趙芳 屈李華 蔣忠祥 趙同壽 周曉穎

摘? 要：蒙其克輝長巖脈位于瑪因鄂博斷裂帶南緣，屬喀拉通克巖體一部分。以蒙其克輝長巖脈中黑云母及角閃石為研究對象，在巖相學觀察基礎上，利用電子探針對巖體中黑云母和角閃石進行礦物成分分析，限定巖體形成的溫壓條件、巖漿氧逸度及含水量等結晶條件，探討巖漿演化及成巖過程。數(shù)據(jù)顯示，輝長巖脈中黑云母礦物Fe2+/（Mg+Fe2+）變化范圍為0.27～0.33，具富鎂（MgO=16.01%～17.45%）、富鋁（Al2O3=14.35%～15.75%）、貧鈦（TiO2=1.69%～2.57%）、貧鈣（CaO=0.19%～0.56%）特征，屬鎂質黑云母。角閃石礦物具富鎂（MgO=10.48%～15.15%）、富鈣（CaO=10.26%～11.90%）、貧鉀（K2O=0.39%～1.14%）及富鈉（Na2O/K2O>1.0）特征，屬鎂角閃石和淺閃石。通過電子探針分析黑云母及角閃石礦物化學成分，經(jīng)化學式計算礦物結晶溫度分別為646.97 ℃～707.82 ℃和766.27 ℃～902.38 ℃;成巖壓力分別為147.84～220.87 MPa和85.0 1～297.40 MPa;侵位深度分別為5.59～8.35 km和3.21～11.24 km;氧逸度logfO2分別為-18.54～-16.49和-13.00～-10.49;同時，角閃石結晶時熔體中含水量為5.26%～6.96%。礦物成分相關比值及圖解反映成巖物質主要來源于殼?；旌显?，為鈣堿性巖漿，蒙其克輝長巖脈的形成與俯沖作用關系密切。

關鍵詞：新疆;黑云母;角閃石;礦物成分;結晶條件;蒙其克輝長巖脈

阿爾泰地區(qū)處于新疆西北邊陲，大地構造上位于西伯利亞板塊與哈薩克斯坦-準格爾板塊結合部位，是中亞造山帶在我國的主要組成部分[1]。研究表明，阿爾泰造山帶與準噶爾板塊大約在360～370 Ma逐漸閉合，之后轉入造山后演化階段[2]。阿爾泰地區(qū)巖體分布廣泛，發(fā)育大量花崗巖，占全區(qū)40%以上[3]。該區(qū)為我國主要成礦帶，現(xiàn)已查明區(qū)內有眾多與巖體有關的銅鎳、金、稀有稀土礦床[4-7]。前人研究認為，該區(qū)巖體具多時代、多類型、多成因、多來源等特征，形成于多種構造環(huán)境[8-10]。

黑云母和角閃石是花崗巖類巖石中普遍存在的暗色造巖礦物，不同類型巖石組成礦物相似，但具不同成因。巖漿結晶或鎂鐵質巖漿與長英質巖漿混合過程中，礦物貫穿整個巖漿演化過程，很好的記錄了巖漿演化和混合過程中不同階段及不同端源巖漿結晶時的形成環(huán)境，其成分特征與巖漿結晶演化過程中微量化學條件緊密相關[11-12]，記錄并保存了有關礦物形成的巖漿溫度、壓力、氧逸度及巖漿來源等巖石成因信息[13-17]。通過對花崗質巖體中黑云母和角閃石礦物成分研究，不僅能示蹤巖漿成因及形成環(huán)境，也能提供巖體出熔流體性質方面信息，并對巖體成巖成礦進行評價。本文以與蒙其克花崗質巖體有關的輝長巖脈中黑云母及角閃石為研究對象（花崗質巖體另文論述），結合詳細的巖相學特征，確定該巖體形成的物理化學條件。

