（乾貨）鮑文反應原理與正岩漿礦床！

鮑文，加拿大地質學家、岩石學家、礦物化學家。早在20世紀20年代，鮑文(Bowen，N.L.)根據玄武岩漿冷凝結晶過程的人工實驗觀察，提出了一個表示岩漿結晶過程的反應系列，後來科學界稱之為「鮑文反應序列」，開始確立了他在岩石學上的國際地位。

一、鮑文反應

1、鮑文反應原理

「反應原理」就是隨著岩漿溫度由高到低慢慢冷凝，反應系列分兩個系列。鐵鎂硅酸鹽結晶序列（暗色礦物系列）是：橄欖石→輝石→角閃石→黑雲母→石英→沸石，其成分不是漸變，結晶格架是變化的，稱之為不連續反應系列；

而鈣鈉硅酸鹽結晶序列（即斜長石系列）是：鈣長石→培長石→拉長石→中長石→奧長石→鈉長石，其成分是漸變的固溶體系，結晶格架未變化，叫連續反應系列。

各溫度階段產生的岩石序列則是：橄欖岩→輝長岩→玄武岩系→閃長岩→安山岩系→花崗閃長岩－流紋英岩系→花崗岩－流紋岩系。

2、鮑文反應原理的應用

(1)、可以概略表示礦物的結晶順序，即橄欖石比輝石早析出，輝石又比角閃石、黑雲母早結晶，石英則是岩漿結晶的最後產物。隨著岩漿溫度的下降，早析出的高溫礦物可以與岩漿反應生成系列中低位的礦物，如常見的橄欖石反應生成的輝石，輝石反應生成的角閃石等；

(2)、說明了礦物的共生關係，也說明了岩漿的分異趨勢，即由基性向酸性演化。由於兩種反應系列存在著共結關係，當岩漿冷卻到一定溫度時，必定同時結晶出一種淺色礦物和一種暗色礦物。例如當岩漿降至1550℃時，析出橄欖石、斜方輝石和基性（鈣、培）長石而組成超基性岩。岩漿溫度降至1270℃時，單斜輝石和拉長石同時析出組成基性岩；

(3)、說明了岩漿岩和圍岩捕虜體間的關係，較基性的岩漿易於熔化酸性捕虜體，而較酸性的岩漿則不易熔化較基性的捕虜體，所以自然界中較基性的暗色捕虜體最常見；

(4)、解釋了岩漿岩多樣性的原因。同一種岩漿可以形成不同類型的岩漿岩，玄武質岩漿經過分離結晶可以逐漸形成較酸性的岩漿。

(5)、解釋了岩漿岩中某些結構上的特徵。如斜長石的正常環帶結構和暗色礦物的反應邊結構。

(6)、解釋了正岩漿礦床，詳見後。

二、岩漿結晶分異作用

結晶分異作用的原理：是鮑文反應序列。

結晶分異作用：指在岩漿冷凝過程中礦物按其結晶溫度的高低先後同岩漿發生分離的現象，從而使殘餘岩漿成分發生變化的作用。通俗地講，結晶分異作用就是一種成分的岩漿按照礦物熔點的高低可依次結晶出不同成分的礦物，並依次形成不同種類的岩石。

當岩漿緩慢冷卻時，熔點高、比重大的礦物首先晶出。其中一部分晶體因為比重大而沉入岩漿底部，或因其它原因從岩漿中分離出來，聚焦成為熔點較高的岩石。另一部分未能沉入底部或從岩漿中分離出來，則同剩餘岩漿發生反應，岩漿的成分因而發生部分變化。當岩漿繼續冷卻到適當溫度時，又有相應熔點的礦物結晶並分離出來，形成熔點較低的岩石，類似的作用多次發生，從而完成結晶分異作用。

