粤西云楼岗花岗岩中黑云母矿物学特征及其指示意义

王 晶，黄琴辉，应 玺

(云南国土资源职业学院，云南 昆明 652501)

岩浆起源、成矿元素聚集、岩石成因等研究是花岗岩所探究的关键内容。在花岗质岩石中，黑云母是其中所分布范围最多的镁铁质矿物，它的化学成分受多种条件的影响，例如岩浆冷却结晶时物化条件(如压力、温度以及氧逸度等)的限制。因此，黑云母可以作为岩浆冷却结晶时物化条件的一种指示剂[1][2]，其成分转变不仅对岩浆演化以及来源等成岩信息进行记载，也能视为成矿岩体最为核心的判断特征[3]。本研究对岩相学、野外地质调查进行分析且与前人的探究相联结起来，对河台矿区与成矿关系密切的花岗闪长斑岩中黑云母矿物进行化学分析，对岩浆所凝聚成的成岩成矿的标准以及探讨岩浆形成的物化条件给予指示价值。

1 地质前景

云楼岗花岗岩位于粤西河台金矿区西部，矿区内出露面积约6 km2。河台金矿床大地构造位于钦杭所聚集的南段，吴川-四会以及罗定-广宁断裂的联结处。针对钦杭结合带而言，它是华夏和扬子两大古陆块碰撞凝聚后拼贴形成的巨型板块结合带[4]，是华南区域最为核心以及具有找矿潜力的成矿多金属区域。出露地层有震旦系、寒武系、志留系、泥盆系、石炭系下统、三叠系上统和古近系以及新近系山间盆地沉积。加里东期构造运动产生了许多混合型或S型花岗岩[7]。印支早期形成大范围S型花岗岩或混合花岗岩，例如广宁-罗定动力变质带北东段区域[6]；以及防城-灵山断裂带周围旁侧的大容山-十万大山区域[5]。燕山期为I型花岗岩的侵位[6]。区域上构造线以北东-北北东向为主，防城-灵山、罗定-广宁以及吴川-四会等区域性大断裂(韧性剪切带)控制着区内矿产的分布和产出。

河台金矿区主要出露震旦系(Z)云开群、奥陶系以及志留系(图1)。云开群为一系列无序完整的变质岩分布于矿区北部，以石英绢云母片岩、二云母石英片岩、变粒岩、片麻岩、混合岩、混合花岗岩等为主，部分区域受强烈的剪切变形而凝聚成多条糜棱岩带；志留系以及奥陶系出露于矿区的南部，以板岩、浅变质粉砂岩以及砂岩为主，与震旦系呈断层接触。云楼岗岩体位于矿区西北部，侵入于云开群中，岩性为中粒黑云母二长花岗岩、黑云母斜长花岗岩，锆石U-Pb年龄241.9±3.3Ma，侵位时间为中三叠世[10]，为印支期岩体。在矿区东部出露伍村岩体，岩性为黑云母巨斑状花岗岩，单颗粒锆石U-Pb年龄为153.6±2.1Ma[8]，属燕山期侵入体。矿区内发育一系列北东-南西向的韧性剪切带(ML9、ML11等)，并控制着矿体的产出。

图1 河台金矿床矿区地质简图(据陈俊等，1993修改)Fig 1.Geological Sketch Map of Hetai Au Orefield1-震旦系(z)云开群混合岩；2-中粒黑云母二长花岗岩；3-巨斑状黑云母花岗岩；4-奥陶系与志留系薄层浅变质砂岩、粉砂岩及薄层板岩；5-糜棱岩带及编号；6-采样位置

2 样品及分析方法

4个花岗岩样品采自河台矿区云楼岗岩体北东部和南西部，靠近震旦系云开群混合岩地带，均为灰白色中粒-中粗粒二云母花岗岩，具典型花岗结构，块状构造。其中斜长石含量35%，形状表现为半自形、自形板状，发育有复合卡钠以及聚片双晶，少量发育韵律环带；石英20%，呈他形粒状；黑云母15%，呈片状，有明显的多类色彩褐色以及黄绿色；白云母15%，片状；其他副矿物15%(图2)。

图2 云楼岗花岗岩手标本及显微照片Fig 2.Hand Specimen and Microscope Picture of Yunlougang GraniteBi-黑云母；Mus-白云母；Q-石英；(b)单偏光；(c)正交偏光

矿物成分分析在中国科学院广州地球化学研究所矿物与成矿中科院重点实验室电子探针实验室完成，测试设备为日本电子JOEL企业所产出的电子探针型号JXA-823V型，2.0×10-8作为其束流，15 kV作为实验加速电压，束斑大小为5 μm。