1? 地質背景

蒙其克巖體位于瑪因鄂博大斷裂西南側，是喀拉通克鎂鐵質巖帶的一部分，屬薩吾爾-二臺晚古生代島弧帶。巖體與區(qū)域構造線方向一致，呈NW向展布，空間上分布零散，具一定的群居性。多以巖株、巖瘤形式產(chǎn)出，出露總面積54.4 km2。該巖體為一個由中性到堿性組成的復式巖體，主要巖性有閃長巖、石英閃長巖、石英二長閃長巖、花崗閃長巖、二長花崗巖、鉀長花崗巖、堿長花崗巖等侵入體。區(qū)內發(fā)育有輝長巖脈、閃長巖脈、花崗巖脈及石英脈。其中，輝長巖脈出露零星，與侵入巖較緊密伴生，空間上呈小巖脈、NW向斷續(xù)展布于瑪因鄂博大斷裂NE一帶，其形成受區(qū)域構造控制不明顯，一般多沿裂隙呈細脈分布，脈寬3～5 m，個別達30～50 m，長幾至幾十米，最長延伸可達百米，走向NW向1。 區(qū)內出露2套地層，分別為以濱海相火山碎屑巖、火山碎屑沉積巖及中基性火山熔巖為主的下石炭統(tǒng)姜巴斯套組和以淺海相火山碎屑巖、火山碎屑沉積巖及中基性火山熔巖為主的中泥盆統(tǒng)北塔山組，后者中可見大量腕足、腹足、苔蘚蟲、珊瑚類等類型化石（圖1）?。

區(qū)域資料表明，瑪因鄂博深斷裂帶向西與額爾齊斯構造帶相連，具相似的成礦地質條件。具工業(yè)意義的礦床大多分布于額爾齊斯深斷裂南西側，瑪因鄂博斷裂帶南側僅發(fā)育一些金礦點及礦化點，金、銅、鉛等化探異常規(guī)模較大、呈帶狀展布。推測在瑪因鄂博深斷裂南側尋找?guī)r金礦床、銅鎳硫化物礦床具較大潛力。

2? 樣品描述及分析方法

輝長巖脈? 呈深灰-灰黑色，具斑狀、似斑狀結構、致密塊狀構造?；|粒度0.03～0.15 mm;斑晶0.2～0.5 mm，斑晶約占32%。礦物成分為輝石（50%）、斜長石（25%）、角閃石（15%）、橄欖石（6%）及少量黑云母（3%）和金屬礦物（1%）等。橄欖石呈粒狀，表面多碎裂紋，部分見雙晶，沿裂隙析出鐵質，部分邊緣有斜方輝石環(huán)邊。輝石為斜方輝石和普通輝石，斜方輝石平行消光，解理可見，普通輝石粒狀，內部包有細粒斜長石，部分沿邊緣分布褐色角閃石。斜長石為基性斜長石，粒徑粗細不等，他形粒狀集合體分布于輝石粒間，有裂紋。角閃石半自形柱狀，褐色，多與輝石分布其邊部。黑云母片狀，紅褐色，分布于斜長石粒間。金屬礦物半自形-他形粒狀，粒徑粗細不等，呈粒狀集合體不均勻分布于透明礦物粒間（圖2）。將采集的樣品進行電子探針片磨制，通過顯微鏡詳細觀察和挑選，選擇具代表性的黑云母和角閃石顆粒進行電子探針（EPMA）化學成分分析。電子探針制片由廊坊市宇能巖石礦物分選技術服務有限公司完成。中國科學院地質與地球物理研究所電子探針實驗室完成樣品測試工作。電子探針儀器型號為JXA-8100型，實驗條件：加速電壓為15 kV，電流為20 nA，束斑大小為5 μm，元素峰位計數(shù)時間為10～20 s。所采用標樣為天然礦物和人工合成氧化物，精度大于2.0%。氫氧化物的檢出限為0.01%，Cl和F元素的檢出限約為0.11%。

3? 礦物化學成分特征

3.1? 黑云母成分特征

黑云母電子探針數(shù)據(jù)和相關計算結果見表1。黑云母陽離子數(shù)計算以22個氧原子為基準，采用路遠發(fā)提供的Geokit軟件進行計算[18]。通過Mg-（AlⅥ+Fe3++Ti）-（Fe2++Mn）圖解對黑云母成因類型進行分類[19]，投點均落于鎂黑云母范圍（圖3-a）;將樣品點投影在10×TiO2-（FeO+MnO）-MgO圖解中[20]，顯示為再平衡原生黑云母（圖3-b）。

蒙其克輝長巖脈中黑云母特征如下：①黑云母SiO2含量32.54%～36.05%，平均34.79%;MgO含量16.01%～17.45%，平均16.63%;FeO含量13.95%～14.98%，平均14.56%;CaO含量0.19%～0.56%，平均0.32%;②黑云母Mg/（Mg+Fe2+）變化范圍0.66～0.69，均值0.67，反映其化學組分具富鎂特征[21]。樣品Fe2+/（Mg+Fe2+）變化范圍為0.27～0.33，均值0.29，較均一，反映巖漿為氧化態(tài)巖漿，黑云母未遭后期流體改造[22];③黑云母的TiO2含量1.69%～2.57%，平均2.16%;Al2O3含量14.35%～15.75%，平均15.19%。以22個氧原子為標準計算的陽離子數(shù)中6次配位鋁的含量集中在0.051%～0.247%，平均0.169%。黑云母具高鈦和低六次配位鋁含量，反映其形成于高溫及高氧逸度環(huán)境[23]。

