布什维尔德杂岩UG_2铬铁岩层中亲铜元素和铂族元素的分布.pdf

19匀0年西北地质第4期:.沙、尹、尹、沙、少(译文选登)夕、尹、尹、尹、尹.:布什维尔德杂岩UG之铬铁岩层中亲铜元素和铂族元素的分布SA希姆斯特里绪言Hi emst ra(198 5)曾在有关U G一2层的研究中指出,铂族元素浓度的对数值随 高 度(从铬铁岩底部升高某一距离后 的高度)直线下降。铂族元素的这一关系早已由有关元素分馏的瑞利定律所预言。然而,亲铜元素镍和铜的行为并不与此相似,尽管它们 与U G一2层和梅林斯基层中的铂族元素通常有着很好的相关关系。这种区分即使存在的话大概也被随后来自铬铁岩层下部的后期似伟晶岩的蒸汽发散活动所破坏,UG一2层铬铁岩的底部也可能被似伟晶岩同化或破坏。因此,本文提出了对未受破坏的那一部分U G一2层进一步研究的成果。样品描述铂矿山西部U G一2层的正常底板是苏长岩,该苏长岩多处被似伟 晶岩置换,该似伟 晶岩同化了UG一2铬铁岩底部岩石。一在另外的地方,一个薄层斜长岩产于苏长岩和UG一2铬铁岩层之间。本文采用的样品选自苏长岩构成UG一2铬铁岩层底板的部位,由 长 约lm、宽 1 0一2。m、厚4一1 5。m的略微修平的板状块体组成。顶板围岩由含有稍带绿色的嵌晶状单斜辉石的斑状暗色苏长岩组成矿在下伏斜长岩和铬铁岩之 间是高差为5cm的波浪式起伏的不平的接触带。除了偶而有部分铬铁岩重结晶细粒渗入底板接触带几公分以外,无论在顶板还是底板接触处既无蒸汽的形迹,也无其他反应的痕迹。所研究的5 0条部面上发现铬铁岩保存很完好,没有以往研究样品的那种强碎裂和 滑石化特征。常可观察到 由重结晶作用引起的“烧结”迹象,同时以莱茨(Lei tz)结构分析系统所作的颗 粒分析表明,刁顺粒大大减少,担颗粒增加。此种现象更多地出现在剧烈凹凸不平的构造地区,这里 的“烧结”作用买比正常发育地区明显强烈得多。“烧结”作用和其他重结晶作用 明显地改变了该区的原始结构。所以化学分析中所观察到的不同周期不能 由铬铁岩的颗粒大小或结构反映出来。分析方法4一-分析方法及其准确度和精度Hi雌坦str令.(1985)作了说明。用IC尸摄谱仪测定了全 铬和全铁。少数样品中硫的含量不足以使所有的铜和镍呈黄 铜矿和镍黄铁矿产出,这种现象很可收稿日期xo90一08一12一53.叨沉 丫能导致少量镍溶于滑石 和绿泥 石中。在大多 数实例中,有足够的硫以满足所有的铜以黄铜诊形式、所有的镍以镍黄铁矿形式以及一些铁以磁黄铁矿形式产出。酸可溶铁的分析得出了术恰当的高值,其结果均被舍去。目前还不了解产生铁如此高的原因。结果化学分析结果列于表1。以浓度对勤值作纵座标,以铬铁岩底板以上的高度作横座标(单位:cm)作图(图1一3)。以铬铁岩底板为 起点至高出底板2 0cm的点之 间的所有酸泛l浓洁5OCu=一0.字0.吕 9r=一(夕.护4,/户卜叮一_众士二二至聋:了,了过、声寸r二 一。.9 3玉才气卜、./、r济、.、巨匕一乡刃介义护一刃。、入。6卜了-尸.少哎,。屯乏企-娜公久甘刀 心二叮。Q。汀卫心40/听守、t_r一0.85认。一一一 尸月.,.。匕o孟旧高度(。n、图1酸可溶镍,硫和铜的对数值与UG一2层底板接角虫面以上高度的关系图直线是满足近似直线序列值的回归线.对每个元素标 出了相关系数r的估算值。81cm处的高 峰值是由于从外源引入了硫化物的关系(9 1和9 7cm处的铜值疑其样品被污染而废弃)溶镍、铜、硫和铂族元素值的投点适合划一直线,该直线具有高度和明显的相关系 数丫,Y值从铂 和钉的0.9 7到硫的0.8 9。对于远 低于。.1%量级 的那些元素而 言,这 些相关系 数值是有重要意义的。随后,高度大于20cm,浓度 趋向近于平稳。中断一 段距离以后,从6 2cm高度开始又进入具线 性相关关系的第2周期,直到高度为79 cm为 止,并且表明与第1周期相似的高度 和位置的相 关性,也表明 了把(一0.9 9)和锗(一0.98)与高度自巴认甲抓韧的很好的相关性。高 于7 9cm,这种趋向变得基本平坦,起伏不大。