镁铁—超镁铁质岩浆中铂族元素的富集机理:综述与实例

目前陆地上可利用的铂族元素(PGE)资源主要来自与镁铁—超镁铁质岩浆密切相关的岩浆硫化物矿床。岩浆硫化物矿床成矿理论关注的一个重要问题就是镁铁—超镁铁质岩浆中PGE的富集机理。经典成矿理论认为,由于PGE在平衡的硫化物熔体与硅酸盐熔体之间具有极高的分配系数(10^(5)~10^(6)),PGE富集成矿主要与成矿体系中硅酸盐熔体与硫化物熔体的质量比有关(R-factor)。但是近些年来,许多新的实验岩石学结果和天然矿石样品纳米尺度PGE赋存状态的观测结果对这一经典理论提出了挑战。本文列举了一些相关的研究实例,显示硅酸盐熔体中的PGE纳米颗粒可以被硫化物或铬铁矿机械捕获、并通过定向附着生长、聚集、粗化和融合,最终形成纳米颗粒集合体和纳米合金。另外,岩浆中半金属元素(TABS,即Te、As、Bi、Sb、Sn)和Se可以与PGE优先形成各种互化物,从而富集于砷化物、铋化物、碲化物或硒化物中,而非硫化物中。因此,镁铁—超镁铁质岩浆体系中PGE的富集可能不仅受其在硫化物熔体中极高的分配系数控制,一些物理过程导致的PGE分配以及半金属元素对PGE的富集作用也不容忽视。由于矿石中的铂族矿物一般为纳—微米级,采用聚焦离子束(FIB)和高分辨透射电镜(HRTEM)、纳米二次离子质谱技术(Nano-SIMS)和原子探针(APT)等先进的微区分析技术对矿物相中PGE的赋存状态进行深入研究,有望获得PGE富集机理的新认识,并不断完善和发展经典的岩浆硫化物矿床成矿理论。

兴蒙造山带南缘东段中二叠世末—早三叠世镁铁质岩浆作用及其构造意义——来自锆石U-Pb年龄与地球化学的证据

根据兴蒙造山带南缘东段的3个镁铁质侵入岩体的锆石LA-ICP-MS U-Pb定年与岩石地球化学分析结果,揭示研究区晚古生代晚期—早三叠世的构造属性。3个岩体中锆石的CL图像显示,它们主要呈条痕状吸收,并具有较高的Th/U比值(0.22-1.99),暗示其为岩浆成因。岩浆锆石的定年结果表明,它们形成于中二叠世末—早三叠世(263-246Ma),而非前人认为的燕山早期。岩相学研究表明这些岩体主要由辉长岩、角闪辉长岩和辉长闪长岩构成,部分岩石显示堆晶结构。3个岩体的SiO2含量介于46.10%-54.29%之间,MgO的含量在6.49%-13.38%之间,Mg#值介于56-72之间,Al2O3含量为10.23%-22.37%,Na2O的含量为1.22%-3.36%,K2O为0.43%-1.35%,Na2O/K2O为1.22-2.89。稀土元素球粒陨石标准化曲线显示右倾型、平坦型或上凸型,δEu=0.78-2.69;在微量元素蛛网图上,大离子亲石元素相对富集,高场强元素相对亏损。锆石的εHf(t)值介于+9.5--3.8。上述结果表明,该区中二叠世末—早三叠世镁铁质岩浆主要来源于受俯冲物质改造的亏损岩石圈地幔的部分熔融,部分岩浆源区具有少量古老陆壳物质的涉入。结合研究区同时代花岗岩的存在,表明研究区晚古生代晚期—早三叠世岩浆作用显示双峰式火成岩组合,揭示该时期研究区处于一种伸展环境。

