攀枝花铁矿朱家包包矿段层状铁矿体的成因:来自矿物结构定量化分析的证据

岩浆型铁矿床是中国最重要的铁矿类型之一,攀枝花式铁矿赋存于攀枝花大型层状侵入体中,同时是峨眉山地幔柱系统的组成部分。然而此类矿床的成因问题仍未得到有效的解决。文中以攀枝花铁矿朱家包包矿段中部岩相带(MZ)为例,采用定量化结构分析的方法,结合地质学和岩相学观察结果,试图从攀枝花岩体中部岩相带辉长岩中单斜辉石的结构角度解释攀枝花式铁矿层状矿体的成因。岩相学观察可见部分样品中单斜辉石和斜长石具有明显的溶蚀结构以及角闪石、蛇纹石的增生边,被溶蚀的部分由铁钛氧化物填充,而铁钛氧化物之间发育共结结构。晶体粒度分布(CSD)显示,被溶蚀的单斜辉石较未溶蚀样品具有更陡的CSD曲线斜率,CSD曲线小颗粒处弯曲程度更大,以及更高的铁矿含量,说明溶蚀作用导致了CSD曲线变得更陡,产生了类似于粗化作用的CSD曲线。晶体空间分布(SDP)显示中部岩相带岩体上部有分选的趋势,而岩体下部则表现出挤压的趋势,说明了岩体上部保留了岩浆结晶过程中的矿物颗粒分选的趋势,而下部由于普遍的溶蚀导致了矿物粒间空隙增大,难以支撑上部的荷载,表现出挤压趋势。造岩矿物溶蚀、富水的角闪石、蛇纹石生长边以及填隙的铁钛氧化物说明有流体存在。在攀枝花岩体中段结晶晚期,富铁流体加入半固结的岩体使得造岩矿物溶蚀,而后填充于空隙,流体逃逸后铁矿物富集沉淀成矿。岩体下部具普遍的溶蚀作用,受荷载富铁流体被挤压逃逸,形成了块状的贫铁岩体;上部流体水平运移,没有受到挤压作用,流体逃逸后保留了铁矿的含量,形成了富集的层状铁矿体。这种层状矿体的成因模型类似于透岩浆流体模型。

火成岩结构的二维定量化分析方法

近些年,定量化火成岩结构研究表明,利用常规的岩矿鉴定设备,获取不同尺度的火成岩二维岩相学照片,通过肉眼识别矿物颗粒,并借助图像处理和结构分析软件,可以准确地量化火成岩的结构特征。本文结合近些年国内外同行的研究成果,对火成岩二维定量化结构分析方法中常用的多种观测方式优缺点进行了总结。粒度在毫米级以下的火成岩的定量化结构参数,可以用偏光显微镜下的透射光、反射光、阴极发光和电子探针背散射成像中的两种或两种以上观测方式进行分析,并具有较高的精度和准确度。粒度小于0.03mm的各种镁铁质矿物可用反射光和背散射图进行分析,灰度近似的镁铁质矿物可以利用图像处理软件赋予不同的彩色,提高颗粒间的辨识度。常规偏光显微镜下不易区分的长英质矿物和多数副矿物可用偏光显微镜阴极发光进行分析。粒度在毫米级以上的造岩矿物可以用光片或野外测量的方式进行定量分析。为了方便相关领域学者使用火成岩二维定量化结构分析方法,本文详细列出了具体的分析步骤,并结合一个玄武岩样品中的橄榄石斑晶数据结果,重点分析以下4个方面的问题:(1)如何准确识别矿物颗粒边界;(2)矿物含量和形态的确定;(3)分析区域面积和颗粒数的确定;(4)不同晶体群的区分。分析结果表明,颗粒数100~500颗时,晶体粒度分布(CSD)的截距和斜率、矿物含量、定向程度和粒状矿物的三轴比在误差范围内没有显著区别,但颗粒最大长度和聚集程度会被低估。当颗粒数小于300颗时,晶体空间聚集程度的R值会被高估0.05~0.2,这一点在以往的研究中没有得到充分重视。当颗粒数大于500颗时,所有结构参数都趋于稳定,且精度和准确度都会显著提高。目前多数研究者提供的结构参数往往与观测和统计方式有关,缺乏对应的原始数据,不方便同行间的对比研究,建议学者今后发表相关成果时,提供详细的分析步骤和最原始的数据。分析步骤重点说明包括:(1)聚集矿物边界的识别和处理方式;(2)晶体三维形态的确定方法,样品间CSD参数的变化是否是由形态参数变化引起;(3)能够准确识别的矿物颗粒最小粒度;(4)利用颗粒数较多的样品选取较小的不同区域重复分析3到5个不同区域,评估样品的均一性,并据此估计样品的分析精度。原始数据方面包括:(1)提供同一个样品至少一个不同区域的分析结果,如果是多个作者的研究成果,建议提供至少两人独立分析的结果用来评估数据的精度和准确度;(2)文章正文或附件中应该提供每个样品不同粒度间隔的颗粒数,样品原始的高分辨率矿物轮廓描绘图或图片分析的相关原始参数。火成岩出现复杂晶体群时,定量化的结构参数往往体现的是多种晶体群的混合特征,并且与不同晶体群的比例有关。未来的研究需要结合多种观测方式和微区成分分析重点识别不同晶体群的结构参数,对粒度和成分近似的多种晶体群的识别,还需要开发更多有效的方法,这对准确认识火成岩结构多样性的成因和岩浆作用过程都有重要意义。

