東準(zhǔn)噶爾卡拉麥里地區(qū)老鴨泉巖體黑云母礦物化學(xué)特征及其地質(zhì)意義

尤麗吐孜·吐爾遜 師慶三

摘 要：通過對老鴨泉花崗巖中的黑云母進(jìn)行電子探針測試，得到了其礦物化學(xué)組成特征。老鴨泉花崗巖中的黑云母具有富鐵貧鎂、高鈦特征，屬于典型的富鐵黑云母; 其 FeOT含量為27.93%～ 29.82%之間 ，Al2O3為 12.09%～12.81%，TiO2 為3.26%～4.07%，MgO 為4.63.6%～5.59%，F(xiàn)e2+/（Fe2++Mg）比值較高，變化范圍小，集中分布在 0.73～ 0.76，屬于殼源型，形成時具有低的氧逸度; 通過 Ti飽和度溫度計算公式得出其結(jié)晶溫度在641.74～771.40℃，平均為684℃。老鴨泉花崗巖具有高含鐵指數(shù)、形成于較高溫度、低氧逸度環(huán)境條件下，這些特征均是錫成礦的有利條件。

關(guān)鍵詞：老鴨泉;花崗巖;黑云母;礦物化學(xué)

前言

東準(zhǔn)噶爾是巨型中亞造山帶的一部分，也是中亞-興蒙巨型構(gòu)造成礦域的重要組成部分，構(gòu)造上位于西伯利亞板塊與哈薩克斯坦-準(zhǔn)噶爾板塊的結(jié)合部位，是一個構(gòu)造背景極為復(fù)雜、巖漿活動極其強(qiáng)烈的地區(qū)[1]。該區(qū)分布有3條富堿花崗巖帶，從北向南依次沿額爾齊斯-瑪因鄂博斷裂、烏倫古大斷裂和卡拉麥里大斷裂呈北西向展布[2]。前人對北帶和中帶的富堿花崗巖有詳細(xì)研究，并提出了地殼巖石部分熔融、幔源巖漿高度分異等不同的成巖模型。但是對卡拉麥里富堿花崗巖的研究卻顯得較為薄弱，前人的研究內(nèi)容主要涉及花崗巖的時代、全巖主微量元素及Sr-Nd同位素組成、花崗巖的成因分類（I型、S型或A型）、產(chǎn)出的構(gòu)造環(huán)境及其巖漿源區(qū)的限定。然而缺乏對礦物微區(qū)特征研究、巖漿演化過程的深入研究。本文擬選取老鴨泉巖體作為研究對象，通過電子探針對卡拉麥里地區(qū)花崗巖黑云母礦物化學(xué)成分進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，試圖從礦物學(xué)的角度揭示出在構(gòu)造-巖漿作用與成巖成礦過程中黑云母成分的演化特征。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

由西伯利亞板塊和準(zhǔn)噶爾板塊碰撞縫合形成的卡拉麥里造山帶位于準(zhǔn)噶爾盆地東北緣，是東準(zhǔn)噶爾古生代造山帶的一部分，是中亞構(gòu)造框架的重要構(gòu)造單元。該區(qū)域內(nèi)的出露地層以下石炭統(tǒng)黑山頭組（C1h）和下石炭統(tǒng)姜巴斯套組（C1j）為主。北西向延伸的一條蛇綠巖帶沿卡拉麥里深大斷裂斷續(xù)分布，其形成時代為早泥盆世，也可能是小洋盆的洋殼殘片，卡拉麥里深大斷裂的南部零星分布有少量志留紀(jì)的地層。

卡拉麥里蛇綠巖帶北側(cè)，出露大面積的花崗巖類巖石，主要類型有花崗閃長巖、二長花崗巖、堿長花崗巖和堿性花崗巖。后兩類花崗巖構(gòu)成了一條沿卡拉麥里深斷裂分布的總面積約 1100 km2的富堿花崗巖帶。區(qū)內(nèi)出露的地層以泥盆系和石炭系的凝灰質(zhì)粉砂巖和火山碎屑巖為主。

