通道条件。因此,如果上升岩浆能够得到持续的深部流体补给,其补给量至少等于丢失量,岩浆必将以越来越快的速度上升。据此,岩浆系统是一种复杂性动力系统,岩浆作用是一种非线性过程。这种分析结果与流行的岩石学认识不一致,却与火山学观察和成矿学研究结果相同。腾冲火山岩中的聚斑结构暗示某些岩浆在喷发之前曾经在深部作过停留,它们曾经位于不同的深度水平上。同岩浆交代结构暗示岩浆房的活化有赖于深部流体的注入,因而火山监测过程中关注岩浆房之下的深部流体活动是必须的。将岩浆房上、下两部分的流体活动紧密结合在一起,可能是火山监测的一个新方向。

超级喷发(超级侵入)后成矿作用

本文仿照超级喷发的概念定义了超级侵入,并将超级火山对应于大型岩基。文章聚焦于这样一个科学问题:为什么大规模成矿作用发生在紧接着超级喷发和超级侵入之后?为此,首先探讨了峨嵋山地幔柱系统的活动规律。尽管少数学者对玄武质岩浆大规模喷出之前的千米级地壳隆升提出了质疑,峨嵋山火山岩系第一旋回底部玄武岩直接覆盖在喀斯特之上的新观察支持千米级隆升的认识。这表明,峨嵋山地幔柱快速上涌之初期,岩石圈子系统在相当长一段时间没有作出伸展响应,尽管局部已经发生了地壳岩石的部分熔融。因此,岩浆通道形成之后,首先喷出了巨厚层玄武岩,并且后者裹挟了部分长英质岩浆。此后,岩浆喷发的规模振荡性减小,直至消失和地表沉降。斜长石巨斑玄武岩和苦橄岩中橄榄石斑晶与基质间的不平衡表明这些晶体属于循环晶,暗示岩浆曾经在深部岩浆房滞留了相当长的时间,这将导致岩石圈受热膨胀和再次隆升以及岩浆的冻结。因此,下一阶段岩浆活动的开始要求有一个冻结岩浆房的活化机制。依据野外地质学和岩相学观察,文章详细描述了流体活化机制,并强调了提出这种机制的必要性。虽然多数作者偏好升温活化机制,流体活化机制对长英质和镁铁质岩浆成矿系统都是必需的。进而,结合地幔名义无水矿物的H2O丰度及其对岩浆产生过程的贡献,提出岩浆产量与减压速率正相关而与流体产量反相关的观点。尽管水流体可以有效降低地幔橄榄岩的固相线温度从而有可能提高岩浆产量,新生代玄武岩中橄榄岩包体依然含有未分解的角闪石和云母且名义无水矿物依然含有较多的H2O,表明快速减压条件下含水暗色矿物的分解反应和名义无水矿物的脱水作用都是低效的。将这种认识与峨嵋山地幔柱系统的振荡性运动结合在一起,结合成矿作用的基本解是成矿金属从流体中析出的认识,可以得出超大型矿床必然形成于超级喷发和超级侵入之后。攀枝花式铁矿的观察表明,两类代表性矿床都具有铁矿浆侵位发生在成矿系统演化最后阶段的特点。因此得出结论:超大型矿床的形成取决于岩浆通道向流体通道的转换。如果岩浆通道在尚未完全封闭之前被含矿流体所利用,大规模流体快速上升将产生超大型矿床。含矿流体透过残留于通道中的熔体上升,不仅冲刷通道中的残留熔体并使其聚集在火山岩系之下或侵位于其下部形成含矿小岩体,而且持续注入于小岩浆体中的含矿流体可以导致岩浆强烈分异形成层状岩体。当通道中残留熔体被消耗殆尽,沿着通道上升的只有含矿流体。这些含矿流体充填在自生长裂隙中并强烈排气,最终可形成矿浆型富矿体。考虑到通道的规模与关闭速率的关系,推测超级喷发/侵入发生时的岩浆主通道更容易转换为含矿流体通道,因而是圈定找矿靶区的首选目标。该模型似乎与观察结果相吻合,并可与岩浆成矿系统的复杂性、小岩体成大矿理论、透岩浆流体成矿理论和通道成矿假说有机地结合在一起,较合理解释了超级喷发/侵入后成矿作用的地球动力学背景和成矿过程。由于长英质和镁铁质岩浆系统中均可见岩基,我们建议将这类成矿作用统称为岩基后成矿作用。