結晶分異作用的方式：流動分異、重力分異、擴散分異、氣體搬運分異

玄武岩漿的結晶分異作用模式一般稱為鮑文反應原理，即隨著岩漿溫度的降低，橄欖石首先結晶，並由於它比重大而沉落於岩漿體底部形成橄欖岩；繼而輝石—基性斜長石同時結晶並沉落於橄欖岩「層」之上形成輝長岩；角閃石—中性斜長石同時析出構成閃長岩；而岩漿中越來越富SiO2、K2O、Na2O及揮發性組分，並慢慢地被已晶出的礦物「層」擠到岩漿體的頂部最後結晶出石英—鉀長石—酸性斜長石組合，即花崗岩。

因為在這一分異過程中在礦物晶出後因其比重不同受重力作用而分別沉落、堆積，故又稱「重力結晶分異作用」。用這種理論能夠較圓滿地解釋層狀超基性—基性侵入岩雜岩體，並建立堆積岩理論。

在有關層狀侵入體的礦床研究中，這種理論也得到了驗證，並起到了指導找礦的作用，對於層狀超基性—基性岩的成因解釋基本上得到了承認。但用玄武岩漿的分異作用解釋多數或全部岩漿岩的成因，尚有值得進一步研究的地方。

三、正岩漿礦床

1、相關概念

正岩漿礦床包括結晶分異（分凝、分結）作用形成的早期岩漿礦床，岩漿熔離作用形成的熔離礦床和殘餘熔融作用形成的晚期岩漿礦床。

岩漿礦床形成的時間，主要在岩漿階段。礦床的物質來源主要是含礦的岩漿。

在岩漿礦床中，與來自上地幔的基性—超基性岩漿有成因聯繫的礦床。

主要礦產有：鉻鐵礦，釩鈦磁鐵礦，銅鎳硫化物和鉑族金屬等。重要還有與鹼性岩漿有成因聯繫的稀土式礦床。

2、礦床特點

(1)、成礦作用往往和成岩作用同時進行，即岩漿礦床的形成過程和母岩體的冷凝結晶過程，在時間上大體相同。少數岩漿礦床的成礦作用，雖可延續到較晚的時間，但大體上不超出總的岩漿活動時期。

(2)、礦體一般產在岩漿岩母體內，且有時岩體本身就是礦體，有時礦體是岩體內成礦物質特別富集的那一部分。少數情況下，礦體可離開母岩，進入鄰近的圍岩中。

(3)、礦體與母岩成漸變過渡或迅速過渡關係。浸染狀礦體與母岩一般成漸變過渡關係；貫入式礦體則常與母岩間具有清新、明顯的界線，成迅速過渡關係。

(4)、礦石的礦物成分與母岩造岩礦物成分基本相同，在礦石中僅有用組分相對富集。

(5)、由於成礦作用是在岩漿熔融體冷凝過程中的不同階段發生的，因此，多數岩漿礦床的成太溫度均為較高，一般在1500-1700度之間。但某些硫化物岩漿礦床的形成溫度可低達650度，甚至300度。礦床形成的深度多在地下幾公里至幾十公里。

(6)、岩漿礦床在成因上與超基性岩、基性岩和部分鹼性岩有聯繫，它們的物質組分主要來源於上地幔。

3、成礦作用

鎂鐵質、超鎂鐵質岩漿活動有關的成礦元素位於元素周期表的中部，介於親氧元素和親硫元素之間，有較強的形成金屬鍵能力，可以形成多種自然金屬和金屬互化物。

(1)、結晶分異成礦作用

岩漿冷凝時，隨著溫度的逐漸下降，各種礦物依次從中晶出，導致岩漿成分不斷改變，岩漿成分的改變又促使某些組分的結晶，這種隨結晶作用岩漿成分發生改變的過程稱之為結晶分異作用。由岩漿結晶分異作用形成的礦床稱為岩漿分結礦床，如鉻鐵礦床。

