赞比亚西北省卢阿玛拉地区变质基性岩中角闪石矿物特征研究

陈东欢， 范洪海

(核工业北京地质研究院中核集团铀资源勘查与评价技术重点实验室，北京 100029)

赞比亚以其丰富的铜、钴矿产资源闻名于世，加丹加群中的砂页岩型铜矿是其主要的矿床类型(Coats et al.，2000)。该地区区域地质情况及主要的铜钴矿矿床已经由全世界的地质学家进行了系统研究，但该地区的基性岩研究程度较低，尤其是基性岩中的角闪石。笔者希望通过对基性岩中角闪石的研究，反映出基性岩的形成演变，为以后的进一步研究提供帮助。

1 区域地质背景

卢阿玛拉地区位于赞比亚西北省，东距铜带省钦格拉(Chingola)市120 km，西距西北省省会索卢维奇(Solwezi)30 km，北距刚果(金)与赞比亚国界40 km。该区大地构造位置位于泛非造山带的卢菲利安弧中部，弧的顶端位置。区域出露最老的地层为中元古界片岩、条带状片麻岩、花岗片麻岩和角闪片麻岩(本区的基底地层)，上覆新元古界加丹加超群地层(表1)。本区新元古界加丹加超群地层由矿山群、孔德龙古群构成。矿山群包括顿布瓦(Dumbwa)组(M)、金麦尔(Kimale)组(N)、查福哥玛(Chafugoma)大理岩建造(P)和泥质岩建造(O)。顿布瓦(Dumbwa)组主要岩性为粗粒含蓝晶石变斑晶的石英-金云母片岩、石英岩、云母片岩和砾岩。Kimale组主要岩性为黑云母石榴石片岩、滑石白云质片岩、大理岩、炭质千枚岩、黑云母片岩、石英岩和白云岩。查福哥玛大理岩建造，主要岩性为粗晶钙质和白云质大理岩，有少量的页岩和黑云母片岩夹层。泥质岩建造的主要岩性为灰黑色泥岩。孔德龙古群地层的主要岩性为石英铁矿石、碎屑岩、石英黑云母片岩和泥岩。孔德龙古群地层上被第四系地层覆盖。区域内褶皱发育，有索罗维兹(Solwezi)穹窿、基富布瓦(Kifubwa)向斜、卡朋顿哥玛(Kapundungoma)向斜，断裂有NE、NNE和NNW向三组(图1)。区内有数个基性岩和中酸性岩岩株发育。

图1 卢阿玛拉地区地质简图(据高阳等，2013)Fig.1 Schematic geological map of Luamala area.1.硅质壳、铁质壳、地表沉积、河流冲积物；2.跨不同地层的泥质岩；3.细粒片岩、变泥岩、石英岩层、含铁粉砂岩条带；4.透闪石-阳起石片岩、钙质片岩、含石榴子石和角闪石钙质砂屑石英黑云母片岩；5.副砾岩建造；6.细粒、极细粒含石英铁石建造；7.大理岩层夹片岩；8.泥质岩；9.黑云母片岩、白云质片岩、石英岩、黑云母石榴石片岩，滑石质、白云质片岩，千枚岩；10.石英金云母片岩,含云母石英岩与云母片岩、砾岩互层；11.浅色片麻岩；12.条带状铁矿石建造；13.中粗粒花岗闪长岩、正长花岗岩、二长花岗岩、英云闪长岩；14.辉长岩；15.断裂；16.航磁解译断裂；17.推断断裂

该区基性岩主要有辉长岩和变辉长岩。其中辉长岩为深绿色-棕色，中粗粒结构，辉长结构，块状构造。主要矿物为斜长石，普通辉石，顽火辉石，角闪石，含有钛铁矿和磁铁矿，副矿物有榍石，锆石。斜长石(图2A)粒度2～5 mm，个别大于5 mm，

