2矿床学教案.ppt

2020 1 31 1 第三章岩浆矿床 岩浆矿床 由各类岩浆在地壳深处 经过分异作用和结晶作用 使分散在岩浆中的成矿物质聚集而形成的矿床 这类矿床又称正岩浆矿床 一般是指与从硅镁层 上地幔 形成的基性 超基性岩浆 橄榄岩 玄武岩 有直接关系的岩浆矿床最为主要 而与硅铝层 花岗质岩浆 有关的岩浆矿床相对较少 而与花岗岩类有关的矿床主要是后期热液作用形成的热液矿床 2020 1 31 2 第三章岩浆矿床 一 岩浆矿床有如下特点 1成矿作用与成岩作用在时间上为基本同时进行 时间2矿体主要产在岩浆岩母岩体内 空间3浸染状矿体与母岩一般呈渐变或迅速过渡关系 贯入式矿体则具清楚 明显的界线 围岩蚀变不发育 与围岩关系4矿石与母岩的矿物组成基本相同 在矿石中相对富集 物质组成5成矿温度较高 深度和压力变化大 成矿物 化环境 岩浆矿床的实际价值极大 世界上的大部分铬铁矿 纯橄榄岩和橄榄岩中 铂铁矿 南非 乌拉尔 超基性岩中 世界所有最大的钛磁铁矿 中国 美国 前苏联辉长岩和斜长岩中 磷灰石 霞石矿床 碱性岩中 族稀土矿床 中国华南黑云花岗岩中 铌 稀土矿床 非洲乌干达 肯尼亚 坦桑尼亚 加拿大 美国 北欧等碳酸岩中 对铬铁矿 钛磁铁矿来说 世界上几乎全部的开采量都是从这类矿床中取得的 2020 1 31 3 第三章岩浆矿床 二 岩浆矿床的形成地质条件我们大体了解了什么是岩浆矿床 即岩浆矿床的特点 做为岩浆矿床与其他矿产一样是多种因素综合作用的结果 岩浆矿床与岩浆岩有密切关系 没有岩浆岩也就不存在岩浆矿床 而并非有岩浆岩就一定有岩浆矿床 要形成矿床 必须有形成矿床的物质成分 也就是说要有富含有用组分的岩浆岩 与岩浆矿床最有成因联系的是来自上地幔硅镁层 基性 超基性岩浆 而地壳以下上地幔的岩浆必须要有通道 才能侵位 而通道的形成又是深大断裂构造所致 因此 形成岩浆矿床的主导作用是岩浆条件和大地构造条件 在成矿作用中还有同化作用 挥发组分的作用以及岩浆的多期多次侵入作用 一 岩浆条件1基性 超基性岩 超基性岩多于铬铁矿有关 基性岩体与铜 镍硫化物矿床 钛磁铁矿床有关 2金伯利岩 又称角砾云母橄榄岩 与原生金刚石矿床有成因关系 3霞石正长岩 磷霞岩和碳酸岩杂岩体 为碱性岩石 有关的矿床为 磷灰石 磁铁矿床 霞石 烧绿石 稀土矿床等 4花岗岩 与花岗岩有关的铌钽矿床近来不断发现 2020 1 31 4 第三章岩浆矿床 二 大地构造条件已知的超基性岩带或岩区 绝大多数与深大断裂有关 大地构造条件对岩浆侵入体的类型 分布及岩石化学特征等方面都有重要影响 根据它们产出的地质环境 岩石组合 矿化特征可分为两类 造山带类型 地台区类型 1造山带 地槽区及岛弧 在这一构造区内 岩浆构成以镁质超基性岩为代表 其特征是 含镁高 Mg Fe比值常在6 5 14之间 碱金属偏低 Ni Co Cr Pt元素含量高 硫化物含量偏低 根据造山运动的阶段又可分为三种类型 1 优地槽早期 造山活动早期 特征 以张性为主 伴随火山活动 产物 拉班玄武岩类和科马提岩的一部分 岩石构成 镁质超基性岩体 苦橄岩和斜长岩 科马体岩类是太古代早期绿岩带的重要组成部分 主要是由基性和超基性火山岩和部分侵入岩组成 矿产 铬铁矿 钒钛磁铁矿和铜镍硫化物矿床 2020 1 31 5 第三章岩浆矿床 2 地槽造山运动中期 