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。     

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。     

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。     

花岗岩—KBF4—Na2MoO4—WO3体系的实验研究及其矿床学意义

为探讨长英质岩浆作用过程中金属成矿元素的地球化学行为及其成矿意义，我们进行了常压下花岗岩－ＫＢＦ３－Ｎａ２ＭｏＯ４－ＷＯ３体系的实验研究。结果表明，高温（１２５０℃）条件下呈均一状态的花岗岩－ＫＢＦ４－ＮａＭｏＯ４－ＷＯ３体系，当温度降低时发生液态不混溶，从中分离出含矿熔体的小液滴，体系中的Ｍｏ（Ｗ）几乎全部富集在这种小液滴中。含矿熔体中极富含Ｃａ、Ｍｇ和Ｐ，而贫Ｓｉ、Ａｌ和Ｋ，Ｈ２Ｏ和Ｆ富集在含矿熔体中。此实验结果表明：长英质岩浆中液态不混溶作用的发生可以使成矿元素Ｗ和Ｍｏ富集到与硅酸盐熔体不混溶的独立的非硅酸盐熔体中。这种熔体在适当的地质条件下继续演化可形成类似镁铁质岩浆演化过程中常出现的岩浆熔离型矿床。本实验结果可能为斑岩矿床的形成机理提供一种新的解释。     

关于岩浆矽卡岩问题

岩浆矽卡岩是矽卡岩浆沿构造裂隙贯入结晶的产物,其矿物组成以钙硅酸盐为主体,特征性矿物为碱长石、方解石以及硬石膏;主要矿物晶体中含硅酸盐熔体和硅酸盐熔体流体包裹体。特征的岩石类型为过渡性矽卡岩和矽卡岩伟晶岩。岩浆矽卡岩和与之共生的富碱侵入岩具共轭、互补关系;两者有共同的来源,都是深部（高位岩浆房中）富碱中酸性岩浆在同化混染了部分钙质岩石后,经去气、脱硅和液态不混溶分离作用所生成的两种不同性质和特征的岩浆的产物。     

煌斑岩—硫化物熔体液态不混溶作用的高温高压实验研究

本文以云南老王寨金矿区煌斑岩和黄铁矿为初始物,在1.5～3.0GPa、1162～1560℃条件下进行了煌斑岩—硫化物熔体液态不混溶作用实验。结果表明,煌斑岩硫化物熔体的液态不混溶作用可能发生于岩浆演化的早期（高压条件）,但如有硫存在,在岩浆演化的各个阶段（高压条件→低压条件）均可能出现煌斑岩硫化物熔体的液态不混溶作用;与煌斑岩熔体分离的硫化物熔体在温度场、压力场中作定向运移,逐渐聚集于相对低温、低压区;由于硫化物熔体的密度相对较大,因而与煌斑岩熔体之间出现明显的分层现象。     

长英质岩石中暗色微粒包体的形成机理

通过对熔体网络结构中基性组分和酸性组分的分布特征和各自联结程度的定量描述，确定了岩浆液态分离作用发生的临界状态。长英质岩石中广泛分布的暗色微粒包体是岩浆演化过程中液态不混溶作用发生的结果，是岩浆体系自身演化到某一特阶段的产物。     

花岗岩类矿床成矿流体形成过程的原位观测实验

花岗岩浆液态不混溶作用和饱和H₂O花岗岩浆的热液出溶作用是花岗岩类矿床成矿流体形成的重要机制。利用最新式热液金刚石压腔,开展了成矿流体形成机制的原位观测实验。在岩浆热液出溶过程的实验中,初始样品为各类硅酸盐和纯H₂O或LiCl水溶液,在H₂O饱和状态中,硅酸盐熔体珠不断分异出富H₂O的流体。花岗岩浆液态不混溶实验的初始样品为NaAlSi₃O₈-LiAlSiO₄-SiO₂-LiCl-H₂O。在硅酸盐完全重熔后的降温过程中,硅酸盐熔体珠分离出富H₂O熔体相和贫H₂O熔体相,压力的突然降低促进了相分离的发生。研究表明：岩浆热液的出溶作用发生在H₂O饱和的条件下,是岩浆的“第二次”沸腾作用,对花岗岩型稀有金属矿床的形成具有重要意义;花岗岩浆液态不混溶产生的富H₂O熔体易于结晶出粗大晶体,暗示岩浆液态不混溶作用可能是一些花岗伟晶岩形成的主要机制。两类成矿流体形成机制实验条件的差异表明,Li是花岗岩浆发生不混溶作用的重要因素。在今后的研究中,应把热液金刚石压腔的原位观测与微束分析技术结合,在高温高压状态下分析成矿元素的迁移和富集规律。     

