岩浆作用中元素的富集

8.2.1.1 铜铅锌在岩浆中的富集特征

（1）铜铅锌在岩浆中的性质

铜在基性岩中含量最高，中性岩其次，超基性岩和酸性岩中较低，而碱性岩中最低。这一变化规律与硫在各类岩石中的有效浓度相互对应，表现出铜具强烈的亲硫性。铜的成矿母岩主要是基性岩、中性岩及中酸性岩，这除与它们中铜的原始浓度较高外，还与硫的含量高具有促使铜沉淀有关系。在岩浆作用阶段，铜除主要形成铜镍铁的硫化物之外，还有少部分分散在造岩矿物之中。黑云母中的铜含量与岩石的基性程度有关，基性岩中黑云母含铜量大于50×10^－6；花岗岩中的黑云母可低至8×10^－6。黑云母中铜含量也与地质体中铜的原始浓度有关，斑岩铜矿中黑云母含铜量高达10000×10^－6，可作为找矿标志，白云母中铜含量较低，所以黑云母发生白云母化可使铜量带出一半。

锌具有亲硫性，但比铜弱些。在岩浆作用的早期阶段，锌与铜不同，即使到达亲硫结晶作用阶段，也无锌的独立矿物出现。岩浆作用早期形成的硫化物（磁黄铁矿、镍黄铁矿）中锌含量甚少，它主要加入铁镁硅酸盐矿物晶格（辉石、角闪石，特别是黑云母）及铁的氧化物（磁铁矿、钴铁矿）之中。各类火成岩中锌含量表现出与岩石中（Fe^2＋＋Mg^2＋）总量变化大致呈正相关关系，但纯镁质的结晶岩，如橄榄岩等岩石中锌的含量又很少。这是因为Zn^2＋通常并不加入镁质硅酸盐中，如果晶格中有Fe^2＋存在，那锌的含量就会增加。

铅的含量变化规律与上述二者显著不同，它从超基性岩到花岗岩，其量不断增长。岩石中铅的含量与铀的含量有着同步增长关系，因铀经放射性衰变可形成铅。因此各类岩石中U/Pb比值近于一致（²³⁸U/²⁰⁴Pb＜9）。这种一致性由花岗质岩石到超镁铁质岩石稍有减弱，各类岩石中铅的含量与⁴⁰K呈正相关关系（图8.5）。岩石中铅的含量亦随SiO₂的增加而升高，火成岩中的含量一般接近地壳中铅的含量，只是花岗岩稍高些。铅在岩浆作用过程中主要分散在一些含钾的造岩矿物晶格之中，一般不呈独立矿物出现（只有少数学者，如布拉尔在1970年报道，他在岩浆岩的重矿物中见到方铅矿）。

图8.5 玄武岩和安山岩的Pb与K₂O的关系

（据K.H.魏德波尔，1974）

钾长石是铅的主要载体矿物，其含铅量为（5～100）×10^－6，早期结晶的钾长石含铅量最高，在这些矿物中可以同时富集Sr^2＋及Zn^2＋。岩浆结晶作用早期含钾矿物中铅富集，主要受到铅的结晶化学性质的控制。云母中含铅量比钾长石中低，约为20×10^－6，黑云母与白云母共生时，黑云母晶格更有利于铅的进入，其他造岩矿物中铅的含量都低于含钾矿物。一些含钙的矿物也可含有少量的铅，如斜长石中铅平均为19.5×10^－6，角闪石是15×10^－6。霞石和钠沸石含铅量与斜长石相似，因结晶结构关系，橄榄石和石英中铅含量都低于l×10^－6。

总的来说，火成岩中铜、锌、铅分布的特点有显著差别，铜的亲硫性最强，它主要集中于岩浆作用早期的硫化物中，少量分散于造岩矿物之中。而铅、锌主要分散在造岩矿物中，铅追随钾，主要集中于含钾的造岩矿物。而锌追随铁，主要分布在铁镁矿物之中。从超基性岩到酸性岩，锌含量下降，而铅却上升。铜的最高含量却分布在含硫最高的基性岩中，而超基性岩、酸性岩中铜含量趋于降低。

