张招崇地幔柱与成矿-第八章

É
Northern Limb
Probably connected at depth Western Lobe Far Western Lobe
Eastern Lobe
Southeastern Lobe
Active Mining Areas Outline of Bushveld Layered Rocks
铜镍硫化物-铂族元素矿床
• 主要矿物为磁黄铁矿、镍黄铁矿和黄铜矿， 次要矿物为古巴矿和黄铁矿。 • 硫化物不混熔形成（珠滴构造） • 镍硫化物的最低温度为1000°C。 • 水对硫化物熔体的温度几乎不影响，因为 水不溶解在硫化物熔体中。
铜镍硫化物-铂族元素矿床
• 硫在硅酸盐中是不相容元素，硅酸盐岩浆 的分离结晶作用可导致硫的饱和。所以镍 的硫化物不会在岩浆的早期形成，因为此 时硫不饱和。 • 铜镍硫化物矿床的本质是硫在岩浆中由不 饱和变为饱和，从而引起硫化物熔体的不 混熔。
Panzhihua intrusion
～30 km2
层状岩体
• Single-pluse intrusion: 层状构造发育不 好 • Multi-pulse intrusion：层状发育好，尤 其是下部的超镁铁质带和中间的辉长 岩带（Skaergaard, Bushveld and Stillwater）
Note: These are the data f or sulfide liquid containing <20 wt% Ni
In conclusion, it appears that DNi varies with fO2/fS2 ratio, but tends to be constant for melts with the same FeO content, is of the order of 250-800 for melts with about 10 wt% MgO, and increases sharply for melts with lower MgO than this. Values for Dcu of the order of 1000 to1400 appear to be reasonable in most natural situations, and have adopted by many authors (c.f. Brugmann et al. 1993, Peach and Mathez, 1993).
ppm Ni in olivine
铜镍硫化物-铂族元素矿床
• 铂族元素在地幔中存在于硫化物或 铂族元素的合金中。
WHERE THEY OCCUR
The traditional view
Naldrett (2004)
Surdbury

BASE OF MASSIVE ORE, KOMSOMOLSKY MINE
• 铁钛氧化物——早期或晚期结晶 • 铬铁矿——早期结晶相
铬铁矿矿床
• 富铬铁矿层可以几乎由铬铁矿组成也可以 和橄榄石和斜方辉石共生，但不和斜长石 共生。一般为几毫米到几米厚。其Cr/Fe比 值一般比蛇绿岩中的铬铁矿要低。 • 铬铁矿的形成温度大于1150º C. • 铬铁矿是在高的氧逸度条件下结晶的。
Re ference Rajamani and Naldrett (1979) Fleet et al. (1981) Francis (1990) Peach et al. (1990) Peach and Mathez (1993) Sattari et al. (2002) Technique Silica tube experiments Magma Comp. Olivine Basalt Basalt Andesite Basalt 6-8 wt% MgO MORB MORB 8.3 Š 18.1 wt% MgO Basalt 7-8 wt% MgO Ni 231 274 460 450-950* 350-420 800 10308857 800-1300 Co 80 Cu 333 245 243
BRECCIA OF CHILLED GABBRO AT TOP OF MASSIVE ORE, OKTYABR’SKY MINE
Naldrett (2004)
地幔柱的成矿效应? 钒钛磁铁矿床 铜镍-铂族元素矿床
Fig.6.6
Fig.6.7
岩浆矿床
岩浆矿床的产出类型 • 产在CFB: Noril’sk-Talnakh in the Siberian Traps; Duluth in the Mid-continent Rift System; Insizwa in the Karoo. • 大型镁铁-超镁铁质岩体：Great Dyke, Bushveld and Molopo Farms complexes • 太古宙超基性火山岩：西澳的Kambalda （科马提岩）和俄罗斯的Pechenga（苦橄 岩）。
层状岩体
• 定义：矿物和成分按一定的比例显示出平 行或近平行的层理。具有两种类型：1）隐 层理，肉眼无法观察，但在化学成分和矿 物成分有明显的变化；2）显层理，肉眼明 显可见。 • 层理的厚度可以几个毫米到几米，在走向 上稳定。
层状岩体
• 一般可以划分为4个带：（1）边缘带；（2） 下部超镁铁质带；（3）中间的辉长岩带和 （4）上部的斜长岩带。（4）层状主要发 育在（2）和3）带。
层状岩体
• 层状岩体由堆晶作用形成，由堆积的晶体和其中 的充填物质组成，后者代表了晚期在晶体中间的 液相结晶作用形成。 • Orthocumulate: 25-50%充填物，部分的堆晶和母 熔体平衡 • Mesocumulate: 7-25%充填物，捕获的液相在封闭 的环境中结晶。 • Adcumulate: 0-7%充填物，部分堆晶相和母熔体达 到平衡，结晶速度慢，粘度低和液相已分离。
第八章、地幔柱的成矿效应 Chapter 8 Linkages of mantle plumes to mineralization
与地幔柱有关的矿床
• 岩浆矿床 • 热液对流稀土有关的矿床（岩浆热的作用 形成热液对流系统，如奥林匹克坝Cu-AuU-REE） • 变质成因的矿床（中温脉状矿床，岩浆导 致的变质作用） • 与裂谷有关的以沉积岩为容矿围岩的矿床， 如黑色岩系中的Ni-PGE矿床
岩浆矿床
岩浆矿床的类型 • 氧化物矿床：Cr, Ti, Fe, V • 硫化物矿床:Ni, Cu, Co and PGE (Os, Ir, Ru, Rh, Pt, Pd)
岩浆矿床
• Cr 和Cu-Ni-PGE有关岩浆的特点是高的 Mg/Fe比，贫Ca和碱。产在层状岩体的下部。 • Fe-Ti-V氧化物有关的岩浆富铁和碱、钙。 产在层状岩体的上部（有些也产在其下 部）。
层状岩体
• 划分：zone-subzone-unit • 层状岩体经常有cyclic unit，可能和岩浆的 多次贯入有关。 • 结晶的矿物密度大，堆晶下沉，残留的液 相密度低，形成adcumulate；反之，结晶的 矿物密度小，残留的液相密度大，下沉形 成orthocumulate结构。
岩浆型氧化物矿床
铜镍硫化物-铂族元素矿床
• • • •
影响硫在岩浆中溶解度的因素 岩浆中铁的含量（正相关） 温度（正相关）和压力（负相关） 氧逸度（负相关） 岩浆中硅的含量（反相关）
Partition coefficients (Dmetal) between sulfide and silicate melts
Leuconorite/ Anorthosite
Top of Merensky Pyroxenite
Top Chrome Cnct
Bottom Chrome Cnct Pyroxenite
钒钛磁铁矿矿床
• 由钛磁铁矿和钛铁矿组成，有时和镁铁尖 晶石和铁尖晶石交生。可以呈层状，与其 共生的硅酸盐有普通辉石、易变辉石、富 铁橄榄石和斜长石。在高度分异的岩浆中， 磷灰石也可以大量出现。岩性包括辉长岩、 橄长岩、斜长岩、铁质辉长岩、闪长岩和 铁质闪长岩。 • 没有独立的钒矿物。
Silica tube experiments Observations on MORB Observations on MORB Experiments at 8kb, LogfO2 = -8.4 to Š9.1 Experiments at 1GPa, graphite crucibles
913-1006 1400