Mecanismo de enriquecimiento de minerales formadores de minerales.
En general, se cree que los depósitos magmáticos de elementos del grupo cobre-níquel-platino se forman principalmente debido a la segregación de sulfuro fundido inmiscible del magma original de silicato, y el efecto de esta segregación es la ocurrencia de la completa resultado de la mezcla de magma, enfriamiento rápido, diferenciación, contaminación, etc. Hay muchos factores que conducen al enriquecimiento de metales del grupo del platino en sulfuros, tales como: la concentración de elementos metálicos del grupo del platino (y otros) en el magma principal de silicato, la concentración de elementos del grupo del platino en la masa fundida de sulfuro/silicato. coeficiente (valor D) entre ellos, y el factor R durante la precipitación de sulfuro (utilizado para caracterizar el número de gotas de sulfuro separadas a través de la masa fundida de silicato). La separación entre diferentes metales ocurre a través de una variedad de procesos, tales como: fusión parcial en la región fuente del manto superior, cristalización de óxidos, minerales y silicatos del grupo del platino (principalmente olivino, seguido por ortopiroxeno), sulfuro. La separación del material fundido y la Proceso de cristalización de la masa fundida de sulfuro precipitado. La cristalización de sulfuros fundidos puede conducir a la acumulación de soluciones sólidas de monosulfuros (mss) ricas en minerales de Os, Ir, Ru, Fe y (Ni), y también puede provocar la formación de sulfuros aislados ricos en Cu, Pt y Pd. Cuerpos minerales rayados
W·D·Meier et al. Exploración de depósitos magmáticos de elementos del grupo níquel-cobre: nuevos desarrollos en métodos geoquímicos y su aplicación en ciertos depósitos en el sur de África. Tendencias, 1999 (11): 11～13.
1. Mecanismo de enriquecimiento de elementos del grupo del platino en complejos estratificados
Complejos estratificados típicos, como Bushveld en Sudáfrica y Stillaway en Estados Unidos. Es sin duda la principal fuente de grupo del platino. elementos en la actualidad, y es indudablemente de origen magmático (en un sentido amplio). Sin embargo, el mecanismo de enriquecimiento específico de los elementos del grupo del platino en el proceso del magma aún no está claro, por lo que se han propuesto varios modelos de mineralización (Vermaak, 1976; Naldrett). et al., 1987), el foco del debate es si el enriquecimiento de elementos del grupo del platino ocurrió simultáneamente con la acumulación de rocas magmáticas, o si fue producido por la migración y precipitación de fluidos magmáticos tardíos o hidrotermales, es decir, apilados al mismo tiempo. ¿Tiempo o llenar más tarde? ¿Es el resultado de un solo magma o el producto de una mezcla de múltiples magmas?
1) Mezcla de magma: Hay mucha evidencia de que los complejos Bushveld y Stillwater pueden ser producto de la mezcla de magma, incluyendo al menos dos o más intrusiones de tipos de magma químicamente distintos (Sharp, 1981; Todd et al., 1983). Irvine et al. (1983) denominaron a estos dos magmas tipo "U" y tipo "A". Porque respectivamente dan como resultado rocas cristalinas dominadas por minerales máficos y dominadas por plagioclasa. Tanto la Formación Melinski como la Formación J-M ocurren en o cerca de la capa de lecho, marcando la transición entre acumulados derivados de magmas muy diferentes (Todd et al., 1983; Sharpe, 1985). Con este fin, Campbell et al. (1983) y Naldrett et al. (1987) propusieron el modelo de pluma turbulenta, es decir, la penetración pulsante de magma original flotante en una cámara de magma estratificada por densidad para su mineralización. Cuando el cuerpo de la columna de magma asciende, presenta convección turbulenta, conduce y se mezcla con el cuerpo de la columna de magma principal y asciende hasta alcanzar su propia capa de densidad, donde se propaga en capas; La mezcla y el enfriamiento correspondiente dan como resultado la saturación de sulfuro. La convección turbulenta asegura que el sulfuro fundido descompuesto permanezca suspendido y mezclado con grandes volúmenes de magma, maximizando así los grados de los elementos del grupo del platino. Finalmente, la capa mixta se enfría donde la convección turbulenta se debilita, lo que permite que los cristales suspendidos y las gotas de sulfuro se asienten o sean transportados al fondo de la cámara de magma mediante la inversión de la convección.
