粵西云樓崗花崗巖中黑云母礦物學(xué)特征及其指示意義

王 晶，黃琴輝，應(yīng) 璽

(云南國土資源職業(yè)學(xué)院，云南 昆明 652501)

巖漿起源、成礦元素聚集、巖石成因等研究是花崗巖所探究的關(guān)鍵內(nèi)容。在花崗質(zhì)巖石中，黑云母是其中所分布范圍最多的鎂鐵質(zhì)礦物，它的化學(xué)成分受多種條件的影響，例如巖漿冷卻結(jié)晶時(shí)物化條件(如壓力、溫度以及氧逸度等)的限制。因此，黑云母可以作為巖漿冷卻結(jié)晶時(shí)物化條件的一種指示劑[1][2]，其成分轉(zhuǎn)變不僅對(duì)巖漿演化以及來源等成巖信息進(jìn)行記載，也能視為成礦巖體最為核心的判斷特征[3]。本研究對(duì)巖相學(xué)、野外地質(zhì)調(diào)查進(jìn)行分析且與前人的探究相聯(lián)結(jié)起來，對(duì)河臺(tái)礦區(qū)與成礦關(guān)系密切的花崗閃長(zhǎng)斑巖中黑云母礦物進(jìn)行化學(xué)分析，對(duì)巖漿所凝聚成的成巖成礦的標(biāo)準(zhǔn)以及探討巖漿形成的物化條件給予指示價(jià)值。

1 地質(zhì)前景

云樓崗花崗巖位于粵西河臺(tái)金礦區(qū)西部，礦區(qū)內(nèi)出露面積約6 km2。河臺(tái)金礦床大地構(gòu)造位于欽杭所聚集的南段，吳川-四會(huì)以及羅定-廣寧斷裂的聯(lián)結(jié)處。針對(duì)欽杭結(jié)合帶而言，它是華夏和揚(yáng)子兩大古陸塊碰撞凝聚后拼貼形成的巨型板塊結(jié)合帶[4]，是華南區(qū)域最為核心以及具有找礦潛力的成礦多金屬區(qū)域。出露地層有震旦系、寒武系、志留系、泥盆系、石炭系下統(tǒng)、三疊系上統(tǒng)和古近系以及新近系山間盆地沉積。加里東期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生了許多混合型或S型花崗巖[7]。印支早期形成大范圍S型花崗巖或混合花崗巖，例如廣寧-羅定動(dòng)力變質(zhì)帶北東段區(qū)域[6]；以及防城-靈山斷裂帶周圍旁側(cè)的大容山-十萬大山區(qū)域[5]。燕山期為I型花崗巖的侵位[6]。區(qū)域上構(gòu)造線以北東-北北東向?yàn)橹?，防?靈山、羅定-廣寧以及吳川-四會(huì)等區(qū)域性大斷裂(韌性剪切帶)控制著區(qū)內(nèi)礦產(chǎn)的分布和產(chǎn)出。

河臺(tái)金礦區(qū)主要出露震旦系(Z)云開群、奧陶系以及志留系(圖1)。云開群為一系列無序完整的變質(zhì)巖分布于礦區(qū)北部，以石英絹云母片巖、二云母石英片巖、變粒巖、片麻巖、混合巖、混合花崗巖等為主，部分區(qū)域受強(qiáng)烈的剪切變形而凝聚成多條糜棱巖帶；志留系以及奧陶系出露于礦區(qū)的南部，以板巖、淺變質(zhì)粉砂巖以及砂巖為主，與震旦系呈斷層接觸。云樓崗巖體位于礦區(qū)西北部，侵入于云開群中，巖性為中粒黑云母二長(zhǎng)花崗巖、黑云母斜長(zhǎng)花崗巖，鋯石U-Pb年齡241.9±3.3Ma，侵位時(shí)間為中三疊世[10]，為印支期巖體。在礦區(qū)東部出露伍村巖體，巖性為黑云母巨斑狀花崗巖，單顆粒鋯石U-Pb年齡為153.6±2.1Ma[8]，屬燕山期侵入體。礦區(qū)內(nèi)發(fā)育一系列北東-南西向的韌性剪切帶(ML9、ML11等)，并控制著礦體的產(chǎn)出。