（2）铜铅锌在岩浆中的富集规律

岩浆结晶作用中铜可以富集形成矿床，但仅限于基性岩之中，来自上地幔的基性-超基性岩浆，在早期结晶作用过程中，因温度下降，发生熔离作用。岩浆硫化物和硅酸盐成互不相溶的两个相，铜与其他亲硫元素一起进入硫化物熔体之中。据实验资料，基性—超基性岩中铜镍矿化的温度约在1200～860℃之间，这时岩浆基性程度高。硫化物晶出的温度高，含镍量也高。温度下降，则含铜量高，镍与铜成反消长关系。岩浆硫化铜镍矿床的形成，主要取决于岩浆中硫的有效浓度，而硫的有效浓度又随着岩浆中SiO₂含量的增加而下降，因而基性—超基性岩中可以有深部的熔离（伴生）或结晶分异（同生）的硫化物铜镍矿床。

硫化物和硅酸盐两相的成分，受岩浆熔融温度的控制，二者有一定对应关系。因此，超基性—基性岩的成分，特别是MgO（FeO）的含量可以作为间接的找矿标志，而镍黄铁矿、磁黄铁矿和黄铜矿的比例以及Cu/Ni比值可作为判断富铜、贫铜的标志。

当岩石成分中MgO的成分为12%～25%时，基性程度高，相当于辉橄岩-橄榄岩类，形成温度也高，约为1000～1200℃。这部分硫化物熔体的熔点高，矿石矿物主要是磁黄铁矿、镍黄铁矿，而黄铜矿少。矿石成分中Ni＞Cu，Pt＞Pd，形成富镍贫铜的矿化。

岩石成分中MgO下降至8%～12%，相当于橄榄辉长岩类，形成温度较低，约860～1000℃，该熔体的硫化物熔点也较低，是黄铜矿型（主要是黄铜矿，偶见磁黄铁矿和镍黄铁矿），矿石成分Cu＞Ni，Pd＞Pt，形成富铜贫镍的矿化。

玄武岩中铜的含量较高，海洋玄武岩更高，有时还会出现区域性含量增高的现象。富含铜的玄武岩浆冷却后，铜与硅酸盐相分离，在少硫的还原条件下，玄武岩中的铜可以富集呈巢状、豆状、块状或浸染状的自然铜。

岩浆作用中，铅、锌浓度很低，少量分散于造岩矿物之中。早期硫化物中含铅锌很少，多数以ZnCl₂和Zn（OH）₂存在，PbCl₂形成气化，转移到残余气液之中。火山喷气中含有Pb，Zn，火山升华物及硫气孔中都有铅、锌沉淀。因而岩浆作用中铅、锌不发生矿化，这与铜是不同的。

8.2.1.2 岩浆作用中稀土元素的富集

各类火成岩中稀土元素含量不等（见表8.8），分布模式也不一样，总的变化规律是：从碱性岩和花岗岩向基性、超基性岩方向，稀土总量明显下降。虽然在霞石正长岩、正长岩和花岗岩中稀土的成分有很大变化，但它们有一个共同特点，即在稀土的平均成分中轻稀土明显占优势（S_LREE/S_HREE＝4～5），在超基性岩和基性岩中则轻、重稀土比较接近（S_LREE/S_HREE＝1.0～1.2）。稀土分布的差别是由于地球演化过程中稀土的分异引起的。重稀土趋向分布在较基性的岩石中，可能是由于结晶化学因素的影响，橄榄石与辉石中Fe^2＋和Mg^2＋与Sc^2＋的类质同象置换比较广泛，Y等的性质与Sc^2＋相似，故推测基性岩和超基性岩中Y等与Fe^2＋和Mg^2＋的置换也是可能的。重稀土的离子半径与Mg^2＋和Fe^2＋的半径相差不超过30%，这与长石中K-Na，斜方辉石中Mg-Ca类质同象置换时离子半径的差别相近。

岩浆结晶的早期，稀土元素析出较少，一般不发生富集。岩浆作用过程中稀土元素的富集一般与酸性—碱性岩及超基性—碱性岩关系密切。稀土元素的矿化类型与母岩的性质有关，钇族稀土的富集与碱性岩有关；铈族、钇族在酸性—碱性侵入杂岩中比较富集；而铈族的富集则主要与霞石正长岩有关。超基性—碱性杂岩的特点仅仅是铈、镧、钕和镨的富集程度较高。因此，铈族稀土可以聚集在不同成分的岩浆岩和岩浆期后的地质体中，而钇族则主要聚集在花岗岩、碱性岩及与它们有关的岩浆期后形成的岩石中。

