邯邢地區(qū)東部紫泉閃長(zhǎng)巖的成因礦物學(xué)研究

白富生，金雅楠，范琳琳，唐玉瑩，秦 超，張聚全

1. 河北地質(zhì)大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，河北 石家莊 050031；2. 河北地質(zhì)大學(xué) 河北省戰(zhàn)略性關(guān)鍵礦產(chǎn)資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北 石家莊 050031

0 引言

邯邢地區(qū)位于華北克拉通的中部，發(fā)育有大量中生代中—基性雜巖體。前人在該地區(qū)，尤其在西部和中部，進(jìn)行了大量的基礎(chǔ)性調(diào)查與研究，取得了豐富的研究成果[1-4]。相關(guān)研究結(jié)果表明鐵礦床的成因與邯邢地區(qū)廣泛發(fā)育的閃長(zhǎng)巖、二長(zhǎng)巖有關(guān)，但是在時(shí)空上不同的巖體顯示了不同的成礦特征，中西部閃長(zhǎng)巖體表現(xiàn)為強(qiáng)成礦性，發(fā)育有大規(guī)模的鐵礦床[5]。東部閃長(zhǎng)巖體表現(xiàn)出弱成礦性，鐵礦床的分布較少（圖1）。針對(duì)東部閃長(zhǎng)巖體與中部閃長(zhǎng)巖體在鐵礦床分布規(guī)模上所表現(xiàn)出的差異，本文選取東部紫泉巖體為研究對(duì)象，從成因礦物學(xué)的角度對(duì)東部閃長(zhǎng)巖體的巖漿演化過程進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，然后與前人的研究成果進(jìn)行對(duì)比，對(duì)東部與中部巖體存在的差異進(jìn)行了分析。

圖1 邯邢地區(qū)地質(zhì)圖（圖件修改自張聚全等[5]）Fig. 1 Geological map of Han-Xing region

1 區(qū)域地質(zhì)背景

邯邢地區(qū)位于華北克拉通的中部，太行山脈的南部（圖1）。該區(qū)主要受太行山東麓深斷裂控制，邯鄲—磁縣深斷裂在此穿過。根據(jù)現(xiàn)已查明的相關(guān)資料，邯邢地區(qū)出露的地層有寒武系、奧陶系、石炭系和二疊系，在這些地層中，中奧陶統(tǒng)為邯邢地區(qū)主要成礦地層。

依據(jù)區(qū)域巖體分布特征以及期規(guī)模大小，可以將邯邢地區(qū)劃分為符山、礦山、綦村、武安、固鎮(zhèn)、洪山、新城和鼓山八大巖體。這些巖體總體上呈串珠狀分布，呈北北東（NNE）向展布。產(chǎn)狀大多為小巖蓋或者巖株。邯邢地區(qū)巖漿巖的巖性自西向東包括中基性、中性、中偏堿性以堿性，從西向東可以劃分為三個(gè)巖漿帶，分別是：西部巖漿帶、中部巖漿帶和東部巖漿帶。

2 巖相學(xué)特征

礦物的巖相學(xué)特征是巖石成因研究中的基礎(chǔ)，該閃長(zhǎng)巖手標(biāo)本鑒定為淺灰色，中細(xì)粒，似斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。主要由斜長(zhǎng)石（70%）、角閃石（20%）、石英（4%）、磁鐵礦（6%）組成，其中斜長(zhǎng)石多為白色，灰色，發(fā)育聚片雙晶，粒徑約為1.5 mm×4.5 mm，發(fā)育環(huán)帶結(jié)構(gòu)；角閃石為墨綠色，柱狀，自形—半自形結(jié)構(gòu)，生長(zhǎng)于長(zhǎng)石晶體間隙，數(shù)量眾多，粒徑 2.0 mm×2.0 mm左右，角閃石輕微蝕變，發(fā)育清晰環(huán)帶（圖2）。根據(jù)角閃石環(huán)帶特征，可以將角閃石劃分為兩個(gè)期次。

圖2 東部閃長(zhǎng)巖巖相學(xué)特征Fig. 2 Petrographic characteristics of diorite in eastern

