硅酸盐岩浆液态不混溶作用的理论基础概述

液态不混溶作用是岩浆演化过程中的重要作用之一。本文针对具有普遍意义的硅酸盐岩浆液态不混溶作用的研究历史和进展,对其理论基础,包括熔体结构、相平衡、动力学和元素分配以及同位素分馏等问题进行了阐述。同时还就岩浆混溶作用中涉及到的稳定态和亚稳态液态不混溶不同的相平衡关系,以及从热力学角度液态不混溶作用发生的驱动力,不混溶相从成核到长大再到最终相分离的动力学过程进行了详细介绍。此外,针对岩浆系统,还总结了发生不混溶的条件和不混溶作用过程中元素的地球化学行为。最后以攀枝花层状岩体中部岩相带的形成为例,说明粒间熔体液态不混溶作用在韵律层形成过程中发挥的重要作用。     

对岩浆过程的进一步解析

对于岩浆作用来说,岩石地球化学方法更多地用来探讨岩浆的起源、不同岩浆的相互混合、围岩对岩浆的混染及岩浆自身的演化和团结等。实验岩石学与岩相学研究相结合至今已构成了基本的岩石学理论框架,近些年来的工作一般是为不多见的岩石学现象、难以解决的岩理学问题及有关的岩浆过程进行更加深化和补充的实验。岩浆动力学利用流体力学的方法定量描述岩浆过程,建立理论模型。本文从这三方面简要叙述新近对岩浆过程分析研究的某些进展。     

岩浆不混溶分异过程动力学分析

根据实验和具体实例,从岩浆不混溶分异过程分析了不混溶球体相随粒经大小而发展演化的阶段性。在早期,数十微米级以下细小的不混溶球体相互相碰撞合并作用剧烈,生长迅速,正因为如此,以及岩浆结晶作用影响,这种球体相一般难以保存下来。另一极端情况是不混溶相生长到米级以上粒径的球体相时,由于快速的重力分离作用,也难以呈球状保存下来,而形成较大规模的分异层状体。只有毫米级到厘米级的不混溶球体相,由于发展缓慢,容易保存,以致可以在火成岩中看到这种球颗（粒）结构。有时微米级球体可以在淬冷火山岩基质中得以保存。从力学角度看,岩浆不混溶相的发展过程是一种有效的岩浆分异演化机理。     

硅酸盐熔体结构与岩浆液态不混溶作用

本文简述了硅酸盐熔体结构和岩浆液态不混溶作用的基本特征，计算了玄武岩中基质和液态不混溶共轭熔体对的ＮＢＯ／Ｔ值，发现三者具有不同的熔体结构，据此总结出硅酸盐熔体结构与岩浆液态不混溶作用之间的内在联系。同时利用硅酸盐熔体结构解释了组分对岩浆液态不溶混作用的影响。     

岩浆不混溶作用模拟

基于硅酸盐熔体不混溶相平衡实验资料,采用氧化物规则溶液的活度模型,建立了预测岩浆不混溶作用的热力学方法,研究了氧化物组分在不混溶两液相之间的分配系数与温度、压力和岩浆成分之间的关系．由此,可以预测天然岩浆不混溶作用,计算不混溶的起始温度、共轭两液相的成分及含量．计算的不混溶两液相中ＳｉＯ２,Ａｌ２Ｏ３,ＦｅＯ的摩尔分数平均残差为３．０％～４．０％,其他氧化物平均残差小于１．０％,不混溶两液相的摩尔分数平均残差约为１．０％．对阳原岩体的模拟计算表明,磁铁矿－磷灰石矿床的形成与球粒状黑云辉石正长岩岩浆在１１５０～１２５０℃下的不混溶作用有关;计算的共轭两液相的相对含量与岩相学证据吻合．     

岩浆不混溶作用模拟——热力学模型与数值方法

基于硅酸盐熔体不混溶相平衡实验资料,采用氧化物规则溶液的活度模型,建立了预测岩浆不混溶作用的热力学方法,研究了氧化物组分在不混溶两液相之间的分配系数与温度,压力和岩浆成分之间的关系,由此,可以预测天然岩浆不混溶作用,计算不混溶的起始温度,共轭两液相的成分及含量,计算的不混溶两液相中ＳｉＯ２,Ａｌ２Ｏ,ＦｅＯ的摩尔分数平均残差为３．０％～４．０％,其他氧化物平均残差小于１．０％,不混溶两液相的摩尔分     

