東天山白石頭泉天河石花崗巖巖漿-熱液過渡階段的副礦物

邵 毅，張遵忠，吳昌志，肖 娥，顧連興，柳建新，曹劍華

(1. 中南大學(xué) 有色金屬成礦預(yù)測教育部重點實驗室，長沙 410083;2. 中南大學(xué) 地球科學(xué)與信息物理學(xué)院，長沙 410083; 3. 有色金屬華東地質(zhì)勘查局，南京 210007;4. 南京大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院，內(nèi)生金屬礦床成礦機(jī)制研究國家重點實驗室，南京 210093)

東天山白石頭泉天河石花崗巖巖漿-熱液過渡階段的副礦物

邵 毅1,2,3,4，張遵忠3,4，吳昌志3,4，肖 娥3,4，顧連興3,4，柳建新1,2，曹劍華1,2

(1. 中南大學(xué) 有色金屬成礦預(yù)測教育部重點實驗室，長沙 410083;2. 中南大學(xué) 地球科學(xué)與信息物理學(xué)院，長沙 410083; 3. 有色金屬華東地質(zhì)勘查局，南京 210007;4. 南京大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院，內(nèi)生金屬礦床成礦機(jī)制研究國家重點實驗室，南京 210093)

新疆哈密星星峽白石頭泉天河石花崗巖從下往上分為5個巖相帶，即淡色花崗巖、含天河石花崗巖、天河石花崗巖、含黃玉天河石花崗巖和黃玉鈉長花崗巖。各相帶中都有一些巖漿晚期形成的不規(guī)則狀孔洞?？锥炊嘈∮? mm，其充填物以螢石為主，并有石榴石、錫石、鈉長石和白色云母等。這些充填物是巖漿-熱液過渡階段晚期的產(chǎn)物。充填物的成分表明，貧鈣鎂鐵而富氟的過鋁花崗巖，其巖漿-熱液過渡階段的晚期產(chǎn)物以含大量螢石為特征，并表明氟化物或氟絡(luò)合物是該階段流體中錫的重要搬運形式。該階段初步富集錫的孔洞流體如因構(gòu)造裂隙貫通而發(fā)生運移，就可能在有利地段聚集，形成脈狀錫礦床。

天河石；黃玉；花崗巖；巖漿-熱液過渡；白石頭泉；東天山

自從1986年LONDON[1]提出巖漿作用晚期常發(fā)生富含流體的硅酸鹽巖漿向富含硅酸鹽的熱液過渡以來，前人對花崗巖類巖漿-熱液過渡階段的巖石學(xué)、礦物學(xué)和地球化學(xué)已開展了大量研究[2-5]。李兆麟[6]曾論述過粒間溶液對成礦作用的重要意義，其所稱的固相-低熔點熔體-溶液平衡系統(tǒng)實際上就是巖漿-熱液過渡階段的產(chǎn)物。但是，從副礦物的角度研究這種過渡階段的報道迄今為止仍相對較少。本文作者以新疆哈密市白石頭泉天河石花崗巖為實例，探討若干副礦物在巖漿-熱液過渡階段的行為。

1 巖體地質(zhì)和巖相學(xué)特征

白石頭泉巖體位于甘-新邊界星星峽鎮(zhèn)北東約 30 km處，大地構(gòu)造位置屬于中天山前寒武紀(jì)構(gòu)造帶東部北緣，侵入于中元古界星星峽群片巖、片麻巖和可能屬于加里東期的閃長巖、英云閃長巖、黑云母花崗巖和片麻狀花崗巖中。該巖體已報道的礦物-全巖Rb-Sr等時線年齡為(209.6±9.6) Ma[7]。顧連興等[8-9]和張遵忠等[10]已對該區(qū)的地質(zhì)發(fā)展史和該巖體的侵位環(huán)境作過簡要敘述。

