西藏甲玛铜多金属矿石榴子石矿物学特征及成因意义

唐晓倩, 王国芝*, 秦志鹏, 姚晓峰, 周宇雄

1)成都理工大学地球科学学院, 四川成都 610059;2)中国地质大学, 北京 100083

西藏甲玛铜多金属矿石榴子石矿物学特征及成因意义

唐晓倩1), 王国芝1)*, 秦志鹏1), 姚晓峰2), 周宇雄1)

1)成都理工大学地球科学学院, 四川成都 610059;2)中国地质大学, 北京 100083

甲玛铜多金属矿主要的工业矿体赋存于矽卡岩中, 石榴石矽卡岩是主要的矽卡岩类型, 因此, 研究石榴子石的矿物学特征及其成因具有重要的意义。本文综合前人研究成果, 重点对采于甲玛矿区不同钻孔的、不同空间位置的石榴子石进行了矿石学及电子探针分析研究, 并系统对比其矿物学特征。对18个石榴子石测点和项目组其它电子探针分析成果表明, 甲玛铜多金属矿的石榴子石均为钙质系列, 由贫 Ti的钙铁榴石和富Ti、Mg、Mn的钙铝榴石组成。受流体氧逸度的制约, 矿区中心以钙铁榴石为主, 边缘以钙铝榴石为主, 从深部至浅部钙铁榴石含量减少, 钙铝榴石含量增加。此外, 石榴子石“锯齿状”环带成分暗示了其流体过程的多期多阶段性。

石榴子石; 电子探针; 成因意义; 甲玛铜多金属矿; 西藏

西藏甲玛铜多金属矿床位于特提斯-喜马拉雅 构造域冈底斯斑岩成矿带东段。矿区出露的地层主要为下白垩统林布宗组(K1l)和上侏罗统多底沟组(J3d), 及少量第四系(Q)。林布宗组主要为板岩和角岩, 作为矽卡岩的顶板, 多底沟组主要为灰岩和大理岩, 作为矽卡岩的底板。矿区岩浆活动频繁, 岩浆岩类型、侵入期次较多, 含矿性较好的岩浆岩主要为偏中性和斑岩体(郑文宝等, 2010)。矿区构造以推覆、滑覆构造及由此形成的层间构造为主, 层间扩容构造为矽卡岩矿体的主要赋存空间(唐菊兴等,2010, 2012; 钟康惠等, 2012)。矿区岩浆岩主要呈脉岩产出, 岩石类型包括花岗斑岩、二长花岗斑岩、花岗闪长斑岩、石英闪长玢岩、煌斑岩, 其中以花岗斑岩、花岗闪长斑岩和二长花岗斑岩出露最为普遍(秦志鹏等, 2011b, 2012)。

甲玛铜多金属矿根据赋矿地质体的不同, 可分为斑岩型铜钼矿体、夕卡岩型铜多金属矿体, 角岩型铜钼矿体。矿石矿物以黄铜矿、斑铜矿、辉钼矿、方铅矿、闪锌矿、黝铜矿、辉铜矿为主, 次为孔雀石、蓝铜矿、铜蓝、金、自然银、碲银矿及含铋、镍、钴、钨的矿物等(胡正华等, 2011)。脉石矿物以夕卡岩矿物、石英为主, 次为斜长石、钾长石、石膏、绿泥石、绿帘石、萤石、方解石等。矿床围岩蚀变发育角岩化、夕卡岩化、大理岩化、绢云母化、硅化、黑云母化、绿泥石化、碳酸盐化、钾化、石膏化及泥化, 其中夕卡岩化、硅化与成矿作用时空关系密切。

图1 甲玛矿床构造纲要图(唐菊兴等, 2010; 秦志鹏等, 2011a, b)Fig. 1 Structural outline map of the Jiama(Gyama)deposit (after TANG Ju-xing et al., 2010; QIN Zhi-peng et al., 2011a, b)

