含矿基性-超基性岩的镁铁比值

代俊峰，宫　磊，霍永豪

(1.兰州大学地质科学与矿产资源学院，兰州 73000；2.甘肃省西部矿产资源重点实验室，兰州 73000)



含矿基性-超基性岩的镁铁比值

代俊峰1,2，宫磊1,2，霍永豪1,2

(1.兰州大学地质科学与矿产资源学院，兰州 73000；2.甘肃省西部矿产资源重点实验室，兰州 73000)

摘要：基性-超基性岩中赋存有铜镍硫化物矿床、豆荚状铬铁矿床等许多重要的矿床，基性-超基性岩成岩成矿方面的研究多采用镁铁比值，但以往利用该比值时未考虑岩石的SiO2含量、地质构造及岩石蚀变等一些重要条件。文章结合国内外一些重要的铜镍矿床和铬铁矿矿床，考虑到上述的几个条件，讨论了镁铁比值在划分岩石类型方面的应用，通过计算给出了与前人不同的镁铁比值划分区间。

关键词：基性-超基性岩；铜镍矿床；铬矿床；镁铁比值；SiO2含量；地质构造；岩石蚀变

0引言

基性-超基性岩中赋存有铜镍矿床、铬铁矿矿床、钒钛磁铁矿矿床、铂族元素矿床、金矿床以及磷灰石矿床等，其中铜镍和铬铁矿为主要矿物，其他为伴生矿物[1]。但南非Bushveld矿床[2]和美国Stillwater矿床[3]是例外，主要矿物为铂族元素。基性-超基性岩中矿床的成因类型有岩浆型、热液型、夕卡岩型、变质型、风化型等，以岩浆型为主，其他成因类型也很重要，如红土型风化镍矿床是镍的主要来源之一。基性-超基性岩具有多种矿床类型和矿床成因，成矿地质构造多样，经济价值很高，长期以来受到矿床学家的重视。本文以基性-超基性岩中的铜镍矿床和铬铁矿床为主要研究对象，结合国内外多个著名的矿床，研究了不同含矿岩体的镁铁比值及不同构造环境下含矿基性-超基性岩镁铁比值的变化，并根据镁铁比值的不同对赋存有不同矿产种类的基性-超基性岩进行了划分。

1镁铁比值的概念及应用

基性-超基性岩的镁铁比值对研究岩体成因及其含矿性具有重要的意义。镁铁比值的概念由前苏联学者Н.Д.索波列夫(Н.Д.Соболеь)于1959年提出，其用镁铁比值研究基性-超基性岩的分类和含矿性。索波列夫给出的镁铁比值的计算公式为：

M/F=[n(MgO)+n(NiO)]/

[n(FeO)+2n(Fe2O3)+n(MnO)](1)

式中，n为氧化物分子数。计算M/F时，须先去除构成铬尖晶石的镁和铁，因岩体中含量很低的铬尖晶石中有大量的MgO，FeO，Fe2O3类质同象混入物，会使计算结果误差较大。据晶体化学理论，富铁橄榄石中Mn2+可类质同象取代Fe2+，富镁橄榄石中Ni2+可类质同象取代Mg2+，故NiO在分子中，而MnO则在分母中。我国学者吴利仁(1963)在研究中国基性-超基性岩及其成矿特征时，提出了与索波列夫略有不同的镁铁比值计算公式(用m/f表示，以示区别)：

m/f=[n(Mg2+)+n(Ni2+)]/

[n(Fe2+)+n(Fe3+)+n(Mn2+)](2)

式中，n为原子数比值。当岩石中硫化物含量较高时(如赋存岩浆硫化物矿床的基性-超基性岩体)，计算m/f时不考虑Ni。含矿岩石中的Ni主要是与S结合成NiS的形式存在，而NiO含量很低，故M/F与m/f值差别不大。按镁铁比值的不同，吴利仁将基性-超基性岩划分为镁质基性-超基性岩、