白石頭泉的南部被第四系覆蓋，北部沿山崗出露，露頭面積約7 km2(見圖1和2(a))。不同石材公司開采該巖體作板材已20多年，使各相帶巖石被充分揭露。巖體因含天河石而遠(yuǎn)望呈藍(lán)綠色(見圖2(a))。

圖1 白石頭泉巖體地質(zhì)與剖面圖(據(jù)文獻(xiàn)[8])Fig.1 Geology and profile of the Baishitouquan pluton (From Ref. [8]): 1—Quaternary system; 2—Mesoproterozoic schist and gneiss; 3—Indosinian granite; 4—Caledonian intrusive diorite; 5—Caledonian intrusive biotitic granite; 6—Caledonian granodiorite;7—Caledonian gneissic granite; a—Light color granite; b—Amazonite-bearing granite; c—Amazonite granite; d—Topaz-bearing amazonite granite; e—Topaz albite granite

圖2 白石頭泉巖體野外和顯微鏡照片F(xiàn)ig.2 Field and microscopic photographs for Baishitouquan pluton: (a) Distant view of amazonite granite mining deposit;(b) Amazonite pegmatite cystidium from amazonite granite; (c) Cavity filled with fluorite and garnet, single-polarized light;(d) Cavity filled with fluorite and garnet, orthogonal polarized light; (e) Cavity filled with fluorite and cassiterite, single polarized light; (f) Cavity filled with fluorite and cassiterite, orthogonal polarized light. Abbreviations: Ab—Albite; Ct—Cassiterite; Fl—Fluorite; Gt—Garnet; Mc—Muscovite

GU等[7]將巖體中分為5個漸變的相帶(見圖1)，即淡色花崗巖(a帶，天河石＜1%)，含天河石花崗巖(b帶，天河石1%~5%)，天河石花崗巖(c帶，天河石5%~15%)，含黃玉天河石花崗巖(d帶，黃玉 1%~3%，天河石 5%~15%)和黃玉鈉長花崗巖(e帶，黃玉 10%~20%，天河石3%~10%)。各相帶的主要造巖礦物有斜長石、石英、鉀長石、白色云母和黃玉。此巖體以石英呈斑晶產(chǎn)出為特征，且越往頂部斑晶晶形越好，顆粒越大。電子探針測定表明，各相帶之斜長石均為鈉長石。鉀長石可分為早、晚兩個世代：早世代鉀長石以缺乏格狀雙晶和貧銣為特征；晚世代鉀長石則為發(fā)育格狀雙晶的天河石，其29個點電子探針Rb含量平均值為1 700 g/t。GU等[11]的詳細(xì)研究表明，黃玉和石英斑晶是巖體中最早結(jié)晶的礦物，而天河石則是富含流體的殘余巖漿直接結(jié)晶和交代先存礦物的產(chǎn)物。在地球化學(xué)上，白石頭泉巖體以貧鈣、貧鎂、貧鐵而富氟、富銣、過鋁為特征。GU等[11]根據(jù)巖石中的黃玉含量推測，a帶的F含量在結(jié)晶之前應(yīng)超過2%。顧連興等[8]測得 a、b、d和 e帶石英中熔體包裹體熔融溫度分別為860~810 ℃、850~790 ℃、810~660 ℃和680~660 ℃，因此認(rèn)為該巖體各相帶是從下到上先后結(jié)晶的產(chǎn)物。WU等[5]的研究發(fā)現(xiàn)，5個相帶的全巖稀土均顯示M型四分組效應(yīng)，并且從a帶到c帶，Eu負(fù)異常顯著增強(qiáng)。

在巖體各相帶中普遍存在含天河石的偉晶巖脈和囊團(tuán)(見圖 2(b))，在 a帶中還局部產(chǎn)有含綠柱石的偉晶巖脈(目前已被當(dāng)?shù)鼐用褡鳛榫G柱石礦床采盡)和囊狀體。整個巖體熱液蝕變微弱，僅在e帶中適度發(fā)育黃玉和鈉長石的絹云母化，僅局部見到微弱碳酸鹽化。

