西藏尼雄矿田滚纠铁矿花岗闪长岩成因的矿物化学证据

于玉帅，杨竹森，高 原，刘英超，田世洪，纪现华

(1.武汉地质矿产研究所，湖北武汉 430205;2.中国地质调查局花岗岩成岩成矿地质研究中心，湖北武汉 430205;3.东华理工大学核资源与环境教育部重点实验室，江西南昌 330013;4.中国地质科学院矿产资源研究所，北京 100037;5.江西省地质调查院，江西南昌 330201;6.中国地质科学院地质研究所，北京 100037;7.中国地质大学地球科学与资源学院，北京 100083)

“成因矿物学”是以矿物晶体化学分类为基础，探索矿物属性与成因之间变化规律的一门地球科学分支学科，是揭示岩石和矿床成因的指示剂(陈光远等，1987)。角闪石和黑云母作为花岗岩类最主要的造岩矿物之一，其化学成分的变化不仅记录了岩浆的起源、演化、侵位结晶时的物理化学变化，有时还蕴藏着成矿作用的相关信息(Wones et al.，1965;Kesler et al.，1975;Schmidt，1992;Abdel-Rahman，1994;Finch et al.，1995;Ma et al.，2000;陈光远等，1987;杨文金等，1986，1988;李鸿莉等，2007)。

近年实施的国土资源大调查显示冈底斯铁铜多金属成矿带成矿远景巨大，其中尼雄铁铜矿田、落布勒、隆格尔、敌布错、大架夏玛、饿阿次尔等矿床均已达到大－中型规模。尼雄矿田是中生代Fe－Cu成矿事件的典型代表，相对于著名的冈底斯斑岩铜矿带，该成矿带尚处于研究的起始阶段，其中争论的焦点是成矿的地球动力学背景(Zhu et al.，2009和2011;曲晓明等，2006;辛洪波等，2007;曹圣华等，2007;于玉帅等2011;张晓倩等，2010)。本文从成因矿物学角度出发，在解剖尼雄矿田滚纠铁矿主要成矿岩体花岗闪长岩的基础上，恢复岩浆源区性质、揭示岩浆侵位结晶的物理化学条件，探索岩浆热液体系与成矿作用之间的内在联系，为研究成岩、成矿地球动力学机制提供详实的矿物学资料。

1 区域地质特征

尼雄矿田位于冈底斯中北部隆格尔－工布江达断隆带西段，是措勤－申扎铁铜多金属成矿带的重要组成部分。受古特提斯、特提斯洋演化作用控制，形成了区域北西西向展布的中生代革吉－措勤复合弧后盆地、隆格尔－工布江达断隆带。研究区处于隆格尔－南木林地层分区，出露古生代石炭纪到新生代第四纪地层，由老到新依次为古生代早石炭世永珠组(C1y)、晚石炭世拉嘎组(C2－P1l)、早二叠世昂杰组(P1a)、中二叠世下拉组(P2x)、晚二叠世敌布错组(P3d)、早白垩世则弄群(K1Z)以及古近纪林子宗群和第四纪等，缺失三叠纪、侏罗纪地层。区内构造变形由南至北显示出由强变弱的趋势，并且北西西向构造多为挤压变形，北西、北东向构造多呈走滑特征，由于不同时代的地层经历的构造运动差异，区内古生代地层褶皱变形强烈，白垩纪以来的地层变形逐渐变弱。燕山晚期中酸性岩浆活动强烈，岩浆沿区域北西向断裂构造侵位形成花岗闪长岩、二长花岗岩、花岗闪长斑岩等。燕山晚期强烈的中酸性岩浆活动、丰富的构造系统以及有利的地层条件为区内矽卡岩型、斑岩型等矿床的发育提供了良好的地质条件。

2 矿床地质特征

尼雄矿田位于措勤县城西南约60km，尼雄铁矿田长约40km，宽约10km，北西－南东向依次展布有滚纠铁矿区、尼雄铁矿区、沙松南铁矿区、毛加崃铁矿区及日阿铜矿区等，外围尚有窝藏、雨拉、祝弄拉、拉不拉、阿若和哦加等6处磁铁矿点和敌布错、格尔耿、德能等6处铜铅锌银多金属矿化点。

