探讨变质作用对铬铁矿床的改造——古老岩层中铬铁矿找矿方向研究

提要：岗上超镁铁质岩主要由纯橄岩和石榴橄榄岩组成,主要组成矿物橄榄石、铬铁矿、石榴子石、单斜辉石和斜方辉石等。铬铁矿的Cr^#[Cr/(Cr+Mg)×100]从51到89变化,铬铁矿矿物表现为4期次演化的特点,反映了从岩浆期向榴辉岩相、角闪岩相和绿片岩相演化特征。随着超镁铁质岩的演化,铬铁矿中Cr^#不断增大,而铬铁矿Mg^#〔Mg×100/(Mg+Fe²⁺)〕不断减少,氧逸度不断增加。在绿片岩相－绿片角闪岩相退变质过程中,铬铁矿中Cr、Mg和Al减少,Fe相对增加,产生富Cr尖晶石变质作用样式。晚期剪切变形等次生变化有利于富铬铬铁矿矿物的形成和铬铁矿的富集。同时,绿片岩相变质作用降低了铬铁矿与其他硅酸盐矿物的结合强度,降低了开采强度和成本,使原本不易于开采的铬铁矿体变得可以开采。这些意味着该地区铬铁矿矿体展布要结合区域构造特征和变质作用进行研究、尤其是结合中晚期脆韧性构造进行分析。     

苏鲁超高压变质带超镁铁岩深部碳酸盐交代作用的证据

中国大陆科学钻探工程第三先导孔(PP3钻孔),位于秦岭-大别-苏鲁超高压造山带的东部,赣榆岗上超镁铁岩体中。钻孔中超镁铁岩的岩性包括纯橄岩和石榴超镁铁岩等,该超镁铁岩的SiO_2含量均值在43.68%,变化范围为41.9%~47.11%;MgO均值在44.71%,变化范围为47.12%~48.62%;Cr_2O_3均值在0.39%,变化范围为0.30%~0.47%;CaO均值0.12%(变化范围为0.006%~0.34%);Na2O均值在0.05%(变化范围为0.005%~0.32%)。超镁铁质岩的Mg#(Mg/(Mg+Fe)×100)稳定在91.9~93.0之间,Cr#(Cr/(Cr+Fe)×100)均值在38,较高;变化在30~45之间,变化小。其中闪石化金云母超镁铁岩具有最低的值(Cr#=19)。Ni含量在2100×10~(-6)~2500×10~(-6),CaO含量均值为0.13%,Al_2O_3含量均值为0.41%。岩体成分均一,表现为高镁,低钙和低铝的特征。超镁铁岩的不相容元素和稀土元素总量很低,稀土元素总量均值在0.60×10~(-6)。(La/Yb)N比值在6.9~51.2,均值在16.1,重稀土元素严重亏损,是中国东部最亏损的地幔岩之一。超镁铁岩中橄榄石成分(Fo在88.7~93.1之间,Fa在6.8~11.1之间),从早期到晚期,岩石Fo值从93→91~92.4→88.7~89.1。铬尖晶石Cr#值从51到89变化,TiO_2和MnO_2值分别低于0.26%和0.46%,晚期铬尖晶石Cr#值增大,Ti含量减小。单斜辉石由透辉石(Wo_(45.9)8En_(47.89)Fs_(2.73)Ac_(3.39))和顽透辉石(Wo_(27.61)En_(68.78)Fs_(2.27)Ac_(1.34))两种,透辉石(Cpx_Ⅰ)在顽透辉石(Cpx_Ⅱ)中呈被交代的残余粒状。角闪石和金云母呈明显的条带状和脉状,局部发育。岩石具有弱的Na和K交代作用,较高的Sr和Ba等元素,亏损高场强元素(HSFE),以及特征的稀土元素和微量元素配分曲线;岩石中主要组成矿物橄榄石从早期到晚期,矿物Mg#指数下降(Mg#从93→88);单斜辉石中可看到透辉石被顽透辉石交代现象;次生角闪石和金云母的形成等特征都显示超镁铁岩经历了碳酸盐交代作用。在超镁铁岩矿物橄榄石中发现细小白云石和菱镁矿等碳酸盐矿物更有力证明了苏鲁超高压变质带超镁铁岩经历了深部碳酸盐交代作用。PP3钻孔超镁铁岩属于强烈亏损地幔岩区域,单斜辉石和角闪石等含水矿物在超镁铁岩中含量低,交代作用的范围和规模有限,且交代作用在动力学上是快速的和不平衡的过程。     

