滇西北拉巴燕山晚期花崗巖巖石成因及其成礦指示
——黑云母和角閃石礦物化學證據

向 坤，薛傳東，謝志鵬，來瑞娟

(昆明理工大學 地球科學系, 云南 昆明 650093)

滇西北拉巴Mo(-Cu)-多金屬礦床是近年來勘查發現的一個超大型燕山晚期斑巖-矽卡巖型礦床，也是西南“三江”成礦帶上的重大找礦突破，有望成為我國又一個重要的鉬多金屬礦產資源基地。近年來實施的大量鉆探工程揭露表明，區內發育一個巨大的隱伏斑狀花崗巖巖基。前人已對該礦區進行了包括礦床地質、巖石地球化學、同位素年代學等方面的研究(李文昌等, 2012; 余海軍等, 2015; Yangetal., 2017)，然而關于巖漿形成的物理化學條件及其成礦效應等方面研究不足，更缺乏礦物化學方面的證據，大大限制了對其礦床成因的理解和找礦勘查工作的部署。

黑云母和角閃石是花崗質巖石中普遍存在的暗色造巖礦物，其成分特征能夠記錄并保存有關礦物形成時的巖漿溫度、壓力、氧逸度、巖漿來源等巖石成因的信息(Abdel-Rahman, 1994; Henryetal., 2005; Uchidaetal., 2007; Ridolfietal., 2010)，這些條件也制約著成礦元素在熔體相、礦物相與流體相之間的分配(Stemprok, 1990; Kepperetal., 1991; Linnenetal., 1996)。因而，通過對花崗質巖石中黑云母、角閃石礦物成分的研究，不僅能示蹤巖漿成因及形成環境，也能提供巖體出溶流體性質方面的信息，并可以對巖體的成礦性進行評價。本文選擇拉巴礦區含礦斑狀花崗巖體中黑云母和角閃石為研究對象，對其開展詳細的礦物化學研究，以確定該花崗巖形成的物理化學條件及成礦效應。

1 地質背景

拉巴礦區位于云南省香格里拉縣城105°方向38 km處，地處青藏高原東南緣“三江”成礦帶北段的義敦弧、甘孜-理塘縫合帶與揚子地塊西緣過渡部位，偏向揚子地塊一側(Burchfiel and Chen, 2012; Yangetal., 2014)(圖1a)。已有研究表明，在香格里拉地區發育一條近南北向分布的燕山晚期休瓦促-銅廠溝花崗質巖漿巖帶，北部主體位于義敦弧巖漿巖帶內，南東部跨至揚子地塊，并伴生有大規模的斑巖-矽卡巖型Mo(-Cu)-多金屬礦化(Wangetal., 2014; Yangetal., 2017)。

拉巴礦區出露地層主要有上二疊統黑泥哨組(P2h)玄武巖夾火山角礫巖和中三疊統北衙組(T2b)碳酸鹽巖偶夾少量碎屑巖，第三系礫巖僅在局部地段零星出露。黑泥哨組與北衙組以斷層接觸(圖1b、1c)。區內斷層主要為銅廠斷裂(F1)，沿銅廠坪—銅廠—拉巴河展布，總體走向NE，傾向NW，傾角56°～72°。斑狀花崗巖體僅有零星露頭，且面積很小。鉆探資料表明，在礦區南部存在一個隱伏的斑狀花崗巖基(圖1b)。目前，已有的鉆探工程尚未有效地控制該巖體的邊界。最近研究表明，該地區斑狀花崗巖體形成于晚白堊世(87.4～ 84.1Ma，Wangetal., 2014; 余海軍等, 2015)。鉆探揭露顯示，礦體主要產于巖體頂部、巖體與圍巖接觸部位以及碳酸鹽巖和玄武巖圍巖中，多呈浸染狀、脈狀形式產出?？碧骄€剖面圖(圖1c)顯示，在巖體與圍巖接觸部位多發育矽卡巖化，圍巖多遭受巖體侵入的影響，普遍發育大理巖化。已有研究認為，拉巴Mo(-Cu)-多金屬礦床是與巖漿熱液有關的斑巖-矽卡巖型礦床(余海軍等, 2015; Yangetal., 2017; Lietal., 2017)。

