劉 雷，劉風(fēng)雷，蔡永豐

(1.中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心寧夏總隊(duì)，寧夏 銀川 750021；2.桂林理工大學(xué) 廣西有色金屬隱伏礦床勘查及材料開(kāi)發(fā)協(xié)同創(chuàng)新中心&廣西隱伏金屬礦產(chǎn)勘查重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 桂林 541006)

0 引言

花崗質(zhì)巖石是地殼的最主要成分，花崗質(zhì)巖石的成因研究對(duì)揭示地殼的形成與演化具有重要意義。華南地區(qū)出露有大量不同時(shí)代的花崗質(zhì)巖石[1]，是研究花崗質(zhì)巖石成因的理想場(chǎng)所。大寧巖體是華南廣西期花崗質(zhì)巖石的典型巖體之一，與該巖體伴生的還有一系列多金屬礦床[2-5]。前人對(duì)大寧巖體的基本地質(zhì)特征、形成時(shí)代、元素和同位素地球化學(xué)組成特征、巖石成因、形成構(gòu)造背景、暗色體的成因、相關(guān)礦床的地質(zhì)特征和礦床成因等方面展開(kāi)了一系列的研究，并取得了較豐富的研究成果[2-12]。然而，對(duì)大寧巖體的礦物成分特征的研究目前仍相對(duì)薄弱，不利于全面理解大寧巖體的成因特征。黑云母作為花崗巖中含量最多的暗色礦物，是研究花崗巖源區(qū)特征、成巖成礦作用的理想對(duì)象[13-15]。因此，本文選擇出露在桂東北地區(qū)的大寧巖體為研究對(duì)象，對(duì)該巖體花崗巖閃長(zhǎng)巖中的黑云母化學(xué)成分展開(kāi)了系統(tǒng)研究，試圖揭示出該巖體的成因特征，并探討其形成的地質(zhì)意義。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

1.1 地層-構(gòu)造

大寧巖體處于桂東北與粵西北交界處，大地構(gòu)造位置上位于華夏地塊和揚(yáng)子地塊西南端的結(jié)合部位(圖1)。巖體呈SE向分布，整體表現(xiàn)出兩端寬中間窄的啞鈴狀，出露面積約491 km2。巖體主體形成時(shí)代為廣西期，即445～398 Ma[12]。巖體西側(cè)緊鄰姑婆山巖體，南側(cè)緊鄰連陽(yáng)巖體，北東分布有永和巖體、禾洞巖體和太保巖體，巖體的東南部南鄉(xiāng)—福堂一帶還可見(jiàn)大量呈巖脈或巖株產(chǎn)出的鉀長(zhǎng)花崗巖[7，12]。區(qū)內(nèi)還發(fā)育與大寧巖體具有成因聯(lián)系的多金屬礦床，如冷水沖金礦、龍水金礦、張公嶺金銀鉛鋅礦、初洞金銀鉛鋅礦等[2-6]。區(qū)內(nèi)出露的地層由老至新主要有南華系、震旦系、寒武系、泥盆系、石炭系和第四系，大寧巖體主要侵位于南華系、震旦系和寒武系中(圖1)。研究區(qū)構(gòu)造發(fā)育，斷裂構(gòu)造主要有NNE向的龍水?dāng)嗔押臀嘀荨R街?jǐn)嗔选E向的馬東—大龍斷裂；褶皺構(gòu)造主要有SN向的古板嶺背斜；同時(shí)發(fā)育有區(qū)域性的大寧韌性剪切帶。

圖1 桂東北大寧地區(qū)大地構(gòu)造位置(a)及地質(zhì)簡(jiǎn)圖(b)Fig.1 Geotectonic location map (a) and geological sketch map (b) of Da’ning area in Northeast Guangxi1—第四系 2—石炭系 3—泥盆系 4—寒武系 5—震旦系 6—南華系 7—青白口系 8—不整合接觸 9—斷層 10—采樣點(diǎn)

