花崗巖中角閃石的礦物學(xué)特征及地質(zhì)意義

許旭 鄭改紅

摘 ?要：花崗巖是巖漿在地下深處經(jīng)冷凝而形成的深成酸性火成巖。而角閃石石花崗巖中重要的組成礦物。從成因礦物學(xué)角度出發(fā)，通過對(duì)花崗巖中角閃石進(jìn)行電子探針分析確定角閃石中的組成成分、化學(xué)成分分析、角閃石-斜長石溫壓計(jì)的計(jì)算原理及適用條件以及該溫壓計(jì)在計(jì)算巖漿體系成巖成礦的溫度、壓力，進(jìn)而估算巖漿侵位深度及上升速率方面的應(yīng)用，揭示了其在巖漿演化過程中的重要意義。

關(guān)鍵詞：花崗巖;角閃石;成因礦物學(xué);電子探針;溫壓計(jì)

引言

角閃石在自然界分布很廣，是巖漿巖中主要的造巖礦物。也是石花崗巖中重要的組成礦物，是角閃石族礦物的總稱，角閃石屬閃石族中一員。鎂、鐵、鈣、鈉、鋁等的硅酸鹽或鋁硅酸鹽。可以通過角閃石命名法判斷其具體名稱。也可以通過其與斜長石的化學(xué)成分特征，對(duì)花崗巖結(jié)晶過程中的物理化學(xué)條件的變化反應(yīng)十分靈敏，同時(shí)從成因礦物學(xué)的角度出發(fā)，運(yùn)用電子探針技術(shù)，選擇對(duì)其合適的角閃石溫壓計(jì)對(duì)其化學(xué)成分進(jìn)行估算，對(duì)巖體形成時(shí)溫度、壓力、氧逸度等進(jìn)行估算，最終判別巖體形成的環(huán)境。因此，通過對(duì)花崗巖中的角閃石開展成巖過程中物理化學(xué)條件的研究，從而推測巖漿演化及其與成礦關(guān)系。

1.研究現(xiàn)狀

1.1角閃石的礦物學(xué)特征

角閃石族礦物屬雙鏈硅酸鹽。由SiO基團(tuán)所聯(lián)成雙鏈結(jié)構(gòu)，陽離子[1 1（100）]沿C軸延伸，聯(lián)接而成。存在被記作M、M 、M 的配分位置。近似于正八面體配位位置，一種記作M的六～八次配位，配位多面體相對(duì)較大，易崎變。結(jié)晶學(xué)上分屬斜方晶系和單斜晶系這五個(gè)空間群。其類質(zhì)同象成分系列十分復(fù)雜，主要依據(jù)陽離子成分特征進(jìn)行系列劃分和礦物種命名。

1.2角閃石的地球化學(xué)特征

根據(jù)大量實(shí)驗(yàn)測定結(jié)果，對(duì)角閃石中稀有元素和金屬元素的平均含量進(jìn)行計(jì)算。數(shù)據(jù)一部分引自文獻(xiàn)資料;另一部分是通過對(duì)蘇聯(lián)各地區(qū)的鈣質(zhì)堿性侵入花崗巖體中分離出的角閃石單礦物相進(jìn)行分析而得到的結(jié)果。角閃石的光性和化學(xué)特點(diǎn)較早就用于巖石學(xué)目的：安山巖角閃石和花崗巖角閃石，當(dāng)它們的含鐵量相近時(shí)，可以根據(jù)折射率區(qū)別開。這與鐵的不同氧化程度和鐵的含量有關(guān)。

1.3角閃石的應(yīng)用

1.3.1角閃石-斜長石溫度計(jì)

根據(jù)角閃石固溶體模型和實(shí)驗(yàn)，提出了由角閃石和斜長石礦物對(duì)組成的地質(zhì)溫度計(jì)，反應(yīng)方程式如下：

NaCaMg（AlSi）O（OH）+4SiO=CaMgSiO（OH）+NaAlSiO

即：淺閃石+石英=透長石+ 鈉長石

溫度表達(dá)式：

式中：□代表結(jié)晶位空缺;A、T1和M2分別表示角閃石中的結(jié)晶位;

