新疆西天山查崗諾爾鐵礦床環(huán)帶石榴子石和綠簾石的發(fā)現(xiàn)及意義*

馮浩軒，申 萍**，李昌昊，武 陽，石福品，李文廣

（1 中國科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所，北京 100029；2 中國科學(xué)院大學(xué)地球與行星科學(xué)學(xué)院，北京 100049；3 中國科學(xué)院地球科學(xué)研究院，北京 100029；4 新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第三地質(zhì)大隊(duì)，新疆庫爾勒 841000）

關(guān)鍵字 地質(zhì)學(xué)；石榴子石；綠簾石；成分環(huán)帶；物理化學(xué)條件；查崗諾爾鐵礦；西天山

石榴子石是矽卡巖礦床中最常研究的礦物，積累了大量研究成果。矽卡巖礦床中的石榴子石通常發(fā)育成分環(huán)帶，它們是流體演化和流體成分變化的重 要 標(biāo) 志（Jamtveit et al.，1993；Clechenko et al.，2003；Ciobanu et al.，2004；Gaspar et al.，2008；Boc‐chio et al.，2010；高雪等，2014；Zhai et al.，2014；王偉等，2016；Park et al.，2017；邊曉龍等，2019）。根據(jù)主量元素組成，石榴子石具有6 種端員組分，端員組分種類的不同往往與其形成環(huán)境密切相關(guān)，如鈣鐵榴石通常形成于相對(duì)氧化、堿性的環(huán)境，而鈣鋁榴石則利于在相對(duì)還原、酸性的環(huán)境中形成（趙斌等，1983；艾永富等，1981；Meinert et al.，2005）。石榴子石的微量元素組成可以有效地反映某些成巖成礦信息，稀土元素（REE）和O 同位素等則可以有效示蹤流體來源和約束流體性質(zhì)（Page et al.，2010；Ferry et al.，2014；王偉等，2016；Park et al.，2017；Ryan-Davis et al.，2019）。

綠簾石是一種含水Ca-Al硅酸鹽礦物，廣泛分布在矽卡巖礦床、俯沖帶變質(zhì)巖、地?zé)嵯到y(tǒng)和巖漿巖中（Bird et al.，2004；Schmid et al.，2004；Meinert et al.，2005；Guo et al.，2014）。綠簾石可以顯著富集各類微量元素，特別是二價(jià)大離子親石元素（Sr和Pb），稀土元素（REE）和過渡族金屬元素（唐盼等，2019）。因此，綠簾石能夠記錄相應(yīng)地質(zhì)過程中的大量地質(zhì)信息。熱液綠簾石通常發(fā)育明顯的成分環(huán)帶結(jié)構(gòu)（Caruso et al.，1988；Bird et al.，2004；Guo et al.，2014），它們是熱液流體通量、溫度、氧化-還原條件、CO2濃度、pH值條件以及流體中Al3+和Fe3+復(fù)合物物種等變化的產(chǎn)物（Bird et al.，2004；Guo et al.，2014）。因此，環(huán)帶綠簾石對(duì)精細(xì)刻畫熱液流體物理-化學(xué)條件演化、流體成分變化以及流體來源等具有重要意義（唐盼等，2019）。

新疆西天山造山帶是中亞成礦域南段內(nèi)重要銅-鉬-金-鐵成礦省，發(fā)育斑巖型銅-鉬礦、淺成低溫?zé)嵋盒徒鸬V和火山熱液型鐵礦（圖1；Qin et al.，2002；Zhai et al.，2009；Zhang D et al.，2010；Pirajno et al.，2011；Pirajno，2012；Zhang X et al.，2015），其中，海相火山巖型鐵礦床主要集中在阿吾拉勒鐵礦帶，發(fā)育查崗諾爾、智博、敦德、備戰(zhàn)、古倫溝、松湖和霧嶺等一系列大-中型礦床（圖1；馮金星等，2010；董連慧等，2011；Zhang X et al.，2015），總資源量約為11.7 億噸（Zhang et al.，2014）。這些鐵礦床規(guī)模大，富鐵礦石（w（TFeO）＞50%）占比高（約30%）（Zhang et al.，2014），其中備戰(zhàn)和智博鐵礦富礦資源超過50%（董連慧等，2011）?？臻g上，這些鐵礦床常產(chǎn)于火山活動(dòng)的中心或其附近，海相中基性-中酸性火山巖、次火山巖或火山碎屑巖為直接賦礦圍巖（圖2；張喜，2013）。火山巖型鐵礦床的圍巖蝕變常發(fā)育矽卡巖化，包括鈉長石化、透輝石化、陽起石化、綠簾石化、綠泥石化和硅化等（洪為等，2012d；張作衡等，2012；張喜，2013），但與傳統(tǒng)的矽卡巖型礦床不同，它們?nèi)狈ο鄳?yīng)的侵入巖（張作衡等，2012；張招崇等，2014）。

圖1 西天山造山帶大地構(gòu)造及礦產(chǎn)分布圖（改自Gao et al.，2009；Zhang et al.，2015）Fig.1 Tectonic map of Western Tianshan orogen belt,showing the distribution of iron，gold，and copper deposits，and the location of the Awulale iron metallogenic belt（modified after Gao et al.，2009；Zhang et al.，2015）