2) Efecto filtro prensa: El modelo de mineralización de filtro prensa fue propuesto originalmente por Vermaak (1976) y apoyado por von Gruenewaldt (1979). Creían que la capa de mineral de Melinsky estaba compuesta por acumulación consolidada desde el subyacente. Formada por fluido intercristalino expulsado de rocas que han quedado atrapadas debajo de una capa relativamente impermeable de anortosita. El líquido intercristalino puede enriquecer elementos incompatibles, incluidos elementos del grupo del platino, azufre y volátiles mediante fraccionamiento y cristalización después de la acumulación. Cuando la masa fundida intergranular cristaliza al 50%, las concentraciones de Pt y Pd aumentarán exponencialmente. Gain (1985) modificó el modo de filtro prensa basándose en la cromitita UG-2, y Sooates et al (1986) basándose en las características de enriquecimiento de elementos del grupo del platino en la cromitita en la parte inferior del lecho del río Bird.
Según el modelo de Gain, los sulfuros magmáticos se acumularon inicialmente junto con la cromita del magma huésped, pero los sulfuros se enriquecieron aún más en elementos del grupo del platino a través del efecto de equilibrio de los líquidos intergranulares que migraban hacia arriba. Sin embargo, Naldrett et al. (1987) creían que este mecanismo no es adecuado para la capa mineral de Melinsky, porque los elementos del grupo del platino se dispersarán cuando el líquido intergranular que se mueve hacia arriba pasa a través de la capa mineral falsa que contiene azufre y UG-2. .
3) Precipitación de fluidos hidrotermales magmáticos: Jackson (1961) propuso que las manchas de pegmatita debajo de la capa de cromitita en el Complejo Stillwater son causadas por una acumulación de cromita relativamente impermeable. Se forma "atrapando" el fluido hidrotermal. debajo de la roca. Lauder (1970) amplió este punto de vista para explicar las facies de pegmatita de Melinsky lateralmente continuas, y propuso además que los elementos del grupo del platino fueron transportados a través de la secuencia de rocas de acumulación por el fluido hidrotermal ascendente, y cuando ascendieron se encontraron con las rocas difíciles de penetrar. La piroxenita se acumula en el techo de roca, queda atrapada y se introduce en la capa de mineral. Estudios posteriores demostraron que había minerales hidratados ricos en cloro en los depósitos de Melinsky y J-M, inclusiones líquidas en el cuarzo y feldespato acumulados, y alguna otra evidencia que indicaba que los fluidos acuosos estaban involucrados en la mineralización (Ballhaus y Stumpfl, 1986; Stmpfl y Ballhaus, 1986; Johan y Watkinson, 1985; Boudreau et al., 1985; Un depósito hidrotermal magmático típico con mineralización estratigráfica es el Picketpin del Complejo Stillwater (Boudreau et al., 1986). La evidencia adicional que respalda este modelo incluye la presencia de contactos de discordancia, zonas tubulares de mineralización de sulfuros en la pared inferior, conjuntos de sulfuros, arseniuros y antimonuros que contienen PGE con cuarzo y apatita, y mineralización enriquecida de elementos incompatibles en capas, etc. Boudreau y McCallum (1986) también demostraron mediante cálculos de simulación que el fluido es rico en SiO2, álcali, HCl y HF.