3.2? 角閃石成分特征

角閃石電子探針數(shù)據(jù)和相關計算結果見表2。以23個氧原子數(shù)為基準計算角閃石陽離子數(shù)。據(jù)國際礦物學協(xié)會推薦命名原則分類方案[24]：樣品中角閃石均為鈣質角閃石。按鈣質角閃石進一步分類，以（Na+K）A、Ti及CaA、Fe3+、AlⅥ原子數(shù)為參數(shù)，投影到Si-Mg/（Mg+Fe2+）圖解上，角閃石以鎂角閃石、淺閃石、淺閃石質普通角閃石為主，少量為鈣鎂閃石質角閃石和鎂綠鈣閃石質普通角閃石，成分變化范圍相對較?。▓D3-c，d）。

蒙其克輝長巖脈中角閃石化學成分具如下特征：富鎂MgO（10.48%～15.15%，13.65%）、富鈣CaO（10.26%～11.90%，11.08%）、貧鉀K2O（0.39%～1.14%，0.55%）及富鈉（Na2O/K2O>1.0），其中TiO2含量為0.79%～1.73%，平均0.97%;Al2O3含量為9.24%～10.74%，平均10.04%（表2）。角閃石組分中全堿（Na+K）含量隨Si含量增加而減小，具較弱的負相關關系。

4? 討論

4.1? 溫度壓力估算

研究認為，黑云母中Ti含量對溫度變化最敏感，為黑云母結晶溫度重要指示劑[15，26]。Henry等總結了黑云母Ti溫度計算公式[15]：

其中：a=-2.3594，b=4.648 2×10-9，c=-1.728 3，XMg=Mg/（Mg+Fe2+），XMg=0.275～1.000，Ti=0.04～0.60，T準確的校正范圍介于400 ℃～800 ℃。估算黑云母結晶溫度為646.97 ℃～707.82 ℃（表1），平均680.17 ℃（圖4）。

角閃石化學成分不僅受主巖漿成分影響，且與巖漿結晶條件（溫壓、氧逸度及含水量）有關[16-17，27]。Ridolfi等通過實驗研究提出以角閃石分子式為基礎計算其結晶時溫度[26]，并在后期研究過程中對該公式進行了修正[16-17]：

T=-151.487Si*+2041，R2=0.84…（2）

式中：Si*=Si+AlIV/15-2TiⅣ-AlVI/2-TiⅥ/1.8+Fe3+/9+Fe2+/3.3+Mg/26+CaB/5+NaB/1.3-NaA/15+KA/2.3

據(jù)該公式，利用樣品中角閃石化學成分計算得到角閃石結晶溫度為766.27 ℃～902.38 ℃（表2，圖5-a），平均861.14 ℃。

Uchida等研究認為[27]，黑云母中全鋁含量與礦物結晶壓力具較好的線性關系，據(jù)此提出黑云母結晶壓力計算公式：

P（×100 MPa）=3.03×AlT-6.53…（3）

據(jù)壓力計算得到黑云母結晶壓力為147.84～220.87 MPa（表1），平均188.31 MPa。據(jù)公式P=pgD（p=2 700 ㎏/m3;g=9.8 m/s2）計算出巖體侵位深度為5.59～8.35 km，平均7.12 km。本次研究所采集的樣品均在地表，巖體侵位深度為成巖后的剝蝕深度，剝蝕深度為5.59～8.35 km，平均7.12 km。

目前提出的角閃石全鋁壓力計算方法達6種，研究者分別為Hammarstrom等、Hollister等、Johnson等、Schmidt、Anderson等及Ridolfi等。其中，雷敏等認為前5種角閃石全鋁壓力計受限條件苛刻導致計算結果不準確[27-34]。Ridolfi等在前人研究基礎上充分考慮可能影響準確度的各種因素[26]，通過實驗模擬重新修訂了角閃石全鋁壓力計公式[16]，此壓力計適用于地幔到地殼的壓力范圍。

P（MPa）=19.209exp[1.438AlT] ，R2=0.99…（4）

此溫壓計適用于Al#≤0.21（Al#=AlVI/AlT）的角閃石，壓力計算公式在P≤500 MPa時有效且誤差小于44 MPa。該溫壓計是基于與俯沖帶有關的鈣堿性火山巖中的角閃石提出的。