常压下硫酸盐与基性硅酸盐熔体不混溶的实验研究

自然界中广泛存在硅酸盐与硫酸盐之间的熔体不混溶现象,这种不混溶过程控制了岩浆演化过程的氧逸度变化和岩浆中S的含量,同时也对金属元素的富集具有重要意义。前人对硫酸盐与硅酸盐的熔体不混溶过程及稀土元素在不混溶相分配行为的研究主要集中在碱性硅酸盐与硫酸盐体系,但对基性硅酸盐与硫酸盐的熔体不混溶行为及稀土元素在此过程中的分配规律研究仍相对薄弱。本文选择基性硅酸盐样品与实验用Na₂SO₄按质量比1∶1制成混合实验样品粉末,并添加少量H₃BO₃作为助熔剂,通过马弗炉加热至1 200℃,使粉末完全熔融,并在1 200℃恒温12 h后在马弗炉中快速冷却至常温。对加温-冷却后的样品进行详细的岩矿相、SEM/EDS和不同相态的原位LA-ICP-MS分析。研究结果表明,在1 200℃的条件下,硫酸盐与基性硅酸盐熔体可以大比例混溶,且降温会造成两者的不混溶,在不混溶过程中Na、Ca、K、REEs等趋向于进入硫酸盐熔体。不混溶形成的硫酸盐熔体中,稀土元素含量明显高于残余硅酸盐熔体,但轻重稀土元素没有明显的分异。不混溶硅酸盐熔...     

镁铁岩-超镁铁岩侵入体含铂性评价标志

镁铁岩-超镁铁岩侵人体中常常含有少量及微量硫化物,它们是硅酸盐岩浆与硫化物熔体不混溶作用的产物。由于岩石圈环境下铂族元素亲硫性的制约,当硅酸盐岩浆与硫化物熔体呈液态熔离时,铂族元素便被硫化物熔体所捕集和运载,尔后在重力分异过程中下沉到岩盆底部富集成矿。能否依据岩盆上部岩浆熔离硫化物的铂族元素丰度值来判断岩盆深部铂族元素潜在成矿能力呢?这是本试图回答的问题。     

川西甲基卡伟晶岩型矿床中含硅酸盐子矿物包裹体的发现及其意义

伟晶岩对研究岩浆向热液的演化过程具有重要的研究意义。近年来，花岗岩浆的不混溶作用日益得到重视，被认为是伟晶岩形成的重要控制因素。川西甲基卡伟晶岩型矿床是中国最大的固体锂矿床。本人在甲基卡矿床中发现了大量富含挥发份的含硅酸盐子矿物的包裹体，这些包裹体不同于阿尔泰可可托海伟晶岩矿床和加拿大Tanco伟晶岩矿床中的熔体-流体包裹体，而同不混溶成因的水盐熔体组成相近。其他地质特征也表明，甲基卡矿床发生了花岗岩浆的不混溶作用。因此，可判断出，甲基卡矿床中的含硅酸盐子矿物包裹体是花岗岩浆不混溶作用的产物，为甲基卡矿床的花岗岩浆不混溶成因提供了新的佐证。     

内生碳酸岩型稀土矿床中磷酸盐作用研究综述

碳酸岩型稀土矿床是全球稀土最主要的来源。磷酸盐是该成矿体系中常见的组分,但对其在碳酸岩稀土成矿过程中的具体作用仍缺少系统的认识。本文综述了磷酸盐在碳酸岩岩浆形成、演化和稀土富集成矿过程中作用,并提出现存问题和研究展望。磷在碳酸盐熔体中具有很高的溶解度。磷的存在有利于稀土在地幔极低程度部分熔融过程和碳酸盐—硅酸盐液态不混溶过程中优先进入碳酸盐熔体,形成初始碳酸岩熔体中稀土的预富集。碳酸岩岩浆演化过程中,稀土将优先进入到不混溶的磷酸盐熔体或独居石和磷灰石等磷酸盐矿物中,这些熔体和矿物的行为很可能是控制体系中稀土行为和成矿潜力的关键因素。岩浆作用过程中形成的富稀土磷酸盐矿物还可为热液阶段稀土矿化提供成矿物质来源。磷酸盐还是热液过程中稀土的有效沉淀剂,有利于轻重稀土矿物在流体晚期阶段成矿。未来工作应更多关注磷酸盐在碳酸岩岩浆演化过程中的作用及其中重稀土的富集机理研究,针对具体成岩成矿过程开展实验岩石学和熔体包裹体研究。     