4) Acumulación masiva de sulfuros en los bordes: Los depósitos de elementos del grupo del platino y sulfuros de cobre-níquel de importancia industrial se acumulan principalmente en forma de sulfuros diseminados de masivos a densos en el piso de la intrusión o cerca de él. pared circundante o en la base del flujo de lava Komatite. Duke y Naldrett (1983) propusieron dos mecanismos para la acumulación de bloques: uno es que si el magma se satura con sulfuro antes o durante el emplazamiento, entonces pueden caber gotas de sulfuro a medida que el magma fluye. Se descompone mecánicamente a partir de cristales de silicato y se acumula en las depresiones del chasis. u otras depresiones estructurales. Alternativamente, si el magma está saturado con sulfuro pero no con minerales de silicato, el sulfuro masivo puede acumularse muy rápidamente. La forma más directa de lograr esta situación es obtener directamente S del magma mediante la asimilación de la roca circundante. Otros métodos deseables son mover los componentes del magma hacia el campo de fase de sulfuro original mezclándolos con una pequeña cantidad de magma original o contaminando con material félsico. Esto es posible bajo ciertas circunstancias (Irvine, 1975, 1977). Por ejemplo, las rocas del Complejo Ígneo de Sudbury son inusualmente ricas en cuarzo, y los datos de isótopos, elementos principales y oligoelementos indican que el magma asimiló aproximadamente el 50% del material de la corteza (Naldrett et al., 1986). En general, se acepta que el emplazamiento del complejo es posterior al impacto meteórico o vulcanismo explosivo observado en Sudbury que resultó en la formación del complejo de brechas. Los isótopos de S y las proporciones Se/S en los minerales de Sudbury generalmente indican el origen del manto, pero hay evidencia de componentes de S derivados de la corteza en algunos depósitos (p. ej., Strathcona). Los sulfuros de Sudbury están estrechamente asociados con xenolitos de rocas ultramáficas y máficas acumuladas que cristalizaron dentro de la corteza (Scribbins et al., 1984). Los datos magnéticos y de gravedad de Gupta et al. (1984) indican que existen bloques máficos ultramáficos a una profundidad de 5 a 8 km debajo del complejo, que pueden ser la fuente de xenolitos. Los sulfuros que se fraccionaron en cámaras de magma profundas pueden haberse emplazado posteriormente junto con xenolitos.
El modelo genético del yacimiento de Norilsk, en Rusia, incluye también la contaminación de rocas de la corteza terrestre. Generalmente se cree que el S del mineral procede de la asimilación de evaporitas del Devónico. Por ejemplo, la proporción promedio δ34S4 de azufre en el depósito de Oktyabrsk alcanza el 12,0‰, los depósitos de Talnakh y Noril’sk I es el 8,1‰ y el valor promedio de anhidrita del Devónico Medio es el 15,2‰ (Gorbachev y Grinenko, 1973).
Vinogradov y Grinenko (1966) estimaron que entre el 30% y el 50% del S en la intrusión de Norilsk fue asimilado de anhidrita sedimentaria, en relación con el 1,5% de la masa total de la intrusión. Hay mucha evidencia de que las leyes más altas de Pt y Pd en algunos depósitos marginales de sulfuros masivos están relacionadas con la descomposición de sulfuros ricos en Cu. Como la fina capa rica en Cu en la pared inferior de Sudbury, la harzburgita en Norilsk-Talnakh y la parte rica en Cu del borde de sulfuro de la intrusión Muskox.
El ejemplo más importante de acumulación de sulfuro en el borde donde los elementos del grupo del platino dominan el Ni y el Cu es el depósito Platreef del Complejo Bushveld. Existe consenso en que la generación de sulfuros magmáticos en la mina Platreef se debe a la contaminación del magma y los materiales rocosos circundantes. Pero aún queda por estudiar la naturaleza exacta del efecto de la contaminación. El fenómeno de los sulfuros magmáticos asociados con xenolitos en rocas metasedimentarias dominadas por dolomita en la mina Platreef llevó a Liebenburg (1970) a creer que cuando el magma asimila S en los sedimentos de la pared inferior, el magma se satura con S. De Waal (1977) también atribuyó la descomposición de los sulfuros a reacciones con sedimentos, pero creía que esto se debía a la adición de H2O y CO2 al magma más que a la asimilación de S. Buchanan et al. (1981) encontraron que el valor de δ34S de los sulfuros de Platreef variaba de 6,3‰ a 9,2‰, lo que era obviamente diferente del rango de 0,6‰ a 3,5‰ característico de los sulfuros de Bushveld con sulfuros “magmáticos originales” (Liebenburg, 1968). ). Por lo tanto, se puede inferir que S se agregó al magma mediante la reacción del magma y los xenolitos de dolomita. De manera similar, Gain y Mostert (1982) también concluyeron que la desintegración de xenolitos libera H2O, CO2 y S. Estos componentes aumentan simultáneamente la solubilidad del sulfuro y aumentan el contenido de S en el magma. Sin embargo, Hulbert analizó un lote más grande de muestras de sulfuro de Platreef y descubrió que el valor promedio de δ34S era solo 2,7‰, entrando en el rango de azufre magmático. Cawthorn et al. (1985) presentaron datos de isótopos de Sr y elementos traza, que mostraron que el magma de Platreef estaba fuertemente contaminado por materiales que contenían Si, lo que parecía descartar la importancia de la asimilación de sedimentos. Creyeron que la contaminación procedía de la asimilación parcial. fusión del granito adyacente.