滚纠铁矿是尼雄矿田铁成矿作用的典型代表，矿区主要出露下石炭统－上二叠统海相沉积地层和第四系堆积物，自下而上依次为:拉嘎组(C2－P1l)、下拉组(P2x)、敌布错组(P3d)，其中下拉组和敌布错组与成矿关系密切。矿区岩浆侵入活动强烈，沿矿区NWW向断裂呈串珠状侵位，形成中细粒黑云花岗闪长岩、中细粒黑云二长花岗岩、细粒斑状花岗岩及少量酸性岩脉。岩体与围岩接触带及其附近围岩蚀变强烈，发育明显的角岩化、大理岩化、矽卡岩化。其中，矽卡岩及退化蚀变矿物主要有石榴子石、透辉石－次透辉石－铁次透辉石，金云母、绢云母、绿帘石、硅灰石、蛇纹石、阳起石、透闪石、绿泥石等。

铁矿体主要产于花岗闪长岩、二长花岗岩与二叠纪下拉组、敌布错组的接触带及下拉组和敌布错组的层间破碎带中。矿体长度一般为500～2300m，最长可达 6400m;厚度一般为 1.30～13.74m，最厚可达66.54m。总体产状走向 NWW －NW，倾向NNE－NE，倾角45°～70°。空间形态呈层状、似层状、宽脉状、条带脉状、透镜状。滚纠铁矿区矿石主要类型有致密的块状、角砾状、细脉状、条带状等，矿石矿物以磁铁矿为主，少量赤铁矿、穆磁铁矿等。其他详细矿床地质特征见于玉帅等(2011，2012a，b)。

滚纠铁矿中细粒角闪黑云花岗闪长岩分布较广，主要有斜长石(约50%)、钾长石(约15%)、石英(约20%)、黑云母(约10%)、角闪石(约5%)以及少量的副矿物磷灰石、锆石、磁铁矿、榍石等(＜1%)组成，花岗结构，块状构造。研究表明，矿区花岗闪长岩富硅(SiO2平均为66.76%)、富碱(ALK平均为7.7%)，属高K钙碱性花岗岩系列，具有I型花岗岩特征;轻稀土元素富集，重稀土元素亏损，弱Eu负异常;微量元素方面，富集大离子亲石元素，亏损高场强元素，显示弧岩浆作用特点，岩浆源区具壳幔混源的特征。锆石LA－ICP－MS U－Pb 年龄为 113.6 ±1.2Ma(MSWD=0.42，n=18)，形成于中生代早白垩世晚期弧后伸展条件下(于玉帅等，2011)。

3 矿物学特征

野外采集新鲜的远离矿化的细粒角闪黑云花岗闪长岩进行室内研究，样品送至河北省地质矿产局廊坊实验室进行探针片磨制。在显微镜下进行详细的岩矿鉴定，选择典型角闪石、黑云母及长石类矿物进行电子探针成分分析，分析测试在东华理工大学核资源与环境教育部重点实验室进行，电子探针型号是 JXA－8100、能谱仪 Inca Energy，加速电压15.0KV，电子束斑2μm，探针束流20nA。

3.1 角闪石

角闪石自形－半自形，单偏光镜下呈深绿色－绿色－浅黄绿色，多色性明显，正交偏光镜下干涉色可达二级蓝绿，正中－高突起，闪石式解理(夹角56°)发育，见有角闪石简单双晶，内部见有它形－半自形的磁铁矿等颗粒，多数角闪石晶体周围发育有细粒绢云母、碳酸盐、磁铁矿等组成的暗化边(图2)。

