內蒙古獲各琦地區海西期石英閃長巖中角閃石成因礦物學研究

蘇寶琪， 鄭 義， 梁曉姝， 陳顯玉

河北地質大學， 河北 石家莊 050031

0 引 言

關于獲各琦地區海西期侵入體， 近年來一直是國內外學者研究的焦點問題。 前人對該地區海西期侵入體進行了詳細研究， 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］， 而對巖石的形成及演化過程等研究較為薄弱， 制約了工作區地質演化和礦產開發的研究工作。 論文針對獲各琦地區石英閃長巖中角閃石的成因礦物學特征進行研究， 探討了石英閃長巖的形成過程及其地質意義。

1 地質背景

研究區大地構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。區內巖漿巖活動廣泛， 次級構造單元發育， 成礦條件優越。 研究區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（內蒙古自治區地質礦產局， 1996）（圖1）。

圖1 獲各琦地區地質簡圖（據Zhu 等； 2006 修改）Fig.1 Geologic map of theHuogeqi area

2 樣品特征及分析方法

石英閃長巖巖石風化面為灰黑色， 新鮮面為灰白色、 灰綠色， 具細粒半自形粒狀結構， 塊狀構造。 主要礦物成分為斜長石45%～55%， 角閃石15%～20%，石英5%～10%， 黑云母10%～5%； 斜長石多為板狀，自形—半自形柱狀， 柱長0.3 ～0.5 mm， 多以聚片雙晶為主， 偶見有卡鈉復合雙晶， 多發生不同程度的絹云母化蝕變。 角閃石為半自形長柱狀， 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， 部分有輕微環帶， 斜消光， 柱面消光角在15°～20°之間， 干涉色為二級藍綠（圖2）。 石英多為它形粒狀、 不規則狀，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分析測試工作均在河北地質大學測試中心完成， 采用儀器型號為JXA-8230， 樣品電流為20 nA， 束斑直徑5 um。

圖2 石英閃長巖巖相學照片Fig.2 Petrographic characteristics of the quartz-diorite

3 結 果

角閃石是獲各琦地區石英閃長巖中主要的暗色礦物， 對研究巖石成因有重要的指導意義。 論文對石英閃長巖中角閃石進行了電子探針分析， 結果見表1。通過鏡下觀察和地球化學分析， 發現獲各琦地區石英閃長巖中存在兩期角閃石， 兩期角閃石在顏色和化學成分上有很大不同。 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， 其化學成分具有明顯的富鋁的特征。 其角閃石中陽離子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， 按國際礦物學會命名原則， 屬于鈣質角閃石。

第二期角閃石（JGQ-7）， 鏡下顏色為淺棕色—淺棕綠色， 礦物化學成分具有富鈣、 富鎂、 富鐵和貧鈉、貧鉀的特征。 角閃石中陽離子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， 按國際礦物學會角閃石專業委員會提出的命名原則［9］， 屬于鈣質角閃石。

基于Leake 等［10］對鈣質角閃石進一步分類， 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； 兩期角閃石數據投影到Si-Mg／Mg＋Fe2＋角閃石分類命名圖解上， 主要落在鎂角閃石區域， 部分落在鈣鎂角閃石和鎂角閃石邊界區域（圖3）。 因此判斷，獲各琦地區石英閃長巖中角閃石化學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 石英閃長巖中角閃石電子探針分析結果（wt/%） 及相關參數計算表Table 1 EPMA results of amphibole in quartz-diorite and calculation of related parameters

續表1

續表1

4 討 論

4.1 角閃石形成條件

通過角閃石的化學成分可以有效的分析其形成時的溫度、 壓力等物理化學條件， 近年來關于角閃石溫壓計方面的研究取得了較大的進展［11］。 此外， 依據角閃石礦物本身的特性， 在分析巖漿結晶深度、 巖漿作用及成礦中得到較好的應用［12-13］。 參照Ridolfi 等［14］，經過校正后建立的角閃石地質溫壓計計算模型， 依據獲各琦地區石英閃長巖中角閃石主要化學成分， 計算其溫度、 壓力、 氧逸度、 含水量等形成條件。

