李 清，梁 賢，吳偉哲，金雅楠，范琳琳，白富生，李 賓，張聚全

1.河北地質(zhì)大學(xué) 資源學(xué)院，河北 石家莊 050031；2.河北省地質(zhì)調(diào)查院，河北 石家莊 050081

0 引 言

地質(zhì)溫壓計(jì)和氧逸度是巖石物理化學(xué)的重要參數(shù)，很多的學(xué)者圍繞它們做了許多研究[1-7]。但是，適用于巖漿過(guò)程研究的礦物溫壓計(jì)較少，這些年來(lái)基于角閃石和黑云母成分的礦物溫壓計(jì)研究取得一定的進(jìn)展，并且在巖漿作用與成礦的研究中得到較好的應(yīng)用[7]。角閃石全鋁壓力計(jì)廣泛應(yīng)用于鈣堿性花崗巖，但是不適合中基性巖漿巖[8]。Ridolfi[9]等指出傳統(tǒng)的角閃石全鋁壓力計(jì)對(duì)結(jié)晶壓力計(jì)算會(huì)存在280 MPa的誤差。經(jīng)過(guò)這些年許多學(xué)者的研究，通過(guò)對(duì)角閃石溫度的計(jì)算也更加的成熟，普遍被大多數(shù)人應(yīng)用于角閃石的溫度計(jì)算中[10-11]。Uchida[12]研究也表明，黑云母中的全鋁含量和花崗巖的固結(jié)壓力具有很好的正相關(guān)性，可以作為壓力計(jì)使用。目前，在巖漿巖中被廣泛使用的黑云母溫度計(jì)最初是基于變質(zhì)作用建立的[13]，其是否可以應(yīng)用于巖漿系統(tǒng)的溫度計(jì)算一直沒(méi)有專門(mén)的研究與討論。這篇文章以冀南邯邢地區(qū)綦村巖體不同巖性中共生的角閃石和黑云母為研究對(duì)象，通過(guò)角閃石和黑云母兩種礦物溫壓計(jì)、氧逸度計(jì)的計(jì)算，對(duì)比了兩者結(jié)果的差異，討論了黑云母溫度計(jì)在巖漿巖中應(yīng)用的適用性問(wèn)題。

1 地質(zhì)背景

邯邢地區(qū)位于河北省太行山南段，大地構(gòu)造位置屬于華北克拉通中部帶，中生代太行山構(gòu)造活動(dòng)帶南端[14]，受到來(lái)自西北方向贊皇隆起的作用，區(qū)內(nèi)地層關(guān)系自西向東由老變新依次為：太古代贊皇群，中元古代長(zhǎng)城系，寒武系，奧陶系，石炭系，三疊系以及新生代沉積物。區(qū)內(nèi)構(gòu)造活動(dòng)較為復(fù)雜，多出現(xiàn)強(qiáng)烈的斷裂，褶皺次之。羅照華等[14]研究顯示，太行山中生代侵入巖年齡為80～180 Ma，其侵入體自西向東可分為：西部符山巖體，中部綦村巖體、礦山巖體、武安巖體、固鎮(zhèn)巖體，東部的新城巖體、洪山巖體、白沙巖體，此次研究所采集的樣品就屬于綦村巖體。綦村巖體位于邯邢地區(qū)北部，東西經(jīng)過(guò)柳溝和賈莊，南北過(guò)馬莊與大沙河，其面積大約40 km2，主要的巖性有斑狀黑云母角閃閃長(zhǎng)巖，斑狀角閃閃長(zhǎng)巖，閃長(zhǎng)巖和二長(zhǎng)巖，另外還有少許閃長(zhǎng)玢巖(圖1)。綦村巖體本是屬于燕山期的一套中性-中偏堿性的中淺成相巖石，是由深部作用多期次侵入形成的似層狀侵入體，最先侵位的要屬偏基性且暗色礦物含量較多的黑云母角閃閃長(zhǎng)巖和角閃閃長(zhǎng)巖，黑云母閃長(zhǎng)巖其后，最后就是二長(zhǎng)巖侵位前者之中[15]。