2 巖體副礦物特征

白石頭泉巖體的副礦物主要有石榴石、螢石、錫石、鋯石和獨居石等。本文作者將取自c帶的15 kg樣品分選后，共獲得副礦物總含量為1 067 g/t，其中主要為石榴石(865 g/t)，其次有少量錫石(85 g/t)、螢石(51 g/t)、綠簾石(37 g/t)和磷灰石(26 g/t)，此外，尚有少量榍石(2.0 g/t)、獨居石(0.7 g/t)和鋯石(0.4 g/t)。今將螢石、石榴石、錫石和鋯石這4種副礦物特征描述如下。

2.1 螢石

白石頭泉巖體中的螢石大致可分為兩個世代。第一世代螢石僅在顯微鏡下清晰可見，主要充填巖石中的不規(guī)則狀顯微孔洞(見圖2(c)～2(f))。有些孔洞外側(cè)與造巖礦物粒間的螢石脈相連。顯微孔洞多小于 2 mm，其充填物多以半自形-他形螢石為主，個別全部被螢石充填。螢石在顯微鏡下無色透明，表面光潔，兩組解理清晰。在多數(shù)孔洞的螢石充填物背景上，嵌布著不同數(shù)量的石榴石(見圖2(c)和2(d))，還經(jīng)常存在自形鈉長石微晶(見圖 2(d))和白色云母微細(xì)鱗片。在個別孔洞充填物中，石榴石、鈉長石和白色云母等硅酸鹽可占50%以上。同時，有的孔洞內(nèi)可見較多錫石(見圖2(e)和2(f))，有的孔洞邊部有鈉長石柱狀微晶或白色云母鱗片從孔洞壁指向中心生長，有的孔洞外側(cè)與含石榴石和/或錫石的薄膜狀顯微螢石脈相連。從巖體的a帶到e帶，這種被螢石+硅酸鹽±錫石充填的孔洞有增加的趨勢。

被螢石等充填的孔洞切面多數(shù)具有帶尖角的多邊形或不規(guī)則狀形態(tài)，其尖角多突入圍巖礦物顆粒之間。填隙礦物與鈉長石、鉀長石和白色云母等圍巖造巖礦物的邊界多平直而清晰(見圖2(c)和2(d))，僅局部可見由交代作用形成的模糊而呈港灣狀的邊界。

孔洞內(nèi)局部可見螢石交代石榴石、鈉長石和白色云母形成的結(jié)構(gòu)。被交代礦物具港灣狀邊界，或呈光性方位一致的孤島狀殘留體。

第二世代的螢石見于d帶和e帶，它們分布于巖石裂隙面上，呈紫色薄膜狀。此外，偉晶巖透鏡體中也可見到嵌布于鉀長石和石英晶體間隙中的紫色螢石。

2.2 石榴石

石榴石多為自形顆粒，粒徑為0.05~0.20 mm，在白石頭泉巖體5個相帶中均普遍存在，且從a帶到e帶有含量逐漸增加的趨勢。在黃玉和石英斑晶中未發(fā)現(xiàn)石榴石包裹體。雖然偶見石榴石被包于鈉長石或鉀長石顆粒中，但石榴石多與白色云母和填隙螢石在空間上緊密伴生，表明石榴石雖有少量較早結(jié)晶，但主要是巖漿結(jié)晶較晚期的產(chǎn)物。在螢石+硅酸鹽±錫石孔洞充填組合中，石榴石常被螢石交代(見圖 2(c)和2(d))，交代后生成的鐵氧化物，在正交偏光下呈現(xiàn)紅褐內(nèi)反射色。就成分而言，巖體中的石榴石以富錳、富鐵、貧鈣為特征。電子探針分析表明，b~c帶中的石榴石含錳鋁榴石53%~64%，鐵鋁榴石34%~45%，鈣鐵榴石1%~3%(見表1)，并表明錳鋁榴石在c帶中較在 b帶中更富(見圖 3)。白石頭泉巖體中富含錳鋁榴石和鐵鋁榴石，這與前人[12]關(guān)于過鋁花崗巖中的石榴石往往富錳的認(rèn)識相一致。

