Question

成矿过程分析

Answer 1

如上讨论说明，铬尖晶石类矿物尽管在晶出关系上有同时或稍晚于橄榄石而同时或早于辉石类矿物，甚或以液态不混熔形式存在硅酸盐熔体中，但并不完全等于矿质是由矿物结晶或液态不混熔作用富集成矿的。

当然，另一方面，也由岩石、矿物化学和实验岩石资料表明，在镁铁硅酸盐熔体中Cr₂O₃组分是基本不进入橄榄石和很少进入辉石矿物晶格中的。这可由前述几个含铬岩体几种主要造岩矿物化学成分（表1.9）反映出来。除宁夏小松岩体单斜辉石可含一定数量的Cr₂O₃成分外，其余岩体均比较低，特别是橄榄石类矿物。事实上，这种Cr₂O₃成分不进入橄榄石和辉石矿物晶铬的事实，已由 Keith（1954）的 Mg-Cr₂O₃-SiO₂元素系统（图1.29）实验所证实。当然，该含铬系统的必要条件是Cr₂O₃和SiO₂成分有足够高时才能产生熔离或不混熔现象。

表1.9 橄榄石、辉石矿物中Al₂O₃、Cr₂O₃、Fe₂O₃组分含量统计表

（据师占义等人资料，1978）

图1.29 MgO-Cr₂O₃-SiO₂系统图解（据Keith M.L，1954）

然而，所已知的大多数含铬岩体，Cr₂O₃平均含量均不超过1%，一般在0.3%～0.5%之间。且大多都处于分散状态。在一个含铬岩体中能富集成矿者仅占总数量的百分或千分之几。有的甚至无任何富集成矿现象。这样看来，Cr₂O₃组分在超基性岩熔浆中的不混熔性，只能说明熔体有Cr₂O₃矿质组分的存在，还不能说明少部分Cr₂O₃是如何富集成矿的。或者说是什么样的营力能使这少部分Cr₂O₃成分富集成矿呢？在此，如果我们把矿质组分从岩浆体中分离出来，到有规律地向某些特定部位迁移聚集形成矿浆熔体，以及最后固结成矿算作一个完整的成矿作用过程的话，那么，关键部分仍然在于一定范围内分散状态Cr₂O₃组分是如何逐渐汇集成规模的，或者说是靠什么样的营力或动力条件使它们相聚在一起形成规模矿浆熔体的。

很显然，前述讨论已较清楚地表明。岩浆熔体活动性，不同运动形式及所产生的物理场效应，使成矿元素活动起来迁移聚集在一起的营力就是电磁力。而且，由于岩浆不同运动形式产生的场性有所不同，也就出现矿浆熔体与硅酸盐岩浆熔体，造矿与副矿物铬尖晶石成分上存在互补性消长模型。具体情况如下。

层流地带的物理场效应：由于该运动形式中的电场力与电场同向，按场性只能起带电粒子的加速作用，不改变离子的运动方向。而磁场却不同，按右手螺旋定则，其磁力是垂直于电场和磁感应强度方向的。或是指向磁场较强方向的一种向心力。正是这种磁场力作用，使具有原子磁矩的离子优先向磁场较强方向迁移汇集，并以高原子磁矩的Fe、Cr元素的矿质熔体形状为特征。而且，也正是这种物理场条件，使Fe、Cr组分较多地向含矿熔体的迁移。造成残余在硅酸盐熔体中的Cr₂O₃、TFeO成分的减少，从而也就出现副矿物铬尖晶石成分的贫铬、铁而富镁、铝的现象。甚至这种以磁场力为主要特征的效应，还可能是造成近矿围岩橄榄石的某些亚恩-特勒畸变效应，使Fe^2＋离子在M₂位置相对富集或阳离子有序化。也就造成层流地带纯橄岩的橄榄岩的橄榄石成分相对富Fe^2＋和低Mg^2＋的现象。

在另一方面，层流地带矿物成分的种种变异关系，某些方面，部分还可包含氧离子对铁元素的氧化-还原行为。因为氧也是一种顺磁性物质，也有原子磁矩在层流地带的磁场力作用，也有向磁场较强方向迁移的能力。并且会改变所在地段的氧分压和氧化还原环境。例如，层流地带矿质熔体中的Fe^2＋离子可部分氧化为Fe^3＋。使造矿铬尖晶石比副矿物铬尖晶石成分更富Fe^3＋组分。