特征 以挤压为主 伴有岩浆呈线 带 状侵入并受构造断裂控制 例如 我国的内蒙地槽 祁连 秦岭地槽 昆仑地槽 苏联的乌拉尔地槽等 还有新生代造山带 如阿尔卑斯 喜马拉雅造山带以及环太平洋带 产物 蛇绿岩套 属阿尔卑斯型镁质超基型岩 岩石构成 如塞浦路斯蛇绿岩剖面 自上而下由下列各部分组成 深海沉积层 枕状熔岩 席状侵入岩墙杂岩 辉长岩系列 镁质超基性岩系列 被称为 三位一体 的组合 矿产 在辉长岩系列中产铜镍硫化物矿床 在镁质超基性岩中产铬铁矿矿床 3 地槽造山运动隆起后期侵位的镁质超基性岩一般称之为阿拉斯加型 是由沿着阿拉斯加东南陆地与内列诸岛出露的一系列岩体而得名 岩石构成 为含富钙的单斜辉石 而不含斜方辉石或斜长石 其中钒钛磁铁矿矿床具有经济价值 2020 1 31 6 2地台区岩体特征 巨大的层状超基性 基性杂岩体 少见镁质超基型岩 多为铁质超基性岩 或富铁质超基性岩 MgO FeO0 5 6 5 Ca AI Na K Ti V和挥发组分含量相对较高 岩石构成 单斜辉橄岩 二辉橄榄岩 单斜辉石岩组成 超基性 同时和辉长岩 苏长岩 斜长岩 橄长岩等基性岩组成超基性 基性杂岩体 矿床特征 产有铬铁矿 铜镍硫化物及钒钛磁铁矿矿床 第三章岩浆矿床 三 同化作用同化作用 是指围岩中的物质 在岩浆向上运移过程中 被岩浆熔化或溶解而加入到岩浆中去 从而使岩浆成分发生改变的作用 混染作用 不完全的同化作用 2020 1 31 7 由于同化作用 使围岩中的某些成分 尤其是有用组分加入到岩浆中 使得岩浆中的这一部分元素趋于富集 改变了岩浆中各元素原有的数量对比 同时影响岩浆的分异作用 例 同化泥质岩石 而是岩浆富AI 同化含铁地层而使岩浆作用形成的钒钛磁铁矿更加富铁 同化石灰岩的基性岩浆 由于大量的Ca的加入 引起岩浆中金属硫化物的溶解度降低 从而促进熔离作用的进行 使金属硫化物得到富集 西藏某地花岗岩中的石墨矿床 是花岗岩同化了煤层形成的 但是碳酸盐岩石的同化作用 对铬铁矿矿床的形成却是不利的 因为多量CaCO3的加入 使铁大部分从硅酸盐中游离出来形成磁铁矿 致使铬铁矿矿石的铬铁比值降低 影响其工业价值 第三章岩浆矿床 2020 1 31 8 第三章岩浆矿床 同化作用的强度 取决于以下因素 1岩浆的温度 岩浆岩的熔化是以超基性 基性 中性 酸性 的顺序 也是分异的顺序 前者能熔化后者 而后者不能熔化前者 而只能与前者中的矿物发生反应 例 辉石 黑云亩 基性斜长石 酸性斜长石 2围岩的成分和性质 一般认为 如果岩浆与被同化物质成分上差别越大 则同化作用进行的越强烈 围岩是碳酸盐岩 则强烈 3岩浆中所含挥发分的多少 挥发分越多 越不易冷却 融体溶解能力强而持久 有利于同化作用 4岩体大小 大的岩体 同化强烈 5大地构造位置 地台区 利于岩浆分异作用 而地槽区同化作用表现强烈 原因是 一是围岩破碎 二是岩浆活动频繁 当然 由于同化作用 使得岩浆成矿作用受到影响 降低矿床的品位 2020 1 31 9 第三章岩浆矿床 四 挥发组分作用 矿化剂作用或气体分异作用 岩浆中的挥发组分 对岩浆的分异 同化作用以及元素的迁移 富集起着很重要的作用 因此 把挥发分也称为矿化剂 挥发组分主要有 H2O F CL B S As C P 等 起特别重要的是水 水蒸气 和卤素酸 F CL B S 等 