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贊比亞西北省盧阿瑪拉地區(qū)變質(zhì)基性巖中角閃石礦物特征研究

2018-05-15 10:57:28陳東歡范洪海
關(guān)鍵詞:角閃石瑪拉輝長(zhǎng)巖

陳東歡, 范洪海

(核工業(yè)北京地質(zhì)研究院中核集團(tuán)鈾資源勘查與評(píng)價(jià)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100029)

贊比亞以其豐富的銅、鈷礦產(chǎn)資源聞名于世,加丹加群中的砂頁(yè)巖型銅礦是其主要的礦床類(lèi)型(Coats et al.,2000)。該地區(qū)區(qū)域地質(zhì)情況及主要的銅鈷礦礦床已經(jīng)由全世界的地質(zhì)學(xué)家進(jìn)行了系統(tǒng)研究,但該地區(qū)的基性巖研究程度較低,尤其是基性巖中的角閃石。筆者希望通過(guò)對(duì)基性巖中角閃石的研究,反映出基性巖的形成演變,為以后的進(jìn)一步研究提供幫助。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

盧阿瑪拉地區(qū)位于贊比亞西北省,東距銅帶省欽格拉(Chingola)市120 km,西距西北省省會(huì)索盧維奇(Solwezi)30 km,北距剛果(金)與贊比亞國(guó)界40 km。該區(qū)大地構(gòu)造位置位于泛非造山帶的盧菲利安弧中部,弧的頂端位置。區(qū)域出露最老的地層為中元古界片巖、條帶狀片麻巖、花崗片麻巖和角閃片麻巖(本區(qū)的基底地層),上覆新元古界加丹加超群地層(表1)。本區(qū)新元古界加丹加超群地層由礦山群、孔德龍古群構(gòu)成。礦山群包括頓布瓦(Dumbwa)組(M)、金麥爾(Kimale)組(N)、查福哥瑪(Chafugoma)大理巖建造(P)和泥質(zhì)巖建造(O)。頓布瓦(Dumbwa)組主要巖性為粗粒含藍(lán)晶石變斑晶的石英-金云母片巖、石英巖、云母片巖和礫巖。Kimale組主要巖性為黑云母石榴石片巖、滑石白云質(zhì)片巖、大理巖、炭質(zhì)千枚巖、黑云母片巖、石英巖和白云巖。查福哥瑪大理巖建造,主要巖性為粗晶鈣質(zhì)和白云質(zhì)大理巖,有少量的頁(yè)巖和黑云母片巖夾層。泥質(zhì)巖建造的主要巖性為灰黑色泥巖。孔德龍古群地層的主要巖性為石英鐵礦石、碎屑巖、石英黑云母片巖和泥巖??椎慢埞湃旱貙由媳坏谒南档貙痈采w。區(qū)域內(nèi)褶皺發(fā)育,有索羅維茲(Solwezi)穹窿、基富布瓦(Kifubwa)向斜、卡朋頓哥瑪(Kapundungoma)向斜,斷裂有NE、NNE和NNW向三組(圖1)。區(qū)內(nèi)有數(shù)個(gè)基性巖和中酸性巖巖株發(fā)育。

圖1 盧阿瑪拉地區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖(據(jù)高陽(yáng)等,2013)Fig.1 Schematic geological map of Luamala area.1.硅質(zhì)殼、鐵質(zhì)殼、地表沉積、河流沖積物;2.跨不同地層的泥質(zhì)巖;3.細(xì)粒片巖、變泥巖、石英巖層、含鐵粉砂巖條帶;4.透閃石-陽(yáng)起石片巖、鈣質(zhì)片巖、含石榴子石和角閃石鈣質(zhì)砂屑石英黑云母片巖;5.副礫巖建造;6.細(xì)粒、極細(xì)粒含石英鐵石建造;7.大理巖層夾片巖;8.泥質(zhì)巖;9.黑云母片巖、白云質(zhì)片巖、石英巖、黑云母石榴石片巖,滑石質(zhì)、白云質(zhì)片巖,千枚巖;10.石英金云母片巖,含云母石英巖與云母片巖、礫巖互層;11.淺色片麻巖;12.條帶狀鐵礦石建造;13.中粗粒花崗閃長(zhǎng)巖、正長(zhǎng)花崗巖、二長(zhǎng)花崗巖、英云閃長(zhǎng)巖;14.輝長(zhǎng)巖;15.斷裂;16.航磁解譯斷裂;17.推斷斷裂