1.2 花崗巖巖相學(xué)特征

大寧巖體的巖石類(lèi)型多樣，沿相帶分布巖性變化明顯。其中，中心相以石英二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖為主，出露寬度最大處可達(dá)5 km；過(guò)渡相為花崗閃長(zhǎng)巖，出露寬度最大處達(dá)20 km；邊緣相以黑云母二長(zhǎng)花崗巖為主，出露寬度最寬處大于10 km，三者呈漸變過(guò)渡關(guān)系[7]。石英二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖分布面積約21 km2，其主要的組成礦物有斜長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石、石英、黑云母和角閃石，副礦物主要有鋯石、磁鐵礦、榍石、磷灰石等；花崗閃長(zhǎng)巖主要由鉀長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石、石英、黑云母和少量角閃石組成，副礦物主要有鋯石、磷灰石、磁鐵礦、榍石等，其出露面積約260 km2；黑云母二長(zhǎng)花崗巖主要組成礦物有石英、斜長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石和黑云母，副礦物主要有鋯石、磷灰石、磁鐵礦、榍石等，其分布面積約210 km2。

大寧巖體的另一個(gè)重要特征是發(fā)育大量鎂鐵質(zhì)微粒包體(Mafic Microgranular enclave，MME)，這些MME主要發(fā)育在過(guò)渡相花崗閃長(zhǎng)巖中，中心相和邊緣相少見(jiàn)。MME與寄主巖石界線(xiàn)明顯，主要呈橢球狀、三角狀、氣球狀和不規(guī)則狀產(chǎn)出，大小不一，大者延伸長(zhǎng)度達(dá)數(shù)米，小者達(dá)數(shù)厘米。

2 樣品采集及分析測(cè)試方法

本文研究的樣品采自過(guò)渡相帶的花崗閃長(zhǎng)巖，花崗閃長(zhǎng)巖主要由鉀長(zhǎng)石(35%)、斜長(zhǎng)石(35%)、石英(20%)、角閃石(5%)和黑云母(5%)組成，副礦物主要有鋯石、磷灰石、榍石、磁鐵礦等。其中，斜長(zhǎng)石斑晶常具有環(huán)帶結(jié)構(gòu)(圖2a)；鉀長(zhǎng)石斑晶局部包裹有細(xì)粒的黑云母、石英和斜長(zhǎng)石等礦物，斑晶周?chē)家?jiàn)呈環(huán)狀分布的細(xì)粒礦物(圖2b)；原生黑云母主要為褐色、褐黃色，多呈自形—半自形，片狀結(jié)構(gòu)，多色性明顯，表面較干凈，礦物顆粒長(zhǎng)多在0.5 mm，寬多在0.2 mm(圖2b)，受到后期構(gòu)造熱事件的作用，部分黑云母發(fā)生蝕變，主要蝕變成綠泥石等，蝕變黑云母表面裂縫較發(fā)育，局部發(fā)生撓曲。

黑云母發(fā)生蝕變后，其化學(xué)成分特征不能代表其結(jié)晶時(shí)的成分組成，而應(yīng)該反映了后期蝕變的特征，因而要通過(guò)黑云母的化學(xué)成分特征來(lái)揭示其結(jié)晶的溫度和壓力等條件時(shí)，需選擇未蝕變的黑云母進(jìn)行化學(xué)成分分析測(cè)試。本文在顯微鏡下詳細(xì)觀察花崗閃長(zhǎng)巖中黑云母的特征，選擇表面干凈、沒(méi)有發(fā)生變質(zhì)變形的新鮮原生黑云母進(jìn)行化學(xué)成分分析(圖2c)，為了進(jìn)行對(duì)比分析，同時(shí)也選擇了一顆表面裂縫較發(fā)育并局部綠泥石化的黑云母進(jìn)行化學(xué)成分分析(圖2d)。

