內(nèi)蒙古獲各琦地區(qū)海西期石英閃長(zhǎng)巖中角閃石成因礦物學(xué)研究

蘇寶琪， 鄭 義， 梁曉姝， 陳顯玉

河北地質(zhì)大學(xué)， 河北 石家莊 050031

0 引 言

關(guān)于獲各琦地區(qū)海西期侵入體， 近年來(lái)一直是國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的焦點(diǎn)問(wèn)題。 前人對(duì)該地區(qū)海西期侵入體進(jìn)行了詳細(xì)研究， 積累了豐富的資料， 但研究成果大多集中在侵入體與礦床成因方面［1-8］， 而對(duì)巖石的形成及演化過(guò)程等研究較為薄弱， 制約了工作區(qū)地質(zhì)演化和礦產(chǎn)開發(fā)的研究工作。 論文針對(duì)獲各琦地區(qū)石英閃長(zhǎng)巖中角閃石的成因礦物學(xué)特征進(jìn)行研究， 探討了石英閃長(zhǎng)巖的形成過(guò)程及其地質(zhì)意義。

1 地質(zhì)背景

研究區(qū)大地構(gòu)造位置處于華北板塊北緣西段，北部和西部分別和西伯利亞板塊和塔里木地塊相接。區(qū)內(nèi)巖漿巖活動(dòng)廣泛， 次級(jí)構(gòu)造單元發(fā)育， 成礦條件優(yōu)越。 研究區(qū)地層由老到新主要有： 太古宙烏拉山群、 中—新元古界狼山群等， 并零星出露有上古生界石炭—二疊系、 中生界侏羅—白堊系、 新生界古近系、 第四系（內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局， 1996）（圖1）。

圖1 獲各琦地區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖（據(jù)Zhu 等； 2006 修改）Fig.1 Geologic map of theHuogeqi area

2 樣品特征及分析方法

石英閃長(zhǎng)巖巖石風(fēng)化面為灰黑色， 新鮮面為灰白色、 灰綠色， 具細(xì)粒半自形粒狀結(jié)構(gòu)， 塊狀構(gòu)造。 主要礦物成分為斜長(zhǎng)石45%～55%， 角閃石15%～20%，石英5%～10%， 黑云母10%～5%； 斜長(zhǎng)石多為板狀，自形—半自形柱狀， 柱長(zhǎng)0.3 ～0.5 mm， 多以聚片雙晶為主， 偶見有卡鈉復(fù)合雙晶， 多發(fā)生不同程度的絹云母化蝕變。 角閃石為半自形長(zhǎng)柱狀， 大小不一， 粒徑在0.1～0.3 mm 之間， 單偏光下為棕色， 有淺棕綠—深棕綠的多色性， 可見兩組解理， 部分有輕微環(huán)帶， 斜消光， 柱面消光角在15°～20°之間， 干涉色為二級(jí)藍(lán)綠（圖2）。 石英多為它形粒狀、 不規(guī)則狀，粒徑在0.1～0.8 mm 之間， 具明顯波狀消光。 黑云母具有淺綠色多色性， 呈半自形片狀， 常被綠泥石交代， 可見一組極完全解理。 副礦物主要有磷灰石、 鋯石等。

角閃石探針片的噴碳和電子探針?lè)治鰷y(cè)試工作均在河北地質(zhì)大學(xué)測(cè)試中心完成， 采用儀器型號(hào)為JXA-8230， 樣品電流為20 nA， 束斑直徑5 um。

圖2 石英閃長(zhǎng)巖巖相學(xué)照片F(xiàn)ig.2 Petrographic characteristics of the quartz-diorite

3 結(jié) 果

角閃石是獲各琦地區(qū)石英閃長(zhǎng)巖中主要的暗色礦物， 對(duì)研究巖石成因有重要的指導(dǎo)意義。 論文對(duì)石英閃長(zhǎng)巖中角閃石進(jìn)行了電子探針?lè)治觯?結(jié)果見表1。通過(guò)鏡下觀察和地球化學(xué)分析， 發(fā)現(xiàn)獲各琦地區(qū)石英閃長(zhǎng)巖中存在兩期角閃石， 兩期角閃石在顏色和化學(xué)成分上有很大不同。 第一期角閃石（JGQ-2）， 顏色為深棕色—深棕綠色， 與第二期角閃石相比， 其化學(xué)成分具有明顯的富鋁的特征。 其角閃石中陽(yáng)離子CaB均大于1.50， 介于1.74 ～1.83 之間， （Na＋K）A均小于0.50， 介于0.12～0.27 之間， CaA均小于0.5， 按國(guó)際礦物學(xué)會(huì)命名原則， 屬于鈣質(zhì)角閃石。

