斑岩型铜矿床成矿斑岩岩浆氧化状态研究方法综述

近年来,成矿斑岩岩浆的氧化状态对斑岩铜矿床成矿潜力和成矿规模的控制作用受到了矿床学家的广泛关注。文章总结了斑岩型铜矿床成矿斑岩岩浆氧化状态的主要研究方法及各自的适用条件:(1)钛铁氧化物(钛铁矿-磁铁矿)固熔体的组成,适用于含共生岩浆成因钛铁矿-磁铁矿的斑岩体;(2)岩石中的Fe~(3+)/Fe~(2+)含量比值,适用于新鲜的熔融包裹体或未发生热液蚀变和地表风化作用的新鲜岩石;(3)黑云母中的Fe~(3+)、Fe~(2+)和Mg含量,适用于黑云母与磁铁矿和钾长石共生的岩体;(4)角闪石主量元素含量,适用于温度为550～1120℃、压力1200 MPa、氧逸度(f(O2))为-1≤ΔNNO≤+5的钙碱性喷出岩或浅成侵入岩;(5)锆石Ce~(4+)/Ce~(3+)比值;(6)锆石EuN/EuN*比值,斑岩铜矿成矿斑岩为中酸性岩体,其中锆石普遍发育,因此被广泛用于确定岩浆氧化状态。文章还通过收集中国冈底斯成矿带、金沙江-红河成矿带、中甸岛弧成矿带、环太平洋成矿域和中亚成矿域主要斑岩铜矿床成矿斑岩岩浆氧逸度资料,讨论岩浆演化状态对斑岩型铜矿床成矿作用和成矿规模的控制作用,发现同一成矿带内含矿斑岩的氧化状态明显高于不含矿斑岩,且含矿斑岩的氧化状态与斑岩铜矿床的成矿规模具有正相关性。     

塔里木大火成岩省皮羌层状岩体的矿物结晶顺序和钒钛磁铁矿矿石成因探讨

距今约276 Ma的皮羌层状岩体位于塔里木板块西缘,是二叠纪塔里木大火成岩省的组成部分。岩体主要由辉长岩组成并赋存大型钒钛磁铁矿矿床。矿物结构和磁铁矿、钛铁矿和单斜辉石成分变化特征表明,矿物结晶顺序为单斜辉石+斜长石→磁铁矿+钛铁矿。磁铁矿中V2O3含量变化于0.49%~0.97%,说明岩浆演化过程氧逸度较低(相似文献   

塔里木大火成岩省皮羌层状岩体的矿物结晶顺序和钒钛磁铁矿矿石成因探讨

距今约276 Ma的皮羌层状岩体位于塔里木板块西缘,是二叠纪塔里木大火成岩省的组成部分。岩体主要由辉长岩组成并赋存大型钒钛磁铁矿矿床。矿物结构和磁铁矿、钛铁矿和单斜辉石成分变化特征表明,矿物结晶顺序为单斜辉石+斜长石→磁铁矿+钛铁矿。磁铁矿中V2O3含量变化于0.49%~0.97%,说明岩浆演化过程氧逸度较低(相似文献   

华南花岗岩类中铁钛副矿物组合与氧逸度关系

华南花岗岩中存在两类矿物组合:(1)铁透闪石 钛铁矿 榍石 磁铁矿 石英;(2)钛铁矿 方解石 石英 磁铁矿 榍石。可通过以下关系分别计算上述两组矿物组合的岩浆氧逸度。组合(1)为: logfo_2=-24940.31/T 9.25 243.43(P-10~5Pa)/T 0.86logfH_2O-0.86logα铁透闪石组合(2)为: logfo_2=-3673.68/T-37.73 590.53(P-10~5Pa)/T 6logfco_2岩浆作用过程的氧逸度(fo_2)是控制磁铁矿、钛铁矿、榍石等铁、钛副矿物形成和稳定的重要因素。     