图2 花岗闪长岩典型矿物显微照片Fig.2 Microscope photos of typical minerals from granodiorite

花岗闪长岩中角闪石电子探针成分分析结果列于表1，其中 w(SiO2)为 47.19% ～48.46%，平均47.98%;w(TiO2)为0.71% ～1.57%，平均1.30%;w(Al2O3)为5.40% ～7.53%，平均6.78%;w(FeO)为13.38% ～17.60%，平均14.95%;w(MgO)为11.44% ～ 13.92%，平均 12.98%;w(CaO)为10.69% ～11.57%，平均11.05%;除一个测点不含F外，其他测点F含量变化范围是0.02% ～0.51%，平均高达0.29%。角闪石中Na＜0.5，Ca在1.69～1.83之间，为钙角闪石系列，富 Mg(2.52 ～3.06)，在钙角闪石分类中属镁角闪石(Leake et al.，1997)(图3a);Ti含量为0.08 ～0.17，马昌前等(1994)角闪石成因分类Ti－Si图解显示花岗闪长岩中角闪石均为结晶角闪石 (图3b)，表明矿区成矿相关花岗闪长岩中角闪石成因简单，均为岩浆侵位过程中结晶形成，即角闪石结晶后未遭受后期流体蚀变。

表1 花岗闪长岩中角闪石电子探针分析结果(%)Table 1 Electron microprobe analyses(%)of amphibole from granodiorite

表2 花岗闪长岩中黑云母电子探针分析结果(%)Table 2 Electron microprobe analyses(%)of biotite from granodiorite

3.2 黑云母

黑云母它形－半自形叶片状，单偏光多色性显著，Ng－红棕色、红褐色，Np－浅黄色，正交偏光镜下一组极完全解理，中正突起，近平行消光。黑云母内部见有针状、长条状磁铁矿，部分发生轻微的绿泥石化，晶体周围亦发育有暗化边(图2)。

电子探针成分分析列于表2。花岗闪长岩中黑云母 w(SiO2)为 36.76% ～38.01%，平均 37.48%;w(TiO2)为 4.12% ～ 5.09%，平均 4.70%;w(Al2O3)为 12.95% ～13.49%，平均 13.20%;w(FeO)为 17.76% ～18.91%，平均 18.38%;w(MgO)为 11.71% ～ 12.62%，平均 12.22%;w(K2O)为9.06% ～10.81%，平均10.14%;F 含量较高，变化范围是 0.00% ～1.11%，平均高达0.43%。在Foster(1960)云母矿物分类图解上都落在镁质黑云母区域范围内(图4a)。岩浆成因黑云母与进变质和退变质成因黑云母相比，具有Ti含量中等(0.20 ＜Ti＜0.55)、Mg/(Mg+Fe)比值在0.30～0.55之间的特点(马昌前等，1994)，滚纠铁矿花岗闪长岩中黑云母 Ti含量在0.24～0.29之间，平均为 0.27，Mg/(Mg+Fe)比值范围是 0.53 ～0.56(众值＜0.55)，证明所研究的黑云母均为岩浆成因。在傅金宝(1981)统计的黑云母成因图解上，投影点同样均落入岩浆黑云母区域范围内(图4b)。此外，黑云母的Fe2+/(Fe2++Mg)比值较均一，变化于0.39～0.43之间，指示矿区花岗闪长岩中黑云母形成以后未遭受后期流体改造(Stone，2000)。

图4 花岗闪长岩云母分类图解(a据Foster，1960;b据傅金宝，1981)Fig.4 Classification of mica from granodiorite(a-after Foster，1960;b-after Fu，1981)

4 讨论

角闪石和黑云母成作为成岩、成矿作用的标型矿物，不仅可以指示岩石的成因类型、揭示源区性质、恢复岩体结晶的物理化学条件，还可以用来指示成矿作用过程(陈光远等，1987)。

4.1 岩石类型、岩浆源区

矿区花岗闪长岩与曲水碰撞花岗岩中角闪石相似(贫钛、富镁)，同为镁角闪岩，表明寄主岩为I型花岗岩(李胜荣等，2006);Abdel-Rahman(1994)统计大量花岗岩中黑云母化学组成显示，I型花岗岩中黑云母富Mg，S型花岗岩黑云母富Al，A型花岗岩黑云母富Fe，并建立了判别其构造环境的MgOFeO－Al2O3图解，矿区花岗闪长岩黑云母相对富Mg，落在造山带钙碱性岩系，指示为I型花岗岩(图5);黑云母中 Mg#是划分长江深源系列(Mg#＞0.45)和南岭浅源系列(Mg#＜0.45)花岗岩的主要标志(杨文金等，1986，1988)，矿区花岗闪长岩黑云母Mg#与长江深源系列花岗岩一样，均大于0.45，具I型花岗岩特征;Fe3++Fe2+和 Mg负相关，样品Fe3++Fe2+在 1.12 ～1.19 之间(＜1.3)，Mg为1.33～1.44，这也为矿区成矿花岗闪长岩属I型花岗岩提供了有利证据(谢应雯等，1988)。上述矿物化学研究结果与岩石地球化学资料互为佐证(于玉帅等，2011)。