對(duì)于 Yab，當(dāng) Xab > 0. 5 時(shí)，Yab = 0;否則，Yab = 12.0·（1-Xab）2-3.0kJ。

（2），依據(jù)淺閃石 - 鈉透閃石（edenite - richterite）的反應(yīng)方程式：

NaCaMg（AlSi）SiO（OH）+NaAlSiO=Na（CaNa）MgSiO（OH）+CaAlSiO

即：閃長石+鈉長石=堿鎂閃石+鈣長石

溫度表達(dá)式（適用于含石英和無石英巖漿巖）：

式中：Yab - an代表 RTlnγan - RTlnγab;對(duì)于 Yab - an，當(dāng) Xab > 0. 5 時(shí)，Yab - an = 3. 0 kJ;否則，Yab - an = 12. 0（2Xab-1）+ 3. 0 kJ。

（T的單位為開爾文（K），P的單位為千巴（kbar），Xφ i 表示組份i在晶格位置φ中的摩爾分?jǐn)?shù)。）

1.3.2角閃石全鋁壓力計(jì)

提出了利用角閃石中全鋁（Altot）的含量計(jì)算壓力：

P（± 0. 30 GPa）= - 0. 392 + 0. 503 Altot（HAMMARSTROM，et al，1986）

P（± 0. 10 GPa）= - 0. 476 + 0. 564 Altot（HOLLISTER，et al，1987）

P（± 0. 05 GPa）= - 0. 346 + 0. 423 Altot（JOHNSON，et al，1989）

P（± 0. 06 GPa）= -0.301 + 0. 476 Altot（SCHMIDT，1992）

P（± 0. 06 GPa）= -3 .01 + 4 .76 Altot -[（t -675）/85] [ 0.53 Altot +0 .005 294（t -675）]

其適用范圍：0.4<Fe/（Fe+Mg）< 0.65且Fe3+/（Fe2++Fe3+）≥0.25

2.存在問題

角閃石作為地質(zhì)溫壓計(jì)進(jìn)行溫度壓力的估算時(shí)，雖然估算結(jié)果相對(duì)準(zhǔn)確，但其適用條件十分苛刻，具有很大的約束性。如使用角閃石全鋁壓力計(jì)時(shí)應(yīng)滿足于以下條件：

①選用 0. 4 < Fe /（Fe + Mg）< 0. 65 且 Fe3 + /（Fe2 + + Fe3 +）≥0. 25（或 0. 2）的角閃石。

②石英、斜長石、鉀長石、角閃石、黑云母、榍石和磁鐵礦/鈦鐵礦須和熔融物共存。

③壓力計(jì)只能應(yīng)用于 2 ～ 13 kbar 壓力范圍內(nèi)結(jié)晶的巖石。

④熔體中 Si 的活度必須≥1。

⑤與角閃石共存的斜長石牌號(hào)應(yīng)在 An25 和 An35 之間。

⑥角閃石應(yīng)在花崗巖類的固相線附近結(jié)晶。

⑦角閃石應(yīng)與鉀長石共存。

⑧考慮⑤、⑥和⑦條件的影響，成分測定點(diǎn)必須位于與石英和（或）鉀長石相互接觸的角閃石邊緣。

3.發(fā)展方向

目前，礦物溫壓計(jì)正處于飛速發(fā)展的時(shí)期。高溫高壓實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)、熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫、礦物固溶體理論研究等方面的進(jìn)展，為溫壓計(jì)的發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。實(shí)際上，溫壓計(jì)自出現(xiàn)以來，一直在不斷地改良著。所以，在應(yīng)用的同時(shí)，應(yīng)密切關(guān)注溫壓計(jì)研究的最新進(jìn)展。如何獲得 符合客觀實(shí)際的礦物熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫，仍是實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)家的重要任務(wù)。在礦物溫壓計(jì)標(biāo)度過程中，礦物固溶體模型幾乎成了核心內(nèi)容。礦物成分-活度關(guān)系即礦物固溶體模型，最終仍需要通過礦物反應(yīng)的相平衡實(shí)驗(yàn)來決定。同時(shí)，有些溫壓計(jì)的實(shí)驗(yàn)標(biāo)度工作仍顯不夠?？梢灶A(yù)料，礦物熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫和礦物溫壓計(jì)發(fā)展最關(guān)鍵的問題仍是礦物相平衡實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)方面可以獲得符合客觀實(shí)際的內(nèi)洽熱力學(xué)數(shù)據(jù)，另一方面實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)又可以用來建立合理的礦物成 分-活度模型，標(biāo)度礦物溫壓計(jì)。所以精確的礦物相平衡實(shí)驗(yàn)將是今后研究工作的重點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

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