查崗諾爾大型鐵礦床位于阿吾拉勒鐵礦帶東段，資源量超過2 億噸（圖1；洪為等，2012d）。礦區(qū)發(fā)育矽卡巖化蝕變，廣泛分布的石榴子石化、陽起石化和綠簾石化與鐵礦體具有密切的時(shí)空關(guān)系（圖3；洪為等，2012d；Zhang X et al.，2015）。石榴子石和綠簾石是不同熱液磁鐵礦化階段的常見礦物，前人除對(duì)查崗諾爾鐵礦床的火山巖-侵入巖地球化學(xué)和年代學(xué)、礦床地質(zhì)礦床地球化學(xué)和成礦年代學(xué)已經(jīng)做較多研究外，也開展了一些礦物學(xué)工作（汪幫耀等，2011；洪為，2012a; 2012b; 2012c; 2012d；張喜，2013；Zhang X et al.，2015）。然而，前人的礦物學(xué)研究對(duì)石榴子石和綠簾石礦物內(nèi)部結(jié)構(gòu)并未涉及，尤其是綠簾石。因此，它們中保存的熱液成礦階段成礦流體的物理-化學(xué)條件信息并未得到精細(xì)的解譯。本次研究中，筆者基于巖相學(xué)、礦相學(xué)和背散射圖像綜合觀察，發(fā)現(xiàn)石榴子石和綠簾石發(fā)育豐富內(nèi)部環(huán)帶結(jié)構(gòu)，并以此識(shí)別出2 個(gè)世代、3 類石榴子石，3 個(gè)世代綠簾石。在此基礎(chǔ)上，筆者開展了詳細(xì)地電子探針分析，厘定石榴子石和綠簾石礦物結(jié)構(gòu)差異性在成分上的表征。最后，筆者根據(jù)石榴子石、綠簾石的環(huán)帶結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分，對(duì)早、晚成礦階段流體演化進(jìn)行了精細(xì)刻畫。

1 區(qū)域地質(zhì)

西天山造山帶北鄰準(zhǔn)噶爾盆地，南接塔里木盆地，自北而南可以分為北天山弧增生體、伊犁地塊、中天山復(fù)合弧地體和塔里木地塊北緣4 個(gè)不同構(gòu)造單元（圖1；Gao et al.，1998；2009；2015；高俊等，2009）。早古生代以來，西天山經(jīng)歷了復(fù)雜的構(gòu)造演化，其形成與準(zhǔn)噶爾、伊犁、中天山、塔里木等多個(gè)微陸塊多階段拼貼、增生，以及相伴隨的貼爾斯克依洋、北天山洋和南天山洋的關(guān)閉等過程密切相關(guān)（Windley et al.，2007；Gao et al.，2009；Charvet et al.，2011）。

圖2 阿吾拉勒鐵銅成礦帶東段地質(zhì)簡圖（據(jù)馮金星等，2010；張喜，2013修改）Fig.2 Geological map of the eastern segment of the Awulale iron-copper metallogenic belt（modified after Feng et al.，2010；Zhang，2013）

阿吾拉勒成礦帶位于西天山造山帶中部，處于北天山弧增生體、伊犁地塊和中天山復(fù)合弧地體的三角地帶，其北部為中天山北緣斷裂，南部為那拉提北緣斷裂（圖1）。阿吾拉勒鐵礦帶出露地層齊全，除了主要由中-新元古代片巖、大理巖、混合巖和碎屑巖組成的前寒武基底之外，還有志留系、泥盆系、石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系和第四系（圖2）。志留系和泥盆系沿成礦帶南、北邊緣出露，主要為火山沉積巖。石炭系分布最廣，以火山巖和火山碎屑巖為主，是大洋板片俯沖的產(chǎn)物（圖2；Wang et al.，2007），其中，下石炭統(tǒng)以大哈拉軍山組和伊什基里克組出露最為廣泛，同時(shí)大哈拉軍山組還是成礦帶內(nèi)重要鐵礦床的賦存層位（馮金星等，2010；汪邦耀等，2011；張喜，2013）。二疊系、三疊系和侏羅系僅在局部地區(qū)出露，巖性主要為礫巖、砂巖、泥巖和頁巖（圖2；馮金星等，2010）。阿吾拉勒成礦帶內(nèi)巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，發(fā)育晚奧陶世—二疊紀(jì)侵入巖，巖石類型多樣，包括堿性巖、中-酸性巖（張喜，2013）。構(gòu)造上，阿吾拉勒鐵礦帶發(fā)育多條東西向、向北陡傾的高角度斷裂和1 個(gè)向斜構(gòu)造（圖2）。此外，遙感影像顯示，該成礦帶還存在破火山口，與鐵成礦作用具有密切時(shí)空聯(lián)系（董連慧等，2011；Zhang X et al.，2015）。

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 礦區(qū)地質(zhì)

查崗諾爾鐵礦區(qū)出露地層主要為下石炭統(tǒng)大哈拉軍山組和上石炭統(tǒng)伊什基里克組。大哈拉軍山組分布于礦區(qū)F2 斷裂以南，查崗諾爾河兩側(cè)地區(qū)（圖3a），巖性主要為玄武巖、玄武安山巖、安山巖、粗面巖和玄武質(zhì)（安山質(zhì)）凝灰?guī)r等，局部發(fā)育大理巖夾層狀凝灰?guī)r和火山角礫巖（張喜，2013）。伊什基里克組覆蓋于大哈拉軍山組之上，出露在F2 斷裂以北和F10 斷裂以東地區(qū)（圖3a、b），巖性包括安山巖、安山質(zhì)晶屑凝灰?guī)r、安山質(zhì)凝灰角礫巖、含角礫晶屑巖屑凝灰?guī)r、火山角礫巖和火山集塊巖組成（汪邦耀等，2011；張喜，2013）。

