红旗岭镍矿冶炼渣中尖晶石结构的发现及其意义

一个

众所周知,科马提岩是由M.J. Wirgin和R.P. Wirgin在南非阿扎尼亚科马tite河Barberten绿岩带发现的一种具有特殊结构的超镁铁质熔岩[65438],后来在1970年,R.W.Nersbitt等人在描述西澳大利亚的科马提岩时,相继采用了Spinifextexture这一术语[2],这一术语遍布全球,并被广泛引用。

目前,由于绿岩带与金、镍等矿产资源关系密切,又由于它是地球早期发展演化历史的信息源,近二十年来,绿岩带的研究引起了人们极大的兴趣,从而成为地学研究的热点之一。科马提岩是绿岩带的一部分,是重要的明确标志,而棘刺结构是识别科马提岩的标型特征和重要的成因信息。因此,认识和识别棘刺结构对找矿和岩石学研究具有重要意义。

以往有研究者认为spinifex结构是在海底喷发时超镁铁质(或部分镁铁质)熔融浆体遇水快速淬冷凝结的特定环境下形成的,多分布在枕状熔岩流的顶部和中部,并强调水是其形成的必要条件。

但笔者随吉林省地质矿产局镍调查团1983走访红旗岭镍公司冶炼厂时,意外发现冶炼渣中发育spinifex结构,遂采集样品作进一步观察研究。

样品取自熔炼槽上部硅酸盐层,厚度为1.5cm,下部为铜镍合金(图1)。

无论用肉眼还是在偏光显微镜下,都可以看到整个熔炼池分为两层,即上层的硅酸盐层和下层的铜镍硫化物层,它们是由不混溶作用形成的。上部硅酸盐层可分为两个亚层,上部为淬火棘-空心骨架晶体层(图1,A),下部为异形-半自形颗粒骨料层(图1,B),共3层。为了描述方便,从上到下分别称为A层、B层和C层。

A层:称为淬火刺状-空心骨架晶体层,厚度7 ~ 8 mm,由长柱状或针状橄榄石和含量70%的辉石空心骨架晶体组成。剩下的30%是具有针状和羽毛状微晶的玻璃,填充在上述骨架晶体之间。

在急剧降温过冷的条件下,骨架橄榄石由于熔体粘度增大,扩散缓慢,不能正常生长,只好沿某一晶体边缘迅速生长成针状或长柱状,长约1.75 ~ 4 mm。骨架晶体中空或填充玻璃,骨架晶体外缘不规则,有叶片或锯齿。平行于C轴的(010)和(100)的解理称为发育平行消光,2v = 85 ~ 88。该层以发育空心骨架晶体-棘刺结构为特征。

b层:称为橄榄石和辉石颗粒集合体层,厚度6 ~ 7 mm,由异形-半自形橄榄石、辉石和具有针状和羽状微晶的玻璃组成。前者粒径为0.33~0.75mm,含量占70%以上。后者的含量不到30%。在粒状镁铁矿物中仍可见空心现象,但不如A层发育,虽然与A层呈过渡关系,但A层与B层之间有明显的分界,B层完全向下过渡到一个铜镍合金层,即A层c层。

图1熔炼槽内物料分层示意图(一)熔炼槽内物料分层现象;(b)分层放大示意图A ——淬火大骨刺(空心骨架晶体层);b-橄榄石和辉石颗粒集合体层;碳铜镍合金层

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图2木犀科镁铁矿流动剖面示意图[3] | (a)加拿大门罗镇(根据D.R.Pyke,1973);(b)澳大利亚阿诺拉地区的A-spinifex结构带(上部淬火断裂带)(根据N.T.Arndt,1977);粒状橄榄石聚集带的B— C层:称为铜镍合金层,由纯铜镍合金组成。

非常有意思的是,上述冶炼锅内炉渣的分层现象和科马提岩剖面(图2)的分带现象非常相似,虽然一个是在冶炼厂形成的,一个是在自然条件下形成的。换句话说,两者上部由玻璃状、针状、长柱状空心橄榄石和辉石骨架晶体组成,具有典型的多刺结构;下部为异形-半自形橄榄石和辉石集合体,两者之间有明显的界面。