有人做过研究 认为挥发分主要性能在于它能使碱性元素强烈移动 例 在岩浆结晶过程中 一系列的卤素酸能够和金属Au W Sn Mo Pb Zn Cu Hg 等结合 形成挥发性的化合物 卤化物 这些挥发性物质 不可能在岩浆结晶的阶段沉淀出来 因而一直保留在岩浆的残余溶液中 此外 这些挥发物质对压力的改变特别敏感 它们和岩浆的碱性成分及氧化铝等成分一起移到压力减少的地方 因而挥发物质就增强了岩浆的分异作用 由于挥发性很高 挥发分作为岩浆分异的动力表现为两个方面 一方面在于当气体逸散时有将物质全部携出的能力 另一方面在于具有将物质从岩浆源底层带到高层的选择运输能力 挥发组分的作用在岩浆分异的早期不显著 而随着结晶作用而逐渐重要起来 2020 1 31 10 第三章岩浆矿床 五 岩浆的多期多次侵入作用对成矿的控制大量资料表明 岩浆矿床的成矿有以下特征 1多产于一次大构造运动的晚期 2矿化作用多出现在几次岩浆侵入活动的晚期 因此 复式岩体和岩浆多次侵入作用对成矿的控制 在铬铁矿矿床 铜镍硫化物矿床和钒钛磁铁矿矿床中都有明显的表现 对形成规模大 质量好的矿床都有很大意义 三岩浆矿床的形成作用和矿床分类岩浆矿床的形成是岩浆分异的结果 不同性质的分异作用就会产生不同类型的岩浆矿床 因此 岩浆矿床的成矿作用就是各种分异作用 2020 1 31 11 第三章岩浆矿床 岩浆在地壳深处 在某一个有边界的系统中 形象地说是处在一个房间里 我们称为岩浆房 处于平衡状态 当有外力作用这个系统产生低压区时 如断裂 火山通道 岩浆房中的岩浆在内动力的驱动下向降压区运动 在运动过程或新的停留区中与围岩 边界 产生新的不平衡状态 不平衡就要向新的平衡发展 温度降低 压力减少 于是各种组分相继从岩浆中析出 富集 从岩浆矿床的特点我们知道 岩浆矿床本身就是岩浆岩 仅是成分对国民经济有重要价值 它们可以是整个岩浆岩体 可以是其中的一部分 可以是分支体 是从岩浆中结晶出来的岩浆产物 与岩浆岩是同生关系 因此 常出现同生矿床 按照岩浆分异作用的性质 可分为结晶分异作用和熔离作用两大类 2020 1 31 12 第三章岩浆矿床 第一节岩浆结晶分异矿床一 概述结晶分异作用 岩浆在冷凝过程中 各种组分将按照一定的顺序先后结晶出来 并导致液相的成分改变 矿物按顺序进行结晶 并在重力和动力影响下发生分异和聚集的过程 岩浆结晶分异时 有用矿物的晶出有两种情况 第一 在岩浆结晶过程中 一些有用矿物 如自然金 钛铁矿 铬铁矿 金刚石和稀土元素矿物等较早地从熔浆中结晶出来 与其同时结晶或稍晚结晶的是硅酸盐矿物 如橄榄石 辉石和基性斜长石等 这些矿物在重力作用以及岩浆内部的对流作用的影响下 比重大的往下沉 比重小的往上浮 因而就在岩浆的下部或底部形成了暗色硅酸盐矿物和有用矿物的富集带 发生了轻重矿物的分离和聚集 2020 1 31 13 第三章岩浆矿床 在岩浆的结晶分异过程中 除决定于结晶矿物的密度大小不同外 还决定于晶出矿物的晶粒 或其集合体 的大小 当矿物之间的密度差不太大时 颗粒大小就起决定性作用 矿物的沉降速度见下表 据斯托克斯定律估算 由上可知 在层状杂岩体中 铬铁矿矿体常产于纯橄榄岩或橄榄岩的顶部和辉岩的底部 在岩浆结晶过程中 若地壳构造活动频繁 侵入体规模又较小 岩浆冷凝较快 则先晶出的有用矿物在岩浆流动过程中 形成不规则的条带状异离体 