含礦基性-超基性巖的鎂鐵比值

代俊峰，宮　磊，霍永豪

(1.蘭州大學(xué)地質(zhì)科學(xué)與礦產(chǎn)資源學(xué)院，蘭州 73000；2.甘肅省西部礦產(chǎn)資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，蘭州 73000)

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含礦基性-超基性巖的鎂鐵比值

代俊峰1,2，宮磊1,2，霍永豪1,2

(1.蘭州大學(xué)地質(zhì)科學(xué)與礦產(chǎn)資源學(xué)院，蘭州 73000；2.甘肅省西部礦產(chǎn)資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，蘭州 73000)

摘要：基性-超基性巖中賦存有銅鎳硫化物礦床、豆莢狀鉻鐵礦床等許多重要的礦床，基性-超基性巖成巖成礦方面的研究多采用鎂鐵比值，但以往利用該比值時(shí)未考慮巖石的SiO2含量、地質(zhì)構(gòu)造及巖石蝕變等一些重要條件。文章結(jié)合國(guó)內(nèi)外一些重要的銅鎳礦床和鉻鐵礦礦床，考慮到上述的幾個(gè)條件，討論了鎂鐵比值在劃分巖石類型方面的應(yīng)用，通過計(jì)算給出了與前人不同的鎂鐵比值劃分區(qū)間。

關(guān)鍵詞：基性-超基性巖；銅鎳礦床；鉻礦床；鎂鐵比值；SiO2含量；地質(zhì)構(gòu)造；巖石蝕變

0引言

基性-超基性巖中賦存有銅鎳礦床、鉻鐵礦礦床、釩鈦磁鐵礦礦床、鉑族元素礦床、金礦床以及磷灰石礦床等，其中銅鎳和鉻鐵礦為主要礦物，其他為伴生礦物[1]。但南非Bushveld礦床[2]和美國(guó)Stillwater礦床[3]是例外，主要礦物為鉑族元素?；?超基性巖中礦床的成因類型有巖漿型、熱液型、夕卡巖型、變質(zhì)型、風(fēng)化型等，以巖漿型為主，其他成因類型也很重要，如紅土型風(fēng)化鎳礦床是鎳的主要來源之一?；?超基性巖具有多種礦床類型和礦床成因，成礦地質(zhì)構(gòu)造多樣，經(jīng)濟(jì)價(jià)值很高，長(zhǎng)期以來受到礦床學(xué)家的重視。本文以基性-超基性巖中的銅鎳礦床和鉻鐵礦床為主要研究對(duì)象，結(jié)合國(guó)內(nèi)外多個(gè)著名的礦床，研究了不同含礦巖體的鎂鐵比值及不同構(gòu)造環(huán)境下含礦基性-超基性巖鎂鐵比值的變化，并根據(jù)鎂鐵比值的不同對(duì)賦存有不同礦產(chǎn)種類的基性-超基性巖進(jìn)行了劃分。

1鎂鐵比值的概念及應(yīng)用

基性-超基性巖的鎂鐵比值對(duì)研究巖體成因及其含礦性具有重要的意義。鎂鐵比值的概念由前蘇聯(lián)學(xué)者Н.Д.索波列夫(Н.Д.Соболеь)于1959年提出，其用鎂鐵比值研究基性-超基性巖的分類和含礦性。索波列夫給出的鎂鐵比值的計(jì)算公式為：

M/F=[n(MgO)+n(NiO)]/

[n(FeO)+2n(Fe2O3)+n(MnO)](1)