圖 1 拉巴Mo(-Cu)礦區構造位置圖(a，據Reid et al., 2007; Yang et al., 2016)、礦區地質簡圖[b，據余海軍等(2015)修測]及勘探線剖面圖(c)Fig. 1 The tectonic location (a, after Reid et al., 2007; Yang et al., 2016), simplified geological map (b, modified after Yu Haijun et al., 2015) and geological section of the Laba Mo(-Cu) deposit (c)GLSZ—甘孜理塘縫合帶； JSSZ—金沙江縫合帶GLSZ—Garze-Litang suture zone; JSSZ—Jinshajiang suture zone

2 樣品描述及分析

鏡下觀察表明，礦區含礦斑狀花崗巖呈淺灰-淺紅色，中-粗晶粒狀結構。斑晶主要有斜長石(15%～25%)、鉀長石(5%～10%)、石英(15%)、黑云母(5%)、角閃石(1%～5%)，基質主要包括斜長石、石英、黑云母、角閃石(圖2a、2b)，副礦物主要有鋯石、磷灰石、榍石、磁鐵礦和鈦鐵礦。其中，黑云母多為自形-半自形，呈片狀、鱗片狀，鏡下為褐色-黃褐色，解理較發育，多色性明顯，粒徑一般為0.2～0.5 mm，常包裹有磷灰石、褐簾石、金紅石等副礦物，黑云母斑晶的邊部或內部多見有黃鐵礦(圖2c)。角閃石則多呈菱形狀或柱狀，鏡下為褐綠色，多色性明顯，粒徑約0.1～0.3 mm(圖2d)，常包裹有斜長石。這些礦物包裹體，可作為巖漿成因標志。

研究樣品均采自A—A′ 勘探線剖面(圖1c)的5件巖石樣品，其中ZK2006-2樣品取自該鉆孔的191 m處，ZK2013-1、ZK2013-3、ZK2013-4、ZK2013-5樣品分別取自對應鉆孔的125、330、590和771 m處。在鏡下優選未遭受蝕變或流體作用影響的且顆粒較大的巖漿成因黑云母和角閃石進行測試。礦物成分分析在中國地質大學(北京)電子探針實驗室采用日本島津公司生產的EPMA-1720 型電子探針儀完成，測試條件為：加速電壓15 kV，束流10 nA，束斑直徑1 μm，采用的標樣主要有：Si、Al(斜長石)、Ti(金紅石)、Fe(鐵鋁榴石)、Mn(薔薇輝石)、Mg(橄欖石)、Ca(方解石)、Na(鈉長石)及K(透長石)等。主要氧化物的分析誤差約為0.01%，F、Cl的分析誤差分別為0.11%和0.02%。

圖 2 拉巴斑狀花崗巖手標本(a)、正交偏光照片(b)及背散射圖像(c、d)Fig. 2 Photographs showing hand specimen (a), microphotograph (b) and BSE images (c, d) of the Laba porphyritic graniteAln—褐簾石； Amp—角閃石； Ap—磷灰石； Bi—黑云母； Kfs—鉀長石； Pl—斜長石； Py—黃鐵礦； Qtz—石英； Rt—金紅石Aln—allanite; Amp—amphibole; Ap—apatite; Bi—biotite; Kfs—K-fledspar; Pl—plagioclase; Py—pyrite; Qtz—quartz; Rt—rutile

3 分析結果

拉巴斑狀花崗巖中代表性黑云母和角閃石的電子探針成分分析結果見表1和表2。表中FeO、Fe2O3含量采用林文蔚等(1994)的方法進行計算，分別以22和23個氧原子為基礎計算黑云母和角閃石的陽離子系數及相關參數。