苏鲁超高压变质带胡家林超镁铁质岩成因及构造意义

胡家林超镁铁质杂岩体产于苏鲁超高压变质带中部,纯橄岩和(石榴)单斜辉石岩呈不连续透镜体产于蛇纹石化橄榄岩中。纯橄岩遭受了部分蛇纹石化(烧失量=6.6%～13.2%),全岩富集强相容元素(Ni、Cr、Co)和Ir族PGE(IPGE;Ir、Os、Ru)及高IPGE/PPGE值,亏损Al、Ti、V,具高Mg~#橄榄石(Fo=91.7～92.4)和高Cr~#(0.68～0.76)尖晶石。纯橄岩高耐熔地球化学及矿物化学特征和古老的大陆岩石圈地幔相一致,表明其原岩来源于弧前地幔,代表了华北克拉通古老的大陆岩石圈地幔残留。(石榴)单斜辉石岩全岩呈相对低含量的强相容元素(Cr、Ni、Co)和IPGE,高含量的Al、Ti、V和流体迁移元素(Sr、Pb和Ba),球粒陨石标准化REE配分图呈明显"上凸"型,具低Mg~#橄榄石(Fo=76.6～76.8)和低Al_2O_3(2.76%)和高SiO_2(54.56%～56.87%)的单斜辉石。全岩组成和矿物化学表明其原岩为俯冲带内超镁铁质火成堆晶岩,最初岩浆由地幔岩高程度部分熔融的熔体和俯冲带中富H_2O流体和/或熔体构成。(石榴)单斜辉石岩原岩曾被地幔流带入扬子大陆俯冲板片和上覆地幔楔之间的俯冲通道,经历了超高压变质作用和生成大量石榴石。(石榴)单斜辉石岩在折返过程中,与大陆岩石圈地幔楔剥离的蛇纹石化橄榄岩及纯橄岩相结合,形成超镁铁质杂岩体,整体被低密度的俯冲板片(主要由花岗质片麻岩和变质沉积岩组成)裹挟,折返至地壳浅部。     

大别山北部镁铁-超镁铁质岩带的研究新进展

报道了大别山北部镁铁－ 超镁铁质岩带研究的一些最新进展,其中特别重要的是两种产状新鲜榴辉岩露头的发现、超高压变质线索及变质蛇绿岩的地球化学证据等。讨论了该带需进一步研究的若干问题。     

镁铁质—超镁铁质岩浆作用与成矿作用的新进展

镁铁质—超镁铁质岩浆作用与Cu、Ni、Co、PGE(铂族)、V、Ti、Cr、Fe等金属成矿作用关系密切。镁铁质—超镁铁质岩浆能否成矿主要由岩浆源区的性质、构造背景以及是否存在古老且一直活动的深大断裂等因素决定。介绍了一些世界上典型矿床的新的成矿模型及寻找与镁铁质—超镁铁质岩有关的PGE矿床的新技术与新方法。     

松树沟阿尔卑斯型超镁铁质岩体的接触变质带

The Songshugou Alpine-type ultramafie mass is intruded into the surroundiug plagioclase-amphibole schist where high-temperature aureoles are found well exposed but not distroyed. From the outer part inwards, four aureoles are recognized: the oligaclase-hornblende zone, the andesine-hornblende zone, the garnet zone and the pyroxcne zone. Toward the mass, systematic variations are noticed in the rocks from one zone to another, i.e., the rocks vary from fine-grained, fibrous, crystalloblastic texture to medium coarse-grained, granular, crystalloblastic texture and from schistose structure to massive structure; hornblende varies from blue green to brown; plagiclases vary in composition from An12-17, to An37, even to An80 near the contact; garnet and pyroxene beeome more and more abuudant; sphcne is replaced progressively by titanomagnetite;and Na(K), A1 and Ti in the hornblende tend to increase near the contact. Studies have shown that the typical rocks in the four contact metamorphic zones are generally similar in major and trace elements. But different mineral assemblages and mineral chemistry indicate that the rocks were formed under different physical conditions.     