华北地区晚中生代镁铁质岩浆作用及其地球动力学背景

华北陆块及周缘地区晚中生代镁铁质岩浆岩的元素-同位素地球化学特征显示岩石圈地幔的区域不均一性。华北内部为古老而富集的EM1型岩石圈地幔,主要岩性为弥散状金云母相橄榄岩;华北北缘的岩石圈地幔相对华北内部在化学成分上饱满,在微量元素特征上高度富集LILE、LREE和亏损Nb-Ta和U-Th,在同位素组成上相对高87Sr/86Sr(i)和εNd(t),为受到再循环古老陆壳组分改造的富集型地幔;华北陆块南缘的岩石圈地幔以高87Sr/86Sr(i)和低εNd(t)为特征,与深俯冲大陆地壳改造作用 (残留陆壳板片和熔体 -地幔反应等多种形式 )密切相关。发育在华北陆块及周缘地区的晚中生代镁铁质岩浆作用形成于岩石圈伸展 -减薄的统一动力学背景。考虑到晚中生代华北陆块受到了来自周缘陆块相互作用,如西南特提斯域构造演化、印支陆块和西伯利亚板块的侧向挤压作用和古太平洋板块迅速向北运动引起的走滑拉分作用的共同影响, 我们倾向认为这些板块边界作用引起的板内效应可能是导致华北岩石圈地幔晚中生代广泛熔融和岩石圈减薄的重要动力来源.

镁铁质-超镁铁质岩浆岩中单斜辉石的智能分析研究

区分不同构造环境中岩浆作用是认识地幔中岩浆形成过程的基本手段。目前较为成熟的是利用全岩去区分判别，而利用造岩矿物去判别构造环境、演绎岩浆演化的研究还不够深入。本文运用机器学习的方法，以全球新生代大洋中脊、洋岛以及岛弧构造背景中的镁铁质一超镁铁质岩浆岩中单斜辉石的地球化学数据为研究对象，试图区分这3种不同构造环境的单斜辉石。通过机器学习方法中K-邻近（K—Nearest Neighbor，KNN）和随机森林（Random Forest，RF）的计算和比较，认为RF是一种有效的地球化学区分方法，它的结果不仅可用来判别构造环境，同时还能够提取特征元素。同时我们发现，在镁铁质一超镁铁质岩浆岩单斜辉石构造环境判别图解中，Rb、La、Ba、Cr、Sr、Yb、V、Ti、Nd、Eu、Gd等微量元素具有较高的贡献率，而主量元素贡献率较低。在此基础上，我们结合前人的对单斜辉石的构造环境判别图的研究成果，提出几个判别效果较好的判别图解。但是整个研究由于缺少进一步可视化的成果，限制了机器学习方法的推广，这也是今后需要进一步研究的课题。

镁铁质、超镁铁质岩浆岩薄片电子信息档案的建立与在本科教学中的应用

典型薄片是不可复制的教学资源,镁铁质、超镁铁质岩浆岩薄片电子信息档案的建立与应用对实验室以及实验教学均有重要意义,也是十分必要的。镁铁质、超镁铁质岩浆岩是侵入岩的一个分支,可独立呈亚类,而且该亚类的岩石小类多,因此,薄片电子信息档案的建立,不仅能够充分发挥实验室的效能,还能提升教学效果,培养学生的自主学习意识,提高学生的薄片学习能力。