1 石榴子石类型及特征

矿区夕卡岩呈层状产出于林布宗组与多底沟组的扩容空间, 根据矿物组合可将夕卡岩划分为石榴子石夕卡岩、硅灰石夕卡岩、透辉石夕卡岩、透辉石-石榴子石夕卡岩、硅灰石-石榴子石夕卡岩、石榴子石-硅灰石夕卡岩、符山石-石榴子石夕卡岩、透闪石-石榴子石夕卡岩, 以石榴子石夕卡岩和硅灰石夕卡岩为主, 并显示一定的垂向分带性(姚晓峰等,2011; 图 2)。石榴子石矽卡岩与辉石矽卡岩具有比较明显的分带, 从近岩体接触带→中部带→远部带的矽卡岩前缘, 石榴子石: 辉石从大于 10:1→约5:1→约2:1; 石榴子石颜色由红-棕色→棕-黄色→翠绿色-淡黄色; 而硅灰石矽卡岩相对于石榴子石矽卡岩与辉石矽卡岩较独立, 主要分布在近岩体接触带及中部带的中下部至大理岩接触部位。

图2 甲玛铜多金属矿采样钻孔柱状图及采样位置Fig. 2 Sketch columns of drill holes in the Jiama(Gyama)deposit, showing sampling locations

1.1 石榴子石的类型及分布

甲玛矿床石榴子石的颜色变化较大, 由翠绿色、黄绿色过渡为红褐色、棕褐色及黑色。成分上以钙铁榴石为主, 钙铝榴石次之, 镁铝榴石和锰铝榴石则零星发育(王焕等, 2011)。受多期构造-岩浆活动的影响和制约, 石榴子石的产出以块状、条带状和脉状构造为主(图 3a), 并显示多期多阶段性, 表现为: ①石榴子石的环带状增生(图3b); ②早期不含矿的石榴子石夕卡岩被后期脉状含矿石榴子石无序穿切(图3c)。矿区范围内, 石榴子石的产出具有一定的规律性: ①垂向上, 集中分布在层状夕卡岩的中上部(图 2), 呈“上棕下绿”规律性分布, 两者呈渐变关系。此外, 在与硅灰石的过渡带, 石榴子石多弥散于硅灰石中, 显示晚期硅灰石交代石榴子石的假象(图3d)。②平面上, 从矿床中心到边缘, 石榴子石矽卡岩的厚度由厚变薄, 颜色由红褐色、棕褐色过渡为翠绿色、黄绿色。

1.2 石榴子石的特征

甲玛矿床石榴子石以翠绿色和棕褐色为主, 多呈自形或半自行的菱形十二面体{110}和四角三八面体{211}及其聚形粒状产出。矿物环带结构较为发育, 呈周期性的生长环带, 显示其生长过程的长期性和复杂性, 同时由于颜色及光性差异, 部分石榴子石表现为“聚片双晶状环带”或“扇形构造”(图4a)。此外, 石榴子石发育构造应力的致裂和错位现象, 并且硫化物多集中于此, 暗示成矿作用晚于石榴子石的形成(图4c,d)。

2 石榴子石电子探针分析

2.1 样品和分析测试

本次测试的样品取自矿区中部和边缘钻孔的不同深部, 样品编号分别为 jm3203-226、jm3203-260和jm711-90、jm711-118。样品新鲜, 未发育明显蚀变。样品测试在中国地质大学电子探针实验室完成,采用仪器为JXA-8800型电子探针, 测试加速电压为20 kV, 束电流为20 nA, 束斑直径为5 μm。

图3 西藏甲玛矿床石榴子石特征Fig. 3 Characteristics of garnet from the Jiama(Gyama) deposit

图4 西藏甲玛铜多金属矿石榴子石环带成分变化(jm711-118-样号, jm711-钻孔号, 118-深度/m)Fig. 4 Composition variation of zoned garnet from the Jiama(Gyama) deposit (jm711-118-sample, jm711-hole 118-depth/m)

