巖漿礦床的形成作用及其特征

1、巖漿礦床的形成作用及其特征巖漿中有用組分析出、聚集和定位的過(guò)程稱為巖漿成礦作用。與巖漿礦床有關(guān)的鎂鐵- 超鎂鐵質(zhì)巖體的成巖過(guò)程十分復(fù)雜，因此成礦作用也是多種多樣的。根據(jù)成礦作用的方式和 特點(diǎn)，巖漿成礦作用主要可分為結(jié)晶分異成礦作用、殘余熔融成礦作用和熔離成礦作用三類。一、結(jié)晶分異成礦作用與巖漿分結(jié)礦床巖漿冷凝時(shí)，隨著溫度的逐漸下降，各種礦物依次從中晶出，導(dǎo)致巖漿成分不斷改變， 巖漿成分的改變又促使某些組分的結(jié)晶，這種隨結(jié)晶作用巖漿成分發(fā)生改變的過(guò)程稱之為結(jié) 晶分異作用。由巖漿結(jié)晶分異作用形成的礦床稱為巖漿分結(jié)礦床，又稱巖漿分凝礦床。當(dāng)富含Cr、Pt等成礦元素的鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)巖漿侵入地殼適當(dāng)部位

2、后，由于溫度緩慢下 降而開(kāi)始結(jié)晶。隨著溫度下降，巖漿中的礦物按照一定的順序晶出，首先，是硅酸鹽礦物的 晶出，溫度區(qū)間約為1800C1200C；暗色礦物的晶出順序依次是橄欖石一斜方輝石一單斜 輝石一角閃石一黑云母。其中淺色礦物長(zhǎng)石的結(jié)晶順序是基性斜長(zhǎng)石在前，酸性斜長(zhǎng)石在后。 就鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)巖而言，最早結(jié)晶的金屬礦物是自然鉑、鉻鐵礦等，與它們同時(shí)或稍晚晶 出的硅酸鹽礦物有橄欖石、輝石和斜長(zhǎng)石等。從巖漿中晶出的金屬礦物和硅酸鹽礦物，由于重力及對(duì)流作用的影響，比重大的礦物在 巖漿中逐漸下沉，比重小的礦物在巖漿中相對(duì)上浮，于是巖漿發(fā)生了分異，礦物呈現(xiàn)相對(duì)的 集中（圖3-1）。鉻鐵礦（比重為4.34.6

3、）、自然鉑（比重為1419）等礦物因其比重較大， 在鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)巖漿的底部聚集堆積，與比重較大的橄欖石（比重為3.183.57 ）、輝石（比 重為2.632.76）和斜長(zhǎng)石（比重為3.13.6）等硅酸鹽礦物一起構(gòu)成鉻鐵礦或自然鉑礦體。 由于金屬礦物結(jié)晶時(shí)間大多早于硅酸鹽?；蚺c早期硅酸鹽同時(shí)晶出，礦床形成于巖漿結(jié)晶的 早期階段，所以通常將其稱為早期巖漿礦床。結(jié)晶分異作用早期形成的巖漿礦床主要為產(chǎn)于超鎂鐵質(zhì)巖中的鉻鐵礦礦床。由于結(jié)晶分 異作用（如重力沉降）的影響，礦體常聚集在巖體的底部和邊部，主要和純橄欖巖、斜方輝 橄巖巖相伴生。礦體形態(tài)以似層狀、透鏡狀為主，少數(shù)成巢狀、瘤狀等。礦體和圍巖沒(méi)有明

4、 顯的界線，一般為漸變過(guò)渡關(guān)系，礦體邊界需要依據(jù)品位加以圈定。礦石的礦物成圖3-1巖漿結(jié)晶分異及重力聚集理想模式示意圖（轉(zhuǎn)引自姚鳳良，1983）1-在冷凝帶形成后，早期巖漿結(jié)晶；2-早結(jié)晶的鐵鎂質(zhì)礦物和礦石礦物向下沉墜，隨后結(jié)晶的硅酸鹽礦物位于上部； 2-不同比重的礦物按重力關(guān)系占據(jù)各自位置；如富含揮發(fā)組分，此時(shí)在硅酸鹽晶體的間隙內(nèi)就會(huì)被富含金屬的殘余 巖漿所占據(jù)；3-含礦殘漿向下（通過(guò)粒間空隙）集中；4-較晚結(jié)晶比重小的硅酸鹽晶體向上漂浮，結(jié)果在下部形成礦 體；5-受動(dòng)力擠壓流動(dòng)的含礦殘余熔體被擠壓到裂隙中去，形成貫入式礦體。a-鎂鐵巖漿結(jié)晶；b-冷凝帶；c-鐵鎂質(zhì) 礦物結(jié)晶；d-含礦殘余巖