稀土元素的富集与火山岩关系不大，但近几年在碱性流纹岩及碱流岩中发现稀土的含量比酸性岩的平均值高得多。M.鲁勃等人在流纹岩中发现有褐帘石等稀土矿物。太平洋最新的现代火山产物及喷出岩中，稀土、铌、锆及镓的含量较高，大部分稀土、稀有元素分散于深色玻璃基质之中。硅钛铈钇矿也可呈斑晶形式产出，说明原始岩浆富含稀土等元素。岩浆作用过程中，钇族稀土有向晚期富集的趋势，即随着岩浆作用由早期向晚期发展，S_Y/S_REE呈规律性增加。因而这些比值常可作为表征岩浆作用演化的地球化学标志。

斜长石、辉石及角闪石等造岩矿物中Ca^2＋的半径与 REE^3＋的半径相近，Ca^2＋易被REE^3＋置换，故岩浆作用过程中，稀土的性状严格受Ca^2＋的控制。稀土的地球化学行为在相当程度上取决于钙在岩浆熔体中的原始浓度。

表8.8 稀土元素在不同岩浆岩中的含量特征

（据刘英俊等，1987）

花岗岩中稀土元素分布特点（REE，（La/Yb）_N及Eu）可以用来作为判断岩石成因类型的标志，也可以用作找矿指标。应当指出，上述各类花岗岩的形成机理是复杂的，一个岩体在其形成过程的各个演化阶段，稀土的组成会发生变化。一般由早期到晚期稀土分布模式曲线呈有规律的逆时针转动变化，即由富轻稀土的铕弱到中等亏损向富重稀土铕呈明显亏损的方向变化。在一个岩基或岩体的不同期或不同相带中，也会出现不同的稀土分布模式。

花岗岩中稀土元素主要呈副矿物形式出现，常见的稀土副矿物有独居石、褐帘石及磷钇矿，它们所含的稀土为岩石中稀土的主要部分。花岗岩中也有部分稀土是分散到造岩矿物中的，黑云母含稀土量最高，约1000×10^－6，其次是角闪石与斜长石等。花岗岩中稀土副产物呈浸染状产出。稀土副矿物的形成可以在岩浆的早期阶段、晚期阶段及岩浆期后阶段，但具有重要工业价值的稀土副矿物往往在岩浆晚期或期后阶段形成。有时，岩石中副矿物形成阶段较难确定，造成了花岗岩中一些稀土矿床的成因长期争论不休。

花岗岩中稀土元素能否富集成矿，除与岩石中稀土元素的浓度有关外，最关键的还是能否形成稀土的独立矿物。由于稀土元素的离子半径与Ca^2＋相近，而Ca^2＋在花岗岩中又分布很广，所以，稀土元素常以类质同象形式与矿物中的钙发生置换。因而，岩石中钙的含量对稀土元素能否发生富集起着决定性的作用。如果岩浆中富钙，则岩体中含钙的造岩矿物（如角闪石，斜长石等）就会大量出现，于是稀土元素便通过置换钙而分散到这些矿物之中。岩浆中的钙除形成造岩矿物外，还可与

结合形成磷灰石，与Ti结合形成榍石，这些含钙的副矿物中也可以分散部分稀土元素。如果稀土还有剩余，还可能与钙结合形成富钙的硅酸盐——褐帘石。在这类岩石中，稀土主要呈分散状态存在，一般不能富集成矿。另一类岩石是含钙量不足，形成斜长石后，钙已差不多消耗殆尽（因贫钙，斜长石An牌号较小，以钠长石为主），因而含钙的副矿物如榍石、磷灰石、褐帘石等极少出现，或根本没有。因此，稀土元素分散到含钙的造岩矿物或副矿物中的几率大大减少。此时只要原始岩浆中稀土元素的含量比酸性岩的平均值稍高，在条件有利时，稀土元素是可能形成独立矿物并富集成矿床的。如因岩浆中含钙量低，

不能与

结合，有可能与稀土元素结合形成稀土的独立矿物——磷酸盐。轻稀土的活动性小于重稀土，因而在多数情况下，独居石结晶析出较早，在独居石形成的后期，

才可能与Y^3＋结合形成磷钇矿。