3 分析结果

黑云母的主量元素电子探针分析结果见表1。在Mg-(AlⅥ+Fe3++Ti)-(Fe2++Mn)图解(图3)中，黑云母的成分投点落在镁质黑云母的范围内。

图3 黑云母Mg-Mg-(AlⅥ+Fe3++Ti)-(Fe2++Mn)分类图解(据Foster，1960)Fig 3.Biotite Mg-Mg-(AlⅥ+Fe3++Ti)-(Fe2++Mn)Classification Digram

表1 云楼岗岩体黑云母化学组成(wt%)Tab 1.Biotite Chemical Analysis of Yunlougang Rockbody

从电子探针分析结果和分类图解中可知，云楼岗岩体中黑云母具有如下特征：

(1)黑云母中w(FeOT)介于16.46%～18.83%；w(MgO)介于9.52%～10.60%。Mg/(Mg+Fe2+)比值较为均一，介于0.48～0.53，体现了它未受到后期流体的转变。

(2)黑云母中w(Al2O3)介于17.03%～18.04%，w(TiO2)介于1.73%～3.04%，w(AlⅥ)为0.28～0.41作为通过22个氧原子所核算的阳离子数。研究表明，其中黑云母的结构式以及高钛特征里低AlⅥ特征表明所凝聚成的条件是较高氧逸度环境以及相对高温[12]。

(3)黑云母中w(MnO)介于0.27%～0.40%。岩浆演化中，Mn浓度通常较难转化成单独的矿物，Mn2+通过类质同像的模式将Mg2+、、Fe2+进行替代等，进而渗透到造岩矿物中去[13]。Fe2+/(Fe2++Mg)值以及花岗岩云楼岗黑云母MnO值表现为正相关，也体现出Mn是通过类质同像的模式转进黑云母晶格中去。

4 讨论

4.1 岩浆结晶的物理化学条件探讨

黑云母的化学成分在一定程度上可以反映岩浆-热液体系的物化条件。特别是在Uchida et al.[14]的探究体现了花岗岩结晶压力与黑云母的全铝容量有着良好的正相关性，关系式表现为：P(×100Mpa)=3.03×TAl-6.53(±0.33)，式中TAl是通过22个O为基础所进行核算的黑云母中铝阳离子的总体数额。按照这种压力对本区花岗岩中黑云母的结晶压力进行估算得出245Mpa～278Mpa，P=ρ·g·H换算作为侵位深度的公式，其中ρ=2700 kg/m3，g=9.8 m/s2，计算得到9.27km～10.51km，平均深度10.09km。

黑云母Ti温度计算公式：T(℃)={[ln(Ti)-a-c(XMg)3]/b}0.333，通过核算得到黑云母粗面岩的结晶温度。式中XMg为Mg/(Mg+Fe)，a=-2.3594，b=4.6482×10-9，c=-1.7283，且XMg=0.275～1.000，Ti=0.040～0.600之间为准确的校正范围。计算得到的黑云母结晶温度为585℃～675℃，平均647℃。

4.2 岩石成因探讨

黑云母中MgO含量可以反映岩石物质来源及成岩成矿作用的一些地球化学特征，因此它的成分特点可以反映寄主岩石的成因类型和形成环境。丁孝石[15]认为典型幔源黑云母中w(MgO)>15%，壳源黑云母中w(MgO)<6%，本文w(MgO)9.52%～10.60%，平均9.93%，具有壳幔过渡特点。针对黑云母FeOT/(FeOT+MgO)-MgO图解(图4)，云楼岗花岗岩中黑云母关键投影在靠近壳源和壳幔源划分界线，体现出本区地壳涵盖在成岩物质中，而且有少量地幔物质增添进去，也体现了壳幔混源的特征和形成原因。Abdel -Rahman[16]通过对世界325件黑云母产品核心要素的数据进行测试分析，提出了黑云母构造环境MgO-FeOT-Al2O3判别图解。本研究的数据放置于此图上，黑云母都投放在C区和P区界限附近(图5)，即造山带钙碱性岩系到过铝质岩系。结合分析结果，云楼岗岩体在很大程度上为印支期造山环境下凝聚成的S型花岗岩，并有少量幔源物质混入。

图4 云楼岗花岗岩黑云母的FeOT/(FeOT+MgO)-MgO图(据周作侠，1986)Fig 4.Biotite FeOT/(FeOT+MgO)-MgO Diagram of Yunlougang granite

图5 云楼岗花岗岩黑云母构造环境判别图(据Abdel-Rahman，1994)Fig 5.Biotite Tectonic Environment Criteria of Yunlougang GraniteA-非造山碱性岩系；C-造山带钙碱性岩系；P-过铝质岩系

5 结论

(1)云楼岗花岗岩中黑云母结晶的压力为245Mpa～278 Mpa，相当于9.27km～10.51km，平均深度为10.09 km[14]。结晶温度为585～675℃，平均647℃。

(2)云楼岗花岗岩可能是印支期造山过程中形成的S型花岗岩，并有少量幔源物质混入。