磁铁矿-磷灰石型铁矿的实验模拟研究进展与展望
发布时间：2021-06-16 06:17
磁铁矿-磷灰石（IOA）型铁矿,或称基鲁纳型（Kiruna）铁矿,或称陆相火山岩型铁矿,在时空上常常与碱性-钙碱性的（次）火山岩有着紧密联系。该类型矿床在世界范围内广泛产出,发育特征的磁铁矿-磷灰石-阳起石矿物组合,但其成因还存在广泛争议。文章介绍并归纳了成岩成矿实验在IOA型矿床相关的岩浆原生过程方面取得的最新进展,包括液态不混溶作用、岩浆磁铁矿-气泡悬浮模式和阳起石岩浆成因的实验验证,探讨了磁铁矿以及磷灰石通过液态不混溶作用和气泡悬浮完成超常富集形成铁矿浆的可能性。在此基础上,指出了相关实验目前尚存在的问题及未来的研究方向。
【文章来源】：矿床地质. 2020,39(04)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
铁氧化物被Fe-Ca-P熔体包裹形成铁矿浆（1020℃，具体实验细节详见Hou et al.,2018)
既然如此，考虑到矿石中往往不同程度富磷，那么铁矿浆会不会是以熔融态的磷灰石-磁铁矿的形式存在呢？实际上，岩浆体系的液态不混溶实验所产生的富铁相基本都是富磷的（Ryerson et al.,1978;Naslund,1983;李九玲等,1986;袁家铮,1990;Longhi,1990;Hess et al.,1975;Rutherford et al.,1974;Dixon et al.,1979;Philpotts et al.,1983;Bogaerts et al.,2006;Veksler et al.,2007;Charlier et al.,2012），但是富铁相除了富磷以外，还含有至少20%的SiO2(Wang et al.,2017），此成分与磁铁矿+磷灰石成分仍相去甚远。虽然Philpotts(1967)的实验（图1b）在磁铁矿-磷灰石-闪长岩体系中获得了不混溶的磁铁矿+磷灰石成分熔体，但是实验温度高达1420℃，依然远高于玄武岩的液相线温度，所以类似铁氧化物熔体，很难将实验结果外推到地质环境中。最近，Hou等(2018)针对IOA成矿体系，进行了含氟、水和硫的复杂体系实验，温度和压力条件是最接近自然界可发生的条件，即压力为100 MPa，温度为1000～1040℃。在不同条件下，实验分别获得了2种基本不含硅的不混溶的富铁磷熔体，一种是基本接近矿石组分的Fe-Ca-P-O熔体；另一种是Fe-P-O熔体。这些熔体的矿物亲湿性都很好，实验产物中磁铁矿和磷灰石都优先被其包裹（图2），形成的熔体-矿物混合物的化学成分可以解释不同品位矿石的形成。特别是Fe-P-O熔体，与Xie等(2019)在拉科铁矿块状矿石中磁铁矿粒间发现的铁的磷酸盐（Fe phosphate）的成分基本是一致的，与Mungall等(2018)的实验获得的铁的磷酸盐熔体成分也是非常类似的。因此，上述2种熔体与磁铁矿和磷灰石以不同比例的混合形成铁矿浆可以解释绝大部分IOA矿石的形成。值得指出的是，实验结果还表明，氟是非常重要的挥发分，它不但可以降低系统的固相线温度，延长岩浆演化的时间，更可以通过与熔体中铝的结合提高铁的活度，使不混溶富铁相中铁的含量进一步增大，所形成的氟磷灰石也与IOA型矿床的实际情况是一致的。另外一个重要发现是当不混溶作用发生后，水优先富集在富硅熔体中，这与前人推断的富铁熔体富水是不同的（Lester et al.,2013;Tornos et al.,2016;2017），但这恰好与岩浆岩广泛发育的热液蚀变是一致的。图2 铁氧化物被Fe-Ca-P熔体包裹形成铁矿浆（1020℃，具体实验细节详见Hou et al.,2018)
然而，由于目前没有实验表明磁铁矿和磷灰石会在含水岩浆中同时以最早的液相线矿物出现，故无法形成磁铁矿+磷灰石-气泡悬浮对。所以虽然这个模式可以用来解释一些贫磷灰石IOA型矿床的形成，但是仍然无法用来解释磁铁矿和磷灰石的同步富集，也无法解释El Laco块状磁铁矿矿石粒间铁的磷酸盐的产出（Mungall et al.,2018）。3 阳起石的岩浆成因实验验证
【参考文献】：
期刊论文
[1]长江中下游地区铁、铜等成矿规律研究[J]. 翟裕生,姚书振,林新多,金福全,周珣若,万天丰,周宗桂. 矿床地质. 1992(01)