式中，n為氧化物分子數(shù)。計(jì)算M/F時(shí)，須先去除構(gòu)成鉻尖晶石的鎂和鐵，因巖體中含量很低的鉻尖晶石中有大量的MgO，F(xiàn)eO，F(xiàn)e2O3類質(zhì)同象混入物，會(huì)使計(jì)算結(jié)果誤差較大。據(jù)晶體化學(xué)理論，富鐵橄欖石中Mn2+可類質(zhì)同象取代Fe2+，富鎂橄欖石中Ni2+可類質(zhì)同象取代Mg2+，故NiO在分子中，而MnO則在分母中。我國(guó)學(xué)者吳利仁(1963)在研究中國(guó)基性-超基性巖及其成礦特征時(shí)，提出了與索波列夫略有不同的鎂鐵比值計(jì)算公式(用m/f表示，以示區(qū)別)：

m/f=[n(Mg2+)+n(Ni2+)]/

[n(Fe2+)+n(Fe3+)+n(Mn2+)](2)

式中，n為原子數(shù)比值。當(dāng)巖石中硫化物含量較高時(shí)(如賦存巖漿硫化物礦床的基性-超基性巖體)，計(jì)算m/f時(shí)不考慮Ni。含礦巖石中的Ni主要是與S結(jié)合成NiS的形式存在，而NiO含量很低，故M/F與m/f值差別不大。按鎂鐵比值的不同，吳利仁將基性-超基性巖劃分為鎂質(zhì)基性-超基性巖、

表1　基性-超基性巖的劃分及成分特征

鐵質(zhì)基性-超基性巖、富鐵質(zhì)基性-超基性巖3類。孫鼐等結(jié)合我國(guó)祁連山一帶與基性-超基性有關(guān)的礦床，對(duì)吳利仁的分類進(jìn)行了成礦專屬性的劃分(表1)[4]。

本文主要研究鎂質(zhì)基性-超基性巖中鉻礦床和鐵質(zhì)基性-超基性巖中銅鎳礦床的鎂鐵比值，對(duì)于分布較少的富鐵質(zhì)基性-超基性巖中的磷礦床不予討論。下文引用數(shù)據(jù)均來自以硫化物為主要礦物的銅鎳礦床和以鉻鐵礦為主要礦物的豆莢狀鉻鐵礦礦床。前者Ni主要以NiS形式存在，計(jì)算巖石鎂鐵比值時(shí)可不考慮其中的Ni值，2種計(jì)算方式均可；而后者有少量的NiO，計(jì)算巖石鎂鐵比值時(shí)應(yīng)予以考慮。

2與基性-超基性巖相關(guān)礦床的鎂鐵比值

與基性-超基性巖相關(guān)的礦床分布廣泛，規(guī)模大小不一，且礦床成因和成礦地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境多樣。與成礦有關(guān)的巖石類型根據(jù)不同的劃分標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生多種分類方案。如，按巖石產(chǎn)狀分為深成巖類、淺成巖類和噴出巖類，分別對(duì)應(yīng)的特征巖性為橄欖巖、金伯利巖和科馬提巖；按巖石系列劃分為拉斑玄武巖系列、堿性系列和鈣堿性系列的巖石組合；按鎂鐵比值劃分為鎂質(zhì)、鐵質(zhì)和富鐵質(zhì)的巖石系列；按構(gòu)造環(huán)境劃分為同火山期、穩(wěn)定克拉通地區(qū)的裂谷環(huán)境和造山作用期的巖石系列；按巖石產(chǎn)出環(huán)境、產(chǎn)狀及巖石組合系列的綜合因素，又可劃分為阿爾卑斯型、阿拉斯加型和層狀侵入體的巖石系列[1]。表2列出了與基性-超基性巖相關(guān)的產(chǎn)于不同構(gòu)造環(huán)境下的鉻礦床和銅鎳礦床的鎂鐵比值。

3討論

以國(guó)內(nèi)外著名的鉻鐵礦礦床和銅鎳礦床為研究對(duì)象，結(jié)合礦床產(chǎn)出的構(gòu)造背景，討論按鎂鐵比值的不同對(duì)含礦巖石進(jìn)行分類，找出2種不同種類礦床的鎂鐵比值的分布區(qū)間。

