成矿理论-2010-4

实例7层状镁铁质—超镁铁质铬铁矿矿床铬铁矿是一种极为重要的矿产，是工业铬的唯一矿石矿物。铬是不锈钢及其他一些钢材和非铁合金必不可少的组分。铬铁矿还可作为耐火材料，在电镀、制革、颜料和染料等工业部门用作铬化工制品原料。铬铁矿几乎都采自超镁铁质和镁铁质火成岩中的块状、稠密浸染状矿石，由其风化剥蚀形成的砂矿产量只占产量的一小部分。根据矿床产出的地质构造特征和几何形态以及含矿岩石的岩性特征，铬铁矿矿床可分为层状和非层状（阿尔卑斯型）两类。有人把与蛇绿岩有关的铬铁矿矿床也列入非层状铬铁矿床中。层状铬铁矿矿床•占总储量的98%•世界铬铁矿总产量的45%非层状（豆荚状）－－阿尔卑斯型•占总储量占2%•世界铬铁矿总产量的55%•一、矿床地质模型•特征描述成层的铬铁矿产在大型复层镁铁质—超镁铁质岩体的下部中带•成矿环境•岩石类型侵入体由苏长岩、辉长—苏长岩、纯橄揽岩、方辉橄投岩、檄揽岩、辉石岩、橄长岩、斜长岩及辉长岩组成。•岩石结构堆积结构、自形晶比例渐变，部分为嵌晶状基质•地质时代一般为前寒武纪，但有的岩体也可能晚至第三纪•成矿环境岩体侵位于花岗片麻岩或火山—沉积岩层中。•构造背景克拉通式，主要位于前寒武纪地盾区内。•伴生矿床类型斯蒂尔沃特镍－铜矿床；梅林斯基铂族元素合矿层及布什维尔德铁—钛－钒矿床；铂族元素砂矿堆积铁辉长岩至闪长岩堆积辉长岩和辉长-苏长岩堆积斜长岩、橄长岩、辉长岩堆积苏长岩、斜长岩、少量橄榄岩堆积辉长岩堆积方辉橄榄岩、纯橄榄岩、辉石岩堆积辉石岩、苏长岩、辉长岩辉绿岩和苏长岩石墙及岩床变质沉积岩钒-钛磁铁矿层（布什维尔德）Fe-Ti-V铂族元素带（梅林基层铂族元素）斯铬铁矿层可能出现（布什维尔德）Cr块状和基质浸染状铜镍硫化物（斯蒂尔沃特铜-镍矿）40021++++典型镁铁-超镁铁质层状杂岩体的图解（据NormanJ.Page(1986)）LZUCZCrwithhighPtLCZCrlayerBaseofMZMerenskyreefBaseofUZV-Timagnetite•矿床特征•矿物组合铬铁矿＋钛铁矿＋磁铁矿十磁黄铁矿＋镍黄铁矿土黄铜矿＋铂族元素矿物•(主要为硫钌锇矿、硫铂矿及硫镍铂钯铂矿)。•结构／构造致密块状一浸染状，堆积结构。•蚀变与成矿无关。•控矿条件矿体可能产于纯橄榄岩，斜方挥橄岩或斜长岩中。盆地的凹陷部位铬铁矿层增厚•风化在土壤和冲积层中合有大豆的铬铁矿碎块。•地球化学标志Cr、铂族元素。高MA，低NalK和P，•实例•南非布什维尔德杂岩(Camernn和Desb。fough，•美国蒙大拿州期蒂尔沃特杂岩(Jack。山1969)•津巴布韦大岩墙(Bichan，1969)南非布什维尔德(Bushveld)铬铁矿矿床具有层状序列的岩石出露在分别称为东、西和北布什维尔德的3条大致为弓形的岩带内，具有相似的层状序列;布什维尔德岩筒中包含了早期岩浆矿床、晚期岩浆矿床和熔离矿床等所有的岩浆矿床成因类型和有关矿产。