5、漿分主要為格尖晶石，部分橄欖石和輝石。由于礦石礦物較早地從巖漿中結(jié)晶出來(lái)，常見(jiàn)較規(guī) 則的自形晶結(jié)構(gòu)（圖3-2a）。礦石構(gòu)造以浸染狀為主，致密塊狀的礦石只在礦體中部偶爾出 現(xiàn)。二、殘余熔融成礦作用與晚期巖漿礦床由于正常的巖漿分異結(jié)晶趨勢(shì)或H2O、CO2等揮發(fā)分的影響，鎂鐵質(zhì)、超鎂鐵質(zhì)巖漿大 部分結(jié)晶后可以產(chǎn)生一部分殘余熔體。當(dāng)這種殘余熔體中富含熔點(diǎn)較低的金屬礦物組分，或 者由于巖漿中揮發(fā)分組分較多并和金屬組分結(jié)合成易熔化合物而降低了金屬礦物的結(jié)晶 溫度時(shí)，這些金屬組分便可長(zhǎng)時(shí)間地停留在巖漿中。隨著硅酸鹽礦物的大量晶出，金屬組分 在殘余巖漿中相對(duì)富集，形成了含礦殘余巖漿。在地質(zhì)構(gòu)造相對(duì)穩(wěn)定的條件下

6、，在巖體底部， 含礦殘余巖漿中的金屬礦物組分，就地充填在硅酸鹽礦物的粒間，膠結(jié)硅酸鹽礦物，形成似 層狀礦體。在地質(zhì)構(gòu)造比較活動(dòng)的條件下，由于受構(gòu)造應(yīng)力的作用，含礦殘余巖漿可被擠入 巖體的原生構(gòu)造裂隙或附近圍巖的構(gòu)造裂隙中，形成貫入式礦體，這種成礦作用也稱為殘漿 貫入作用或壓濾作用。由于殘余巖漿是大量造巖礦物晶出后產(chǎn)生的，成礦作用發(fā)生于巖漿作 用晚期，故所形成的礦床被稱為晚期巖漿礦床。由于晚期巖漿礦床大多數(shù)是由巖漿結(jié)晶分異末期聚集的殘余含礦巖漿在原地冷凝結(jié)晶 而成，所以礦化的富集與巖體的分異程度有關(guān)。在分異過(guò)程中，由于含礦殘漿的比重較大， 在重力作用影響下，逐漸沉降而集中于巖漿槽底部，所以礦體大

7、多位于巖體底部，與基性程 度較高的巖相伴生。礦體多呈層狀、似層狀，分布面積廣，厚度比較穩(wěn)定，與圍巖之間無(wú)明 顯界線。礦石構(gòu)造以浸染狀和致密塊狀為主，浸染狀礦石多分布于礦體的上盤(pán)，致密狀礦石 主要分布在礦體的中、下部，向外金屬礦物逐漸減少。由于硅酸鹽礦物結(jié)晶較早，晶形比較 完整，金屬礦物大多充填于硅酸鹽礦物晶粒間呈他形膠結(jié)狀產(chǎn)出，形成典型的海綿隕鐵結(jié)構(gòu)a早期巖漿礦床黑色-鉻鐵礦；白色-橄欖石；左圖：浸染狀鉻鐵礦；右圖：塊狀鉻鐵礦b晚期巖漿礦床黑色-鈦磁鐵礦；白色-輝石；左圖：塊狀鈦磁鐵礦；右圖：海綿隕鐵結(jié)構(gòu)（圖3-2b）,又稱隕石結(jié)構(gòu)。由于成礦過(guò)程中有部分揮發(fā)分參與，在成礦作用的晚期，經(jīng)常 伴有