該區(qū)基性巖主要有輝長(zhǎng)巖和變輝長(zhǎng)巖。其中輝長(zhǎng)巖為深綠色-棕色,中粗粒結(jié)構(gòu),輝長(zhǎng)結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造。主要礦物為斜長(zhǎng)石,普通輝石,頑火輝石,角閃石,含有鈦鐵礦和磁鐵礦,副礦物有榍石,鋯石。斜長(zhǎng)石(圖2A)粒度2~5 mm,個(gè)別大于5 mm,

表1 盧阿瑪拉地區(qū)地層簡(jiǎn)表

自形至半自形,主要呈板狀,斜長(zhǎng)石號(hào)碼An在30號(hào)左右。一些斜長(zhǎng)石顆粒顯示了不均勻消光,說(shuō)明受后期構(gòu)造影響。普通輝石是巖石中主要的輝石種類(lèi),粒度集中在2~5 mm,個(gè)別大于5 mm,半自形-它形,內(nèi)部常有一些頑火輝石析出物和角閃石邊。所有的輝長(zhǎng)巖中都出現(xiàn)了鈦鐵礦,出現(xiàn)在礦物裂隙和縫隙中。鈦鐵礦為含鈦磁鐵礦的析出產(chǎn)物,可能形成于侵入體最初的冷卻時(shí)期。

圖2 盧阿瑪拉地區(qū)角閃石顯微照片F(xiàn)ig.2 microphotograph of gabbro from Luamala areaA.輝長(zhǎng)巖(Ag 普通輝石,Pl 斜長(zhǎng)石)(正交偏光);B.變輝長(zhǎng)巖中的角閃石(Amp)和鈦鐵礦(Ilm)(單偏光);C.變輝長(zhǎng)巖中的角閃石(amp)(單偏光);D.變輝長(zhǎng)巖中的角閃石(Amp)和方柱石(Sc)(正交偏光)

索羅維茲地區(qū)的變輝長(zhǎng)巖已經(jīng)達(dá)到綠簾石-角閃巖相,為該地區(qū)的主要基性巖,局部發(fā)生方柱石化。一些輝長(zhǎng)巖仍保存著原來(lái)的結(jié)構(gòu)構(gòu)造,大部分在變質(zhì)作用中完全發(fā)生變化。變輝長(zhǎng)巖為灰綠色-棕綠色-灰黑色,中粗粒結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造,發(fā)生角閃石化和方柱石化,主要由角閃石,方柱石,鈉長(zhǎng)石,黑云母組成,副礦物為綠簾石,榍石,金屬礦物為鈦鐵礦、磁鐵礦和黃鐵礦。角閃石(圖2B,2C,2D)為主要的變質(zhì)礦物,可達(dá)到70%,角閃石最開(kāi)始交代輝石,然后是斜長(zhǎng)石。角閃石粒度集中在0.1~2 mm,半自形-它形,組成了巖石的基質(zhì)。也有一部分角閃石粒度2~5 mm,呈簡(jiǎn)單雙晶作為斑晶出現(xiàn),內(nèi)部和邊部含有輝石及斜長(zhǎng)石顆粒,形成“篩狀結(jié)構(gòu)”。鈉長(zhǎng)石粒徑為0.2~5 mm,不規(guī)則半自形-它形,主要沿著斜長(zhǎng)石邊部交代。綠簾石粒度集中在0.2~2 mm,個(gè)別小于0.2 mm,自形-半自形,主要呈客晶集合體出現(xiàn)在方柱石和鈉長(zhǎng)石中。方柱石粒度一般為0.2-5 mm,半自形-它形,內(nèi)部或核部含有綠簾石的嵌晶。方柱石與在空間上與斜長(zhǎng)石和鈉長(zhǎng)石關(guān)系密切,或呈浸染狀,或呈不規(guī)則狀交代斜長(zhǎng)石,局部地區(qū)輝長(zhǎng)巖中斜長(zhǎng)石完全轉(zhuǎn)變?yōu)榉街?。變輝長(zhǎng)巖中出現(xiàn)了鈦鐵礦,呈網(wǎng)狀或骸晶在角閃石裂隙和解理中。磁鐵礦呈自形晶出現(xiàn)在基質(zhì)中,也呈細(xì)粒集合體狀出現(xiàn)在鈦鐵礦周?chē)?/p>