在第2周期中,铂和铐都有一个明显的偏离值,这是 由于富硫化物包裹体所 引入的硫化物所造成。剔除这些值,就呈连续的回归线(图中实线),如果保留它们,就呈点划线(图中虚线),其差别不大。这些趋向与Hiemstra(19 85)早先描述的极为相似,对其解释也是相似的。即活动岩浆结晶过程 中可能 由于瑞利分馏了一、r=一0.93。/伫_八一:J一一-r -一-一一一州 一月-一一20连。o肠u高度丫Cm声图2铂、把对数值对高度标绘图与图1中亲铜元素相 同部位的图形特征呈直线形 序列。铂线和耙线 之间的垂距从左至右逐渐增大,表明铂、把比值逐渐加大.第2周期的比值增加的 特别快.slcm处的把峰与亲铜元素的峰位相同,认为引入了外来 物质序列形成倾斜直线,岩浆静止状态期 间可能 由于受制约的扩散结晶作用形成近水平的线。以往的结果有这样一个明显的特征,即 同一周期中不 同元素具有不同斜率的趋向。在第1周期中,锗比其他元素有个陡得多的趋 向,在第2周期中把的趋向最陡。另外有一个一般性的特征,即所研究的样品中,第2周期的趋 向全 都 较第1周 期 陡。而 佬 和铱 在第2周期中并未襄1茜娜拍矿山络铁鲁U G一2格铁岩层雇板以上样吕分析给果衰高度(cm)Cr(肠)Fe(肠)(PPm)(PPm)(Ppm)(Ppr n)(pPm)O。9 40.650。384O U42一甘口勺,xC八.立UI.n.0 00八UnC:6 0 6 3盯7 14 3 4 7 5 32 71 2“9 3 7 8 7 66 35 96 87 7 7 6O,曰1 11-1 1-0 0 0 0 0 0 0八19。9519。5门jU一廿内曰 6JD工a.,三1UOn匕J 曰目咋O 自口吸 二9-一匕一匕丹4 5通八性幼,自,一丹j八J.J内Jl 卜U.,:0onn0八U0 0 0noU21。221.214,814.51 5。1!4一01 5.115。2l石。01 5。01 5。115.21 5。115.21 5,1(PPm)59 04 2031058 03 7024 018 019017 Q1 6 02101 8 01501 4015515015 014015 015Q15 015 015 01 4 015 016 01701602 404 555 80l乐耳1303 603 0 04 3 04 302 0 014 015 03701 6Q1 1012 010 51 10110110430(pp m)50042035 04803 2 025023 02202 101902 502 3 02 002001902102 0021020 019018519 017 018016018019 0IQO2 2029 032081n.67 02902002202 3515 011012 Q22015013013012 017012 0878 81309 06 051444 l38655l45484 44 54 24 14 I45434 54 447奋64 64 9456 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度分布特征,但仍保留了它们之间的这种数学关系。特别是其满足 了一个具有高精度的指数方程特征的数学关系。作者至今未能准确阐 述这样一 种作用,相信在下面的论述中会对此 作适当处理。图1一3的直线部分提供了具梯度变化的原始Cr值。只要 测定出其他未知数中的 一个,就可以解出瑞利方程中的 所有其它变量。这就可能以图的形式提供出包括体积分布系数、岩浆馏分和原始浓度 的值。到目前为止,该值已大部分在文献中作了间接推演和推断。不幸的是,其他未知数无一可供利用。不过仍然能够确定导致图1一3的那种关系如何抑制可能的原始岩浆馏分和配分系数。Hi e ms tr a(1985)指出,对于一条回归线,人们可以假定厚度,然后计算其相关的体积分布系数和原始浓度。这样一种计算结果以图形形式在图4一6中作了描述。这 些计算中岩浆和结晶体之间的差异被忽略,所提出的厚度值仅仅是近似值。