(2)、岩漿熔離成礦作用

岩漿熔離作用亦稱液態分離作用或不混溶作用，是指成分均勻的岩漿熔融體隨著溫度和壓力的降低，分離成22種成分不同的熔融體的作用。

熔離作用初期，金屬硫化物呈微滴狀懸浮在硅酸鹽熔體中，隨著岩漿的進一步熔離逐漸匯合、變大，並由於其比重較大而逐漸下沉，在岩漿槽的底部形成熔融的金屬硫化物層，於是均一的岩漿熔體就分離成硅酸鹽熔體和金屬硫化物熔體兩部分。隨著溫度繼續下降，兩種熔體先後結晶。金屬硫化物的結晶溫度較低，它們在硅酸鹽完全結晶後，形成了岩漿熔離礦床，如銅鎳硫礦床。

(3)、岩漿爆發成礦作用

岩漿爆發成礦作用是指金伯利岩岩漿，連同早期晶出的橄欖石、鎂鋁榴石、金剛石晶體及捕虜體一起，迅速地沿深斷裂上升，侵位於地表22～～33公里處產生爆發並形成礦床的作用。多數原生金剛石礦床就是通過這種作用形成的。

金伯利岩岩漿在地下深處首先開始晶出橄欖石和少量鎂鋁榴石和金剛石等，沿深斷裂向上遷移時，若和碳質圍岩發生混染，還可使金剛石晶體生長。

岩漿上升至近地表22～～33km處時，由於溫度下降和揮發組份的大量析出而使內壓增大，當上覆圍岩無力阻擋岩漿上沖時，岩漿便發生猛烈爆發作用。此時，岩漿和揮發性組份攜帶已結晶的金剛石、橄欖石和圍岩捕虜體等形成爆破岩筒。金剛石礦床就是通過多次爆發作用使金剛石被攜帶和富集於爆破岩筒或裂隙的某一部位中形成的。

4、岩漿岩條件

岩漿岩成礦專屬性：岩漿岩與內生礦床間在成因上表現出規律的聯繫，一定類型的岩漿岩經常產生有一定類型的礦床。

(1)、與鎂鐵質侵入岩有關

Ⅰ.超鎂鐵質岩體：由純橄欖岩、斜方輝橄岩、單斜輝橄岩和輝岩等組成。鉻鐵礦礦床多與此類岩體有關。

Ⅱ.超鎂鐵質--鎂鐵質雜岩體：這類雜岩體常成岩盤、岩床或似層狀岩體產出。著名的南非（阿扎尼亞）布希維爾德鎂鐵質--超鎂鐵質雜岩便具有這些特徵

Ⅲ.鎂鐵質岩體：有輝長岩--蘇長岩、輝長岩--斜長岩和單獨的斜長岩侵入體三類組合，前者與銅鎳礦床有關，後兩種組合主要形成釩鈦磁鐵礦礦床。在一定程度上，此種專屬性以成礦岩體岩石的Mgo含量和鎂鐵比值（F/MF/M）表現極為清晰。

(2)、與鹼性雜岩體有關

正長岩、霞石正長岩和碳酸岩雜岩體有關。

(3)、岩漿中揮發性組分作用

岩漿中揮發性組分的種類和數量對岩漿的結晶分異及成礦組分的運移、富集也有一定影響，因而也稱為礦化劑。

在岩漿分異的早期，揮發性組分的作用不顯著，但隨著岩漿冷卻結晶，礦化劑在岩漿中的含量相對增加，其作用也逐漸重要起來。

(4)、岩漿同化作用的影響

岩漿在其形成和向上運移過程中，往往會熔化或溶解一些外來物質（如圍岩碎塊），從而使岩漿成分發生改變的作用，即同化作用。

在岩漿侵位過程中，對圍岩的同化作用在一定程度上影響岩漿的成分，也影響著其中的成礦組分的分異和聚集能力。

一般認為，在地殼活動強烈地區，岩漿與被同化圍岩成分差別越大、侵入體的規模越大、侵位越深、成分越酸性、揮發分越多以及圍岩破碎程度越高時，同化作用愈強烈而完全。

(5)、多期次侵入作用的控制

大量的資料表明，含礦岩體往往具有如下特徵：

Ⅰ.從區域上看，它們常常是同一構造運動形成的岩漿岩帶中的較晚期產物

Ⅱ.從一個礦區看，礦化主要與複式岩體的晚期岩相關係密切，複式岩體和岩漿多次侵入對成礦作用的控制在鉻鐵礦礦床、銅鎳硫化物礦床和釩鈦磁鐵礦礦床中都有明顯的表現，其對形成規模大、質量好的礦床具有很大的意義。

