呂 偉，王 巍，田應(yīng)貴，張星培，3，李 超，李旭俊，3，董朝芳

（1.云南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，云南昆明 650051；2.玉溪師范學(xué)院，云南玉溪 653100；3.云南黃金礦業(yè)集團(tuán)股份有限公司，云南昆明 650051）

0 引言

金紅石是高壓-超高壓變質(zhì)巖中常見(jiàn)的副礦物，特別在榴輝巖中，其礦物學(xué)和地球化學(xué)可為高壓-超高壓變質(zhì)巖的研究提供重要的信息（Rudnick et al.，2000；Zack et al.，2002，2004a，2004b），金紅石在俯沖帶過(guò)程中起著關(guān)鍵作用，它在脫水和熔融反應(yīng)過(guò)程中保留了高場(chǎng)強(qiáng)元素（HFSE），從而解釋了島弧火山中無(wú)處不在的負(fù)Nb 異常（Barth et al.，2000；Münker et al.，2003），因此對(duì)于金紅石地球化學(xué)特征的研究越來(lái)越受到關(guān)注。國(guó)內(nèi)外學(xué)者做了很多關(guān)于榴輝巖中金紅石地球化學(xué)特征的研究，也取得了較多成果。Zack et al.（2002）通過(guò)對(duì)榴輝巖中金紅石微量元素特征的研究發(fā)現(xiàn)金紅石是Ti、Nb、Sb、Ta和W 的主要載體（>90%全巖含量），也是V、Cr、Mo和Sn 的重要載體（5%～45%全巖含量），來(lái)源于不同原巖的金紅石中具有明顯不同的Nb 和Cr 含量特征，因此金紅石中 Cr、Nb 含量可以用來(lái)探討高壓-超高壓變質(zhì)巖原巖類別。Zack et al.（2004a，2004b）還發(fā)現(xiàn)在金紅石-鋯石-石英體系中金紅石中Zr 含量與溫度有極強(qiáng)的相關(guān)性，并提出了金紅石Zr 含量地質(zhì)溫度計(jì)。國(guó)內(nèi)也有較多類似的研究，研究者們先后對(duì)大別山-蘇魯?shù)貐^(qū)、中國(guó)大陸科學(xué)鉆探主孔（CCSD）金紅石在榴輝巖中的微量元素進(jìn)行了分析，采用Cr、Nb 地球化學(xué)特征對(duì)榴輝巖原巖進(jìn)行了探討，采用Zr 地質(zhì)溫度計(jì)獲得了金紅石形成溫度（王汝成等，2005；余金杰等，2006；高長(zhǎng)貴等，2008；陳振宇等，2009）。

近年來(lái)，在滇西云縣螞蟻堆-雙江勐庫(kù)-瀾滄黑河-景洪大勐龍一帶新發(fā)現(xiàn)一條斷續(xù)延伸300 余公里的高壓-超高壓變質(zhì)帶（李靜等，2017；孫載波等，2017，2021；Wang et al.，2018；王巍等，2021），其中出露規(guī)模大小不等的榴輝巖、石榴多硅白云母片巖，它們是特提斯洋俯沖折返的產(chǎn)物。金紅石在滇西榴輝巖、石榴多硅白云母片巖中普遍存在，它是見(jiàn)證特提斯洋俯沖折返過(guò)程的重要礦物，同時(shí)也是俯沖帶高場(chǎng)強(qiáng)元素活動(dòng)過(guò)程中的重要載體，對(duì)巖石原巖性質(zhì)及俯沖帶溫壓條件的變化具有重要的指示意義。然而對(duì)黑河地區(qū)高壓-超高壓變質(zhì)巖中金紅石的研究仍然處于空白狀態(tài)，本文選取黑河地區(qū)榴輝巖、石榴多硅白云母片巖中的金紅石進(jìn)行LAICP-MS 微量元素分析，結(jié)合前人研究成果與方法，對(duì)比各類巖石中金紅石微量元素含量差異，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)榴輝巖與石榴多硅白云母片巖的原巖屬性及其中金紅石形成溫度，并對(duì)黑河地區(qū)榴輝巖型金紅石礦床的成礦條件及找礦潛力進(jìn)行初步分析。

