利用电子探针方法探讨花岗岩中黑云母的地球化学特征及其地质意义

张藤藤 杨冬琦

摘  要：黑云母是一种常见的硅酸盐矿物，是中酸性岩石中的主要造岩矿物。黑云母是岩浆中晚期结晶的产物，所以黑云母的化学成分和岩浆结晶时的平均物理化学成分是相似的，可以根据它的化学成分进一步研究其形成时的物理化学条件，温压条件，氧逸度大小，形成时的构造环境，物质来源等。探讨其形成时的地质背景，动力学作用等一系列成岩成矿特征。本文主要根据前人的研究成果比较全面的总结利用电子探针的方法对黑云母的化学成分进行研究，进行投图，从而进一步深入探讨其在温度计，压力计，氧逸度等方面的应用以及黑云母在成岩成矿，大地背景等方面的指示意义，成矿潜力的研究现状，科学提出了黑云母未来研究的新方向和现有研究中存在的一些问题。

关键词：黑云母;电子探针;氧逸度;投图图解

1.引言

黑云母是一种硅酸盐矿物，三八面体型层状结构，晶体结构为单斜晶系，形态为假六方板状或锥形短柱状云母律双晶，片状或鳞片状集合体。颜色主要以黑，深褐色为主，富Ti的多为浅红褐色，富Fe的多为绿色。玻璃光泽，一组极完全解离，解离面呈珍珠光泽，硬度为2.5。电子探针是近几年新兴的一种测试方法。本文利用电子探针探测黑云母的化学成分从而进行对其类型，成因，物质来源等进行探讨。

2.电子探针

2.1电子探针的基本原理

电子探针是是一种微区成分分析的仪器，本质就是利用一束加速到很快的电子束作用与样本，产生的一系列特征X射线，从而根据X射线的波长和强度对该微区的元素进行定性或者定量的分析的仪器。可以检测到可以检测Be到U之间的元素。与矿物分离分析相比，矿物原位微区分析可以有效避免矿物部分蚀变、杂质、包裹体等的影响，分析精度大大提高，使得矿物化学研究逐渐走向成熟。

2.2电子探针的分析特点

（1）它可以进行微区分析，这是电子探针最重要的特点之一。

（2）元素分析范围比较宽。定量分析一般为元素Na到U，定性分析一般可以检测到Be到U。

（3）分析过程中对样品没有损害，分析速度比较快。

（4）定量分析的准确度很高。它是微区元素分析仪器中到目前为止分析数据最为准确的仪器，检测极端为0.01%到0.05%。

2.3电子探针在地质学中的应用

电子探针可以应用到地质学的各个领域当中，是当代比较多研究者运用的一种手段。

（1）鉴别钻石的真伪以及宝玉石矿物中包裹体的鉴定

（2）地质构造、地层学、岩石学研究以及地质年代学测定

（3）矿产勘探和矿床物质的综合研究选矿工艺数据计算

（4）矿产综合利用，矿区潜力评价，废弃矿的再利用评估。

（5）测定地质体年龄（岩石形成年龄、变质变形年代研究、岩石包体年龄研究、矿床形成年龄研究、热液活动事件定年等。）

（6）在矿物学中的应用（进行矿物鉴定、研究矿物的环带结构、固溶体分离矿物的研究、矿物交代及蚀变中的应用、对矿物包裹体的研究等。）

（7）元素赋存状态的应用

3.黑云母基本特征

黑云母是中酸性岩浆岩的一种主要的造岩矿物，它是一种硅酸盐矿物，它主要产于中、酸、碱各种侵入岩及伟晶岩、接触变质岩和区域变质岩中。黑云母既可以形成于侵入体结晶过程，也可以形成于岩浆热液蚀变过程。由于黑云母是岩浆结晶中晚期的产物，又因为其化学成分对岩浆的物理化学条件（温压，氧逸度）反应比较灵敏，热动力条件的变化可以控制黑云母复杂的化学成分，原生黑云母的成分在一定成都上能够反应岩浆结晶时的平均物理化学条件。所以，利用电子探针对黑云母的成分进行研究，探讨其形成时的温压，氧逸度，形成深度，物质来源等成岩特征是现代研究的趋势。近几年对黑云母的研究在地质学领域越来越重要，尤其是在中酸性岩体中的成岩成矿的指示意义中尤为重要。