华北中生代镁铁质岩浆作用与克拉通减薄和破坏

华北克拉通在中生代发生了岩石圈减薄,古老的大陆岩石圈地幔在减薄后被年轻的新生岩石圈地幔所取代.与此同时,华北克拉通发生了破坏,以大规模早白垩世岩浆作用为标志.尽管对这个现象有了共识,但是对华北克拉通岩石圈破坏的机制仍然存在争议.文章以华北中生代镁铁质岩浆作用为视角,试图对上述争议提出解决办法.华北中生代镁铁质岩浆作用以早白垩世的~121Ma为分界点,在此之前的镁铁质岩浆岩兼具岛弧玄武岩微量元素组成和明显富集Sr-Nd同位素组成的特点,而在此之后才开始出现兼具洋岛玄武岩微量元素组成和亏损至弱富集Sr-Nd同位素组成的镁铁质岩浆岩.这个差异表明,华北克拉通岩石圈地幔的地球化学性质在~121Ma发生了根本性转变.尽管华北克拉通在晚三叠世也出现过镁铁质岩浆作用,但是其成因是深俯冲华南陆块折返的结果,而古太平洋板块俯冲在那时尚未启动.古太平洋板块自侏罗纪开始向欧亚大陆东部之下俯冲,俯冲板片与上覆岩石圈地幔楔之间处于耦合状态,是俯冲板片脱水导致华北克拉通地幔的弱化阶段.古老岛弧型镁铁质岩浆岩的地幔源区可能既有侏罗纪时期俯冲古太平洋板片衍生流体与华北克拉通岩石圈地幔之间反应的产物,也有三叠纪时期俯冲华南陆壳衍生熔体与华北克拉通岩石圈地幔之间反应的产物.对于新生洋岛型镁铁质岩浆岩的地幔源区来说,则可能是俯冲古太平洋板片衍生熔体与华北岩石圈之下软流圈地幔之间反应的产物.从~144Ma开始,俯冲的古太平洋板片发生回卷,克拉通岩石圈底部受到侧向充填的软流圈地幔加热,导致弱化的克拉通岩石圈地幔发生减薄.在130~120Ma期间,减薄后的大陆岩石圈发生大规模破坏,不仅地幔楔下部超镁铁质交代岩发生部分熔融形成具有古老岛弧型地球化学信息的镁铁质岩浆岩,而且这些地区的下地壳岩石也受到加热发生大规模长英质岩浆作用.与此同时,回卷板片地壳岩石受到侧向充填的软流圈地幔加热,产生长英质熔体交代上覆软流圈地幔橄榄岩,这样在~121Ma开始部分熔融形成具有新生洋岛型地球化学信息的镁铁质岩浆岩,标志着华北克拉通岩石圈地幔已经被新生岩石圈地幔所取代.古太平洋板片在中生代时期向中国东部大陆之下的俯冲并不像现今地震层析成像所观察到的那样直接俯冲至地幔过渡带,而是像纳斯卡板块向美洲大陆之下俯冲那样为低角度俯冲.这种低角度俯冲不仅物理上可以直接侵蚀岩石圈地幔,而且化学上可以交代岩石圈地幔.因此,古太平洋板片与大陆岩石圈地幔之间的相互作用才是导致华北克拉通岩石圈地幔减薄和破坏的一级地球动力学机制.

小兴安岭构造带早侏罗世两期俯冲事件:镁铁质侵入岩的锆石年代学、元素地球化学及Sr-Nd-Li同位素制约

位于小兴安岭构造带北缘的二龙山橄榄辉长岩及星火角闪辉长岩,锆石LA-ICP-MS定年结果分别为201±1Ma和186±1Ma。两者的矿物组成不同,星火角闪辉长岩角闪石含量较高(可达15%)。主微量元素组成显示在岩浆演化过程中二龙山橄榄辉长岩经历了橄榄石和单斜辉石的分离结晶,而星火角闪辉长岩主要经历了橄榄石的分离结晶,此外,两者显著的Sr正异常及一定程度的Eu正异常(1.07~1.38),表明两者在岩浆演化过程中都存在明显的斜长石堆晶作用。原始岩浆计算表明两者都具有弧形微量元素组成,富集大离子亲石元素和轻稀土元素,而亏损高场强元素(Nb和Ta),二龙山橄榄辉长岩属于钙碱性到高钾钙碱性岩浆岩,而星火角闪辉长岩属于钾玄岩系列。两者地幔源区都经历了俯冲沉积物熔流体交代作用的影响。此外,两者具有较为一致的Li同位素组成,同MORB以及岛弧玄武岩的锂同位素组成较为一致,或者略低于MORB,进一步限定俯冲交代物质来源为陆源沉积物。两者具有明显不同的Sr-Nd同位素组成,表明小兴安岭构造带北缘东西侧具有明显的地幔不均一性。位于小兴安岭构造带北缘西侧的186Ma星火角闪辉长岩,同古太平洋板块俯冲后撤导致的弧后伸展拉张有关;而小兴安岭构造带北缘东侧的201Ma二龙山橄榄辉长岩,与位于南部张广才岭构造带东缘的209~202Ma镁铁质岩浆岩带同期,共同揭示牡丹江洋俯冲事件发生的时限为209~201Ma,整体而言牡丹江洋俯冲事件开始的时间南部略早于北部。