3.1 黑云母分析結果

黑云母中氧化物的總含量介于94.44%～98.60%之間，均在含水礦物黑云母電子探針數據的允許誤差之內。從表1可以看出，黑云母的MgO含量介于12.77%～15.22%之間，TiO2含量2.83%～4.68%，K2O含量9.29%～11.24%，FeOT變化于14.57%～17.37%之間，Al2O3介于13.23%～14.98%之間，CaO含量最高為0.03%，Na2O含量最高為0.28%，總體表現為富Mg、Ti、K，低Ca、Na的特點。據Rieder等(1998)提出的黑云母分類方法，所有樣品均為富鎂黑云母。

根據Henry等 (2005)的黑云母的Ti溫度計計算公式：t(℃)={ [ln(Ti)+2.359 4+1.728 3(XMg)3]/(4.648 2×10-9)}0.333(式中，Ti為以22個氧原子為基礎計算的Ti陽離子數，XMg=0.275～1.000，Ti = 0.04～0.60，t=400～800℃為準確的校正范圍)計算得到，花崗巖中黑云母的形成溫度為705～777℃(圖3、表1)。

Uchida 等 (2007)研究表明，黑云母中的全鋁含量同花崗巖的固結壓力具有正相關性，其關系式為：p(100 MPa) = 3.03TAl-6.53(±0.33)， 式中，TAl是以22個氧原子為基礎計算的黑云母中Al陽離子的總數。已有研究指出，花崗巖中若存在角閃石+黑云母的礦物組合且角閃石含量少，則結晶程度較差；而黑云母結晶完好時，選擇黑云母作為全鋁壓力計的計算結果才比較可靠(康志強等, 1994)。拉巴花崗巖黑云母結晶較好，均為較好的自形晶，并且含少量的角閃石，符合運用黑云母全鋁壓力計的前提條件，本文據此估算出拉巴斑狀花崗巖黑云母的形成壓力為59～133 MPa，形成深度約為2.2～5.0 km(表 1)。

圖 3 拉巴斑狀花崗巖中黑云母結晶溫度的Ti -XMg圖解(底圖據Henry 等, 2005)Fig. 3 Temperature isotherms calculated from the surface-fit equation on the Ti versu XMg diagram (original diagram after Henry et al., 2005)

3.2 角閃石分析結果

從表2可以看出，所測試角閃石MgO含量介于10.55%～15.63%之間，TiO2含量0.83%～1.19%，K2O含量0.46%～1.18%，FeOT則變化于13.53%～19.20%之間，Al2O3則介于5.26%～8.97%之間，CaO含量為11.67%～12.33%，Na2O含量為1.03%～1.79%，表現為富Mg、Ca、K，低Ti、Na的特點。根據1997年國際礦物學會(IMA)及礦物命名委員會的角閃石分類方案(Leakeetal., 1997)，CaB+NaB≥1.34，NaB<0.67，該區角閃石均屬于鈣質角閃石亞類。

Ridolfi 等(2010)提出的角閃石溫度計計算公式為：t(℃)=-151.487 Si*+2 041, 式中，Si*=Si+[4]Al/15-2[4]Ti-[6]Al/2-[6]Ti/1.8+Fe3+/9+Fe2+/3.3+Mg/26+BCa/5+BNa/1.3-ANa/15+A[空位]/2.3，空位和K僅出現在A位。采用該公式計算得到花崗巖中角閃石的形成溫度為836～903℃(表2)。

Schmidt (1992)提出的角閃石壓力計計算公式為：p(100 MPa)=4.76TAl-3.01，式中，TAl 指以23個氧原子為基礎計算的角閃石中Al陽離子的總數。據此計算得到花崗巖中角閃石的形成壓力介于121～449 MPa之間，對應深度約為4.6～17.0 km(表2)。