1 研究區(qū)的區(qū)域地質(zhì)背景

滇西早古生代蛇綠混雜巖和高壓-超高壓變質(zhì)帶沿云縣螞蟻堆-雙江勐庫(kù)-瀾滄黑河-景洪大勐龍一線呈近南北向延伸，出露于早古生代瀾滄巖群與三疊紀(jì)臨滄花崗巖之間（圖1a）。東側(cè)主體為一套三疊紀(jì)碰撞-后碰撞黑云二長(zhǎng)花崗巖，與蛇綠混雜巖呈侵入接觸；西側(cè)為一套早古生代俯沖增生雜巖，與蛇綠混雜巖呈脆韌性斷層接觸。在黑河地區(qū)，早古生代蛇綠混雜巖南北延伸約50 km，出露寬度1～8 km 不等，北部被北西向左行走滑的木戛斷裂錯(cuò)移后尖滅，南部在惠民地區(qū)被中生代山間小盆地掩蓋，出露斜長(zhǎng)花崗巖、花崗閃長(zhǎng)巖、紋層狀英云閃長(zhǎng)巖、堆晶斜長(zhǎng)花崗巖、堆晶斜長(zhǎng)巖、綠泥鈉長(zhǎng)白云石英片巖、石榴多硅白云母（石英）等巖石類型，其中見(jiàn)大量榴輝巖、榴閃巖、斜長(zhǎng)角閃巖、大理巖等構(gòu)造巖塊。高壓-超高壓變質(zhì)巖呈構(gòu)造巖片斷續(xù)出露于早古生代蛇綠混雜巖內(nèi)（圖1b），在黑河、謙邁等地出露比較密集，主要巖石類型有榴輝巖、石榴多硅白云母片巖兩類，其中榴輝巖以構(gòu)造巖片的形式產(chǎn)于石榴多硅白云母片巖或片麻狀斜長(zhǎng)花崗巖、片麻狀花崗閃長(zhǎng)巖中，在黑河河谷規(guī)模較大的構(gòu)造巖片中可見(jiàn)由核部至邊部，巖石類型由榴輝巖逐漸退變呈榴閃巖和石榴斜長(zhǎng)角閃巖的現(xiàn)象。

圖1 滇西瀾滄黑河地區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig.1 Geological sketch map of the Heihe Region， Lancang City， western Yunnan Province

2 樣品采集與測(cè)試方法

2.1 樣品采集

研究樣品均采集于滇西瀾滄黑河地區(qū)超高壓變質(zhì)巖中，HH01、HH02、HH03、HH04采集于黑河河谷，QM01、QM02、QM03、QM04、QM05采集于謙邁地區(qū)謙邁河谷與景張河谷。其中HH01、HH02、HH03巖性為榴輝巖，QM01、QM02 巖性為榴閃巖，QM03巖性為含藍(lán)晶石榴閃巖，HH04、QM04、QM05 巖性為石榴多硅白云母片巖。

2.2 測(cè)試方法

在武漢上譜分析科技有限責(zé)任公司利用LA-ICPMS完成對(duì)金紅石微量元素含量的分析。本次分析選取的測(cè)試對(duì)象均為粒間金紅石，使用安捷倫電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（Agilent 7 900）以及相干193 nm準(zhǔn)分子激光剝蝕系統(tǒng)（GeoLas Pro HD），激光能量80 mJ，激光束斑直徑32 μm，頻率5 Hz，分析流程及具體分析條件、儀器參數(shù)詳見(jiàn)文獻(xiàn)Liu el al.（2008）與Zong et al.（2017）。金紅石單礦物微量元素含量分析數(shù)據(jù)的離線處理采用軟件ICPMSDataCal完成，處理結(jié)果采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)BHVO-2G、BIR-1G、BCR-2G 、NIST 610進(jìn)行多外標(biāo)無(wú)內(nèi)標(biāo)校正。