碰撞后镁铁质岩浆作用:大陆造山带岩石圈地幔演化的物质记录

为了更好地了解汇聚板块边缘碰撞后镁铁质岩浆作用在揭示地球演化历史中的作用,文章系统总结了碰撞后岩浆作用的研究历史、碰撞类型及其对造山带地幔属性的影响、碰撞后岩浆作用的概念与内涵,以及碰撞后镁铁质岩浆作用与造山带地幔演化和成矿作用的关系.碰撞后镁铁质岩浆岩不仅是研究和揭示造山带地幔属性与演化的直接物质记录,而且是区域成矿作用的重要载体.然而,对碰撞造山过程中改造上覆岩石圈地幔的地壳物质种类、贡献量及其改造过程与机制、碰撞后镁铁质岩浆成矿作用的主要控制因素与机制等都是未来本领域研究的主要内容和方向.碰撞后镁铁质岩浆作用研究对丰富板块构造理论具有重要理论意义.

大陆俯冲带壳幔相互作用的碰撞后镁铁质岩浆岩记录

对大别-苏鲁造山带和华北陆块东南缘中生代碰撞后镁铁质岩浆岩进行详细的同位素年代学和地球化学研究,结果显示出弧型微量元素分布特征、富集的Sr-Nd-Pb-Hf同位素组成和异常的锆石18O值.尤其特别的是,大别造山带部分镁铁质岩浆岩具有低的锆石18O值并含有新元古代和三叠纪U-Pb年龄的残留锆石,这是区分俯冲华南陆块与上覆华北陆块的鉴定性特征.这些特征指示它们来源于造山带岩石圈地幔的部分熔融.在三叠纪大陆碰撞过程中,来源于俯冲华南陆壳的长英质熔体与上覆华北岩石圈地幔橄榄岩反应,形成了富集的造山带岩石圈地幔.根据某些特定的微量元素比值如Ba/Th,Sr/Rb和(La/Yb)N等,可以厘定出卷入大陆俯冲隧道壳幔相互作用的陆壳物质既有俯冲陆壳基底,也有上覆沉积盖层.因此,碰撞造山带以及上覆陆块边缘的碰撞后镁铁质岩浆岩为大陆俯冲带壳幔相互作用提供了岩石学和地球化学记录.

造山岩套中镁铁质和长英质岩浆的相互作用研究进展

结合2002年9月14～21日在意大利中部召开的"欧洲花岗岩网络"年会的会议讨论和野外考察内容,评述了镁铁质和长英质岩浆的相互作用关系以及镁铁质熔体在巨量花岗岩浆形成中的作用。在花岗岩岩基内,不仅出露有狭义的花岗岩,还可见到更富镁铁质的岩石,例如辉长岩和闪长岩。一般,这些镁铁质岩石,既可能是幔源母岩浆结晶的产物,或是岩浆混合和分异-同化作用中的端员组分,也可能代表了下地壳源区的物质,或者是导致大陆壳部分熔融的热源物质记录。对镁铁质和长英质岩浆相互作用关系的研究,有助于限定造山作用过程中地壳物质再循环和新的地幔物质加入的相对贡献。

辽东-胶东半岛三叠纪镁铁质岩浆岩:记录从洋壳俯冲到大陆碰撞的构造转换

大陆碰撞造山带中出露的镁铁质岩浆岩,特别是形成于洋陆转换和大陆碰撞关键时期的镁铁质岩浆岩,对理解从大洋俯冲到大陆碰撞化学地球动力学过程的转变,以及发展板块构造理论具有重要意义。本文通过对苏鲁造山带和华北东南缘(胶东和辽东地区)三叠纪镁铁质岩浆岩同位素年代学和地球化学的系统总结,概括出从大洋俯冲到大陆碰撞过程中古洋壳和大陆地壳物质再循环的岩石地球化学记录。早-中三叠世洋岛型镁铁质岩浆岩属于同碰撞岩浆岩,具有洋岛型微量元素特征和弱富集的放射成因同位素组成,记录了先前俯冲古特提斯洋壳来源的熔体与上覆地幔楔橄榄岩的相互作用;晚三叠世岛弧型镁铁质岩浆岩属于同折返岩浆岩,具有弧型微量元素特征和相对富集的放射成因同位素组成,记录了随后俯冲的华南陆壳来源的熔体与上覆华北岩石圈地幔之间的相互作用。因此,辽东-胶东半岛三叠纪镁铁质岩浆岩记录了大陆俯冲带不同类型的壳幔相互作用及其形成的化学动力学过程。