就位于卡拉麥里深大斷裂北側(cè)的老鴨泉巖體長軸方向呈NWW展布（圖1），大致與卡拉麥里縫合帶平行。該巖體的西部與喀拉薩依巖體相鄰，東部為黃羊山堿性花崗巖體，北側(cè)與南側(cè)分別侵入到石炭紀(jì)和泥盆紀(jì)地層中。出露面積約 673.39km2，為研究區(qū)內(nèi)最大的花崗巖體。巖性主要為細(xì)中粒花崗巖、細(xì)中粒二長花崗巖組成。顏色為淺肉紅色，灰白色。細(xì)-中?；◢徑Y(jié)構(gòu)，斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。造巖礦物為鉀長石、斜長石、石英和黑云母;次要礦物礦物為角閃石，副礦物有磷灰石、鋯石、螢石、褐簾石、磁鐵礦等。斜長石呈斑自形長板狀，聚片雙晶發(fā)育。鉀長石為他形粒狀，具條紋結(jié)構(gòu)，為條紋長石。

2 樣品的采集與分析

挑選出來的黑云母礦物均來自于卡拉麥里地區(qū)老鴨泉花崗巖體，顯微鏡下特征如圖（圖2）。黑云母為片狀，黃—褐色，多色性顯著，呈自形-半自形。采集的花崗巖樣品磨制成探針片是在河北廊坊完成，巖石薄片在新疆地理與生態(tài)研究所顯微鏡室進(jìn)行鏡下觀察。探針片的噴碳工作在新疆地礦局完成，礦物電子探針工作在新疆生態(tài)與地理研究所電子探針實驗室完成。實驗中礦物化學(xué)成分分析采用日本電子JOEL公司生產(chǎn)的JXA-8230型電子探針分析儀，實驗中的加速電壓為15 kV，束流為2.0× 10-8A，束斑大小為5 ?m。標(biāo)樣主要采用鈉長石、磷灰石、橄欖石、鎂橄欖石、硅灰石、金云母和金紅石，校正方法為 ZAF 修正法。

3 礦物化學(xué)成分分析

電子探針分析結(jié)果見表1。 測試數(shù)據(jù)顯示黑云母中氧化物質(zhì)量分?jǐn)?shù)之和介于93. 87% ～96. 79%，在含“水”礦物黑云母電子探針數(shù)據(jù)的允許誤差范圍之內(nèi)。按照黑云母的陽離子總數(shù) 8、陰離子負(fù)電價 23 的理論值，參考鄭巧榮（ 1983） 的計算方法計算了黑云母的 Fe2 +、Fe3 + [3] 。在此基礎(chǔ)上，以 22 個氧原子為基礎(chǔ)計算了黑云母的陽離子數(shù)及部分參數(shù)（ 表 1） 。

在 Mg-（AlVI+Fe3++Ti）-（Fe2++Mn）圖解中[4]，黑云母成分投點均落在鐵質(zhì)黑云母范圍內(nèi)（圖3b）。將樣品點投影在金云母-鐵云母-鐵葉云母-鎂葉云母圖中[5]，顯示黑云母接近鐵云母端員組分（圖3a）。 老鴨泉花崗巖中的黑云母具有如下特征：

（1）黑云母的SiO2的含量要在34.83%～35.81%之間，MgO的含量為 4.63%～5.59%，F(xiàn)eOT 在 27.93%～ 29.82%之間，而CaO較低多數(shù)小于檢測限（<0.01%）。

（2）黑云母的Mg/（Mg+Fe2+）變化范圍為0.24～0.28，平均值為0.25。黑云母 Fe2+/（Fe2++Mg）比值變化范圍小，集中分布在 0.73～ 0.76。表明其化學(xué)成分具有貧鎂富鐵的特征。

（3）黑云母中Al2O3的含量為12.09%～12.81%，TiO2 為3.26%～4.07%，以22個氧原子為標(biāo)準(zhǔn)計算的陽離子數(shù)中六次配位鋁（VIAl）的含量為零。

4.討論

4.1 巖石成因及源區(qū)特征

據(jù)研究表明，I型花崗巖中的黑云母相對富鎂，S型花崗巖中的黑云母具有富鋁的特征，A型花崗巖中的黑云母則明顯富鐵[6] 。通常認(rèn)為A型花崗巖是形成于拉張環(huán)境，并且通常是同一地區(qū)巖漿演化到較晚階段的產(chǎn)物[7]。老鴨泉花崗巖中的黑云母具有富鐵貧鎂的特征，不同于I型及S型花崗巖中黑云母;在鏡下可觀察到黑云母包含長石，表面其為巖漿結(jié)晶晚期的產(chǎn)物，這些特征與A型花崗巖黑云母特征相似。也與近年對卡拉麥里地區(qū)花崗巖地球化學(xué)的研究認(rèn)為其屬于A型花崗巖的結(jié)論一致[8]。

