邯邢地區東部紫泉閃長巖的成因礦物學研究

白富生，金雅楠，范琳琳，唐玉瑩，秦 超，張聚全

1. 河北地質大學 地球科學學院，河北 石家莊 050031；2. 河北地質大學 河北省戰略性關鍵礦產資源重點實驗室，河北 石家莊 050031

0 引言

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

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

1 區域地質背景

邯邢地區位于華北克拉通的中部，太行山脈的南部（圖1）。該區主要受太行山東麓深斷裂控制，邯鄲—磁縣深斷裂在此穿過。根據現已查明的相關資料，邯邢地區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，中奧陶統為邯邢地區主要成礦地層。

依據區域巖體分布特征以及期規模大小，可以將邯邢地區劃分為符山、礦山、綦村、武安、固鎮、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。產狀大多為小巖蓋或者巖株。邯邢地區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 巖相學特征

礦物的巖相學特征是巖石成因研究中的基礎，該閃長巖手標本鑒定為淺灰色，中細粒，似斑狀結構，塊狀構造。主要由斜長石（70%）、角閃石（20%）、石英（4%）、磁鐵礦（6%）組成，其中斜長石多為白色，灰色，發育聚片雙晶，粒徑約為1.5 mm×4.5 mm，發育環帶結構；角閃石為墨綠色，柱狀，自形—半自形結構，生長于長石晶體間隙，數量眾多，粒徑 2.0 mm×2.0 mm左右，角閃石輕微蝕變，發育清晰環帶（圖2）。根據角閃石環帶特征，可以將角閃石劃分為兩個期次。

圖2 東部閃長巖巖相學特征Fig. 2 Petrographic characteristics of diorite in eastern

3 分析方法

對邯邢地區東部閃長巖樣品中的角閃石、斜長石進行了電子探針成分分析，分析實驗在河北地質大學電子探針室進行，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的標樣，Ti標樣為金紅石，從鐵鋁榴石中采集Fe標樣，Ca、Mg標樣采自透輝石，Mn標樣選自錳硅灰石，K標樣以鉀長石替代，螢石作為F標樣，氯化鈉作為Cl標樣，鉻鐵礦作為Cr標樣。

4 分析結果

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，環帶寬度相對較窄，核—邊界線明顯，主要表現為熔蝕的港灣狀；根據角閃石電子探針數據（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%，FeO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，表現出明顯的負相關關系；鎂含量逐漸增加，鐵含量逐漸降低，兩者也同樣變現出了明顯的負相關性。Ca含量比較穩定，沒有明顯變化。

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

對邯邢地區東部紫泉閃長巖樣品中角閃石環帶32個探針點數據進行分析，CaB≥1.50，（Na+K）A＜0.50，Ti＜0.50，符合鈣質角閃石的成分特征?；贚eake 等[6]對角閃石進行分類投圖（圖3a）。投圖顯示，兩個期次的角閃石絕大數為鎂角閃石，少數為鈣鎂閃石。

在斜長石的鏡下圖像中，無論是斑晶斜長石還是基質斜長石，同樣可以清楚地觀察到斜長石（Pl）具有明顯的環帶特征，環帶均勻密集，核部顏色深，邊部顏色淺，根據斜長石電子探針數據，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%，FeO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%。為研究斜長石環帶的形成過程及變化規律，挑選單顆斜長石從核部到邊部，呈線狀密集打點進行電子探針測試，測試數據見表2。

表2 角閃石物理化學參數計算Table 2 Calculation of physical and chemical parameters of hornblende

通過對斜長石數據進行處理并計算Or、Ab、An值。斜長石Or-Ab-An三端元圖解（圖3b）顯示，該斜長石由鈉長石、奧長石、中長石、拉長石組成。

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

表3 閃長巖中斜長石電子探針分析Table 3 EMPA data of plagioclase from diorite

5 討論

5.1 角閃石環帶結構成因

Johnson等[8]在巖石學實驗中證明：在礦物結晶過程中，鈣鋁質角閃石全鋁含量與礦物結晶時的壓力成正相關[8，9]。巖石中斜長石與角閃石共生是應用角閃石全鋁壓力計的必要前提條件。通過巖相學觀察，邯邢地區東部紫泉巖體樣品中發育大量的角閃石，斜長石生長在其周圍。因此可以利用角閃石全鋁壓力計來估算角閃石的結晶壓力。當前，已經研究出6種角閃石全鋁壓力計[8，10-14]，有學者通過對比研究這幾種角閃石全鋁壓力計，提出上述所有角閃石全鋁壓力計受氧逸度f（O2）的制約，對礦物結晶壓力計算會產生影響[15]。Ridolfi等[17]結合前人研究，綜合分析各種影響因素，再次通過巖石學實驗模擬角閃石結晶過程并對角閃石全鋁壓力計進行了校正。