内蒙古霍各乞矿区含矿富石榴石岩晶体定量化结构分析及其意义

晶体粒度分布(CSD)是定量化分析火成岩和变质岩结构的重要手段。在变质岩中测量的CSD提供了有关变质过程中晶体成核和生长速率、生长时间的定量信息。文章选取内蒙古霍各乞二号矿床含矿富石榴石岩样品中石榴子石晶体为研究对象,在GIS软件和R语言的支持下,应用空间点模式分析、CSD分析、空间最邻近分析、空间多距离分析、Fry分析等综合方法,探讨了晶体空间数据和点空间数据表征的微结构变化特征,将CSD曲线分段变化记录的信息与地质演化历史联系起来。分段的CSD曲线记录了变质事件的叠加。不同形式的晶体粒度分布直接反映了区域变质岩与接触变质岩演化历史的差异。由于接触变质作用的高温阶段持续时间较短,因此产生的CSD曲线是线性的,不受退火的影响。而区域变质作用涉及长时间升温及其之后的冷却阶段,所以最初的线性CSD后来被退火改造为钟形曲线。含矿富石榴石岩样品的核密度和CSD分析结果显示了两个晶体群密度。分析认为一类晶体群可能与造山过程中的区域变质活动有关,另一类晶体群可能与大面积区域变质期后发生在特定位置的岩体侵入迅速升温的接触热变质事件有关。

结构可控的地质解释——侵入岩专题地质填图构想

火成岩及其组合的性质不仅受岩浆系统本身性质的约束,也受到成岩环境的控制。因此,火成岩分布区的地质填图应当立足于结构可控的地质解释。基于这种认识,建议侵入岩专题填图按照岩浆系统的几何尺度及其与动力系统的关系划分填图单位。一级岩浆系统受控于全球动力学系统,具有最大的几何尺度;二级岩浆系统与区域地质历史有关,是全球动力系统与岩石圈系统相互作用的产物;三级岩浆系统受控于局部动力系统,与全球动力系统没有直接联系;四级岩浆系统受控于岩浆动力系统与围岩动力系统的相互作用,通常与岩浆产量和通道条件紧密联系在一起;五级岩浆系统受控于具体的岩浆过程,通常是侵入岩区的最小填图单位。但是,岩浆系统具有可无限细分的特点,填图过程中可根据具体情况进一步划分更次级的岩浆系统。对于几何尺度小于地质图表述能力的岩浆系统,建议制作局部放大的专题地质图件,以展示特定岩浆系统的地质特征。