3 巖相學(xué)特征與微量元素特征

3.1 巖相學(xué)特征

榴輝巖呈深灰綠、深灰色，具粒狀變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要的造巖礦物為淡紅色石榴子石（27%～36%）、淺綠色-無(wú)色綠輝石（15%～46%）及淺綠色角閃石（7%～23%），含少量多硅白云母（1%～8%）、金紅石（1%～4%）、綠簾石（4%～6%）、石英（2%～5%）等，礦物粒度多小于2 mm，巖石退變質(zhì)較弱，礦物之間接觸界線清晰，互相之間以簡(jiǎn)單的緊密鑲嵌，界線平直（圖2a、b），金紅石主要呈粒狀分布于綠輝石、石榴子石顆粒之間，少量以包裹體形式分布于綠簾石、石榴子石、角閃石、多硅白云母內(nèi)。

圖2 金紅石鏡下照片F(xiàn)ig.2 Photomicrographs of rutiles

榴閃巖為深灰綠、深灰色，粒狀-纖柱狀變晶結(jié)構(gòu)，斑雜狀-透鏡微片狀定向構(gòu)造，主要由角閃石（25%～40%）、石榴子石（15%～20%）、綠簾石（5%～20%）、鈉云母（5%～20%）、斜長(zhǎng)石（5%～10%）構(gòu)成。半定向排列的中粒半自形角閃石、斜長(zhǎng)石、鈉云母為主的變晶基底中，殘留少量自形中晶石榴石，少量小斑塊狀富集隱微晶交生纖狀角閃石斜長(zhǎng)石。金紅石以包裹體形式分布于綠簾石、石榴子石、角閃石、鈉云母內(nèi)或呈粒狀分布于粒間（圖2c）。

含藍(lán)晶石榴閃巖呈暗綠色，粒狀-纖柱狀變晶結(jié)構(gòu)，斑雜狀-透鏡微條痕片狀定向構(gòu)造，主要由綠色角閃石類礦物（20%～30%）、斜長(zhǎng)石（5%～10%）、石榴子石（15%～20%）、絹云母（20%）、鈉云母（10%）組成，基質(zhì)主要由他形微細(xì)粒纖柱狀角閃石及他形微細(xì)粒狀斜長(zhǎng)石組成，斜長(zhǎng)石多與角閃石族礦物構(gòu)成蠕蟲(chóng)狀、指紋狀、細(xì)粒狀后成合晶結(jié)構(gòu)。基質(zhì)中殘留較多的自形中粗粒狀強(qiáng)退變石榴子石變斑，還殘留中細(xì)晶角閃石、綠簾石、斜長(zhǎng)石、金紅石、榍石、鈦鐵礦等，斑狀鈉云母內(nèi)見(jiàn)殘留藍(lán)晶石、石榴子石、藍(lán)晶石等。常見(jiàn)石榴子石具環(huán)帶狀或帚狀斜長(zhǎng)石與角閃石后成合晶構(gòu)成的退變反應(yīng)邊，金紅石具有冠狀榍石、鈦鐵礦構(gòu)成的退變反應(yīng)邊（圖2d），少數(shù)金紅石內(nèi)見(jiàn)石榴子石包裹體（圖2e）。

呈灰色的石榴多硅白云母片巖具鱗片粒狀變晶結(jié)構(gòu)，片狀定向構(gòu)造。殘斑礦物為石榴子石（15%～20%），粒度多小于2 mm，基質(zhì)礦物為綠泥石（5%～8%）、石英（17%～20%）、白云母（45%～50%），另外還含有少量斜長(zhǎng)石（3%～5%）、金紅石（0～1%）等。金紅石以包裹體形式分布于石榴子石或多硅白云母內(nèi)或呈粒狀分布于礦物顆粒之間（圖2f）。