運用校正后的全鋁壓力計對角閃石數據進行計算，得到了部分角閃石的溫度、壓力、氧逸度等相關參數數值（表2）。取平均值整理后，大致劃分為兩個階段：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境，具有高氧逸度的特征。角閃石記錄的溫壓環境也表明了本地區大部分巖漿經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，表明角閃石第一期次的巖漿物質來源于地幔深部。第二期次的角閃石落在殼幔分界線左側，表明該期次的巖漿物質來源于淺部殼源。兩個期次巖漿不同的物質來源表明形成角閃石的巖漿具有巖漿混合的特點。

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 斜長石環帶成因及指示意義

斜長石是邯邢地區主要造巖礦物，且廣泛發育清晰的環帶結構。斜長石環帶大致可劃分為三種類型：正常環帶、反環帶和韻律環帶。不同的環帶結構形成原因不同，最根本原因是斜長石晶體在生長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帶各階段成分的變化來追溯整個巖漿的演化過程[18-22]。

斜長石電子探針數據及斜長石An曲線顯示，此次研究的斜長石環帶是由較基性的和較酸性的巖漿多次反復注入形成，兩種不同性質的巖漿之間表現有明顯突變，為典型的韻律環帶。研究表明，斜長石韻律環帶一般是由巖漿擴散過飽和所導致，經歷了長期的巖漿混合過程。此外，由于巖漿活動引起的溫度壓力的變化也可能形成斜長石韻律環帶[23]。

為了能夠突出展示斜長石環帶的成分變化，通過數據處理計算斜長石An值，繪制了斜長石An曲線分布（圖5）。如圖5所示，斜長石環帶核部An值普遍在40%～50%，少數點位An＞50%，邊部斜長石An＜20%。斜長石從核部到邊部具有明顯的變化，可以清晰看出核部An值相對較高，邊部An值相對較低，說明斜長石環帶核部初始熔體巖漿較基性，環帶邊部巖漿較酸性。An曲線“階梯式”突變下降被認為是酸性巖漿注入的結果，鈉長石組分增加，鈣長石組分減少。至于斜長石An曲線上的一些微小波動，分析認為可能因為結晶環境的不穩定，例如巖漿成分、溫度、壓力、含水量等[24]。

圖5 斜長石An曲線分布圖Fig. 5 An curve distribution of plagioclase

5.3 與邯邢地區中部強成礦巖體的對比

前人通過對邯邢地區中部某典型的矽卡巖鐵礦床的研究，揭示了邯邢地區典型的矽卡巖鐵礦床的成因，研究結果顯示鐵鎂質巖漿多次注入長英質巖漿房，造成巖漿混合。同時研究數據及實驗巖石學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]。

研究結果表明，紫泉閃長巖體在形成過程中同樣經歷了巖漿混合，這說明表現強成礦性的中部巖體與表現弱成礦的東部巖體兩者在成因上都符合巖漿混合的觀點，因此巖漿混合不是此地區控礦的主要因素。實驗巖石學表明：增高的氧逸度和水活度有利于富鐵熔流體的出熔[27]。通過與中部強成礦巖體綦村巖體的氧逸度對比發現（圖4b），綦村巖體從基質到斑晶，氧逸度有明顯的升高。紫泉閃長巖也具有高氧逸度的特征，但是在巖漿侵位的過程中，兩個期次的巖漿并沒有像中部強成礦巖體一樣表現出氧逸度逐漸升高的特點，這可能是導致紫泉巖體沒有大規模成礦的影響因素。紫泉巖體先后兩個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到飽和狀態，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 結論

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

（2）根據對紫泉閃長巖中角閃石及斜長石環帶的研究，邯邢地區東部紫泉閃長巖的成因來源于巖漿混合，經歷了兩個階段的演化過程：即深部的巖漿房過程與巖漿侵位淺部定位后的結晶過程。

（3）紫泉閃長巖具有高氧逸度的特征。與中部鐵強成礦的成礦巖體比較，紫泉閃長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，這可能是導致紫泉巖體不成礦的主要原因。