火成岩的晶体群与成因矿物学展望

岩浆系统物理过程的研究进展导致了岩浆系统成熟度的概念,因而认识到火成岩中的晶体并非全部由寄主熔体晶出。本文将火成岩中的矿物晶体按其加入岩浆系统的方式划分为3种晶体群:固体晶体群、熔体晶体群和流体晶体群。固体晶体群系指呈固态加入岩浆的晶体群,包括残留晶亚群和捕虏晶亚群;熔体晶体群系指从熔体中晶出的晶体群,包括从不同深度水平岩浆房中晶出的晶体亚群(岩浆房晶体亚群)、岩浆上升途中晶出的晶体亚群(通道晶体亚群)、在岩浆系统中长期循环的晶体亚群(循环晶亚群)和岩浆侵位后晶出的晶体亚群(基质晶亚群)。流体晶体群系指从流体相晶出的晶体群,包括从超临界流体晶出的晶体亚群(超临界晶体亚群)、从气体晶出的晶体亚群(凝聚晶体亚群)和从热液晶出的晶体亚群(热液晶体亚群)。这种划分方案为火成岩成因矿物学研究打开了新的窗口,阐明不同晶体群的标型特征和形成条件是成因矿物学研究的重要任务。理论上,残留晶与原生岩浆保持热力学平衡,捕虏晶一般与岩浆不平衡,熔体晶体群在岩浆系统演化的特定阶段上与岩浆保持热力学平衡,而流体晶体群则一般不与岩浆平衡,但超临界晶体亚群可部分与岩浆平衡。各种晶体群在火成岩中的保存程度与岩浆系统的存续时间尺度和晶体吸收速率紧密相关。在快速上升和固结的岩浆系统中,所有的晶体群都有可能得到保存。相反,在缓慢上升和固结的岩浆系统中,有可能仅保留有基质晶亚群。因此,晶体群的数量和颗粒大小可以用来定性评价岩浆系统存活的时间尺度,定量化结构分析将成为成因矿物学的重要研究内容。

四川米易青皮村镁铁质侵入体的固结过程

含矿与无矿侵入体的区分是阐明岩浆型矿床成因的基础,也是深部找矿预测的依据。本文选择四川米易青皮村岩体为例,通过岩相学及矿物成分剖面和定量化结构分析,试图阐明无矿岩浆侵入体的固结过程,并与攀枝花含矿岩体对比,进一步揭示含矿与无矿侵入体形成过程的区别。岩相学分析表明,青皮村岩体中粒辉长岩的造岩矿物可以划分为四个世代:1粗粒斜长石→2中粒斜长石+单斜辉石→3黑云母+铁钛氧化物→4伟晶状斜长石,展示了封闭系统的固结过程。加上粗晶辉长岩脉的矿物组合钠长石+单斜辉石+角闪石+磷灰石,可以将青皮村岩体的组成矿物划分为5个世代,进而划分成四个晶体群:通道晶体群、岩浆房晶体群、基质晶体群和流体晶体群。晶体成分剖面分析表明,通道晶和岩浆房晶显示正环带,具有封闭系统降温结晶的特点,其中通道晶的生长伴随着减压作用;基质晶初始为正环带,末期显示反环带,反映了残余流体的聚集与逃逸;而流体晶体群的产出则反映了超临界流体的相分离和排气作用。定量化结构分析揭示了岩浆固结晚期的粗化过程,是封闭岩浆系统固结过程的重要证据,与岩相学和晶体成分剖面分析结果一致。此外,青皮村岩体中Fe-Ti氧化物含量甚低,其体积分数仅为4%,暗示它们不可能聚集成矿。与攀枝花岩体相比,青皮村岩体固结过程中缺失先存晶体的溶蚀结构,后者被认为是高温含矿流体输入的结果。据此,本文提出,外来含矿流体(透岩浆流体)输入与否决定了镁铁质岩浆侵入体的产矿能力;进而认为,是流体输入导致了岩浆分异,而不是岩浆分异产生了含矿流体。

甘肃金川铜镍(铂)硫化物矿床岩浆通道前进方向探讨

综合运用地球化学手段,研究了金川铜镍(铂)硫化物矿床铂族元素的空间分布特征,并结合定量化结构分析,探讨了岩浆演化过程中的动力学作用过程,讨论了金川镁铁-超镁铁质岩浆的演化历程。研究发现,铂族元素在矿体中的空间分布呈一定规律变化。整体说来,自西向东,Pd/Ir-Ni/Cu在各矿体间呈递减趋势,分析认为造成这种规律的原因是矿石的形成经历了单硫化物固溶体(MSS)的分离结晶作用。通过岩石定量化结构分析发现,1号矿体较24号矿体岩石结构成熟度更高,分析认为1号矿体侵位时间早,后期结构调整更为充分。综合地球化学和岩浆动力学方面的信息,最终得出了金川岩浆通道系统在空间上表现为沿矿体走向自北西向南东前进的结论。