3 分析方法

對(duì)邯邢地區(qū)東部閃長(zhǎng)巖樣品中的角閃石、斜長(zhǎng)石進(jìn)行了電子探針成分分析，分析實(shí)驗(yàn)在河北地質(zhì)大學(xué)電子探針室進(jìn)行，分析儀器為JEOL-JXA-8230，儀器工作條件為加速電壓：15 kV；束流：20 nA；束斑直徑：5μm。分析過程中以硬玉作為Si、Al、Na的標(biāo)樣，Ti標(biāo)樣為金紅石，從鐵鋁榴石中采集Fe標(biāo)樣，Ca、Mg標(biāo)樣采自透輝石，Mn標(biāo)樣選自錳硅灰石，K標(biāo)樣以鉀長(zhǎng)石替代，螢石作為F標(biāo)樣，氯化鈉作為Cl標(biāo)樣，鉻鐵礦作為Cr標(biāo)樣。

4 分析結(jié)果

在角閃石的正交偏光顯微鏡圖像中，可以清楚地觀察到角閃石（Amp）具有明顯的環(huán)帶特征，核部顏色較淺，往邊部過渡，顏色逐漸加深。核部較大，環(huán)帶寬度相對(duì)較窄，核—邊界線明顯，主要表現(xiàn)為熔蝕的港灣狀；根據(jù)角閃石電子探針數(shù)據(jù)（表1），SiO2含量為44.32%～53.96%，Al2O3含量為2.66%～10.71%，TiO2含量為0.24%～1.33%，MgO含量為12.44%～19.75%，F(xiàn)eO含量為5.65%～13.89%，Na2O含量為0.68%～2.28%，K2O含量為0.16%～0.93%，CaO含量為9.88%～11.58%，MnO含量為0.08%～0.73%，Cr2O3含量為0～0.52%，Cl含量為0～0.07%?？偟膩碚f，MgO、FeO、CaO 含量較高。整體上，第一期次的角閃石到第二期次的角閃石，SiO2含量逐漸升高，Al2O3含量逐漸降低，堿金屬（Na2O+K2O）含量不斷降低，表現(xiàn)出明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系；鎂含量逐漸增加，鐵含量逐漸降低，兩者也同樣變現(xiàn)出了明顯的負(fù)相關(guān)性。Ca含量比較穩(wěn)定，沒有明顯變化。

表1 閃長(zhǎng)巖中角閃石電子探針分析Table 1 EMPA data of amphibole from diorite

對(duì)邯邢地區(qū)東部紫泉閃長(zhǎng)巖樣品中角閃石環(huán)帶32個(gè)探針點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，CaB≥1.50，（Na+K）A＜0.50，Ti＜0.50，符合鈣質(zhì)角閃石的成分特征?；贚eake 等[6]對(duì)角閃石進(jìn)行分類投圖（圖3a）。投圖顯示，兩個(gè)期次的角閃石絕大數(shù)為鎂角閃石，少數(shù)為鈣鎂閃石。

在斜長(zhǎng)石的鏡下圖像中，無論是斑晶斜長(zhǎng)石還是基質(zhì)斜長(zhǎng)石，同樣可以清楚地觀察到斜長(zhǎng)石（Pl）具有明顯的環(huán)帶特征，環(huán)帶均勻密集，核部顏色深，邊部顏色淺，根據(jù)斜長(zhǎng)石電子探針數(shù)據(jù)，SiO2含量為54.65%～64.92%，Al2O3含量為20.85%～27.49%，TiO2含量為0～0.06%，MgO含量為0～0.07%，F(xiàn)eO含量為0.08%～0.37%，Na2O含量為5.49%～10.09%，K2O含量為0.15%～0.62%，CaO含量為2.55%～11.66%，MnO含量為0～0.03%。為研究斜長(zhǎng)石環(huán)帶的形成過程及變化規(guī)律，挑選單顆斜長(zhǎng)石從核部到邊部，呈線狀密集打點(diǎn)進(jìn)行電子探針測(cè)試，測(cè)試數(shù)據(jù)見表2。

表2 角閃石物理化學(xué)參數(shù)計(jì)算Table 2 Calculation of physical and chemical parameters of hornblende

通過對(duì)斜長(zhǎng)石數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并計(jì)算Or、Ab、An值。斜長(zhǎng)石Or-Ab-An三端元圖解（圖3b）顯示，該斜長(zhǎng)石由鈉長(zhǎng)石、奧長(zhǎng)石、中長(zhǎng)石、拉長(zhǎng)石組成。

圖3 角閃石（a，底圖改自Leake等[6]）和斜長(zhǎng)石（b，底圖改自賴紹聰?shù)萚7]）成分特征Fig. 3 Composition characteristics of hornblende and plagioclase