表1　基性-超基性岩的划分及成分特征

铁质基性-超基性岩、富铁质基性-超基性岩3类。孙鼐等结合我国祁连山一带与基性-超基性有关的矿床，对吴利仁的分类进行了成矿专属性的划分(表1)[4]。

本文主要研究镁质基性-超基性岩中铬矿床和铁质基性-超基性岩中铜镍矿床的镁铁比值，对于分布较少的富铁质基性-超基性岩中的磷矿床不予讨论。下文引用数据均来自以硫化物为主要矿物的铜镍矿床和以铬铁矿为主要矿物的豆荚状铬铁矿矿床。前者Ni主要以NiS形式存在，计算岩石镁铁比值时可不考虑其中的Ni值，2种计算方式均可；而后者有少量的NiO，计算岩石镁铁比值时应予以考虑。

2与基性-超基性岩相关矿床的镁铁比值

与基性-超基性岩相关的矿床分布广泛，规模大小不一，且矿床成因和成矿地质构造环境多样。与成矿有关的岩石类型根据不同的划分标准产生多种分类方案。如，按岩石产状分为深成岩类、浅成岩类和喷出岩类，分别对应的特征岩性为橄榄岩、金伯利岩和科马提岩；按岩石系列划分为拉斑玄武岩系列、碱性系列和钙碱性系列的岩石组合；按镁铁比值划分为镁质、铁质和富铁质的岩石系列；按构造环境划分为同火山期、稳定克拉通地区的裂谷环境和造山作用期的岩石系列；按岩石产出环境、产状及岩石组合系列的综合因素，又可划分为阿尔卑斯型、阿拉斯加型和层状侵入体的岩石系列[1]。表2列出了与基性-超基性岩相关的产于不同构造环境下的铬矿床和铜镍矿床的镁铁比值。

3讨论

以国内外著名的铬铁矿矿床和铜镍矿床为研究对象，结合矿床产出的构造背景，讨论按镁铁比值的不同对含矿岩石进行分类，找出2种不同种类矿床的镁铁比值的分布区间。

3.1不同矿床类型对镁铁比值的影响

从表2可见，本文提出的镁铁比值并未完全符合孙鼐[4]的分类区间，但仍能从中总结出一些规律：①笔者利用前人的数据计算出同一矿床2种岩性(如甘肃大道尔吉和新疆洪古勒嫩)和不同矿床(西藏罗布莎和青海玉石山)的镁铁比值显示，当岩石w(SiO2)≤45%时，符合孙鼐的分类区间；岩石w(SiO2)≥45%时并不符合；虽然计算有些矿床的镁铁比值时，其w(SiO2)≤45%，但结果仍未落在相应区间，如加拿大Thompson[21]，这很有可能是该矿床成岩成矿后2个期次的强烈蚀变，即早期的蛇纹石化和后期的花岗伟晶岩岩墙引起的蚀变，使得岩体镁铁比值偏离；由此认为，按镁铁比值进行岩石分类时应仅限于w(SiO2)≤45%的超基性岩，且岩石未遭受后期强烈的蚀变作用(如绿岩带内的超基性岩)，否则岩石的分类没有意义；②以萨尔托海为例，其近矿围岩镁铁比值为12.78～15.16，远矿围岩镁铁比值7.57～8.57；在计算过程中发现，品位高的矿床镁铁比值较品位低的矿床镁铁比值高，由此推断，含矿岩石的镁铁比值大于不含矿岩石，而矿石的镁铁比值大于围岩；③铜镍矿床和铬铁矿矿床的镁铁比值显示，两者并没有落入相应的2～6.5和6.5～14的区间，说明不能简单地利用镁铁比值划分岩石类型，而应考虑到岩石类型、蚀变和构造环境等影响因素。