4 討論

4.1 成巖物理化學條件

利用黑云母和角閃石的化學成分來指示寄主花崗巖巖石成因信息的前提，是確保所測試的礦物為巖漿結晶礦物，未遭受蝕變或流體作用的影響。由表1可見，本次測試黑云母中CaO的含量極低，表現為貧鈣或無鈣的特點，表明其不受綠泥石化或碳酸鹽化影響(Kumar and Pathak, 2010)。黑云母的Fe2+/(Fe2++Mg)值介于0.29～0.39之間，較為均一，顯示測試黑云母未遭受后期流體作用改造(Stone, 2000)。馬昌前等(1994)統計了國內外文獻中120個黑云母成分后發現，巖漿成因黑云母中Ti(以22個氧原子為基礎計算的Ti陽離子數)介于0.2～0.55之間。從拉巴地區花崗巖中黑云母的Ti含量看，該花崗巖中的黑云母應屬巖漿成因。因此，可以認為本次測試黑云母均為原生巖漿黑云母，上述溫度、壓力等計算結果可以代表黑云母結晶溫度、壓力。據角閃石成因圖解(圖4)，本次所測試的角閃石樣品全部落在結晶角閃石區域，而且背散射圖像也未見明顯的成分變化(圖2d)，可排除蝕變交代作用的影響，因此本次測試角閃石屬于巖漿結晶角閃石，計算結果也可反映角閃石結晶溫度、壓力。黑云母和角閃石是花崗巖中常見的造巖礦物，其化學成分對寄主巖漿冷卻結晶的物理化學條件變化(如溫度、壓力、氧逸度等)十分敏感(Wones and Eugster, 1965; Ridolfietal., 2010)，因而可以用其化學成分來指示巖漿的結晶條件。

表 2 拉巴斑狀花崗巖中角閃石的電子探針分析結果(wB/%)及特征參數Table 2 Electron microproble analyses (wB/%) and characteristic parameters of amphiboles from the Laba porphyritic granite

圖 4 拉巴斑狀花崗巖中角閃石Ti-Si成因圖解(底圖據馬昌前等, 1994)Fig. 4 Ti-Si diagram of amphiboles from the Laba porphyritic granite (original diagram after Ma Changqian et al., 1994)

上述計算結果顯示，角閃石結晶溫度明顯高于黑云母。已有研究指出，富F環境可明顯降低巖漿的固相線溫度(Manningetal., 1984; 張德會等, 2004)，而黑云母中普遍存在F，可引起其結晶溫度降低。另據Bowen反應序列，隨著巖漿的冷卻，角閃石會先于黑云母結晶，也會造成角閃石結晶溫度高于黑云母的情況。礦物結晶的過程一直貫穿于巖漿結晶過程中，黑云母的結晶溫度可代表花崗巖固結溫度的上限，因此認為本區斑狀花崗巖的成巖溫度約為705～903℃。

Wones和Eugster (1965)利用與磁鐵礦和鉀長石共生的黑云母Fe2+、Fe3+和Mg的原子分數估算了黑云母結晶時的氧逸度。對于拉巴斑狀花崗巖中的黑云母，均存在與斜長石-鉀長石-磁鐵礦共生的現象，符合此方法計算氧逸度的前提條件。在黑云母的Fe3+-Fe2+-Mg圖解(圖5)中，該巖體中黑云母數據投點均落在緩沖線NNO(Ni-NiO緩沖線)與HM(赤鐵礦-磁鐵礦緩沖線)之間，表明其結晶于較高的氧逸度環境里。另外，拉巴花崗巖中Ti的含量較高，而結構式中AlⅥ值較低，這種高Ti低AlⅥ特征也可以說明拉巴花崗巖形成于氧逸度較高的環境下(Albuquerque, 1973)。根據Wones和Eugster(1965)在pH2O=2 070×105Pa的條件下，將花崗巖中黑云母投影到黑云母的LogfO2-t圖解(圖6a)中，可以估算出拉巴地區花崗巖形成的氧逸度為-11.8～-10.6。Ridolfi 等(2010)研究指出，利用角閃石化學成分可以估算巖漿的△NNO值(△NNO=1.644 Mg*-4.01，Mg*=Mg+Si/47-[6]Al/9-1.3[4]Ti+Fe3+/3.7+Fe2+/5.2-BCa/20-ANa/2.8+A[空位]/9.5)。將花崗巖中角閃石的溫度以及△NNO 值投影到角閃石的LogfO2-t圖解(圖6b)中，可以估算花崗巖形成的氧逸度為-11.7～ -10.5。利用角閃石方法估算的氧逸度略高于黑云母方法，反映在巖漿結晶過程中，其氧逸度均較高，且從早到晚略為降低。

