红旗岭镍矿冶炼炉渣中鬣刺结构的发现及其意义

答案 一众所周知,科马提岩(Komatiite)是1969年M.J.维尔金(M.J.Viljaen)和R.P.维尔金(R.P.Viljaen)在南非阿扎尼亚科马提河巴伯顿(Barberten)绿岩带中发现的一种具有特殊结构的超镁铁质熔岩[1],这种熔岩的结构酷似澳大利亚的鬣刺草。后来,1970年R.W.纳斯比特(R.W.Nersbitt)等人在描

红旗岭镍矿冶炼炉渣中鬣刺结构的发现及其意义

众所周知,科马提岩(Komatiite)是1969年M.J.维尔金(M.J.Viljaen)和R.P.维尔金(R.P.Viljaen)在南非阿扎尼亚科马提河巴伯顿(Barberten)绿岩带中发现的一种具有特殊结构的超镁铁质熔岩[1],这种熔岩的结构酷似澳大利亚的鬣刺草。后来,1970年R.W.纳斯比特(R.W.Nersbitt)等人在描述西澳大利亚的科马提岩时,先后采用了鬣刺结构(Spinifextexture)这一术语[2],从此流传世界,广为引用。

当代,一则由于绿岩带与金、镍等矿产资源密切相关,二则它是地球早期发展、演化历史的信息源,故近一二十年来,绿岩带的研究引起人们的极大兴趣,从而成为地学研究中的热门之一。科马提岩是绿岩带的组成部分和重要的确定标志,而鬣刺结构则是鉴别科马提岩的标型特征与重要的成因信息。因此,认识和鉴别鬣刺结构具有重要的找矿意义和岩石学研究价值。

以往,一些研究者们认为,鬣刺结构是超镁铁质(或部分镁铁质)熔浆在海底喷发时与水接触急速淬火冷凝的特定环境下形成的,多分布在枕状熔岩流的顶部与中部,并强调水是其必要的生成条件。

然而,笔者于1983年随吉林省地质矿产局镍矿考察团参观红旗岭镍业公司冶炼厂时,意外地发现了冶炼炉渣中发育有鬣刺结构,随即采集了样品,进行了进一步观察研究。

样品采自冶炼罐上部硅酸盐层,层厚1.5cm,其下部为铜镍合金(图1)。

无论是用肉眼、抑或在偏光显微镜下观察,皆可看出整个冶炼罐分为两大层,即由不混熔作用形成的上部硅酸盐层与下部铜镍硫化物层。上部硅酸盐层又可分为两个亚层,其上部为淬火鬣刺———中空骸晶层(图1,A),其下部为他形-半自形粒状集合体层(图1,B),共计3层。为叙述方便,由上至下分别称为A,B,C层。

A层:称为淬火鬣刺———中空骸晶层,层厚7~8mm,由他形长柱状或针状橄榄石与辉石中空骸晶组成,其含量为70%。其余30%是具有针状与羽状雏晶的玻璃,它们充填在上述骸晶之间。

骸晶橄榄石在温度急剧下降和过冷的情况下,由于熔体黏度增加,扩散作用减慢,物资供不应求而不能正常生长,只好沿某一晶棱方向迅速生长成针状或长柱状,长达1.75~4mm左右。骸晶内中空或充填着玻璃质,骸晶外部边缘不整齐,呈树叶或锯齿状。平行C轴的(010)与(100)解理堪称发育,平行消光,±2V=85°~88°。此层以中空骸晶———鬣刺结构发育为特征。

B层:称作橄榄石、辉石粒状集合体层,层厚6~7mm,由他形-半自形的橄榄石、辉石及具有针状、羽状雏晶的玻璃构成。前者粒径从0.33~0.75mm,含量占70%以上;后者含量低于30%。粒状镁铁矿物中仍见中空现象,但不及A层中者发育,与A层虽然是过渡关系,但A,B层之间有一明显界线。B层向下截然过渡为铜镍合金层,即C层。

图 1 冶炼罐中物质分层示意图( a) 冶炼罐物质分层现象; ( b) 分层放大素描图A—淬大鬣刺 ( 中空骸晶层) ; B—橄榄石、辉石粒状集合体层; C—铜镍合金层

傅德彬地质学论文选集

图2橄榄质科马提岩流剖面示意图[3]|(a)加拿大蒙罗镇地区(据D.R.Pyke,1973);(b)澳大利亚澳诺拉地区(据N.T.Arndt,1977)A—鬣刺结构带(上部为淬火破裂带);B—粒状橄榄石堆积带

C层:称为铜镍合金层,由纯的铜镍合金组成。

令人极感兴趣的是,上述冶炼罐中炉渣的分层现象与科马提岩剖面的分带现象(图2)尽管一个是在冶炼厂,一个是在天然条件下形成的,但两者却极其相似。换言之,两者的上部均为由玻璃质及针状、长柱状中空橄榄石与辉石骸晶构成,具典型鬣刺结构;下部为他形———半自形橄榄石、辉石集合体,两者之间有一明显界面。