圖1 河臺(tái)金礦床礦區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖(據(jù)陳俊等，1993修改)Fig 1.Geological Sketch Map of Hetai Au Orefield1-震旦系(z)云開群混合巖；2-中粒黑云母二長(zhǎng)花崗巖；3-巨斑狀黑云母花崗巖；4-奧陶系與志留系薄層淺變質(zhì)砂巖、粉砂巖及薄層板巖；5-糜棱巖帶及編號(hào)；6-采樣位置

2 樣品及分析方法

4個(gè)花崗巖樣品采自河臺(tái)礦區(qū)云樓崗巖體北東部和南西部，靠近震旦系云開群混合巖地帶，均為灰白色中粒-中粗粒二云母花崗巖，具典型花崗結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。其中斜長(zhǎng)石含量35%，形狀表現(xiàn)為半自形、自形板狀，發(fā)育有復(fù)合卡鈉以及聚片雙晶，少量發(fā)育韻律環(huán)帶；石英20%，呈他形粒狀；黑云母15%，呈片狀，有明顯的多類色彩褐色以及黃綠色；白云母15%，片狀；其他副礦物15%(圖2)。

圖2 云樓崗花崗巖手標(biāo)本及顯微照片F(xiàn)ig 2.Hand Specimen and Microscope Picture of Yunlougang GraniteBi-黑云母；Mus-白云母；Q-石英；(b)單偏光；(c)正交偏光

礦物成分分析在中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所礦物與成礦中科院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室電子探針實(shí)驗(yàn)室完成，測(cè)試設(shè)備為日本電子JOEL企業(yè)所產(chǎn)出的電子探針型號(hào)JXA-823V型，2.0×10-8作為其束流，15 kV作為實(shí)驗(yàn)加速電壓，束斑大小為5 μm。

3 分析結(jié)果

黑云母的主量元素電子探針分析結(jié)果見表1。在Mg-(AlⅥ+Fe3++Ti)-(Fe2++Mn)圖解(圖3)中，黑云母的成分投點(diǎn)落在鎂質(zhì)黑云母的范圍內(nèi)。

圖3 黑云母Mg-Mg-(AlⅥ+Fe3++Ti)-(Fe2++Mn)分類圖解(據(jù)Foster，1960)Fig 3.Biotite Mg-Mg-(AlⅥ+Fe3++Ti)-(Fe2++Mn)Classification Digram

表1 云樓崗巖體黑云母化學(xué)組成(wt%)Tab 1.Biotite Chemical Analysis of Yunlougang Rockbody

從電子探針分析結(jié)果和分類圖解中可知，云樓崗巖體中黑云母具有如下特征：

(1)黑云母中w(FeOT)介于16.46%～18.83%；w(MgO)介于9.52%～10.60%。Mg/(Mg+Fe2+)比值較為均一，介于0.48～0.53，體現(xiàn)了它未受到后期流體的轉(zhuǎn)變。

(2)黑云母中w(Al2O3)介于17.03%～18.04%，w(TiO2)介于1.73%～3.04%，w(AlⅥ)為0.28～0.41作為通過22個(gè)氧原子所核算的陽離子數(shù)。研究表明，其中黑云母的結(jié)構(gòu)式以及高鈦特征里低AlⅥ特征表明所凝聚成的條件是較高氧逸度環(huán)境以及相對(duì)高溫[12]。

(3)黑云母中w(MnO)介于0.27%～0.40%。巖漿演化中，Mn濃度通常較難轉(zhuǎn)化成單獨(dú)的礦物，Mn2+通過類質(zhì)同像的模式將Mg2+、、Fe2+進(jìn)行替代等，進(jìn)而滲透到造巖礦物中去[13]。Fe2+/(Fe2++Mg)值以及花崗巖云樓崗黑云母MnO值表現(xiàn)為正相關(guān)，也體現(xiàn)出Mn是通過類質(zhì)同像的模式轉(zhuǎn)進(jìn)黑云母晶格中去。