2 樣品描述與分析方法

2.1 巖相學(xué)特征

筆者一共選用了8個(gè)樣品進(jìn)行分析，其巖性分別為黑云母閃長(zhǎng)巖、黑云母角閃閃長(zhǎng)巖、斑狀黑云母閃長(zhǎng)巖。

樣品ST17-1-1d巖性為黑云母閃長(zhǎng)巖，灰色，半自形粒狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。主要礦物為角閃石和斜長(zhǎng)石，次要礦物有黑云母和輝石。斜長(zhǎng)石含量約70%，呈板狀，顆粒大小為0.1×0.1 mm～1×1 mm，并且大量的斜長(zhǎng)石被絹云母化；角閃石含量約20%，呈綠色長(zhǎng)柱狀晶體，顆粒大小約0.1×0.25 mm～0.5×1 mm，角閃石綠泥石化與黑云母共生(圖2c、d)；黑云母為黑色短柱狀，含量約5%，顆粒大小為0.25×0.75 mm～0.5×1.5 mm。

樣品ST17-1-2a巖性為黑云母角閃閃長(zhǎng)巖，灰白色，斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。主要礦物有角閃石和斜長(zhǎng)石，次要礦物為黑云母和輝石、石英，斜長(zhǎng)石含量約60%，板狀，顆粒大小約0.1×0.25 mm～0.75×1 mm；角閃石含量約20%，顆粒大小為0.2×0.3 mm～2.5×6.5 mm(圖2a、b)；黑云母被角閃石所包含，含量約為15%，顆粒大小為0.05×0.1～0.5×1.5 mm。

樣品ST17-2-1a巖性為斑狀黑云母閃長(zhǎng)巖，灰黑色，似斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。主要礦物有斜長(zhǎng)石、角閃石、輝石和黑云母，斜長(zhǎng)石為白色板狀顆粒，含量約60%，顆粒大小約為0.05×0.1 mm～0.5×1.5 mm，發(fā)生絹云母化，蝕變嚴(yán)重；角閃石含量約20%，綠色長(zhǎng)柱狀斑晶，顆粒大小為0.25×0.5 mm～1.5×8 mm，大多被黑云母取代；輝石含量10%，黑色短柱狀，顆粒大小約0.25×0.25 mm～1.5×3 mm；黑云母含量較少，不到10%，與其他礦物發(fā)生交代反應(yīng)，顆粒大小約0.5×1 mm～0.5×1.5 mm。

2.2 分析方法

筆者對(duì)于綦村巖體的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)試是在河北地質(zhì)大學(xué)電子探針實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，儀器的型號(hào)為JEOL-JXA-8230，具體的工作環(huán)境為：加速電壓15 KV，探針電流為20 nA，束斑的直徑為5 μm。

3 結(jié)果與討論

3.1 黑云母化學(xué)成分及其溫度、壓力、氧逸度計(jì)算

黑云母是研究區(qū)黑云角閃閃長(zhǎng)巖的重要暗色礦物，含量約為10%，常與角閃石共生并交代角閃石邊部，部分礦物會(huì)發(fā)生輕微蝕變。黑云母的化學(xué)成分能夠有效的指示巖石類型、巖漿起源以及成巖過(guò)程的物理化學(xué)條件[17]。筆者對(duì)樣品中的黑云母電子探針數(shù)據(jù)(表略，備索)分析，主要表現(xiàn)為SiO2含量34.6%～38.2%，TiO2含量為2.1%～4.2%，Al2O3含量約12.6%～15.2%，F(xiàn)eO含量為11.5%～19.1%，MnO含量0.04%～0.33%，MgO含量為11.5%～17.3%，Na2O含量為0.09%～0.70%，K2O含量為8.9%～9.8%，在黑云母分類圖解中(圖3a)，顯示黑云母全部落于鎂質(zhì)黑云母區(qū)域。根據(jù)數(shù)據(jù)分析可得，綦村巖體的樣品中黑云母的Fe2+/(Fe2++Mg)比值在0.24%～0.43之間，表明黑云母并未遭受后期流體的改造，屬于原生黑云母[18]。

圖1 綦村巖體地質(zhì)圖(據(jù)Deng等[16]改)Fig.1 Geological map of Qicun rock mass

a-單偏光顯微鏡下黑云母角閃閃長(zhǎng)巖中黑云母包含于角閃石中；b-正交顯微鏡下黑云母角閃閃長(zhǎng)巖中黑云母包含于角閃石中；c-單偏光鏡下黑云母閃長(zhǎng)巖中黑云母交代部分角閃石；d-正交顯微鏡下黑云母閃長(zhǎng)巖中黑云母交代部分角閃石。Amp-角閃石；Bt-黑云母圖2 綦村巖體鏡下特征及黑云母與角閃石的關(guān)系Fig.2 The microscopic characteristics of Qicun rock mass andthe relationship between biotite and amphiboles

