东准噶尔卡拉麦里地区老鸭泉岩体黑云母矿物化学特征及其地质意义

尤丽吐孜·吐尔逊 师庆三

摘 要：通过对老鸭泉花岗岩中的黑云母进行电子探针测试，得到了其矿物化学组成特征。老鸭泉花岗岩中的黑云母具有富铁贫镁、高钛特征，属于典型的富铁黑云母; 其 FeOT含量为27.93%～ 29.82%之间 ，Al2O3为 12.09%～12.81%，TiO2 为3.26%～4.07%，MgO 为4.63.6%～5.59%，Fe2+/（Fe2++Mg）比值较高，变化范围小，集中分布在 0.73～ 0.76，属于壳源型，形成时具有低的氧逸度; 通过 Ti饱和度温度计算公式得出其结晶温度在641.74～771.40℃，平均为684℃。老鸭泉花岗岩具有高含铁指数、形成于较高温度、低氧逸度环境条件下，这些特征均是锡成矿的有利条件。

关键词：老鸭泉;花岗岩;黑云母;矿物化学

前言

东准噶尔是巨型中亚造山带的一部分，也是中亚-兴蒙巨型构造成矿域的重要组成部分，构造上位于西伯利亚板块与哈萨克斯坦-准噶尔板块的结合部位，是一个构造背景极为复杂、岩浆活动极其强烈的地区[1]。该区分布有3条富碱花岗岩带，从北向南依次沿额尔齐斯-玛因鄂博断裂、乌伦古大断裂和卡拉麦里大断裂呈北西向展布[2]。前人对北带和中带的富碱花岗岩有详细研究，并提出了地壳岩石部分熔融、幔源岩浆高度分异等不同的成岩模型。但是对卡拉麦里富碱花岗岩的研究却显得较为薄弱，前人的研究内容主要涉及花岗岩的时代、全岩主微量元素及Sr-Nd同位素组成、花岗岩的成因分类（I型、S型或A型）、产出的构造环境及其岩浆源区的限定。然而缺乏对矿物微区特征研究、岩浆演化过程的深入研究。本文拟选取老鸭泉岩体作为研究对象，通过电子探针对卡拉麦里地区花岗岩黑云母矿物化学成分进行了系统的研究，试图从矿物学的角度揭示出在构造-岩浆作用与成岩成矿过程中黑云母成分的演化特征。

1 区域地质背景

由西伯利亚板块和准噶尔板块碰撞缝合形成的卡拉麦里造山带位于准噶尔盆地东北缘，是东准噶尔古生代造山带的一部分，是中亚构造框架的重要构造单元。该区域内的出露地层以下石炭统黑山头组（C1h）和下石炭统姜巴斯套组（C1j）为主。北西向延伸的一条蛇绿岩带沿卡拉麦里深大断裂断续分布，其形成时代为早泥盆世，也可能是小洋盆的洋壳残片，卡拉麦里深大断裂的南部零星分布有少量志留纪的地层。

卡拉麦里蛇绿岩带北侧，出露大面积的花岗岩类岩石，主要类型有花岗闪长岩、二长花岗岩、碱长花岗岩和碱性花岗岩。后两类花岗岩构成了一条沿卡拉麦里深断裂分布的总面积约 1100 km2的富碱花岗岩带。区内出露的地层以泥盆系和石炭系的凝灰质粉砂岩和火山碎屑岩为主。

就位于卡拉麦里深大断裂北侧的老鸭泉岩体长轴方向呈NWW展布（图1），大致与卡拉麦里缝合带平行。该岩体的西部与喀拉萨依岩体相邻，东部为黄羊山碱性花岗岩体，北侧与南侧分别侵入到石炭纪和泥盆纪地层中。出露面积约 673.39km2，为研究区内最大的花岗岩体。岩性主要为细中粒花岗岩、细中粒二长花岗岩组成。颜色为浅肉红色，灰白色。细-中粒花岗结构，斑状结构，块状构造。造岩矿物为钾长石、斜长石、石英和黑云母;次要矿物矿物为角闪石，副矿物有磷灰石、锆石、萤石、褐帘石、磁铁矿等。斜长石呈斑自形长板状，聚片双晶发育。钾长石为他形粒状，具条纹结构，为条纹长石。