无论是矿渣还是科马提岩,上下部分结晶程度或结晶形态的差异都是由于冷却速度不同造成的。即上部快速冷凝(直接与水或空气接触)并快速冷凝成具有中空骨架晶体-spinifex织构的淬火区;下部冷却缓慢,形成异形粒状-半自形柱状橄榄石和辉石集合体。它们之间明显的边界意味着它们之间存在一个临界冷却速率[4]。当冷却速率大于这个临界冷却速率时,橄榄石和辉石会形成长柱状中空骨架晶体,形成多刺结构;如果冷却速率小于临界冷却速率,橄榄石和辉石将形成柱状集合体。不言而喻,结晶或冷却速率问题实际上是一个温度梯度问题。

格林(1975)等人的实验证明,当橄榄石族玛瑙石流在1450 ~ 1500℃喷发时,如果岩浆粘度为10泊,晶体与岩浆的密度差为0.4,那么直径为0.5毫米的橄榄石颗粒的结晶阻滞为40。而从1200℃的玄武质岩浆中结晶出来的同样大小的橄榄石,其结晶延迟为0.04 cm/h,这个实验令人信服地解决了为什么上下两层之间存在明显界面的现象。表1是南非Hekomatiite岩和红旗岭橄榄岩的化学成分对比表。

表1南非赫科马提岩和红旗岭橄榄岩化学成分对比

注:1 ~ 4系南非橄榄Hekematite,其中4系平均值1 ~ 3;5为红旗岭1岩体8个分析值的平均值。

至于空心骨架晶体的形成,很明显,在急冷或快速冷凝条件下,橄榄石和辉石的冷却速度要比熔融浆体供给晶体生长成分快得多。只有这样,熔融浆料的成分才能首先沿着晶体边缘快速生长。由于熔融浆料组分供应不足,形成内部中空或填充玻璃的细长骨架晶体。

一般来说,熔体的化学成分是一致的,只有在相同的形成条件下,才能形成相同(或相似)的结构特征。但上述事实是,红旗岭含矿岩石的成分与科马提岩基本相同(见附表),但正是在不同的条件下(一个在水下,一个在空气中)形成了具有相同特征的尖晶石结构,给了我们深刻的、开拓性的启示。

作者的观察表明,spinifex结构并非海底喷发的超镁铁质岩石所独有,spinifex结构在常温常压的空气中也能形成。这样看来,具有多刺结构的科马提岩并不一定是在有水的条件下形成的。如果人工多刺结构可以与科马提岩中的多刺结构相比较,就不必认为所有具有多刺结构的岩石都是水下产物。因此,只有水是spinifex织构形成的必要条件这一观点值得进一步探讨。бл.马柳克(бпмалюк)和аа。西沃罗诺夫(аааси)。在1983中,ап Rihachev (апаихачев 1983)也指出[6]。这样看来,上面的理解也不是没有道理的。

主要参考文献

[1]黄。科马提岩。地质与地球化学,1979,(12): 71 ~ 72。

[2]Nesbrtt R . w .西澳大利亚Yilgann地块超镁铁质岩石中的骨骼晶体形式,太古代超镁铁质液体的证据,1970

[3] Arndt N T,例如尼斯贝特。koma tites Lodon George Allen and Unwin pup listers有限公司,1982

刘如希。科马钛矿及其识别标志。冶金地质趋势,1981,(3)

[5] Малюк Б П,Сиворонов А А.О природе коматиитов геология и игеофизика,1982,( 4)

ап里哈切夫。铜镍矿床的地质特征及分类。国外地质科技,1983,(8)

红旗岭镍矿冶炼炉渣的尖晶石结构及其意义

摘要

尖晶石作为科马提岩的典型结构是众所周知的(例如在澳大利亚、南非和北美等。) .

spinifex结构通常被认为是大洋下超镁铁质喷发的结果。由于在冶炼炉产生的炉渣上发现了多刺纺织品,上述传统观念现在受到了质疑。研究表明,空气中超镁铁质喷发也能形成尖晶石结构。这一事实启示我们,可以在绿岩带中寻找不属于大洋下形成的科马提岩及相关矿产资源。