5、大地構造條件

地殼中不同構造單元的結合帶以及同一構造單元中次級構造單元的交接處，常常是深大斷裂的所在部位，它們常控制著鎂鐵質、超鎂鐵質岩漿岩及其中的岩漿礦床的空間分布。

四、礦床實例

1、釩鈦磁鐵礦術

(1)、概況：攀枝花式釩鈦磁鐵礦床，系產於康滇前震旦系基底之上的海西期岩漿熔離與結晶分異型釩鈦磁鐵礦床，最新勘探工作表明：此釩鈦磁鐵礦帶向東已越過普雄河-普渡河深大斷裂帶的會理-會東地區。

(2)、礦體特徵：攀枝花含礦輝長岩體（務本-攀枝花岩盆狀岩體的東南部分），出露面積約30km2，走向北東30°，傾向北西，傾角50-60°，長35km，寬2km，厚達2000m，與上震旦統燈影組白雲岩呈侵入整合接觸，與上三疊統紅層與含煤岩系呈斷層接觸。輝長岩體呈層狀構造，岩漿分異完全，淺色岩石與暗色岩石交替成原生層狀構造，其產狀與岩體及圍岩產狀一致。

(3)、礦床成因：攀枝花式釩鈦磁鐵礦系基性岩漿熔離與結晶分異作用形成的。因成岩成礦後受構造作用的影響，可表現出動力變質改造特徵。

2、銅鎳硫礦床

金川銅鎳礦床岩體有明顯的膨縮和分支現象，凹槽部分有一定的控礦作用。岩體屬橄欖岩雜岩體，具有對稱分異特徵，岩相沿走向呈帶狀分布，橫剖面呈同心帶狀。岩體普遍遭受蛇紋石化、綠泥石化、透閃石化，局部有碳酸鹽化。岩體Mg/Fe=2.7～5.9，屬鐵質超基性岩。

工業礦體約數百個，按成礦作用分為熔離礦體、深部熔離貫入礦體及圍岩中的接觸交代型礦體。礦體多呈似層狀、透鏡狀、脈狀和筒狀等。礦石中金屬硫化物以磁黃鐵礦、鎳黃鐵礦、黃鐵礦、紫硫鎳鐵礦、黃銅礦為主，次為方黃銅礦、四方硫鐵礦、墨銅礦（valleriite，Cu2Fe4S7）、白鐵礦和針鎳礦等。

礦石構造有浸染狀、緻密塊狀和網脈狀。結構以海綿隕鐵狀為主。含鎳0.55%～5.29%、平均1.07%，銅0.33%～1.32%、平均0.67%。伴生有益組分有鉑、鈀、鋨、銥、釕、銠、鈷、硒、碲、金、銀和硫等。已探明鎳金屬儲量和資源量500多萬噸，銅300多萬噸。礦床成因為熔離、深部熔離—貫入作用及接觸交代作用等。

金川岩體縱剖面示意圖（據解廣轟等1998）

A.金川岩體縱剖面示意圖; B. 24號礦體24線縱剖面圖; C. 1號礦體14線縱剖面圖D. 2號礦體34線縱剖面圖; E.2號礦體56線縱剖面圖. 1—第四系；2—變質岩系；3—橄欖輝石岩；4—斜長二輝橄欖岩；5—二輝橄欖岩；6—純橄欖岩；7—浸染狀礦石；8—海綿隕鐵狀礦石；9—地質界線；10—岩相界線；11—斷層及編號；12—礦體編號

來源：劉先生的地質的博客

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