2 巖相學(xué)與礦物成分分析

本文對(duì)基性巖中的角閃石的顯微觀察和電子探針?lè)治鲞M(jìn)行了研究。

2.1 巖相學(xué)分析

盧阿瑪拉地區(qū)角閃石的光性特征如下:呈纖維狀,板狀。單偏光下呈淺綠色-綠色-藍(lán)綠色(圖2),多色性明顯。正中突起,不完全消光,干涉色為一級(jí)頂?shù)蕉?jí)頂,正延性。

2.2 角閃石礦物成分分析

本次礦物測(cè)試分析由核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測(cè)試研究中心電子探針?lè)治鰧?shí)驗(yàn)室完成,儀器型號(hào)為JXA-8100,工作條件為加速電壓20 kV,電子束流1×10-8A,分析方式為波譜分析,礦物分析數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。角閃石結(jié)構(gòu)式根據(jù)23個(gè)氧原子為基準(zhǔn), 采用ΣFM=13法計(jì)算角閃石的陽(yáng)離子數(shù)(王建平等,2009,表2)。

角閃石中w(SiO2) = 37.63%~45.09%,w(Al2O3)=9.13%~16.70%,w(CaO) =10.20%~11.12%,w(FeO*) = 18.45%~24.46%,w(Na2O) = 1.72%~2.70%。根據(jù)Leake(1978,1997)提出的角閃石分類(lèi)方案,本區(qū)巖體中的角閃石屬于鈣質(zhì)角閃石組[CaB≧1.50,(Na+K)≧0.50,Ti<0.50]。將所測(cè)定的基性巖角閃石樣品投入角閃石分類(lèi)圖解中(圖3),所測(cè)定的角閃石大部分落在鐵韭閃石區(qū)范圍內(nèi),僅有兩個(gè)樣品落在鐵淺閃石區(qū)范圍內(nèi)。

圖3 鈣質(zhì)角閃石的分類(lèi)圖解(底圖據(jù)Leake et al.,1997)Fig.3 Classification of calcic amphibolesA.鎂鐵鈣閃石;B.韭閃石(AlⅣ>Fe3+),鎂綠鈉閃石(AlⅣFe3+),綠鈉閃石(AlⅣ

2.3 角閃石成因類(lèi)型

馬昌前等(1994)根據(jù)不同成因角閃石的Si,Ti含量,做出了角閃石成因判別圖解;研究分析將鈣質(zhì)角閃石的Si-Ti變異圖劃分為五個(gè)區(qū)域,分別對(duì)應(yīng)于不同的成因類(lèi)型。再結(jié)合本區(qū)角閃石的Si-Ti成分特點(diǎn)得出贊比亞西北省盧阿瑪拉地區(qū)變輝長(zhǎng)巖中角閃石為變質(zhì)作用成因,少數(shù)落在了蝕變和交代角閃石中,反應(yīng)出了該地區(qū)原巖為輝長(zhǎng)巖,后發(fā)生了變形變質(zhì)作用(圖4)。

圖4 鈣質(zhì)角閃石的Si-Ti變異圖及成因類(lèi)型劃分(據(jù)馬昌前等,1994)Fig.4 Si-Ti variation figure for calcic amphiboles and genetic classification.Ⅰ.基性超基性侵入巖中的角閃石;Ⅱ.中酸性火山巖中的角閃石;Ⅲ.各種變質(zhì)巖中的角閃石;Ⅳ.中酸性侵入巖中的角閃石;Ⅴ.蝕變和交代角閃石;

3 討論

3.1 變質(zhì)溫壓計(jì)算

根據(jù)Krogh(1988)地質(zhì)溫度計(jì)算和Hollister(1987)地質(zhì)壓力計(jì)計(jì)算,贊比亞西北省地區(qū)變輝長(zhǎng)巖中的角閃石形成時(shí)的溫度大約545~667 ℃,壓力大約600~900 MPa。根據(jù)計(jì)算結(jié)果得出角閃石形成時(shí)的溫壓條件為中壓高溫環(huán)境。