图5 花岗闪长岩黑云母MgO－FeO－Al2 O3图解(据 Abdel－Rahman，1994)Fig.5 MgO －FeO －Al2 O3 diagram of biotite from granodiorite(after Abdel－Rahman，1994)

前人通过岩石地球化学、全岩Sr、Nd同位素以及锆石Lu－Hf同位素研究表明，尼雄矿田成矿花岗闪长岩是壳－幔源物质发生混合的产物(Zhu et al.，2009，2011;于玉帅等，2011;张晓倩等，2010)。从花岗闪长岩中角闪石和黑云母化学组成也可以得出相同的结论。首先，黑云母 MF分别为1.13～1.21，大于典型的壳源花岗岩 MF值(＜0.5)，较钙碱性斑岩中黑云母 MF(1.27～1.36)值小(谢应雯等，1995)，指示岩浆中有幔源组分的加入;其次，在角闪石Al2O3－TiO2(图6a)和黑云母wFeOT/(FeOT+MgO)－MgO(图6b)关系图中，结果显示样品点都落在壳－幔混源区;最后，李胜荣等(2006)研究西藏曲水岩体结果表明，典型的幔源黑云母MgO＞15%，壳源黑云母中的MgO＜6%，本次研究的滚纠矿区黑云母MgO含量介于11.71% ～12.62%，既不同于典型的幔源黑云母，又和壳源黑云母区别明显，应为壳幔混源。

图6 花岗闪长岩角闪石Al2 O3－TiO2(a－据陈光远等，1993)和黑云母FeOT/(FeOT+MgO)－MgO图解(b－据周作侠，1986)Fig.6 Al2 O3 －TiO2 diagram of amphibole(a-after chen et al.，1993)and FeOT/(MgO+FeOT)－MgO of biotite(b-after zhou.，1986)from granodiorite

4.2 成岩物理化学条件

岩浆成因黑云母化学成分在成岩氧逸度、温度和压力等物理化学性质等方面具有一定的指示意义。资料显示，黑云母中六次配位的Al离子具有指示成岩氧逸度的作用，低的AlⅥ可以反映相对较高的氧逸度环境(Buddington et al.，1964)，计算滚纠铁矿花岗闪长岩中黑云母发现AlⅥ极低，表明成岩处于较高的氧逸度条件下。将矿区花岗闪长岩中黑云母在Wones et al(1965)Fe3+－ Fe2+－Mg2+进行投图，发现它们都位于Fe2O3－Fe3O4和Ni－NiO之间且靠近Ni－NiO缓冲线(图7a)，指示log fO2＞NiNiO+1，由此可知黑云母结晶时岩浆系统处于较高氧逸度条件下。角闪石中Mg/(Fe+Mg)为0.54～0.65，平均 0.61，相对均一，同样也反映了母岩浆氧逸度应为中等－高(Ma et al.，2000)。根据计算得到黑云母形成温度(630～680℃，下文)、Fe3+/(Fe3++Fe2+)比值以及氧逸度之间关系，估算得到花岗闪长岩成岩氧逸度log fO2约为－14～－16(陈光远等，1987)。