據(jù)公式計算樣品的結晶壓力為85.01～297.40 MPa，平均205.65? MPa（表2，圖5-a）。計算巖體侵位深度為3.21～11.24 km，平均7.77 km。

4.2? 氧逸度和含水量估算

除溫度和壓力條件外，巖漿氧逸度與含水量對巖漿演化過程起至關重要作用[34]。實驗研究認為，與磁鐵礦和鉀長石共生的黑云母中Fe3+、Fe2+及Mg2+值可估算結晶氧逸度[35]。從黑云母Fe3+-Fe2+-Mg圖解可看出，蒙其克輝長巖脈中黑云母樣品投點落于Fe2O3-Fe3O4與Ni-NiO兩條緩沖線之間，反映其形成于較高的氧逸度環(huán)境下。據(jù)Wones提出的黑云母氧逸度計算公式[36]：

logfO2=-30930/（T+273）+14.98+? 0.142×（P-1）/（T+273）…（5）

據(jù)黑云母溫度和壓力值，利用此公式計算黑云母氧逸度介于-18.54～-16.49，平均-17.40（表2）。

據(jù)Wones等提出在P=207.0 MPa條件下黑云母穩(wěn)定度的logf（O2）-T圖解[35]，結合黑云母Ti溫度為與黑云母平衡時的巖漿溫度，投點均落于NNO緩沖線附近，反映黑云母形成于較高的氧逸度環(huán)境（圖6-a，b）。

角閃石中變價元素Fe的Fe3+/Fe2+比值對氧逸度的變化非常敏感[21]，Ridolfi等通過實驗模擬提出角閃石結晶時的氧逸度公式[26]，并在后期對該公式進行了校正[16]，此公式被證實更有效[37]。

△NNO=1.644Mg*-4.01，R2=0.89…（6）

式中：Mg*=Mg+Si/47-AlVI/9-1.3TiⅥ+Fe3+/3.7+Fe2+/5.2-CaB/20-NaA/2.8+[]A/9.5;公式誤差為±0.22%。

據(jù)公式計算出樣品中角閃石結晶時氧逸度為△NNO+0.08到△NNO+1.77，平均△NNO+1.10（表2）。通過logfO2-T估算巖漿演化對應的絕對氧逸度logfO2為-13.00～-10.49，平均-11.51（表2，圖5-b）。據(jù)角閃石相對氧逸度AlIV-Fe/（Fe+Mg）判別圖解[32]，樣品中角閃石普遍形成于高氧逸度環(huán)境（表2，圖5-c）。此外，Ridolfi等還提出據(jù)角閃石分子式計算其結晶時巖漿含水量公式[26]，并對該公式進行了校正[16]。

H2Omelt=5.215Al*+12.28，R2=0.83…（7）

式中：Al*=Al+AlIV/13.9-（Si+TiⅥ）/5-Fe2+c/3-Mg/1.7+（CaB+[]A）/1.2+NaA/2.7-1.56K-Fe#/1.6; Fe#=Fe3+/（Fetotal+Mg+Mn），此公式誤差為±0.41%。

據(jù)公式計算出蒙其克各輝長巖脈中角閃石結晶時熔體中含水量為5.26%～6.96%，平均5.91%（表2，圖5-d）。角閃石溫度、壓力、氧逸度和含水量計算均通過Ridolfi 等給出的Excel計算表格“Amp-TB”實現(xiàn)[16]?？紤]到誤差及鮑文反應序列的因素，可看出黑云母和角閃石全鋁壓力計、氧逸度計算結果基本一致，代表蒙其克輝長巖脈的固結溫度、壓力及氧逸度。

4.3? 巖石成因探討

黑云母成分特征指示巖石成因類型、物質來源和成礦潛力，具重要的成巖成礦意義。MF=[Mg/（Mg+Fe+Mn）]為劃分S型（改造型）和I型（同熔型）巖漿的依據(jù)。前者MF值小于0.5，后者MF值大于0.5[38]，樣品中黑云母的MF值介于0.655～0.687，符合I型花崗巖特征。黑云母中六配位體鋁（AlⅥ）的含量可反映其成因，當AlⅥ介于0.353～0.561為S型，當AlⅥ介于0.144～0.224為I型[39]。樣品中黑云母的AlⅥ為0.051～0.247，平均0.169，大部分落于I型花崗巖范圍。不同巖漿類型具不同的鎂指數(shù)Mg#=Mg/（Mg+Fe3++Fe2+）和氧化系數(shù)Fe#=Fe3+/（Fe2++Fe3+），S型形成于還原環(huán)境下，Mg#和Fe#值較低，分別為0.282～0.367和0～0.097;I型形成于氧化環(huán)境下，Mg#和Fe#值較高，分別為0.384～0.626，0.252～0.121[40]，

