哈密星星峽天河石花崗巖的充填物及其對(duì)巖相的制約

哈密星星峽天河石花崗巖的充填物及其對(duì)巖相的制約

自1986年倫敦提出，巖漿作用末期，廣泛的硅巖漿巖漿往往會(huì)變成含有豐富鉀的熱液。因此，前人對(duì)巖石學(xué)、礦物學(xué)和地球化學(xué)進(jìn)行了大量研究。李兆麟曾論述過粒間溶液對(duì)成礦作用的重要意義，其所稱的固相-低熔點(diǎn)熔體-溶液平衡系統(tǒng)實(shí)際上就是巖漿-熱液過渡階段的產(chǎn)物。但是，從副礦物的角度研究這種過渡階段的報(bào)道迄今為止仍相對(duì)較少。本文作者以新疆哈密市白石頭泉天河石花崗巖為實(shí)例，探討若干副礦物在巖漿-熱液過渡階段的行為。1巖體地球化學(xué)特征白石頭泉巖體位于甘-新邊界星星峽鎮(zhèn)北東約30km處，大地構(gòu)造位置屬于中天山前寒武紀(jì)構(gòu)造帶東部北緣，侵入于中元古界星星峽群片巖、片麻巖和可能屬于加里東期的閃長(zhǎng)巖、英云閃長(zhǎng)巖、黑云母花崗巖和片麻狀花崗巖中。該巖體已報(bào)道的礦物-全巖Rb-Sr等時(shí)線年齡為(209.6±9.6)Ma。顧連興等和張遵忠等已對(duì)該區(qū)的地質(zhì)發(fā)展史和該巖體的侵位環(huán)境作過簡(jiǎn)要敘述。白石頭泉的南部被第四系覆蓋，北部沿山崗出露，露頭面積約7km2(見圖1和2(a))。不同石材公司開采該巖體作板材已20多年，使各相帶巖石被充分揭露。巖體因含天河石而遠(yuǎn)望呈藍(lán)綠色(見圖2(a))。GU等將巖體中分為5個(gè)漸變的相帶(見圖1)，即淡色花崗巖(a帶，天河石<1%)，含天河石花崗巖(b帶，天河石1%～5%)，天河石花崗巖(c帶，天河石5%～15%)，含黃玉天河石花崗巖(d帶，黃玉1%～3%，天河石5%～15%)和黃玉鈉長(zhǎng)花崗巖(e帶，黃玉10%～20%，天河石3%～10%)。各相帶的主要造巖礦物有斜長(zhǎng)石、石英、鉀長(zhǎng)石、白色云母和黃玉。此巖體以石英呈斑晶產(chǎn)出為特征，且越往頂部斑晶晶形越好，顆粒越大。電子探針測(cè)定表明，各相帶之斜長(zhǎng)石均為鈉長(zhǎng)石。鉀長(zhǎng)石可分為早、晚兩個(gè)世代：早世代鉀長(zhǎng)石以缺乏格狀雙晶和貧銣為特征；晚世代鉀長(zhǎng)石則為發(fā)育格狀雙晶的天河石，其29個(gè)點(diǎn)電子探針Rb含量平均值為1700g/t。GU等的詳細(xì)研究表明，黃玉和石英斑晶是巖體中最早結(jié)晶的礦物，而天河石則是富含流體的殘余巖漿直接結(jié)晶和交代先存礦物的產(chǎn)物。在地球化學(xué)上，白石頭泉巖體以貧鈣、貧鎂、貧鐵而富氟、富銣、過鋁為特征。GU等根據(jù)巖石中的黃玉含量推測(cè)，a帶的F含量在結(jié)晶之前應(yīng)超過2%。顧連興等測(cè)得a、b、d和e帶石英中熔體包裹體熔融溫度分別為860～810℃、850～790℃、810～660℃和680～660℃，因此認(rèn)為該巖體各相帶是從下到上先后結(jié)晶的產(chǎn)物。WU等的研究發(fā)現(xiàn)，5個(gè)相帶的全巖稀土均顯示M型四分組效應(yīng)，并且從a帶到c帶，Eu負(fù)異常顯著增強(qiáng)。