3.2 形成時(shí)代討論

通過(guò)變輝長(zhǎng)巖中鋯石SHRIMP U-Pb定年方法,得出兩個(gè)年齡,分別為(752.6±8.6)Ma和(510.9±7.8)Ma(James,2008)。其中老的年齡代表著變輝長(zhǎng)巖最初的冷卻時(shí)間,同贊比亞西北省其它地區(qū)的基性火山巖的鋯石SHRIMP年齡相似(735,763和765 Ma,據(jù)Key et al.,2001)。而年輕的年齡代表著與盧菲利安造山運(yùn)動(dòng)相關(guān)的熱事件時(shí)間(盧菲利安造山運(yùn)動(dòng)時(shí)間為500~590 Ma),這也與整個(gè)贊比亞西北省地區(qū)變質(zhì)年齡吻合。

3.3 大地構(gòu)造關(guān)系

最近的研究證據(jù)(Poroda et al.,2003)表明裂谷形成于880 Ma,從安哥拉-卡拉哈里(Angola-Kalahari)板塊中分裂了剛果-坦桑尼亞(Congo-Tanzania)板塊,在Congo克拉通南部形成了被動(dòng)大陸邊緣。裂谷發(fā)生的初始時(shí)間為879~880 Ma,發(fā)生在Congo克拉通的南端。裂谷的形成同羅迪尼亞大陸分裂有關(guān),同時(shí)導(dǎo)致了海盆的形成和被動(dòng)大陸邊緣的發(fā)展(Poroda,2003;John et al.,2003)。740~760 Ma期間,由于穹窿區(qū)障壁臺(tái)地的裂解和下降,盆地快速裂開(kāi)和下降,海水由北東向海進(jìn)到盆地,這個(gè)時(shí)期同木瓦夏組開(kāi)始沉積年齡相吻合,同時(shí)伴隨著大量鎂鐵質(zhì)巖漿活動(dòng),也是在這一時(shí)間索羅維茲(Solwezi)地區(qū)輝長(zhǎng)巖侵入。

盧菲里安弧被認(rèn)為形成于750~500Ma岡瓦納超大陸匯集期間(Condie,2002),安哥拉-卡拉哈里(Angola-Kalahari)板塊和剛果-坦桑尼亞(Congo-Tanzania)板塊碰撞,伴隨著560~550 Ma期間的北東向的逆沖運(yùn)動(dòng)。盧菲里安造山運(yùn)動(dòng)以擠壓作用和推覆作用為主,局部卷入了基底巖系,形成加丹加蓋層中的背向褶皺和背向推覆,并使兩個(gè)板塊會(huì)聚碰撞引起的盆地變小和閉合。530 Ma前后卡拉哈里(Kalahari)克拉通疊加在被動(dòng)大陸邊緣之上,同剛果(Congo)克拉通最后一次陸陸碰撞,這一期間,輝長(zhǎng)巖的變質(zhì)作用開(kāi)始逐漸達(dá)到了頂峰,顯示為綠簾石-角閃巖相,同時(shí)也可以見(jiàn)到大量的鈉長(zhǎng)石和方柱石的發(fā)育,隨著最后的碰撞而來(lái)的就是快速的侵蝕,構(gòu)造抬升和冷卻(John et al.,2003)。

4 結(jié)論

(1)贊比亞西北省盧阿瑪拉地區(qū)基性巖中的角閃石為鐵韭閃石。

(2)贊比亞西北省盧阿瑪拉地區(qū)角閃石的成因類(lèi)型為變質(zhì)成因,少數(shù)為蝕變和交代成因。

(3)通過(guò)角閃石溫壓計(jì)計(jì)算得出其壓力為600~900 MPa,變質(zhì)溫度大約為545~667 ℃,研究表明該地區(qū)基性巖為綠簾石-角閃石巖相,角閃石成因礦物學(xué)研究表明該地區(qū)基性巖的變質(zhì)作用是與盧菲里安造山運(yùn)動(dòng)中擠壓推覆作用相關(guān)的中壓高溫環(huán)境有關(guān)。

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