论文部分内容阅读
青海茫崖变质超基性岩蚀变演化矿床是国内最大的温石棉矿床，矿区位于青海省柴达木盆地西北边缘与阿尔金山中段南缘接衔处。我国大中型温石棉矿床主要分布在几个蛇绿岩带中。其中，阿尔金山蛇绿岩带是著名的温石棉成矿带。茫崖温石棉矿床产于蛇绿岩组下部的似层状超镁铁质岩石中。变质超基性岩体原岩是以斜辉辉橄岩和斜辉橄榄岩为主体的富镁质超基性岩，因自变质和受后期热液的蚀变作用，超基性岩体已全部蚀变为蛇纹岩，部分蛇纹岩又进一步蚀变为滑石菱镁片岩。矿体主要由蚀变强烈的蛇纹岩和滑石菱镁岩组成。
本论文以青海茫崖温石棉矿床为研究对象，综合前人对典型超基性岩蚀变矿床的成因及层状硅酸盐矿物转化的研究基础上，探讨了该矿区超基性岩蚀变演化过程，岛状硅酸盐矿物镁橄榄石与1:1型层转硅酸盐矿物蛇纹石以及1:1型层转硅酸盐矿物蛇纹石与2:1型层转硅酸盐矿物滑石的转化机理，并对其转化过程进行了动力学及化学热力学讨论，具体研究内容如下：
（1）在野外地质调查基础上，在室内通过镜下岩矿综合鉴定、全岩化学成分分析以及电子探针成分分析等手段进行了岩石学特征、矿物学特征以及岩石化学特征研究，总结其蚀变演化过程。
（2）采用野外勘察和室内分析、实验室模拟的方法，通过水热实验控制温度、时间、pH及反应体系模拟镁橄榄石的蛇纹石化，对水热产物用XRD、SEM、HRTEM、XRF、FTIR进行表征。
（3）利用水热装置，在碱性条件下，控制温度、时间及反应体系pH，使蛇纹石与活性SiO2反应，转化为滑石，讨论其晶体化学机理，晶体结构演变。
（4）控制温度、压力，研究镁橄榄石转化为蛇纹石、蛇纹石转化为滑石的热力学条件，定量分析其转化速率。
综合以上研究结果，获得主要创新性结论如下：
（1）该变质超基性岩体蛇纹岩主要特征组合矿物为蛇纹石（利蛇纹石、叶蛇纹石、纤蛇纹石）、磁铁矿、菱镁矿、滑石、水镁石、铬铁矿，变余矿物有斜方辉石、单斜辉石和铬铁矿，滑石菱镁片岩类主要组成矿物为菱镁矿、滑石、蛇纹石及磁铁矿，局部可见石英脉；该地区变质超基性岩体较完整记录了橄榄岩水化、滑石化及碳酸盐化作用过程的各个阶段，超基性岩蚀变演化过程主要有两个作用阶段：（Ⅰ）橄榄石、辉石类矿物的蛇纹石化作用及蛇纹石的绿泥石化作用；（Ⅱ）富Ca、CO2流体交代蛇纹石、滑石及水镁石的碳酸盐化作用。蛇纹石化等变质蚀变作用促进了Si、Mg及Fe元素化学活动性，使元素发生富集与迁移，对于次生矿物的形成与演化起到了一定的催化作用。多期不同组成流体热液的交代作用过程，清晰的展示了利蛇纹石、纤蛇纹石和叶蛇纹石的演化序列，以及滑石、水镁石、铬铁矿和磁铁矿的形成过程及标形特征。
（2）镁橄榄石转化形成固体生成物主要为叶蛇纹石、利蛇纹石和水镁石。叶蛇纹石、利蛇纹石在扫描电镜下呈片状、叶片状，其直径和初始物粒径大小成正相关，粒径越大时蛇纹石的直径越大。其转化途径为溶液中的活性SiO2附着在橄榄岩结构被破坏后的表面形成蛇纹石TO型结构层，这主要体现在HRTEM晶格像中橄榄石（001）晶格向0.73nm蛇纹石层转变。
（3）蛇纹石转化为滑石的途径是母矿物在固相状态下溶液中SiO2组分接在TO型结构层的四面体片上带羟基的一侧形成TOT型结构，也发现有TO型结构层的四面体片倒置、八面体片溶解形成TOT型结构层。橄榄石的蛇纹石化、蛇纹石的滑石化都是通过固相再结晶的过程转化成新生矿物。
（4）在400K,4.9*106Kpa温度压力范围内，随反应温度，压力提高，镁橄榄石蛇纹石化，蛇纹石滑石化的速率提高,当超过该范围是，正向反应受到限制。