8、程度不等的自變質(zhì)作用，如蛇紋石化、綠泥石化、黑云母化、金云母化、碳酸鹽化及黝 簾石化等。圖3-2巖漿礦床的礦石結(jié)構(gòu)（轉(zhuǎn)引自袁見(jiàn)齊等，1985）由殘漿貫入作用形成的晚期巖漿礦床系含礦殘余巖漿沿已冷凝母巖的原生裂隙或巖體 接觸面貫入而成，因此這類礦體大多成脈狀產(chǎn)出，礦脈幾乎全部產(chǎn)于母巖體內(nèi)，只有少數(shù)貫 入到附近的圍巖中。礦脈成組、成群出現(xiàn)。礦體和圍巖界線清晰。礦石也由金屬礦物和硅酸 鹽礦物2部分組成。除形成海綿隕鐵結(jié)構(gòu)外，尚可見(jiàn)到金屬礦物溶蝕、交代硅酸鹽礦物的現(xiàn) 象。礦脈附近的圍巖常形成一定程度的蝕變現(xiàn)象，主要為綠泥石化和綠簾石化。貫入式礦體 的礦石品位一般都較高，有時(shí)含一定數(shù)量的黃鐵礦。脈狀釩鈦

9、磁鐵礦礦床是典型的貫入式晚 期巖漿礦床，如河北大廟釩鈦磁鐵礦礦床；部分脈狀格鐵礦礦體也可能是晚期巖漿貫入作用 的產(chǎn)物，如西藏羅布莎格鐵礦礦床。近年來(lái)對(duì)晚期巖漿礦床更為深入的研究發(fā)現(xiàn)，此類礦床的成礦作用是十分復(fù)雜的，現(xiàn)已 提出下列5種機(jī)制：（1）分離和重力結(jié)晶作用機(jī)制。（2）含P2O5較高的Fe-Ti-V氧化物和硅酸鹽熔體之間的不混溶作用機(jī)制。（3）由周圍固結(jié)的圍巖中壓濾出來(lái)的Fe-Ti氧化物液體結(jié)晶而成的機(jī)制。（4）氧逸度的階段性升高，導(dǎo)致Fe-Ti氧化物大量晶出的機(jī)制。（5）由于斜長(zhǎng)石在巖漿體底部大規(guī)模就地結(jié)晶，致使周圍熔體的全Fe含量和密度明顯 增高，形成一高密度的“停滯層”且不和上覆巖漿

10、混合。此時(shí)，因無(wú)水硅酸鹽的大量分離， 氧逸度增高，導(dǎo)致Fe-Ti氧化物大量晶出。三、巖漿熔離成礦作用與熔離礦床巖漿熔離作用亦稱液態(tài)分離作用或不混溶作用，是指成分均勻的巖漿熔融體隨著溫度和 壓力的降低，分離成2種成分不同 融體的作用。熔離成礦作用在銅鎳硫化物 中表現(xiàn)最明顯。溫度在1500C以 鎂鐵質(zhì)巖漿，當(dāng)其富含揮發(fā)性組分 可熔解一定數(shù)量金屬硫化物。實(shí)驗(yàn) 鎂鐵質(zhì)巖漿在1300C以上時(shí)，可 6%7%的Fe-Ni-Cu的硫化物。隨 度、壓力降低和熔體中揮發(fā)性組分 以及由于與圍巖的同化作用而使 中SiO2、A12O3和CaO增加，巖漿 屬硫化物的溶解度便開(kāi)始降低，從 生熔離作用。圖3-3吉林紅旗嶺銅鎳

11、硫化物礦床I號(hào)巖體剖面示 意圖的熔礦床 上的時(shí)， 證實(shí)， 溶解 著溫 外逸 熔體 中金 而發(fā)微滴 的進(jìn) 其比熔離作用初期，金屬硫化物呈 狀懸浮在硅酸鹽熔體中，隨著巖漿 一步熔離逐漸匯合、變大，并由于 重較大而逐漸下沉，在巖漿槽的底部形成熔融的金屬硫化物層，于是均一的巖漿熔體就分離 成硅酸鹽熔體和金屬硫化物熔體兩部分。隨著溫度繼續(xù)下降，兩種熔體先后結(jié)晶。金屬硫化 物的結(jié)晶溫度較低，它們?cè)诠杷猁}完全結(jié)晶后，形成了巖漿熔離礦床。由這種方式所形成的 巖漿熔離礦床往往分布于巖體的底部或邊部，呈似層狀，構(gòu)成所謂的底部或邊部礦體（圖 3-3 A）；當(dāng)硫化物熔體的匯合過(guò)程不完全，重力下沉不徹底而使其停留在巖漿