3.1不同礦床類型對(duì)鎂鐵比值的影響

從表2可見，本文提出的鎂鐵比值并未完全符合孫鼐[4]的分類區(qū)間，但仍能從中總結(jié)出一些規(guī)律：①筆者利用前人的數(shù)據(jù)計(jì)算出同一礦床2種巖性(如甘肅大道爾吉和新疆洪古勒嫩)和不同礦床(西藏羅布莎和青海玉石山)的鎂鐵比值顯示，當(dāng)巖石w(SiO2)≤45%時(shí)，符合孫鼐的分類區(qū)間；巖石w(SiO2)≥45%時(shí)并不符合；雖然計(jì)算有些礦床的鎂鐵比值時(shí)，其w(SiO2)≤45%，但結(jié)果仍未落在相應(yīng)區(qū)間，如加拿大Thompson[21]，這很有可能是該礦床成巖成礦后2個(gè)期次的強(qiáng)烈蝕變，即早期的蛇紋石化和后期的花崗偉晶巖巖墻引起的蝕變，使得巖體鎂鐵比值偏離；由此認(rèn)為，按鎂鐵比值進(jìn)行巖石分類時(shí)應(yīng)僅限于w(SiO2)≤45%的超基性巖，且?guī)r石未遭受后期強(qiáng)烈的蝕變作用(如綠巖帶內(nèi)的超基性巖)，否則巖石的分類沒有意義；②以薩爾托海為例，其近礦圍巖鎂鐵比值為12.78～15.16，遠(yuǎn)礦圍巖鎂鐵比值7.57～8.57；在計(jì)算過程中發(fā)現(xiàn)，品位高的礦床鎂鐵比值較品位低的礦床鎂鐵比值高，由此推斷，含礦巖石的鎂鐵比值大于不含礦巖石，而礦石的鎂鐵比值大于圍巖；③銅鎳礦床和鉻鐵礦礦床的鎂鐵比值顯示，兩者并沒有落入相應(yīng)的2～6.5和6.5～14的區(qū)間，說明不能簡(jiǎn)單地利用鎂鐵比值劃分巖石類型，而應(yīng)考慮到巖石類型、蝕變和構(gòu)造環(huán)境等影響因素。

3.2不同構(gòu)造環(huán)境中礦床的鎂鐵比值

對(duì)于銅鎳礦床，不同構(gòu)造環(huán)境下的巖石系列鎂鐵比值由大到小為：綠巖帶，大陸邊緣裂谷，造山褶皺帶，穩(wěn)定地臺(tái)裂谷。最小的為加拿大Sudbury礦床(0.03～0.27)，該礦床的成因系隕石撞擊地球造成大規(guī)模的部分熔融作用，形成巖漿上升侵位成礦，可認(rèn)為是其獨(dú)特的成礦地質(zhì)環(huán)境下的產(chǎn)物[34]。由此得出結(jié)論：構(gòu)造環(huán)境越復(fù)雜的地區(qū)產(chǎn)出的礦床，由于其復(fù)雜的巖漿作用過程以及成巖成礦后的強(qiáng)烈蝕變和混染作用，會(huì)造成巖石具有很高的鎂鐵比值。對(duì)于鉻鐵礦床，表2中鉻鐵礦主要為綠巖帶中的豆莢狀鉻鐵礦，但南非Bushveld層狀雜巖體中的UG2層是賦存在大型層狀雜巖體中的鉻鐵礦礦床[2]，與綠巖帶中的豆莢狀鉻鐵礦礦床相比，該類礦床數(shù)量極少，且兩者均產(chǎn)于古老的穩(wěn)定地臺(tái)區(qū)。從巖石的鎂鐵比值和SiO2變化可見，兩者似乎沒有必

表2　與基性-超基性巖相關(guān)礦床的鎂鐵比值

注：綠巖帶構(gòu)造環(huán)境一般位于古老的穩(wěn)定地臺(tái)區(qū)；穩(wěn)定地臺(tái)構(gòu)造環(huán)境指穩(wěn)定地臺(tái)內(nèi)部的裂谷環(huán)境。