3.2不同构造环境中矿床的镁铁比值

对于铜镍矿床，不同构造环境下的岩石系列镁铁比值由大到小为：绿岩带，大陆边缘裂谷，造山褶皱带，稳定地台裂谷。最小的为加拿大Sudbury矿床(0.03～0.27)，该矿床的成因系陨石撞击地球造成大规模的部分熔融作用，形成岩浆上升侵位成矿，可认为是其独特的成矿地质环境下的产物[34]。由此得出结论：构造环境越复杂的地区产出的矿床，由于其复杂的岩浆作用过程以及成岩成矿后的强烈蚀变和混染作用，会造成岩石具有很高的镁铁比值。对于铬铁矿床，表2中铬铁矿主要为绿岩带中的豆荚状铬铁矿，但南非Bushveld层状杂岩体中的UG2层是赋存在大型层状杂岩体中的铬铁矿矿床[2]，与绿岩带中的豆荚状铬铁矿矿床相比，该类矿床数量极少，且两者均产于古老的稳定地台区。从岩石的镁铁比值和SiO2变化可见，两者似乎没有必

表2　与基性-超基性岩相关矿床的镁铁比值

注：绿岩带构造环境一般位于古老的稳定地台区；稳定地台构造环境指稳定地台内部的裂谷环境。

然的相关性，而不同矿床的镁铁比值都有大幅度变化，变化区间主要为6.5～14，2～6.5，<2。可见，绿岩带复杂的构造环境、岩石系列以及不同程度的蚀变对应用镁铁比值划分岩石系类有极大的影响。

3.3不同矿床类型的镁铁比值

虽然岩石的镁铁比值随构造环境、岩石成分以及蚀变程度的复杂变化，但笔者仍试图从中找出与超基性岩相关的铜镍矿和铬铁矿的岩石镁铁比值区间。求其平均值，铜镍矿床为3.79～6.38；铬铁矿床为7.83～10.13，这与姚鼐(1985)的岩石类型划分区间相比范围小得多，但包含于其中。这是由于岩石遭遇蚀变导致其镁铁比值发生变化，且镁铁比值的计算仅限于岩石w(SiO2)≤45的超基性岩。由于岩石遭受后期的蚀变尤其是花岗质岩浆作用混染作用会导致岩石镁铁比值的变大，因此笔者给出的镁铁比值区间下限应该是确定的，而上限则随着岩石蚀变强度而变化。由此得出结论，铜镍矿床为3.79～7.83，铬铁矿床为7.83～10.13(或更大)。

4结论

利用镁铁比值进行岩石分类时应仅限于w(SiO2)≤45%的超基性岩，考虑到岩石类型、蚀变和构造环境等因素的影响，岩石最好未遭受后期强烈的蚀变作用；含矿岩石的镁铁比值大于不含矿岩石，而矿石的镁铁比值大于围岩；复杂的岩浆作用过程以及成岩成矿后的强烈蚀变和混染作用使岩石具有很高的镁铁比值；与超基性岩相关的铜镍矿床镁铁比为3.79～7.83，铬铁矿床镁铁比为7.83～10.13(或更大)。

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The Mg/Fe ratio of ore-bearing basic-ultrabasic rocks

DAI Junfeng1,2, GONG Lei1,2, HUO Yonghao1,2

(1.SchoolofEartSciences,LanzhouUniversity,Lanzhou730000,China;2.KeyLaboratoryofMineralResourcesinWesternChina，Lanzhou730000,China)

Abstract：There are many important ore deposits hosted in the basic-ultrabasic rocks, such as Cu-Ni sulphide deposits and podiform chromite deposits. Researches on petrogenisis and metallogenisis of basic-ultrabasic rocks applied generally the Mg/Fe ratio and ignored some crucial conditions such as SiO2 content, geological structure and rock alteration. In consideration of some important Cu-Ni deposits and chromite deposits at home and abroad and above conditions, this paper discussed the application of M/F in the rock classification and proposed new division fields based on calculation.

Key Words：basic-ultrabasic rock; Cu-Ni deposits; Cr deposits; Mg/Fe ratio; SiO2 content; geological structure; rock alteration

收稿日期：2014-12-12；责任编辑：赵庆

作者简介：代俊峰(1990—)，男，硕士研究生，研究方向为区域构造与成矿。

通信地址：甘肃省兰州市兰州大学本部校区10号楼；邮政编码：730000；E-mail：daijf90@foxmail.com

doi：10. 6053/j. issn.1001-1412. 2016. 01. 005

中图分类号：P584；P588.12

文献标识码：A