涡流地带的电磁效应：由于这种场具有涡旋性，带电粒子将同时受磁场力和电场力的作用。具不同原子磁矩和电位差的离子在涡流中心和边缘会出现相向迁移的趋势，造成矿质熔体的造矿铬尖晶石成分相对富Al₂O₃、MgO而贫Cr₂O₃和TFeO，副矿物铬尖晶石相对富铬、铁而贫铝镁，以及近矿纯橄岩的橄榄石成分也相对富铝、镁而贫铁。

在此值得强调的是，涡流地段的富矿质矿浆团的形成，除了电磁效应外，含矿熔体内逐渐富集起来的Al₂O₃、CaO和某些挥发性组分，可能是使形成的矿浆团进一步熔离富化的重要行为或因素。有关这方面，我国沈阳某化工厂在利用铬渣做铸石实验研究中，当加入一定数量烟道灰（富Al₂O₃和FeO）时，并能使分散状态的铬集聚成含铬较高的黑色团块（叶大年，1975）。Roeder（1968）在Cr₂O₃-Al₂O₃-SiO₂实验系统中，也发现起始于SiO、Cr₂O₃一侧的二液相区有逐渐向Al₂O₃成分增加的方向接近和扩大现象（图1.30）。这就指明，Al₂O₃成分的富集对矿质熔体的富化有重要作用。

此外挥发性组分和某些碱金属的加入，在一定程度上也可促进矿质熔体的进一步熔离富化。如德米特里耶夫斯基实验证明，硼元素在硅酸盐熔体中能促进两种液相发生不混熔现象。同样氟亦有相似情况（王述平，1962）。这一条件在玉石沟、萨尔托海岩体和铬铁矿床是存在的，且除硼，氟外，还有氯。如玉石沟I号矿带Cl含量可达0.3%。

图1.30 Al₂O₃-Cr₂O₃-SiO₂系统图解（据Roeder，1968）

所以，涡流地段富矿质矿浆的形成，Al₂O₃和挥发分的加入是使矿浆富化的有利因素之一。除此之外，可能还包括某些电磁振荡或电磁波效应，使相对分散的矿滴汇集扩大为稠密度较高的矿浆团。其间产出的一些豆状、瘤状矿石可能是这一机制的典型标志。

而像宁夏小松山这类单斜辉石橄榄岩型岩体的铬矿床的熔离作用，为使Cr₂O₃成分富集，必须先阻止Cr₂O₃大量进入单斜辉石内，这时岩浆熔体中的CaO、Al₂O₃组分及含量，可能是阻止Cr₂O₃进入单斜辉石而被分离出来的一个主要因素。这同样可根据 Roeder（1968）的Al₂O₃-Cr₂O₃-SiO₂系统及Glasser和Osbron（1958）和CaO-Cr₂O₃-SiO₂系统实验中（图1.31），在Cr₂O₃-SiO₂一侧的液相区有随CaO含量的增加逐渐朝CaOSiO₂边扩张的现象所说明。

至于Fe^2＋和Mg^2＋离子在造矿、副矿铬尖晶石以及近矿纯橄岩中橄榄石成分互补性消长关系，从另一角度分析，部分原因可能还和涡流地段氧分压情况相关。与层流形式比较，熔体中本来含量较少的［FeO₄］^5-络阴离子，在相对低氧的电磁效应下，部分被还原为Fe^2＋离子，而使造矿铬尖晶石中的铁组分相对富Fe^2＋。相反，残留于硅酸盐熔体中的副矿物铬尖晶石却相对富Fe^3＋。同时由于Fe^3＋离子部分被还原为Fe^2＋，并优先进入矿质熔体，又使围岩橄榄石的成分相对贫铁而富镁。

图1.31 CaO-Cr₂O₃-SiO₂系统图解（据Glasser和Osbron，1958）

这样，由如上两种岩浆运动形式或物理场条件形成的矿浆熔体，大体可按下列反应式固结成矿。

平流地带：2Mg^2＋＋2Fe^2＋＋Cr^3＋＋Fe^3＋＋［FeO₄］^5-＋［CrO₄］^5-

⇌2（Mg.Fe）（FeCr）₂O₄（含铁—富铁铬铁矿）

涡流地段：2Fe^2＋＋2Mg^2＋＋Fe^3＋＋Al^3＋＋Cr^3＋＋［AlO₄］^5-＋［CrO₄］^5-

⇌2（Mg.Fe）（Al Cr₂O₄铝铬铁矿）