2 样品的采集与分析

挑选出来的黑云母矿物均来自于卡拉麦里地区老鸭泉花岗岩体，显微镜下特征如图（图2）。黑云母为片状，黄—褐色，多色性显著，呈自形-半自形。采集的花岗岩样品磨制成探针片是在河北廊坊完成，岩石薄片在新疆地理与生态研究所显微镜室进行镜下观察。探针片的喷碳工作在新疆地矿局完成，矿物电子探针工作在新疆生态与地理研究所电子探针实验室完成。实验中矿物化学成分分析采用日本电子JOEL公司生产的JXA-8230型电子探针分析仪，实验中的加速电压为15 kV，束流为2.0× 10-8A，束斑大小为5 ?m。标样主要采用钠长石、磷灰石、橄榄石、镁橄榄石、硅灰石、金云母和金红石，校正方法为 ZAF 修正法。

3 矿物化学成分分析

电子探针分析结果见表1。 测试数据显示黑云母中氧化物质量分数之和介于93. 87% ～96. 79%，在含“水”矿物黑云母电子探针数据的允许误差范围之内。按照黑云母的阳离子总数 8、阴离子负电价 23 的理论值，参考郑巧荣（ 1983） 的计算方法计算了黑云母的 Fe2 +、Fe3 + [3] 。在此基础上，以 22 个氧原子为基础计算了黑云母的阳离子数及部分参数（ 表 1） 。

在 Mg-（AlVI+Fe3++Ti）-（Fe2++Mn）图解中[4]，黑云母成分投点均落在铁质黑云母范围内（图3b）。将样品点投影在金云母-铁云母-铁叶云母-镁叶云母图中[5]，显示黑云母接近铁云母端员组分（图3a）。 老鸭泉花岗岩中的黑云母具有如下特征：

（1）黑云母的SiO2的含量要在34.83%～35.81%之间，MgO的含量为 4.63%～5.59%，FeOT 在 27.93%～ 29.82%之间，而CaO較低多数小于检测限（<0.01%）。

（2）黑云母的Mg/（Mg+Fe2+）变化范围为0.24～0.28，平均值为0.25。黑云母 Fe2+/（Fe2++Mg）比值变化范围小，集中分布在 0.73～ 0.76。表明其化学成分具有贫镁富铁的特征。

（3）黑云母中Al2O3的含量为12.09%～12.81%，TiO2 为3.26%～4.07%，以22个氧原子为标准计算的阳离子数中六次配位铝（VIAl）的含量为零。

4.讨论

4.1 岩石成因及源区特征

据研究表明，I型花岗岩中的黑云母相对富镁，S型花岗岩中的黑云母具有富铝的特征，A型花岗岩中的黑云母则明显富铁[6] 。通常认为A型花岗岩是形成于拉张环境，并且通常是同一地区岩浆演化到较晚阶段的产物[7]。老鸭泉花岗岩中的黑云母具有富铁贫镁的特征，不同于I型及S型花岗岩中黑云母;在镜下可观察到黑云母包含长石，表面其为岩浆结晶晚期的产物，这些特征与A型花岗岩黑云母特征相似。也与近年对卡拉麦里地区花岗岩地球化学的研究认为其属于A型花岗岩的结论一致[8]。

