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我院姚卓森教授在岩浆磁铁矿矿床成因研究中取得新进展

发布人:吴超发表时间:2022-03-02点击:

近日,我校资源学院和地质过程与矿产资源国家重点实验室姚卓森教授与加拿大卡尔顿大学詹姆斯•蒙高尔教授合作,对南非布什维尔德层状岩体磁铁矿层的研究取得新进展。作者应用最新的岩浆房晶粥理论模型,论证了晶粥中矿物颗粒之间的熔体发生,对流和渗滤过程对磁铁矿铬含量的改造作用,为层状岩体磁铁矿层的形成机制提供了新的视角,相关成果发表在国际重要学术期刊《自然·通讯》。

岩浆房长期以来被认为是地壳中大规模岩浆熔体的储库,而层状岩体则是岩浆房冷却凝固产物的典型代表。同时,层状杂岩体还是岩浆铬铁矿矿床和钒钛磁铁矿矿床主要赋矿岩体,而这类矿床是全球最重要的钒、钛和铂族金属来源。然而,近期研究发现深部岩浆储库并非由岩浆熔体所主导,而主要表现为一个贯穿地壳的大规模晶粥体,熔体比例很低,仅存在部分以熔体为主的小规模区域。因此,对岩浆房形成机理的认知变化,导致需要调整对于相关矿床成矿过程的理解。

南非布什维尔德岩体是陆地上出露规模最大的层状岩体,上部含多个磁铁矿层,产出了世界上规模最大、品位最高的钒钛磁铁矿石,但有关磁铁矿层的形成机制及成分演化规律,却一直没有得到很好的解释。本项研究从岩浆房晶粥模型出发,厘定了磁铁矿晶粥层的矿物堆积过程和颗粒间熔体的对流,同时借助有限元数值模拟,查明了从下覆岩层中溢出的富铬熔体穿过磁铁矿晶粥层的向上渗滤过程。由于晶粥中流动的熔体不断与周围磁铁矿发生反应并达到化学平衡,从而改造了磁铁矿石中铬元素的含量。相关模拟结果与野外磁铁矿层剖面中铬元素的分布特征高度吻合,表明晶粥中的岩浆动力学过程在磁铁矿层的形成和演化中发挥了重要作用。

该研究查明了层状岩体磁铁矿层的成因和主控因素,论证了该类矿床的形成并不局限于大规模层状杂岩体,可能产出于发育晶粥过程的任意岩体,同时明确了深部岩浆房应以晶粥为主要形式,其中所涉及的岩浆注入、熔体对流和渗滤等晶粥过程对于成岩作用、火山活动的预测以及金属元素的超常规富集等,均有重要的科学意义。论文还进一步提出热力学模拟工作应尽量通过简洁的过程和参数来拟合复杂的地质过程。

富铬熔体对上覆磁铁矿晶粥层渗滤过程的二维有限元模拟结果

相关工作得到“岩浆-热液成矿系统”高等学校学科引智基地项目和“地大百人”计划的资助。

【论文链接】https://www.nature.com/articles/s41467-022-28000-9.pdf (转自地大新闻网讯)