2. El mecanismo de enriquecimiento de PGE en las rocas de Komati: la segregación y cristalización de sulfuros en la lava.
En términos generales, la producción de lava basáltica moderna tiene valor económico. El potencial de los depósitos de sulfuros. no es tan bueno como el de las intrusiones. Esto se debe principalmente a que la lava se enfría demasiado rápido, lo que dificulta la segregación de sulfuros. Por el contrario, en muchas lavas ultrabásicas arcaicas (como las komatiitas dentro del cinturón de piedra verde) a menudo se producen depósitos masivos de sulfuro de níquel. Esto se debe principalmente a la temperatura más alta de esas lavas (la temperatura de erupción alcanza los 1650 °C) y, por lo tanto, a la menor viscosidad, lo que permite la acumulación de posibles sulfuros fundidos y mejora la capacidad de la lava para asimilar las rocas circundantes que contienen S.
Los minerales de sulfuro producidos en las rocas komati son particularmente ricos en Ni, porque el magma ultrabásico corresponde a un grado relativamente alto de fusión parcial del manto. A medida que aumenta el grado de fusión parcial, la proporción relativa de olivino en la masa fundida también aumenta porque el olivino es la fase refractaria más abundante en el manto superior. El olivino es también el principal portador de Ni en las rocas ígneas y puede alojar hasta un 0,5% de Ni en su estructura. Por otro lado, debido a la fuerte afinidad del Ni por el olivino, sólo el 5% del olivino en el magma basáltico se puede separar y cristalizar para reducir el contenido de Ni en aproximadamente un 50%. Por lo tanto, la gente generalmente no puede observar sulfuros ricos en Ni asociados con rocas ígneas diferenciadas.
Si el flujo de lava de komatiita ha experimentado segregación de sulfuros también se puede determinar mediante el método Cu/Pd. En este sentido, el Grupo Chucotat del Cinturón Plegado del Cabo Smith en Canadá puede servir como ejemplo. El grupo está formado por flujos de lava de basalto lítico de Komati, intercalados con componentes basálticos de dorsales oceánicas altamente diferenciados de piroxeno y basalto de pórfido de plagioclasa. Los sulfuros ricos en Ni-Cu se encuentran en la base de los flujos de lava más bajos. Los contenidos de Cu y Ni casi no presentan cambios sistemáticos en toda la secuencia, por lo que tienen poco valor de exploración. La situación en el Complejo Bushveld es similar. Por el contrario, la relación Cu/Pd de las rocas que recubren la capa de sulfuro es significativamente mayor que el valor del manto, lo que indica que puede haber ocurrido segregación de sulfuro. También indica que al menos el flujo de lava inferior proviene del mismo tiempo. cámara.
Desde la perspectiva del sur de África, la relación Cu/Pd ha demostrado ser útil para determinar si ciertas secciones de la secuencia de basalto de desbordamiento de Karoo experimentaron segregación de sulfuro, lo que ayudó a identificar la recarga de magma que produjo cuerpos ricos en sulfuro o canal de migración para lograr el propósito. de optimización del área objetivo.
3. Mecanismo de enriquecimiento de PGE en ofiolita: cristalización, fraccionamiento y fusión parcial
M. Complejo Economo-Eliopolos La importancia de la distribución de elementos del grupo del platino en minerales de cromita del macizo rocoso. a la exploración de cromita. Foreign Geological Science and Technology, 1997 (7): 47～55
La PGE en ofiolitas tiene diferentes características debido al mecanismo de mineralización de diferentes fuentes. La PGE enriquecida original puede estar relacionada principalmente con la diferenciación de la cristalización del magma, mientras que la PGE aportada por fluidos de temperatura media y baja en el período posterior está relacionada con procesos hidrotermales. Además de las características petrológicas y geoquímicas de otro tipo, los contenidos de PGE, Ni y Cu, los patrones de elementos del grupo del platino y las relaciones Pd/Ir y Ni/Cu pueden proporcionar información valiosa sobre el origen y la exploración de la cromita.