表1 卢阿玛拉地区地层简表

自形至半自形，主要呈板状，斜长石号码An在30号左右。一些斜长石颗粒显示了不均匀消光，说明受后期构造影响。普通辉石是岩石中主要的辉石种类，粒度集中在2～5 mm，个别大于5 mm，半自形-它形，内部常有一些顽火辉石析出物和角闪石边。所有的辉长岩中都出现了钛铁矿，出现在矿物裂隙和缝隙中。钛铁矿为含钛磁铁矿的析出产物，可能形成于侵入体最初的冷却时期。

图2 卢阿玛拉地区角闪石显微照片Fig.2 microphotograph of gabbro from Luamala areaA.辉长岩(Ag 普通辉石，Pl 斜长石)(正交偏光)；B.变辉长岩中的角闪石(Amp)和钛铁矿(Ilm)(单偏光)；C.变辉长岩中的角闪石(amp)(单偏光)；D.变辉长岩中的角闪石(Amp)和方柱石(Sc)(正交偏光)

索罗维兹地区的变辉长岩已经达到绿帘石-角闪岩相，为该地区的主要基性岩，局部发生方柱石化。一些辉长岩仍保存着原来的结构构造，大部分在变质作用中完全发生变化。变辉长岩为灰绿色-棕绿色-灰黑色，中粗粒结构，块状构造，发生角闪石化和方柱石化，主要由角闪石，方柱石，钠长石，黑云母组成，副矿物为绿帘石，榍石，金属矿物为钛铁矿、磁铁矿和黄铁矿。角闪石(图2B，2C，2D)为主要的变质矿物，可达到70%，角闪石最开始交代辉石，然后是斜长石。角闪石粒度集中在0.1～2 mm，半自形-它形，组成了岩石的基质。也有一部分角闪石粒度2～5 mm，呈简单双晶作为斑晶出现，内部和边部含有辉石及斜长石颗粒，形成“筛状结构”。钠长石粒径为0.2～5 mm，不规则半自形-它形，主要沿着斜长石边部交代。绿帘石粒度集中在0.2～2 mm，个别小于0.2 mm，自形-半自形，主要呈客晶集合体出现在方柱石和钠长石中。方柱石粒度一般为0.2-5 mm，半自形-它形，内部或核部含有绿帘石的嵌晶。方柱石与在空间上与斜长石和钠长石关系密切，或呈浸染状，或呈不规则状交代斜长石，局部地区辉长岩中斜长石完全转变为方柱石。变辉长岩中出现了钛铁矿，呈网状或骸晶在角闪石裂隙和解理中。磁铁矿呈自形晶出现在基质中，也呈细粒集合体状出现在钛铁矿周围。

2 岩相学与矿物成分分析

本文对基性岩中的角闪石的显微观察和电子探针分析进行了研究。

2.1 岩相学分析

卢阿玛拉地区角闪石的光性特征如下：呈纤维状,板状。单偏光下呈浅绿色-绿色-蓝绿色(图2)，多色性明显。正中突起，不完全消光，干涉色为一级顶到二级顶，正延性。

2.2 角闪石矿物成分分析

本次矿物测试分析由核工业北京地质研究院分析测试研究中心电子探针分析实验室完成，仪器型号为JXA-8100，工作条件为加速电压20 kV，电子束流1×10-8A，分析方式为波谱分析，矿物分析数据见表2。角闪石结构式根据23个氧原子为基准, 采用ΣFM=13法计算角闪石的阳离子数(王建平等，2009，表2)。

角闪石中w(SiO2) = 37.63%～45.09%，w(Al2O3)=9.13%～16.70%，w(CaO) =10.20%～11.12%，w(FeO*) = 18.45%～24.46%，w(Na2O) = 1.72%～2.70%。根据Leake(1978，1997)提出的角闪石分类方案，本区岩体中的角闪石属于钙质角闪石组[CaB≧1.50，(Na+K)≧0.50，Ti<0.50]。将所测定的基性岩角闪石样品投入角闪石分类图解中(图3)，所测定的角闪石大部分落在铁韭闪石区范围内，仅有两个样品落在铁浅闪石区范围内。