安徽月山地区闪长岩类岩浆动力学及其与成矿作用的联系

基于火成岩石学、流体动力学、流变学及传热学和热力学的研究，计算和分析了安徽月山地区闪长岩类岩浆的分凝、上升、对流、定位和结晶等岩过程的速度与，并探讨了岩浆的某些物理性质和动力学行为如熔体的含水量、水的运动特征，岩浆上升速度和对流状态等与成矿作用的联系。     

中基性岩浆的不混溶作用及存在的问题

不混溶作用作为岩浆演化的一种重要方式,已经被广泛报道存在于月球、地球岩石样品的形成过程中。在岩浆不混溶作用过程中,单一成分的熔体会分解成成分截然不同的富Fe、富Si两种熔体。这两种熔体具有共轭但相反的成分演化路径,可以为很多重要的成岩成矿问题提供较好的解释。然而,不混溶作用自从现代岩石学初期被提出起,其岩石学意义就一直广受争论。早期争论的焦点是自然岩浆是否可以发生不混溶作用,而近些年来,争论的焦点已转移至自然岩浆是否可以发生高温(1100℃)不混溶作用。此外,关于水对不混溶作用的影响以及不混溶熔体的相分离过程等方面也存有争议。但总体来说,现有的研究已经比较清楚地阐明了不混溶作用触发及演化的机理。本文回顾了不混溶作用的研究历史,介绍了影响不混溶作用的因素、不混溶作用的起始温度、不混溶熔体的成分及演化、不混溶熔体的发育及分离几方面的研究进展。另外,从不混溶作用在解释Bowen—Fenner之争、Daly间断、大洋斜长花岗岩的成因、斜长岩体型Fe—Ti—P矿床以及层状岩体中大型钒钛磁铁矿床的成因等几个重大科学问题中可能扮演的角色的角度,探讨了不混溶作用的岩石学、矿床学意义。最后,本文对不混溶作用研究中存在的问题进行了总结,认为对不混溶作用发生的物理化学条件、不混溶过程中的同位素分馏以及不混溶相分离的动力学过程等方面的研究存在不足,需要今后的工作去揭示并深入探讨。     

河北阳原一矾山环状杂岩体的岩浆不混溶成因及矾山式铁磷矿床成因探

河北阳原—矾山杂岩体是由两个类似的辉石岩系、正长岩系组成的环状富磷杂岩体。其中,辉石岩系赋存有岩浆型磷灰石矿床。阳原富磷岩浆液态不混溶,产生富铁的辉石质岩浆和富硅的正长质岩浆。在岩浆不混溶过程中,其性质受岩浆熔体结构控制的主要元素和微量元素,依其离子性质和场强,不同程度地富集于不混溶的富铁相或富硅相中。磷做为高场强元素,亦发生重新分配,高度集聚,并强烈地富集于不混溶的辉石质岩浆中,形成阳原低品位磷矿。矾山岩浆液态不混溶,产生互不混溶的三液相,即辉石质岩浆、正长质岩浆和磷酸盐液相(矿浆)。在不混溶过程中,P_2O_5进入辉石质岩浆,直至P_2O_5达到饱和,残余的P_2O_5构成磷酸盐液相。矾山岩浆的三相不混溶作用导致了矾山三个矿带的形成。     

河北阳原岩体辉石岩—正长岩组合与岩浆不混溶作用

河北阳原杂岩体可分为两个岩石系列:辉石岩系和正长岩系,具辉石岩-正长岩“双峰”岩石组合特征。本文从两个岩系的矿物化学,主要是从微量元素地球化学诸方面论证了辉石岩系-正长岩系是岩浆不混溶作用和结晶分异作用的综合作用产物。研究提出阳原初始母岩浆不混溶形成辉石岩岩浆单元和正长岩岩浆单元。在1100～850℃揾度范围内,两岩浆单元处于互不混溶、平衡共存状态;当温度降至850℃时,两岩浆单元外始了各自的结晶分异作用,形成辉石岩系和正长岩系。本文最后指出,岩浆的成核作用是岩浆不混溶的重要方式。岩浆体系的对流循环可以有效地使不混溶的两液相分离。     

新疆哈密黄山杂岩体岩浆动力学计算及成岩模式

本文通过岩浆粘度、密度、不混溶分离速度及岩浆沿裂隙上升速度等的计算,论证了黄山杂岩体第二侵入期岩浆发生液态不混溶的流体动力学条件,从而推断存在一个次级岩浆房,并认为这个次级岩浆房为液态不混溶分离提供了稳定空间。在此基础上,结合地幔中硫化物的分布特点和地幔岩块底辟上升模式,提出了第二侵入期岩浆的形成演化模式。     