超基性岩的蚀变演化是一种低温低压条件下的后期热液蚀变，原岩在遭受不同热液作用时，橄榄石等矿物往往在固-液共存状态下固相转化为不同形状蛇纹石族矿物，蛇纹石可通过滑石化等作用分阶段分期次形成蛇纹石-滑石等共生或伴生组合。而且，这种层状硅酸盐矿物的变质演化过程大多是在固-液共存状态下固相转变的，这对揭示矿物转化过程中晶体结构的重组方式、构筑模式以及化学元素的迁移行为具有重要的意义。
本论文以青海茫崖温石棉矿床为研究对象，综合前人对典型超基性岩蚀变矿床的成因及层状硅酸盐矿物转化的研究基础上，探讨了该矿区超基性岩蚀变演化过程，岛状硅酸盐矿物镁橄榄石与1:1型层转硅酸盐矿物蛇纹石以及1:1型层转硅酸盐矿物蛇纹石与2:1型层转硅酸盐矿物滑石的转化机理，并对其转化过程进行了动力学及化学热力学讨论，具体研究内容如下：
（1）在野外地质调查基础上，在室内通过镜下岩矿综合鉴定、全岩化学成分分析以及电子探针成分分析等手段进行了岩石学特征、矿物学特征以及岩石化学特征研究，总结其蚀变演化过程。
（2）采用野外勘察和室内分析、实验室模拟的方法，通过水热实验控制温度、时间、pH及反应体系模拟镁橄榄石的蛇纹石化，对水热产物用XRD、SEM、HRTEM、XRF、FTIR进行表征。
（3）利用水热装置，在碱性条件下，控制温度、时间及反应体系pH，使蛇纹石与活性SiO2反应，转化为滑石，讨论其晶体化学机理，晶体结构演变。
（4）控制温度、压力，研究镁橄榄石转化为蛇纹石、蛇纹石转化为滑石的热力学条件，定量分析其转化速率。
综合以上研究结果，获得主要创新性结论如下：
（1）该变质超基性岩体蛇纹岩主要特征组合矿物为蛇纹石（利蛇纹石、叶蛇纹石、纤蛇纹石）、磁铁矿、菱镁矿、滑石、水镁石、铬铁矿，变余矿物有斜方辉石、单斜辉石和铬铁矿，滑石菱镁片岩类主要组成矿物为菱镁矿、滑石、蛇纹石及磁铁矿，局部可见石英脉；该地区变质超基性岩体较完整记录了橄榄岩水化、滑石化及碳酸盐化作用过程的各个阶段，超基性岩蚀变演化过程主要有两个作用阶段：（Ⅰ）橄榄石、辉石类矿物的蛇纹石化作用及蛇纹石的绿泥石化作用；（Ⅱ）富Ca、CO2流体交代蛇纹石、滑石及水镁石的碳酸盐化作用。蛇纹石化等变质蚀变作用促进了Si、Mg及Fe元素化学活动性，使元素发生富集与迁移，对于次生矿物的形成与演化起到了一定的催化作用。多期不同组成流体热液的交代作用过程，清晰的展示了利蛇纹石、纤蛇纹石和叶蛇纹石的演化序列，以及滑石、水镁石、铬铁矿和磁铁矿的形成过程及标形特征。
（2）镁橄榄石转化形成固体生成物主要为叶蛇纹石、利蛇纹石和水镁石。叶蛇纹石、利蛇纹石在扫描电镜下呈片状、叶片状，其直径和初始物粒径大小成正相关，粒径越大时蛇纹石的直径越大。其转化途径为溶液中的活性SiO2附着在橄榄岩结构被破坏后的表面形成蛇纹石TO型结构层，这主要体现在HRTEM晶格像中橄榄石（001）晶格向0.73nm蛇纹石层转变。
（3）蛇纹石转化为滑石的途径是母矿物在固相状态下溶液中SiO2组分接在TO型结构层的四面体片上带羟基的一侧形成TOT型结构，也发现有TO型结构层的四面体片倒置、八面体片溶解形成TOT型结构层。橄榄石的蛇纹石化、蛇纹石的滑石化都是通过固相再结晶的过程转化成新生矿物。
（4）在400K,4.9*106Kpa温度压力范围内，随反应温度，压力提高，镁橄榄石蛇纹石化，蛇纹石滑石化的速率提高,当超过该范围是，正向反应受到限制。
超基性岩的蚀变演化是一种低温低压条件下的后期热液蚀变，原岩在遭受不同热液作用时，橄榄石等矿物往往在固-液共存状态下固相转化为不同形状蛇纹石族矿物，蛇纹石可通过滑石化等作用分阶段分期次形成蛇纹石-滑石等共生或伴生组合。而且，这种层状硅酸盐矿物的变质演化过程大多是在固-液共存状态下固相转变的，这对揭示矿物转化过程中晶体结构的重组方式、构筑模式以及化学元素的迁移行为具有重要的意义。