矿床学-第二章岩浆矿床.ppt

矿床学 第二章岩浆矿床 一 岩浆矿床的概念岩浆矿床 在地壳深处的各类岩浆 通过分异作用与结晶作用 使分散在岩浆中的成矿物质聚集而形成的矿床称为岩浆矿床 岩浆是一种位于地壳深处的 具有较高温度和较高内压力 成分复杂的硅酸盐熔融体 是一种具有很强的机械能力和化学能力的粘稠物质 当发生构造运动时 岩浆依靠自己本身的巨大能力 常常顺着地壳的构造薄弱地带向着减温减压的方向移动 二 岩浆矿床的特点1 成矿母岩 矿床主要与基性岩 超基性岩 如纯橄榄岩 橄榄岩 辉岩 苏长岩 辉长岩以及斜长岩等 有成因联系 少数岩浆矿床与碱性岩或酸性岩有关 2 矿体形态 岩浆矿床中的矿体多数呈层状 似层状 透镜状 豆荚状等产于岩浆岩体内 含矿围岩即为母岩 少数情况下矿体呈脉状 网脉状进入母岩之外的围岩中 3 围岩蚀变 绝大多数岩浆矿床的围岩不具有明显的蚀变现象 4 矿石成分 矿石的矿物成分和围岩 成矿母岩 基本相同 当岩体内的有用矿物富集达到一定规模时就成为矿体 5 成矿环境 由于成矿作用是与岩浆作用大体同时发生的 因此多数岩浆矿床的形成温度较高 一般在1200 700 C 但某些硫化物矿床的形成温度可低至650 C 甚至300 C左右 成矿深度变化也较大 一般都形成于地下几公里至几十公里 第二节岩浆矿床的形成条件 一 成矿元素的地球化学性状与镁铁质 超镁铁质岩浆活动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 Cu Ni易形成硫化物 Cr V Ti Fe主要为氧化物 并且有较强的形成金属键的能力 可以形成多种自然金属和金属互化物 Fe和Ni的地球化学性状接近Mg2 所以在MgO含量高的岩石中Fe和Ni仅以分散状态进入含Mg的造岩矿物中 故Fe Ni矿化常与含镁较低的镁铁岩有关 特别是在含斜长石较多的辉长岩 斜长岩中有铁矿床形成 镍黄铁矿 Fe Ni 9S8或 Ni Fe S 黄铜矿 磁铁矿矿石CuFeS2 Fe3O4 钒钛磁铁矿FeV2O4 FeTiO3 铬的地球化学性状决定其在超镁铁岩中含量最高 通常与橄榄岩和纯橄岩有关 铂族元素 PEG 的性状各有不同 Ru Os Ir更具亲氧性 常与铬铁矿共生 Pt相对亲硫 常常产于Cu Ni硫化物中 铬铁矿 Mg Fe Cr2O4 一 岩浆岩成矿专属性不同成分的岩浆相应地会形成不同类型的岩浆矿床 即一定成分的岩浆岩与一定的矿床类型有密切的成因联系 这即是岩浆岩的成矿专属性 二 岩浆中挥发性组分的作用岩浆中挥发性组分的种类和数量对岩浆的结晶分异及成矿组分的运移 富集也有一定影响 因而也称为矿化剂 在岩浆分异的早期 挥发性组分的作用不显著 但随着岩浆冷却结晶 矿化剂在岩浆中的含量相对增加 其作用也逐渐重要起来 主要是 由于挥发份的存在 增加了岩浆的流动性 降低了岩浆的粘度 从而促进了岩浆分异作用 利于成矿物质的富集 挥发份易与金属元素结合成络合物 由于金属络合物易溶 熔点低 流动性强 易搬运 有利于成矿物质的集中 富集 三 岩浆同化作用对岩浆矿床成矿的影响同化作用 岩浆在其形成和向上运移过程中 往往会熔化或溶解一些外来物质 如围岩碎块 从而使岩浆成分发生改变的作用 在岩浆侵位过程中 对围岩的同化作用在一定程度上影响岩浆的成分 也影响着其中的成矿组分的分异和聚集能力 