大别山北部变质镁铁-超镁铁质岩带中的英云闪长岩及其地质意义

依据地质及地球化学（常量元素、微量元素和稀土元素）特征,大别山北部变质镁铁－超镁铁质岩带中的英云交长岩具幔源型（Ｍ型）花岗岩类特征,它属于与蛇绿岩有关的浅色组分。     

内蒙古中部镁铁质-超镁铁质岩带铜镍成矿潜力探讨

华北陆块北缘是中国铜镍（铂）硫化物矿床的重要成矿区带之一。近年来,在位于该成矿带的内蒙古中部先后发现多处铜镍矿床（点）,空间上构成一条重要的镁铁质-超镁铁质岩成矿带。为了探讨该镁铁质-超镁铁质岩带内额布图、温更、克布、黄花滩及小南山等赋矿岩体的成矿潜力,笔者通过搜集和研究国内外典型铜镍硫化物矿床数据,建立有利成矿信息评价指标,并指导评价本区岩体的成矿潜力。研究认为,额布图、温更和克布岩体从矿物和岩石地球化学及岩浆分异演化等方面分析,具有较好的成矿地质条件,指示较好的成矿潜力;而黄花滩、小南山岩体从目前地球化学资料分析,成矿潜力相对较弱。     

大别山北部超高压变质大理岩及其地质意义

岩石学研究表明 ,大别山北部镁铁 超镁铁质岩带中白云质大理岩至少经历过三期变质阶段 :(1)榴辉岩相峰期变质阶段 ,矿物组合主要为方解石 +白云石 +金红石 +镁橄榄石 +钛 斜硅镁石 +富镁的钛铁矿±文石±石榴子石 ;(2 )麻粒岩相退变质阶段 ,矿物组合主要为方解石 +白云石 +金云母 +镁橄榄石 +透辉石 +钛铁矿 +尖晶石±斜方辉石等 ;(3)角闪岩相退变质阶段 ,主要矿物组合为方解石 +白云石 +磷灰石 +磁铁矿+榍石等。它的峰期变质矿物组合 ,类似于苏 鲁超高压大理岩 ,形成压力至少大于 2 .5GPa。这进一步证明 ,大别山北部大多数高级变质岩 (包括大理岩等 )都曾经过超高压变质作用 ,应属于印支期扬子俯冲陆壳的一部分。     

北苏鲁威海地区超基性岩的原岩形成时代和超高压变质时代

超基性岩是苏鲁超高压变质地体中一类特殊且十分重要的岩石类型,它们通常呈规模不一的块状、条带状或不规则透镜状 (体) 赋存于区域大面积出露的花岗质片麻岩中。锆石中矿物包体激光拉曼测试、阴极发光图像分析和不同性质锆石LA-ICP-MS U-Pb定年等综合研究结果表明,北苏鲁威海地区含橄榄石辉石岩 (样品W1和W2) 中锆石的成因十分复杂,可进一步划分3种不同类型锆石。其中第一类锆石呈自形-半自形晶,阴极发光图像显示清晰的岩浆结晶环带,矿物包体主要为Ol+Cpx+Ap, 记录的²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb年龄为1835~1845Ma,应代表含橄榄石辉石岩的原岩形成时代;第二类为变质重结晶锆石,呈半自形-他形晶,阴极发光图像显示模糊的岩浆结晶环带,矿物包体与第一类完全一致,记录的²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄变化范围大,为250~784Ma之间,表明部分继承性岩浆结晶锆石明显受到后期岩浆-变质热事件的影响而发生不完全重结晶和Pb丢失,进而使其记录的年龄相对偏新;第三类锆石呈他形晶,为典型的变质锆石,阴极发光图像十分均匀,矿物包体相对少见,主要为Grt+Cpx,记录的²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄为230~234Ma, 且与苏鲁地体榴辉岩及其围岩中含柯石英锆石微区记录的超高压变质年龄 (225~235Ma) 十分一致,应代表含橄榄石辉石岩的峰期超高压变质时代。超基性岩中超高压变质锆石的准确识别表明苏鲁地体在峰期超高压变质阶段的确存在流体,流体的存在对超高压变质锆石的形成起着至关重要的作用。该项研究不仅准确厘定北苏鲁威海地区超基性岩的原岩形成时代和超高压变质时代,而且对于深入探讨苏鲁-大别超高压地体流体行为、演化规律及其水-岩相互作用机理具有重要的科学意义。     