表1 白石頭泉巖體b和c帶中石榴石的電子探針分析結(jié)果Table1 Electron microprobe analysis results for garnet from zone b and c of Baishitouquan pluton (mass fraction, %)

圖3 白石頭泉巖體石榴石在錳鋁榴石-鐵鋁榴石-鈣鐵榴石(Spess-Alm-And)三角圖中的投影Fig.3 Plots of garnet in spessartite-almandite-andradite triangle

2.3 錫石

在白石頭泉巖體中，錫石多呈粒徑為 0.02~0.07 mm的柱粒狀自形晶，沿著被螢石充填的顯微孔洞邊緣排列或被包含于螢石內(nèi)部，而在遠(yuǎn)離孔洞的巖石中則少見。c帶中的錫石顆粒經(jīng)淘選后用環(huán)氧樹脂固定于玻璃板上磨片進(jìn)行電子探針測試。其結(jié)果表明，錫石中的Ta、Nb、Zr、W等微量元素較為富集，其Ta2O5含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))達(dá) 0.90%，Nb2O5達(dá) 0.80%，ZrO2達(dá)0.24%，WO3達(dá) 0.05%(見表 2)。

2.4 鋯石

白石頭泉巖體中的鋯石透明、無色、自形性好，多被包于鈉長石或白色云母內(nèi)部，而未見被包于石英斑晶內(nèi)部者。鱗片狀白色云母內(nèi)的鋯石包裹體常發(fā)育放射暈。各相帶的鋯石柱面和錐面均發(fā)育良好，長徑為0.20~0.35 mm，長寬比例變化為2.5~3.5。薄片顯微鏡觀察表明，從a帶到e帶，鋯石的含量明顯降低，這與從a帶到e帶全巖鋯元素含量降低的測定結(jié)果[9]相一致。在以螢石、石榴石、錫石為特征的孔洞充填物中未曾見到鋯石。從c帶中淘選出的鋯石顆粒用環(huán)氧樹脂固定于玻璃板上磨片進(jìn)行電子探針測試。其結(jié)果表明，該帶鋯石微量元素含量變化范圍較大，其UO2含量可達(dá)0.893%，ThO2含量可達(dá)0.107%，HfO2含量可達(dá)4.197%(見表3)。

按PUPIN[13]的分類，c帶中224顆鋯石的晶形主要屬于P1型，其次為G1和G18型。據(jù)此所算得的鋯石結(jié)晶溫度為646~696 ℃(計算方法見文獻(xiàn)[13])，此溫度與上文所述石英中熔體包裹體熔融溫度相比，顯著低于b帶熔融溫度(850~790 ℃)，而略低于d帶熔融溫度(810~660 ℃)。這可能是因為石英斑晶是此巖體巖漿中最早結(jié)晶的組分，而鋯石的結(jié)晶稍晚于石英斑晶，所以，石英斑晶熔體包裹體所代表的是最接近液相線的熔體成分，其熔融溫度應(yīng)當(dāng)高于鋯石結(jié)晶溫度。

3 討論

綜上所述，白石頭泉巖體各相帶中普遍存在著被螢石+硅酸鹽±錫石充填的孔洞?？锥炊喑蕩Ъ饨堑亩噙呅位虿灰?guī)則狀形態(tài)，其邊界清晰。這樣的特征表明孔洞是巖漿主體結(jié)晶后因體積收縮所形成的殘留空間，而其充填物則是由熔體或流體直接結(jié)晶的產(chǎn)物?？锥赐鈧?cè)造巖礦物顆粒之間含硅酸鹽的薄膜狀螢石脈，可以看作富含熔體的流體進(jìn)入孔洞的通道。