由于查崗諾爾礦床處于大型古火山機(jī)構(gòu)西緣，礦區(qū)環(huán)狀斷裂和火山穹隆構(gòu)造均發(fā)育（圖3a）。斷裂按產(chǎn)狀可分為2 組：①NW 向至EW 向斷裂，包括F1、F2、F3等，傾角20°～40°；②環(huán)破火山口呈弧形展布的斷裂，如F4、F8、F10 等，傾角40°～75°（汪邦耀等，2011；張喜，2013）。F8 斷裂和F10 斷裂明顯與Ⅰ號(hào)礦體及周緣圍巖蝕變的分布密切相關(guān)。F8斷裂走向NNE 向-NE 向延伸，傾角約60°，F(xiàn)10 斷裂呈弧形展布，斷層面傾角約70°（張喜，2013）?；鹕今仿》植荚贔2 和F10 斷裂之間，總體呈NNE 向-NE 向-EW向延伸（張喜，2013）。

礦區(qū)巖漿巖發(fā)育晚石炭世閃長玢巖、石英閃長玢巖、花崗巖、正長花崗巖、和花崗閃長巖以及晚石炭世—早二疊世放射狀巖脈和巖墻。淺成閃長玢巖和石英閃長玢巖呈小巖株侵入到賦礦地層中，主要分布在Ⅱ號(hào)礦體附近，中深成正長花崗巖、花崗巖和花崗閃長巖規(guī)模較大，呈巖株?duì)钋秩氲绞考o(jì)地層中，主要分布在F3 斷裂東北部（張喜，2013；Sun et al.，2015）。Sun 等（2015）通過LA-ICP-MS 鋯石UPb 定年方法測得Ⅱ號(hào)礦體附近2 件花崗巖年齡為（249.9±1.3）Ma 和（249±1.9）Ma，F(xiàn)1 斷裂東北側(cè)花崗閃長巖年齡為（305±1.3）Ma。張喜（2013）在礦區(qū)東部新發(fā)現(xiàn)一鉀長花崗巖巖株，鋯石U-Pb 年齡為（319.4±2.1）Ma。巖脈和巖墻以輝綠玢巖、閃長玢巖脈為主，通常密集成群出現(xiàn)，但規(guī)模較小，寬約0.5～2 m，長十米至百余米?？臻g上，它們呈放射狀垂直火山環(huán)狀構(gòu)造分布，產(chǎn)狀陡傾，傾角不低于70°（張喜，2013）。

2.2 礦體地質(zhì)與圍巖蝕變

查崗諾爾鐵礦礦體賦存在大哈拉軍山第三亞組第一段灰綠色安山巖和安山質(zhì)火山碎屑巖中，礦體形態(tài)比較規(guī)則，呈層狀、似層狀和透鏡狀，主要由Ⅰ號(hào)和Ⅱ號(hào)礦體組成，其中Ⅰ號(hào)礦體占總資源量的95%以上（圖3a、b）。Ⅰ號(hào)礦體分布在查崗諾爾河以東，頂、底板為安山質(zhì)凝灰?guī)r和透鏡狀大理巖，礦體總體呈NE向-SW向環(huán)狀分布在F8和F10斷裂之間，傾向總體向東，傾角為105°～153°，傾角較緩，一般為15°～36°，局部呈水平產(chǎn)出（汪邦耀等，2011；洪為等，2012d；張喜，2013；圖）。Ⅰ號(hào)礦體厚度最小為2.48 m，最大為226.9 m，平均厚度為87.26 m，礦石最高品位64.2%，最低品位20.2%，平均品位為35.6%（洪為等，2012d；張喜，2013）。Ⅱ號(hào)礦體分布在查汗烏蘇河以西，呈帶狀或橢圓狀位于F2 斷裂南側(cè)，傾向北西，傾角30°～43°，平均厚度45 m，平均品位32.66%（汪邦耀等，2011）。

圖3 查崗諾爾鐵礦礦區(qū)地質(zhì)圖（a）和A-A′勘探線剖面圖（b）（改自馮金星等，2010；洪為等，2012a）Fig.3 Geological map of the Chagangnuoer iron deposit（a）and the A-A′ cross section（b）（modified after Feng et al.，2010；Hong et al.，2012a）

鐵礦體中礦石礦物主要為磁鐵礦，伴生少量赤鐵礦、鏡鐵礦、黃鐵礦和黃銅礦，脈石礦物發(fā)育石榴子石、陽起石、鉀長石、鈉長石、透輝石、透閃石、綠簾石和方解石（張喜，2013）。鐵礦石類型多樣，根據(jù)磁鐵礦產(chǎn)狀可分為致密塊狀礦石、浸染狀礦石、角礫狀礦石、斑點(diǎn)狀礦石、條帶狀礦石和流動(dòng)狀礦石等，其中以浸染狀礦石為主（張喜，2013）。在角礫狀礦石中，磁鐵礦不僅可以呈角礫，而且也可以作為膠結(jié)物。當(dāng)角礫為磁鐵礦時(shí)，膠結(jié)物為石榴子石和陽起石，而當(dāng)膠結(jié)物為磁鐵礦時(shí)，角礫則為大哈拉軍山組火山巖，以安山質(zhì)凝灰?guī)r為主（洪為等，2012d；張喜，2013）。