在巖體各相帶中普遍存在含天河石的偉晶巖脈和囊團(tuán)(見圖2(b))，在a帶中還局部產(chǎn)有含綠柱石的偉晶巖脈(目前已被當(dāng)?shù)鼐用褡鳛榫G柱石礦床采盡)和囊狀體。整個(gè)巖體熱液蝕變微弱，僅在e帶中適度發(fā)育黃玉和鈉長(zhǎng)石的絹云母化，僅局部見到微弱碳酸鹽化。2副礦物組成白石頭泉巖體的副礦物主要有石榴石、螢石、錫石、鋯石和獨(dú)居石等。本文作者將取自c帶的15kg樣品分選后，共獲得副礦物總含量為1067g/t，其中主要為石榴石(865g/t)，其次有少量錫石(85g/t)、螢石(51g/t)、綠簾石(37g/t)和磷灰石(26g/t)，此外，尚有少量榍石(2.0g/t)、獨(dú)居石(0.7g/t)和鋯石(0.4g/t)。今將螢石、石榴石、錫石和鋯石這4種副礦物特征描述如下。2.1巖石充填的巖石學(xué)特征白石頭泉巖體中的螢石大致可分為兩個(gè)世代。第一世代螢石僅在顯微鏡下清晰可見，主要充填巖石中的不規(guī)則狀顯微孔洞(見圖2(c)～2(f))。有些孔洞外側(cè)與造巖礦物粒間的螢石脈相連。顯微孔洞多小于2mm，其充填物多以半自形-他形螢石為主，個(gè)別全部被螢石充填。螢石在顯微鏡下無色透明，表面光潔，兩組解理清晰。在多數(shù)孔洞的螢石充填物背景上，嵌布著不同數(shù)量的石榴石(見圖2(c)和2(d))，還經(jīng)常存在自形鈉長(zhǎng)石微晶(見圖2(d))和白色云母微細(xì)鱗片。在個(gè)別孔洞充填物中，石榴石、鈉長(zhǎng)石和白色云母等硅酸鹽可占50%以上。同時(shí)，有的孔洞內(nèi)可見較多錫石(見圖2(e)和2(f))，有的孔洞邊部有鈉長(zhǎng)石柱狀微晶或白色云母鱗片從孔洞壁指向中心生長(zhǎng)，有的孔洞外側(cè)與含石榴石和/或錫石的薄膜狀顯微螢石脈相連。從巖體的a帶到e帶，這種被螢石+硅酸鹽±錫石充填的孔洞有增加的趨勢(shì)。被螢石等充填的孔洞切面多數(shù)具有帶尖角的多邊形或不規(guī)則狀形態(tài)，其尖角多突入圍巖礦物顆粒之間。填隙礦物與鈉長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石和白色云母等圍巖造巖礦物的邊界多平直而清晰(見圖2(c)和2(d))，僅局部可見由交代作用形成的模糊而呈港灣狀的邊界。孔洞內(nèi)局部可見螢石交代石榴石、鈉長(zhǎng)石和白色云母形成的結(jié)構(gòu)。被交代礦物具港灣狀邊界，或呈光性方位一致的孤島狀殘留體。第二世代的螢石見于d帶和e帶，它們分布于巖石裂隙面上，呈紫色薄膜狀。此外，偉晶巖透鏡體中也可見到嵌布于鉀長(zhǎng)石和石英晶體間隙中的紫色螢石。2.2石榴石成因?qū)Ρ仁袷酁樽孕晤w粒，粒徑為0.05～0.20mm，在白石頭泉巖體5個(gè)相帶中均普遍存在，且從a帶到e帶有含量逐漸增加的趨勢(shì)。在黃玉和石英斑晶中未發(fā)現(xiàn)石榴石包裹體。雖然偶見石榴石被包于鈉長(zhǎng)石或鉀長(zhǎng)石顆粒中，但石榴石多與白色云母和填隙螢石在空間上緊密伴生，表明石榴石雖有少量較早結(jié)晶，但主要是巖漿結(jié)晶較晚期的產(chǎn)物。