De manera similar a la situación en las intrusiones estratificadas, el mayor enriquecimiento de Pt-Pd en la opiolita se produce en la dunita que contiene sulfuros y la cromitita asociada. Al igual que las cromitas en la zona ultramáfica (LG-6) debajo del Complejo Bushveld, estas cromitas pueden haberse formado como resultado de la mezcla del magma original con magma residual antes de alcanzar la saturación de sulfuro y, por lo tanto, no son ricas en Pt y Pd. en contraste con las vetas que contienen sulfuros (Merensky) o los horizontes de cromitita ricos en PGE (UG-2). Las muestras de cromitita del complejo de ofiolita de Pindus tienen un alto enriquecimiento de Pt-Pd (5 g/t), una alta relación Pd/Ir (14) y un patrón de PGE de pendiente positiva, pero son muy pobres en sulfuros y no existe correlación entre Ni, Cu. , S y PGE, lo que indica que los sulfuros de metales básicos no desempeñan un papel importante en la mineralización de los elementos del grupo del platino.
Geoquímicamente, Os, Ir, Ru y Ni son compatibles con las fases cristalinas más tempranas y tienden a enriquecerse en rocas que contienen olivino y cromita. Por otro lado, Cu, Pt y Pd son elementos incompatibles, por lo que la relación Pd/Ir y la relación Ni/Cu pueden considerarse como evidencia de fraccionamiento del magma. El rango de contenido de Ni en el mineral de cromita es (2200~750)×10-6, Cu es (25~177)×10-6, Co es (110~750)×10-6 y S es (20~80). ×10-6. No existe correlación significativa entre Ni, Cu, Co, S y PGE. Sin embargo, parece posible que las muestras de cromita con relaciones Pd/Ir más altas de las ofiolitas de Pindos y Skyros muestren relaciones Ni/Cu más bajas, que van de 9 a 23. De manera similar, las cromititas ricas en PGE del complejo Pindos y la isla Skyros también tienen altas proporciones PGE/S, lo que puede reflejar factores R altos (magma de silicato/líquido de sulfuro). El contenido de PGE y el patrón de PGE dependen del tiempo de saturación de la cromita y el sulfuro, con pendientes negativas causadas por la cromita (como trampa principal para la rutenita y aleaciones de Os, Ir y Ru) y pendientes positivas causadas por el sulfuro (asociado con Pt y Pd). En cromita y olivino, Ir, Os, Ru y Ni son compatibles, mientras que Pd, Pt y Cu son incompatibles y Rh es a veces compatible y a veces incompatible.
Algunos cuerpos ofiolíticos, como los cuerpos ofiolíticos de Osiris y Burinos (excepto la parte media), sus elementos principales, contenido de PGE, Ni, Cu y Pd/Ir y Ni/ La relación Cu es claramente uniforme. Otros complejos, como el Complejo Pindus, tienen contenidos desiguales de PGE, Ni y Cu y rangos de relación de Pd/Ir (0,02-150) y Ni/Cu (9-67).
El Complejo Pindus, la parte media del Complejo Burinos (Thesavos), Evia y Skyros, así como el Macizo Cybermasedorn y Ródope. El bloque tiene las siguientes características únicas: ① Contiene cromita con alto contenido de Cr y Al. en proporciones similares; ② Bajas reservas potenciales de cromita; ③ Hay un tipo de composición de cromita similar a la de PGE, Ni y las tendencias de fraccionamiento que se muestran por el contenido de Cu y las relaciones Pd/Ir y/o Ni/Cu.
Por el contrario, Grecia (Burinos 10 millones de toneladas, Osiris 3 millones de toneladas), Chipre (Trudos 6 millones de toneladas), Albania (Brqize 40 millones de toneladas) y Zambales (Ako) en Filipinas. Los grandes depósitos de cromita en el bloque de falla Jie ( 4 millones de toneladas) y Kazajstán (fundición tipo Kempirsey, 90 millones de toneladas, que contiene un promedio de 56% de Cr2O3) se caracterizan por cambios en la composición química de los minerales (ya sean elementos principales o elementos amigables con el Cu). No es grande y contiene solo un tipo de cromita (de fundición o refractaria), mientras que otros tipos representan sólo una pequeña porción. Aunque las cromititas ricas en PGE se encuentran tanto en complejos de ofiolita pobres en cromita como en complejos de ofiolita ricos en cromita, las primeras se encuentran en muchas ocurrencias de cromita. La roca huésped dunita muestra una buena tendencia de fraccionamiento, mientras que en las últimas muestras ricas en PGE ocurren solo ocasionalmente. y generalmente están asociados con dunitas que contienen sulfuro inmediatamente adyacentes al Moho litológico.