DOI: https://doi.org/10.1130/g51887.1
تاريخ النشر: 2024-03-01
المؤلف: Xinyue Xu وآخرون
الموضوع الرئيسي: التحليل الجيولوجي والجيوكيميائي
نظرة عامة
أصول رواسب المغنتيت-أباتيت كانت موضوع نقاش، خاصة فيما يتعلق بأنواع السوائل المشاركة في تشكيلها. توفر هذه الدراسة أدلة من 20 رواسب مغنتيت-أباتيت موزعة عالميًا، تمتد عبر بيئات تكتونية وأعمار مختلفة من العصر ما قبل الكمبري إلى العصر الرباعي، مما يبرز الدور الهام للأملاح المنصهرة في نشأتها.
يكشف التحليل أن الشوائب المائية الفقيرة الموجودة في المعادن في مرحلة الخام تتكون بشكل أساسي من مكونات الكبريتات، والكلوريد، والكربونات، مع كميات متغيرة من السيليكات الكلسية، والفوسفات، وأكاسيد الحديد ± التيتانيوم. تعيد هذه الشوائب الانصهار عند درجات حرارة تتراوح من 285 درجة مئوية إلى 1100 درجة مئوية، مما يشير إلى أن السوائل المرتبطة بهذه الرواسب تختلف بشكل ملحوظ عن تلك المتوقعة عادة في السياقات الجيولوجية. إن الوجود المستمر للأملاح المنصهرة عبر جميع الرواسب التي تم فحصها يبرز دورها الحاسم والواسع في تشكيل صخور المغنتيت-أباتيت.
مقدمة
تناقش مقدمة ورقة البحث أهمية وأصول صخور المغنتيت-أباتيت من نوع كيرونا، والتي تعتبر مصادر حيوية للحديد، والفوسفور، وعناصر الأرض النادرة (REEs)، وغيرها من المواد الحيوية. يتم مناقشة نشأة هذه الصخور، حيث تقترح بعض النماذج عمليات مائية حرارية، بينما تقترح أخرى أصول بركانية أو عمليات هجينة. المركز في هذا النقاش هو طبيعة السوائل المشاركة في تشكيلها. قام المؤلفون بإجراء مسح شامل للشوائب السائلة والمنصهرة من 20 رواسب عالمية، مما يكشف أن تشكيل هذه الصخور يتضمن باستمرار أملاح منصهرة تتكون من مكونات الكبريتات، والكلوريد، والكربونات، والتي تختلف بشكل كبير عن السوائل المقترحة سابقًا.
تسلط الدراسة الضوء على أن انصهار الحجر الجيري والملح من المحتمل أن يحدث عندما تتداخل الماجما الساخنة مع هذه الصخور، حيث تكون درجات حرارة الانصهار للأنظمة متعددة المكونات أقل بكثير من تلك الخاصة بالأملاح الفردية. يرسم المؤلفون أوجه تشابه بين العمليات في رواسب المغنتيت-أباتيت والصهر الصناعي، حيث تسهل الأملاح المنصهرة المماثلة فصل المعادن عن الشوائب. تشير هذه الأبحاث إلى أن استيعاب أملاح الكبريتات، والكلوريد، والكربونات في رواسب المغنتيت-أباتيت يلعب دورًا حاسمًا في الفصل غير القابل للامتزاج للسوائل الغنية بالحديد وإزالة الشوائب السيليكاتية بشكل انتقائي، مما يعزز تركيز الحديد، والفوسفات، وREEs. تؤكد النتائج على أهمية الأملاح المنصهرة في كل من تشكيل وتنقية هذه الخامات، مع آثار لفهم نشأتها وتطبيقاتها الصناعية المحتملة.
نقاش
تسلط قسم النقاش في ورقة البحث الضوء على انتشار وأهمية الشوائب المائية متعددة البلورات في رواسب المغنتيت-أباتيت. هذه الشوائب مليئة بشكل أساسي ببلورات متعددة المعادن وفقاعات بخار مشوهة، مع وجود سائل مائي نادر. يتنوع التركيب المعدني للشوائب بين الرواسب ولكنه يبقى متسقًا داخل كل منها، مما يشير إلى عدم وجود تعديل بعد الاحتجاز. من الجدير بالذكر أن الشوائب تحتوي على مجموعة متنوعة من الأملاح البلورية، تتكون بشكل أساسي من معادن الكبريتات، والكلوريد، والكربونات القلوية-الكالسيكية، إلى جانب معادن السيليكات مثل السيليكات الكلسية وكميات كبيرة من أكاسيد الحديد والتيتانيوم. يشير سلوك الانصهار لهذه الشوائب إلى أنها سوائل أيونية منخفضة اللزوجة، مع درجات حرارة انصهار تتراوح من 285 درجة مئوية إلى أكثر من 1100 درجة مئوية، اعتمادًا على التركيب المعدني.