四川攀枝花钒钛磁铁矿床Fe同位素特征及其成因指示意义

本文系统研究了四川攀枝花含钒钛磁铁矿层状岩体全岩和矿石矿物磁铁矿的Fe同位素组成特征。研究获得全岩δ⁵⁷Fe的范围为0.02‰～0.25‰, 平均值为0.17‰, 磁铁矿的δ⁵⁷Fe范围为0.05‰～0.61‰, 平均值为0.36‰。相对于磁铁矿单矿物, 全岩Fe同位素组成变化不大。相对于全岩, 磁铁矿具有相对重的Fe同位素组成, 并且其相对偏重程度与样品中磁铁矿的含量呈反相关关系。磁铁矿Fe同位素组成与形成环境氧逸度之间的负相关关系表明磁铁矿从岩浆中结晶出来之后没有发生重力分异, 赋存于岩体和矿体中的磁铁矿是原位结晶的。磁铁矿的Fe同位素特征表明攀枝花岩体是多次岩浆补充和分离结晶共同作用的结果: 形成下部岩相带过程中, 玄武质岩浆补充频繁, 形成巨厚的块状磁铁矿层, 其中的磁铁矿的δ⁵⁷Fe值变化较小; 而形成中部岩相带过程中, 玄武质岩浆补充的频率逐渐降低, 形成多个旋回以及交替产生的磁铁辉长岩和辉长岩。同时, 形成攀枝花岩体和矿体的初始岩浆的氧逸度很高, 在高氧逸度环境下富集成矿, 演化过程中岩浆体系氧逸度逐渐降低, 很好地解释了攀枝花V-Ti磁铁矿主矿体赋存在含矿岩体下部的辉长岩中的成矿机制。     

中—酸性侵入岩中钛铁矿的锰含量及其岩石成因意义

美国西部和中国东部15个中性侵入岩和I型花岗岩中的钛铁矿绝大部分属氧化出溶型,主要形成温度为755°—450℃。氧化出溶型钛铁矿的锰含量与样品中石英加碱性长石含量呈正相关,与铁镁硅酸盐矿物含量和该含量与磁铁矿含量之比值呈负相关。原始岩浆成分、结晶方式及结晶过程的氧逸度/水逸度比值对锰的晶体/熔体分配系数产生直接影响,是制约钛铁矿中锰含量的主要因素。钛铁矿中锰含量有助于估测主要造岩矿物丰度,判别某些酸性火山岩和次火山岩,推测分离结晶方式及结晶过程的物理化学条件。     

幔源岩浆氧化还原状态及对岩浆矿床成矿的制约

岩浆的氧化还原状态是控制许多基本地质过程的关键热动力学参数之一。估算玄武质岩浆和源区岩石氧化还原状态的常用方法主要包括多价元素的价态、多价元素的分配系数、共存矿物对的化学平衡和全岩化学比值。岩石学实验的深入和分析技术手段的快速发展使精确估算岩浆氧逸度成为可能。这有力地促进了对地幔源区成分、岩浆的部分熔融程度和熔融方式与分异演化历史,以及岩浆矿床的成因机制及成矿过程的研究。幔源岩浆的氧化还原状态复杂多变,不仅与构造背景有关,还与地幔深度(压力)、交代作用和部分熔融有着密切联系。而在岩浆到达浅部地壳后,结晶分异、岩浆去气和同化混染等过程也能不同程度地改变岩浆的氧逸度。因此,即使来自同一构造背景的幔源岩浆也呈现出明显的氧逸度不均一性。氧逸度的高低对源区部分熔融过程中金属元素的地球化学行为、岩浆的分异演化趋势、Fe-Ti-V氧化物饱和时间的早晚和S在岩浆中的溶解度具有明显的控制作用。因此,岩浆的氧逸度对钒钛磁铁矿矿床和汇聚板块边缘的岩浆硫化物矿床的成矿过程具有显著的影响。     