在此次樣品中，對(duì)于黑云母的電子探針數(shù)據(jù)分析，繪制Mg/(Mg+Fe)—Ti圖表(圖3b)，得出黑云母的形成溫度大約為660～750℃，平均溫度為705℃。由Etsuo等[19]研究表明，黑云母中的全鋁含量同花崗巖的固結(jié)壓力具有很好的正相關(guān)性，其關(guān)系式如下：P(kbar)=3.03×AlT-6.53(± 0.33)。其中，AlT是指在以22個(gè)氧原子為基礎(chǔ)計(jì)算出的黑云母中鋁陽(yáng)離子總數(shù)。由上可知，經(jīng)過(guò)這公式計(jì)算得出黑云母的形成壓力為0.3～1.6 kbar，也就是30～160 MPa。在黑云母當(dāng)中，利用其化學(xué)成分進(jìn)行氧逸度分析，基于黑云母的Fe3+和Fe2+的相對(duì)含量估算，從黑云母的Fe3+—Fe2+—Mg2+圖解中(圖3d)，可以看到落點(diǎn)都位于NNO和HM緩沖線之間，并且更接近NNO緩沖線，說(shuō)明黑云母是在較高的氧逸度條件下形成的。根據(jù)Anderson等[20]的研究，F(xiàn)e/(Fe+Mg)—Al圖解也能對(duì)黑云母的氧逸度進(jìn)行估算，大量的研究表明，F(xiàn)e/(Fe+Mg)主要受到lgfo2控制，兩者呈負(fù)相關(guān)，不受全巖的Fe/Mg比值影響[21]。在Fe/(Fe+Mg)—Al圖解，綦村巖體的樣品氧逸度皆位于△FMQ+1到△FMQ+3之間。

圖3 a-黑云母分類圖解(底圖據(jù)文獻(xiàn)[22])；b-黑云母溫度計(jì)算(底圖據(jù)文獻(xiàn)[13])；c-黑云母Fe/(Fe+Mg)—Al圖解(底圖據(jù)文獻(xiàn)[21])；d-黑云母Fe3+—Fe2+—Mg2+圖解(底圖據(jù)文獻(xiàn)[23])Fig.3 a- Biotite classification diagram;b- Biotite temperature calculation;c- Biotite Fe/ (Fe+Mg) -Al diagram;d- Biotite Fe3+ - Fe2+ - Mg2+ diagram

3.2 角閃石化學(xué)成分及其溫度、壓力、氧逸度計(jì)算

角閃石是綦村黑云母角閃閃長(zhǎng)巖主要的造巖礦物之一，其自形程度較高，多呈斑晶出現(xiàn)，形狀為長(zhǎng)柱狀，粒徑2～5 mm。角閃石含磁鐵礦、黑云母等礦物顆粒，常與黑云母共生，本次樣品中就有部分角閃石的邊部被黑云母交代發(fā)育。

筆者對(duì)樣品中的角閃石電子探針數(shù)據(jù)分析(表2)，CaB在1.7～1.9之間，(Na+K)A在0.19～0.29之間，Ti<0.50，通過(guò)Leake等[24]對(duì)角閃石進(jìn)行分類(圖4)，角閃石投點(diǎn)位于鎂角閃石以及陽(yáng)起石，這樣品取的是黑云母角閃閃長(zhǎng)巖角閃石斑晶的邊部，屬于第二期的角閃石。

角閃石的Al2O3和TiO2含量隨溫度和壓力同時(shí)變化的曲線特征可用來(lái)大致估算其結(jié)晶時(shí)的溫壓條件[25]。通過(guò)數(shù)據(jù)可以看出，其角閃石Al2O3含量為1.4%～5.2%，TiO2含量為0.1%～1.2%。Ridolfi等[10]通過(guò)準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，建立一種新的地質(zhì)溫壓計(jì)，此溫壓計(jì)估算的結(jié)果顯示，該樣品角閃石處于相對(duì)低溫低壓的環(huán)境形成，溫度為680～780℃，壓力為27～68 MPa(圖5)，其fO2為ΔNNO+1.8～+3.7(圖6)。

3.3 計(jì)算結(jié)果對(duì)比

楊陽(yáng)[27]對(duì)膠東地區(qū)不同期次形成的花崗巖進(jìn)行的物理化學(xué)條件研究，以及Zhang等[28]對(duì)邯邢高鎂閃長(zhǎng)巖的計(jì)算，表明角閃石的溫壓計(jì)確實(shí)能夠適用于巖漿巖，而且其結(jié)果也是不存在爭(zhēng)議的。因此可以通過(guò)對(duì)比黑云母和角閃石的溫壓計(jì)算結(jié)果，驗(yàn)證黑云母的可靠性。