成岩温度方面，利用角闪石－黑云母矿物对温度图解和黑云母Ti－Mg/(Mg+Fe)图解进行投图计算，李胜荣等(2006)研究认为后者计算结果更接近实际成岩温度。一般认为，黑云母Ti含量可以作为其结晶温度的相对地质温度计，即黑云母含Ti量与形成温度成正比(Buddington et al.，1964;陈光远等，1987)，分析得到黑云母 Ti含量为 0.24 ～0.28，指示较高的结晶温度;采用黑云母Ti－Mg/(Mg+Fe)图解得到花岗闪长岩成岩温度约630～680℃(图7b)。利用角闪石－黑云母矿物对成岩压力投图计算(图7c)，估算得到花岗闪长岩形成压力在1.5×108～3.0×108Pa之间。康志强等(2010)通过对比花岗岩中角闪石和黑云母全铝压力计，认为花岗岩中存在角闪石和黑云母矿物组合，结晶好的那种矿物可以使用全铝压力计。镜下观察显示花岗闪长岩中角闪石的晶体形态较黑云母好，故利用角闪石全铝计算成岩压力，P(×108Pa)=4.76×AlT－3.01(Schmidt，1992)，计算得到结果为 1.53 ×108～3.12 ×108Pa，平均 2.50 ×108Pa，与角闪石 － 黑云母矿物进行投图计算结果一致，估算成岩深度平均约为7.5km。

程启芬等(1987)研究长江中下游主要酸性侵入岩认为，黑云母的Fe/(Mg+Fe)与其结晶时的温度压力密切相关，并总结了如下规律:Fe/(Mg+Fe)比值与结晶温度、氧逸度成负相关，与压力成正相关。上述成岩温度、压力、氧逸度研究表明，滚纠铁矿花岗闪长岩形成于较高温的630～680℃，约2.50×108Pa的压力和log fO2=－14～－16高氧逸度条件下，这与较低的Fe/(Mg+Fe)比值相吻合。

4.3 成矿意义

滚纠铁矿花岗闪长岩黑云母 w(TiO2)平均4.70%，w(Al2O3)平均13.20%，与长江中下游铁铜矿床成矿岩体黑云母TiO2含量较高，Al2O3相对较低(程启芬等，1987)的特点一致。在黑云母Fe3+－Fe2+－Mg2+图解上，样品点位于铁铜矿床相关的成矿岩体内(图7a，洪大卫，1982)。研究资料显示，温度、氧逸度、压力条件对成矿元素萃取、沉淀影响巨大，高氧逸度为成矿金属元素(Fe、Cu)进入岩浆并最后富集成矿提供了必备的条件(Silltoe et al.，1997);且Fe的萃取量跟温度(在450～650℃范围内)成正比(梁祥济，2000)。本次研究表明花岗闪长岩630～680℃和log fO2= －14～－16条件下结晶，同时矿区发育氧化型矽卡岩矿物，石榴子石包裹体温度大于600℃(未刊资料)，都证明了不论是岩浆热液还是其所分异出的成矿流体都具有高温高氧逸度的特征，这种高温、高氧逸度的环境为Fe进入岩浆并成功萃取提供了必要的物理化学条件。矽卡岩型铁矿中铁主要以卤化物和/或络合物形式进行搬运迁移，Cl－对铁的搬运能力最强，其次是F－(赵一鸣等，1992)。本次分析得到角闪石和黑云母中F的含量平均高达0.29和0.52，流体包裹研究资料显示滚纠铁矿成矿流体属NaCl－H2O体系(未刊资料)，表明岩浆热液体系中卤素离子(F－和Cl－)含量较高，丰富的卤离子为成矿物质的迁移、运输提供了必不可少的条件;成矿流体经历了矽卡岩阶段高温、高压、高氧逸度环境－氧化物阶段温压力的降低、高氧逸度环境(未刊资料)，卤化物和/或络合物运移的Fe于氧化物阶段合适的成矿条件下沉淀、富集成矿。

5 结论

(1)滚纠铁矿花岗闪长岩中角闪石属镁角闪石，黑云母为镁质黑云母;两者均为岩浆成因，且形成后均为遭受后期流体的蚀变。

(2)角闪石和黑云母化学成分指示滚纠铁矿花岗闪长岩为典型的I型花岗岩，为壳幔混合来源，计算得到岩浆约在氧逸度log fO2=－14～－16，温度630～680℃以及压力 1.5×108～3.0×108Pa条件下侵位结晶。

(3)岩浆热液系统的高温、高氧逸度条件保证了Fe元素的成功、大量萃取，而富含卤离子(F－和Cl－)的岩浆热液为成矿元素以卤化物和/或络合物形式迁移提供了载体，成矿作用过程温度压力的降低以及高氧逸度为铁质沉淀提供了条件。

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