内蒙古获各琦地区海西期石英闪长岩中角闪石成因矿物学研究

苏宝琪， 郑 义， 梁晓姝， 陈显玉

河北地质大学， 河北 石家庄 050031

0 引 言

关于获各琦地区海西期侵入体， 近年来一直是国内外学者研究的焦点问题。 前人对该地区海西期侵入体进行了详细研究， 积累了丰富的资料， 但研究成果大多集中在侵入体与矿床成因方面［1-8］， 而对岩石的形成及演化过程等研究较为薄弱， 制约了工作区地质演化和矿产开发的研究工作。 论文针对获各琦地区石英闪长岩中角闪石的成因矿物学特征进行研究， 探讨了石英闪长岩的形成过程及其地质意义。

1 地质背景

研究区大地构造位置处于华北板块北缘西段，北部和西部分别和西伯利亚板块和塔里木地块相接。区内岩浆岩活动广泛， 次级构造单元发育， 成矿条件优越。 研究区地层由老到新主要有： 太古宙乌拉山群、 中—新元古界狼山群等， 并零星出露有上古生界石炭—二叠系、 中生界侏罗—白垩系、 新生界古近系、 第四系（内蒙古自治区地质矿产局， 1996）（图1）。

图1 获各琦地区地质简图（据Zhu 等； 2006 修改）Fig.1 Geologic map of theHuogeqi area

2 样品特征及分析方法

石英闪长岩岩石风化面为灰黑色， 新鲜面为灰白色、 灰绿色， 具细粒半自形粒状结构， 块状构造。 主要矿物成分为斜长石45%～55%， 角闪石15%～20%，石英5%～10%， 黑云母10%～5%； 斜长石多为板状，自形—半自形柱状， 柱长0.3 ～0.5 mm， 多以聚片双晶为主， 偶见有卡钠复合双晶， 多发生不同程度的绢云母化蚀变。 角闪石为半自形长柱状， 大小不一， 粒径在0.1～0.3 mm 之间， 单偏光下为棕色， 有浅棕绿—深棕绿的多色性， 可见两组解理， 部分有轻微环带， 斜消光， 柱面消光角在15°～20°之间， 干涉色为二级蓝绿（图2）。 石英多为它形粒状、 不规则状，粒径在0.1～0.8 mm 之间， 具明显波状消光。 黑云母具有浅绿色多色性， 呈半自形片状， 常被绿泥石交代， 可见一组极完全解理。 副矿物主要有磷灰石、 锆石等。

角闪石探针片的喷碳和电子探针分析测试工作均在河北地质大学测试中心完成， 采用仪器型号为JXA-8230， 样品电流为20 nA， 束斑直径5 um。

图2 石英闪长岩岩相学照片Fig.2 Petrographic characteristics of the quartz-diorite

3 结 果

角闪石是获各琦地区石英闪长岩中主要的暗色矿物， 对研究岩石成因有重要的指导意义。 论文对石英闪长岩中角闪石进行了电子探针分析， 结果见表1。通过镜下观察和地球化学分析， 发现获各琦地区石英闪长岩中存在两期角闪石， 两期角闪石在颜色和化学成分上有很大不同。 第一期角闪石（JGQ-2）， 颜色为深棕色—深棕绿色， 与第二期角闪石相比， 其化学成分具有明显的富铝的特征。 其角闪石中阳离子CaB均大于1.50， 介于1.74 ～1.83 之间， （Na＋K）A均小于0.50， 介于0.12～0.27 之间， CaA均小于0.5， 按国际矿物学会命名原则， 属于钙质角闪石。

第二期角闪石（JGQ-7）， 镜下颜色为浅棕色—浅棕绿色， 矿物化学成分具有富钙、 富镁、 富铁和贫钠、贫钾的特征。 角闪石中阳离子CaB均大于1.50， 介于1.56～1.78 之间， （Na＋K）A均小于0.50， 介于0.02 ～0.07 之间， CaA均小于0.5， 按国际矿物学会角闪石专业委员会提出的命名原则［9］， 属于钙质角闪石。

基于Leake 等［10］对钙质角闪石进一步分类， 第一期角闪石Si ＝6.45 ～6.81， Mg／Mg＋Fe2＋＝0.68 ～0.73；第二期角闪石Si ＝6.73～7.48， Mg／Mg＋Fe2＋＝0.67 ～0.88； 两期角闪石数据投影到Si-Mg／Mg＋Fe2＋角闪石分类命名图解上， 主要落在镁角闪石区域， 部分落在钙镁角闪石和镁角闪石边界区域（图3）。 因此判断，获各琦地区石英闪长岩中角闪石化学成分总体变化范围较小， 成分较单一。

图3 角闪石Si-Mg／ （Mg+Fe2+） 分类命名图解Fig.3 Amphibole Si-Mg/ （Mg+Fe2+） classification naming diagram

表1 石英闪长岩中角闪石电子探针分析结果（wt/%） 及相关参数计算表Table 1 EPMA results of amphibole in quartz-diorite and calculation of related parameters

续表1

续表1

4 讨 论

4.1 角闪石形成条件

通过角闪石的化学成分可以有效的分析其形成时的温度、 压力等物理化学条件， 近年来关于角闪石温压计方面的研究取得了较大的进展［11］。 此外， 依据角闪石矿物本身的特性， 在分析岩浆结晶深度、 岩浆作用及成矿中得到较好的应用［12-13］。 参照Ridolfi 等［14］，经过校正后建立的角闪石地质温压计计算模型， 依据获各琦地区石英闪长岩中角闪石主要化学成分， 计算其温度、 压力、 氧逸度、 含水量等形成条件。