賦礦地層大哈拉軍山組火山巖蝕變強(qiáng)烈，發(fā)育鈉長石化、陽起石化、石榴子石化、透輝石化、透閃石化、鉀長石化、綠簾石化、綠泥石化、方柱石化和碳酸鹽化（張喜，2013）。其中，石榴子石化發(fā)育最為普遍，與鐵礦體的關(guān)系也最為密切。在Ⅰ號(hào)礦體所在范圍內(nèi)，圍巖蝕變呈NE-SW 向帶狀分布，長1800 余米，寬500～600 m，根據(jù)不同礦物組合，自西向東，地在表出露的圍巖蝕變可大致分出石榴子石蝕變帶、陽起石-綠簾石蝕變帶、磁鐵礦礦體、陽起石-綠簾石蝕變帶和大理巖蝕變帶（圖3a；洪為等，2012a）。垂向上，自上而下依次為綠泥石化安山質(zhì)凝灰?guī)r帶、石榴子石蝕變帶、磁鐵礦礦體、陽起石-綠簾石蝕變帶、石榴子石蝕變帶、磁鐵礦體、陽起石-綠簾石蝕變帶、綠泥石化安山質(zhì)凝灰?guī)r帶及大理巖帶（圖3b）。Ⅱ號(hào)礦體周圍發(fā)育面狀蝕變帶，以陽起石化和綠簾石化最為發(fā)育。東北端稍具環(huán)帶特征，以磁鐵礦為中心向外，大體依次為陽起石-磁鐵礦帶或石榴子石-磁鐵礦帶、陽起石-綠簾石帶和透輝石-石榴子石蝕變帶（圖3a；張喜，2013）。垂向上，自上而下依次為鐵礦體或石榴石蝕變帶、綠簾石化-陽起石蝕變帶、閃長玢巖及安山質(zhì)凝灰?guī)r（洪為等，2012）。

整個(gè)鐵礦化與蝕變作用可劃分為巖漿成礦期和熱液成礦期（洪為等，2012a）。巖漿成礦期可細(xì)分為磁鐵礦-透輝石階段和綠泥石-陽起石階段，熱液成礦期分為磁鐵礦-石榴子石-陽起石階段、青磐巖化階段、硫化物階段和石英-碳酸鹽階段（洪為等，2012a）。磁鐵礦化發(fā)生在巖漿期磁鐵礦-透輝石階段和熱液期磁鐵礦-石榴子石-陽起石階段和青磐巖化階段，但以磁鐵礦-石榴子石-陽起石階段為主要礦化時(shí)期（洪為等，2012a）。在磁鐵礦-透輝石階段，細(xì)粒磁鐵礦多呈塊狀、角礫狀和浸染狀，其中塊狀磁鐵礦礦石有的與安山質(zhì)凝灰?guī)r之間呈截然接觸；角礫狀礦石中角礫為安山質(zhì)巖屑，總體上分布凌亂，膠結(jié)物為磁鐵礦（洪為等，2012a）。在磁鐵礦-石榴子石-陽起石階段，磁鐵礦分布在角礫狀礦石、“豹紋”狀礦石、斑雜狀礦石、條帶狀礦石及浸染狀礦石之中，其顏色較深且結(jié)晶較好（洪為等，2012a）。此外，該階段石榴子石發(fā)育，且可分為2 個(gè)不同世代（洪為等，2012a；張喜，2013），早世代石榴子石粒較細(xì)（＜2 mm），呈土黃色/褐黃色，多分布在礦體下部，與磁鐵礦共存，形成塊狀磁鐵礦-石榴子石巖（圖4a～f），而晚世代石榴子石粒粗，晶形較大，可達(dá)2 mm～2 cm，呈褐紅色，多分布在礦體上部（洪為等，2012a），以膠結(jié)物或沿裂隙充填形成石榴子石細(xì)脈的形式產(chǎn)出（圖4g～i；張喜，2013）。青磐巖化階段，出現(xiàn)綠簾石+綠泥石礦物組合，形成時(shí)間同時(shí)或晚于磁鐵礦，常發(fā)育浸染狀礦石（洪為等，2012a）。

3 樣品采集與分析方法

本次研究從查崗諾爾鐵礦的I 號(hào)和II 號(hào)礦體不同部位共采集30 余件含石榴子石、綠簾石的巖礦石樣品。將所有樣品手標(biāo)本磨制成光薄片，通過詳細(xì)的顯微鏡下觀察鑒定，并用掃描電鏡-背散射圖像分析，筆者最終選擇了3 件代表性的石榴子石樣品和1件綠簾石，進(jìn)行了細(xì)致地礦物學(xué)成分研究。其中，2件石榴子石樣品（18CG-6 和18CG-21）來自磁鐵礦-石榴子石巖，幾乎全由早世代褐黃色石榴子石和磁鐵礦組成，其中磁鐵礦主要分布在石榴子石粒間，并發(fā)育環(huán)帶結(jié)構(gòu)，少量磁鐵礦可包裹石榴子石（圖4a～f）；另1 件石榴子石樣品（18CG-29）含晚世代褐紅色石榴子石，其與少量自形陽起石呈膠結(jié)物形式分布（圖4g～i）。綠簾石樣品（18CG-12）發(fā)育綠色自形-半自形柱狀、粒狀綠簾石集合體，可見其后期又被方解石-黃鐵礦穿切、包裹。

電子探針分析和背散射圖像觀察在中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所電子探針實(shí)驗(yàn)室完成，儀器型號(hào)為JXA8100，工作電壓為15 kV，電流20 nA，束斑5 μm。標(biāo)準(zhǔn)樣品采用天然樣品和人工合成氧化物，分析精度優(yōu)于2.0%。

4 分析結(jié)果

4.1 多世代石榴子石結(jié)構(gòu)及成分特征

4.1.1 石榴子石類型及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征

基于光學(xué)顯微鏡和背散射下的礦相學(xué)觀察，發(fā)現(xiàn)查崗諾爾鐵礦區(qū)的早期石榴子石結(jié)構(gòu)復(fù)雜，發(fā)育2類不同的石榴子石（Grt1 和Grt2）；晚期石榴子石類型單一，普遍發(fā)育振蕩環(huán)帶（Grt3）。因此，查崗諾爾鐵礦區(qū)共發(fā)育3 類石榴子石（圖4）。它們的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征如下：