圖2 桂東北大寧巖體花崗閃長(zhǎng)巖顯微照片(a，b)和電子探針打點(diǎn)位置及打點(diǎn)號(hào)照片(c，d)Fig.2 Microphotographs of granodiorite (a，b) and analytical locations of EMPA (c，d) of the Da’ning rock mass in Northeast GuangxiPl—斜長(zhǎng)石 Qtz—石英 Bt—黑云母 Kfs—鉀長(zhǎng)石 Amp—角閃石

花崗閃長(zhǎng)巖探針片的磨制在河北省廊坊市廊坊尚藝巖礦檢測(cè)有限公司完成，探針片磨制完成后利用電子探針對(duì)探針片上的黑云母進(jìn)行化學(xué)成分分析測(cè)試。分析測(cè)試在桂林理工大學(xué)廣西隱伏金屬礦產(chǎn)勘查重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，所用儀器為牛津儀器生產(chǎn)的JXA8230型電子探針，分析測(cè)試條件為電流30 nA，加速電壓15 kV，束斑直徑為1 μm，次電子像6 nm，背散射電子像≤20 nm。黑云母化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)的處理，比如Fe2+和Fe3+利用林文蔚和彭麗君[16]的計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算，黑云母的結(jié)構(gòu)式以(O，OH，F(xiàn)/2，Cl/2)為22計(jì)算的陽(yáng)離子數(shù)。

3 測(cè)試結(jié)果

大寧巖體花崗閃長(zhǎng)巖的黑云母化學(xué)成分的分析計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。由表1可見(jiàn)，黑云母中w(SiO2)為35.32%～37.54%，w(TiO2)為3.07%～3.96%，w(Al2O3)為12.44%～14.02%，w(FeOT)為21.33%～27.00%，w(MgO)為7.18%～10.00%，w(Na2O)為0.06%～0.15%，w(K2O)為9.75%～10.46%，w(CaO)為0.01%～0.07%，整體表現(xiàn)出富鐵貧鎂、富鉀貧鈉、高鋁低鈣等特征。此外，黑云母的Mg/(Fe2++Mg)比值為0.34～0.49，F(xiàn)e2+/(Fe2++Mg)比值為0.51～0.66，整體表現(xiàn)出與鐵葉云母相似的特征[14](圖3a)，根據(jù)Mg/(Fe2++Mg)和Fe2+/(Fe2++Mg)比值的變化特征，可將大寧巖體花崗閃長(zhǎng)巖的黑云母分為兩組，第一組具有高的Mg/(Fe2++Mg)比值(0.47～0.49)和低的Fe2+/(Fe2++Mg)比值(0.51～0.53)，第二組具有低的Mg/(Fe2++Mg)比值(0.34～0.36)和高的Fe2+/(Fe2++Mg)比值(0.64～0.66)。

表1 桂東北大寧巖體花崗閃長(zhǎng)巖黑云母化學(xué)組成Table 1 List of biotite composition in granodiorite of Da’ning rock mass in Northeast Guangxi

注：IFe=Fe2+/(Fe2++Mg)，IMg=Mg/(Fe2++Mg)；Fe2+和Fe3+根據(jù)文獻(xiàn)[16]方法計(jì)算。

圖3 桂東北大寧巖體花崗閃長(zhǎng)巖黑云母(a)MgO-FeOT/(FeOT+MgO)和(b)Fe3+-Fe2+-Mg圖解Fig.3 MgO-FeOT/(FeOT+MgO)diagram (a) and Fe3+-Fe2+-Mg diagram (b) of biotite in granodiorite of Da’ning rock mass in Northeast Guangxi

4 討論

4.1 黑云母形成的物理化學(xué)條件

黑云母是花崗巖中最常見(jiàn)的深色礦物，黑云母的化學(xué)成分特征研究對(duì)分析花崗巖的源區(qū)特征、成巖溫壓條件和成巖過(guò)程具有重要作用，同時(shí)，黑云母具有特殊的層狀結(jié)構(gòu)，是W、Sn、Cu等眾多金屬元素的載體，礦化類(lèi)型不同，黑云母的化學(xué)成分特征也往往不一樣，因而黑云母還是研究成礦元素富集特征、后期熱液作用的理想對(duì)象[13-15，17]。