通過(guò)巖相學(xué)特征對(duì)比分析，在所采集的樣品中，金紅石主要有兩種賦存狀態(tài)，或呈細(xì)小包裹體產(chǎn)于石榴子石、綠輝石、多硅白云母內(nèi)，或呈粒狀產(chǎn)于礦物顆粒間，與石榴子石、綠輝石等平衡共生。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)巖石中石榴子石具有明顯的進(jìn)變質(zhì)環(huán)帶，核部形成于早期進(jìn)變質(zhì)階段，邊部則形成于峰期變質(zhì)階段，因此與之平衡共生產(chǎn)于粒間的金紅石應(yīng)該也是峰期變質(zhì)階段的產(chǎn)物，而呈包裹體形式產(chǎn)出的金紅石應(yīng)該形成于早期進(jìn)變質(zhì)階段。

3.2 微量元素特征

本次分析選取的粒間金紅石中9 顆產(chǎn)于榴輝巖，4 顆產(chǎn)于榴閃巖，4 顆產(chǎn)于含藍(lán)晶石榴閃巖，8 顆產(chǎn)于石榴多硅白云母片巖，分析結(jié)果見(jiàn)表1。

金紅石TiO2含量介于93.28%～99.28%，主要微量元素有Zr、V、Nb、Ta、Cr、Sn、W，含量均大于10×10-6；Hf、Zn、Cu、Sc、Sb 含量相對(duì)略低一些，一般含量介于1×10-6～10×10-6；所有金紅石中REE、Th、Rb、Ni、Cs、U、Pb、Ga、Ag、Cd等元素含量均較低。Foley et al.（2000）通過(guò)硅酸鹽熔體微量元素分離實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)高場(chǎng)強(qiáng)元素Nb、Ta、Zr、Hf呈現(xiàn)三級(jí)階梯式分布特征（圖3a），在金紅石中富集并在熔體環(huán)境中具有強(qiáng)烈的活動(dòng)。本次采獲的金紅石微量元素同樣具有類似的分布特征，最富集的是Nb、Ta，其次是Zr、Hf，含量較少的有Ba、Rb、Sr、Th、REE元素（圖3b）。因此，在超高壓變質(zhì)過(guò)程中礦物間是存在元素遷移與交換的，原巖中賦存在鈦鐵礦中的Nb、Ti等元素、鋯石中的Zr、Hf等高場(chǎng)強(qiáng)元素逐漸遷移至新形成的金紅石中，使金紅石成為高場(chǎng)強(qiáng)元素的重要載體。埃達(dá)克質(zhì)巖石中Nb、Ta、Zr、Ti、Hf等元素含量較低的原因可能也是由于俯沖帶脫水部分熔融反應(yīng)過(guò)程中，攜帶這些高場(chǎng)強(qiáng)元素的金紅石作為殘留相保存在榴輝巖中（陳振宇等，2009）。

圖3 金紅石硅酸鹽熔體微量元素分離系數(shù)（a， 據(jù)Foley et al.， 2000）和金紅石（平均值）微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖（b，標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Sun and McDonough， 1989）Fig.3 Separation coefficients of trace elements in rutile-silicate melt （a， after Foley et al.， 2000） and primitive mantle normalized trace elements spider diagram of rutiles （average values） （b， primitive mantle normalized values from Sun and McDonough，1989）

4 討論

4.1 源巖探討

金紅石的微量元素在高壓-超高壓變質(zhì)巖中呈現(xiàn)出來(lái)的特征與其賦存巖石的原巖類型關(guān)系密切（Force，1980），不同類型原巖性質(zhì)的高壓-超高壓變質(zhì)巖中金紅石微量元素含量也有著一定的差異，這為采用金紅石示蹤高壓超高壓變質(zhì)巖原巖類型提供了條件。Zack（2002）研究表明，榴輝巖中Nb主要富集于金紅石中，綠輝石、石榴石和金紅石作為Cr的載體礦物。盡管金紅石中只貯存有小部分Cr，但其中的Cr 含量與全巖Cr/TiO2比值間存在較好的一致性，原巖為變質(zhì)輝長(zhǎng)巖、變質(zhì)玄武巖等鎂鐵質(zhì)巖石形成的榴輝巖和原巖為泥質(zhì)巖形成的石榴云母片巖中的金紅石在Cr 和Nb 含量方面存在差異。一般來(lái)說(shuō)，金紅石中Nb 在變質(zhì)泥巖源區(qū)的含量在900×10-6～2700×10-6之間，Cr 的含量較低（Plank and Langmuir， 1998），金紅石具有異常高含量的 Cr在變質(zhì)堆晶巖源區(qū)最多可達(dá)4000×10-6以上，金紅石在變質(zhì)基性巖源區(qū)則具有低Nb 和低Cr 的特點(diǎn)（Zack et al.， 2004a）。上述研究為利用金紅石微量元素含量示蹤其源區(qū)提供了良好的經(jīng)驗(yàn)。

