花岗岩中角闪石的矿物学特征及地质意义

许旭 郑改红

摘  要：花岗岩是岩浆在地下深处经冷凝而形成的深成酸性火成岩。而角闪石石花岗岩中重要的组成矿物。从成因矿物学角度出发，通过对花岗岩中角闪石进行电子探针分析确定角闪石中的组成成分、化学成分分析、角闪石-斜长石温压计的计算原理及适用条件以及该温压计在计算岩浆体系成岩成矿的温度、压力，进而估算岩浆侵位深度及上升速率方面的应用，揭示了其在岩浆演化过程中的重要意义。

关键词：花岗岩;角闪石;成因矿物学;电子探针;温压计

引言

角闪石在自然界分布很广，是岩浆岩中主要的造岩矿物。也是石花岗岩中重要的组成矿物，是角闪石族矿物的总称，角闪石属闪石族中一员。镁、铁、钙、钠、铝等的硅酸盐或铝硅酸盐。可以通过角闪石命名法判断其具体名称。也可以通过其与斜长石的化学成分特征，对花岗岩结晶过程中的物理化学条件的变化反应十分灵敏，同时从成因矿物学的角度出发，运用电子探针技术，选择对其合适的角闪石温压计对其化学成分进行估算，对岩体形成时温度、压力、氧逸度等进行估算，最终判别岩体形成的环境。因此，通过对花岗岩中的角闪石开展成岩过程中物理化学条件的研究，从而推测岩浆演化及其与成矿关系。

1.研究现状

1.1角闪石的矿物学特征

角闪石族矿物属双链硅酸盐。由SiO基团所联成双链结构，阳离子[1 1（100）]沿C轴延伸，联接而成。存在被记作M、M 、M 的配分位置。近似于正八面体配位位置，一种记作M的六～八次配位，配位多面体相对较大，易崎变。结晶学上分属斜方晶系和单斜晶系这五个空间群。其类质同象成分系列十分复杂，主要依据阳离子成分特征进行系列划分和矿物种命名。

1.2角闪石的地球化学特征

根据大量实验测定结果，对角闪石中稀有元素和金属元素的平均含量进行计算。数据一部分引自文献资料;另一部分是通过对苏联各地区的钙质碱性侵入花岗岩体中分离出的角闪石单矿物相进行分析而得到的结果。角闪石的光性和化学特点较早就用于岩石学目的：安山岩角闪石和花岗岩角闪石，当它们的含铁量相近时，可以根据折射率区别开。这与铁的不同氧化程度和铁的含量有关。

1.3角闪石的应用

1.3.1角闪石-斜长石温度计

根据角闪石固溶体模型和实验，提出了由角闪石和斜长石矿物对组成的地质温度计，反应方程式如下：

NaCaMg（AlSi）O（OH）+4SiO=CaMgSiO（OH）+NaAlSiO

即：浅闪石+石英=透长石+ 钠长石

温度表达式：

式中：□代表结晶位空缺;A、T1和M2分别表示角闪石中的结晶位;

对于 Yab，当 Xab > 0. 5 时，Yab = 0;否则，Yab = 12.0·（1-Xab）2-3.0kJ。

（2），依据浅闪石 - 钠透闪石（edenite - richterite）的反应方程式：

NaCaMg（AlSi）SiO（OH）+NaAlSiO=Na（CaNa）MgSiO（OH）+CaAlSiO

即：閃长石+钠长石=碱镁闪石+钙长石

温度表达式（适用于含石英和无石英岩浆岩）：

式中：Yab - an代表 RTlnγan - RTlnγab;对于 Yab - an，当 Xab > 0. 5 时，Yab - an = 3. 0 kJ;否则，Yab - an = 12. 0（2Xab-1）+ 3. 0 kJ。

（T的单位为开尔文（K），P的单位为千巴（kbar），Xφ i 表示组份i在晶格位置φ中的摩尔分数。）

1.3.2角闪石全铝压力计

提出了利用角闪石中全铝（Altot）的含量计算压力：

P（± 0. 30 GPa）= - 0. 392 + 0. 503 Altot（HAMMARSTROM，et al，1986）

P（± 0. 10 GPa）= - 0. 476 + 0. 564 Altot（HOLLISTER，et al，1987）

P（± 0. 05 GPa）= - 0. 346 + 0. 423 Altot（JOHNSON，et al，1989）

P（± 0. 06 GPa）= -0.301 + 0. 476 Altot（SCHMIDT，1992）

P（± 0. 06 GPa）= -3 .01 + 4 .76 Altot -[（t -675）/85] [ 0.53 Altot +0 .005 294（t -675）]

其适用范围：0.4<Fe/（Fe+Mg）< 0.65且Fe3+/（Fe2++Fe3+）≥0.25

2.存在问题

角闪石作为地质温压计进行温度压力的估算时，虽然估算结果相对准确，但其适用条件十分苛刻，具有很大的约束性。如使用角闪石全铝压力计时应满足于以下条件：

①选用 0. 4 < Fe /（Fe + Mg）< 0. 65 且 Fe3 + /（Fe2 + + Fe3 +）≥0. 25（或 0. 2）的角闪石。

②石英、斜长石、钾长石、角闪石、黑云母、榍石和磁铁矿/钛铁矿须和熔融物共存。

③压力计只能应用于 2 ～ 13 kbar 压力范围内结晶的岩石。

④熔体中 Si 的活度必须≥1。

⑤与角闪石共存的斜长石牌号应在 An25 和 An35 之间。

⑥角闪石应在花岗岩类的固相线附近结晶。

⑦角闪石应与钾长石共存。

⑧考虑⑤、⑥和⑦条件的影响，成分测定点必须位于与石英和（或）钾长石相互接触的角闪石边缘。

3.发展方向

目前，矿物温压计正处于飞速发展的时期。高温高压实验岩石学、热力学数据库、矿物固溶体理论研究等方面的进展，为温压计的发展打下了坚实的基础。实际上，温压计自出现以来，一直在不断地改良着。所以，在应用的同时，应密切关注温压计研究的最新进展。如何获得 符合客观实际的矿物热力学数据库，仍是实验岩石学家的重要任务。在矿物温压计标度过程中，矿物固溶体模型几乎成了核心内容。矿物成分-活度关系即矿物固溶體模型，最终仍需要通过矿物反应的相平衡实验来决定。同时，有些温压计的实验标度工作仍显不够。可以预料，矿物热力学数据库和矿物温压计发展最关键的问题仍是矿物相平衡实验。实验方面可以获得符合客观实际的内洽热力学数据，另一方面实验数据又可以用来建立合理的矿物成 分-活度模型，标度矿物温压计。所以精确的矿物相平衡实验将是今后研究工作的重点。

参考文献

[1]  周晔，沈阳，侯增谦，谢鑫，罗晨皓.滇西六合正长斑岩中角闪石、黑云母和锆石的特征及其指示意义[J].岩石矿物学杂志，2018，37（04）：547-561.

501-520.