按照其成因可将黑云母分为原生黑云母（岩浆黑云母）和热液黑云母。岩浆黑云母即原生黑云母是岩浆结晶的产物，多为自形程度较好，颗粒较大的黑云母。

热液黑云母形成于热液蚀变过程中，又可以分为热液交代黑云母和热液新生黑云母。原生黑云母和热液黑云母不仅在产状上具有明显的差别，在化学成分上也具有明显的差异。

3.3氧逸度

氧逸度是衡量岩体形成时所处的氧化还原条件。氧逸度就是氧分压。在理想气体中就是氧分压，氧逸系数和温度压力、气体本身的性质有关。一般是通过矿物和岩石中的变价元素的价态来确定，其中常常将铁作为衡量氧逸度大小的标志。自然铁，方铁矿，磁铁矿，赤铁矿的氧逸度依次升高。

在相同温度下，不同体系中氧逸度大小有所不同，从IQF缓冲线到MH缓冲线氧逸度依次增加。在同一体系中，不同温度氧逸度也有所不同，氧逸度随温度的增加而增加。

中酸性氧逸度有几种常见的计算方法。

（1）利用黑云母中Fe和Mg的相对含量

（2）利用黑云母中Fe2+和Fe3+的相对含量

（3）利用锆石中Ce的异常

（4）利用角闪石的化学成分

根据前人的研究结果，发现对于不同的计算方法结果是有差异的。结果表明利用黑云母中Fe和Fe的相对含量对中酸性岩中氧逸度的计算可能更加适用。利用黑云母中Fe和Fe的相对含量这一方法是基于Fe和Mg比值主要受控于氧逸度而不是全岩化学成分，所以在极度贫镁的情况下可能不适用。而基于

黑云母中Fe和Mg的相对含量这一方法更为可靠的主要原因是Fe是中酸性岩浆中的主要变价元素，其能够真实反映岩浆的氧化还原状态。根据前人研究可以发现氧逸度可以反映成礦潜力，氧逸度高的成矿潜力较大。氧逸度也是一个判别岩石类型的依据，一般氧逸度在10到10之间的为I型花岗岩，氧逸度在10到10之间的为S型花岗岩。

3.4黑云母的温压计

黑云母中的Ti含量对温度和氧逸度非常敏感，因此，Ti的含量可以有效地估算火成岩和变质岩中黑云母形成温度。

黑云母中的全铝含量与花岗岩的固结压力具有很好的正相关性，可以用全铝含量估算固结压力。从而进一步估算侵位深度，采用p=ρgH进行换算。p（×100 MPa）=3.03×TAl-6.53（±0.33）。但是这一方法并不是很合适，由于黑云母中Al的含量由于外界条件变化比较大，所以一般多用角闪石的全铝压力计来计算。

3.5黑云母成分对成岩成矿的指示意义

黑云母的成分可以指示其物质来源，一般壳源的黑云母富铁贫镁，幔源为富镁贫铁。也可以指示其构造环境。

4.存在的问题

当前虽然电子探针的是对微区分析检测中比较精准的仪器，但是由于其只能检测出黑云母的主量成分，不能之接检测到Fe2+和Fe3+的含量，只能通过计算得出。不同方法计算对黑云母矿物化学的指示意义及对比研究造成一定的影响并且不能避免黑云母局部蚀变、含有硫化物和其他矿物包裹体等方面对计算结果产生的影响。所以现在存在的主要争议是仪器测量和计算等方面问题。

5.结论

根据电子探针得到的数据进行处理投图分析可以得到黑云母的类型，鈣碱性，氧逸度，形成时的温压条件，侵入深度，物质来源，构造环境等一系列成岩成矿信息。为研究岩浆演化过程和动力学过程提供了基础。但是利用黑云母来计算压力一般应用不是很多，适用范围很窄，由于黑云母中Al的含量由于外界条件变化比较大，所以一般多用角闪石的全铝压力计来计算。

参考文献

[1]  黄剑，谭双.华南印支期花岗岩与热液型铀矿研究进展[J].能源研究与管理，2018（04）：13-16.