在孔洞充填物中，硅酸鹽/螢石比例差異較大。在有的孔洞中，石榴石、鈉長石和白色云母等硅酸鹽礦物含量高達(dá)50%以上。實際上，在有些孔洞中從孔洞壁指向孔洞中心生長的鈉長石和白色云母等礦物，可能本來就是孔洞中早期生長的硅酸鹽礦物，因此可以推測，在充填這些孔洞的初始熔體-流體中，硅酸鹽含量要高于目前所見充填物中的含量。這類富含硅酸鹽的充填物，應(yīng)當(dāng)代表了富含流體的硅酸鹽。與之成鮮明對照的是，全部由螢石或僅含少量硅酸鹽的充填物則代表了富含硅酸鹽的流體。因此，硅酸鹽/螢石比例不同的這些孔洞充填物，形象地代表了巖漿-熱液過渡階段[1,14]殘留熔體/流體比例的變化。

孔洞中充填的熔體-流體未對洞壁的硅酸鹽產(chǎn)生普遍而強(qiáng)烈的熱液蝕變，這表明這些礦物的生長和孔洞充填幾乎是一個連續(xù)的過程，因而系統(tǒng)的壓力、溫度、pH、氧化還原電位等物理化學(xué)條件并未發(fā)生顯著變化。

表2 白石頭泉巖體c帶中錫石的電子探針分析結(jié)果Table2 Electron microprobe analysis results for cassiterite from zone c of Baishitouquan pluton (mass fraction, %)

表3 白石頭泉巖體c帶中鋯石的電子探針分析結(jié)果Table3 Electron microprobe analysis results for zircon from zone c of Baishitouquan pluton (mass fraction, %)

幾乎所有的孔洞充填物中都有不同數(shù)量的螢石，這符合螢石在富氟、貧鈣、過鋁花崗巖中延遲結(jié)晶的特性[15]。從白石頭泉巖體的a帶至e帶，被螢石+硅酸鹽±錫石充填的孔洞有增加的趨勢，表明較晚結(jié)晶的頂部巖相中富F流體的富集，而這種富集與分離結(jié)晶過程中的揮發(fā)份出溶有關(guān)[16-17]。相對于孔洞充填物而言，巖體中的偉晶巖脈和囊團(tuán)(含和不含綠柱石)中含螢石相對較少，表明這些偉晶巖從巖漿體中的分離要早于上述殘留孔洞的充填。有人把偉晶巖也作為巖漿-熱液過渡階段的產(chǎn)物[1,18]，但白石頭泉的偉晶巖應(yīng)當(dāng)形成于該階段的初期，而螢石+硅酸鹽±錫石孔洞充填物則形成于該階段的晚期。與之不同的是，分布于巖體裂隙面上的第二世代螢石，則形成于巖漿期后熱液作用階段。

越來越多的文獻(xiàn)傾向于認(rèn)為錫石可能是巖漿成因[19-24]。在白石頭泉巖體中，錫石主要產(chǎn)在巖漿-熱液過階段形成的孔洞充填物中，而在遠(yuǎn)離孔洞的巖石中則少見，表明在這種富氟花崗巖中，錫直到巖漿-熱液過渡階段才大量沉淀。在孔洞中的熔體-流體固結(jié)之前，如果巖體發(fā)生強(qiáng)烈變形和破碎，廣泛散布的孔洞就會得以貫通，初步富集錫的熔體-流體就能被釋放出來，并在有利部位聚集成脈狀錫礦床。白石頭泉巖體之所以未能形成錫礦床，可能是被圈捕的熔體-流體就地凝結(jié)的緣故。

