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鲍温反应系列的地质意义(鲍文反应原理能够解释的岩石学现象)

鲍温反应系列的地质意义(鲍文反应原理能够解释的岩石学现象) Bowen反应原理与正岩浆矿床分析

首先,鲍文的反应

1.鲍文反应原理

鲍文是加拿大地质学家、石油学家和矿物化学家。早在20世纪20年代,Bowen (N.L .)基于对玄武岩浆结晶过程的人工实验观察,提出了代表玄武岩浆结晶过程的一系列反应,后来被称为& ldquo鲍文反应顺序& rdquo,并开始确立他在岩石学方面的国际地位。

& ldquo反应原理& rdquo即随着岩浆温度由高到低慢慢凝结,反应系列分为两个系列。硅酸镁(暗色矿物系列)的晶体序列为:橄榄石-→;辉石& rarr霍恩斯通& rarr黑云母;应时& rarr沸石,其组成不是渐变的,而是晶体骨架在变化的,称为不连续反应系列;钙硅酸钠(即斜长石系列)的结晶顺序为:钙长石-→;Bytownite & rarrLabradorite & rarr中长石& rarr奥陶纪长石& rarr钠长石的成分是一种渐变的固溶体体系,晶体骨架不变,称为连续反应系列。各温度阶段产生的岩石序列为:橄榄岩-→;辉长岩-& rarr;玄武岩系列& rarr闪长岩-& rarr;安山岩系列& rarr花岗闪长岩-流纹岩系列;花岗岩-流纹岩系列(图1、图2)。

图1(来源PPT讲座,作者不详,谢谢)

图2(来源PPT讲座,作者不详,谢谢)

2.鲍文反应原理的应用

①可以大致指示矿物的结晶顺序,即橄榄石沉淀早于辉石,辉石结晶早于角闪石和黑云母,应时是岩浆结晶的最终产物。随着岩浆温度的降低,早期沉淀的高温矿物可与岩浆反应生成中低矿物,如橄榄石反应生成的辉石和辉石反应生成的角闪石。

②说明矿物的共生关系和岩浆的分异趋势,即从基性到酸性。由于两个反应系列的共生关系,当岩浆冷却到一定温度时,必然同时结晶出一种浅色矿物和一种深色矿物。如岩浆降至1550℃时,橄榄石、斜方辉石和基性长石沉淀形成超基性岩。当岩浆温度降至1270℃时,单斜辉石和拉布拉多石同时沉淀,形成基性岩。

③解释了岩浆岩与围岩捕虏体的关系。基性岩浆容易熔化酸性捕虏体,而酸性岩浆不容易熔化基性捕虏体,所以基性暗色捕虏体在自然界中最常见。

④解释岩浆岩多样性的原因。同一岩浆可以形成不同类型的岩浆岩,玄武质岩浆经过分离结晶可以逐渐形成酸性更强的岩浆。

图3

⑤解释了岩浆岩的一些构造特征。如斜长石的正常环带结构和暗色矿物的反应边缘结构。

图4

⑥解释正岩浆矿床,详见下文。

第二,岩浆结晶分异

结晶原理:鲍文反应顺序。

结晶是指在岩浆冷凝过程中,矿物根据其结晶温度从岩浆中分离出来,改变残余岩浆成分的现象。一般来说,结晶分异是指一种成分的岩浆可以根据矿物的熔点依次结晶出不同成分的矿物,依次形成不同种类的岩石。

当岩浆慢慢冷却时,高熔点、高比重的矿物首先结晶出来。其中一部分晶体因为比重沉入岩浆底部,或者因为其他原因从岩浆中分离出来,集中成熔点更高的岩石。如果另一部分未能沉到底部或与岩浆分离,就会与剩余的岩浆发生反应,岩浆的成分就会发生部分变化。当岩浆继续冷却到合适的温度时,相应熔点的矿物结晶析出,形成熔点更低的岩石,类似的动作多次发生,从而完成结晶分异。

结晶的方式:流动分异、重力分异、扩散分异和气体输运分异。

玄武岩浆的结晶分异模式一般称为鲍文反应原理,即随着岩浆温度的降低,橄榄石先结晶,由于比重较大,沉到岩浆体底部形成橄榄岩;然后是辉石& mdash基性斜长石结晶,同时沉入橄榄岩。层& rdquo其上形成辉长岩;角石& mdash中性斜长石同时沉淀形成闪长岩;而岩浆越来越富含SiO2、K2O、Na2O和挥发性成分,逐渐被矿物结晶& ldquo层& rdquo挤压到岩浆顶部,最终结晶出应时& mdash钾长石& mdash酸性斜长石组合,即花岗岩。它也被称为& ldquo因为在这种分异过程中,矿物由于比重不同,在重力的作用下下落堆积。重力结晶分异& rdquo。这一理论可以用来解释层状超碱度& mdash基性侵入岩复合体,建立堆积岩理论。在层状侵入矿床的研究中,这一理论也得到了验证,并对找矿起到了指导作用。对于分层超基性岩& mdash基性岩的成因解释已基本得到认可。但玄武岩浆的分异作用可以用来解释大部分或全部岩浆岩的成因,仍有进一步研究的空间。

