从碱交代作用看鲍文反应原理——认知成矿理论

mt-vct · 发表于 2024-4-29 21:56

从碱交代作用看鲍文反应原理——认知成矿理论

郑州地象科技有限公司寇伟 13903832188

鲍文反应原理是加拿大地质学家鲍文于1992年总结出的能够反应玄武岩浆演化过程中造岩矿物形成一般规律的反应序列：随着岩浆温度降低反应继续进行、便有规律的产生一系列的矿物过程，即岩浆在结晶作用过程中，由于物理化学条件的改变，先析出的矿物与岩浆发生反应，使矿物成分发生变化、产生新的矿物。反应系列分为两支进行：一为连续序列，反应浅色的斜长石系列矿物的生成顺序，矿物的结晶格架不发生大的改变，在成分上有连续渐变关系；二为不连续序列，反应暗色的橄榄石、辉石、角闪石和黑云母等矿物从岩浆中晶出的先后顺序，相邻矿物之间结晶格架发生显著变化。两个分支在晚期合并形成单一不连续序列，依次为钾长石，白云母和石英等产物。鲍温反应原理说明了矿物之间的共生关系和反应关系，矿物结晶的先后顺序，矿物的演化规律以及岩浆与围岩的同化混染。

鲍文反应原理是通过实验揭示了岩浆冷却至不同温度阶段晶出成岩的种类，反映的是幔流上逸过程中随着温度变化成岩的结果。而从本质上来观察，则可以通过碱交代作用完整诠释幔流岩浆热液演变过程中鲍文反应序列晶出矿物岩性的内因。

1、与鲍文反应序列对应的地球内部流体物理化学变化

从地球内部流体的物理化学变化，可以诠释与鲍文反应序列对应成岩的演化过程：地核内部聚集的氢流不但具有高能、高挥发性、高还原性，而且还是一种具有超强能量载体和燃料。当氢流上升进入下、中地慢后，会和氧化物相及硅酸盐相地幔岩发生能量交换和物质反应、形成各种氢化物，逐渐演变以氢为主成分的氢型幔流。氢型幔流继续向上进入上地幔及软流层会发生广泛的交代作用，生成一系列碱及碱土物质，演变为富含钾、钠碱金属的碱型幔流。当碱型慢流升入下地壳后，其主要地球化学特征是从以H为结合中心形成化合物的碱型慢流，逐渐向以O为结合中心形成化合物的氧型慢流转化，再进入到上地壳之后则完全转变为酸>碱的氧型幔流。

2、碱交代作用是通贯成岩成矿过程的动力源

当以碱金属元素为主的碱型幔流进入下地壳，与硅酸盐岩层不断发生碱交代作用，使得碱性幔流不断熔融酸性围岩，热液中的碱性不断降低、酸性逐渐增强，由碱交代逐渐过渡为酸交代。因热液中保证络合阴离子稳定的高浓度Na+、K+随着不断碱交代作用而降低，导致稳定络阴离子的能力减弱，靠幔流携带成矿元素进入到地壳层的络合物逐渐遭到破坏和分解，作为络合阴离子的中心阳离子的成矿元素才有可能演变为成矿组分沉淀和固定，通过硅化、氯化、氟化、碳酸化、磷酸化、硫化、砷化、硒化、蹄化、硼化等蚀变作用，原则上按照鲍文反应序列晶出矿物、成岩成矿。

3、鲍文反应序列前期晶出的多为地幔矿物质

资料介绍，下地幔主要由橄榄石和镁铁质矿物组成，属于暗色的超基性岩，为硅酸不饱和岩，二氧化硅含量低于45%，铁、镁质含量高。上地幔主要由橄榄石和辉石组成，属于颜色稍浅的暗色基性岩，二氧化硅含量为45%～53%，主要矿物成分为辉石、角闪石、基性斜长石，常含少量石英、碱性长石、黑云母、橄榄石等，铁、镁质含量低于超基性岩。由此可见，鲍文反应中不连续序列的暗色矿物，实际上都是下地幔的超基性岩和上地幔的基性岩；而鲍文反应中连续序列初始的浅色斜长石系列矿物，也是上地幔的基性岩，然后在进入下地壳熔融酸性围岩后矿物的结晶格架逐渐发生一定的改变。

4、对鲍文反应原理所述晶出矿物序列的几点感悟

（1）所谓的不连续序列暗色矿物，之所以相邻矿物之间结晶格架发生显著变化，是因为它们并非是从岩浆中逐步晶出的，而是地幔矿物随着幔流上侵携带到上地壳的。

（2）连续序列浅色的矿物是随着岩浆温度压力逐渐降低顺序生成，所以它们的矿物成分存在连续渐变关系、结晶格架也不会发生大的改变。

（3）从中可以看出岩浆岩多样性的原因，并非是同一种岩浆可以形成不同类型的岩浆岩，而是幔流上侵进入地壳后转变成岩浆热液的速度不同，所形成的矿物岩性类型不同。上侵速度快的熔融酸性围岩少、岩浆所带地幔矿物多，就会形成超基性岩、基性岩；上侵速度慢的融入酸性围岩多，岩浆所带地幔矿物逐渐通过碱交代作用发生转变，连续晶出形成序列矿物。

（4）即使是存在同一温度段会晶出同类矿物的共生关系，但两个分支在晚期并非是合并形成单一不连续序列矿物，而是独立生成相应的矿物质。连续序列的斜长石岩浆热液在中低温时会随着融入酸性围岩增多，在已经是偏酸性的基础上继续增大酸性比例，形成酸性的钾长石、白云母和石英的共生矿物。而不连续序列携带暗色矿物的偏碱性岩浆热液，虽然在在中低温时随着融入酸性围岩酸性比例会有所增加，但形成矿物的酸性比例明显低于连续序列的。

（5）不连续序列矿物多为地幔物质，在上侵到地壳浅层温度降低到中低温时，岩浆热液内从地幔层裹挟上来的贵金属和有价值金属元素较多、碱金属含量偏高，有利于在碱交代作用下矿元素向上迁移在中浅层的富集成矿，所以在浅层或出露有超基性岩、基性岩的区域很有可能会形成矿床。相反，由于连续序列矿物不断融入酸性盐岩，在上侵到地壳浅层温度降低到中低温时，岩浆热液内所含地幔层有价值金属元素已经被稀释至微量、碱金属含量偏低，矿元素缺乏迁移富集成矿的条件，在中浅层冷却固结后多形成为侵入岩，成矿可能性不大。

2024年2月28日