大陆碰撞造山带镁铁质岩浆岩记录俯冲古洋壳物质再循环

在大陆碰撞造山带中寻找消失的古洋壳再循环及其壳幔相互作用的证据,对理解从洋壳俯冲到陆壳俯冲化学地球动力学过程的转变,以及板块构造理论的发展具有重要意义.通过对桐柏-红安造山带晚古生代和晚中生代镁铁质岩浆岩的岩石地球化学特征进行总结,可以识别出俯冲古洋壳再循环的岩石学和地球化学记录.晚古生代岛弧型镁铁质岩石具有弧型微量元素特征和相对亏损的放射成因同位素组成,记录了俯冲古洋壳在弧下深度(80~160 km)的流体交代作用;而晚中生代洋岛型镁铁质岩石OIB型微量元素特征和亏损-弱富集的放射成因同位素组成,记录了俯冲古洋壳在弧后深度(>200 km)的熔体交代作用.这一定性的解释也进一步得到了定量计算的证实,其结果表明镁铁质岩浆岩中的不相容元素的含量以及放射性成因同位素的富集程度,主要受控于地幔源区中所加入的地壳组分的性质和比例.因此,碰撞造山带中的岛弧型和洋岛型镁铁质岩浆岩,分别记录了弧下和弧后深度的俯冲古洋壳物质再循环.

大别-苏鲁地区晚中生代镁铁质岩地球化学对造山带岩石圈地幔性质的约束

来自大别-苏鲁地区晚中生代镁铁质岩石表现出类似于岛弧火山岩的富集大离子亲石元素(LILE)、轻稀土元素(LREE)和相对亏损高场强元素(HFSE)的微量元素地球化学特征,和高度富集的放射成因 Sr(I_(Sr)=0.7065～0.7090)和低放射成因 Nd(ε_(Nd)(t)=-19～-10)的同位素组成;同时它们显示出一定程度的 Nb/Ta 和 Zr/Hf 内部分馏特征,反映其地幔源区曾受到了相对富金红石和 CO_2的熔体交代作用。我们倾向认为深俯冲陆壳在俯冲或折返过程中发生部分熔融作用形成的熔体与地幔反应是形成大别-苏鲁地区造山带富集岩石圈地幔的重要机制。

造山带环境钴岩浆成矿作用——以夏日哈木镍钴硫化物矿床为例

东昆仑造山带新发现的夏日哈木和石头坑德等岩浆镍钴硫化物矿床伴生有钴资源,它们与区域上火山-热液型、喷流沉积型等钴独立矿床共同指向早古生代镁铁质岩浆活动相关的钴成矿作用,表明镁铁质岩浆是区域钴富集成矿的重要载体,并预示东昆仑造山带的钴成矿潜力巨大。夏日哈木超大型镍钴硫化物矿床为造山带环境镍钴岩浆成矿作用的产物,本文在现有岩石地球化学数据甄别的基础上,分析了不同岩相和矿物Co、Ni和Cu等成矿元素的含量变化特征,探讨了镁铁质岩浆钴富集机制和控制因素。镁铁—超镁铁质岩具有较高的钴含量,随空间位置(期次)、岩石与矿物类型钴含量变化较大。在MgO含量最高的橄榄岩、辉石岩相中钴富集,在硫化物矿物中钴含量较高。钴含量与全岩MgO、硫、镍和铜含量正相关,这些规律表明夏日哈木镁铁质岩浆富集钴金属,不同期次岩浆中钴的富集程度不同,硫化物熔体是钴富集的主要途径之一,岩浆演化过程中钴在矿物中的富集机制需要原子层面钴赋存状态的系统认识。