第二期角閃石（JGQ-7）， 鏡下顏色為淺棕色—淺棕綠色， 礦物化學(xué)成分具有富鈣、 富鎂、 富鐵和貧鈉、貧鉀的特征。 角閃石中陽(yáng)離子CaB均大于1.50， 介于1.56～1.78 之間， （Na＋K）A均小于0.50， 介于0.02 ～0.07 之間， CaA均小于0.5， 按國(guó)際礦物學(xué)會(huì)角閃石專業(yè)委員會(huì)提出的命名原則［9］， 屬于鈣質(zhì)角閃石。

基于Leake 等［10］對(duì)鈣質(zhì)角閃石進(jìn)一步分類， 第一期角閃石Si ＝6.45 ～6.81， Mg／Mg＋Fe2＋＝0.68 ～0.73；第二期角閃石Si ＝6.73～7.48， Mg／Mg＋Fe2＋＝0.67 ～0.88； 兩期角閃石數(shù)據(jù)投影到Si-Mg／Mg＋Fe2＋角閃石分類命名圖解上， 主要落在鎂角閃石區(qū)域， 部分落在鈣鎂角閃石和鎂角閃石邊界區(qū)域（圖3）。 因此判斷，獲各琦地區(qū)石英閃長(zhǎng)巖中角閃石化學(xué)成分總體變化范圍較小， 成分較單一。

圖3 角閃石Si-Mg／ （Mg+Fe2+） 分類命名圖解Fig.3 Amphibole Si-Mg/ （Mg+Fe2+） classification naming diagram

表1 石英閃長(zhǎng)巖中角閃石電子探針?lè)治鼋Y(jié)果（wt/%） 及相關(guān)參數(shù)計(jì)算表Table 1 EPMA results of amphibole in quartz-diorite and calculation of related parameters

續(xù)表1

續(xù)表1

4 討 論

4.1 角閃石形成條件

通過(guò)角閃石的化學(xué)成分可以有效的分析其形成時(shí)的溫度、 壓力等物理化學(xué)條件， 近年來(lái)關(guān)于角閃石溫壓計(jì)方面的研究取得了較大的進(jìn)展［11］。 此外， 依據(jù)角閃石礦物本身的特性， 在分析巖漿結(jié)晶深度、 巖漿作用及成礦中得到較好的應(yīng)用［12-13］。 參照Ridolfi 等［14］，經(jīng)過(guò)校正后建立的角閃石地質(zhì)溫壓計(jì)計(jì)算模型， 依據(jù)獲各琦地區(qū)石英閃長(zhǎng)巖中角閃石主要化學(xué)成分， 計(jì)算其溫度、 壓力、 氧逸度、 含水量等形成條件。

溫壓計(jì)的估算結(jié)果顯示， 獲各琦地區(qū)石英閃長(zhǎng)巖中第一期角閃石形成時(shí)的結(jié)晶溫度為852～904 ℃， 平均溫度為882 ℃， 變化范圍較小， 結(jié)晶溫度較高； 依據(jù)Schmidt 提出的角閃石中Al 的含量計(jì)算壓力公式［15］， 計(jì)算結(jié)晶時(shí)的壓力為460 ～670 MPa， 平均為606 MPa， 形成于高壓環(huán)境下。 基于地殼密度為2 700 kg／m3計(jì)算， 第一期角閃石形成的深度為15.18 ～22.11 km。 石英閃長(zhǎng)巖中第二期角閃石的結(jié)晶溫度為692～843 ℃， 平均溫度為788 ℃， 變化范圍較大， 結(jié)晶溫度較低； 結(jié)晶時(shí)的壓力為40 ～133 MPa， 平均為96 MPa， 變化范圍較小， 形成于低壓條件下 （圖4 a）。 基于地殼密度為2 700 kg／m3計(jì)算， 第二期角閃石形成的深度為2.2～5.0 km。

通過(guò)鏡下觀察發(fā)現(xiàn)， 第一期結(jié)晶形成的角閃石約占石英閃長(zhǎng)巖中角閃石含量的10%左右， 而第二期結(jié)晶形成的角閃石約占石英閃長(zhǎng)巖角閃石含量的90%；說(shuō)明早期角閃石在地殼深處高溫、 高壓環(huán)境下開始結(jié)晶， 但結(jié)晶形成的角閃石較少， 其主要形成于第二期的低壓環(huán)境下。 因此推測(cè)， 第一期角閃石形成的深度為15.18～22.11 km， 為早期角閃石開始結(jié)晶的深度。第二期角閃石形成的深度為2.2 ～5.0 km， 為巖漿成巖的深度， 由此判斷獲各琦地區(qū)石英閃長(zhǎng)巖為淺成侵入巖。