温压计的估算结果显示， 获各琦地区石英闪长岩中第一期角闪石形成时的结晶温度为852～904 ℃， 平均温度为882 ℃， 变化范围较小， 结晶温度较高； 依据Schmidt 提出的角闪石中Al 的含量计算压力公式［15］， 计算结晶时的压力为460 ～670 MPa， 平均为606 MPa， 形成于高压环境下。 基于地壳密度为2 700 kg／m3计算， 第一期角闪石形成的深度为15.18 ～22.11 km。 石英闪长岩中第二期角闪石的结晶温度为692～843 ℃， 平均温度为788 ℃， 变化范围较大， 结晶温度较低； 结晶时的压力为40 ～133 MPa， 平均为96 MPa， 变化范围较小， 形成于低压条件下 （图4 a）。 基于地壳密度为2 700 kg／m3计算， 第二期角闪石形成的深度为2.2～5.0 km。

通过镜下观察发现， 第一期结晶形成的角闪石约占石英闪长岩中角闪石含量的10%左右， 而第二期结晶形成的角闪石约占石英闪长岩角闪石含量的90%；说明早期角闪石在地壳深处高温、 高压环境下开始结晶， 但结晶形成的角闪石较少， 其主要形成于第二期的低压环境下。 因此推测， 第一期角闪石形成的深度为15.18～22.11 km， 为早期角闪石开始结晶的深度。第二期角闪石形成的深度为2.2 ～5.0 km， 为岩浆成岩的深度， 由此判断获各琦地区石英闪长岩为浅成侵入岩。

同时， 在角闪石温压计的基础上， 对获各琦地区石英闪长岩中的角闪石的氧逸度和含水量进行了相关性计算（图4 b、 4c、 4d）， 由于早期结晶形成的角闪石中Al2O3的含量明显高于后期结晶的角闪石中Al2O3的含量， 因此岩浆在地壳深部停留时平衡熔融体的含水量相对较高， 约为7.53%～8.79%， 平均为7.99%，此阶段角闪石氧逸度为△NNO ＝0.31～0.94， 平均为0.49。 之后随着岩浆继续上升侵位流体的温度压力同时减小导致脱熔， 熔体的含水量下降为4.9%～6.9%，平均为5.85%， 与此同时此阶段角闪石氧逸度上升为△NNO ＝0.80～1.90， 平均为1.33， 由此推测， 角闪石中氧逸度的明显升高可能是岩浆侵位后发生蚀变作用的原因之一。

图4 角闪石温度（a）、 压力（b） 及氧逸度（c、 d） 计算（a）、 （b）、 （c） 底图据Ridolfi 等［14］；（d） 底图据Jiang 等［16］Fig.4 Calculation of temperature （a）， pressure （b） and oxygen fugacity （ c， d ） for hornblende （a）， （b）， （c） 底图据Ridolfi 等［13］； （d） 底图据Jiang 等［15］

4.2 岩浆来源

锆石是常见的岩浆结晶矿物之一， 由于其Lu-Hf同位素体系封闭温度较高， 受后期分离结晶等作用影响较小， 所以锆石中εHf 的值可以准确的反映岩浆源区的特征［17］。 为了探究研究区石英闪长岩岩浆来源，对石英闪长岩进行Lu-Hf 同位素测定。 测试结果显示石英闪长岩εHf （t） 介于-11.78 ～-0.77 之间， 对应的二阶段模式年龄介于1 352 ～2 044 Ma 之间（未发表）。 在Hf 同位素演化图解中［17］， 投影点主要位于球粒陨石与1.8 Ga 古老地壳的Hf 同位素演化线之间，并靠近古老地壳演化线， 表明研究区石英闪长岩岩浆起源为古元古代地壳物质。

角闪石作为石英闪长岩中主要的暗色矿物， 其化学成分是区分岩浆来源的重要依据［10，18-19］。 通常情况下， 典型壳源角闪石中Si／ （Si＋Ti＋Al） 的比值不小于0.775， 典型幔源角闪石中Si／ （Si＋Ti＋Al） 的比值一般不大于0.765， 壳幔型角闪石Si／ （Si＋Ti＋Al）的比值介于0.765 ～0.775 之间［16］。 石英闪长岩中角闪石（JGQ-7） 测试数据中， 除一个测点数据Si／ （Si＋Ti＋Al） 值为0.644 外， 其余测点数据Si／ （Si＋Ti＋Al） 值介于0.819～0.935 之间， 表现出壳源特征； 角闪石（JGQ-2） 测试数据中除两个测点数据Si／ （Si＋Ti＋Al） 值为0.791 和0.774 外， 其余测点数据Si／（Si＋Ti＋Al） 值介于0.763 ～0.739 之间， 表现出幔源特征。

综上所述， 由角闪石地球化学特征及岩石Hf 同位素组成特征等综合推断， 研究区内石英闪长岩成岩物质主要来源于地壳， 但有幔源物质混入。

5 结 论

（1） 获各琦地区石英闪长岩中角闪石共有两期，主要为镁角闪石， 部分为钙镁闪石。

（2） 据角闪石温度压力计算得出， 石英闪长岩中角闪石结晶深度在15.18 ～22.11 km， 岩浆侵位深度在2.2～5.0 km， 为浅成侵入岩。

（3） 石英闪长岩Hf 同位素数据表明， εHf （t）介于-11.78～-0.77 之间， 对应的二阶段模式年龄介于1 352～2 044 Ma 之间， 显示研究区石英闪长岩岩浆起源为古元古代地壳物质。 依据角闪石岩浆源区判别图， 认为岩浆中有少量幔源物质混入。