岩浆矿床的形成作用及其特征

岩浆矿床的形成作用及其特征

岩浆中有用组分析出、聚集和定位的过程称为岩浆成矿作用。与岩浆矿床有关的镁铁-超镁铁质岩体的成岩过程十分复杂，因此成矿作用也是多种多样的。根据成矿作用的方式和特点，岩浆成矿作用主要可分为结晶分异成矿作用、残余熔融成矿作用和熔离成矿作用三类。

一、结晶分异成矿作用与岩浆分结矿床

岩浆冷凝时，随着温度的逐渐下降，各种矿物依次从中晶出，导致岩浆成分不断改变，岩浆成分的改变又促使某些组分的结晶，这种随结晶作用岩浆成分发生改变的过程称之为结晶分异作用。由岩浆结晶分异作用形成的矿床称为岩浆分结矿床，又称岩浆分凝矿床。

当富含Cr、Pt等成矿元素的镁铁-超镁铁质岩浆侵入地壳适当部位后，由于温度缓慢下降而开始结晶。随着温度下降，岩浆中的矿物按照一定的顺序晶出，首先，是硅酸盐矿物的晶出，温度区间约为1800℃~1200℃；暗色矿物的晶出顺序依次是橄榄石→斜方辉石→单斜辉石→角闪石→黑云母。其中浅色矿物长石的结晶顺序是基性斜长石在前，酸性斜长石在后。就镁铁-超镁铁质岩而言，最早结晶的金属矿物是自然铂、铬铁矿等，与它们同时或稍晚晶出的硅酸盐矿物有橄榄石、辉石和斜长石等。

从岩浆中晶出的金属矿物和硅酸盐矿物，由于重力及对流作用的影响，比重大的矿物在岩浆中逐渐下沉，比重小的矿物在岩浆中相对上浮，于是岩浆发生了分异，矿物呈现相对的集中（图3-1）。铬铁矿（比重为4.3~4.6）、自然铂（比重为14~19）等矿物因其比重较大，在镁铁-超镁铁质岩浆的底部聚集堆积，与比重较大的橄榄石（比重为3.18~3.57）、辉石（比重为 2.63~2.76）和斜长石（比重为3.1~3.6）等硅酸盐矿物一起构成铬铁矿或自然铂矿体。由于金属矿物结晶时间大多早于硅酸盐。或与早期硅酸盐同时晶出，矿床形成于岩浆结晶的早期阶段，所以通常将其称为早期岩浆矿床。

结晶分异作用早期形成的岩浆矿床主要为产于超镁铁质岩中的铬铁矿矿床。由于结晶分异作用（如重力沉降）的影响，矿体常聚集在岩体的底部和边部，主要和纯橄榄岩、斜方辉橄岩岩相伴生。矿体形态以似层状、透镜状为主，少数成巢状、瘤状等。矿体和围岩没有明显的界线，一般为渐变过渡关系，矿体边界需要依据品位加以圈定。矿石的矿物成

分主要为铬尖晶石，部分橄榄石和辉石。由于矿石矿物较早地从岩浆中结晶出来，常见较规则的自形晶结构（图3-2a ）。矿石构造以浸染状为主，致密块状的矿石只在矿体中部偶尔出现。

二、残余熔融成矿作用与晚期岩浆矿床

由于正常的岩浆分异结晶趋势或H 2O 、CO 2等挥发分的影响，镁铁质、超镁铁质岩浆大部分结晶后可以产生一部分残余熔体。当这种残余熔体中富含熔点较低的金属矿物组分，或者由于岩浆中挥发分组分较多并和金属组分结合成易熔化合物而降低了金属矿物的结晶 温度时，这些金属组分便可长时间地停留在岩浆中。随着硅酸盐矿物的大量晶出，金属组分在残余岩浆中相对富集，形成了含矿残余岩浆。在地质构造相对稳定的条件下，在岩体底部，含矿残余岩浆中的金属矿物组分，就地充填在硅酸盐矿物的粒间，胶结硅酸盐矿物，形成似层状矿体。在地质构造比较活动的条件下，由于受构造应力的作用，含矿残余岩浆可被挤入岩体的原生构造裂隙或附近围岩的构造裂隙中，形成贯入式矿体，这种成矿作用也称为残浆贯入作用或压滤作用。由于残余岩浆是大量造岩矿物晶出后产生的，成矿作用发生于岩浆作用晚期，故所形成的矿床被称为晚期岩浆矿床。