同時(shí)， 在角閃石溫壓計(jì)的基礎(chǔ)上， 對(duì)獲各琦地區(qū)石英閃長(zhǎng)巖中的角閃石的氧逸度和含水量進(jìn)行了相關(guān)性計(jì)算（圖4 b、 4c、 4d）， 由于早期結(jié)晶形成的角閃石中Al2O3的含量明顯高于后期結(jié)晶的角閃石中Al2O3的含量， 因此巖漿在地殼深部停留時(shí)平衡熔融體的含水量相對(duì)較高， 約為7.53%～8.79%， 平均為7.99%，此階段角閃石氧逸度為△NNO ＝0.31～0.94， 平均為0.49。 之后隨著巖漿繼續(xù)上升侵位流體的溫度壓力同時(shí)減小導(dǎo)致脫熔， 熔體的含水量下降為4.9%～6.9%，平均為5.85%， 與此同時(shí)此階段角閃石氧逸度上升為△NNO ＝0.80～1.90， 平均為1.33， 由此推測(cè)， 角閃石中氧逸度的明顯升高可能是巖漿侵位后發(fā)生蝕變作用的原因之一。

圖4 角閃石溫度（a）、 壓力（b） 及氧逸度（c、 d） 計(jì)算（a）、 （b）、 （c） 底圖據(jù)Ridolfi 等［14］；（d） 底圖據(jù)Jiang 等［16］Fig.4 Calculation of temperature （a）， pressure （b） and oxygen fugacity （ c， d ） for hornblende （a）， （b）， （c） 底圖據(jù)Ridolfi 等［13］； （d） 底圖據(jù)Jiang 等［15］

4.2 巖漿來(lái)源

鋯石是常見的巖漿結(jié)晶礦物之一， 由于其Lu-Hf同位素體系封閉溫度較高， 受后期分離結(jié)晶等作用影響較小， 所以鋯石中εHf 的值可以準(zhǔn)確的反映巖漿源區(qū)的特征［17］。 為了探究研究區(qū)石英閃長(zhǎng)巖巖漿來(lái)源，對(duì)石英閃長(zhǎng)巖進(jìn)行Lu-Hf 同位素測(cè)定。 測(cè)試結(jié)果顯示石英閃長(zhǎng)巖εHf （t） 介于-11.78 ～-0.77 之間， 對(duì)應(yīng)的二階段模式年齡介于1 352 ～2 044 Ma 之間（未發(fā)表）。 在Hf 同位素演化圖解中［17］， 投影點(diǎn)主要位于球粒隕石與1.8 Ga 古老地殼的Hf 同位素演化線之間，并靠近古老地殼演化線， 表明研究區(qū)石英閃長(zhǎng)巖巖漿起源為古元古代地殼物質(zhì)。

角閃石作為石英閃長(zhǎng)巖中主要的暗色礦物， 其化學(xué)成分是區(qū)分巖漿來(lái)源的重要依據(jù)［10，18-19］。 通常情況下， 典型殼源角閃石中Si／ （Si＋Ti＋Al） 的比值不小于0.775， 典型幔源角閃石中Si／ （Si＋Ti＋Al） 的比值一般不大于0.765， 殼幔型角閃石Si／ （Si＋Ti＋Al）的比值介于0.765 ～0.775 之間［16］。 石英閃長(zhǎng)巖中角閃石（JGQ-7） 測(cè)試數(shù)據(jù)中， 除一個(gè)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)Si／ （Si＋Ti＋Al） 值為0.644 外， 其余測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)Si／ （Si＋Ti＋Al） 值介于0.819～0.935 之間， 表現(xiàn)出殼源特征； 角閃石（JGQ-2） 測(cè)試數(shù)據(jù)中除兩個(gè)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)Si／ （Si＋Ti＋Al） 值為0.791 和0.774 外， 其余測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)Si／（Si＋Ti＋Al） 值介于0.763 ～0.739 之間， 表現(xiàn)出幔源特征。

綜上所述， 由角閃石地球化學(xué)特征及巖石Hf 同位素組成特征等綜合推斷， 研究區(qū)內(nèi)石英閃長(zhǎng)巖成巖物質(zhì)主要來(lái)源于地殼， 但有幔源物質(zhì)混入。

5 結(jié) 論

（1） 獲各琦地區(qū)石英閃長(zhǎng)巖中角閃石共有兩期，主要為鎂角閃石， 部分為鈣鎂閃石。

（2） 據(jù)角閃石溫度壓力計(jì)算得出， 石英閃長(zhǎng)巖中角閃石結(jié)晶深度在15.18 ～22.11 km， 巖漿侵位深度在2.2～5.0 km， 為淺成侵入巖。

（3） 石英閃長(zhǎng)巖Hf 同位素?cái)?shù)據(jù)表明， εHf （t）介于-11.78～-0.77 之間， 對(duì)應(yīng)的二階段模式年齡介于1 352～2 044 Ma 之間， 顯示研究區(qū)石英閃長(zhǎng)巖巖漿起源為古元古代地殼物質(zhì)。 依據(jù)角閃石巖漿源區(qū)判別圖， 認(rèn)為巖漿中有少量幔源物質(zhì)混入。