河南桐柏老湾花岗岩岩浆动力学与成矿

基于岩浆岩岩石学、流体动力学、热力学研究。本文计算了河南桐伯老湾花岗岩岩浆过程的上升速度、冷凝速度及岩浆熔体的密度、粘度、含水量等物理参数，探讨了熔体中晶体的成核密度和生长速度以及岩浆对流形式等动力学行为，并分析了它们与成矿作用的联系。研究表明，老湾花岗岩岩浆含水量为4．76％，在侵位的温度和压力下是饱和的，较高的水含量有利于矿化。老湾花岗岩熔体上升较快而冷却缓慢，晶体成核密度和生长速度较低，以挥发分为迁移形式的成分对流是熔体中成矿物质迁移、富集的主要方式。老湾花岗岩特殊的岩浆物理性质和动力学行为指示其岩浆作用与老湾金矿床的形成具有密切的成因联系。     

关于岩浆热液矿床形成的几个问题——以斑岩型矿床为例

岩浆在其放气作用过程中能向地表释放出大量的金属元素，如Ｃｕ、Ｍｏ、Ａｕ，如果存在适当的富集机制，从而浆熔体中释入出来的成矿元素在一定的地质环境中聚集并沉淀就能够形成工业矿体。岩浆液态不混溶作用是导致分散于岩浆熔体中的成矿元素有效富集并最终形成工业矿体的重要机制。     

岩浆补给作用对硅质火山岩浆系统演化的制约

硅质火山喷发作为大陆地壳岩浆活动的重要表现，在研究大陆地壳形成与演化、探讨岩浆过程与动力学机制等方面具有重要的价值，其通常所表现的强烈爆炸式喷发，甚至可以导致全球性的环境和气候变迁。硅质岩浆系统在开放体系中不同来源岩浆的贡献和相互作用是目前研究的热点问题。持续的岩浆补给可以延长岩浆存储的时间，促进岩浆房的对流、岩浆的分异演化以及晶体 熔体的分离和晶粥的再活化，同时也是触发火山喷发的重要机制之一。此外，岩浆补给以及硅质岩浆的晶体 熔体演化过程也是火山喷发产物多样性的原因，导致同一火山在其活动过程中喷发产物规律性的变化，如富晶体火山岩、贫晶体火山岩、火山岩成分分层、以及复活岩穹和中央侵入体等。因此，岩浆补给作用是制约硅质火山岩浆系统演化和火山岩成分多样性的重要因素，也是活动火山监测和灾害评估的重要依据。岩石学、岩石地球化学、矿物(长石、石英、石榴子石、锆石等)同位素及成分变化，以及模拟实验、地震层析成像等研究为揭示硅质岩浆系统中的岩浆补给作用和复杂岩浆过程提供了多种视角。     

岩浆包裹体研究在火山岩岩石学中的地位

岩浆包裹体研究已经成为现代火山岩岩石学的一项分支学科。研究方面涉及:重溯火山岩浆结晶演化的热历史,提供有关火山岩浆沿下降液相线的成分数据;查明火山岩浆结晶演化过程中化学成分(包括挥发组分)的变迁规律;查明各种岩浆事件的性质(分离结晶、不混溶、混合、混染),及其发生发展的物理化学条件;帮助探索解决某些疑难问题,如下地壳—上地幔的性质及玄武岩浆起源、细碧岩—角斑岩系的成因、测定蚀变火山岩建造的年龄等。此外,岩浆包裹体的实验岩石学研究,以及利用岩浆包裹体阐明火山建造的含矿性,研究火山沉积作用、地热作用等,对于火     

岩浆不混溶的物理化学条件—以河北阳原杂岩体为例

本文主要讨论了岩浆不混溶的内在因素和物化条件。研究提出阳原杂岩大于零的过剩自由能是出现不混溶的内在原因。岩浆中高P_2O_5、TiO_2、Zr、Hf、Ta、REE是岩浆不混溶的诱导因素。化学位计算揭示了球状黑云辉石正长岩之球体、基质两相及正长质和辉石质岩浆单元在液态时曾处于平衡状态。岩浆不混溶可能是在温度约1200℃、上地壳深度范围内发生的。阳原母岩浆不混溶的两液相可以分离聚集成两大岩浆单元,岩浆分溶不充分,便产生中间成分的黑云辉石正长岩。     

