成矿碳酸岩的实验岩石学研究现状与展望

火成碳酸岩及其风化产物是全球战略性关键金属稀土元素(REE)和铌(Nb)的主要来源。因此,对关键金属在火成碳酸岩中的超常富集机理研究具有重要的科学意义。研究表明成矿碳酸岩常常与碱性杂岩体存在密切的时空联系,因而母岩浆应属于碳酸盐化的硅酸盐岩浆,并以霞石岩岩浆为主。针对碳酸岩关键金属矿床的成岩成矿过程,已有实验发现母岩浆在地壳内的演化过程中,既可以通过分离结晶作用,也可以通过液态不混溶作用形成碳酸岩。然而,更加接近自然样品的多组分体系的实验均表明液态不混溶作用总是先于碳酸盐矿物分离结晶作用。因此,液态不混溶作用对关键金属成矿过程有着不可忽视的作用。尽管如此,已有不混溶实验表明当碳酸盐熔体和硅酸盐熔体发生不混溶之后,关键金属REE与Nb总是优先分配到硅酸盐熔体(碱性岩)中,但是在成矿杂岩体中,REE与Nb是高度富集在碳酸岩中。虽然不混溶实验表明REE与Nb在碳酸盐-硅酸盐熔体中的分配系数与含水量有关,即与熔体的聚合程度有关,但是绝大部分成矿碳酸岩成矿过程一般并不富水,所以碳酸岩中REE和Nb等关键金属元素超常富集的机理并不明确。因此未来的研究应重点关注在碳酸岩演化的过程中,除了水以外,其他配体对于关键金属元素在不混溶硅酸盐-碳酸盐熔体之间分配系数是否有影响,从而找到控制碳酸岩中关键金属成矿的关键。     

磁铁矿-磷灰石型铁矿的实验模拟研究进展与展望

磁铁矿-磷灰石(IOA)型铁矿,或称基鲁纳型(Kiruna)铁矿,或称陆相火山岩型铁矿,在时空上常常与碱性-钙碱性的(次)火山岩有着紧密联系。该类型矿床在世界范围内广泛产出,发育特征的磁铁矿-磷灰石-阳起石矿物组合,但其成因还存在广泛争议。文章介绍并归纳了成岩成矿实验在IOA型矿床相关的岩浆原生过程方面取得的最新进展,包括液态不混溶作用、岩浆磁铁矿-气泡悬浮模式和阳起石岩浆成因的实验验证,探讨了磁铁矿以及磷灰石通过液态不混溶作用和气泡悬浮完成超常富集形成铁矿浆的可能性。在此基础上,指出了相关实验目前尚存在的问题及未来的研究方向。     

氧逸度对攀枝花岩体成岩成矿作用的制约:来自锆石微量元素的证据

本文报道了攀枝花钒钛磁铁矿含矿岩体边缘岩相带中的苦橄玢岩和岩体中淡色辉长岩的锆石微量元素特征。结果表明二者所含锆石都具有明显的Ce正异常和Eu负异常,以及轻稀土元素亏损和重稀土元素富集的特征,其Th/U比值为0.35～3.23,都属于典型的岩浆锆石。本次研究利用最新实验标定的锆石氧逸度计对苦橄玢岩和淡色辉长岩的氧逸度进行了估算。估算结果表明苦橄玢岩和淡色辉长岩均具较高的氧逸度,分别为QFM+0.3～QFM+2.5和QFM+0.7～QFM+3(QFM为石英-铁橄榄石-磁铁矿缓冲剂)。苦橄玢岩作为来自深部岩浆房侵入到攀枝花主岩体的富橄榄石"晶粥体",其高氧逸度的特征反映出攀枝花岩体的原生岩浆以及地幔源区是相对氧化的,而导致这一结果的原因很可能与古老俯冲事件导致的地幔交代作用有关。通过地幔柱-岩石圈相互作用,在较高氧逸度下发生部分熔融形成了铁质苦橄岩及其堆晶作用产物苦橄玢岩。此外,淡色辉长岩的氧逸度也显示出较高的特征,这说明这种氧化的特征很可能是贯穿了整个成岩过程的,对钒钛磁铁矿成矿,特别是导致铁钛氧化物早期结晶起到了不可忽视的作用。     

大同新生代火山岩浆的快速喷发——来自橄榄石地幔捕掳晶的证据

量化研究幔源岩浆从源区运移至喷发或者侵位的时间尺度，对理解基性岩浆作用具有重要意义。然而，对于岩浆的喷发和就位的时间尺度研究仍缺乏有效的约束，位于我国华北克拉通北部山西大同新生代火山岩群是理想的研究地区。本文以该火山群～0.2 Ma喷发的神泉寺碱性玄武岩为研究对象，重点研究其中携带的地幔橄榄石捕掳晶来约束喷发前的时间尺度。通过对其开展详细的矿物化学研究，发现地幔捕掳晶核部的Fo值高达97.7,为极富镁橄榄石，结合其极低的Ca、Mn和Ni含量特征，认为它们捕获自被交代的地幔橄榄岩。另外，地幔橄榄石捕掳晶发育明显的CaO成分环带，表明其在地壳岩浆系统内经历了复杂的岩浆演化过程。地幔橄榄石捕掳晶反应边宽度变化很大，说明它们在源区被捕获时及在运移过程中经过了多次破碎过程。橄榄石捕掳晶最边缘的Fo值为70左右，平衡计算表明它们在边部已与主岩浆(碱性玄武岩)达到平衡。Fe-Mg元素扩散计时结果显示，橄榄石地幔捕掳晶仅在岩浆中滞留了几个月的时间。对于40～70 km的岩石圈地幔厚度来说，岩浆平均上升速率最快可能超过500 m/d。