12、房中部或上部 時(shí)，經(jīng)后期結(jié)晶成礦可形成透鏡狀的上懸式礦體（圖3-3 B）；在動(dòng)力學(xué)條件較強(qiáng)時(shí)，硫化物 礦漿也可向上或向旁側(cè)圍巖中貫入，形成貫入式脈狀礦體（圖3-3C）。當(dāng)然，這種熔離過(guò)程 的發(fā)生在深部，有可能會(huì)造成小的巖體伴隨有較大礦床的特例。熔離礦床的成礦巖體大多呈巖床或巖盤(pán)狀產(chǎn)出，礦化富集與否和巖體大小及分異程度有 關(guān)，巖相分帶愈完全的巖體礦化愈為富集。礦體一般產(chǎn)于巖體底部，形態(tài)和底部巖相帶基本 一致，大多呈似層狀或透鏡狀。熔離礦床的礦石中經(jīng)常含有相當(dāng)數(shù)量的硅酸鹽礦物，所以礦 石出現(xiàn)典型的浸染狀構(gòu)造和海綿隕鐵結(jié)構(gòu)。就目前所知，產(chǎn)于鎂鐵一超鎂鐵質(zhì)巖中的銅鎳硫 化物礦床都屬于熔離礦床。有人認(rèn)為

13、，部分鉻鐵礦礦床也是熔離作用的產(chǎn)物。此類礦床硫化物的熔離和侵位，目前已提出兩大類型模式（任啟江等，1993）：深部熔離模式（1）由于向下滲透作用（在100km深度之下），因比重不同，地幔中熔融硫化物的聚 集。（2）在從地幔上升過(guò)程中，由多元減壓和（或）非絕熱冷卻而造成硫化物的分離。（3）在地殼巖漿房?jī)?nèi)分異結(jié)晶時(shí)，硫化物的分離。就地熔離模式原始硫不飽和的鎂鐵質(zhì)熔體在水平流動(dòng)過(guò)程中，隨著連續(xù)的重力分異而發(fā)生就地分離。綜上所述，鎂鐵質(zhì)、超鎂鐵質(zhì)巖漿，通過(guò)分離結(jié)晶作用、殘余熔融作用、熔離作用，以 及重力分異、動(dòng)力分異等過(guò)程，可以形成各種類型的巖漿礦床。環(huán)境和系統(tǒng)的壓力、溫度、 氧逸度、硫逸度的變化，巖

14、漿內(nèi)部的擴(kuò)散對(duì)流、熱傳導(dǎo)，以及外來(lái)物質(zhì)的混染和巖漿間的混 合，都使巖漿礦床的成礦機(jī)制呈現(xiàn)出非常復(fù)雜的特征。此外，在巖漿形成過(guò)程中（地幔原巖 的熔融、部分熔融），通過(guò)部分熔融，將導(dǎo)致熔出相（熔體）和殘留相（非熔體）成分的變 化，在一定條件下，也會(huì)造成成礦物質(zhì)的預(yù)先富集。因此，現(xiàn)代巖漿礦床的成因理論，不僅 要考慮巖漿分異演化過(guò)程，而且還要考慮巖漿形成過(guò)程的可能影響因素。四、巖漿爆發(fā)和噴溢成礦作用及其礦床巖漿爆發(fā)成礦作用是指金伯利巖巖漿，連同早期晶出的橄欖石、鎂鋁榴石、金剛石晶體 及捕虜體一起，迅速地沿深斷裂上升，侵位于地表23公里處產(chǎn)生爆發(fā)并形成礦床的作用。 多數(shù)原生金剛石礦床就是通過(guò)這種作用形成的。金剛石的形成溫度為12001800C，壓力 為6X1097X109Pa，這一溫、壓條件相當(dāng)于距地表200300公里深度。金伯利巖巖漿在地下深處首先開(kāi)始晶出橄欖石和少量鎂鋁榴石和金剛石等，沿深斷裂向 上遷移時(shí)，若和碳質(zhì)圍巖發(fā)生混染，還可使金剛石晶體生長(zhǎng)。巖漿上升至近地表23km處 時(shí)，由于溫度下降和揮發(fā)組份的大量析出而使內(nèi)壓增大，當(dāng)上覆圍巖無(wú)力阻擋巖漿上沖時(shí)， 巖漿便發(fā)生猛烈爆發(fā)作用。此時(shí)，巖漿和揮發(fā)性組份攜帶已結(jié)晶的金剛石、橄欖石和圍巖捕 虜體等形成爆破巖筒。金剛石礦床就是通過(guò)