在螢石+硅酸鹽±錫石孔洞充填組合中，石榴石常被螢石交代(見圖2(c)和2(d))，交代后生成的鐵氧化物，在正交偏光下呈現(xiàn)紅褐內(nèi)反射色。就成分而言，巖體中的石榴石以富錳、富鐵、貧鈣為特征。電子探針分析表明，b～c帶中的石榴石含錳鋁榴石53%～64%，鐵鋁榴石34%～45%，鈣鐵榴石1%～3%(見表1)，并表明錳鋁榴石在c帶中較在b帶中更富(見圖3)。白石頭泉巖體中富含錳鋁榴石和鐵鋁榴石，這與前人關(guān)于過鋁花崗巖中的石榴石往往富錳的認(rèn)識(shí)相一致。2.3列或被包含于巖石內(nèi)部在白石頭泉巖體中，錫石多呈粒徑為0.02～0.07mm的柱粒狀自形晶，沿著被螢石充填的顯微孔洞邊緣排列或被包含于螢石內(nèi)部，而在遠(yuǎn)離孔洞的巖石中則少見。c帶中的錫石顆粒經(jīng)淘選后用環(huán)氧樹脂固定于玻璃板上磨片進(jìn)行電子探針測(cè)試。其結(jié)果表明，錫石中的Ta、Nb、Zr、W等微量元素較為富集，其Ta2O5含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))達(dá)0.90%，Nb2O5達(dá)0.80%，ZrO2達(dá)0.24%，WO3達(dá)0.05%(見表2)。2.4e帶不同巖性結(jié)構(gòu)的孔隙充填物白石頭泉巖體中的鋯石透明、無色、自形性好，多被包于鈉長(zhǎng)石或白色云母內(nèi)部，而未見被包于石英斑晶內(nèi)部者。鱗片狀白色云母內(nèi)的鋯石包裹體常發(fā)育放射暈。各相帶的鋯石柱面和錐面均發(fā)育良好，長(zhǎng)徑為0.20～0.35mm，長(zhǎng)寬比例變化為2.5～3.5。薄片顯微鏡觀察表明，從a帶到e帶，鋯石的含量明顯降低，這與從a帶到e帶全巖鋯元素含量降低的測(cè)定結(jié)果相一致。在以螢石、石榴石、錫石為特征的孔洞充填物中未曾見到鋯石。從c帶中淘選出的鋯石顆粒用環(huán)氧樹脂固定于玻璃板上磨片進(jìn)行電子探針測(cè)試。其結(jié)果表明，該帶鋯石微量元素含量變化范圍較大，其UO2含量可達(dá)0.893%，ThO2含量可達(dá)0.107%，HfO2含量可達(dá)4.197%(見表3)。按PUPIN的分類，c帶中224顆鋯石的晶形主要屬于P1型，其次為G1和G18型。據(jù)此所算得的鋯石結(jié)晶溫度為646～696℃(計(jì)算方法見文獻(xiàn))，此溫度與上文所述石英中熔體包裹體熔融溫度相比，顯著低于b帶熔融溫度(850～790℃)，而略低于d帶熔融溫度(810～660℃)。這可能是因?yàn)槭呔谴藥r體巖漿中最早結(jié)晶的組分，而鋯石的結(jié)晶稍晚于石英斑晶，所以，石英斑晶熔體包裹體所代表的是最接近液相線的熔體成分，其熔融溫度應(yīng)當(dāng)高于鋯石結(jié)晶溫度。3增強(qiáng)巖石基巖-熱液過渡階段磷礦的演化綜上所述，白石頭泉巖體各相帶中普遍存在著被螢石+硅酸鹽±錫石充填的孔洞?？锥炊喑蕩Ъ饨堑亩噙呅位虿灰?guī)則狀形態(tài)，其邊界清晰。這樣的特征表明孔洞是巖漿主體結(jié)晶后因體積收縮所形成的殘留空間，而其充填物則是由熔體或流體直接結(jié)晶的產(chǎn)物?？