花岗岩熔体中钛铁矿的溶解度和微量元素分配实验研究:了解花岗岩和金属矿床形成机制的新工具
批准号:
42073058
项目类别:
面上项目
资助金额:
61.0 万元
负责人:
Aleksandr Stepanov
依托单位:
学科分类:
实验和计算地球化学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
Aleksandr Stepanov
中文摘要
钛铁矿是火成岩和变质岩中常见的副矿物, 具有复杂的化学组成,含较多微量元素(Mn,Cr,Mg,W,Sn,Mo,Zn,Nb,Ta,U,V)。钛铁矿的结晶会影响花岗岩中微量元素的行为及其形成稀有金属矿床的能力, 但至今我们仍缺乏关于钛铁矿在熔体中的溶解度,组成和微量元素分配系数等的可靠数据,尤其是对于花岗岩熔体。为此,本项目旨在通过开展一系列与花岗岩岩浆形成和结晶有关条件下钛铁矿的溶解和合成实验,对痕量元素分配至钛铁矿及其在花岗岩体系中的溶解度进行全面的实验研究。由于钛铁矿包含多种对氧逸度敏感的元素,因此实验的氧化还原条件将通过缓冲液组合进行控制,并使用钛铁矿的独特特性作为”氧压计” 来估算。本项目将通过现代分析技术(例如电子探针和LA-ICP-MS)分析实验合成产物,并将其用于建立钛铁矿的溶解度和微量元素分配模型。研究结果将增进我们对地壳岩浆分异作用和对经济至关重要的多种类型矿床形成的理解。
英文摘要
Ilmenite is one of the most common accessory minerals in wide range of igneous and metamorphic rocks. It has complex composition with dominant solid solutions between ilmenite (FeTiO3) and hematite (Fe2O3) and contains many trace elements including Mn, Cr, Mg, W, Sn, Mo, Zn, Nb, Ta, U, V and others. Deposits of ilmenite are important sources of Fe, Ti, V and Cr in China and worldwide. Crystallisation of ilmenite affects behaviour of trace elements in granitic rocks and their ability to form rare metal deposits. Despite the importance of ilmenite, reliable data on its solubility in melts, composition and trace element partitioning into ilmenite are absent, especially for granitic liquids. This project aims to conduct a comprehensive experimental study of trace element partitioning into ilmenite and its solubility in granitic systems by conducting ilmenite dissolution and synthesis experiments over range of conditions relevant for formation and crystallisation of granitic magmas. As ilmenite contains several elements sensitive to oxygen fugacity, the redox conditions of the experiments will be controlled by buffer assemblages and estimated using unique properties of ilmenite as oxybarometer. The experimental charges will be analysed by modern analytical techniques such as microprobe and LA-ICP-MS and used for development of models for solubility and partitioning of ilmenite. The results of the study will advance our understanding of crustal fractionation and formation of multiple ore deposit types crucial for economy.
该项目旨在增进对地壳条件下岩浆生成与结晶的地球化学理解。研究工作主要从以下方面展开:钛铁矿溶解度实验、长英质熔体中矿物结晶与元素分配实验以及对变质岩地球化学观测结果的综合分析。.为了研究钛铁矿在花岗岩熔体中的溶解度,我们在压力为0.1~1 GPa、温度为800~1000 °C的条件下,对不同成分的长英质硅酸盐熔体(ASI为0.7~1.3)进行了22次实验。通过这些实验我们发现钛铁矿形成了几种不同的结构:均质结构、具有流体包裹体的海绵状结构以及具有金红石出溶的片状结构。与钛铁矿相邻的熔体成分可作为钛铁矿溶解度的替代指标。我们的数据表明,ASI的降低、温度的升高以及氧逸度的增加均有利于钛铁矿的溶解,而压力和熔体中的水含量对钛铁矿的溶解影响较小。.在1 GPa和800~1000 °C的条件下,我们模拟了花岗岩混合物并掺入铁、钛和微量元素(其比例接近钛铁矿的成分),在活塞圆筒装置中进行了钛铁矿结晶的实验。实验以四种不同的起始成分进行,采用MgO(氧化镁)还是BN(氮化硼)组合来控制氧逸度条件。我们成功进行了14次实验,其中有5次在氮化硼组合中生成了钛铁矿,其TiO2含量为44.8~51.1 wt%,FeOt含量为36.7~46.3 wt%。在氧化镁组合中的9次实验生成了富含Fe3+的钛铁矿变种,其FeOt含量为65.5~79.9 wt%。.对变质岩地球化学观测结果的综合研究表明,在亚固相条件下,钛铁矿所含的铁、钛、铌、钽及其他元素通常处于稳定状态,不会随变质流体迁移。而钨是例外,它可能在含钛矿物的重结晶过程中释放出来,并富集于流体中。随着深熔作用的开始,钛铁矿与金红石一起成为残余岩中钛、铌、钽、钨和其他一些元素的主要载体。在一般的地壳熔融过程中,钛铁矿所含元素通常具有相容性,但铌和钽可能会发生显著的分异。我们将该项目的这些及其他成果在国际期刊上发表出四篇文章。
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