圖4 角閃石成分特征(底圖據(jù)文獻(xiàn)[24])Fig.4 Composition characteristics of amphiboles

圖5 角閃石溫度壓力計(jì)算(底圖據(jù)文獻(xiàn)[10])Fig.5 Calculation of temperature and pressure of amphiboles

圖6 角閃石氧逸度計(jì)算(a底圖據(jù)文獻(xiàn)[26];b底圖據(jù)文獻(xiàn)[10])Fig.6 Calculation of oxygen fugacity of amphiboles

經(jīng)過(guò)以上一系列的研究分析，我們計(jì)算出了黑云母和角閃石它們各自的溫度、壓力以及氧逸度情況，并進(jìn)行了對(duì)比(圖7)。從圖中可以看出同一樣品，黑云母和角閃石計(jì)算的溫度大致上是一樣的，通過(guò)黑云母計(jì)算得出的溫度值與角閃石計(jì)算的溫度值相差不大，其差值總體在2～5℃以內(nèi)。這表明黑云母溫度計(jì)計(jì)算結(jié)果是穩(wěn)定可靠的，能夠應(yīng)用于巖漿系統(tǒng)。

圖7 角閃石與黑云母溫度對(duì)比圖

壓力的計(jì)算結(jié)果顯示黑云母和角閃石是在低壓的環(huán)境下形成的，各個(gè)樣品得到的黑云母和角閃石計(jì)算結(jié)果差別還是挺大的(圖8)。樣品ST17-1-1d角閃石計(jì)算的壓力平均為52 MPa，黑云母計(jì)算的壓力平均為120 MPa；樣品ST17-1-2a中，角閃石的計(jì)算壓力中值為45 MPa，而黑云母計(jì)算得壓力值為93 MPa；樣品ST17-1-4a角閃石計(jì)算的壓力平均為48 MPa，黑云母計(jì)算的壓力結(jié)果為47 MPa；樣品ST17-2-1a中角閃石計(jì)算的壓力為34 MPa，而黑云母計(jì)算的壓力平均為87 MPa；樣品ST17-6-2a中，角閃石計(jì)算的壓力平均為28 MPa，黑云母的計(jì)算壓力值為95 MPa。不難看出，通過(guò)黑云母計(jì)算得出的結(jié)果要比角閃石計(jì)算的結(jié)果大得多，且是角閃石計(jì)算結(jié)果的2～3倍。另外角閃石與黑云母本身就處于低壓的環(huán)境，所以黑云母的壓力計(jì)與角閃石壓力計(jì)存在一定的差別。

黑云母和角閃石的氧逸度結(jié)果顯示，黑云母的投點(diǎn)都落在NNO緩沖線之上，在HM與NNO緩沖線之間(圖3d)，根據(jù)黑云母的Fe/(Fe+Mg)—Al圖解，可以看出黑云母的氧逸度為ΔFMQ+1～ΔFMQ+3。而角閃石的氧逸度f(wàn)o2為ΔNNO+1.8～+3.7(圖6b)，ΔFMQ+2.5～ΔFMQ+4.5，它們均是在高氧逸度條件下形成的，并且它們的氧逸度ΔFMQ值比較接近，故而可以認(rèn)為黑云母和角閃石的氧逸度計(jì)算結(jié)果是正確的。

圖8 角閃石與黑云母的壓力對(duì)比圖

4 結(jié) 論

(1)通過(guò)黑云母和角閃石兩種礦物的分析，在黑云母的溫度計(jì)算結(jié)果相差不大，說(shuō)明黑云母的壓力計(jì)不僅可以在變質(zhì)巖中使用，同時(shí)也適用于巖漿巖；

(2)在氧逸度的估算過(guò)程中，黑云母與角閃石的結(jié)果接近，表明兩者計(jì)算結(jié)果都是有效的；

(3)在低壓的條件下，黑云母的壓力計(jì)算結(jié)果要遠(yuǎn)高于角閃石的壓力結(jié)果，所以黑云母和角閃石的壓力計(jì)存在一定的適用條件。

【致謝：衷心感謝河北地質(zhì)大學(xué)提供的電子探針實(shí)驗(yàn)室，以及老師的悉心指導(dǎo)和審稿專家們的寶貴意見(jiàn)?！?/p>