图3-4布什维尔德东矿带地质图1-未划分地层；2-浦利脱尼亚系；3-花岗岩及伴生岩石；4-临界带；5-过渡带及冷凝带；6-主苏长岩带及上带；7-斜长岩中矿层（中组）；8-斯蒂尔波特矿层（下组）；9-梅林斯基层（含铂）；10-断层；11-西矿带矿层；12-地质界线；13-主铬铁矿亚带；14-花岗岩残留体边缘带：以辉石岩为底，具骤冷结构，其上为辉长岩，与之呈侵入关系；底部带：呈多个韵律旋回，每一完整旋回均由古铜辉岩、斜辉橄榄岩、纯橄榄岩组成。产少量铬铁矿，一般没有工业意义，只在个别地区有工业矿层；临界带：为含铬铁矿的辉石岩及斜辉橄榄岩组合，铬铁矿有数十层，每层厚从小于1cm到2m左右，多数为1cm。其沿走向最长达90km，一般也达数十公里。临界带顶部为一呈伟晶状的超镁铁岩，称梅林斯基层，其中含数厘米至数米厚的铂矿层，主要为砷铂矿和铁铂矿，含少量Cu-Ni硫化物，其上为苏长岩、斜长岩；主带：为含磁铁矿的苏长-辉长岩群；顶部带：为含钒磁铁矿、含铁辉长岩、橄长岩、斜长岩、闪长岩类，含磁铁矿二十多层。整个布什维尔德岩筒，以临界带顶部的梅林斯基含铂镁铁岩为界，其下为超镁铁岩群，富产铬铁矿；其上为镁铁岩群，富产含钒磁铁矿。镁铁岩群系侵入超镁铁岩群而成。表3-2布什维尔德杂岩体层状岩系剖面层序岩带亚带岩石组合亚带D亚带C橄榄闪长岩、闪长岩斜长岩、磁铁矿层亚带B磁铁辉长岩、橄长岩橄榄辉长岩、磁铁矿层顶部带亚带A磁铁辉长岩、长石辉岩、磁铁矿层亚带C亚带B辉长苏长岩、苏长岩、辉长岩辉石标志层辉长苏长岩、苏长岩主带亚带A苏长岩、斜长岩、辉石岩梅林斯基层上亚带苏长岩、斜长岩、铬铁岩、梅林斯基层斯蒂尔波特铬铁岩层（LG6）临界带下亚带辉石岩、斜辉辉橄岩铬铁岩、斯蒂尔波特层上古铜辉岩亚带古铜辉岩斜辉辉橄岩亚带斜辉辉橄岩、纯橄岩下古铜辉岩亚带古铜辉岩底部带底部亚带长石古铜辉岩、斜辉辉橄岩、纯橄岩边缘带辉石岩群、辉长岩群（转引自任启江等，1993）•二、经典成矿理论解释•早期岩浆矿床：形成于岩浆冷凝结晶的早期阶段，有用矿物结晶早于硅酸岩矿物的岩浆分结矿床。图3-1岩浆结晶分异及重力聚集理想模式示意图（转引自姚凤良，1983）a-镁铁岩浆结晶；b-冷凝带；c-铁镁质矿物结晶；d-含矿残余岩浆在冷凝带形成后，早期岩浆结晶；早结晶的铁镁质矿物和矿石矿物向下沉坠，随后结晶的硅酸盐矿物位于上部；不同比重的矿物按重力关系占据各自位置；如富含挥发组分，此时在硅酸盐晶体的间隙内就会被富含金属的残余岩浆所占据；含矿残浆向下（通过粒间空隙）集中；较晚结晶比重小的硅酸盐晶体向上漂浮，结果在下部形成矿体；受动力挤压流动的含矿残余熔体被挤压到裂隙中去，形成贯入式矿体岩浆结晶分异及重力聚集理想模式示意图•铬铁矿等具有高晶格能的氧化物，在岩浆挥发组分低、氧逸度较高和有用组分含量较高等有利条件下，有用矿物可早于硅酸盐矿物或与橄榄石同时结晶。•结晶的矿物因比重大于岩浆而下沉。•依据斯托克斯公式，下沉速度与矿物比重成正比，与矿物半径的平方成正比。