表3 閃長(zhǎng)巖中斜長(zhǎng)石電子探針分析Table 3 EMPA data of plagioclase from diorite

5 討論

5.1 角閃石環(huán)帶結(jié)構(gòu)成因

Johnson等[8]在巖石學(xué)實(shí)驗(yàn)中證明：在礦物結(jié)晶過程中，鈣鋁質(zhì)角閃石全鋁含量與礦物結(jié)晶時(shí)的壓力成正相關(guān)[8，9]。巖石中斜長(zhǎng)石與角閃石共生是應(yīng)用角閃石全鋁壓力計(jì)的必要前提條件。通過巖相學(xué)觀察，邯邢地區(qū)東部紫泉巖體樣品中發(fā)育大量的角閃石，斜長(zhǎng)石生長(zhǎng)在其周圍。因此可以利用角閃石全鋁壓力計(jì)來估算角閃石的結(jié)晶壓力。當(dāng)前，已經(jīng)研究出6種角閃石全鋁壓力計(jì)[8，10-14]，有學(xué)者通過對(duì)比研究這幾種角閃石全鋁壓力計(jì)，提出上述所有角閃石全鋁壓力計(jì)受氧逸度f（O2）的制約，對(duì)礦物結(jié)晶壓力計(jì)算會(huì)產(chǎn)生影響[15]。Ridolfi等[17]結(jié)合前人研究，綜合分析各種影響因素，再次通過巖石學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)M角閃石結(jié)晶過程并對(duì)角閃石全鋁壓力計(jì)進(jìn)行了校正。

運(yùn)用校正后的全鋁壓力計(jì)對(duì)角閃石數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，得到了部分角閃石的溫度、壓力、氧逸度等相關(guān)參數(shù)數(shù)值（表2）。取平均值整理后，大致劃分為兩個(gè)階段：首先在高溫895.83 ℃、高壓240.57 MPa下形成第一期次角閃石，成巖深度約為9.09 km，ΔNNO為+1.88，熔體含水量為4.61%。然后在相對(duì)低溫750.43 ℃、低壓79.34 MPa下形成第二期次角閃石，成巖深度約為3.00 km，ΔNNO為+1.52，熔體含水量為4.44%。兩個(gè)期次的角閃石氧逸度界于ΔNNO+1.52至ΔNNO+1.88，靠近ΔNNO+2.00緩沖線，說明角閃石形成于較高的氧逸度環(huán)境，具有高氧逸度的特征。角閃石記錄的溫壓環(huán)境也表明了本地區(qū)大部分巖漿經(jīng)歷了兩階段的演化模型：即深部的巖漿房過程與巖漿侵位淺部定位后的結(jié)晶過程。

角閃石TiO2-Al2O3圖解（圖4a）顯示，第一期次的角閃石落在殼幔分界線兩側(cè)，表明角閃石第一期次的巖漿物質(zhì)來源于地幔深部。第二期次的角閃石落在殼幔分界線左側(cè)，表明該期次的巖漿物質(zhì)來源于淺部殼源。兩個(gè)期次巖漿不同的物質(zhì)來源表明形成角閃石的巖漿具有巖漿混合的特點(diǎn)。

圖4 角閃石巖漿來源判別圖解（a，底圖修改自姜常義等[16]）和巖漿氧逸度對(duì)比（b，底圖修改自Ridolfi等[17]）Fig. 4 Diagrams for distinguishing the origin of amphibole magma and Comparison of oxygen fugacity of magma

5.2 斜長(zhǎng)石環(huán)帶成因及指示意義

斜長(zhǎng)石是邯邢地區(qū)主要造巖礦物，且廣泛發(fā)育清晰的環(huán)帶結(jié)構(gòu)。斜長(zhǎng)石環(huán)帶大致可劃分為三種類型：正常環(huán)帶、反環(huán)帶和韻律環(huán)帶。不同的環(huán)帶結(jié)構(gòu)形成原因不同，最根本原因是斜長(zhǎng)石晶體在生長(zhǎng)過程中受到周圍巖漿成分變化的影響，因此可以通過研究環(huán)帶各階段成分的變化來追溯整個(gè)巖漿的演化過程[18-22]。

斜長(zhǎng)石電子探針數(shù)據(jù)及斜長(zhǎng)石An曲線顯示，此次研究的斜長(zhǎng)石環(huán)帶是由較基性的和較酸性的巖漿多次反復(fù)注入形成，兩種不同性質(zhì)的巖漿之間表現(xiàn)有明顯突變，為典型的韻律環(huán)帶。研究表明，斜長(zhǎng)石韻律環(huán)帶一般是由巖漿擴(kuò)散過飽和所導(dǎo)致，經(jīng)歷了長(zhǎng)期的巖漿混合過程。此外，由于巖漿活動(dòng)引起的溫度壓力的變化也可能形成斜長(zhǎng)石韻律環(huán)帶[23]。

