层状侵入体韵律层理形成过程的定量模拟——以四川攀枝花层状岩体为例

层状侵入体的韵律层理是一种特殊的岩石构造,长期以来其成因倍受关注,成因假说很多。本文在综合这些观点关于岩浆物理,化学性质的研究,尤其是在岩浆房地对流特征研究成果的基础上,提出了新的成因解释,认为固化带前锋处矿物的结晶,熔浆组分的扩散及固化带前锋本身的推进等３个因素的相互耦合是形成韵律层理的主要机制,这个过程是发生在一定过冷却条件下的,在这种定性认识基础上,笔者提出了旨在对韵律层理形成过程进行模拟计     

层状侵入体韵律层理成因的关键因素

系统的分析表明，层状侵入体的韵律层理是在一定过冷却条件下固化带前锋矿物结昌、熔浆组分扩散和固化带前锋推进三者耦合的结果，是一种近平衡条件下的地球化学自组织现象。     

含钒钛磁铁矿的L基性-超基性侵入岩体南部的韵律层

L岩体是一个层状的基性-超基性岩侵入体。它有良好的韵律性层理,不但是普遍发育着厚度不过几个毫米到十几厘米的韵律性重迭的岩石薄层(即通常所谓的“条带状”构造),而且,其岩性和矿石成分都表现出还有从岩体底部到顶部的三个大的韵律性重复变化。对于这后一种宏观的韵律性变化,拟称为“火成堆积旋回”。     

层状岩体的成因及成矿作用

层状岩体的典型特征是其具有层状构造和韵律结构。层状镁铁质岩体不仅是研究岩浆分异演化过程和地壳混染作用的最佳天然实验室,其中还广泛赋存重要的稀有金属和贱金属矿床。文中主要总结了不同类型层状岩体形成的构造背景、基本特征、母岩浆特征和韵律层理成因,以及岩浆混合和地壳混染在岩浆演化过程中起到的重要作用。文中还介绍了层状岩体中典型矿床的成矿作用与岩浆演化过程的成因联系。     

层状侵入体及其韵律层成因

层状侵入体以其独特的韵律结构记录了岩浆的演化分异过程。围绕韵律层理的成因 ,不同学者提出了很多成层机制 ,归纳起来大体有两类 :一类与岩浆流动和动力成层有关 ,包括流动分异、对流成层、化学成因等 ;另一类为非动力成层机制 ,主要有火成堆积、重力分异、压实作用和固化收缩等观点。影响韵律形成的因素很多 ,通常包括岩浆成分、对流作用、扩散作用、热梯度、氧逸度、温度和压力等。在评述这些成层机制和影响因素的基础上 ,结合攀枝花层状侵入体的特点 ,认为该岩体的韵律结构是在岩浆的固化收缩和压实作用下 ,晶体定向生长和自组织排列的结果 ,是二元 (辉石 ,斜长石 )、固 (岩石 )—液 (岩浆 )相转变系统中动量、能量和物种质量的复杂耦合所形成的分形自组织现象。对层状侵入体的进一步研究应集中在加强实验 (尤其是高温高压实验 )、引入非线性分析以及与成矿研究相结合等方面。     

一个岩浆多次活动及混合的例证——陕西望江山基性侵入岩体

陕西望江山岩体位于西乡县西北,是一个具有层状构造的基性侵入体,前人一般认为岩体中的韵律层状岩石是岩浆在岩浆房中就地结晶分异形成的。本次通过对侵入体的岩石、矿物特征的研究,认为韵律层状岩系是岩浆多次侵入活动形成的产物。母岩浆在深部岩浆房经结晶分异、液态扩散、硅酸盐液态不混熔等作用分异为成分有差异的衍生岩浆,这些岩浆分期次上涌,在侵位后岩浆除再经结晶分异等作用外,由于深部岩浆的多次上涌,因而有显著的岩浆混合作用发生。本文着重介绍岩浆多次活动及其混合作用。     