樣品中黑云母Mg#和Fe#分別為0.660～0.690和0.021～0.273;以上特征均顯示I型花崗巖特征。典型殼源黑云母MgO含量小于6%，幔源黑云母MgO含量大于15%[41]，樣品中黑云母MgO含量16.01%～17.45%，反映幔源性質。黑云母FeO/（FeO+MgO）-MgO圖解和Fe3+-Fe2+-Mg2+圖解也顯示幔源或殼幔源特征（圖7-a，c）[43-44]。黑云母的MgO-Al2O3及FeO-MgO-Al2O3圖解中（圖7-b，d）[13]，樣品投點均落于造山帶鈣堿性花崗巖區(qū)域，反映黑云母形成于造山帶環(huán)境。

角閃石形成于熱液、巖漿及變質等不同的地質作用過程中，化學成分是區(qū)分幔源、殼源及殼?；旌显葱蛶r體的有效方法。殼源角閃石的Al2O3含量小于10%，Si/（Si+Ti+Al）比值大于0.775，鎂值Mg#=[Mg/（Mg+Fe2+）]小于0.5;幔源角閃石Al2O3含量大于10%，Si/（Si+Ti+Al）比值小于0.765，鎂值大于0.7;角閃石鎂值介于0.5～0.7，為殼幔來源[45-47]。樣品角閃石的Al2O3含量6.08%～11.02%，均值9.48%;Si/（Si+Ti+Al）比值0.76%～0.87%，均值0.79%;鎂值0.56%～0.92%，均值0.75%;以上特征均顯示輝長巖脈中的角閃石具殼幔混合源特征。

次生角閃石中Ti含量普遍偏低，Leake通過Ti和Si含量建立成因判別圖解[47]。在角閃石的Si-Ti變異圖解中[48]，角閃石主要為深源捕擄晶和花崗巖類中巖漿成因的角閃石（圖8-a）。在角閃石的Mg/（Fe3++Fe2++AlⅥ）-Al/Si判別圖解中（圖8-b）[49]，輝長巖脈角閃石屬漿成因。角閃石的Ca2+-（Fe3++Fe2+）-Mg2+圖解及TiO2-Al2O3圖解可判別角閃石結晶的巖漿源區(qū)性質[47，51]。角閃石礦物成分投點表明（圖8-c，d），樣品中角閃石具殼?；旌显春歪Ｔ刺卣鳌Ｔ诮情W石的Na2O-SiO2圖解中（圖8-e）[51]，投點落入俯沖帶上方角閃石區(qū)域，反映其形成于俯沖帶之上的地幔楔，即角閃石與地幔楔巖漿演化有成因聯(lián)系。角閃石的KA-AlⅣ圖解也顯示樣品中的角閃石與鈣堿性巖漿平衡[50]，其寄主巖漿屬鈣堿性系列（圖8-f）。因此，蒙其克輝長巖脈中角閃石成巖物質來源于殼?；旌显春歪Ｔ?，巖體形成與俯沖作用關系密切。

5? 結論

（1） 蒙其克輝長巖脈黑云母角閃石主要為再平衡原生鎂黑云母;角閃石主要以鎂角閃石、淺閃石、淺閃石質普通角閃石為主，少量為鈣鎂閃石質角閃石和鎂綠鈣閃石質普通角閃石，成分變化范圍相對較小。

（2） 蒙其克輝長巖脈黑云母結晶溫度為646.97 ℃～707.82 ℃;成巖壓力為147.84～220.87 MPa;侵位深度介于5.59～8.35 km;logfO2介于-18.54～-16.49。

（3） 蒙其克輝長巖脈的角閃石結晶溫度介于766.27 ℃～902.38 ℃;成巖壓力介于85.01～297.40 MPa;侵位深度介于3.21～11.24 km;角閃石結晶時氧逸度為△NNO+0.08到△NNO+1.77; 巖漿演化絕對氧逸度logfO2介于-13.00～-10.49;結晶時熔體中含水量為5.26%～6.96%。

（4） 蒙其克輝長巖脈具I型花崗巖特征，成巖物質主要來源于殼?；旌显矗瑤r體的形成與俯沖作用關系密切，為具殼幔混合特征的鈣堿性巖漿。

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