4 討論

4.1 巖漿結(jié)晶的物理化學(xué)條件探討

黑云母的化學(xué)成分在一定程度上可以反映巖漿-熱液體系的物化條件。特別是在Uchida et al.[14]的探究體現(xiàn)了花崗巖結(jié)晶壓力與黑云母的全鋁容量有著良好的正相關(guān)性，關(guān)系式表現(xiàn)為：P(×100Mpa)=3.03×TAl-6.53(±0.33)，式中TAl是通過22個(gè)O為基礎(chǔ)所進(jìn)行核算的黑云母中鋁陽離子的總體數(shù)額。按照這種壓力對(duì)本區(qū)花崗巖中黑云母的結(jié)晶壓力進(jìn)行估算得出245Mpa～278Mpa，P=ρ·g·H換算作為侵位深度的公式，其中ρ=2700 kg/m3，g=9.8 m/s2，計(jì)算得到9.27km～10.51km，平均深度10.09km。

黑云母Ti溫度計(jì)算公式：T(℃)={[ln(Ti)-a-c(XMg)3]/b}0.333，通過核算得到黑云母粗面巖的結(jié)晶溫度。式中XMg為Mg/(Mg+Fe)，a=-2.3594，b=4.6482×10-9，c=-1.7283，且XMg=0.275～1.000，Ti=0.040～0.600之間為準(zhǔn)確的校正范圍。計(jì)算得到的黑云母結(jié)晶溫度為585℃～675℃，平均647℃。

4.2 巖石成因探討

黑云母中MgO含量可以反映巖石物質(zhì)來源及成巖成礦作用的一些地球化學(xué)特征，因此它的成分特點(diǎn)可以反映寄主巖石的成因類型和形成環(huán)境。丁孝石[15]認(rèn)為典型幔源黑云母中w(MgO)>15%，殼源黑云母中w(MgO)<6%，本文w(MgO)9.52%～10.60%，平均9.93%，具有殼幔過渡特點(diǎn)。針對(duì)黑云母FeOT/(FeOT+MgO)-MgO圖解(圖4)，云樓崗花崗巖中黑云母關(guān)鍵投影在靠近殼源和殼幔源劃分界線，體現(xiàn)出本區(qū)地殼涵蓋在成巖物質(zhì)中，而且有少量地幔物質(zhì)增添進(jìn)去，也體現(xiàn)了殼?；煸吹奶卣骱托纬稍?。Abdel -Rahman[16]通過對(duì)世界325件黑云母產(chǎn)品核心要素的數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)試分析，提出了黑云母構(gòu)造環(huán)境MgO-FeOT-Al2O3判別圖解。本研究的數(shù)據(jù)放置于此圖上，黑云母都投放在C區(qū)和P區(qū)界限附近(圖5)，即造山帶鈣堿性巖系到過鋁質(zhì)巖系。結(jié)合分析結(jié)果，云樓崗巖體在很大程度上為印支期造山環(huán)境下凝聚成的S型花崗巖，并有少量幔源物質(zhì)混入。

圖4 云樓崗花崗巖黑云母的FeOT/(FeOT+MgO)-MgO圖(據(jù)周作俠，1986)Fig 4.Biotite FeOT/(FeOT+MgO)-MgO Diagram of Yunlougang granite

圖5 云樓崗花崗巖黑云母構(gòu)造環(huán)境判別圖(據(jù)Abdel-Rahman，1994)Fig 5.Biotite Tectonic Environment Criteria of Yunlougang GraniteA-非造山堿性巖系；C-造山帶鈣堿性巖系；P-過鋁質(zhì)巖系

5 結(jié)論

(1)云樓崗花崗巖中黑云母結(jié)晶的壓力為245Mpa～278 Mpa，相當(dāng)于9.27km～10.51km，平均深度為10.09 km[14]。結(jié)晶溫度為585～675℃，平均647℃。

(2)云樓崗花崗巖可能是印支期造山過程中形成的S型花崗巖，并有少量幔源物質(zhì)混入。