三。正岩浆矿床

1.相关概念

正常岩浆矿床包括结晶分异(分凝、离析)形成的早期岩浆矿床、熔离形成的熔离型矿床和残余熔离形成的晚期岩浆矿床。

岩浆形成的时间主要在岩浆阶段。矿床的物质来源主要是含矿岩浆。

在岩浆矿床中,它与来自上地幔的碱度有关& mdash与超基性岩浆有成因联系的矿床。

矿产主要有铬铁矿、钒钛磁铁矿、铜镍硫化物和铂族金属。还有与碱性岩浆有关的重要稀土矿床。

2.矿床特征

①成矿作用往往与成岩作用同时进行,即岩浆矿床的形成过程与母岩体的冷凝结晶过程在时间上大致相同。虽然少数岩浆矿床的成矿作用可以持续到较晚的时间,但一般不超过总的岩浆活动期。

②矿体一般产于岩浆母体内,有时岩体本身就是矿体,有时矿体就是岩体中成矿物质特别富集的部分。少数情况下,矿体可离开母岩进入相邻围岩。

③矿体与母岩的关系是渐变或快速过渡。一般来说,浸染状矿体与母岩有逐渐过渡的关系;被穿透的矿体往往与母岩有新鲜明显的边界,形成快速过渡关系。

④矿石的矿物成分与母岩基本相同,只有用过的成分在矿石中相对富集。

⑤由于成矿作用发生在岩浆熔体冷凝过程的不同阶段,所以大部分岩浆矿床的成矿温度相对较高,一般在1500-1700度之间。然而,某些硫化物岩浆矿床的形成温度可低至650℃,甚至300℃。矿床形成的深度大多在地下几公里到几十公里。

⑥岩浆矿床在成因上与超基性岩、基性岩和部分碱性岩有关,其物质成分主要来自上地幔。

3.矿化。

与镁铁质和超镁铁质岩浆作用有关的成矿元素位于元素周期表的中部,介于亲氧元素和亲硫元素之间,具有较强的形成金属键的能力,可形成多种自然金属和金属间化合物。

①结晶分异矿化

岩浆凝结时,随着温度的逐渐降低,各种矿物依次从中结晶出来,导致岩浆成分的不断变化,岩浆成分的变化又促进了一些组分的结晶。这种岩浆成分随结晶而变化的过程称为结晶分异。岩浆结晶分异形成的矿床称为岩浆层积矿床,如铬铁矿床。

②远离矿化的岩浆熔融

岩浆解离又称液体分离或不混溶,是指随着温度和压力的降低,一种同质的岩浆熔体分离成22种成分不同的熔体。

在熔化的初始阶段,金属硫化物以液滴的形式悬浮在硅酸盐熔体中。随着岩浆的进一步熔融,逐渐融合变大,并因比重变大而逐渐下沉,在岩浆罐底部形成熔融的金属硫化物层,于是均匀的岩浆熔体被分离成硅酸盐熔体和金属硫化物熔体。随着温度继续下降,两种熔体相继结晶。硫化物的结晶温度低。硅酸盐完全结晶后,形成岩浆熔融矿床,如铜镍硫矿床。

③岩浆喷发成矿

岩浆喷发成矿作用是指金伯利岩岩浆与早期结晶的橄榄石、菱镁矿石榴石、金刚石晶体和捕虏体一起,沿深大断裂迅速上升,侵入地表22 ~ 33公里,发生爆炸,形成矿床。大多数原生金刚石矿床都是由这种作用形成的。

金伯利岩岩浆开始在地下深处结晶出橄榄石和少量石榴石、金刚石。当它沿深大断裂向上运移时,如果与碳质围岩混合,也能使金刚石晶体长大。当岩浆上升到地表附近22 ~ 33 km时,由于温度下降和挥发成分的析出,内部压力增大。当上覆的围岩无法阻止岩浆上涌时,岩浆就会剧烈爆炸。此时岩浆和挥发分携带结晶金刚石、橄榄石和围岩捕虏体形成爆破岩桶。金刚石矿床是由多次爆炸使金刚石被携带并富集在爆破岩筒或裂隙的某一部位而形成的。

4.岩浆岩条件

岩浆岩的成矿特异性:岩浆岩与内生矿床之间存在着规律性的关系,某些类型的岩浆岩往往会产生某些类型的矿床。

①与镁铁质侵入岩有关。

ⅰ.超镁铁质岩体:由纯橄岩、斜长石辉石岩、单斜辉石岩和辉石岩组成。铬铁矿床大多与这类岩体有关。

二。超镁铁质-镁铁质杂岩体:这种杂岩体通常以岩盘、岩床或层状岩体的形式出现。南非(阿扎尼亚)著名的布什维尔德镁铁-超镁铁杂岩就具有这些特征。

ⅲ.镁铁质岩体:有辉长岩-辉长岩、辉长岩-斜长石和单一斜长石侵入体三种组合。前者与铜镍矿床有关,后两种组合主要形成钒钛磁铁矿床。在某种程度上,这种特异性在成矿岩体的Mgo含量和镁铁比(F/MF/M)上表现得非常明显。