图3 钙质角闪石的分类图解(底图据Leake et al.，1997)Fig.3 Classification of calcic amphibolesA.镁铁钙闪石；B.韭闪石(AlⅣ>Fe3+)，镁绿钠闪石(AlⅣFe3+)，绿钠闪石(AlⅣ

2.3 角闪石成因类型

马昌前等(1994)根据不同成因角闪石的Si，Ti含量，做出了角闪石成因判别图解；研究分析将钙质角闪石的Si-Ti变异图划分为五个区域，分别对应于不同的成因类型。再结合本区角闪石的Si-Ti成分特点得出赞比亚西北省卢阿玛拉地区变辉长岩中角闪石为变质作用成因，少数落在了蚀变和交代角闪石中，反应出了该地区原岩为辉长岩，后发生了变形变质作用(图4)。

图4 钙质角闪石的Si-Ti变异图及成因类型划分(据马昌前等，1994)Fig.4 Si-Ti variation figure for calcic amphiboles and genetic classification.Ⅰ.基性超基性侵入岩中的角闪石；Ⅱ.中酸性火山岩中的角闪石；Ⅲ.各种变质岩中的角闪石；Ⅳ.中酸性侵入岩中的角闪石；Ⅴ.蚀变和交代角闪石；

3 讨论

3.1 变质温压计算

根据Krogh(1988)地质温度计算和Hollister(1987)地质压力计计算，赞比亚西北省地区变辉长岩中的角闪石形成时的温度大约545～667 ℃，压力大约600～900 MPa。根据计算结果得出角闪石形成时的温压条件为中压高温环境。

3.2 形成时代讨论

通过变辉长岩中锆石SHRIMP U-Pb定年方法，得出两个年龄，分别为(752.6±8.6)Ma和(510.9±7.8)Ma(James,2008)。其中老的年龄代表着变辉长岩最初的冷却时间，同赞比亚西北省其它地区的基性火山岩的锆石SHRIMP年龄相似(735,763和765 Ma，据Key et al.，2001)。而年轻的年龄代表着与卢菲利安造山运动相关的热事件时间(卢菲利安造山运动时间为500～590 Ma)，这也与整个赞比亚西北省地区变质年龄吻合。

3.3 大地构造关系

最近的研究证据(Poroda et al.,2003)表明裂谷形成于880 Ma，从安哥拉-卡拉哈里(Angola-Kalahari)板块中分裂了刚果-坦桑尼亚(Congo-Tanzania)板块，在Congo克拉通南部形成了被动大陆边缘。裂谷发生的初始时间为879～880 Ma，发生在Congo克拉通的南端。裂谷的形成同罗迪尼亚大陆分裂有关，同时导致了海盆的形成和被动大陆边缘的发展(Poroda,2003；John et al.，2003)。740～760 Ma期间，由于穹窿区障壁台地的裂解和下降，盆地快速裂开和下降，海水由北东向海进到盆地，这个时期同木瓦夏组开始沉积年龄相吻合，同时伴随着大量镁铁质岩浆活动，也是在这一时间索罗维兹(Solwezi)地区辉长岩侵入。

卢菲里安弧被认为形成于750～500Ma冈瓦纳超大陆汇集期间(Condie，2002)，安哥拉-卡拉哈里(Angola-Kalahari)板块和刚果-坦桑尼亚(Congo-Tanzania)板块碰撞，伴随着560～550 Ma期间的北东向的逆冲运动。卢菲里安造山运动以挤压作用和推覆作用为主，局部卷入了基底岩系，形成加丹加盖层中的背向褶皱和背向推覆，并使两个板块会聚碰撞引起的盆地变小和闭合。530 Ma前后卡拉哈里(Kalahari)克拉通叠加在被动大陆边缘之上，同刚果(Congo)克拉通最后一次陆陆碰撞，这一期间，辉长岩的变质作用开始逐渐达到了顶峰，显示为绿帘石-角闪岩相，同时也可以见到大量的钠长石和方柱石的发育，随着最后的碰撞而来的就是快速的侵蚀，构造抬升和冷却(John et al.，2003)。