圖 5 拉巴斑狀花崗巖中黑云母Fe3+-Fe2+-Mg圖解(底圖據Wones and Eugster, 1965)Fig. 5 Fe3+-Fe2+-Mg diagram of biotites from the Laba porphyritic granite ( original diagram after Wones and Eugster, 1965)

近年來，利用花崗巖體中角閃石和黑云母的地質壓力計探討其成巖成礦深度的方法已有廣泛應用(李鴻莉等, 2007; Ridolfietal., 2010;汪歡等, 2011)。黑云母計算結果顯示其結晶壓力為59～133 MPa，估算的深度為2.2～5.0 km；而角閃石計算結果為121～449 MPa和4.6～17.0 km。角閃石的結晶壓力與深度明顯大于黑云母，而黑云母結晶晚于角閃石，代表了巖漿結晶的上限。結合二者的數據分析表明，拉巴地區花崗巖巖漿房的深度至少在17.0 km，而由巖漿房上升侵位的巖枝最淺深度約在2.2 km。

4.2 巖石成因探討

已有研究(Abdel-Rahman, 1994)指出，I型花崗巖的黑云母相對富鎂，S和A型花崗巖分別富鋁和富鐵。拉巴花崗巖的黑云母均為富鎂黑云母，指示其為I型花崗巖。Whalen和Chappel (1988)認為，I型花崗巖中的黑云母具有較低的AlⅥ值(<0.224)，S型花崗巖中的黑云母AlⅥ值較高(0.353～0.561)。此外，徐克勤等(1986)指出黑云母的Mg#值及氧化系數[Fe3+/(Fe3++/Fe2+)]也可用于劃分Ⅰ型、S型花崗巖。Ⅰ型花崗巖中黑云母具較高Mg#值(0.384～0.626)和氧化系數(0.121～0.252)，結合拉巴花崗巖黑云母的低AlⅥ值(0～0.24)、高Mg#值(0.61～0.70)、高氧化系數(0.12～0.29)的特點，認為其為Ⅰ型花崗巖。這與目前對該地區花崗巖的認識也相吻合(Wangetal., 2014; Yangetal., 2016)。

花崗質巖漿的來源主要可分為殼源、殼?；烊?、幔源3種。前已述及，本區角閃石均為鈣質角閃石，馬潤則等(1997)認為鈣質角閃石的成分與巖漿來源密切有關，幔源區角閃石的Si/(Si+Ti+Al)值不高于0.765。姜常義等(1984)認為幔源角閃石中的Al2O3含量一般不低于10%。本次測得角閃石的Si/(Si+Ti+Al)值(0.80～0.88)和Al2O3含量(5.26%～8.97%)排除了其幔源的可能性。Yang 等 (2017) 據該地區花崗巖全巖的Sr-Nd-Pb和鋯石Hf同位素特征提出，該花崗巖起源于下地殼的部分熔融，但對其是否具有幔源物質參與未作說明。在黑云母FeOT/( FeOT+MgO)-MgO圖解和角閃石TiO2-Al2O3圖解(圖7)中可以看出，本次獲取的拉巴花崗巖體中黑云母和角閃石均落于殼?；烊緟^，因此認為該套花崗巖的源區應有地幔物質的參與。

4.3 對成礦的指示

黑云母的TAl在區別含礦與不含礦花崗巖方面也有很好的指示作用?；诤谠颇傅刭|壓力計，劉學龍等(2013)估算了Cu-Fe和Mo礦床的形成壓力為100～200 MPa，而無礦化的花崗質巖體的固結壓力在300 MPa以上。相對于典型的斑巖型鉬多金屬礦床，成巖成礦的就位深度一般為2～6 km，這與Uchida 等(2007) 建立的黑云母TAl壓力計具良好的適應性。因此，從計算的花崗巖體侵位深度結果來看，拉巴斑狀花崗巖體極有可能是拉巴鉬多金屬礦床的成礦巖體，而非賦礦圍巖。