图的上部分表明厚度和体积系数之 间呈 线 性函数关系,下部分 表明厚 度和 初始浓度之间呈倒数函数关系。假设厚度相同(图4下半图)彼此紧密靠近的第1周期和第2周期线所示 那样,亲 铜元素镍、铜以及硫的可能的原始浓度(C。)第1周期和第2周期彼此相当接近,但明显不同的是,第2周期的体积分布系数却大得多。图5和 图6揭示 了第1周期和第2周期可能的原始浓度线之间呈广为分开的状态,假定在第1、2周期的厚度非常相似 的情况下,第2周期与第1周期相比,其岩浆富集了铂而损耗了锗。第1周期铂、把、锗显示体积分布系数并非明显不 同,以至引起第2周期岩浆原始浓度的发散,所以,或许这些数据支持第2周期起因 于新岩浆的观点。而第2周期体积分布系数比第1周期高得多,铂 则 达到了一 个很高的程度。z p1 500翻喊毋卞礴雌帐一0 0 0刑或/.U“n 口岛U 们钊n甘几叨00U n0血日.。n已曰Ul各322-1荟厚度(.)O。ofO。砚.璐04 之忿份含之,一之冬t、一洲、P d.9工0 60 50 70 a1 0 0的添翻2 0.0t分。)侧妞吸址,口舀.3 忍O O.勺侧砚双置n.0 0拜.妈.弘25图4原始浓度(CO)与体积分布系数相关图根 据图1回 归线作出,能够计算岩浆和铬铁岩之间的体积分配系数、产生U G一2层的岩浆柱每一有效假定厚度岩浆的原始浓度。同一厚度的体积分配系数和 原始浓度可分别从上半部和下半 部读出。第1周期线为实线.第2周期线为虚线.注意第1、2周期原始浓度的线彼此互相靠近,而表明体积分配系数的线则大不相同图5原始浓 度(C。)与体积分布系数相关图根据图2回归线作出.表明本文所述的体积分配系数、厚度和原始浓度之间的关系.表明铂原始浓度 的线在第1和第2周期明显不同。第2周期岩浆中的 铂比第1周期要富.所以,第2周期岩浆与其说是老岩浆的新生馏分,还不如说更象新的岩浆。注意第2周期把的体积分配系数表明了把比铂第有高得多的值。该高分配系数说明这样一个事实,即在第2周期中,艳的消耗比铂快的多.如图2所见,出现 了快速增长的铂、把比值第1和第2周期线较平直部分的一个特点是它们之间的垂 直距离代表了它们之间 的比值。对镍、铜、硫而 言,这些距离都未出现任何有意义的变化。然而,铂和把(图2)两 条线之间的距离从左至右逐渐增加,这表明其比值随高度而明显增加。图5表 明,把的D值比铂的要高,达到一个恒值。第2周期中把回归线的斜率比铂的要陡,清楚表明残余岩浆中的把迅速耗尽引起了结晶生成物中铂的急剧跌落(图2)。高于7 9cm出现强 烈波动,只 不过说明比值 降低。佬的走势也呈 现所说明过的铂、把特征,由于铭的D值高得多,因此与铂相比,在 第2周期中锗明显损耗。一个有趣的事实是,从 上一周期至下一周期,体积分布系数能有如此明显的变化,其原因目前还未查明Nal dr et ta nd等(197 6)在讨论布什维尔德杂 岩pt/Pt+Pd比值时 指57 幕出,可供利用的资料并不始终与平坦连续向上增加相一致。本文描述的数列证明了当厚度变化仅仅超过lm时不可能是 由于体积变分布系数的变化所引起。图1一3几乎水平的数列大概是在不 流动条件下形成的。所以,正如H卜emstra(1 9邪)指出的,提供给结晶位置的元素是受渗滤控制的。因为这些几乎 呈水平的线不适宜用 来对原始浓度、体积分布系数或复杂岩浆馏分进行推断。讨论硫化物是捕集剂吗?早先所提出 的结 论(Hiemstra,19 55)与本文提 出的结论之间最重要的一个区别在于本文中亲铜元素和硫与符合瑞利定律数序的铂族元素有类似的浓 度线。它们彼此 之 间优先相互伴生、相互关联,所以它们 在 同一时间以与铂族元素相 同的分 馏过程、甚或相同的捕集剂被富集。在瑞利定律的推导中,一种假设是整个结晶次序中捕集剂始终不变。所以,若有这样一种物质,其浓度线从高值开始,然后随时间沿一条服从瑞利定律的线有规律地 减少,该物质断定不 是捕集剂。因此,像许多人所假定的那样,硫化物能够对80协:n甘O山t占合留几勺.图6原 始浓度(C。)