地球氧逸度

地球是一个"氧化性"的星球。在太阳系所有行星中,只有地球大气中含有高浓度的O_2(约占21%)。研究表明,地球演化的早期,其大气组成与火星等类地行星相似,都是以CO_2为主,O_2含量可以忽略不计。在大约24-21亿年前,地球大气中O_2含量突然大幅度升高,一度超过现今O_2含量的1%,而后又在中元古代回落到现今O_2含量的0.1%以下。沉积物中氧化还原敏感元素的含量变化显示,大约6.3亿年前雪球地球结束之后,地球大气中的O_2含量再次大幅度升高至20%左右,而后在显生宙经历一系列复杂变化并最终演化至现今的水平。Re/Os比值显示,硅酸盐地球的氧逸度远高于月球,也高于火星。考虑到月球与地球分异发生在45亿年前,月球的低氧逸度暗示地球早期的氧逸度可能也较低。可以影响地球氧逸度的元素主要有O、H、Fe、S和C等。控制地球氧逸度变化的主要过程包括:核幔分异、板块俯冲和火山喷发去气等。在核幔分异以前,金属Fe可能是控制硅酸盐地球及其表生环境低氧逸度的关键因素。核幔分异过程中,Fe是控制氧逸度变化的关键元素。核幔分异将金属Fe与铁氧化物分开,造成地幔Fe~(3+)/Fe~(2+)比值升高。尤其是在下地幔,Fe~(2+)在高压下发生歧化反应,形成金属Fe和Fe~(3+)。其中Fe~(3+)赋存在布里奇曼石中,导致下地幔氧逸度低。在板块俯冲过程中,当有板片进入下地幔时,布里奇曼石会因体积补偿,被运移到上地幔,并发生分解,释放出Fe~(3+),导致周围地幔氧逸度的升高。但是,V/Sc和Zn/Fe等元素比值则显示在过去30多亿年以来,地幔的氧逸度变化不大,可能与上、下地幔间氧化还原缓冲层或者是上述元素比值对氧逸度不够敏感有关。在地球演化早期,金刚石是最早形成的矿物。由于金刚石的密度在上地幔高于地幔橄榄岩熔体,而在下地幔小于地幔橄榄岩熔体,因此在岩浆海阶段,金刚石倾向于在上地幔底部富集,成为一个富金刚石的储层。在板块俯冲阶段,这些金刚石会被布里奇曼石分解所释放的Fe~(3+)所氧化,形成富碳酸盐和CO:的层位,同时起到稳定上地幔氧逸度的作用。俯冲带地幔橄榄岩和岛弧火山岩的氧逸度均高于板内环境,因此一般认为板块俯冲会导致氧逸度升高。在板块俯冲过程中,氧逸度主要受到Fe和H_2O(水分解释放出H_2)的控制。蚀变大洋岩石圈中含有大量的H_2O,板块俯冲过程中脱水会导致地幔楔蛇纹石化。蛇纹石化过程会形成磁铁矿,释放出味,使局部在短时间内氧逸度降低。但是,由于H_2很容易逸散到大气中,而磁铁矿则保留在地幔楔中,其结果导致岩石中Fe~(3+)/Fe~(2+)比值升高,从而在发生部分熔融时形成高氧逸度岩浆。板块俯冲对氧逸度的影响是多方面的,还与俯冲板块的年龄、沉积物的性质等有关。对于富含有机物的沉积物俯冲过程,C是主要的氧逸度控制元素。在板块俯冲的浅部,有机物分解,释放出CH_4等还原性气体,造成上覆岩石圈氧逸度下降。富含铁锰结核等氧化性沉积物的俯冲则可以导致地幔楔氧逸度的升高,这一过程中Fe和Mn是控制氧逸度的主要元素。火山喷发可以释放出CH_4、CO_2、H_2S和SO_2等气体,也可以影响大气中O_2的含量。有研究认为,火山气体中的H_2S随岩浆房压力增加而增加,SO_2则随压力的增加而减少,因此岩浆房压力可以影响其排气的氧化-还原性,进而影响大气的O_2含量。一种观点认为,正是由于太古宙末期大量出现陆相火山岩,导致了大氧化事件,在这一模型中,S是控制氧逸度的关键。氧逸度对多种成矿作用均具有重要的控制作用。其中,斑岩铜金矿床的形成往往与高氧逸度的埃达克岩有关。这是由于当岩浆的氧逸度高于AFMQ+1.5时,岩浆中S主要以硫酸盐的形式存在。由于硫酸盐在岩浆中的溶解度远远高于硫化物,因此,在俯冲洋壳部分熔融过程中形成的高氧逸度埃达克质岩浆可以熔出更多的亲硫元素,有利于成矿。锡矿床的形成则往往与还原性岩浆有关。这是因为在高氧逸度岩浆中,Sn主要呈Sn~(4+),易于在岩浆结晶早期进入矿物中;而在还原性岩浆中,Sn主要以Sn~(2+)形式存在,表现为不相容元素,倾向于在岩浆中富集,并在岩浆期后热液阶段富集成矿。其他氧化还原敏感元素,如U、V、Mo、Re、Sb和Fe等,可以在表生过程中富集,有利于进一步富集成矿。     