苏鲁仰口超高压岩石SHRIMP锆石U/Pb定年与部分熔融时限

在大型碰撞造山带中,在陆壳物质深俯冲或快速折返早期,在超高压-高压条件下,易熔组分可能发生水致或脱水部分熔融,形成花岗质熔体。在超高压-高压条件下,苏鲁超高压岩石发生过部分熔融作用,形成长英质多晶体包裹体和不同尺度的花岗质岩石, 导致可观的地球化学效应。为确定苏鲁超高压岩石部分熔融的时限,对山东仰口超高压副片麻岩和其中平行片麻理的同构造钾质花岗岩脉进行了SHRIMP锆石U/Pb地质年代学、全岩地球化学和锆石内矿物包裹体的研究。副片麻岩的锆石具有典型的核-幔-边结构。核部锆石为碎屑锆石,²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄大于282Ma,可能反映了副片麻岩的原岩包含不同成因的物质;幔部和边部的Th/U比都小于0.1,分别给出233±3Ma和214±4Ma的²⁰⁶Pb/²³⁸U 年龄,分别对应于超高压变质和角闪岩相退变质年龄。同构造花岗岩脉是富钾过铝质花岗岩(A/CNK=1.2),锆石也具有核-幔-边结构;核部锆石年龄与副片麻岩的核部锆石年龄相当,反映了该花岗岩脉的源区可能是变沉积岩;除幔部锆石的一个点具有²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄为234.6±3.9Ma之外,其它幔部锆石位于谐和线附近,给出²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄为220.8±2.9Ma, 该年龄代表着该花岗岩脉的形成年龄。上述数据表明,在仰口地区,超高压岩石的部分熔融作用早于角闪岩相退变质作用。     

苏鲁超高压变质带北缘古-新元古代浅变质基性岩的构造属性及其意义

苏鲁超高压变质带北缘发育的少量以浅变质基性杂岩为代表的非超高压变质岩片,为深入探讨造山带的大陆深俯冲作用及板块缝合线位置提供了重要的制约。1∶5万区域填图表明,浅变质基性杂岩分布于从家屯、胡家和海眼口等地,它们以石门-薛家庄韧性剪切带与超高压变质带分界。同位素测年结果指示,胡家斜长角闪岩时代为古元古代末(1790±27Ma、1853±15Ma),而从家屯斜长角闪岩时代为新元古代(797±11Ma、782±16Ma)。地球化学分析表明,从家屯和胡家斜长角闪岩的SiO_2、TiO_2、Fe_2OT_3和MgO含量分别为47. 20%～52. 60%、0. 98%～3. 30%、9. 31%～16. 78%和3. 76%～7. 13%,为拉斑玄武岩成分。岩石的稀土总量介于45. 8×10~(-6)～289. 0×10~(-6)之间,LREE/HREE=1. 29～11. 6,(La/Yb)_N=0. 45～17. 3,稀土配分曲线较平坦,无铕异常(δEu=0. 75～1. 37)。微量元素相对富集Ba、Rb和Sr,亏损Zr、Hf、Th和Nb。从家屯斜长角闪岩的地球化学特征与E型洋中脊玄武岩相似,而胡家斜长角闪岩则具有洋岛玄武岩特点。综合分析认为,从家屯和胡家斜长角闪岩分别与扬子板块和华北板块具有构造亲缘性,在三叠纪扬子板块向华北板块俯冲碰撞过程中,这些不同大地构造位置和性质的基性岩被刮削叠置于板块缝合线附近,构成了大陆板块俯冲的加积杂岩。同时认为,分布在超高压变质带与非超高压变质岩片之间的石门-薛家庄韧性剪切带为一条重要的板块缝合线。     

Petrogenesis of UHP metamorphic rocks from Qinglongshan, southern Sulu, east-central China

Five kinds of UHP metamorphic rocks, including eclogite, orthogneiss, paragneiss, schist and quartzite are exposed in the Qinglongshan roadcut, southern Sulu orogenic belt of eastern central China. They comprise metamorphic supracrustal rocks with bimodal volcanic characteristics and continental affinity, and granitic intrusive associations. The preservation of coesite inclusions and/or its pseudomorphs in eclogite and other rocks indicate that they have been subjected to in-situ UHP metamorphism. Four stages of metamorphism were recognized by combining petrographic observations and compositions of minerals from various UHP rocks. Prograde epidote-amphibolite facies, UHP coesite–eclogite facies, post UHP quartz–eclogite facies, and retrograde amphibolite facies assemblages delineate an inferred P–T path with a clockwise trajectory and a retrograde event characterized by the coupling of decompression with a temperature decrease. Garnet porphyroblasts in UHP eclogites display a complex growth zoning and mineral distribution, and record a crucial segment of the prograde and retrograde metamorphic evolution. The preservation of growth zoning in eclogitic and gneissic garnets suggests that the UHP rocks had a short residence time before retrograde metamorphism and a very high uplift rate in order to preserve the prograde growth zoning.     