2.2 测试结果

4件石榴子石样品的电子探针分析结果见表1。从表1中可以看出: 样品jm3203-226和jm3203-260主元素特征表现一致, 但明显差别于样品 jm711-90和jm711-118。jm3203-226和jm3203-260的主元素的ω(SiO2)为 35.68%～36.67%, 平均为 36.05%;ω(CaO)为 33.72%～34.9%, 平均为 34.35%;ω(FeO)为 23.89%～29.46%, 平均为 27.76%;ω(Al2O3)为0%～3.99%, 平均为 1.02%;ω(MgO)为 0.01%～0.23%,平均为 0.1%;ω(MnO)为 0%～0.44%, 平均为 0.23%。显示低硅、铝和钙, 高铁并且贫锰、镁、钛和钾的特征。jm711-90和 jm711-118则表现为富钛、锰、镁和钾的高硅、铝和钙, 低铁的特征, 表现为:ω(SiO2)为 37.25%～39.01%, 平均为 38.28%;ω(CaO)为 36.05%～37.63%, 平均为 36.48%;ω(FeO)为2.57%～8.4%, 平均为 4.47%;ω(Al2O3)为 15.72%～19.94%, 平均为 18.21%;ω(MgO)为 0.02%～3.47%,平均为 0.67%;ω(MnO)为 0.2%～1.29%, 平均为0.91%。以上结果表明: 样品 jm3203-226和jm3203-260及样品jm711-90和jm711-118成分分别为钙铁榴石系列和钙铝榴石系列。

3 讨论

3.1 石榴子石成分特征

图5 甲玛铜多金属矿石榴子石矿物成分图解(前人数据据王焕等, 2011)Fig. 5 Composition diagram of garnet from the Jiama(Gyama) deposit (the previous data from WANG Huan et al., 2011)

本次共测试石榴石电子探针数据18个, 收集前人(王焕等, 2011)对甲玛矿区石榴石电子探针结果60件, 总计78件样品, 采用Knowles算法, 求出各自的端元组分, 并做成分三角图(图5)。甲玛矿区石榴石为钙质系列, 其成分变化区间较大, 由几乎纯的的钙铁榴石到接近端元钙铝榴石, 同时, 钙铝榴石中的锰铝榴石和镁铝榴石含量相对较高, 其中样品jm711-118中锰铝榴石含量最高, 达2.75%, 样品jm2409-430中的镁铝榴石含量最高, 达 47.88%(王焕等, 2011)。石榴石总体成分表明: 在矿区中部(jm3203-226; jm3203-260)石榴石成分以钙铁榴石为主, 而边缘(jm711-90; jm711-118)石榴子石成分以钙铝榴石为主; 单个石榴子石环带成分从核部到边部样品jm3203-226和jm3203-260整体的Fe、Mn含量增高, 其他变化不大; 样品 jm711-90和 jm711-118的Fe、Mn含量降低, K、Na含量升高, 其他变化不大, 表明矿区中部石榴子石由钙铝榴石向钙铁榴石演化, 并且逐渐富集锰铝榴石和镁铝榴石, 而矿区边缘石榴子石则显示相反的演化趋势。再者, 同一钻孔石榴石成分从深部到浅部, 钙铁榴石系列表现为镁含量的显著降低, 而钙铝榴石系列表现为钛、铝和锰含量的升高, 铁含量的降低, 两者均显示钙铁榴石含量的减少, 钙铝榴石含量的增加(表1和图4)。此外, 样品jm3203-260的环带成分呈“锯齿状”(图4), 指示其演化过程的反复性和复杂性。

3.2 成因意义

石榴子石的结构及成分特征能够指示石榴子石的形成和演化过程。在钙铝榴石-钙铁榴石固溶体体系中, 石榴石环带成分的变化主要受控于流体的成分、温度、pH、氧逸度(fO2)和盐度, 而压力影响不大(李金祥等, 2011); 甲玛铜多金属矿石榴子石中流体包裹体均一温度为 321～370℃, 平均为 341℃, 流体盐度为 28%～41%, pH值为 5.0, 未见明显分区特征(周云等, 2011), 表明钙铝榴石和钙铁榴石的温度、盐度和 pH值相差不大, 但是矿区中心流体的氧逸度为–35.8 Mpa, 而边缘的氧逸度则骤降为–46.8 Mpa(周云等, 2011), 而成矿流体的温度和盐度降低、pH 和氧逸度升高有利于钙铁榴石的形成(Jamtveit et al., 1993, 1995)。甲玛矿床中心石榴子石以钙铁榴石为主, 边缘以钙铝榴石为主的分布特征,显示很大程度上, 这样的分布规律受氧逸度活动的制约, 而钙铁榴石的结晶加剧了流体氧逸度的降低,从而间接导致了硫化物的沉淀。同时, 同一钻孔钙铝榴石和钙铁榴石的相似性变化, 同样指示了钻孔由深至浅氧逸度的降低, 与地质事实相符。