一般认为 在地壳活动强烈地区 岩浆与被同化围岩成分差别越大 侵入体的规模越大 侵位越深 成分越酸性 挥发分越多以及围岩破碎程度越高时 同化作用愈强烈而完全 四 岩浆的多期次侵入作用对成矿的控制大量的资料表明 含矿岩体往往具有如下特征 从区域上看 它们常常是同一构造运动形成的岩浆岩带中的较晚期产物 从一个矿区看 矿化主要与复式岩体的晚期岩相关系密切 复式岩体和岩浆多次侵入对成矿作用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 其对形成规模大 质量好的矿床具有很大的意义 五 岩浆的分异程度一般说来 岩浆在演化冷凝结晶过程中 分异得越好 矿体就越大 分异的越彻底 矿体品位越高 在比较稳定的地区岩浆侵入时 基性 超基性岩浆可按矿物反应系列进行完全的分异 一般是纯橄榄岩 橄榄岩在下部 辉石岩在较上部 苏长岩 辉长岩或斜长岩在最上部 这种分异完好的岩体 矿体多富集在岩体的下部 矿体产状稳定 矿石品位也较高 影响岩浆分异作用的因素主要有 岩浆的成分 一般说来越偏基性的岩浆 SiO2含量少 粘度小 易流动 故有利于分异 因此在岩浆成矿阶段 产于超基性 基性岩中的矿床种类多 规模也大 岩体的规模 规模越大 所带热量也多 且热量散逸较慢 从而有利于分异和成矿作用的进行 反之规模小 不仅成矿物质来源有限 热量也容易散失 冷凝过程较快 不利于分异和成矿作用的进行 故不易形成有工业价值的矿床 岩浆侵入的深度 深度越大 岩浆冷暖速度越慢 压力下降就越慢 亦有利于各种组分的充分分异 三 控制岩浆矿床形成的大地构造条件 地壳中不同构造单元的结合带以及同一构造单元中次级构造单元的交接处 常常是深大断裂的所在部位 特别是切穿地壳达上地幔以上的深大断裂 它们常控制着镁铁质 超镁铁质岩浆岩及其中的岩浆矿床的空间分布 按板块构造学说 两个板块的交接带 是地壳的强烈活动部分 它提供了地幔物质熔化 分异所需的物理化学条件和上升通道 因此它是镁铁 超镁铁质岩的侵入地带 世界镁铁 超镁铁质岩的分布可划分为以下几个带 环太平洋带 岛弧型 古地中海带 地缝合线型 乌拉尔带 古地缝合线型 非洲及欧洲层状铬铁矿带 裂谷型 第三节岩浆矿床的形成作用及其特征 一 结晶分异成矿作用与岩浆分结矿床结晶分异作用 岩浆冷凝时 随着温度的逐渐下降 各种矿物依次从中晶出 这种按顺序结晶分离出固体并在重力和动力作用下发生分异和聚集的过程 由岩浆结晶分异作用形成的矿床称为岩浆分结矿床 又称岩浆分凝矿床 岩浆侵入地壳适当部位后 随着温度下降 岩浆中的矿物按照一定的顺序晶出 硅酸盐矿物晶出顺序依次是 暗色矿物的橄榄石 斜方辉石 单斜辉石 角闪石 黑云母 浅色矿物长石的结晶顺序是基性斜长石在前 酸性斜长石在后 岩浆结晶分异时 有用矿物的晶出有两种情况 1 有用矿物早于硅酸盐矿物或在硅酸盐矿物结晶早期晶出 早期岩浆矿床 最早结晶的金属矿物是自然铂 铬铁矿等 与它们同时或稍晚晶出的硅酸盐矿物有橄榄石 辉石和基性斜长石等 若岩浆处在较稳定的地质环境中 上述从岩浆中晶出的金属矿物和硅酸盐矿物 由于重力及岩浆内部对流作用的影响 比重大的矿物在岩浆中逐渐下沉 比重小的矿物在岩浆中相对上浮 于是岩浆发生了分异 在岩浆底部形成比重较大的暗色硅酸盐矿物和金属矿物的富集带 这种作用称重力分异作用 