一个岩浆多次活动及混合的例证——陕西望江山基性侵入岩体

陕西望江山岩体位于西乡县西北,是一个具有层状构造的基性侵入体,前人一般认为岩体中的韵律层状岩石是岩浆在岩浆房中就地结晶分异形成的.本次通过对侵入体的岩石、矿物特征的研究,认为韵律层状岩系是岩浆多次侵入活动形成的产物.母岩浆在深部岩浆房经结晶分异、液态扩散、硅酸盐液态不混熔等作用分异为成分有差异的衍生岩浆,这些岩浆分期次上涌,在侵位后岩浆除再经结晶分异等作用外,由于深部岩浆的多次上涌,因而有显著的岩浆混合作用发生.本文着重介绍岩浆多次活动及其混合作用.     

辉长岩韵律层厚度的分形结构与模拟计算——以攀枝花层状侵入体为例

运用分形理论对四川攀枝花层状侵入体的韵律层厚度进行分维计算, 并结合计算机模拟手段, 对韵律层理的成因进行了探讨.通过分形计算表明, 攀枝花层状侵入体的韵律层在厚度上具有分形结构, 其分维数介于1.4~1.8之间, 不同级别韵律层的厚度分维数不同, 韵律演化的级别越高, 厚度分维数越大.通过模拟计算的韵律色度分维数与实测韵律层的厚度分维数比较接近, 变化规律也比较相似, 这不仅说明在韵律的演化过程中, 厚度和色率之间有一定的内在联系, 也说明了重力在韵律形成机制中是一个重要的影响因素.地球的重力作用与地球的其他物理化学作用在空间和时间上耦合, 形成了这种具有时空分形结构的韵律现象.      

镁铁质-超镁铁质层状岩体基本特征及岩浆作用

镁铁质-超镁铁质层状岩体可以产于多种构造环境,岩体具有典型的层状构造和韵律结构。层状岩体形成时主要的岩浆作用有重力分异作用、双扩散对流作用、压实作用、同化混染和岩浆混合作用等,其中重力分异作用很好地解释了层状岩体垂向上岩石类型的变化和矿物组分的变化,双扩散对流作用和岩浆混合作用在韵律层理形成过程中起了很重要的作用,而压实作用对岩浆演化晚期阶段补堆晶结构的形成作用明显,同化混染作用可改变岩浆的成分,导致岩浆分异产物的组成和成分的变化。堆晶结构的不同主要依赖于粒间液体的活动性和晶粥的渗透率,补堆晶结构形成需要高渗透率,而粒间液体不活动时将有利于正堆晶结构的形成。岩石组合、岩石结构、矿物组分及其变化规律很好地记录岩浆分异过程、岩浆补给等信息,可以用来讨论层状岩体的岩石成因：温度压力条件、原生岩浆及其演化过程等。     

湖南桃江半边山先寒武纪马底驿组陆屑风暴岩

本区马底驿组陆屑风暴岩的沉积构造非常清晰,其中有丘状交错层理、差异层理、层面构造、袋模、渠模、韵律层理和多种准同时变形构造.剖面可分为由块状层和韵律层组成的八个一级韵律,块状层为含砾泥质粉砂岩,韵律层由一系列二级韵律组成.根据沉积构造特征,自下而上划分为:斜坡带风暴浊流沉积、外陆棚风暴碎屑流沉积和陆棚风暴碎屑流沉积,海水逐渐变浅,为一海退层序。     

Formation of banded gneisses by deformation of igneous rocks

The development of finely layered gneisses by progressive deformation of a variety of granitoid intrusions, leucogabbroa, anorthosites, and basic and intermediate volcanic rocks is described and illustrated.Gneissose layering developed by the tectonic distortion of: magmatic and volcanic layering; particles such as pillow lavas, igneous crystals, and rock fragments in volcanic and plutonic breccias; patchy igneous textures; and vein networks. The products of extreme deformation during amphibolite facies metamorphism are uniformly layered gneisses.     