单个石榴子石环带成分的变化呈“锯齿状”(图4), 显示其形成于动荡的环境中, 钙铝榴石和钙铁榴石的此消彼长, 指示其流体温度、pH、氧逸度(fO2)和盐度的不断变化, 暗示流体的多期多阶段性, 与宏观特征一致。

4 结论

(1)石榴子石夕卡岩的分布: 垂向上, 集中分布在层状夕卡岩的中上部, 呈“上棕下绿”规律性分布, 两者呈渐变关系; 平面上, 从矿床中心到边缘,石榴子石矽卡岩的厚度由厚变薄, 颜色由红褐色、棕褐色过渡为翠绿色、黄绿色。

(2)从石榴子石周期性的生长环带显示出其生长过程的长期性和复杂性, 同时由于颜色及光性差异,部分石榴子石表现为“聚片双晶状环带”或“扇形构造”。此外, 石榴子石发育构造应力的致裂和错位现象, 并且硫化物多集中于此, 暗示成矿作用晚于石榴子石的形成。

(3)单个石榴子石环带成分的变化呈“锯齿状”,显示其形成于动荡的环境中, 钙铝榴石和钙铁榴石的此消彼长, 指示其流体温度、pH、氧逸度(fO2)和盐度的不断变化, 暗示流体的多期多阶段性, 与宏观特征一致。

(4)甲玛矿区石榴子石受温度、盐度和 PH值的影响不大, 主要受氧逸度的影响, 从矿区中心到边缘氧逸度骤减, 故出现矿区中心以钙铁榴石为主,边缘以钙铝榴石为主的分布特征。

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Mineralogical Characteristics and Genesis of Garnet in the Jiama(Gyama) Copper-Polymetallic Deposit of Tibet

TANG Xiao-qian1), WANG Guo-zhi1), QIN Zhi-peng1), YAO Xiao-feng2), ZHOU Yu-xiong1)
1)Chengdu University of Technology, Chengdu, Sichuan610059;2)China University of Geosciences, Beijing100083

The ore bodies of the Jiama(Gyama) copper polymetallic deposit are mainly hosted in skarn. Garnet skarn is the main skarn type, and it is therefore significant to study the mineralogical characteristics and genesis of the garnet. Based on previous studies, the authors used electron microprobe to analyze the garnets collected from different depths of drill holes at the mine center and the edge of the Jiama(Gyama) deposit, with a detailed comparative study of mineralogical characteristics. The analytical results of 18 garnet points and other electron microprobe analyses show that all the garnets are of calcium series. They are composed of Ti-poor andradite and Ti-, Mg- and Mn-rich grossular. Constrained by the fluid oxygen fugacity, garnets at the mining center are mainly composed of andradite, while those on the edge of the mining area are composed of grossular. The content of the andradite decreases from the depth to the shallow part, whereas the grossular content increases. In addition, the zigzag zonation composition of the garnet indicates that the fluid process had multi-phase and multi-stage characteristics.

garnet; electron microprobe analysis; genetic significance; Jiama(Gyama) copper polymetallic deposit;Tibet

P578.947; P618.4

A

10.3975/cagsb.2012.04.23

本文由国家973项目(编号: 2011CB403103)、国土资源地质大调查项目(编号: 1212010012005)和中央公益性行业科研专项(编号:200911007-02)联合资助。

2012-06-15; 改回日期: 2012-07-07。责任编辑: 闫立娟。

唐晓倩, 男, 1986年生。硕士研究生。主要从事成因与应用矿物岩石学研究。E-mail: 358011292@qq.com。

*通讯作者: 王国芝, 男, 1964年生。博士, 教授。主要从事地质流体与成岩成矿研究。E-mail: wangguozhi66@163.com。