然的相關(guān)性，而不同礦床的鎂鐵比值都有大幅度變化，變化區(qū)間主要為6.5～14，2～6.5，<2?？梢姡G巖帶復(fù)雜的構(gòu)造環(huán)境、巖石系列以及不同程度的蝕變對(duì)應(yīng)用鎂鐵比值劃分巖石系類有極大的影響。

3.3不同礦床類型的鎂鐵比值

雖然巖石的鎂鐵比值隨構(gòu)造環(huán)境、巖石成分以及蝕變程度的復(fù)雜變化，但筆者仍試圖從中找出與超基性巖相關(guān)的銅鎳礦和鉻鐵礦的巖石鎂鐵比值區(qū)間。求其平均值，銅鎳礦床為3.79～6.38；鉻鐵礦床為7.83～10.13，這與姚鼐(1985)的巖石類型劃分區(qū)間相比范圍小得多，但包含于其中。這是由于巖石遭遇蝕變導(dǎo)致其鎂鐵比值發(fā)生變化，且鎂鐵比值的計(jì)算僅限于巖石w(SiO2)≤45的超基性巖。由于巖石遭受后期的蝕變尤其是花崗質(zhì)巖漿作用混染作用會(huì)導(dǎo)致巖石鎂鐵比值的變大，因此筆者給出的鎂鐵比值區(qū)間下限應(yīng)該是確定的，而上限則隨著巖石蝕變強(qiáng)度而變化。由此得出結(jié)論，銅鎳礦床為3.79～7.83，鉻鐵礦床為7.83～10.13(或更大)。

4結(jié)論

利用鎂鐵比值進(jìn)行巖石分類時(shí)應(yīng)僅限于w(SiO2)≤45%的超基性巖，考慮到巖石類型、蝕變和構(gòu)造環(huán)境等因素的影響，巖石最好未遭受后期強(qiáng)烈的蝕變作用；含礦巖石的鎂鐵比值大于不含礦巖石，而礦石的鎂鐵比值大于圍巖；復(fù)雜的巖漿作用過程以及成巖成礦后的強(qiáng)烈蝕變和混染作用使巖石具有很高的鎂鐵比值；與超基性巖相關(guān)的銅鎳礦床鎂鐵比為3.79～7.83，鉻鐵礦床鎂鐵比為7.83～10.13(或更大)。

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The Mg/Fe ratio of ore-bearing basic-ultrabasic rocks

DAI Junfeng1,2, GONG Lei1,2, HUO Yonghao1,2

(1.SchoolofEartSciences,LanzhouUniversity,Lanzhou730000,China;2.KeyLaboratoryofMineralResourcesinWesternChina，Lanzhou730000,China)

Abstract：There are many important ore deposits hosted in the basic-ultrabasic rocks, such as Cu-Ni sulphide deposits and podiform chromite deposits. Researches on petrogenisis and metallogenisis of basic-ultrabasic rocks applied generally the Mg/Fe ratio and ignored some crucial conditions such as SiO2 content, geological structure and rock alteration. In consideration of some important Cu-Ni deposits and chromite deposits at home and abroad and above conditions, this paper discussed the application of M/F in the rock classification and proposed new division fields based on calculation.

Key Words：basic-ultrabasic rock; Cu-Ni deposits; Cr deposits; Mg/Fe ratio; SiO2 content; geological structure; rock alteration

收稿日期：2014-12-12；責(zé)任編輯：趙慶

作者簡(jiǎn)介：代俊峰(1990—)，男，碩士研究生，研究方向?yàn)閰^(qū)域構(gòu)造與成礦。

通信地址：甘肅省蘭州市蘭州大學(xué)本部校區(qū)10號(hào)樓；郵政編碼：730000；E-mail：daijf90@foxmail.com

doi：10. 6053/j. issn.1001-1412. 2016. 01. 005

中圖分類號(hào)：P584；P588.12

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A