四川拉拉IOCG矿床气成-热液成矿期磁铁矿地球化学特征及其成矿意义

四川省拉拉铁氧化物-铜-金(IOCG)矿床位于扬子地块西南缘,磁铁矿是矿床中重要的矿石矿物及Fe质的主要载体之一。结合矿相学及电子探针研究方法,探讨矿床中气成-热液成矿期磁铁矿的成因特征及Fe质来源。矿相学研究表明,气成-热液成矿期磁铁矿呈自形晶,与黄铜矿共伴生产出。电子探针分析表明,气成-热液成矿期粗粒自形晶磁铁矿主要成分为TFeO,其余成分不超过1%,为典型磁铁矿。①气成-热液成矿期粗粒自形晶磁铁矿为热液成因,Fe质来自岩浆热液;②高氧逸度的岩浆/热液有利于Cu-Au的迁移聚集,磁铁矿的结晶作用过程中伴随着氧化态硫酸盐(SO 2-4)向还原态硫(H 2 S)转化的还原作用,降低成矿系统的氧化还原势,从而推进后续Cu-Au硫化物的沉淀成矿;③研究结果还补充了林师整(1982)建立的磁铁矿成因判别图解空白部分。     

攀西白马岩体的矿物结晶顺序与钒钛磁铁矿成因

距今约260 Ma的白马岩体位于上扬子板块西缘的攀西裂谷中,是一个大型的含钒钛磁铁矿镁铁质-超镁铁质杂岩体,是峨眉山大火成岩省的重要组成部分。含矿岩体主要由磁铁橄长岩和橄榄辉长岩组成,主要工业矿体赋存在下部的橄长岩岩相带中。显微镜下显示橄榄石和角闪石均存在2种不同的结构状态,岩浆具有多次脉动的侵位特点。矿物结构特点及磁铁矿、钛铁矿、橄榄石、角闪石及斜长石等矿物电子探针成分测定显示,矿物的结晶顺序大致为斜长石+橄榄石+辉石→角闪石+磁铁矿+钛铁矿→角闪石。根据角闪石和斜长石成分计算角闪石最低结晶温度为1090℃,斜长石的最高结晶温度是1120℃,推测磁铁矿的结晶温度介于1090~1120℃之间。橄榄石的Fo值由下部的磁铁橄长岩向上部的橄榄辉长岩呈逐渐降低的变化趋势,表明随着岩浆的结晶分异进程,系统的氧逸度是逐步变化的,暗示整个结晶分异过程系统处于封闭状态。磁铁矿中w(V2O3)变化于0.72%~1.37%之间,可近似看成是岩浆演化过程氧逸度较低的量化标志(FMQ+0.5),这种低氧逸度条件下硅酸盐矿物的结晶,会导致粒间熔体氧逸度逐步升高且成分向着富Fe的方向演化。岩浆的这种成分演化特点,是晚期形成不混溶熔浆及富Fe-Ti矿浆的主要原因。