停积在岩浆流速减缓和流动受阻的地段富集 岩浆在流动过程中产生矿物成分的分异和聚集的作用称为流动分异作用 2020 1 31 14 第三章岩浆矿床 第二 在岩浆的结晶分异过程中 有用矿物较晚地从岩浆中结晶出来 当岩浆中挥发组分含量较大 岩浆中的成矿元素与挥发组分结合形成易溶的化合物 大大降低了自身的结晶温度 他们在岩浆熔融体中一直残留到主要硅酸盐矿物结晶之后 同时 在部分熔离作用的配合下 逐渐在岩体内形成富含成矿物质的熔浆或矿浆 并且 最后从岩浆中结晶出来 一般充填在早期结晶的硅酸盐矿物颗粒之间 有时含矿熔浆在外力作用下 以及由残余挥发份造成的内应力的影响下 它们就被贯入到已冷凝的侵入体的裂隙中 甚至离开母岩体而贯入到附近的围岩中去 这样形成的矿体 往往为品位较高的富矿石 这种作用也称压滤作用 根据上述的两种情况 可将岩浆分结矿床相应地分为两个亚类 早期岩浆矿床晚期岩浆矿床 2020 1 31 15 1早期岩浆矿床 是指岩浆冷凝结晶时 有用矿物较早地从岩浆中结晶和富集所形成的矿床 这类矿床矿体与母岩没有明显界限 一般成过渡关系 矿石常具自形晶 半自形晶结构或被硅酸岩矿物包围 形成包含结构 2晚期岩浆矿床 在岩浆冷凝过程的晚期阶段 在矿化剂的影响下 有用矿物较硅酸盐矿物从熔浆中晶出较晚 矿石矿物主要是金属矿物充填在硅酸盐类矿物颗粒间或胶结硅酸岩矿物 形成海绵陨铁结构 第三章岩浆矿床 2020 1 31 16 第三章岩浆矿床 二 矿床类型及实例1 超基性岩类 超基性岩中的铬铁矿床都与富镁质超基性岩有关 在超基性层状杂岩体中 铬铁矿床常产于其中的纯橄榄岩相 层 中 2 超基性 基性杂岩类 岩相组合可以很复杂 包括多种超基性岩 基性岩以至中酸性岩石 多种岩相构成层状或带状 在空间上自上而下基性程度提高 显示一定的分异特征 3 基性岩类 有辉长岩 苏长岩 斜长岩组合及单独出现的斜长岩 是钒钛磁铁矿矿床的主要含矿岩石 苏长岩和辉长岩中还产重要的铜镍矿床 2020 1 31 17 第三章岩浆矿床 矿床类型及实例 2020 1 31 18 第三章岩浆矿床 三 矿床成因和成矿模式 2020 1 31 19 第三章岩浆矿床 四 矿床勘查评价要点1 首先是寻找和研究有关的超基性 基性岩浆岩及某些碱性岩浆岩 2 产在各时代地壳活动早期的岩浆活动区内的超基性 基性岩浆岩 3 产在古老地区最重要的是元古宙超大陆中的大型层状杂岩体 4 在不同岩相带中 有不同的含矿性 表现出明显的专属性 2020 1 31 20 第三章岩浆矿床 第二节岩浆熔离作用与岩浆熔离分异矿床一 概述岩浆熔离作用也称液态分离作用 是指在较高温度下的一种均匀的岩浆熔融体 当物 化条件改变时 分离成两种或两种以上不混熔的熔融体的作用 许多成矿实验证明 无论是硫化物或者氧化物 在岩浆中均可发生不混熔现象 特别是当硫化物或氧化物含量增高时与硅酸盐的不混熔现象更加普遍 因而 由结晶分异作用形成的多为铬铁矿矿床 而由熔离作用形成的岩浆矿床多为铜 镍硫化物矿床和钒 钛磁铁矿矿床 2020 1 31 21 第三章岩浆矿床 影响岩浆熔离的因素 1硫和亲硫元素的浓度 浓度越高 越有利于熔离作用发生 2铁元素的含量 铁的含量提高 硫化物的溶解度提高 不利于熔离作用的发生 铁的浓度降低一半 硫化物的溶解度降低四分之一 3Mg Ca AI