4 结论

(1)赞比亚西北省卢阿玛拉地区基性岩中的角闪石为铁韭闪石。

(2)赞比亚西北省卢阿玛拉地区角闪石的成因类型为变质成因，少数为蚀变和交代成因。

(3)通过角闪石温压计计算得出其压力为600～900 MPa，变质温度大约为545～667 ℃，研究表明该地区基性岩为绿帘石-角闪石岩相，角闪石成因矿物学研究表明该地区基性岩的变质作用是与卢菲里安造山运动中挤压推覆作用相关的中压高温环境有关。

参考文献

高阳,范洪海,陈东欢,等.2013. 赞比亚西北省卢阿玛拉地区铜铀找矿潜力分析[J].东华理工大学学报：自然科学版，36(2)：128-134.

王建平,刘俊, 刘家军，等. 2009.黑云母全铝压力计估算胶东西北部玲珑花岗质杂岩剥蚀程度[J]. 矿物学报(增刊)：481-482.

马昌前,杨坤光,唐仲华,等. 1994.花岗岩类岩浆动力学-理论方法及鄂东花岗岩类例析[M]. 武汉: 中国地质大学出版社： 169-180.

CoatsJ S, Mosley P N. 2000. The geology and mineral resources of Zambia[D]. Ministry of mines and minerals development geology survey department,Republic of Zambia.

Condie K C.2002. The supercontinent cycle: are there two patterns of cyclicity[J]. Journal of African earth sciences.35，179-183.

HollisterL S. 1987.Confirmation of the empirical correlation of Al in hornblende with pressure of solidification of calc-alkaline plutons[J]. American Mineralogist, 72: 231-239.

James William Barron.2008. The stratigraphy, metamorphism, and tectonic history of the Solwezi area，northwest province, Zambia: Integrating geological field observations and airborne geophysics in the interpretation of regional geology[D]. Denver：Colorado School of Mines.

John T, Schenk V, Haase K, et al.2003. Evidence for a Neoproterozoic ocean in south-central Africa from midoceanic-ridge-type geochemical signatures and pressure-temperature estimates of Zambian eclgites[J]. Geology, 31:243-246.

Key R M，Liyugu A K，Njamu F M.2001. The western arm of the Lufilian Arc in NW Zambia and its potential for copper mineralization[J]. Journal of Africa Earth Science, 33:503-528.

Krogh E J.1988. The garnet-clinopyroxene Fe-Mg geothermometer-areinterpretation of existing experimental data[J]. Contrib Mineral Petrol，99: 44-48.

Leake B E, Woolley A R.1997.Arps C.E.S. Nomenclature of amphiboles report of the Subcommittee on Amphiboles of the International Mineralogical Association, Commission on New Mineral and Mineral Names[J]. American Mineralogist, 82: 1019-1037.

Leake B E.1978. Nomenclature of amphibole[J]. Am. Mineral, 63: 1023-1052.

Mcgowan R. 2006.Origin of the nchanga copper-cobalt deposits of the Zambian copperbelt[J]. Mineralium deposita, 40:617-638.

Poroda H, Berhorst V. 2003. Towards a new understanding of the Neoproterozoic-early PalaeozoicLufilian and northern Zambezi belts in Zambia and Democratic Republic of Congo[J]. Journal of African Earth Sciences, 30:727-771.

Schmidt M W. 1992.Amphibole composition in tonalite as a function of pressure an experimental calibration of the Al-in-Hornblende barometer[J].Contribution to Mineralogy and Petrology, 110: 304-310.