早期岩浆成矿模式动画演示 若在这一时期地壳活动频繁 使岩浆仍处于流动状态 则早期晶出的矿物和密度大的熔体便会在岩浆流动过程中 聚集在通道内 在流速减缓或流动阻力较大处形成不规则的异离体 这种作用称为动力 流动 分异作用 早期岩浆矿床特点 矿体常聚集在岩体的底部和边部 主要和纯橄榄岩 斜方辉橄岩相伴生 矿体形态以似层状 透镜状为主 少数成巢状 瘤状等 规模小 矿体和围岩没有明显的界线 一般为渐变过渡关系 矿体边界需要依据品位加以圈定 矿体成分与母岩一致 仅有用组分含量增高而以 主要为铬尖晶石 部分橄榄石和辉石 矿石构造以浸染状为主 致密块状的矿石只在矿体下部偶尔出现 由于矿石矿物较早地从岩浆中结晶出来 常见较规则的自形晶结构 铬铁矿自形结构 2 有用矿物较晚晶出 晚期岩浆矿床岩浆中的挥发组分如H2O CO2等含量较高时 岩浆中的成矿元素可与挥发分结合 形成熔点较低的配合物 从而大大降低了自身的结晶温度 当硅酸盐矿物大量晶出时 金属组分在残余岩浆中相对富集 逐渐形成富含成矿物质的富矿残浆 最后从残浆中结晶出来 所形成的矿床称为晚期岩浆矿床 常出现以下三种情况 如果富矿残浆比较快地冷凝结晶 它们一般充填在早期结晶的硅酸盐矿物颗粒之间 形成低品位矿石 如果富矿残浆冷凝缓慢 由于富矿残浆比重大 故可在重力作用下呈液态通过粒间空隙向下集中 而较晚结晶密度小的硅酸盐晶体向上浮 这样便在下部集中形成矿体 如产于基性岩体下部的钒钛磁铁矿矿床 在地质构造活动比较频繁的条件下 由于受构造应力和由残余挥发分造成的内应力的作用 含矿残浆可被挤入岩体边部的原生构造裂隙或附近围岩的构造裂隙中 形成贯入式矿体 这种成矿作用也称为残浆贯入作用或压滤作用 晚期岩浆矿床成矿模式图 过程示意 晚期岩浆矿床特点 由于晚期岩浆矿床大多数是由岩浆结晶分异末期聚集的残余含矿岩浆在原地冷凝结晶而成 所以矿化的富集与岩体的分异程度有关 在分异过程中 由于含矿残浆的比重较大 在重力作用影响下 逐渐沉降而集中于岩浆槽底部 所以矿体大多位于岩体底部 与基性程度较高的岩相伴生 矿体多呈层状 似层状 分布面积广 厚度比较稳定 与围岩之间无明显界线 矿石构造以浸染状和致密块状为主 浸染状矿石多分布于矿体的上盘 致密状矿石主要分布在矿体的中 下部 向外金属矿物逐渐减少 由于硅酸盐矿物结晶较早 晶形比较完整 金属矿物大多充填于硅酸盐矿物晶粒间呈他形胶结状产出 形成典型的海绵陨铁结构 又称陨石结构 由于成矿过程中有部分挥发分参与 在成矿作用的晚期 经常伴有程度不等的自变质作用 如蛇纹石化 绿泥石化 黑云母化 金云母化 碳酸盐化及黝帘石化等 贯入式晚期岩浆矿床特点 由残浆贯入作用形成的晚期岩浆矿床系含矿残余岩浆沿已冷凝母岩的原生裂隙或岩体接触面贯入而成 因此这类矿体大多成脉状产出 矿脉几乎全部产于母岩体内 只有少数贯入到附近的围岩中 矿脉成组 成群出现 矿体和围岩界线清晰 矿石也由金属矿物和硅酸盐矿物两部分组成 除形成海绵陨铁结构外 尚可见到金属矿物溶蚀 交代硅酸盐矿物的现象 矿脉附近的围岩常形成一定程度的蚀变现象 主要为绿泥石化和绿帘石化 贯入式矿体的矿石品位一般都较高 有时含一定数量的黄铁矿 脉状钒钛磁铁矿矿床是典型的贯入式晚期岩浆矿床 如河北大庙钒钛磁铁矿矿床 部分脉状铬铁矿矿体也可能是晚期岩浆贯入作用的产物 