②与碱性络合物有关。

正长岩、霞石正长岩和碳酸盐杂岩。

③岩浆中的挥发性成分。

岩浆中挥发组分的种类和数量对岩浆的结晶分异、成矿组分的迁移和富集也有一定的影响,故又称为矿化剂。

在岩浆分异初期,挥发分的作用并不显著,但随着岩浆冷却结晶,岩浆中矿化剂的含量相对增加,其作用逐渐变得越来越重要。

④岩浆同化作用的影响。

在岩浆形成和向上运移的过程中,往往会有一些外来物质(如围岩碎片)熔融或溶解,改变了岩浆的成分,即同化作用。

在岩浆侵位过程中,围岩的同化作用在一定程度上影响了岩浆的成分,也影响了成矿组分的分异和聚集能力。

一般来说,在地壳活动强烈的地区,岩浆与被同化围岩的差异越大,侵入规模越大,侵入越深,成分越酸性,挥发性越大,围岩破碎程度越高,同化作用越强,越完全。

⑤控制多阶段入侵

大量资料表明,含矿岩体往往具有以下特征:

ⅰ.从区域上看,它们往往是同一构造运动形成的岩浆带中的晚期产物。

ⅱ.从一个矿区来看,成矿作用主要与复杂岩体的晚期岩石对比密切相关。

复杂岩体和岩浆的多次侵入对成矿的控制作用在铬铁矿床、铜镍硫化物矿床和钒钛磁铁矿床中表现明显,对形成大型优质矿床具有重要意义。

5.构造条件

中地壳不同构造单元的交接带和同一构造单元内次级构造单元的交接部位往往是深大断裂的所在地,深大断裂往往控制着其中镁铁质和超镁铁质岩浆岩及岩浆矿床的分布。

动词 (verb的缩写)矿床的例子

1.钒钛磁铁矿技术

①概述:攀枝花型钒钛磁铁矿床是位于康滇前震旦纪基底上的海西期岩浆熔融结晶非均质钒钛磁铁矿床。最新勘探表明,这条钒钛磁铁矿带向东穿越了普雄河-普渡河深断裂带的会理-会东一带。

图5

②矿体特征:攀枝花含矿辉长岩体(武本-攀枝花盆地岩体东南部),出露面积约30km2,走向30 & degNE;向西北倾斜,倾角为50-60 & deg;,长35公里,宽2公里,厚2000米。与上震旦统灯影组白云岩呈侵入整合接触,与上三叠统红层及含煤岩系呈断层接触。辉长岩呈层状结构,岩浆分异完整。浅色岩石和深色岩石交替形成原生层状结构,其产状与岩体和围岩一致。

图6

③矿床成因:攀枝花型钒钛磁铁矿系列由基性岩浆熔融结晶分异形成。由于成岩成矿后受构造作用的影响,可表现出动力变质的特征。

图7

2.铜镍硫矿床

金川铜镍矿床岩体有明显的膨胀和分叉现象,沟部有一定的控矿作用。岩体属于橄榄岩杂岩,具有对称分异特征。岩相沿走向呈带状分布,剖面呈同心带状。岩体通常遭受蛇纹石、绿泥石化、透闪石和局部碳化。Mg/Fe = 2.7 ~ 5.9,属铁超基性岩。

工业矿体数以百计,按矿化程度分为熔离型矿体、深熔离穿透型矿体和围岩接触交代型矿体。大多数矿体呈层状、透镜状、脉状和管状。矿石中的中金属硫化物主要为磁黄铁矿、镍黄铁矿、黄铁矿、黄铜矿,其次为黄铜矿、四方黄铁矿、黄铜矿(铁闪锌矿、Cu2Fe4S7)、白铁矿和针铁矿。矿石结构呈浸染状、致密块状和网状脉状。结构主要为海绵状陨石状。镍0.55% ~ 5.29%,平均1.07%,铜0.33% ~ 1.32%,平均0.67%。伴生有益组分有铂、钯、锇、铱、钌、铑、钴、硒、碲、金、银和硫等。已探明的镍超过500万吨,铜超过300万吨。矿床成因是熔融和深熔& mdash渗透和触点更换等。

图8金川岩体纵剖面示意图(根据解等1998)

A.金川岩体纵剖面示意图;No.24号矿体24号线纵剖面图;C. 1号矿体14线纵向剖面图d . 2号矿体34线纵向剖面图;e . 2号矿体线纵剖面图56.1-mdash;四元系;2 & mdash变质岩系;3 & mdash橄榄辉石岩;4 & mdash斜长石橄榄岩;5 & mdash二哌啶;6 & mdash纯橄榄岩;7 & mdash浸染状矿石;8 & mdash海绵状陨石状矿石;9 & mdash地质界线;10 & mdash岩相边界;11 & mdash和故障号;12 & mdash矿体编号

 
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