黑云母中的F、Cl可以用來確定與花崗巖共存流體中的HF、HCl逸度(Munoz, 1992)。中酸性巖漿上升侵位時，隨著結晶分離作用和溫度、壓力的改變，可使巖漿中含水的揮發分過飽和，進而出溶形成獨立的流體(劉偉, 2001)。拉巴花崗巖中發育石英晶洞構造(圖2a)，晶洞中充填的顆粒結晶較好，明顯不同于石英斑晶，提供了流體出溶的證據。筆者對拉巴花崗巖的全巖分析及Sr同位素數據(另文發表)表明，該地區的巖漿是在封閉系統中冷卻結晶的，另外中溫蝕變脈體中石英流體包裹體激光拉曼分析(另文)證實也有F、Cl成分的存在，因此認為，這種與花崗巖共存的流體與最終出溶的流體性質相同。

巖漿成因黑云母成分既能反映巖漿揮發分的性質(張德會等, 2001)，也能反映巖漿出溶流體的性質(Webster and Holloway, 1990; Munoz, 1992)，為深入理解巖漿-熱液過程提供了契機。本次測定的黑云母成分中普遍存在F、Cl且含量普遍較高。從表1中可以看出，黑云母中F、Cl含量及變化范圍大致相同，所對應的流體成分基本一致，指示為同一巖漿出溶的流體。趙博等(2015)認為，F必須有能力大量進入與花崗質熔體共存的含水流體相才具有一定的成礦意義。即使巖漿允許螢石等含F礦物完全結晶，活動態的F仍會有剩余，高度富F的參與熔體相極有可能導致富F成礦流體的最終出溶。HF具有強的腐蝕性，因而十分有利于水巖反應的發生。而Cl的成礦效應比F更加顯著(Railsback, 2003)。Cl大量進入與花崗質熔體共存的含水流體相的現象是非常普遍的(鮑波等, 2014)，這是因為Cl在熔體-流體系中，它偏向分配進入流體而不是熔體相中(Websteretal., 2009)。熔體中殘留的Cl可促使流體從含水量很少的熔體中直接出溶，致使流體出溶的時間提早，出溶的深度增加，具有更長的時間來萃取熔體中的金屬，也就有效避免成礦元素分布在早期結晶的礦物相中(張德會等, 2001)；而F的增加可促使Cl進入到熔體相中(Dingwell, 1988)。Kepper 和 Wyllie (1991)通過模擬認為，Cl可使Cu的分配系數升高，最終出溶的流體將會含大量的Cu，使得Cu基本從熔體相中萃取出來，Mo在低酸強堿、且富F的體系中易分配進入熱液中，這與拉巴地區花崗巖特征相吻合。

黑云母和角閃石所有樣品均取自鉆孔，因此其抬升的高度計算應該是通過估算的深度再減去鉆孔取樣的深度，可得出該花崗巖抬升至少2.1 km。拉巴斑狀花崗巖呈隱伏巖體產出，從深部鉆孔揭露情況來看，巖體產出良好，且淺部蝕變類型多以綠泥石、綠簾石化為主，表現為典型斑巖型礦床的青磐巖化帶，暗示著深部應有良好的礦化。

5 結論

(1) 拉巴斑狀花崗巖中黑云母和角閃石均屬原生巖漿成因，指示寄主巖體成巖溫度約為705～903℃，成巖壓力及深度分別為59～449 MPa、2.2～17.0 km。

(2) 拉巴斑狀花崗巖為I型花崗巖，具殼?；煸吹奶攸c；其具有恒定的較高氧逸度、較大的巖漿上升侵位范圍以及富含F、Cl的出溶流體，均有利于Mo、Cu等礦化元素的富集與成礦，成礦潛力大。

致謝野外工作得到了香格里拉縣寶峰礦業有限公司及云南省地質調查局地質礦產勘查院相關技術人員的大力支持，黑云母和角閃石電子探針測試工作得到了中國地質大學(北京)電子探針實驗室郝金華博士的指導；同時承蒙審稿人的認真審閱，并提出寶貴的修改意見，在此一并深表感謝！