Na的氧化物含量越高 硫化物的溶解度越低 有利于熔离作用的发生 因此 岩浆的同化作用 围岩 加入Ca AI Na等氧化物 可促使硅酸盐熔浆和硫化物熔浆发生熔离作用 由于熔离作用形成的成矿熔浆在岩体的不同部位成矿 因而有 上悬矿体 底层矿体 层状矿体 以及后成交切矿体等 2020 1 31 22 第三章岩浆矿床 二 重要矿床类型及实例 金川 重要矿床 铜镍硫化物矿床主要矿物 磁黄铁矿 镍黄铁矿黄铜矿 针镍矿 辉砷镍矿砷铜矿等S34同位素为 1 06 2 53 为地幔型 2020 1 31 23 第三章岩浆矿床 三 矿床形成作用和成因研究由于有限溶解而出现的两液相不相混溶现象从日常生活中也是可以看到的 但高温下复杂岩浆系统中硫化物和硅酸盐的熔离如何发生以及受哪些因素影响尚需要作更多研究 影响硫化物在岩浆中熔离的因素首先是硫和亲硫元素的浓度 岩浆成分中如铁的含量对硫化物的溶解也应有明显影响 早先就引用过格陵兰一个叫作斯卡尔哥德辉长岩研究的材料 这个辉长岩岩浆中硫的原始含量为0 005 铜和镍分别约为0 01 和近0 02 铜和硫在岩浆结晶过程中分配在液相中的略高于固相中 但直到岩浆固化达70 80 之后 含量才有较明显增加 镍的情况略有不同 因易进入硅酸盐品格中 分配在固相中略大于液相中 而且到岩浆固结60 以后含量则明显减少 根据这些情况构筑的硅酸盐 氧化物对硫化物的二元系发生熔离作用的相图中表示出岩浆成分中只要有百分之几的硫化物 当岩浆温度降至950 左右即可以出现硫化物从硅酸盐中分离出来的二液相 温度继续降低 硅酸盐逐渐晶出为固相 系统的液相成分随之发生变化 硫化物比例增多 当硅酸盐含量近于10 的时候 即会出现富硫化物液相 并从900 至700 范围内近于共结条件下结晶出硫化物 硅酸盐和氧化物 2020 1 31 24 第三章岩浆矿床 根据实验 图3一11 所表示的这个体系在硅酸盐与硫化物和硅酸盐与氧化物两边线向内的一定范围内存在相应的两种液相区 而其中间则为硅酸盐与液相的平衡区 氧化物端点一侧为尖晶石与液相平衡区 最低的共结点在这两个区边界线与硫化物区界线相交处 这种体系的演化可能有两种情况 一是岩浆成分在图解中部的硅酸盐与液体平衡区内 因硅酸盐对其他两种成分有较大的溶解度 硅酸盐结晶作用将发展到与硅酸盐和氧化物共存线相遇再沿此线达到最低共熔点 即生成硅酸盐和共结的氧化物 稍晚一些 再生成硫化物 二是岩浆成分决定的结晶演化路线经过硅酸盐与硫化物两液相区 从达到其上部边界开始即出现不混熔的两种液相 它们的成分则沿着二液相区边界变化 2020 1 31 25 第三章岩浆矿床 铜镍硫化物矿床成分包括Fe S 0 Ni和Cu 但其中Ni和Cu很少 据此加拿大矿床学家Naldrett等 1980 把这个体系简化为Fe S O体系进行基础性研究 在天然岩浆成分Fe S和Fe 0变化的有限范围内 证明Fe S的一个特征是磁黄铁矿有一致的熔融温度1190 体系中三元共结点在富金属一边 最低共结点为998 这个体系的富铁部分是以铁一方铁矿一磁黄铁矿和磁铁矿区为特征的 铁一方铁矿和磁黄铁矿有一三相共结点 而方铁矿 磁铁矿和磁黄铁矿则相交在一个三相反应点 在这一点上由磁铁矿 液体反应生成磁黄铁矿和方铁矿 如果岩浆中Ni和Cu有相当的富集 则在近40 和60 Fe这一端形成含矿熔浆 当温度低于固相线时 