由于晚期岩浆矿床大多数是由岩浆结晶分异末期聚集的残余含矿岩浆在原地冷凝结晶而成，所以矿化的富集与岩体的分异程度有关。在分异过程中，由于含矿残浆的比重较大，在重力作用影响下，逐渐沉降而集中于岩浆槽底部，所以矿体大多位于岩体底部，与基性程度较高的岩相伴生。矿体多呈层状、似层状，分布面积广，厚度比较稳定，与围岩之间无明显界线。矿石构造以浸染状和致密块状为主，浸染状矿石多分布于矿体的上盘，致密状矿石主要分布在矿体的中、下部，向外金属矿物逐渐减少。由于硅酸盐矿物结晶较早，晶形比较完整，金属矿物大多充填于硅酸盐矿物晶粒间呈他形胶结状产出，形成典型的海绵陨铁结构

图3-1岩浆结晶分异及重力聚集理想模式示意图

（转引自姚凤良，1983）

1-在冷凝带形成后，早期岩浆结晶；2-早结晶的铁镁质矿物和矿石矿物向下沉坠，随后结晶的硅酸盐矿物位于上部；2’-不同比重的矿物按重力关系占据各自位置；如富含挥发组分，此时在硅酸盐晶体的间隙内就会被富含金属的残余岩浆所占据；3-含矿残浆向下（通过粒间空隙）集中；4-较晚结晶比重小的硅酸盐晶体向上漂浮，结果在下部形成矿体；5-受动力挤压流动的含矿残余熔体被挤压到裂隙中去，形成贯入式矿体。a-镁铁岩浆结晶；b-冷凝带；c-铁镁质矿物结晶；d-含矿残余岩浆

a 早期岩浆矿床

黑色-铬铁矿；白色-橄榄石；

左图：浸染状铬铁矿；右图：块状铬铁矿 b 晚期岩浆矿床 黑色-钛磁铁矿；白色-辉石； 左图：块状钛磁铁矿；右图：海绵陨铁结构

（图3-2b），又称陨石结构。由于成矿过程中有部分挥发分参与，在成矿作用的晚期，经常伴有程度不等的自变质作用，如蛇纹石化、绿泥石化、黑云母化、金云母化、碳酸盐化及黝帘石化等。

图3-2 岩浆矿床的矿石结构（转引自袁见齐等，1985）

由残浆贯入作用形成的晚期岩浆矿床系含矿残余岩浆沿已冷凝母岩的原生裂隙或岩体接触面贯入而成，因此这类矿体大多成脉状产出，矿脉几乎全部产于母岩体内，只有少数贯入到附近的围岩中。矿脉成组、成群出现。矿体和围岩界线清晰。矿石也由金属矿物和硅酸盐矿物2部分组成。除形成海绵陨铁结构外，尚可见到金属矿物溶蚀、交代硅酸盐矿物的现象。矿脉附近的围岩常形成一定程度的蚀变现象，主要为绿泥石化和绿帘石化。贯入式矿体的矿石品位一般都较高，有时含一定数量的黄铁矿。脉状钒钛磁铁矿矿床是典型的贯入式晚期岩浆矿床，如河北大庙钒钛磁铁矿矿床；部分脉状铬铁矿矿体也可能是晚期岩浆贯入作用的产物，如西藏罗布莎铬铁矿矿床。

近年来对晚期岩浆矿床更为深入的研究发现，此类矿床的成矿作用是十分复杂的，现已提出下列5种机制：

（1）分离和重力结晶作用机制。

（2）含P2O5较高的Fe-Ti-V氧化物和硅酸盐熔体之间的不混溶作用机制。

（3）由周围固结的围岩中压滤出来的Fe-Ti氧化物液体结晶而成的机制。

（4）氧逸度的阶段性升高，导致Fe-Ti氧化物大量晶出的机制。

（5）由于斜长石在岩浆体底部大规模就地结晶，致使周围熔体的全Fe含量和密度明显增高，形成一高密度的“停滞层”且不和上覆岩浆混合。此时，因无水硅酸盐的大量分离，氧逸度增高，导致Fe-Ti氧化物大量晶出。

三、岩浆熔离成矿作用与熔离矿床

岩浆熔离作用亦称液态分离作用或不混溶作用，是指成分均匀的岩浆熔融体随着温度和压力的降低，分离成2种成分不同的熔

融体的作用。

熔离成矿作用在铜镍硫化物矿床中表现最明显。温度在1500?C以上的镁铁质岩浆，当其富含挥发性组分时，可熔解一定数量金属硫化物。实验证实，镁铁质岩浆在1300?C以上时，可溶解6%~7%的Fe-Ni-Cu的硫化物。随着温度、压力降低和熔体中挥发性组分外逸以及由于与围岩的同化作用而使熔体中SiO2、Al2O3和CaO增加，岩浆中金属硫化物的溶解度便开始降低，从而发生熔离作用。