内生碳酸岩型稀土矿床中磷酸盐作用研究综述

碳酸岩型稀土矿床是全球稀土最主要的来源。磷酸盐是该成矿体系中常见的组分,但对其在碳酸岩稀土成矿过程中的具体作用仍缺少系统的认识。笔者等综述了磷酸盐在碳酸岩岩浆形成、演化和稀土富集成矿过程中作用,并提出现存问题和研究展望。磷在碳酸盐熔体中具有很高的溶解度。磷的存在有利于稀土在地幔极低程度部分熔融过程和碳酸盐—硅酸盐液态不混溶过程中优先进入碳酸盐熔体,形成初始碳酸盐熔体中稀土的预富集。碳酸岩岩浆演化过程中,稀土将优先进入到不混溶的磷酸盐熔体或独居石和磷灰石等磷酸盐矿物中,这些熔体和矿物的行为很可能是控制体系中稀土行为和成矿潜力的关键因素。岩浆作用过程中形成的富稀土磷酸盐矿物还可为热液阶段稀土矿化提供成矿物质来源。磷酸盐还是热液过程中稀土的有效沉淀剂,有利于轻重稀土矿物在流体晚期阶段成矿。未来工作应更多关注磷酸盐在碳酸岩岩浆演化过程中的作用及其中重稀土的富集机理研究,针对具体成岩成矿过程开展实验岩石学和熔体包裹体研究。     

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     

幔源岩浆活动过程中的去气作用 ——以云南老王寨金矿煌斑岩为例

本文以云南老王寨金矿煌斑岩为例，从岩石产出的构造环境、源区地幔交代富集作用、岩浆演化中硅酸盐熔体-碳酸盐熔体液态不混熔作用、岩石中CO     

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。     

元古宙斜长岩体及其Fe-Ti-P矿床的成因

斜长岩和Fe-Ti-P矿石的成因已经争论了百余年,目前依然存在很大争议。本文综述了它们的时空分布特征和斜长岩的成因,包括源区(地幔或下地壳)和岩浆演化过程(分离结晶、晶粥底劈上升)以及斜长岩岩体只形成于元古宙的原因。对已有的几种成矿机制进行了分析,如是否存在无硅酸盐的纯铁钛氧化物磷灰石熔体,分离结晶的斜长石上浮导致高密度矿石矿物的形成,硅酸盐液态不混溶形成富Fe-Ti-P熔体和富硅熔体,岩浆混合作用导致铁钛氧化物成为唯一的液相线矿物而结晶形成铁钛氧化物堆积层,晚期的压滤作用使残留的富Fe-Ti-P熔体迁移以及热液蚀变导致Fe和Ti再活化沉淀形成脉状和透镜状矿体。最后,指出了相关研究中存在的一些重要科学问题。     

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。     

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．     

富氟花岗岩浆液态不混溶作用及其成岩成矿效应

除了结晶分异模式外,富氟花岗岩浆液态不混溶作用也是伟晶岩成岩成矿的重要机制。熔体包裹体和实验研究表明,富氟花岗岩浆的液态不混溶会形成富挥发份的贫硅熔体和与其共轭的富硅酸盐熔体。花岗岩中的异离体型伟晶岩和贯入状脉型伟晶岩,挥发份、助熔剂等元素和同位素组成在不混溶相间的突变性是该类不混溶作用的主要标志。富氟花岗岩浆不混溶作用不但可以解释伟晶岩的特征性矿物分带,对传统的伟晶岩成岩理论提出了挑战;还对稀有金属有高度富集作用,这主要归功于F、B、P等挥发份对稀有金属元素的亲和力。然而,目前该类不混溶作用成矿效应的研究还比较薄弱,这主要要归因于没有理想的地质对象。甲基卡矿床是亚洲最大的固体锂矿床,初步研究表明该矿床发生了富氟花岗岩浆液态不混溶作用,是研究氟花岗岩浆液态不混溶过程中稀有金属的分配、迁移、富集规律和机制的理想对象。