形成磁黄铁矿 镍黄铁矿 黄铜矿 磁铁矿组合 而在Ni少于15 Cu少于4 的情况下 只形成含Ni Cu磁黄铁矿固熔体和磁铁矿 图3 12 在以上研究基础上他们后来绘制过一个SiO2 FeO FeS三元系相图 2020 1 31 26 第三章岩浆矿床 四 勘查评价要点铜镍硫化物矿床是最重要的岩浆熔离矿床 找寻这类矿床首先是要找与矿床相关的岩浆岩 包括基性岩类和超基性岩类 1 从成岩成矿时代来看 太古宙和元古宙最重要 也有古生代和中生代的 2 含矿岩体的规模差别很大 从数千平方千米到数十平方千米的岩体都有 有的只有1km2 且小岩体也有产出大矿床的 3 对岩浆岩和矿床形成的构造环境进行研究有重要理论和实际意义 4 铜镍硫化物矿床矿体产在岩体的各种部位 最多的还是产在岩体底部 并有呈角砾岩带或岩墙状伸入岩体围岩中的矿体 5 铜镍硫化物矿床普遍出现特征的海绵陨铁结构和典型的磁黄铁矿镍黄铁矿一黄铜矿矿物组合 2020 1 31 27 第三章岩浆矿床 第三节同火山环境金伯利岩和碳酸岩中的岩浆矿床一 概述金伯利岩曾是原生金刚石的唯一来源 碳酸岩是铌一稀土等稀有金属的重要来源之一 这是两类与碱性超基性岩和碱性岩浆岩有关的较为特殊的岩浆矿床 岩浆爆发矿床 喷发岩浆矿床 是指那些经过 含矿的 岩浆的结晶分异或熔离以后 喷发到地表或地下浅处形成的矿床 这类矿床主要有产于金伯利岩的金刚石矿床金伯利岩由其最早的产地南非金伯利而得名 这种岩石因主要组成矿物为金云母 橄榄石 并多具特征的角砾状构造也曾叫角砾云母橄榄岩 被认为是一种分异差的偏碱性超基性岩 经过长期研究 已肯定金伯利岩岩浆起源于地幔 具有特殊演化和复杂的成岩条件 与发现较晚的含金刚石钾镁煌斑岩实际上可能构成一个渐变系列 2020 1 31 28 第三章岩浆矿床 金伯利岩的主要矿物成分有橄榄石和金云母 还有镁铝榴石 镁钛铁尖晶石 蛇纹石 碳酸盐矿物 有些还有铬透辉石 岩石化学成分以硅低 铝低 镁和钾高为特征 金刚石在金伯利岩中含量低且不均匀 具有开采价值的岩体含量在一立方米岩石中过0 5克拉 1克拉 0 2g 碳酸岩是一种较少见的岩浆岩 主要由碳酸盐类矿物组成的侵入岩 主要矿物可以是粗粒或细粒方解石 也可以是白云石或铁白云石 还可以有少量的钠 钾 钙碳酸盐以及一些纳长石 钾长石 钠辉石 角闪石 硅灰石 磁铁矿 重晶石等 碳酸岩中可以含有多种不同矿产 主要含稀土类矿产和铁矿床 有含磷灰石的 有含烧绿石等富铌矿物及含稀土元素矿物的 个别岩体还产铜和铀 2020 1 31 29 第三章岩浆矿床 二 重要矿床南非金伯利岩中的金刚石矿床在南非已发现200多个金伯利岩体 它们侵入于古老的结晶片岩 花岗岩及石炭纪至侏罗纪的砂岩和粗玄岩中 含金刚石的金伯利岩 无矿的金伯利岩和碳酸岩 碱性岩的分布大致呈两条交叉的带 岩筒的分布受太古宙地盾与几个台向斜带交界的隐伏断裂及其交叉处控制 金伯利岩原生矿物有橄榄石 金云母 少量络铁矿 锆石和石墨 次生矿物有蛇纹石 石棉 伊丁石 滑石 绿泥石 方解石 石髓等 金伯利地区的岩简上部常受到强烈风化 在深数十米的风化蚀变产物 黄土 和 蓝土 中都采出金刚石 2020 1 31 30 第三章岩浆矿床 三 成矿条件和成因问题 一 研究金刚石矿床成因有两个特殊的问题 1 是在什么情况下能提供金刚石生成所需的高温高压条件 2