為了能夠突出展示斜長(zhǎng)石環(huán)帶的成分變化，通過數(shù)據(jù)處理計(jì)算斜長(zhǎng)石An值，繪制了斜長(zhǎng)石An曲線分布（圖5）。如圖5所示，斜長(zhǎng)石環(huán)帶核部An值普遍在40%～50%，少數(shù)點(diǎn)位An＞50%，邊部斜長(zhǎng)石An＜20%。斜長(zhǎng)石從核部到邊部具有明顯的變化，可以清晰看出核部An值相對(duì)較高，邊部An值相對(duì)較低，說明斜長(zhǎng)石環(huán)帶核部初始熔體巖漿較基性，環(huán)帶邊部巖漿較酸性。An曲線“階梯式”突變下降被認(rèn)為是酸性巖漿注入的結(jié)果，鈉長(zhǎng)石組分增加，鈣長(zhǎng)石組分減少。至于斜長(zhǎng)石An曲線上的一些微小波動(dòng)，分析認(rèn)為可能因?yàn)榻Y(jié)晶環(huán)境的不穩(wěn)定，例如巖漿成分、溫度、壓力、含水量等[24]。

圖5 斜長(zhǎng)石An曲線分布圖Fig. 5 An curve distribution of plagioclase

5.3 與邯邢地區(qū)中部強(qiáng)成礦巖體的對(duì)比

前人通過對(duì)邯邢地區(qū)中部某典型的矽卡巖鐵礦床的研究，揭示了邯邢地區(qū)典型的矽卡巖鐵礦床的成因，研究結(jié)果顯示鐵鎂質(zhì)巖漿多次注入長(zhǎng)英質(zhì)巖漿房，造成巖漿混合。同時(shí)研究數(shù)據(jù)及實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)表明巖漿在侵位過程中高氧逸度和高含水量有利于富鐵流體的釋放，有利于鐵礦的形成[25-27]。

研究結(jié)果表明，紫泉閃長(zhǎng)巖體在形成過程中同樣經(jīng)歷了巖漿混合，這說明表現(xiàn)強(qiáng)成礦性的中部巖體與表現(xiàn)弱成礦的東部巖體兩者在成因上都符合巖漿混合的觀點(diǎn)，因此巖漿混合不是此地區(qū)控礦的主要因素。實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)表明：增高的氧逸度和水活度有利于富鐵熔流體的出熔[27]。通過與中部強(qiáng)成礦巖體綦村巖體的氧逸度對(duì)比發(fā)現(xiàn)（圖4b），綦村巖體從基質(zhì)到斑晶，氧逸度有明顯的升高。紫泉閃長(zhǎng)巖也具有高氧逸度的特征，但是在巖漿侵位的過程中，兩個(gè)期次的巖漿并沒有像中部強(qiáng)成礦巖體一樣表現(xiàn)出氧逸度逐漸升高的特點(diǎn)，這可能是導(dǎo)致紫泉巖體沒有大規(guī)模成礦的影響因素。紫泉巖體先后兩個(gè)期次的巖漿水含量沒有明顯變化，表明巖漿在侵位前后水含量沒有達(dá)到飽和狀態(tài)，不能形成減壓出熔的成礦流體，這可能也是影響紫泉巖體最終沒有成礦的因素之一。

6 結(jié)論

（1）邯邢地區(qū)東部紫泉閃長(zhǎng)巖中角閃石主要為鎂角閃石，少量為鎂鈣閃石；斜長(zhǎng)石核部為中長(zhǎng)石、拉長(zhǎng)石，邊部為鈉長(zhǎng)石、更長(zhǎng)石。

（2）根據(jù)對(duì)紫泉閃長(zhǎng)巖中角閃石及斜長(zhǎng)石環(huán)帶的研究，邯邢地區(qū)東部紫泉閃長(zhǎng)巖的成因來源于巖漿混合，經(jīng)歷了兩個(gè)階段的演化過程：即深部的巖漿房過程與巖漿侵位淺部定位后的結(jié)晶過程。

（3）紫泉閃長(zhǎng)巖具有高氧逸度的特征。與中部鐵強(qiáng)成礦的成礦巖體比較，紫泉閃長(zhǎng)巖在侵位前后氧逸度值和含水量沒有明顯變化，不能很好地促使含礦流體與硅酸鹽巖漿的分離，這可能是導(dǎo)致紫泉巖體不成礦的主要原因。