黑云母化學(xué)組分分析通常能夠指示寄主巖石的源區(qū)性質(zhì)、成因特征及成巖環(huán)境等[6]。一般具有較低Mgo含量（<6%）和 較 高 的FeOT/MgO比值的黑云母被認(rèn)為是高分異巖漿或演化程度較高的地殼物質(zhì)中的黑云母，而具有較高的MgO含量（>15%）和較低的FeOT/ MgO比值的是則地幔來源的黑云母[9]。與俯沖作用相關(guān)形成的鈣堿性巖石由于受俯沖流體的影響，有利于磁鐵礦的早期結(jié)晶，而晚期結(jié)晶的黑云母則具有相對富Mg、Al和貧Ti的特征。非造山堿性花崗巖類由于產(chǎn)于高溫、缺水環(huán)境，不利于早期磁鐵礦和鈦鐵氧化物的結(jié)晶，而晚期結(jié)晶形成的黑云母具有富鐵的特征[6]。本文所研究的老鴨泉花崗巖中黑云母具有較低的MgO含量（4.68%～5.59%）和較高的Fe2+/（Fe2++Mg）比值（0.73～0.76），暗示其源區(qū)應(yīng)以殼源為主，為晚期結(jié)晶的產(chǎn)物。

4.2巖漿結(jié)晶物理化學(xué)條件

4.2.1 溫度

高溫高壓實驗表明，黑云母中鈦元素的含量明顯受巖漿結(jié)晶溫度的影響[10] ，因此黑云母中Ti元素的含量可以用來作為估計巖漿結(jié)晶溫度的地質(zhì)溫度計。黑云母Ti溫度計公式[11]：

其中：溫度t的單位為℃ ， Ti表示以22個氧原子 為標(biāo)準(zhǔn)計算出的黑云母陽離子數(shù)中 Ti 的含量， XMg=Mg/（Mg+Fe）， a=-2.3594， b=4.6482×10-9， c=-1.7283， Ti=0.04～0.60， t=400～800℃ 為準(zhǔn)確的校正范圍。對本文研究的黑云母進(jìn)行計算得出溫度介于641.74～771.40℃，平均為684℃。

4.2.2 氧逸度

研究認(rèn)為與鉀長石和磁鐵礦共生的黑云母中的Fe3+、Fe2+和Mg2+ 原子的百分?jǐn)?shù)可以用來估算黑云母結(jié)晶時的氧逸度，并提出了黑云母的Fe3+ -Fe2+-Mg2+三角圖解[12]。顯微鏡下觀察顯示老鴨泉花崗巖中的黑云母與鉀長石、磁鐵礦共生，符合上述氧逸度評價的要求。從圖4中可以看出，本文研究的黑云母樣品主要落在了Ni -NiO 線與 Fe2SiO4- SiO2- Fe3O4線之間且更加接近Ni - NiO 緩沖線，表明本區(qū)黑云母是在較低氧逸度條件下結(jié)晶而成的。

4.3成礦意義

黑云母具有獨特的層狀結(jié)構(gòu)特點，成為許多成礦元素的載體或富集礦物，其化學(xué)成分對銅、錫等成礦作用以及礦化具有良好的指示作用。李鴻莉等[13]研究了芙蓉錫礦田騎田嶺花崗巖黑云母礦物化學(xué)特征，提出黑云母花崗巖與 Sn 成礦具有密切成因聯(lián)系; 陳慧軍等[14]對滇西古永地區(qū)花崗巖黑云母進(jìn)行研究，認(rèn)為高溫低氧逸度有利于Sn 礦的形成; 東前等[15]的研究發(fā)現(xiàn)，具有高鎂低鐵的特征的黑云母與 Cu 成礦有關(guān)，高氧逸度環(huán)境更有利于 Cu 等成礦物質(zhì)聚集，發(fā)生成礦作用; 與 Sn 成礦有關(guān)的黑云母具有高鐵低鎂的特征[16]。姑婆山花崗巖黑云母具有高鐵低鎂的特征，其 Fe2 +/（ Fe2 ++ Mg） 值變化于 0. 73 ～ 0. 76 （表 1） ，暗示其具有良好的錫成礦性。另一方面，黑云母是花崗巖中錫的主要載體，Sn 元素在流體內(nèi)如何分配以及富集成礦主要受到溫度和氧逸度的影響[17]，與其他礦化金屬元素相比，與錫有關(guān)的巖體一般具有較低的氧逸度，在低氧逸度條件下花崗巖更有利于錫的成礦作用。老鴨泉花崗巖黑云母具有低的氧逸度，反映其有利于錫的成礦作用。