前人早已認(rèn)識到氟化物或氟絡(luò)合物對于錫在巖漿熱液中遷移的重要性[22]。在白石頭泉巖體的孔洞中，錫與螢石密切伴生，表明氟的化合物也是該巖體巖漿-熱液過渡階段錫的重要搬運形式。

在白石頭泉巖體中，鋯含量變化范圍為 50.3×10-6~131.6×10-6，并且從a帶到c帶，其含量降低[11]。據(jù)顯微鏡觀察，鋯石主要包裹于鈉長石和白色云母中，而在螢石+硅酸鹽±錫石孔洞充填物中未曾見到。這表明在白石頭泉這種低溫花崗巖中，隨著鋯石的分離結(jié)晶，鋯在巖漿-熱液過渡階段熔體-流體中的含量已經(jīng)變得很低。

4 結(jié)論

1) 白石頭泉花崗巖體孔洞中充填的螢石+硅酸鹽±錫石副礦物組合為巖漿-熱液過渡階段晚期的產(chǎn)物。

2) 在貧鈣鎂鐵而富氟的過鋁花崗巖漿中，氟化物或氟絡(luò)合物是錫的重要搬運形式。在這種巖漿中，錫直到巖漿-熱液過渡階段的晚期才大量沉淀，并與大量螢石伴生。

3) 在巖漿-熱液過渡階段晚期，初步富集錫的孔洞熔體-流體如因被構(gòu)造裂隙貫通而發(fā)生運移，再在有利地段聚集，就能形成裂隙充填型脈狀錫礦床。

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Accessory minerals formed during magmatic-hydrothermal transition of Baishitouquan amazonite granite, Eastern Tianshan

SHAO Yi1,2,3,4, ZHANG Zun-zhong3,4, WU Chang-zhi3,4, XIAO E3,4,GU Lian-xing3,4, LIU Jian-xin1,2, CAO Chuang-hua1,2
1. Key Laboratory of Metallogenic Prediction of Nonferrous Metals, Ministry of Education,Central South University, Changsha 410083, China;2. School of Geosciences and Info-Physics, Central South University, Changsha 410083, China;3. East China Mineral Exploration and Development Bureau for Non-Ferrous metals, Nanjing 210007, China;4. State Key Laboratory for Mineral Deposits Research, School of Earth Sciences and Engineering,Nanjing University, Nanjing 210093, China)

The Baishitouquan amazonite granite pluton near Xinxinxia of Hami County, Xinjiang, China, includes five lithological zones. They are, up the pluton, the leucogranite zone, amazonite-bearing granite zone, amazonite granite zone, topaz-bearing amazonite granite zone and topaz albite granite zone. Irregular-shaped cavities formed during the late magmatic stage are found in all the five zones. These cavities, mostly less than 2 mm in size, were filled dominantly with fluorite accompanied by garnet, cassiterite, albite and white mica. These infilling minerals were crystallized late at the magmatic-hydrothermal transition stage. The composition of the infillings indicates that the product at this stage is an evolving calcium-, magnesium-, and iron-poor and fluorine-rich peraluminous granite, which is characterized by abundant fluorite, and that the fluorides or fluorine complexes are the important forms that transport tin in fluids at this stage. In case the cavities are connected by tectonic fractures, the tin initially enriched in the infilling fluids will migrate and then precipitate the metallic minerals at favorable sites with formation of a vein-type tin deposit.

amazonite; topaz; granite; magmatic-hydrothermal transition; Baishitouquan; Eastern Tianshan

P588.1；P571

A

1004-0609(2012)1-0251-07

國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃資助項目(2006CB403501)；有色資源與地質(zhì)災(zāi)害探查湖南省重點實驗室資助項目(2010TP4012-6)；國家科技支撐計劃資助項目(2011BAB04B08)

2011-11-14；

2012-01-03

邵 毅，博士研究生；電話：15605168866; E-mail: shaoyi@china-ece.com

(編輯 何學(xué)鋒)