本次采集的樣品中，各類巖石中金紅石Cr、Nb含量也存在較大差異。榴輝巖中金紅石具有相對(duì)低的Nb 含量（平均618×10-6）和Cr 含量（平均1208×10-6），榴閃巖中金紅石具有相對(duì)低的Nb含量（322×10-6）和高的Cr含量（1966×10-6），含藍(lán)晶石榴閃巖中金紅石具有中等Nb含量（平均1124×10-6）和低Cr含量（平均396×10-6），石榴多硅白云母片巖中金紅石具有高的Nb 含量（平均2450×10-6）和低的Cr 含量（平均576×10-6）。榴閃巖中金紅石Cr 含量相比于其它幾類巖石中的金紅石Cr 含量都要高， Cr 的富集應(yīng)該與其原巖地球化學(xué)性質(zhì)有關(guān)。據(jù)Zack et al.（2004a，2004b）的研究，Cr 對(duì)大多數(shù)變質(zhì)礦物沒(méi)有選擇性，Cr 在載體礦物之間的分布大致是均勻的，原巖中的Cr含量也反映在金紅石中。據(jù)本次所采取的榴閃巖相比于其他榴輝巖具有更高的Cr（913×10-6～1119×10-6）、Ni（277×10-6～301×10-6）含量，源于虧損地幔①，金紅石中Cr 的含量變化與全巖是相同的，這應(yīng)該是榴閃巖中金紅石高的Cr含量的原因。同樣，石榴多硅白云母片巖中金紅石REE 含量明顯高于其它巖石中的金紅石，這也應(yīng)該是各類巖石地球化學(xué)性質(zhì)差異造成的。

前期研究中，我們認(rèn)為榴輝巖、榴閃巖、含藍(lán)晶石榴輝巖均屬于洋中脊玄武巖，而石榴多硅白云母片巖屬于遠(yuǎn)洋硅泥質(zhì)沉積物①。從圖4 得到的結(jié)果來(lái)看，榴輝巖、榴閃巖、石榴多硅白云母片巖的原巖性質(zhì)均與前期研究得到的結(jié)論一致。但含藍(lán)晶石榴閃巖金紅石Cr、Nb含量給出的結(jié)果全部落入變泥質(zhì)巖中，這一結(jié)果與之前的認(rèn)識(shí)明顯不同。巖相學(xué)研究表明巖石由角閃石類礦物（20%～30%）、斜長(zhǎng)石（5%～10%）、石榴子石（15%～20%）、絹云母（20%）、鈉云母（10%）組成，巖石原巖可能屬于玄武質(zhì)凝灰?guī)r類。