Grt1：發(fā)育核-邊結(jié)構(gòu)，核部（Grt1-c）干涉色一級(jí)黃白色-橙色，不發(fā)育環(huán)帶，生長邊（Grt1-r）干涉色一級(jí)灰白色，發(fā)育振蕩環(huán)帶（圖4b）。背散射圖像中，Grt1-c呈灰黑色，Grt1-r由淺灰色-淺灰白色韻律環(huán)帶組成（圖4c）。Grt1-r含細(xì)小磁鐵礦包裹體，邊緣與磁鐵礦直接接觸（圖4c），表明其與磁鐵礦同時(shí)沉淀。

Grt2：發(fā)育核-邊結(jié)構(gòu)，但與Grt1 不同，其核部（Grt2-c）為均質(zhì)體，正交鏡下顯全消光，生長邊（Grt2-r）干涉色為一級(jí)灰色-白色，發(fā)育振蕩環(huán)帶（圖4e）。背散射圖像顯示，Grt2-c 呈明亮白色，Grt2-r 較為多樣，呈淺灰色-灰黑色（圖4f）。而且，從Grt2-c向外，Grt-2r 的背散射亮度先逐漸降低，當(dāng)降至最暗以后，其亮度便突然增強(qiáng)，并呈現(xiàn)淺灰白色-灰色交替的韻律性變化（圖4f）。

Grt3：發(fā)育振蕩環(huán)帶結(jié)構(gòu)，干涉色為一級(jí)灰色-黃白色，背散射圖像呈淺灰色-灰白色（圖4h、i）?？臻g上與陽起石共生，而且，其內(nèi)部裂隙發(fā)育，可充填少量綠簾石。

4.1.2 石榴子石的主量元素

在本次研究中，選取了3 件代表性石榴子石進(jìn)行了細(xì)致的電子探針成分分析，早期Grt1、Grt2 石榴子石，晚期Grt3 石榴子石樣品各1 件，各類石榴子石電子探針成分分析結(jié)果見表1。不同石榴子石的元素組成主要為SiO2、CaO、FeOT和Al2O3，少量MnO、MgO 和TiO2。總體上，SiO2和CaO 含量變化并不大，而FeOT和Al2O3含量變化較大。w（SiO2）為35.75%～38.90%，w（CaO）為32.71%～35.02%，兩者整體呈正相關(guān)關(guān)系；w（FeOT）為12.51%～28.50%，w（Al2O3）為0～12.80%，兩者具有明顯負(fù)相關(guān)關(guān)系；w（MnO）為0.32%～1.12%，w（MgO）為0～0.22%，w（TiO2）為0～2.52%。根據(jù)主量元素含量計(jì)算，石榴子石屬于鈣鋁榴石-鈣鐵榴石固溶體系列，其中以鈣鐵榴石（And；38%～100%）和鈣鋁榴石（Gro；0～56%）為主，少量錳鋁榴石（Spe）、鎂鋁榴石（Pyr）和鐵鋁榴石（Alm）（圖5）。

Grt1：Grt1-c 的w（FeOT）為13.60%～14.18%，w（Al2O3）為11.82%～12.46%；鈣鐵榴石端員組分占51%～53%（Gro51-53And41-43Spr4-8）。Grt1-r 較Grt1-c 富鐵而貧鋁，w（FeOT）為14.76%～28.50%，w（Al2O3）為0～12.80%，鈣鐵榴石端員組分占60%～77%（Gro18-35And60-77Spr4-6）。從成分剖面中可以看出（圖6a），Grt1 從核部到邊部，石榴子石成分變化明顯，呈現(xiàn)鈣鐵榴石端員組分先增加而后在邊部顯示較弱的振蕩變化趨勢。

Grt2：Grt2-c 具 有 最 高 的w（FeOT）（28.32%～28.49%），而最低的w（Al2O3）（0～0.12%），屬于鈣鐵 榴石（And99-100Spr0-1）。Grt2-r 的成分 變 化 最大，w（FeOT）為18.55%～22.93%，w（Al2O3）為4.84%～8.12%，鈣 鐵 榴 石 端 員 組 分 占 60%～77%（Gro0-56And38-100Spr0-9）。此外，Grt2-c 的部分環(huán)帶具有最高的w（TiO2）（1.00%～2.52%）。如圖6b所示，從核部到生長邊，石榴子石成分從鈣鐵榴石開始，鈣鐵榴石端員組分先逐漸減少、鈣鋁榴石端員組分逐漸增加，接著鈣鐵榴石端員組分突然增加、鈣鋁榴石組分突然減少，然后鈣鐵榴石和鈣鋁榴石端員組分呈現(xiàn)振蕩變化。

圖5 查崗諾爾鐵礦石榴子石端員組分三角圖解And—鈣鐵榴石；Alm—鐵鋁榴石；Gro—鈣鋁榴石；Pyr—鎂鋁榴石；Spe—錳鋁榴石Fig.5 The end member composition diagram of garnet in the Chagangnuoer iron depositAnd—Andradite;Alm—Almandine;Gro—Grossularite;Pyr—Pyrope;Spe—Spessarine

Grt3：w（FeOT）為16.62%～21.27%，w（Al2O3）為6.63%～10.19%；鈣鐵榴石端員組分占50%～68%（Gro27-43And50-68Spr3-8）?？傮w看來，從核部到邊部，Grt3 的鈣鐵榴石和鈣鋁榴石端員組分呈現(xiàn)振蕩變化（圖6c）。