如西藏罗布莎铬铁矿矿床 二 岩浆熔离成矿作用与熔离矿床岩浆熔离作用也称液态分离作用或不混溶作用 是指在较高温度下的一种成分均匀的岩浆熔融体 在温度和压力降低时 分离成两种或两种以上互不混溶的熔融体的作用 由于岩浆熔离作用而使有用组分富集成矿的作用称岩浆熔离成矿作用 由岩浆熔离成矿作用而形成的矿床 称为熔离矿床 1 形成作用 熔离成矿作用在铜镍硫化物矿床中表现最明显 温度在1500 C以上的镁铁质岩浆 尤其富含挥发性组分时 可熔解一定数量金属硫化物 实验证实 镁铁质岩浆在1300 C以上时 可溶解6 7 的Fe Ni Cu的硫化物 在地下25 30Km深处的橄榄岩岩浆中 硫的最大溶解度是在近地表处的2 5倍 随着温度 压力降低和熔体中挥发性组分外逸以及由于与围岩的同化作用而使熔体中FeO减少 Al2O3和CaO增加 都会使岩浆中金属硫化物的溶解度便开始降低 从而发生熔离作用 2 形成过程 熔离作用初期 硫化物呈小珠滴状 或呈乳浊状态 分散悬浮于硅酸盐熔浆中 随后 这些小珠滴逐渐汇集变大 并可出现以下三种情况 1 由于比重较大 就在尚未冷凝的岩浆渊中逐渐下沉 至岩浆渊底部 形成岩体底部的似层状 条状矿体 图2 4A 2 或者因为岩体较小 或处地表浅处 岩体冷凝迅速 硫化物熔浆来不及下沉至渊底部便全部结晶 形成 上悬式矿体 图2 4B 3 或经后期构造应力挤压 经过 压滤 作用 被挤入到先期结晶的母岩岩体裂隙中 或附近的地层中 形成 贯入式脉状矿体 图2 4C 吉林红旗岭铜镍硫化物矿床I号岩体剖面示意图A 层状底部矿体 B 透镜状上悬矿体 C 脉状贯入矿体 3 熔离作用模式按 浅部熔离 这一传统的观点 熔离作用既然是岩浆侵入地壳后发生的 矿体的规模一般应与侵入体的规模大体呈正比 即大岩体可赋存大矿 小岩体只能赋存小矿 但是 若干实例却证明小岩体也可赋存大矿体 例如 按矿体和岩体的体积计算 甘肃金川镍矿甲矿区镍矿体约占岩体的33 50 而吉林红旗岭镍矿七号岩体则几乎为纯矿体 此种情况表明 矿体的规模与侵入体的规模之间并不一定存在正比关系 为了解释小岩体也可以赋存大矿体的这一客观事实 相应产生了深部熔离作用这一理论 深部熔离作用是指含硫化物的岩浆 在地壳深部高温高压的条件下发生的分异和熔离作用 分异后的富硫化物的矿浆与不含硫化物的熔浆 一起或分别上升到地壳浅部后再冷凝成矿 深部熔离成矿模式过程示意铜镍硫化物成矿模式 第四节岩浆矿床的主要类型及实例 一 超基性 基性岩中的铬铁矿矿床铬铁矿是一种极为重要的矿产 几乎都采自超基性和基性岩浆岩中的块状 稠密浸染状矿石 是工业铬的唯一矿石矿物 一 层状铬铁矿矿床此种矿床主要产在具层状序列的超基性 基性岩浆侵入体中 为层状和席状堆积体 这些含矿侵入体的形成时代一般为前寒武纪 分布在地台区 占总储量的98 世界铬铁矿总产量的45 中国迄今还未发现 二 非层状 阿尔卑斯型 铬铁矿矿床该类矿床产在造山带或离散板块边缘 大洋地壳环境下的阿尔卑斯型超基性杂岩体中 其中不少被认为属于蛇绿岩套 成因上一般与纯橄榄岩关系密切 我国的铬铁矿矿床都属这一类型 特点 含矿岩体受超壳断裂控制 常成群成带分布 具有多期侵入特点 岩体规模由数平方公里至数百平方公里不等 产状和围岩有时一致 有时呈斜交侵入接触 非层状铬铁矿矿床的矿体形态复杂多变 有的受岩相控制 