北苏鲁超高压变质带内多成因类型的变花岗质岩石及其地质意义

变花岗质岩石是北苏鲁超高压变质带出露最广泛的岩石类型。本文通过锆石年代学和全岩地球化学的系统研究,查明该区变花岗质岩石具有成因类型多样性的特点,揭示其构造归属的复杂性,这对于解释扬子板块与华北板块之间的俯冲-碰撞-折返动力学过程具有重要科学意义。锆石U-Pb定年结果表明,区内的变花岗质岩石由新元古代(820～750Ma)花岗质片麻岩和新太古代-古元古代(2700～1870Ma)TTG-花岗质片麻岩共同组成,且二者经历了完全不同的构造演化历史。其中,新元古代花岗质片麻岩经历了晚三叠世(222～213Ma)的变质-深熔事件,而新太古代-古元古代的TTG-花岗质片麻岩则记录了晚古元古代(～1864Ma)的变质事件。全岩地球化学结果表明,新元古代花岗质片麻岩的原岩成分趋近于A型花岗岩,属于过铝质-准铝质的高钾钙碱性系列,主量元素(AlT_2O_3、MgO、FeO、TiO_2、CaO、P_2O_5)与SiO_2显示负相关性,具有轻、重稀土分异和负Eu异常特征,表明其源区有斜长石的残留。富集大离子亲石元素和强烈亏损高场强元素的特点,进一步表明它们可能是中-上地壳物质部分熔融的产物。新太古代-古元古代TTG-花岗质片麻岩的原岩成分主要落入TTG和IS型花岗岩区域,属于低钾-钙碱性系列,主量元素与SiO_2相关性不明显,多数样品的稀土总量比新元古代花岗质片麻岩略低,轻、重稀土分异相对较弱,具有正Eu或无Eu异常,表明其源区无斜长石而可能有角闪石的残留。它们的地球化学属性与新元古代花岗质片麻岩的成因特点存在显著差异。古元古代花岗质片麻岩的原岩可能为与造山有关的I型花岗岩,来自于太古宙基底岩石的重熔与再造。上述综合研究结果显示,北苏鲁超高压变质带内新元古代花岗质片麻岩的原岩具有亲扬子板块的属性,与扬子板块北缘罗迪尼亚超大陆裂解存在密切成因关系。而新太古代-古元古代TTG-花岗质片麻岩与华北板块变质基底、胶-辽-吉古元古构造带具有明显亲缘性。由此可见,在传统北苏鲁超高压变质带内的威海-乳山一带,由具有扬子板块属性和具有华北板块属性的变质基底,沿北东-南西方向共同组成了一条北苏鲁混杂岩带。这一新的研究成果充分表明,华北板块东南缘的新太古代-古元古代的陆壳物质普遍卷入到三叠纪时期扬子板块与华北板块之间的相向(双向)俯冲-折返造山过程中。     

苏鲁超高压变质岩中地震波速随围压的变化规律

我们在10~800MPa的静水压力下测量了中国大陆科学钻探(CCSD)主孔岩心和采自苏鲁地区地表露头上的共68块典型超高压变质岩试样的地震波速,并建立了波速和围压的定量关系,成功地解释了描述这一定量关系方程中4个参数的物理意义。笔者相信,本文将为超高压变质岩地区以及新老俯冲带地震波资料的解释提供必不可少的理论和实验支撑。     

苏鲁超高压变质带含褐帘石正、副片麻岩中变质锆石的地球化学性质及其SHRIMP U-Pb定年

贪褐帘石正、副片麻岩是苏鲁地体重要的超高压变质岩石.矿物包体激光拉曼鉴定、阴极发光图像分析、锆石微区LA-ICP-MS成分测试及SHRIMP U-Pb定年结果表明,含褐帘石正、副片麻岩中的锆石具有明显的三层结构.即弱发光效应的继承性(碎屑或岩浆结晶)锆石的核、强发光效应的含柯石英变质增生幔部和弱发光效应的退变边.继承性岩浆结晶锆石核部记录了新元古代(＞810Ma)的原岩形成年龄,含柯石英锆石微区记录了241～223Ma的超高压变质年龄(正、副片麻岩的加权平均年龄分别为230±7Ma和229±7Ma),锆石的退变边记录了217～200Ma的角闪岩相退变质年龄(正、副片麻岩的加权平均年龄分别为211±3Ma和210±2Ma),由此限定苏鲁地体构造抬升速率为5.3km/Myr,表明苏鲁超高压岩石经历了一个相对快速抬升的变质演化过程.与苏鲁-大别其它超高压岩石变质增生锆石对比,含褐帘石正、副片麻岩中的超高压变质增生锆石微区具有十分独特的地球化学性质,主要表现为重稀土元素(HREE)明显富集,U含量明显偏低(10～29×10-6),而Th/U比值则明显偏高(0.45～0.92).HREE的明显富集与寄主岩石普遍存在超高压矿物褐帘石(富集轻稀土元素)有关,而低U含量和高Th/U比值的特点则表明超高压峰期变质阶段处在高氧逸度(fO2)的体系环境.