与体积分布系数相关图根 据图3中的回 归线给出了本文所述的体积分配系数、原始浓度和厚度之间的关系。注意第2周期岩浆锗的损耗要比第l周期岩浆锗的损耗多得多铂族元素 起捕集剂作用 的概念对 于UG一2层来说是站不住脚的。所以,人们必须考虑其他能富集硫化物和铂族元素的候补者。其中最明显的剩余物质便是铬铁 矿。Cro cket(1981)谈到铬铁矿能够起捕集剂作用的可能性并建议把铬铁矿作为铂族元素浓缩剂列为 未来诸多研究中的一项课题。常常出现在铬铁矿边界处(或鞍部和三相点上)的小硫化物颗粒有许多与含锡金红石颗粒 相似的特征。如Camero n所描述的那样,这种金红石颗粒是从铬铁矿中分解出来 的,这些特征也可作为 证实硫化物也是溶离产 物的证据。然而,实验工作必须支持这样一个观点,即铬铁矿被涉及捕集过程 中,并在对 此作进一步研究之 前阐明其发生条件。原始浓度、体积分布系数和岩 装分馏的推 论真实吗?从图4、5、6获得了一 些预想不 到的结果。图4中对 应 厚度为2 0m处的铜、镍和硫的原始浓度出其意料地低,而图5和 图6中与该厚 度对 应的铂族元素出现了完全意料之中的 浓度。在互相连接的周 期 中,原始浓度和分布系 数变化如此大(如第1和第2周期)也是出乎意料的。另一方面,不同的分布系数很容易解释在层状矿床中常可见到的铂、把比值随高度变化这一现象,该 现象至今仍不能以其他任何方法解 释。吸下转第9页)(徐仁等,197 4)、内蒙古二连盆地早白至世寨汉塔拉组(宋之深等,19 8 6)和河北丘县早白里世的丘城组以及河南南部早白坚世抱粉组合中都有报道。D即s ol sPo ri才e s虽在法国、英国的侏罗 系已出现,但广泛分布是在欧州、北美、澳大利亚以及我 国甘肃、青海、辽 宁西部、内蒙等地早、中白至世抱粉组合中。C落c a才r ic os Pis Po r泛t即 属出现于侏罗一白翌 纪界线附近,但世界各地普遍出现是在早白坚世早期。从表2统计的抱粉组合看,风火山群所含各类抱粉与下新玛堡群、李洼 峡组、丘城组可以对比,其百分含量和类别基本接近。从早白垄世被子植物的分布特征看,国内外报道的别里亚 士期一凡 兰吟期资料 中无可靠的被子植物花粉,较真实的资料是从欧特里期一巴列姆期被 子植物才开始出现,如 我 国吉林省的乌林组、安徽省的朱巷组 和湖北省的五龙组等。但含量较晚 白垄世的江底河组 和勋 野井组都低(表3)。因 此 可以推测,风火 山群既不属于晚白噩世也不是早第三 纪,而应归于早白垄世。考虑到抱粉组合中出现少许被子植物以及C。a-,一沁o sfs Po rt e:和Cl as soPo l八:2属 从 数量上 的减少,将其时代置 于 早 白要世欧特里夫一巴列姆期 更 为合适。表2风火山群与国内一些早 白至世欲粉组合的重要类群含皿(%)对比表3风火山群与国内白翌纪被子植物化石含通(%)对比地层地层下白噩统上 白玺统丘城组李佳峡组新民堡群风火山群抱粉类群蔗类植物袍子裸子植物花 粉被子植物花粉海金砂科 具肋纹抱子Se人f之aeoisPo ritesC lassoPollil l7975O.8。;:2 6。271。21.445318.6:;:,:晏凳鬓-暮兰止 坦立口三 二生上兰,.;个月一 全另 3._:._.匕下666。下了。综上所述,早 白里世风火 山群是侏罗 纪末海退之后,区内抬升隆起形 成 山 间盆地碎屑岩沉 积。周 围 山麓地带植被以松柏纲为主,伴生卷柏科、海金沙科、麻黄科及被子植物,还发现C la s:。Po l l 2:花粉的母 体植物掌鳞杉科,反映一种温 暖而 干早的气候环 境。文中 抱粉化石 由王惜姆同志鉴定,谨在此表示谢意。(参考文献 略)(上接第58页)上 面的论述是该证据的一种因果演译的解释,诸如局部平衡模式或一种复合矿床,局部的底部结晶和堆积都是可能存在 的,但本文未予考虑。自然界的许多事物都是遵循指数模式发生 的。本文所提供的数据均很好满足瑞利模式,但均 未能最后确证,这就是唯一 一种能解释它们的方法。(陈硕彦译 自E。nom、。;e。xog,vox.81,:。86。李如璧拔,本刊有删节)