Henry et al.[15]的研究認(rèn)為，對(duì)于含有鈦鐵礦或金紅石的石墨過(guò)鋁質(zhì)泥質(zhì)變質(zhì)巖，黑云母中Ti的含量可以作為地質(zhì)溫度計(jì)，并根據(jù)Ti含量、Mg/(Mg+Fe)和溫度T三者的關(guān)系提出了黑云母Ti溫度計(jì)表達(dá)式(1)：

T={[ln(Ti)-a-c(XMg)3]/b}1/3

(1)

其中，T為溫度，單位為℃；Ti為以22個(gè)氧原子標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)算的Ti陽(yáng)離子數(shù)；XMg= Mg/(Mg+Fe)；a= -2.3594，b= 4.6482×10-9，c= -1.7283；表達(dá)式標(biāo)定范圍為T(mén)= 480℃～800℃，Ti = 0.04～0.60，XMg= 0.275～1.000。

根據(jù)式(1)計(jì)算得到大寧巖體花崗閃長(zhǎng)巖中黑云母的結(jié)晶溫度，其中第一組結(jié)晶溫度為723℃～731℃，平均值為727℃，第二組結(jié)晶溫度為678℃～687℃，平均值為682℃(表1)。

顯微鏡下黑云母的特征顯示第一組黑云母呈自形結(jié)構(gòu)，表面干凈，沒(méi)有明顯變形變質(zhì)的痕跡(圖2c)，暗示其為原生黑云母，其化學(xué)成分可以代表其結(jié)晶時(shí)的成分特征；第二組黑云母表面裂縫較發(fā)育，并發(fā)生了綠泥石化(圖2d)，反映其發(fā)生了后期變形變質(zhì)作用。因而，第一組樣品計(jì)算出的上述溫度可以代表其結(jié)晶溫度，第二組樣品計(jì)算出的溫度反映的應(yīng)該是其后期發(fā)生蝕變/變質(zhì)作用的溫度，即大寧巖體花崗閃長(zhǎng)巖中黑云母的結(jié)晶溫度為723℃～731℃，平均值為727℃，發(fā)生后期蝕變/變質(zhì)作用的溫度為678℃～687℃。

值得說(shuō)明的是，由于第二組樣品反映的可能是后期蝕變/變質(zhì)作用的信息，因而根據(jù)其化學(xué)成分分析出來(lái)的形成條件并無(wú)實(shí)際意義，但為了方便對(duì)比分析，在后文的討論和圖件中也保留了第二組樣品的相關(guān)計(jì)算結(jié)果。

此外，大寧巖體花崗閃長(zhǎng)巖中黑云母具有較高的Mg2+含量，在Fe3+-Fe2+-Mg2+圖解中，樣品點(diǎn)主要落入Ni-NiO緩沖線(xiàn)附近，暗示花崗閃長(zhǎng)巖中黑云母結(jié)晶于較低的氧逸度條件[18](圖4a)?；◢忛W長(zhǎng)巖黑云母同時(shí)具有較高的Al2O3含量(12.44%～14.02%，平均值為13.20%)和AlVI(0.35～0.48，平均值為0.42，以22個(gè)氧原子為單位計(jì)算的陽(yáng)離子數(shù))，亦反映黑云母形成于較低的氧逸度條件[19]。根據(jù)式(1)計(jì)算獲得的黑云母結(jié)晶溫度，利用Wones and Eugster[20]提出的黑云母溫度和氧逸度關(guān)系的logfO2-T圖解(圖4b)，推測(cè)出大寧巖體花崗閃長(zhǎng)巖第一組黑云母樣品形成的氧逸度logfO2約為-13，第二組黑云母樣品形成的氧逸度logfO2約為-15。