圖4 金紅石Nb-Cr圖解Fig 4.Plot of Nb-Cr contents in rutiles

4.2 金紅石Nb/Ta比值及其意義

地球上存在一個(gè)明顯的Nb、Ta 質(zhì)量不平衡，大陸地殼與虧損地幔的Nb/Ta 比值均低于球粒隕石，因此，應(yīng)該存在一個(gè)超球粒隕石Nb/Ta 比值的儲(chǔ)庫(kù)。Rudnick et al.（2000）通過(guò)對(duì)來(lái)自克拉通巖石圈地幔的榴輝巖捕虜體的研究，認(rèn)為可以從金紅石的Nb/Ta比值得出榴輝巖全巖Nb/Ta 比值，且該比值高于球粒隕石值，榴輝巖可能是存在于核幔邊界的超球粒隕石Nb/Ta 比值的儲(chǔ)庫(kù)。實(shí)驗(yàn)研究表明金紅石不僅能使Nb和Ta明顯分異，還能強(qiáng)烈富集Nb和Ta。全巖Nb 和Ta 絕大部分集中在金紅石中表明Nb 和Ta在金紅石中的高度相容。所在體系的Nb/Ta比值會(huì)受金紅石存在條件下部分熔融或變質(zhì)分異作用的顯著影響（Stalder et al.，1998；Foley et al.，2002；Schmidt et al.，2004； Klemme et al.，2005； Xiong et al.，2005）。榴輝巖是否確為超球粒隕石Nb/Ta 比值的儲(chǔ)庫(kù)，首先需要確認(rèn)金紅石Nb/Ta 比值能否代表榴輝巖全巖Nb/Ta比值。

本次采集黑河地區(qū)榴輝巖中的金紅石Nb/Ta 比值為13.14～23.29，平均17.07，全巖Nb/Ta 比值平均值為15.61；謙邁地區(qū)榴閃巖中金紅石Nb/Ta 比值為16.23～29.73，平均25.06，全巖Nb/Ta 比值平均值為17.93；謙邁地區(qū)含藍(lán)晶石榴閃巖中金紅石Nb/Ta 比值為9.58～11.33，平均10.26，全巖Nb/Ta 比值平均值為8.78。可以看出各類鎂鐵質(zhì)榴輝巖中金紅石Nb/Ta 比值均要高于其全巖Nb/Ta 比值，且變化較大，二者呈正相關(guān)，因此，金紅石中Nb/Ta 比值僅僅在一定程度上反映了全巖Nb/Ta 比值特征，并不能直接代替全巖Nb/Ta 比值，金紅石Nb、Ta 也不能代表全巖Nb、Ta 組分。黑河地區(qū)榴輝巖全巖Nb/Ta 比值主體上要低于球粒隕石Nb/Ta 比值（19.9）也低一些，甚至低于原始地幔Nb/Ta比值（17.5）。

在蘇魯-大別超高壓變質(zhì)帶內(nèi)也有同樣的發(fā)現(xiàn)，高長(zhǎng)貴等（2008）對(duì)CCSD-MH 榴輝巖全巖以及其中金紅石單礦物微量元素含量特征研究發(fā)現(xiàn)，榴輝巖全巖Nb/Ta 比值低于原始地幔，而金紅石Nb/Ta比值高于原始地幔，金紅石Nb/Ta 比值與榴輝巖全巖Nb/Ta 的比值存在明顯的差異，金紅石作為榴輝巖中Nb、Ta 的主要載體礦物，其Nb/Ta 比值不能簡(jiǎn)單地代替全巖Nb/Ta 的比值，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)榴輝巖全巖Nb/Ta 比值受全巖TiO2、Nb、Ta 含量及礦物組合共同控制（高長(zhǎng)貴等，2008）。陳振宇等（2009）在研究CCSD 主孔榴輝巖金紅石微量元素特征時(shí)也發(fā)現(xiàn)榴輝巖全巖Nb/Ta 比值不僅低于球粒隕石Nb/Ta 比值，還低于明顯金紅石Nb/Ta 比值，認(rèn)為榴輝巖全巖Nb、Ta含量應(yīng)該與源區(qū)地球化學(xué)性質(zhì)以及巖漿演化過(guò)程有關(guān)，高壓變質(zhì)階段形成的金紅石Nb、Ta含量應(yīng)該與變質(zhì)作用過(guò)程中元素在各礦物間的分配系數(shù)有關(guān)（陳振宇等，2009）。因此，結(jié)合黑河地區(qū)的研究結(jié)果來(lái)看，“榴輝巖是超球粒隕石Nb/Ta比值的儲(chǔ)庫(kù)”這一觀點(diǎn)可能需要重新評(píng)估。