有的受构造控制 矿床规模以中小型为主 受岩相控制非层状 阿尔卑斯型 铬铁矿矿床特点 大多与纯橄榄岩 斜辉辉橄岩岩体有关 矿体产于岩体底部的纯橄榄岩岩相中 呈条带状 扁豆状 似层状及巢状等 与围岩多数为渐变关系 矿石多呈浸染状或条带状构造 中 细粒自形 半自形结构 这类矿床属于岩浆结晶分异形成的早期岩浆矿床 受构造控制的非层状 阿尔卑斯型 铬铁矿矿床 在造山带中受构造控制的铬铁矿矿床多与纯橄榄岩 斜辉橄榄岩 橄榄岩等有关 除了少数呈似层状矿体外 多数矿体分布于岩体的原生裂隙带内 呈豆荚状 囊状 团块状 透镜状 不规则状异离体 图 少数呈脉状和网脉状 常见分枝复合现象 除个别为似层状外 单个铬铁矿矿体规模较小 但常成群出现 矿巢的断面常在几十厘米到几米 大的透镜体长度可达几十米 厚度可达几米 二 基性岩中的钒钛磁铁矿矿床钒钛磁铁矿矿床不仅是重要的铁矿床类型 也是钒 钛的主要来源 钛金属的唯一矿床类型 在中国 这类矿床主要分布于四川西昌 攀枝花 河北承德 陕西汉中以及湖北襄阳 储量约占全国铁矿总储量的15 特点 主要产于地台区或地台边缘 含矿岩体呈带状分布 受区域内的深大断裂控制 含矿母岩岩性主要有辉长岩 辉长岩 橄长岩 辉橄岩和斜长岩 辉长岩三种型式 矿床与基性岩及基性 超基性杂岩中的基性岩相有关 矿体呈层状或脉状 矿石呈块状或浸染状构造 常具典型的海绵陨铁结构 矿石矿物主要由钛铁矿和磁铁矿组成 二者常呈格状或花片状的固溶体分解结构 是含有多种有用元素的综合性矿床 矿石中含Fe35 45 TiO26 16 V2O50 5 2 钒不形成独立矿物 而是以类质同象代替铁形成含钒磁铁矿 成因上属于结晶分异成矿作用形成的晚期岩浆矿床 含矿岩体按产状可分层状和非层状两类 一 层状基性杂岩中的似层状钒钛磁铁矿矿床特点 层状岩体的产出多受被侵位地层控制 在单斜岩层中岩体呈层状 在向斜褶皱中则呈盆状 岩体由橄榄岩 辉岩 橄辉岩 辉长岩及少量纯橄岩和闪长岩组成 其镁铁比值大多小于2 5 属铁质类岩石 岩体的分异一般都较好 岩相分带明显 韵律结构清晰 自上而下岩相带的基性程度增高 每个含矿岩相带的变化趋势是自上而下为浅色辉长岩 深色辉长岩 贫矿体 富矿体 层状岩体底部含一定数量的铬和铂 钒钛磁铁矿矿体大多产于下部的辉长岩 橄榄辉长岩岩相中 矿体底部与围岩界线清楚 顶部和围岩渐变过渡 矿石主要由钛磁铁矿 钛铁矿 钛铁晶石 镁铝尖晶石组成 含有部分含钒磁铁矿 磁铁矿 赤铁矿以及少量磁黄铁矿 黄铁矿 黄铜矿等 矿石以浸染状构造和块状构造为主 矿石结构主要为海绵陨铁结构和填隙结构 矿石中除含Fe V Ti外 常伴有Co Cu Ni Cr等有益元素 并可综合利用 矿床是由岩浆结晶分异作用形成的含矿残浆于原地结晶而成的 中国攀枝花钒钛磁铁矿矿床属于这一类型 粗粒辉长岩中的浸染状矿体 矿体 底部致密块状矿层 矿体 暗色层状辉长岩中条带状矿层 矿体 稠密浸染状矿层 矿体 稀疏浸染状矿层 矿体 星散状矿层 矿体 表外条带状矿层 矿体 三 基性 超基性杂岩中的铜 镍 铂 硫化物矿床铜镍硫化物矿床是镍的最主要来源 它提供了世界镍产量的60 以上 同时也是铜的重要来源之一 其中的副产品铂族元素也具有很高的经济价值 特点是 矿床主要与由辉长岩 苏长岩组成的基性杂岩有关 部分和橄榄岩 辉长岩等基性 超基性杂