4.2 多世代綠簾石結(jié)構(gòu)及成分特征

在查崗諾爾鐵礦區(qū)，綠簾石形成于熱液成礦期青盤巖化階段（洪為等，2012a），存在3 個(gè)不同世代，從早到晚依次為Ep1、Ep2 和Ep3，不同世代綠簾石具有明顯不同的干涉色、背散射圖像和成分特征（表2，圖7a～g，圖8）。

Ep1：呈粗粒自形-半自形晶，正交偏光顯微鏡和背散射圖像下表面干凈，多發(fā)育核-邊結(jié)構(gòu)。Ep1 核部（Ep1-c）具有較為均勻的一級(jí)紫紅或姜黃異常干涉色、灰黑色背散射圖像，且不發(fā)育振蕩化帶結(jié)構(gòu)，而Ep1 邊部（Ep1-r）的干涉色較為鮮艷的二-三級(jí)干涉色，背散射圖像也較亮，呈淺灰色-灰白色（圖7a、c）。此外，Ep1-r的干涉色的變化和BSE 圖像的明暗程度呈韻律性變化，且二者具有很好的對(duì)應(yīng)性，表明Ep1-r發(fā)育振蕩環(huán)帶結(jié)構(gòu)（圖7b、d）。Ep1-c的w（SiO2）為38.95%～39.23%，w（Al2O3）為25.44%～26.05%，w（FeOT）8.81%～9.31%，w（CaO）為23.62%～23.95%，w（MnO）為0.05%～0.18%，w（TiO2）為0.10%～0.12%，w（V2O3）為0.04%～0.07%（表2）。相較于Ep1-c，Ep1-r以具有更高的w（FeOT）（13.76%～16.29%）、w（TiO2）（0.19%～0.26%），更低的w（Al2O3）（19.75%～21.61%），以及相近的其他元素含量（表2，圖7f，圖8b）為特征。

表1 查崗諾爾鐵礦石榴子石電子探針分析結(jié)果Table 1 Representative EPMA results of garnet in the Chagangnuoer iron deposit

續(xù)表 1-1Continued Table 1-1

續(xù)表 1-2Continued Table 1-2

表2 查崗諾爾鐵礦綠簾石電子探針分析結(jié)果Table 2 The EPMA results of epidote in the Chagangnuoer iron deposit

Ep2：呈不規(guī)則粒狀，常被Ep3 包裹、交代或交切，有時(shí)其內(nèi)含Ep1包裹體或緊貼Ep1生長（圖7a、c），它具有一級(jí)紫紅異常干涉色和二級(jí)藍(lán)干涉色，背散射圖像總體也呈灰黑色，不發(fā)育振蕩環(huán)帶（圖7a～e）。所有世代綠簾石中，Ep2 具有最高的w（MnO）（0.42%～1.19%），而其他主要元素含量與Ep1-c 相似，僅w（TiO2）（0.02%～0.07%）較Ep1-c 稍低一些（表2，圖7f，圖8a、b）。

Ep3：呈柱狀和不規(guī)則粒狀，通常圍繞Ep1-r、Ep2邊緣生長，或交代石榴子石，與陽起石、磁鐵礦等伴生（圖7a、c、e）。它具有鮮亮的不均勻二-三級(jí)干涉色，背散射圖像顯示弱不均勻性，總體呈亮灰白色（圖7a～e）。除了相對(duì)較高w（MnO）（0.12%～0.77%）和較低w（TiO2）（0.02%～0.10%）以外，Ep3 的元素組成與Ep1-r較為相似（表2，圖7f、g，圖8a、b）。

總之，不同世代綠簾石的干涉色、背散射圖像和FeO、Al2O3、MnO 含量存在明顯的協(xié)變關(guān)系，由早到晚，從Ep1-c、Ep1-r、Ep2 到Ep3，綠簾石FeO、Al2O3、MnO含量呈現(xiàn)出一定地周期性變化。

5 討 論

5.1 石榴子石形成的物理化學(xué)條件

圖6 查崗諾爾鐵礦三類石榴子石（a、b、c）環(huán)帶成分變化示意圖（剖面位置見圖4c、f、i）Fig.6 The composition variation diagrams of garnet zonation（a,b,c）in the Chagangnuoer iron deposit（the location of EPMA analytical profiles shown in Fig.4c,f,i））

矽卡巖礦床中，石榴子石成分的變化與其形成的物理化學(xué)條件密切相關(guān)（艾永富等，1981；趙斌等，1983）。實(shí)驗(yàn)研究表明，在氧化條件下，常形成鈣鐵榴石，而在弱還原條件下，常形成富鈣鋁榴石（趙斌等，1983）。而且，中-堿性環(huán)境對(duì)鈣鐵榴石形成最佳，而酸性環(huán)境最利于鈣鋁榴石的形成（低pH 值時(shí)易于形成六次配位的Al），近等量的鈣鐵與鈣鋁榴石端員組分的石榴子石在相對(duì)中性的條件下形成（艾永富等，1981）。因此，矽卡巖礦床研究中，石榴子石成分常被用來定性約束成礦過程氧化還原條件和pH 值變化（李金祥等，2011；姚磊等，2012；費(fèi)祥惠等，2014；高雪等；2014；王偉等，2016；李壯等，2017；邊曉龍等，2019）。