Uchida等[21]的研究表明花崗巖類(lèi)的固結(jié)壓力P與黑云母的全鋁含量AlT呈現(xiàn)出明顯的正相關(guān) 線(xiàn)性關(guān)系，并進(jìn)一步提出了利用黑云母全鋁含量來(lái)計(jì)算花崗巖類(lèi)的固結(jié)壓力，兩者計(jì)算表達(dá)式：

圖4 桂東北大寧巖體花崗閃長(zhǎng)巖中黑云母Fe3+-Fe2+-Mg2+ (a)和logfO2-T (b)圖解 Fig.4 Fe3+-Fe2+-Mg2+ diagram (a) and logfO2-T diagram (b) of biotite in granodiorite of Da’ning rock mass in Northeast Guangxi

P(×100 MPa)=3.03×AlT-6.53(±0.33)

(2)

其中，AlT為以22個(gè)氧原子為標(biāo)準(zhǔn)化的黑云母Al陽(yáng)離子總數(shù)。采用式(2)可計(jì)算出第一組黑云母樣品的結(jié)晶壓力為121 MPa～135 MPa，平均值為127 MPa，第二組黑云母樣品的結(jié)晶壓力為68 MPa～82 MPa，平均值為75 MPa。進(jìn)一步利用壓力與深度的關(guān)系式P=ρ×g×H可以計(jì)算出相應(yīng)的結(jié)晶深度，式中ρ取2700 kg/m3，g取9.8 m/s2。計(jì)算結(jié)果表明：第一組黑云母樣品的結(jié)晶深度為4.58～5.11 km，平均深度為4.81 km。

4.2 源區(qū)特征和地質(zhì)意義

黑云母的化學(xué)成分主要與源區(qū)物質(zhì)密切相關(guān)[22-23]。一般來(lái)說(shuō)，產(chǎn)于俯沖帶的鈣堿性巖石由于受俯沖帶流體/熔體的作用，有利于磁鐵礦的早期結(jié)晶，晚期結(jié)晶形成的黑云母往往表現(xiàn)出富Mg、Al、貧Ti的成分特征；產(chǎn)于非造山環(huán)境中的堿性花崗巖類(lèi)由于處于高溫、缺水等條件而不利于早期磁鐵礦和鈦鐵氧化物的結(jié)晶，而晚期結(jié)晶的黑云母則表現(xiàn)出富鐵的特征[17]；來(lái)源于地幔物質(zhì)的黑云母表現(xiàn)出高M(jìn)gO含量(>15%)和低FeOT/MgO比值[24-25]；源于演化程度高或高分異巖漿中的黑云母則多表現(xiàn)出低MgO含量(<6%)和高FeOT/MgO比值。在MgO-FeOT/(MgO+FeOT)圖解中，大寧巖體花崗閃長(zhǎng)巖中黑云母樣品點(diǎn)均落入了殼源區(qū)域范圍(圖3a)，暗示其源區(qū)以殼源物質(zhì)為主。同時(shí)，黑云母整體表現(xiàn)出較高的MgO含量(7.18%～10.00%)和Fe/(Fe+Mg)比值(>0.5)，反映其源區(qū)有幔源物質(zhì)的加入。在MgO-FeOT/(FeOT+MgO)圖解中，第一組黑云母樣品靠近殼幔混合分界線(xiàn)(圖3a)，在Fe3+-Fe2+-Mg圖解上(圖3b)，第一組樣品落入殼?；旌蠀^(qū)域，進(jìn)一步表明樣品的源區(qū)有幔源物質(zhì)的加入，說(shuō)明大寧巖體的形成是殼-幔相互作用的產(chǎn)物。