攀西地区基性-超基性岩地球化学及嵌套韵律层的分形动力学研究

攀西地区层状基性 -超基性岩体从下到上具有套叠式韵律结构的特征 ,这种韵律由岩石的颜色、矿物的成分、结构等表征。在长期的地球重力作用下 ,物质的液态分异或固相结晶分异为层状岩体韵律成因的关键。提出用类似于 Cantor分形集合法构筑重力分异时空分形集合 ,结果以色谱条带图和直方图表达 ,并与攀枝花层状岩体的野外岩石观察的颜色韵律以及岩体实测的矿物成分、长石的 An号码进行了对比 ,表明岩体实测数据与构筑的重力分异时空分形理论图式很相似 ,揭示了攀西层状基性 -超基性岩体的套叠式韵律结构在成因上具有时空分形的特征     

Some problems with the cumulus theory

There are a number of features in layered intrusions which do not appear to be consistent with the cumulus theory. The most important of these are: (1) Rhythmic layering in plagioclase-pyroxene cumulates from some intrusions (e.g. Jimberlana and Stillwater) may be inverted with the light plagioclase-rich cumulates at the base of the layer and heavy pyroxene-rich cumulates at the top. (2) Hydraulic sorting in rhythmically layered cumulates is often poor, suggesting that chemical and not mechanical processes control the distribution of minerals in this type of layered sequence. (3) The textures of cumulates from the steeply dipping marginal zone of Jimberlana, which cannot have formed by gravity settling, are indistinguishable from those found in the flatly dipping central layers of the intrusion. Similarly, it is difficult to explain the cumulate textures in the ‘overturned’ marginal layered series of Jimberlana. (4) Igneous layering, including cross-bedding, graded bedding and trough banding, has been described in layered sequences with near-vertical primary dips. (5) Calculations and experiments with a centrifuge furnace suggest that plagioclase cannot sink in Fe-rich tholeiitic liquids. (6) The settling of crystals as individual grains assumes that nucleation is homogeneous. This is unlikely.

It is probable that heterogeneous and self-nucleation are the dominant nucleation mechanisms during the formation of cumulates. This gives rise to two possibilities. Firstly, that most grains nucleate against pre-existing settling crystals to form composite grains which gravitate to the floor of the chamber. Secondly, that the cumulus grains nucleate in situ at the temporary floor of the magma chamber.     

四川攀西地区钒钛磁铁矿成矿元素富集过程模拟与资源潜力评价

根据层状含钒钛磁铁矿岩体的韵律特征及其铁质量分数变化规律,探索性地应用瑞利分馏模型模拟四川攀西地区攀枝花、红格、白马、太和等岩体成矿元素富集过程,分别建立了各岩体的统计模型和理想模型,并据此估算了铁矿石以及伴生钒、钛资源量。其中:攀枝花、红格、太和等岩体的数学模型比较一致,可能与这些岩体岩浆结晶分异比较彻底、成矿性好有关;而白马岩体的模型参数有较大差异,充分体现了该岩体结晶分异不彻底、成矿性相对较差的特点。     

Small Scale Primary Cumulus Igneous Layering in the Kalka Layered Intrusion, Giles Complex, Central Australia

Small scale primary cumulus layers occur in various parts ofthe Kalka Intrusion in central Australia, and generalized modelshave been developed from them to explain the formation of primarysmall scale layering features in stratiform gabbroic intrusions.Primary small scale layering appears to be produced by repeatedbursts of discontinuous nucleation, followed by differentialgravitational settling of pyroxene or olivine relative to plagioclase.Dependent on the distance of the nucleation zone above the pileof settled cumulus crystals, the layering may be mineral gradedor isomodal as a result of either incomplete or complete separationof cumulus pyroxene or olivine and plagioclase on settling.Reverse or continuous mineral grading may result from settlingoverlap of plagioclase by pyroxene or olivine formed in laternucleation cycles. Conditions of continuous nucleation willgenerally result in massive unlayered sequences, irrespectiveof any differential settling which may occur between phases.     

不同类型基性层状侵入体的成因

论述了不同类型基性层状侵入体的成因。根据母岩浆特征划分出玄武岩浆侵入体和拉斑玄武岩浆侵入体两大类。