[2]梅山铁矿矿石类型及成因——高温实验结果探讨[J]. 袁家铮. 现代地质. 1990(04)
[3]论火山-浅成矿浆铁矿床[J]. 宋学信,陈毓川,盛继福,艾永德. 地质学报. 1981(01)
本文编号：3232539
【文章来源】：矿床地质. 2020,39(04)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
铁氧化物被Fe-Ca-P熔体包裹形成铁矿浆（1020℃，具体实验细节详见Hou et al.,2018)
既然如此，考虑到矿石中往往不同程度富磷，那么铁矿浆会不会是以熔融态的磷灰石-磁铁矿的形式存在呢？实际上，岩浆体系的液态不混溶实验所产生的富铁相基本都是富磷的（Ryerson et al.,1978;Naslund,1983;李九玲等,1986;袁家铮,1990;Longhi,1990;Hess et al.,1975;Rutherford et al.,1974;Dixon et al.,1979;Philpotts et al.,1983;Bogaerts et al.,2006;Veksler et al.,2007;Charlier et al.,2012），但是富铁相除了富磷以外，还含有至少20%的SiO2(Wang et al.,2017），此成分与磁铁矿+磷灰石成分仍相去甚远。虽然Philpotts(1967)的实验（图1b）在磁铁矿-磷灰石-闪长岩体系中获得了不混溶的磁铁矿+磷灰石成分熔体，但是实验温度高达1420℃，依然远高于玄武岩的液相线温度，所以类似铁氧化物熔体，很难将实验结果外推到地质环境中。最近，Hou等(2018)针对IOA成矿体系，进行了含氟、水和硫的复杂体系实验，温度和压力条件是最接近自然界可发生的条件，即压力为100 MPa，温度为1000～1040℃。在不同条件下，实验分别获得了2种基本不含硅的不混溶的富铁磷熔体，一种是基本接近矿石组分的Fe-Ca-P-O熔体；另一种是Fe-P-O熔体。这些熔体的矿物亲湿性都很好，实验产物中磁铁矿和磷灰石都优先被其包裹（图2），形成的熔体-矿物混合物的化学成分可以解释不同品位矿石的形成。特别是Fe-P-O熔体，与Xie等(2019)在拉科铁矿块状矿石中磁铁矿粒间发现的铁的磷酸盐（Fe phosphate）的成分基本是一致的，与Mungall等(2018)的实验获得的铁的磷酸盐熔体成分也是非常类似的。因此，上述2种熔体与磁铁矿和磷灰石以不同比例的混合形成铁矿浆可以解释绝大部分IOA矿石的形成。值得指出的是，实验结果还表明，氟是非常重要的挥发分，它不但可以降低系统的固相线温度，延长岩浆演化的时间，更可以通过与熔体中铝的结合提高铁的活度，使不混溶富铁相中铁的含量进一步增大，所形成的氟磷灰石也与IOA型矿床的实际情况是一致的。另外一个重要发现是当不混溶作用发生后，水优先富集在富硅熔体中，这与前人推断的富铁熔体富水是不同的（Lester et al.,2013;Tornos et al.,2016;2017），但这恰好与岩浆岩广泛发育的热液蚀变是一致的。图2 铁氧化物被Fe-Ca-P熔体包裹形成铁矿浆（1020℃，具体实验细节详见Hou et al.,2018)
然而，由于目前没有实验表明磁铁矿和磷灰石会在含水岩浆中同时以最早的液相线矿物出现，故无法形成磁铁矿+磷灰石-气泡悬浮对。所以虽然这个模式可以用来解释一些贫磷灰石IOA型矿床的形成，但是仍然无法用来解释磁铁矿和磷灰石的同步富集，也无法解释El Laco块状磁铁矿矿石粒间铁的磷酸盐的产出（Mungall et al.,2018）。3 阳起石的岩浆成因实验验证
【参考文献】：
期刊论文
[1]长江中下游地区铁、铜等成矿规律研究[J]. 翟裕生,姚书振,林新多,金福全,周珣若,万天丰,周宗桂. 矿床地质. 1992(01)
[2]梅山铁矿矿石类型及成因——高温实验结果探讨[J]. 袁家铮. 现代地质. 1990(04)
[3]论火山-浅成矿浆铁矿床[J]. 宋学信,陈毓川,盛继福,艾永德. 地质学报. 1981(01)
本文编号：3232539
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