查崗諾爾鐵礦床早期石榴子石核部Grt1-c 的鈣鋁榴石組分略多于鈣鐵榴石（Gro51-53And41-43Spr4-8），表明其形成于弱氧化、弱堿性條件下；邊部Grt1-r 以鈣鐵榴石組分占優(yōu)（Gro18-35And60-77Spr4-6），表明Grt1-r形成于比Grt1-c 氧化且更偏堿性的流體環(huán)境。而且，Grt1-r發(fā)育細(xì)振蕩環(huán)帶，且明暗環(huán)帶之間的Fe2O3和Al2O3含量呈現(xiàn)交替變化（圖4c，圖6a），這與多次周期性流體壓力的聚集和釋放有關(guān)，即流體的周期性沸騰作用，而與石榴子石形成時(shí)的溫度無關(guān)（Yardley et al.，1991；Harlov et al.，2012；Park et al.，2017）。從Grt1-c到Grt1-r，F(xiàn)eOT含量是突然增加的，而且形貌上它們之間呈不整合接觸（圖4c），因此，推測Grt1-r 的形成與新注入的富鐵流體相關(guān)，而非單一流體的連續(xù)演化。

圖7 查崗諾爾鐵礦不同世代綠簾石正交偏光照片（a、c）、BSE圖像（b、d、e）及典型電子探針成分剖面示意圖（f、g）Fig.7 Microphotographs under crossed nicols（a，c），BSE images（b，d，c）and compositional zonation profile（f，g）showing the compositional characteristics of three generations epidotes in the Chagangnuoer iron deposit

早期Grt2 石榴子石核部Grt2-c 幾乎為純鈣鐵榴石（And99-100Spr0-1），暗示其形成于富鐵、氧化、堿性的熱液流體；邊部Grt2-r 的鈣鐵榴石與鈣鋁榴石端員組分含量相似（Gro34-54And38-61Spr6-9），指示此時(shí)流體具有弱氧化、弱堿性特征。在大多數(shù)矽卡巖礦床中，石榴子石核部多富集鈣鋁榴石，向邊部多富集鈣鐵榴石（Gaspar et al.，2008；王偉等，2016）。相比而言，早期Grt2石榴子石明顯不同，其發(fā)育反環(huán)帶結(jié)構(gòu)，即核部（Grt2-c）富鈣鐵榴石，邊部（Grt2-r）富鈣鋁榴石（表1，圖5，圖6b）。如圖4f 所示，Grt2-r 以灰黑色環(huán)帶為界可進(jìn)一步分為2 個(gè)不同部分，此帶內(nèi)側(cè)從Grt2-c 向外，石榴子石的背散射圖像整體亮度從Grt2-c 向外依次變暗，無明顯明暗振蕩變化，暗示此時(shí)石榴子石一直處于封閉或近封閉體系，并無壓力明顯壓力波動(dòng)。然而，礦物反環(huán)帶結(jié)構(gòu)同樣可以在封閉體系中由流/熔體成分發(fā)生逆向變化而產(chǎn)生（Streck，2008）。Grt2-r 中灰黑色環(huán)帶內(nèi)側(cè)石榴子石的Al2O3和TiO2含量相對(duì)Grt2-c明顯是升高的（表1，圖6b），這可能反映了水-巖作用過程中大哈拉軍山組火山巖中的富Al 和富Ti 礦物，如斜長石、黑云母和輝石（洪為，2012），分解釋放Al 和Ti，進(jìn)而參與石榴子石結(jié)晶。對(duì)于Grt2-r 中灰黑色環(huán)帶外側(cè)石榴子石，其比內(nèi)側(cè)TiO2含量降低（圖6b），而且還發(fā)育明暗相間振蕩環(huán)帶，表明流體開始起主導(dǎo)作用，且流體壓力呈周期性變化（Yardley et al.，1991；Stowell et al.，1996；Harlov et al.，2012；Park et al.，2017）。

圖8 查崗諾爾鐵礦綠簾石XFe-MnO圖解（a）和XFe-TiO2圖解（b）Fig.8 XFe-MnO（a），and XFe-TiO2（b）diagrams of three generations epidotes in the Chagangnuoer iron deposit

晚期Grt3的鈣鐵榴石比鈣鋁榴石端員組分稍占優(yōu)勢（Gro27-43And50-68Spr3-8），表明其總體也形成于弱氧化、弱堿性環(huán)境。此外，Grt3發(fā)育明暗相間的振蕩環(huán)帶，且其通常作為角礫膠結(jié)物或細(xì)脈產(chǎn)出。因此，它的形成環(huán)境可能為開放、振蕩的物理化學(xué)環(huán)境。3類石榴子石復(fù)雜的成分和結(jié)構(gòu)變化所反映的主成礦階段氧化還原條件的多變和氧化的富鐵流體多次注入可能導(dǎo)致成礦體系鐵質(zhì)的不斷濃集而形成大規(guī)模鐵礦化。

5.2 綠簾石多階段生長對(duì)流體演化的指示

綠簾石作為常見的含水礦物，其形成過程與流體直接相關(guān)。因此，綠簾石中記錄了重要的相關(guān)流體的成分、溫度、壓力和氧逸度等信息（Holdaway，

1972；Bird et al.，2004；Enami et al.，2004；Mattinson et al.，2004；Feineman et al.，2007）。綠簾石的主量組分變化主要涉及M3+結(jié)構(gòu)位置的Fe3+-Al3+替換（Bird et al.，2004；唐盼等，2019）。實(shí)驗(yàn)研究證實(shí)，綠簾石的Fe 含量（XFe值）與體系氧逸度和鐵含量有關(guān)。通常氧化程度越高，綠簾石往往更富Fe（XFe值大）（Holdaway，1972；Liou，1973）。在自然體系中，這一結(jié)論也得到了證實(shí)，如Guo 等（2017）便識(shí)別出綠片巖相富Fe（高XFe值）綠簾石的形成與高氧逸度流體滲透有關(guān)。