黑云母化学组分分析通常能够指示寄主岩石的源区性质、成因特征及成岩环境等[6]。一般具有较低Mgo含量（<6%）和 较 高 的FeOT/MgO比值的黑云母被认为是高分异岩浆或演化程度较高的地壳物质中的黑云母，而具有较高的MgO含量（>15%）和较低的FeOT/ MgO比值的是则地幔来源的黑云母[9]。与俯冲作用相关形成的钙碱性岩石由于受俯冲流体的影响，有利于磁铁矿的早期结晶，而晚期结晶的黑云母则具有相对富Mg、Al和贫Ti的特征。非造山碱性花岗岩类由于产于高温、缺水环境，不利于早期磁铁矿和钛铁氧化物的结晶，而晚期结晶形成的黑云母具有富铁的特征[6]。本文所研究的老鸭泉花岗岩中黑云母具有较低的MgO含量（4.68%～5.59%）和较高的Fe2+/（Fe2++Mg）比值（0.73～0.76），暗示其源区应以壳源为主，为晚期结晶的产物。

4.2岩浆结晶物理化学条件

4.2.1 温度

高温高压实验表明，黑云母中钛元素的含量明显受岩浆结晶温度的影响[10] ，因此黑云母中Ti元素的含量可以用来作为估计岩浆结晶温度的地质温度计。黑云母Ti温度计公式[11]：

其中：温度t的单位为℃ ， Ti表示以22个氧原子 为标准计算出的黑云母阳离子数中 Ti 的含量， XMg=Mg/（Mg+Fe）， a=-2.3594， b=4.6482×10-9， c=-1.7283， Ti=0.04～0.60， t=400～800℃ 为准确的校正范围。对本文研究的黑云母进行计算得出温度介于641.74～771.40℃，平均为684℃。

4.2.2 氧逸度

研究认为与钾长石和磁铁矿共生的黑云母中的Fe3+、Fe2+和Mg2+ 原子的百分数可以用来估算黑云母结晶时的氧逸度，并提出了黑云母的Fe3+ -Fe2+-Mg2+三角图解[12]。显微镜下观察显示老鸭泉花岗岩中的黑云母与钾长石、磁铁矿共生，符合上述氧逸度评价的要求。从图4中可以看出，本文研究的黑云母样品主要落在了Ni -NiO 线与 Fe2SiO4- SiO2- Fe3O4线之间且更加接近Ni - NiO 缓冲线，表明本区黑云母是在较低氧逸度条件下结晶而成的。

4.3成矿意义

黑云母具有独特的层状结构特点，成为许多成矿元素的载体或富集矿物，其化学成分对铜、锡等成矿作用以及矿化具有良好的指示作用。李鸿莉等[13]研究了芙蓉锡矿田骑田岭花岗岩黑云母矿物化学特征，提出黑云母花岗岩与 Sn 成矿具有密切成因联系; 陈慧军等[14]对滇西古永地区花岗岩黑云母进行研究，认为高温低氧逸度有利于Sn 矿的形成; 东前等[15]的研究发现，具有高镁低铁的特征的黑云母与 Cu 成矿有关，高氧逸度环境更有利于 Cu 等成矿物质聚集，发生成矿作用; 与 Sn 成矿有关的黑云母具有高铁低镁的特征[16]。姑婆山花岗岩黑云母具有高铁低镁的特征，其 Fe2 +/（ Fe2 ++ Mg） 值变化于 0. 73 ～ 0. 76 （表 1） ，暗示其具有良好的锡成矿性。另一方面，黑云母是花岗岩中锡的主要载体，Sn 元素在流体内如何分配以及富集成矿主要受到温度和氧逸度的影响[17]，与其他矿化金属元素相比，与锡有关的岩体一般具有较低的氧逸度，在低氧逸度条件下花岗岩更有利于锡的成矿作用。老鸭泉花岗岩黑云母具有低的氧逸度，反映其有利于锡的成矿作用。

5 结论

（1）老鸭泉花岗岩中的黑云母具有富铁贫镁的特征，其含铁指数高，具有较高Al2o3，属于壳源型铁质黑云母。

（2）老鸭泉花岗岩黑云母具有较高的温度、低氧逸度及含铁指数等特征有利于锡成矿。

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