中国西部典型岩浆铂族元素矿床超常富集成矿机制

中国西部探明了一系列与新元古代以来幔源岩浆有关的镍铜铂族元素(platinum group elements,PGE)岩浆矿床,华北克拉通新元古代金川镍铜铂族硫化物矿床、峨眉山二叠纪大火成岩省金宝山铂族元素矿床等记录了不同构造环境幔源岩浆PGE超常富集成矿过程。亲铁性的铂族元素高度富集于地核,深部地幔起源、高程度部分熔融形成的镁铁质岩浆中PGE含量较高,地幔岩浆系统不同条件下铂族元素以纳米态元素簇、合金、硫化物熔体或超临界流体运移-聚集成矿,在阶段性岩浆房多阶段、多途径富集,成矿作用类型丰富。华北-华南克拉通岩石圈地幔PGE含量均略高于原始地幔值;华北克拉通岩石圈地幔PGE含量从古生代到中新生代略有降低,表明存在PGE抽取岩浆事件。中国西部新元古代以来的幔源岩浆源区PGE不亏损、岩浆活动时间长、岩浆-硫化物相互作用PGE多阶段富集及地幔柱岩浆动力学背景是PGE超常富集成矿的有利地质条件,其控制因素及动力学背景的认识对查明PGE成矿潜力和拓展资源储量具有重要意义。

扬子地台西南缘传统型铂族矿产地质特征

传统型铂族矿产,系指与镁铁质岩浆成矿作用有关的铂族矿产资源。华力西运动时期,扬子地台西南缘沿超壳深断裂带发生的大陆裂谷作用,为来自上地幔的镁铁质(拉斑玄武岩质)岩浆的上涌和侵位提供了极为有利的前提条件。含铂基性超基性岩的时空分布,受到大陆裂谷作用的主要发生发展时期和裂谷活动带的控制。通过对典型矿床特征及其成矿作用的探讨,论述了扬子地台西南缘主要的铂族矿床类型;并从四维成矿的角度,阐述了对区域成矿规律的一些基本认识。

一个潜在的超大型玄武岩型铜镍硫化物矿床地质地球化学特征——以广西四堡铜镍硫化物矿床为例

广西四堡地区前寒武纪发生多次火山喷发和岩浆侵入活动,形成了广泛分布的镁铁质侵入岩和玄武岩(共有岩体300多个),已发现和探明岩浆Cu-Ni硫化物矿床(点)16个(图1),Cu-Ni硫化物矿床、镁铁质侵入岩、玄武岩具有相同的地质、地球化学特征,成矿成岩物质来自同一地幔源区,成因上、时空分布上有密切的联系,是国内玄武岩型Cu-Ni硫化物矿床的典型代表(宋叔和等,1993;汤中立,2004)。

大陆俯冲带两类壳幔相互作用

板块俯冲作用是实现地壳与地幔之间物质和能量转换的重要机制,俯冲带岩浆岩是研究地壳物质再循环及其壳幔相互作用的重要载体.本文通过对红安-大别-苏鲁造山带和华北东南缘碰撞后镁铁质岩浆岩的同位素年代学和地球化学的系统总结,概括出两种类型的大陆俯冲带壳幔相互作用,对应于两类地球化学性质截然不同的镁铁质火成岩.第一类岩石显示弧型微量元素分布特征(富集LILE,LREE和Pb,亏损HFSE)和相对富集的放射成因Sr-Nd同位素组成,而第二类具有OIB型微量元素分布特征(富集LILE和LREE,HFSE不亏损)和相对亏损的放射成因Sr-Nd同位素组成.它们都具有变化的且不同于正常地幔的锆石O同位素组成,含有残留的地壳锆石.这些地球化学特征表明,这两类镁铁质火成岩来源于不同地球化学性质的地幔源区,其中第二类岩石的地幔源区是先前俯冲古洋壳来源的熔体与上覆新生岩石圈地幔反应形成的,而第一类岩石的地幔源区是随后俯冲的华南陆壳来源的长英质熔体与上覆华北古老岩石圈地幔反应形成的.因此,在大陆俯冲带存在两种类型的壳幔相互作用,碰撞后镁铁质岩浆岩为大陆碰撞造山带不同类型的板片-地幔相互作用提供了岩石学和地球化学记录.