无论是炉渣或科马提岩,它们上、下部位结晶程度或结晶形态的差别都是冷却速度不同所致。即上部冷凝速度快(直接同水或空气接触),快速冷凝成具中空骸晶———鬣刺结构的淬火带;下部冷却较慢,形成他形粒状-半自形柱状橄榄石、辉石集合体。二者之间明显界线意味着它们之间有一临界冷却速度[4]。冷却速度大于此临界冷却速度,橄榄石、辉石便形成长柱状中空骸晶,构成鬣刺结构;冷却速度小于临界冷却速度,则橄榄石、辉石就形成柱状集合体。不言而喻,结晶或冷却速度问题实际上是一个温度梯度问题。

格林(Green,1975)等人的实验证明,橄榄石质科马提岩流在1450~1500℃温度下喷发时,若岩浆黏度为10泊,晶体与岩浆间的密度差为0.4,那么,直径为0.5mm的橄榄石颗粒的结晶未速度为40cm/h;而在1200℃的玄武质岩浆中结晶出来的同样大的橄榄石,其结晶未速度为0.04cm/h。该实验较令人信服地解决上下层间为什么有一个截然界面的现象。表1为南非橄榄贺科马提岩与红旗岭橄榄岩化学成分对比表。

表1 南非橄榄贺科马提岩与红旗岭橄榄岩化学成分对比表

注:1~4系南非橄榄贺科马提岩,其中4系1~3的平均值;5是红旗岭1号岩体8个分析值的平均数。

至于中空骸晶的形成,显然是由于在淬火或急骤冷凝条件下,橄榄石、辉石的冷却速度远远大于熔浆供应晶体生长组分的速度。唯其如此,才会使熔浆的成分首先沿一个晶棱方向迅速生长。由于熔浆成分供应不足,遂形成内部中空或充填着玻璃质的细长的骸晶。

一般说来,熔体的化学成分一致,只有在相同的形成条件下才能形成相同(或相似)的结构特点。然而,所见上述事实则是红旗岭含矿岩石与科马提岩组分基本一致(见附表),但却是在各自不同的条件下(一是在水下,一是在空气中)形成了特征一致的鬣刺结构,这一点给了我们以深刻的开拓性的启迪。

作者的观察研究表明,并非唯独海底喷发的超镁铁岩才具鬣刺结构,在常温,常压下的空气中同样可形成鬣刺结构。这样,具鬣刺结构的科马提岩似乎并不一定都是在有水的条件下形成的。如果所述人工鬣刺结构可以与科马提岩中的鬣刺结构相对比,就不一定把凡具鬣刺结构的岩石都不假思索的认为是海底水下产物。所以,那种认为唯有水体才是鬣刺结构形成的必要条件的观念是值得进一步商榷的。Б.Л.马柳克(Б.П.МАЛЮК)与А.А.西沃罗诺夫(А.А.СИВОРОНОВ,1982)研究曾指出[5],骸晶的大小与形状取决于岩浆的结晶深度,故具有粗的宏观鬣刺结构的科马提岩可以不是喷出相的,而是浅成相或近地表相的橄榄岩与辉石岩。1983年,А.П.里哈切夫(А.П.АИХАЧЕВ1983)亦曾指出[6],加拿大、澳大利亚与非洲的一些含镍的科马提岩具有侵入性质。如此看来,上述认识是不无道理的。

主要参考文献

[1] 黄婉康 . 科马提岩 . 地质地球化学,1979,( 12) : 71 ~ 72

[2] Nesbrtt R W. Skeletal Crystal forms in the ultramafic rocks of the Yilgann block,Western Australia Evidence for an Archaeanultramafic liquid,1970

[3] Arndt N T,E G Nisbet. Komatiites Lodon George Allen and Unwin Puplishers Ltd,1982

[4] 刘如曦 . 科马提岩及其鉴别标志 . 冶金地质动态,1981,( 3)

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

[6] А П 里哈切夫 . 铜镍矿床的地质特征和分类 . 国外地质科技,1983,( 8)

Spinifex Texture and Its Significanceof The Slag From Smelting Furnacein The Hongqiling Nickel Mine

Abstract

Spinifex as a typical texture of komatiite is well known ( e. g. in Australia,South Africa andNorth America etc. ) .

The spinifex texture was generally considered as the result of ultramafic eruption under the o-cean. The traditional concept mentioned above is now shaken due to the discovery of spinifex tex-ture on the slag came from the smelting furnace. It is indicated that the spinifex texture can beformed as well through the ultramafic eruption in the air. This fact enlightens us that we cansearch for the komatiite and related mineral resources not belonging to those formed under the o-cean in the greenstone belts.

. Bog627 {显示:无;}导语:双鸭山,一座听起来更像风景名胜的城市,位于黑龙江东北部,与俄罗斯隔河相望。双鸭山在过去的历史中也是一个非常重要的古都,那么双鸭山有哪些好玩的地方可以去呢?下面是旅游指南网为您的双鸭山之旅推荐的几个好去处。让我们来看看!

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版权

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时间:8点-18点

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时间:08: 00-17: 00

地点:双鸭山市饶河县红旗岭农场

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