溫壓計的估算結果顯示， 獲各琦地區石英閃長巖中第一期角閃石形成時的結晶溫度為852～904 ℃， 平均溫度為882 ℃， 變化范圍較小， 結晶溫度較高； 依據Schmidt 提出的角閃石中Al 的含量計算壓力公式［15］， 計算結晶時的壓力為460 ～670 MPa， 平均為606 MPa， 形成于高壓環境下。 基于地殼密度為2 700 kg／m3計算， 第一期角閃石形成的深度為15.18 ～22.11 km。 石英閃長巖中第二期角閃石的結晶溫度為692～843 ℃， 平均溫度為788 ℃， 變化范圍較大， 結晶溫度較低； 結晶時的壓力為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計算， 第二期角閃石形成的深度為2.2～5.0 km。

通過鏡下觀察發現， 第一期結晶形成的角閃石約占石英閃長巖中角閃石含量的10%左右， 而第二期結晶形成的角閃石約占石英閃長巖角閃石含量的90%；說明早期角閃石在地殼深處高溫、 高壓環境下開始結晶， 但結晶形成的角閃石較少， 其主要形成于第二期的低壓環境下。 因此推測， 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石英閃長巖為淺成侵入巖。

同時， 在角閃石溫壓計的基礎上， 對獲各琦地區石英閃長巖中的角閃石的氧逸度和含水量進行了相關性計算（圖4 b、 4c、 4d）， 由于早期結晶形成的角閃石中Al2O3的含量明顯高于后期結晶的角閃石中Al2O3的含量， 因此巖漿在地殼深部停留時平衡熔融體的含水量相對較高， 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。 之后隨著巖漿繼續上升侵位流體的溫度壓力同時減小導致脫熔， 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， 角閃石中氧逸度的明顯升高可能是巖漿侵位后發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） 計算（a）、 （b）、 （c） 底圖據Ridolfi 等［14］；（d） 底圖據Jiang 等［16］Fig.4 Calculation of temperature （a）， pressure （b） and oxygen fugacity （ c， d ） for hornblende （a）， （b）， （c） 底圖據Ridolfi 等［13］； （d） 底圖據Jiang 等［15］

4.2 巖漿來源

鋯石是常見的巖漿結晶礦物之一， 由于其Lu-Hf同位素體系封閉溫度較高， 受后期分離結晶等作用影響較小， 所以鋯石中εHf 的值可以準確的反映巖漿源區的特征［17］。 為了探究研究區石英閃長巖巖漿來源，對石英閃長巖進行Lu-Hf 同位素測定。 測試結果顯示石英閃長巖εHf （t） 介于-11.78 ～-0.77 之間， 對應的二階段模式年齡介于1 352 ～2 044 Ma 之間（未發表）。 在Hf 同位素演化圖解中［17］， 投影點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， 表明研究區石英閃長巖巖漿起源為古元古代地殼物質。

角閃石作為石英閃長巖中主要的暗色礦物， 其化學成分是區分巖漿來源的重要依據［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］。 石英閃長巖中角閃石（JGQ-7） 測試數據中， 除一個測點數據Si／ （Si＋Ti＋Al） 值為0.644 外， 其余測點數據Si／ （Si＋Ti＋Al） 值介于0.819～0.935 之間， 表現出殼源特征； 角閃石（JGQ-2） 測試數據中除兩個測點數據Si／ （Si＋Ti＋Al） 值為0.791 和0.774 外， 其余測點數據Si／（Si＋Ti＋Al） 值介于0.763 ～0.739 之間， 表現出幔源特征。

綜上所述， 由角閃石地球化學特征及巖石Hf 同位素組成特征等綜合推斷， 研究區內石英閃長巖成巖物質主要來源于地殼， 但有幔源物質混入。

5 結 論

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

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

（3） 石英閃長巖Hf 同位素數據表明， εHf （t）介于-11.78～-0.77 之間， 對應的二階段模式年齡介于1 352～2 044 Ma 之間， 顯示研究區石英閃長巖巖漿起源為古元古代地殼物質。 依據角閃石巖漿源區判別圖， 認為巖漿中有少量幔源物質混入。