此外，前人對(duì)花崗巖黑云母化學(xué)成分的研究提出，A型花崗巖黑云母具有富鐵特征，I型花崗巖黑云母往往表現(xiàn)出富鎂特征，S型花崗巖黑云母具有高鋁特征[26]。大寧巖體花崗閃長(zhǎng)巖中黑云母表現(xiàn)出富鎂特征，與I型花崗巖特征相似。顯微鏡下觀察顯示花崗閃長(zhǎng)巖含有較多的角閃石(圖2b)，與I型花崗巖的礦物組成特征相似，而沒(méi)有富鋁礦物，如堇青石、石榴子石等，明顯不同于S型花崗巖，因?yàn)镾型花崗巖通常含有堇青石等富鋁礦物。

前人的年代學(xué)研究結(jié)果表明，大寧巖體的主體形成時(shí)代為早古生代，即廣西期(445～398 Ma)[12]。早古生代時(shí)期華南經(jīng)歷的一次重要構(gòu)造事件，即“加里東運(yùn)動(dòng)”，這一構(gòu)造事件最早由Ting(1929)等[27]提出并命名為“廣西運(yùn)動(dòng)”，后來(lái)的研究學(xué)者相繼用“早古生代造山運(yùn)動(dòng)”[28]、“武夷—云開(kāi)造山運(yùn)動(dòng)”[29]等來(lái)描述這一構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。這一構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)華南的構(gòu)造演化產(chǎn)生了深刻影響，如在華南地區(qū)形成了大規(guī)模的泥盆系與前泥盆系變質(zhì)巖系之間的區(qū)域角度不整合，在華夏地塊及其相鄰的揚(yáng)子地塊內(nèi)產(chǎn)生了大量早古生代花崗巖(約470～410 Ma)[30-33]，同時(shí)導(dǎo)致華南地區(qū)發(fā)生強(qiáng)烈的變形變質(zhì)作用。前人對(duì)這一構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的屬性多認(rèn)為其為陸內(nèi)造山作用[30-33]，也有學(xué)者提出其與早古生代時(shí)期的俯沖碰撞事件有關(guān)[34-38]。本文研究的桂東北大寧巖體主體形成時(shí)代為早古生代(445～398 Ma)[12]，是廣西運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)物。從區(qū)域內(nèi)分布的早古生代巖石類(lèi)型和組合來(lái)看，本區(qū)主要以花崗質(zhì)巖石為主，缺少具有島弧特征的基性—超基性巖和火山巖，也沒(méi)有確切證據(jù)表明本區(qū)存在蛇綠巖，因而從巖石組合上來(lái)看，它們明顯不同于產(chǎn)于典型俯沖帶上的巖石組合，相反，它們以花崗質(zhì)巖石為主，因此，本文推測(cè)大寧巖體應(yīng)該也是形成于陸內(nèi)造山作用。在MgO-FeOT-Al2O3圖解中(圖5)，第一組樣品均落入造山帶鈣堿性花崗巖區(qū)域范圍內(nèi)，亦暗示大寧巖體形成于陸內(nèi)造山這一構(gòu)造背景。

圖5 桂東北大寧巖體花崗閃長(zhǎng)巖黑云母 MgO-FeOT-Al2O3圖解Fig.5 MgO-FeOT-Al2O3 diagram of biotite in granodiorite of Da’ning rock mass in Northeast Guangxi

5 結(jié)論

1)桂東北大寧巖體黑云母整體表現(xiàn)出富鐵貧鎂、富鉀貧鈉、高鋁低鈣等特征，屬于鐵頁(yè)云母。

2)黑云母的結(jié)晶溫度為723℃～731℃，其結(jié)晶的壓力為121 MPa～135 MPa，結(jié)晶深度為4.58～5.11 km。發(fā)生后期蝕變/變質(zhì)作用的溫度為678℃～687℃。

3)大寧巖體成巖過(guò)程與殼—幔相互作用有關(guān)，其形成可能與華南早古生代時(shí)期的陸內(nèi)造山作用有關(guān)。

致謝：感謝桂林理工大學(xué)劉奕志老師、馬蓮花和蘇小倩在電子探針?lè)治鰷y(cè)試上提供幫助，感謝審稿專(zhuān)家提出寶貴意見(jiàn)和建議。