熔离作用初期，金属硫化物呈微滴状悬浮在硅酸盐熔体中，随着岩浆的进一步熔离逐渐汇合、变大，并由于其比

图3-3 吉林红旗岭铜镍硫化物矿床I号岩体剖面示

意图

（转引自姚凤良等，1981）

重较大而逐渐下沉，在岩浆槽的底部形成熔融的金属硫化物层，于是均一的岩浆熔体就分离成硅酸盐熔体和金属硫化物熔体两部分。随着温度继续下降，两种熔体先后结晶。金属硫化物的结晶温度较低，它们在硅酸盐完全结晶后，形成了岩浆熔离矿床。由这种方式所形成的岩浆熔离矿床往往分布于岩体的底部或边部，呈似层状，构成所谓的底部或边部矿体（图3-3 A）；当硫化物熔体的汇合过程不完全，重力下沉不彻底而使其停留在岩浆房中部或上部时，经后期结晶成矿可形成透镜状的上悬式矿体（图3-3 B）；在动力学条件较强时，硫化物矿浆也可向上或向旁侧围岩中贯入，形成贯入式脉状矿体（图3-3C）。当然，这种熔离过程的发生在深部，有可能会造成小的岩体伴随有较大矿床的特例。

熔离矿床的成矿岩体大多呈岩床或岩盘状产出，矿化富集与否和岩体大小及分异程度有关，岩相分带愈完全的岩体矿化愈为富集。矿体一般产于岩体底部，形态和底部岩相带基本一致，大多呈似层状或透镜状。熔离矿床的矿石中经常含有相当数量的硅酸盐矿物，所以矿石出现典型的浸染状构造和海绵陨铁结构。就目前所知，产于镁铁一超镁铁质岩中的铜镍硫化物矿床都属于熔离矿床。有人认为，部分铬铁矿矿床也是熔离作用的产物。

此类矿床硫化物的熔离和侵位，目前已提出两大类型模式（任启江等，1993）：

1. 深部熔离模式

（1）由于向下渗透作用（在100km深度之下），因比重不同，地幔中熔融硫化物的聚集。

（2）在从地幔上升过程中，由多元减压和（或）非绝热冷却而造成硫化物的分离。

（3）在地壳岩浆房内分异结晶时，硫化物的分离。

2. 就地熔离模式

原始硫不饱和的镁铁质熔体在水平流动过程中，随着连续的重力分异而发生就地分离。

综上所述，镁铁质、超镁铁质岩浆，通过分离结晶作用、残余熔融作用、熔离作用，以及重力分异、动力分异等过程，可以形成各种类型的岩浆矿床。环境和系统的压力、温度、氧逸度、硫逸度的变化，岩浆内部的扩散对流、热传导，以及外来物质的混染和岩浆间的混合，都使岩浆矿床的成矿机制呈现出非常复杂的特征。此外，在岩浆形成过程中（地幔原岩的熔融、部分熔融），通过部分熔融，将导致熔出相（熔体）和残留相（非熔体）成分的变化，在一定条件下，也会造成成矿物质的预先富集。因此，现代岩浆矿床的成因理论，不仅要考虑岩浆分异演化过程，而且还要考虑岩浆形成过程的可能影响因素。

四、岩浆爆发和喷溢成矿作用及其矿床

岩浆爆发成矿作用是指金伯利岩岩浆，连同早期晶出的橄榄石、镁铝榴石、金刚石晶体及捕虏体一起，迅速地沿深断裂上升，侵位于地表2～3公里处产生爆发并形成矿床的作用。多数原生金刚石矿床就是通过这种作用形成的。金刚石的形成温度为1200～1800℃，压力为6×109～7×109Pa，这一温、压条件相当于距地表200～300公里深度。

金伯利岩岩浆在地下深处首先开始晶出橄榄石和少量镁铝榴石和金刚石等，沿深断裂向上迁移时，若和碳质围岩发生混染，还可使金刚石晶体生长。岩浆上升至近地表2～3km处时，由于温度下降和挥发组份的大量析出而使内压增大，当上覆围岩无力阻挡岩浆上冲时，岩浆便发生猛烈爆发作用。此时，岩浆和挥发性组份携带已结晶的金刚石、橄榄石和围岩捕虏体等形成爆破岩筒。金刚石矿床就是通过多次爆发作用使金刚石被携带和富集于爆破岩筒或裂隙的某一部位中形成的。

岩浆喷溢成矿作用是指含矿熔浆（或矿浆）沿一定通道喷溢至地表或贯入到火山口附近的火山岩系中，冷凝堆积形成矿床的作用。形成的矿床称为岩浆喷溢矿床。就目前所知，安

山岩类中的磷灰石—磁铁矿（赤铁矿）矿床是唯一有工业意义的由矿浆喷溢作用形成的矿床。它在铁矿总储量中所占的比例极小，但其成因特殊，对于研究岩浆成矿作用具有重要理论意义。产于智利北部安第斯山脉的火山杂岩中的拉科铁矿是这类矿床的典型代表。