川西拉拉Fe-Cu矿区含矿镁铁质层状岩席的首次发现及其成岩成矿意义

尽管镁铁质层状侵入体得到了广泛关注,与其相关的成岩和成矿过程仍然存在很多疑问。文中首次报道了在川西拉拉Fe-Cu矿区发现的一种含矿镁铁质岩席,它的深入研究可能有助于理解拉拉Fe-Cu矿床的成因,以及层状侵入体的组装过程与成矿作用。野外观察表明,该岩席共由9个岩相带组成,相邻岩相带为侵入接触关系,上半部分和下半部分的岩性呈镜像对应。对该岩席上半部分的5个岩相带分别进行了显微镜观察、粉晶X-射线衍射分析和CSD分析,表明相邻岩相带的矿物组成和结构参数具有明显区别,揭示该岩席由4、5次岩浆脉动组装而成。各岩相带均具有显微斑状结构,其中1～4岩相带的斑晶矿物主要为角闪石、云母和Ti-Fe氧化物,第5岩相带的斑晶为白云母、钾长石和石英。此外,第3岩相带还含有大颗粒单斜辉石斑晶,第4岩相带含有方解石大斑晶。含水矿物呈斑晶产出表明所有岩相带都是挥发分(H2O+CO2)饱和或过饱和岩浆固结的产物,但各岩相带的岩浆具有不同的来源。根据斑晶(循环晶)矿物组合、定量化结构参数和参数变异趋势,推测拉拉岩席之下曾经存在3～5个位于不同深部水平上的岩浆房。这些岩浆房有不同成分的进化岩浆充填,可能富集了相应的成矿金属。当深部含矿流体输入该岩浆系统时,有可能引起骨牌效应,导致各种含矿流体大规模释放。拉拉矿区的这类岩席可能对成矿物质起到了屏蔽作用,使其大规模聚集形成超大型矿床。需要注意的是,拉拉岩席的富矿岩相带侵位时间最晚,类似于攀枝花铁矿。因此,拉拉岩席的成岩成矿模式有可能也适应于攀枝花式铁矿。

金川岩浆铜镍(铂)硫化物矿床中两类橄榄石的发现及其成矿意义

金川铜镍硫化物矿床是世界第三大岩浆型铜镍硫化物矿床,其成因机制一直备受争议。主要成矿模型有以下两种:(1)岩浆通道堆积模型;(2)深部熔离-多次贯入模型。目前,二者均不能较好解释矿区中存在的各种地质现象。本文重点研究矿区橄榄石的特征,借此来探讨"硫化物矿浆"的迁移方式与侵位能力。本次研究在金川矿床中发现了两类橄榄石:LREE亏损型(Ⅰ型)与LREE富集型(Ⅱ型)。其中,Ⅰ型橄榄石为岩浆正常结晶的原始颗粒,常见复杂的成分环带,由原生橄榄石与晶间硅酸盐熔体/不混溶硫化物熔体发生物质交换所形成,继承了玄武质岩浆稀土含量低的特征,广泛分布于各类超基性岩石与矿石中;Ⅱ型橄榄石常见包裹斜方辉石的反序列包含关系,以稀土含量高(~2个数量级)且相对富Mg而显著区别于前者,为辉石堆晶颗粒经流体触发不一致熔融后再结晶形成的橄榄石,多见于硫化物矿石中。金川矿床硫化物矿石中广泛发育的原生富Cl含水矿物(金云母、角闪石、磷灰石)与Ⅰ型橄榄石边部活动性元素含量的剧增,暗示金川矿体形成过程受富Cl流体影响显著。实验岩石学与动力学模拟的新研究进展表明流体的加入可有效推动高密度硫化物的迁移,流体的加入可能是金川硫化物矿浆上侵运移的主要机制。结合硫化物Cu/Ni西高东低的空间演化规律,橄榄石Fo值西高东低的空间变化趋势与晶体粒度西细东粗的分布特征可以推测,金川铜镍硫化物矿床岩浆通道的前进方向为自西向东。