矿物——成矿与找矿

单颗粒矿物微量元素激光原位定量分析测试数据的大量积累和研究,使矿物成为矿床地球化学研究和矿床勘查的重要示踪剂。本文重点选择磁铁矿、磷灰石、石榴子石、榍石、锆石、绿泥石和绿帘石等的原位分析研究所获得的认识,介绍单颗粒矿物成分组合及变化在矿床类型划分、成矿年龄测定、氧逸度、成矿过程与物质来源、找矿与勘探等方面的应用。不同矿床类型中普遍存在的矿物,如磁铁矿、磷灰石等的微量元素含量及组合差异,提供了矿床类型识别的标志。单颗粒矿物,特别是矿石矿物和密切共生矿物如锡石、铌钽铁矿、赤铁矿、石榴子石、方解石等的原位定年,使成矿年龄的直接准确测定成为现实。矿物中变价元素,如Fe、V、Mn、Ce、Eu含量和/或比值的变化,指示了成矿过程氧逸度及其变化特点。从矿物核部向震荡环带与边部的微量元素含量或同位素组成的变化,示踪了成矿过程中流体来源或性质的变化。斑岩和矽卡岩矿床中与成矿作用关系密切的蚀变矿物,如绿泥石、绿帘石的形成温度、特征微量元素比值,如Ti/Sr、Ti/Co、V/Ni、Mg/Sr等,与距矿床中心距离呈线性函数关系,可定量预测距矿床中心的距离,使以绿泥石、绿帘石为代表的找矿指示矿物研究迅速发展。

与地幔柱有关的成矿作用及其主控因素

地幔柱是地球动力系统中重要的组成部分,不仅形成规模巨大的大火成岩省,也形成了众多具有重要经济价值的矿床类型。由地幔柱形成不同的岩浆系列显示了特有的成矿专属性,如镁铁-超镁铁质层状岩体与钒钛磁铁矿矿床和铜镍硫化物矿床,科马提岩与铜镍硫化物矿床,斜长岩与钒钛磁铁矿矿床,过碱性花岗岩系列与铌-钽-锆-稀土矿床,金伯利岩与金刚石矿等。在分析与地幔柱相关矿床的基础上,我们认为地幔柱结构、岩浆源区特征、结晶分异过程、硫化物饱和、地壳混染和岩浆侵位过程等是地幔柱成矿的关键控制因素。本文还对矿床成因研究中的存在问题以及几种潜在的地球化学找矿/评价指标(如橄榄石的Ni含量、单斜辉石和磁铁矿中的Cr含量,层状岩体的PGE含量和Re-Os同位素联合示踪等)进行了评述。

蛇纹石化过程中铁活动性的高温高压实验研究

蛇纹石化过程中铁的活动性影响铁氧化物的形成和体系的氧逸度。然而,关于橄榄岩蛇纹石化过程中各矿物（橄榄石、斜方辉石和单斜辉石）蚀变过程中铁的活动性仍没有详细的研究。本文报道了80～200℃、饱和蒸气压下,不同的初始流体、水岩比条件下,橄榄岩蛇纹石化过程中铁的活动性。结果表明,蛇纹石化流体的铁含量较低（0.0～0.7mmol/kg）,没有形成铁氧化物或铁氢氧化物,铁主要富集在蛇纹石和未反应的初始矿物中（例如,橄榄石和辉石）。由橄榄石蚀变形成的蛇纹石和由斜方辉石蚀变生成的蛇纹石化学组成相差较大,前者富铁而贫铝,后者贫铁而富铝。但当初始流体为碱性的0.5mol/L Na Cl（aq）时,两种不同来源的蛇纹石组成相差不大。尤为重要的是,单斜辉石蚀变生成的蛇纹石铁含量较高,8.1%～10.2%Fe O,远高于单斜辉石的铁含量（2.6%Fe O）。以上表明,低温蛇纹石化过程中,铁不能够大规模、长距离的运移,但在微米尺度上是活动的。

橄榄岩蛇纹石化过程中氢气和烷烃的形成

蛇纹石化过程中形成氢气、烷烃和有机酸,为海底热液区生命活动提供物质和能量来源,可能对地球和其他行星早期生命起源和演化有重要影响。目前关于蛇纹石化过程中氢气和烷烃形成的研究大多以橄榄石为初始物,且温度和压力较低（≤300℃,500bar）。本研究通过一系列的水热实验,研究300~500℃、1~3kbar时橄榄石、斜方辉石、单斜辉石、橄榄岩、玄武岩以及玄武岩与橄榄岩混合物发生蛇纹石化反应后氢气和烷烃的生成。300℃、3kbar时,橄榄石蛇纹石化后产生的氢气远大于辉石蚀变后产生氢气的量。随着温度的增加,400~500℃、3kbar时,橄榄石蚀变程度极低,产生氢气的量低于斜方辉石。单斜辉石实验后没有发生蚀变,不产生氢气和烷烃。400~500℃、3kbar时,橄榄岩蛇纹石化后产生的氢气和烷烃远高于橄榄石、斜方辉石和单斜辉石。玄武岩蛇纹石化后生成氢气和甲烷的量低于橄榄岩,但与玄武岩和橄榄岩混合物相当。这是因为玄武岩的单斜辉石蚀变后形成富铁的透辉石（~8.1%FeO）,透辉石的Fe以Fe2＋为主,这降低了Fe3＋和氢气的量。以上表明,橄榄岩的蛇纹石化不同于橄榄石和斜方辉石。不仅是海底热液蚀变产生氢气和甲烷,洋壳俯冲过程中地幔楔橄榄岩蛇纹石化也会生成氢气和甲烷,但由于洋壳玄武岩的加入,氢气和甲烷的量会远小于橄榄岩蚀变时的量。

橄榄石和橄榄岩蛇纹石化过程中气体形成的对比研究

对比311℃,3 kbar时橄榄石和橄榄岩蛇纹石化后氢气和烷烃的产量,探讨初始物粒径大小对气体形成的影响.结果表明,橄榄石蚀变产生的氢气和甲烷远低于橄榄岩,而其乙烷和丙烷产量相当.初始粒径为<30?m的橄榄石,27天后氢气和甲烷的浓度分别为79.6 mmol/kg和460?mol/kg.相应地,同样粒径的橄榄岩经历相同的反应时间后,氢气和烷烃的浓度分别为119 mmol/kg和1300?mol/kg,远高于橄榄石蛇纹石化产生的氢气和烷烃.这表明橄榄石和橄榄岩的蛇纹石化过程是不同的,可能是由于尖晶石和辉石的影响.此外,初始物粒径大小影响氢气和烷烃的产量,粒径大时气体的产量低,这表明费托合成可能受反应动力学的影响.因此,初始物类型及其粒径大小制约蛇纹石化过程中氢气和烷烃的形成.和本文烷烃相比,海底热液区的甲烷含量更高,高含量的烷烃可能需要催化剂的参与或者经历很长时间的蛇纹石化形成.