•岩浆中氧化铬的含量远低于硅酸盐，与铬铁矿稍晚或同时结晶的橄榄石常因颗粒大沉降快而先堆积于岩浆房的底部形成橄榄岩，而后是小颗粒的铬铁矿在其上部堆积形成矿层•再后，应依次为较晚结晶的斜方辉石、单斜辉石堆积形成斜方辉岩、二辉岩、单斜辉岩等岩相带。岩浆成分变化：岩浆混合或同化作用；氧逸度变化；总压力增加可以，有的岩体中出现花岗岩包体，布什维尔德需硅铝质物质太多另岩体上部成分并不是富碱和硅，而是富铁铁演化到一定程度的岩浆更原始的基性岩浆•正堆积岩Orthocumulate堆积矿物之间残余岩浆为上覆堆积矿物所封存，它结晶后的总成分相当于初始岩浆的成分结晶作用发生于连续降温条件下，长石环带内外有别有新产生的分异矿物•补堆积岩Adcumulate堆积矿物之间的残余岩浆与其上述的岩浆整体上发生缓慢扩散，在温度没有明显下降的条件下，堆积矿物连续结晶，长大，并相互联接，固结成岩，堆晶矿物成分均匀，缺乏不同于堆积物矿物成分的后堆积矿物。•中堆积岩Mesocumulate：特征介于前两者之间•异补堆积岩Heateracumulate•如果堆积矿物并非原来的残余的岩浆，而是外来岩浆结晶，表现是许多自形而方位不平行的堆晶矿物被单个巨大的后堆积矿所包围。•难以解释的地质现象：•多层韵律；•铂族元素的分布•三、成因模型•更深入的研究表明，布什维尔德岩体的形成过程和历史极为复杂，不同期次／不同时间，不同空间／不同控岩断裂控制了岩体的形成。•Sr-isotopicstratigraphy表明BushveldComplex有两大演化阶段•下部开放混合阶段(Lower,CriticalandLowerMainZone)•不同成分的岩浆大量加入，伴随堆晶岩的混合、结晶和沉淀。•大的岩浆混合对应带和亚带的边界。边界上同位素明显变化、矿物组合明显变化，出现大量不整合面。•上部封闭分异阶段(UpperMainZone•andUpperZone),没有大的岩浆加入•(除上部开始前外),在巨厚的岩层内发生结晶分异作用•成矿模型•铬铁矿层：分布于上、下关健带，属带入岩浆体积增多时，如果“碰到””顶板”，则混入顶板长英质组分，引起铬铁层形成。这可由锶同位素值说明。•铂族元素矿床（Merenskyreef和Platreef)•分布于主带底部，在杂岩体北部与基底富硫岩石接触，混染作用导致Platreef的形成•在杂岩体西部、东部等，来自不同断裂带的主带岩浆直接与UCZ接触，Merenskyreef为分布于不整合面之上的矿层，成矿与不同岩性物质加入有关。•V-Ti磁铁矿矿床•位于UZ底部，在杂岩体的南部，直接与围岩片麻岩接触，相当于岩体底部，形成下部矿体；在杂岩体的西部、东部和北部等，未形成矿床，但出现UZ底部的辉岩层•实例8•蛇绿岩中(阿尔卑斯型）豆荚状铬铁矿矿床•蛇绿岩铬铁矿可以划分为富铬(铬尖晶石的Cr#=100Cr/(Cr+Al)60)•富铝(Cr#60)2种类型•富铬富铝型(Cr#60～60)分布——产在造山带或离散板块边缘、大洋地壳环境下的阿尔卑斯型超镁铁质杂岩体中，其中不少被认为属于蛇绿岩套，成因上一般与纯橄榄岩关系密切;•主要控矿构造板块缝合线控制蛇绿岩的分布；而蛇绿岩中地幔橄榄岩的塑性流变构造控制矿体的分布。