岩浆Cu-Ni-PGE矿床研究现状及发展趋势

从全球视野分析研究了世界岩浆铜镍硫化物矿床的大地构造分布和成岩成矿类型,特别是通过上世纪末新发现的加拿大Voisey′s Bay矿床与俄罗斯Noril′sk等世界级矿床特征的对比研究,突出强调了大火成岩省(LIPs)对大规模岩浆硫化物矿床形成的意义,从更加宏观的角度审视了世界级岩浆硫化物矿床形成的地质背景和岩浆作用条件,为中国金川等岩浆Cu-Ni-PGE硫化物矿床的深入研究提供了参照背景。评述分析了当代岩浆硫化物矿床成矿研究中,幔源岩浆中硫化物液相不混溶(熔离)的演化轨迹,对岩浆萃取地壳中的硫改变硫化物饱和度促成不混溶作用发生的可能性和条件进行了探讨,进一步讨论了岩浆演化过程中,亲铜元素(Ni、Cu、Co、Pt和Pd等)进入硫化物液相成为金属硫化物或先期进入先结晶的橄榄石、辉石矿物成为氧化物的物理化学行为,并通过加拿大Sudbury陨石撞击构造成因矿床复合热液对硫化物矿体形成贡献的讨论,提出了热液作用对岩浆硫化物矿床成矿的可能贡献。分析判断了中国岩浆Cu-Ni-PGE硫化物矿床的成矿特点和金川超大型岩浆Cu-Ni-PGE矿床外围的找矿潜力。     

岩浆不混溶对岩石成分和结构的控制———川西乡城地区玻镁安山岩成岩特征探讨

川西乡城地区的球颗状玻镁安山岩是一种玻璃质、含辉石斑晶、具淬火结构的中性熔岩．它相对富硅富镁、贫钛贫磷，产于三叠纪川西义敦岛弧早期火山活动阶段．外观最醒目特征是具有球颗构造，从化学成分和岩浆性质分析，球颗构造是成岩过程中岩浆不混溶的直接产物．不混溶对岩石成分和结构起着控制作用；岩石中球颗相富硅碱，以玻璃质结构为主，而基质相富铁镁，以微晶结构为主．成岩时化学成分随岩浆不混溶发生相对分离，该岩浆属于一种低程度不混溶．结构差异是两相中矿物结晶能力不同的结果     

长英质岩浆中液态不混溶与成矿作用关系的实验研究

本文的实验研究表明：１２５０℃（１０５Ｐａ）条件下呈均一状态的花岗岩－ＫＢＦ４－Ｎａ２ＭｏＯ４体系，在１０００℃条件下发生液态不混溶形成三种熔体：相对偏酸性的液滴、相对偏基性的熔体和成矿熔体。成矿熔体中富含ＣａＯ、ＭｇＯ和ＭｏＯ２组分。红外光谱研究表明：硅酸盐熔体结构以［ＳｉＯ４］基团为主，而成矿熔体结构中存在Ｃａ—Ｆ、Ｃａ—Ｏ—Ｍｏ、Ｈ—Ｏ—Ｈ以及Ｘ─ＯＨ（Ｘ＝阳离子）基团，说明Ｈ２Ｏ和Ｆ富集在成矿熔体中。液态不混溶作用产生的三种不混溶熔体的结构差异明显，主要表现在结构单元中桥氧数目的变化，相对偏酸性的Ａ类小球体的结构单元中桥氧数最高，基底玻璃熔体中桥氧数则相对较少，而成矿熔体中不存在桥氧。本实验研究结果表明长英质岩浆中的液态不混溶可直接导致成矿熔体的形成。这意味着长英质岩浆中的液态不混溶可直接导致斑岩矿床的形成。     

地壳内的岩浆动力学过程及其资源与环境效应SCIEI北大核心CSCD

岩浆是将地球内部物质传送到表层系统的主要载体,并造成显著的资源聚集和环境效应。岩浆动力学是研究岩浆的迁移、储存、演化、就位以及喷发过程,侧重物理机制。这些岩浆过程主要发生在岩浆通道系统中,包括岩浆储库和岩浆管道。本文对目前国际岩浆动力学领域一些热点和前沿进行了介绍,这包括从岩浆房到岩浆储库概念的转变、岩浆储库的生长和动力学演化过程、岩浆过程的时间尺度以及岩浆中晶体的生长。然后阐述了岩浆中挥发分的种类和溶解度、获取天然岩浆挥发分含量的方法、一些典型镁铁质岩浆中的挥发分含量、岩浆去气的化学和物理机制,并简要梳理了热液金属矿床的形成过程和岩浆挥发分进入地表圈层系统引发的环境气候效应。最后列举了一些岩浆动力学有关的重要科学问题并建议了进一步的研究方向。