查崗諾爾鐵礦中的綠簾石與許多地?zé)嵯到y(tǒng)和矽卡巖型礦床中的熱液綠簾石一樣，呈現(xiàn)多階段生長并發(fā)育復(fù)雜的內(nèi)部環(huán)帶結(jié)構(gòu)（Bird et al.，2004；Kelmnd，2004 及其參考文獻(xiàn)）。早世代綠簾石（Ep1）發(fā)育核-邊結(jié)構(gòu)（圖7a～d），指示存在2 個(gè)階段的生長歷史。核部（Ep1-c）為低XFe值（0.19～0.21），邊部Ep1-r 的XFe值明顯稍高（0.26～0.32）（圖7f，圖8），表明邊部（Ep1-r）相對(duì)核部（Ep1-c），其形成的氧逸度更高。邊部（Ep1-r）往往還發(fā)育明暗相間的細(xì)振蕩環(huán)帶（圖7a、b），表明邊部的相關(guān)流體環(huán)境較為動(dòng)蕩。在微量元素組成上，從核部（Ep1-c）到邊部（Ep-r），MnO含量基本沒變，但TiO2含量顯著增加（圖8a、b）。流體中礦物發(fā)生結(jié)晶時(shí)，Cr、V、Ti和V等難溶元素通常較早發(fā)生沉淀。所以，邊部（Ep1-r）若是從結(jié)晶出核部（Ep1-c）后的殘余流體中沉淀出來的，其應(yīng)該具有更低的TiO2含量。因此，富Ti的邊部（Ep1-r）指示其形成過程中流體的成分也發(fā)生了變化。

中世代綠簾石Ep2 的XFe值（0.15～0.20）與早世代綠簾石的核部Ep1-c相似，但低于早世代綠簾石的邊部Ep1-r 的XFe值（0.26～0.32）（圖7f），表明流體氧逸度發(fā)生了降低。在微量元素組成上，Ep2 的MnO含量明顯增加，最大可達(dá)1.19%，是所有綠簾石中MnO 含量最高的（圖8a）。因此，與中世代綠簾石Ep2 相關(guān)的流體是富MnO 的流體。晚世代綠簾石Ep3 的XFe值（0.28～0.37）的與早世代綠簾石邊部Ep1-r 相似，但比中世代Ep2 的XFe值高（圖7f、g，圖8），表明此時(shí)流體比與Ep2 平衡的流體氧逸度高。微量元素組成上，Ep3 的TiO2含量與Ep2 相似，而MnO 含量偏低且變化相對(duì)較大（0.14%～0.77%），但高于Ep1（圖8a、b）。在結(jié)構(gòu)上，Ep3 與Ep2 的邊界多不規(guī)則，呈現(xiàn)交代關(guān)系。因此，Ep3 可能形成于較貧MnO 和TiO2的流體，而并不是由于Ep3 從Ep2 結(jié)晶后的殘余流體中沉淀的結(jié)果，它的MnO 可能部分繼承自Ep2。

綜上所述，由早到晚，從Ep1-c、Ep1-r 到Ep2，再到Ep3，流體氧逸度經(jīng)歷了先升高、后降低、再升高的變化過程。同時(shí)，與之相平衡的流體的成分也是變化的，Ep1-r 形成于相對(duì)富TiO2的流體，Ep2 形成于富MnO 的流體，而與Ep3 相關(guān)的流體的MnO 和TiO2含量較低。

6 結(jié) 論

（1）查崗諾爾鐵礦發(fā)育早世代（Grt1 和Grt2）和晚世代（Grt3）3 類不同類型的石榴子石，早世代石榴子石Grt1和Grt2發(fā)育明顯核-邊結(jié)構(gòu)，晚世代石榴子石Grt3 發(fā)育單一振蕩環(huán)帶結(jié)構(gòu)。早世代石榴子石Grt1 屬于鈣鐵榴石-鈣鋁榴石系列，其中核部（Grt1-c）鈣鐵榴石-鈣鋁榴石端員組分相當(dāng)，邊部（Grt1-r）則明顯更為富集鈣鋁榴石組分且顯示振蕩變化。早世代石榴子石Grt2 核部（Grt2-c）均勻，為鈣鐵榴石，邊部（Grt2-r）發(fā)育成分環(huán)帶，為鈣鐵榴石-鈣鋁榴石系列。晚世代Grt3主要為鈣鐵榴石，次為鈣鋁榴石，二者含量相差不大。這些石榴子石復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和成分上的變化與早期成礦環(huán)境的氧逸度、pH 值條件、壓力波動(dòng)、水-巖反應(yīng)以及新流體注入等有關(guān)。

（2）查崗諾爾鐵礦發(fā)育3 個(gè)世代綠簾石（Ep1、Ep2和Ep3），它們之間具有明顯不同的結(jié)構(gòu)和成分。系統(tǒng)的EPMA 分析結(jié)果顯示，結(jié)構(gòu)上的差異主要與Al、Fe、Mn、Ti 等元素的含量變化相關(guān)。不同世代綠簾石之間這些元素含量上的差異性指示流體體系氧逸度經(jīng)歷了先增加，后降低，再升高的變化過程。同時(shí)，流體成分先從相對(duì)貧Ti 和Mn 向相對(duì)富Ti 貧Mn演化，而后又變?yōu)楦籑n貧Ti。

致 謝電子探針分析過程中得到了中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所電子探針實(shí)驗(yàn)室賈麗輝老師的大力幫助，感謝楊富全研究員和一位匿名審稿人評(píng)閱了全文并提出了很多寶貴修改意見和建議，在此一并表示衷心感謝！