锥赐鈧?cè)造巖礦物顆粒之間含硅酸鹽的薄膜狀螢石脈，可以看作富含熔體的流體進(jìn)入孔洞的通道。在孔洞充填物中，硅酸鹽/螢石比例差異較大。在有的孔洞中，石榴石、鈉長(zhǎng)石和白色云母等硅酸鹽礦物含量高達(dá)50%以上。實(shí)際上，在有些孔洞中從孔洞壁指向孔洞中心生長(zhǎng)的鈉長(zhǎng)石和白色云母等礦物，可能本來就是孔洞中早期生長(zhǎng)的硅酸鹽礦物，因此可以推測(cè)，在充填這些孔洞的初始熔體-流體中，硅酸鹽含量要高于目前所見充填物中的含量。這類富含硅酸鹽的充填物，應(yīng)當(dāng)代表了富含流體的硅酸鹽。與之成鮮明對(duì)照的是，全部由螢石或僅含少量硅酸鹽的充填物則代表了富含硅酸鹽的流體。因此，硅酸鹽/螢石比例不同的這些孔洞充填物，形象地代表了巖漿-熱液過渡階段殘留熔體/流體比例的變化?？锥粗谐涮畹娜垠w-流體未對(duì)洞壁的硅酸鹽產(chǎn)生普遍而強(qiáng)烈的熱液蝕變，這表明這些礦物的生長(zhǎng)和孔洞充填幾乎是一個(gè)連續(xù)的過程，因而系統(tǒng)的壓力、溫度、pH、氧化還原電位等物理化學(xué)條件并未發(fā)生顯著變化。幾乎所有的孔洞充填物中都有不同數(shù)量的螢石，這符合螢石在富氟、貧鈣、過鋁花崗巖中延遲結(jié)晶的特性。從白石頭泉巖體的a帶至e帶，被螢石+硅酸鹽±錫石充填的孔洞有增加的趨勢(shì)，表明較晚結(jié)晶的頂部巖相中富F流體的富集，而這種富集與分離結(jié)晶過程中的揮發(fā)份出溶有關(guān)。相對(duì)于孔洞充填物而言，巖體中的偉晶巖脈和囊團(tuán)(含和不含綠柱石)中含螢石相對(duì)較少，表明這些偉晶巖從巖漿體中的分離要早于上述殘留孔洞的充填。有人把偉晶巖也作為巖漿-熱液過渡階段的產(chǎn)物，但白石頭泉的偉晶巖應(yīng)當(dāng)形成于該階段的初期，而螢石+硅酸鹽±錫石孔洞充填物則形成于該階段的晚期。與之不同的是，分布于巖體裂隙面上的第二世代螢石，則形成于巖漿期后熱液作用階段。越來越多的文獻(xiàn)傾向于認(rèn)為錫石可能是巖漿成因[19,20,21,22,23,24]。在白石頭泉巖體中，錫石主要產(chǎn)在巖漿-熱液過階段形成的孔洞充填物中，而在遠(yuǎn)離孔洞的巖石中則少見，表明在這種富氟花崗巖中，錫直到巖漿-熱液過渡階段才大量沉淀。在孔洞中的熔體-流體固結(jié)之前，如果巖體發(fā)生強(qiáng)烈變形和破碎，廣泛散布的孔洞就會(huì)得以貫通，初步富集錫的熔體-流體就能被釋放出來，并在有利部位聚集成脈狀錫礦床。白石頭泉巖體之所以未能形成錫礦床，可能是被圈捕的熔體-流體就地凝結(jié)的緣故。前人早已認(rèn)識(shí)到氟化物或氟絡(luò)合物對(duì)于錫在巖漿熱液中遷移的重要性。在白石頭泉巖體的孔洞中，錫與螢石密切伴生，表明氟的化合物也是該巖體巖漿-熱液過渡階段錫的重要搬運(yùn)形式。在白石頭泉巖體中，鋯含量變化范圍為50.3×10-6～131.6×10-6，并且從a帶到c帶，其含量降低。據(jù)顯微鏡觀察，鋯石主要包裹于鈉長(zhǎng)石和白色云母中，而在螢石+硅酸鹽±錫石孔洞充填物中未曾見到。這表明在白石頭泉這種低溫花崗巖中，隨