5 結(jié)論

（1）老鴨泉花崗巖中的黑云母具有富鐵貧鎂的特征，其含鐵指數(shù)高，具有較高Al2o3，屬于殼源型鐵質(zhì)黑云母。

（2）老鴨泉花崗巖黑云母具有較高的溫度、低氧逸度及含鐵指數(shù)等特征有利于錫成礦。

參考文獻(xiàn)

[1]忻建剛，袁奎榮，劉家遠(yuǎn).新疆東準(zhǔn)噶爾北部堿性花崗巖的特征、成因及構(gòu)造意義[J].大地構(gòu)造與成礦學(xué)，1995，19（3）：214-226.

[2]劉家遠(yuǎn)，喻亨祥，吳郭泉.新疆東準(zhǔn)噶爾兩類堿性花崗巖及其地質(zhì)意義[J].礦物巖石地球化學(xué)通報，1999， 18（2）：89-94.

[3]鄭巧榮.由電子探針分析值計算Fe3+和Fe2+[J].礦物學(xué)報，1983（01）：55-62.

[4] Foster M D. 1960. Interpretation of the composition of trioctahedral micas[R]. US Geol. Surv. Prof. Paper 354B： 1-49.

[5] Elliott B A. 2001. Crystallization conditions of the Wiborg rapakivi batholith， SE Finland： An evaluation of amphibole and biotite mineral chemistry[J]. Mineralogy and Petrology， 72（4）： 305-324.

[6] Abdel-Rahman A F M. 1994. Nature of biotites from alkaline，calc-alkaline，and prealuminous magmas[J]. Journal of Petrology，35（2）： 525-541.

[7] 顧連興.A型花崗巖的特征、成因及成礦[J].地質(zhì)科技情報，1990（01）：25-31.

[8] 郭芳放，姜常義，盧榮輝，等.新疆北部卡拉麥里地區(qū)黃羊山堿性花崗巖的巖石成因.巖石學(xué)報，2010，26（8）：2357-2373.

[9] 周作俠.侵入巖的鎂鐵云母化學(xué)成分特征及其地質(zhì)意義[J].巖石學(xué)報，1988（03）：63-73.

[10] Patino D A E. 1993. Titanium subtitution in biotite： An empirical model with applications to thermometry， O2 and H2O barometries， and consequences from biotite stability[J]. Chemical Geology， 108： 133-162.

[11] Henry D J， Guidotti C V and Thomson J A. 2005. The Ti-saturation surface for low-to-medium pressure metapelitic biotites： Implications for geothermometry and Ti-substitution mechanisms[J]. American Mineralogist， 90： 316-328.

[12] Wones D R and Eugster H P. 1965. Stability of biotite： Experiment， theory and applcation[J]. American Mineralogist， 50（9）： 1228-1272.

[13] 李鴻莉，畢獻(xiàn)武，胡瑞忠，等. 芙蓉錫礦田騎田嶺花崗巖黑云母礦物化學(xué)組成及其對錫成礦的指示意義[J].巖石學(xué)報，2007，23 （ 10） ： 2605 -2614.

[14] 陳慧軍，張壽庭，曹華文，等.滇西古永地區(qū)花崗巖中黑云母成分特征及其成巖成礦意義[J]. 礦物學(xué)報，2015，35 （ 2） ： 267 - 275.

[15] 東前，杜楊松，曹毅，等. 江西武山花崗閃長斑巖中黑云母成分特征及其成巖成礦意義[J]. 礦物巖石，2011，31（ 2） ： 1 -6.

[16] 劉彬，馬昌前，劉園園，等. 鄂東南銅山口銅 （ 鉬） 礦床黑云母礦物化學(xué)特征及其對巖石成因與成礦的指示[J].巖石礦物學(xué)雜志，2010，29 （ 2） ： 151 -165.

[17] 周云，梁新權(quán)，蔡永豐，等.湘東錫田燕山期 A 型花崗巖黑云母礦物化學(xué)特征其成巖成礦意義 [J].地球科學(xué)，2017，42 （ 10） ： 1647 - 1657.