矿体严格受岩体控制•赋矿岩石特征——受超壳断裂控制，常成群成带分布，具有多期侵入特点。岩体规模由数平方公里至数百平方公里不等，产状和围岩有时一致，有时呈斜交侵入接触;•岩石组合为纯橄岩、方辉橄榄岩和二辉橄榄岩，矿体主要赋存于纯橄岩与方辉橄榄岩构成的杂岩带中，且纯橄岩越多，矿化越好•成岩成矿时代大多为中泥盆世，部分为燕山期•共生矿床类型滑石菱镁岩型金矿床、石棉矿床豆荚状铬铁矿含镍的硫化物•矿体赋存部位矿体主要赋存在蛇绿岩剖面中的纯橄岩方辉橄榄岩杂岩带和超镁铁质堆积岩下部，前者中矿体具工业意义，后者中矿体一般不具工业意义。•矿体基本特征呈扁豆状、透镜状，与地幔橄榄岩中的叶理呈整合或次整合相交；矿体“成群分布、分段集中•矿石矿物组合铬铁矿+铝铬铁矿+亚铁铬铁矿。蛇绿岩中(阿尔卑斯型）豆荚状铬铁矿矿床•矿石结构构造块状，粗粒到细粒浸染状结构、细粒豆状结构。•矿床(体)空间分带在地幔橄榄岩剖面上，矿体密集分布，往往形成数层矿。•在萨尔托海岩体的地幔橄榄岩中有上、中、下三层矿，受上地幔岩多次熔融控制。•我国的铬铁矿矿床都属于受构造控制类型；如：西藏罗布莎铬铁矿矿床陕西松树沟铬铁矿床、河北放马峪铬铁矿矿床矿体类型岩相控制的矿床构造控制的矿床矿体产状岩体底部岩体的边部或岩体内部的原生裂隙中矿体形态扁豆状、透镜状、似层状、巢状脉状、透镜状、豆荚状和串珠状与围岩关系渐变过渡突变关系矿石构造浸染状、条带状构造块状、浸染状、豆状、角砾状构造矿石结构中－细粒自形、半自形结构半自形、它形结构矿床成因早期岩浆矿床晚期岩浆矿床(残余矿浆贯入)不同产状的非层状（阿尔卑斯型）铬铁矿矿床特征对比矿床模型•1、堆晶模式•铬铁矿从在向上循环流动的玄武岩浆中结晶•由于岩浆的循环使得铬铁矿保持了悬浮状态,铬铁矿能聚合形成结核;•当岩浆能量减弱时,铬铁矿降落聚集形成铬铁岩•解释铬铁矿作为橄榄岩中的少量矿物相却能大量聚集形成铬铁岩和铬铁矿结核状构造的成因•不能解释为何铬铁矿及其围岩常具有相同的变形组构以及铬铁矿与纯橄岩外壳紧密伴生等现象.•堆晶岩及其铬铁矿应该在重力作用下下沉，也可以设想是在上地幔岩中存在空洞并在其中岩浆结晶•2、混熔模式•目前普遍受到关注和流行的模式•所有铬尖晶石的沉淀来自一个由相对原始的玄武质岩浆和富硅岩浆的混合形成的次生岩浆•而富硅岩浆或者由周围的壳岩熔融形成或者由某个分异结晶过程形成•豆荚状铬铁岩形成•熔体-岩石反应模式•熔体-地幔反应模式•来自深处的熔体在其运移过程中溶解了通道围岩中的辉石,形成了沿运移通道的纯橄岩外壳,而反应后形成的熔体将仅沉淀铬铁矿形成豆荚状铬铁矿•混熔模式能解释铬铁矿大量集中分布和铬铁矿常与纯橄岩紧密相伴生的现象.•3、熔融再造