تتحدى النتائج المفاهيم السابقة التي تفيد بأن الأملاح المنصهرة نادرة في هذه البيئات الجيولوجية، بل تظهر انتشارها الواسع عبر بيئات تكتونية وأعمار جيولوجية مختلفة. يقترح المؤلفون أن تشكيل هذه الأملاح المنصهرة قد نتج عن التفاعل بين الماجما السيليكاتية المشتقة من الوشاح والصخور الرسوبية المشتقة من السطح، وخاصة الحجر الجيري والملح. تقدم هذه النظرة فهمًا جديدًا لرواسب المغنتيت-أباتيت، مما يشير إلى أن الأملاح المنصهرة هي مكون أساسي في نشأتها، وهو ما تم تجاهله في الدراسات السابقة. وبالتالي، يدعو المؤلفون إلى نموذج وراثي منقح يتضمن الأملاح المنصهرة كعامل حاسم في تشكيل هذه الرواسب، مما يوسع الإطار المفاهيمي للسوائل الجيولوجية القشرية ليشمل هذا النوع الأساسي.
DOI: https://doi.org/10.1130/g51887.1
Publication Date: 2024-03-01
Author(s): Xinyue Xu et al.
Primary Topic: Geological and Geochemical Analysis
Overview
The origins of magnetite-apatite deposits have been a subject of debate, particularly regarding the types of fluids involved in their formation. This study provides evidence from 20 globally distributed magnetite-apatite deposits, spanning various tectonic settings and ages from the Precambrian to the Quaternary, highlighting the significant role of molten salts in their genesis.
The analysis reveals that water-poor polycrystalline melt inclusions found in ore-stage minerals predominantly consist of sulfate, chloride, and carbonate components, along with varying amounts of calc-silicates, phosphates, and iron ± titanium oxides. These inclusions re-melt at temperatures ranging from 285 °C to 1100 °C, indicating that the fluids associated with these deposits are markedly different from those typically expected in geological contexts. The consistent presence of molten salts across all examined deposits underscores their critical and widespread role in the formation of magnetite-apatite rocks.
Introduction
The introduction of the research paper discusses the significance and contentious origins of Kiruna-type magnetite-apatite rocks, which are vital sources of iron, phosphorus, rare earth elements (REEs), and other critical materials. The genesis of these rocks is debated, with some models suggesting hydrothermal processes, while others propose magmatic origins or hybrid processes. Central to this debate is the nature of the fluids involved in their formation. The authors conducted a comprehensive survey of fluid and melt inclusions from 20 global deposits, revealing that the formation of these rocks consistently involved molten salts composed of sulfate, chloride, and carbonate components, which differ significantly from previously proposed fluids.
The study highlights that melting of limestones and evaporites is likely when hot magmas intrude these rocks, with the melting temperatures of multicomponent systems being considerably lower than those of individual salts. The authors draw parallels between the processes in magnetite-apatite deposits and industrial smelting, where similar molten salts facilitate the separation of metals from impurities. This research indicates that the assimilation of sulfate, chloride, and carbonate salts in magnetite-apatite deposits plays a crucial role in the immiscible separation of iron-rich liquids and the selective removal of silicate impurities, thereby enhancing the concentration of iron, phosphate, and REEs. The findings underscore the importance of molten salts in both the formation and refinement of these ores, with implications for understanding their genesis and potential industrial applications.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights the prevalence and significance of polycrystalline melt inclusions in magnetite-apatite deposits. These inclusions are primarily filled with polymineralic crystals and deformed vapor bubbles, with aqueous liquid being rare. The mineralogical composition of the inclusions varies between deposits but remains consistent within each, indicating no post-entrapment modification. Notably, the inclusions contain a variety of crystalline salts, predominantly alkali-calcic sulfate, chloride, and carbonate minerals, alongside silicate minerals such as calc-silicates and significant amounts of iron and titanium oxides. The melting behavior of these inclusions suggests that they are low-viscosity ionic liquids, with melting temperatures ranging from 285 °C to over 1100 °C, depending on the mineral composition.
The findings challenge previous notions that molten salts are rare in these geological settings, instead demonstrating their widespread occurrence across various tectonic environments and geological ages. The authors propose that the formation of these salt melts likely results from the interaction between mantle-derived silicate magmas and surface-derived sedimentary rocks, particularly limestones and evaporites. This perspective offers a new understanding of magnetite-apatite deposits, suggesting that molten salts are a fundamental component in their genesis, which has been overlooked in past studies. Consequently, the authors advocate for a revised genetic model that incorporates molten salts as a critical factor in the formation of these deposits, expanding the conceptual framework of crustal geologic fluids to include this essential type.