我們還發(fā)現(xiàn)石榴多硅白云母片巖全巖Nb/Ta 比值（12.57）要略高于中金紅石Nb/Ta 比值（11.45）。Stepanov and Hermann（2013）采用變沉積巖研究多硅白云母的Nb、Ta 分配實(shí)驗(yàn)中表明，多硅白云母明顯富Nb、Ta，而且對(duì)Nb 的分配系數(shù)要高于Ta，在超高壓條件下，Nb 優(yōu)先保存于多硅白云母中，可形成高Nb/Ta 比值的殘留體，這應(yīng)該是石榴多硅白云母片巖全巖Nb/Ta比值高于金紅石Nb/Ta比值的原因。

4.3 金紅石Zr含量與形成的溫度

在金紅石-鋯石-石英體系中，金紅石Zr含量與形成溫度呈線性，金紅石中Zr 含量常被當(dāng)作單礦物溫度計(jì)（Degeling， 2003；Zack et al.， 2004b；Watson et al.， 2006；Ferry and Watson， 2007；Tomkins et al.，2007），許多研究者將Zr 含量溫度計(jì)應(yīng)用于各種高級(jí)變質(zhì)巖中（王汝成等， 2005；余金杰等，2006；高長(zhǎng)貴等，2008；陳振宇等， 2007，2009；Rehman et al.，2019）。Tomkins et al.（2007）在研究前人的基礎(chǔ)上，通過(guò)在不同的溫度和壓力條件下對(duì)ZrO2-TiO2-SiO2體系進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，從而提出了基于溫度和壓力兩個(gè)變量的金紅石Zr含量溫度計(jì)：

α石英穩(wěn)定域計(jì)算公式為：

β石英穩(wěn)定域計(jì)算公式為：

柯石英穩(wěn)定域計(jì)算公式為：

其中：φ為金紅石中Zr 含量（×10-6），R是氣體常數(shù)0.0083144 kJ/K，P是壓強(qiáng)（kbar）。

在黑河地區(qū)榴輝巖、石榴多硅白云母片巖中均觀察到柯石英假象，獲得的峰期變質(zhì)壓力條件（榴輝巖為P=28.0～33.1 kbar；石榴多硅白云母片巖為P=28.0～30.5 kbar）也達(dá)到柯石英穩(wěn)定條件范圍①。王慧寧等（2020）在謙邁地區(qū)藍(lán)晶石榴輝巖中獲得的峰期變質(zhì)壓力也達(dá)到了30 kbar。因此我們根據(jù)Tomkins et al.（2007）給出的柯石英穩(wěn)定域金紅石Zr含量溫度計(jì)算公式，在30 kbar的壓力條件下對(duì)金紅石形成溫度進(jìn)行了逐個(gè)計(jì)算，得到的結(jié)果列于表1。

金紅石Zr 在黑河地區(qū)的榴輝巖中的含量比較穩(wěn)定，為38.5×10-6～58.2×10-6，形成溫度為578～605 ℃，與前人獲得的峰期變質(zhì)溫度（523～610 ℃）基本一致（表1）；謙邁地區(qū)榴閃巖中金紅石Zr 含量變化較大，較榴輝巖中金紅石Zr 含量要明顯升高，在72×10-6～441×10-6之間，形成溫度為620～768 ℃，高于榴輝巖峰期變質(zhì)溫度；含藍(lán)晶石榴閃巖中金紅石Zr 含量在78×10-6～198×10-6之間，形成溫度為653～697 ℃，與王慧寧等（2020）獲得的謙邁地區(qū)藍(lán)晶石榴輝巖峰期變質(zhì)溫度（675～754 ℃）基本一致；石榴多硅白云母片巖中金紅石Zr 含量在44×10-6～107×10-6之間，形成溫度為586～682 ℃，要高于獲得的峰期變質(zhì)溫度（534～578 ℃）。

研究表明，金紅石Zr 含量溫度能否代表其形成溫度，主要取決于其形成后Zr 的封閉情況，金紅石Zr 含量的影響因素除了溫度和壓力外，元素?cái)U(kuò)散作用和變質(zhì)流體的參與也是影響金紅石Zr 含量的重要因素（Zack et al.， 2004b；王汝成等，2005；Watson et al.， 2006；余金杰等，2006；陳振宇等， 2007；高長(zhǎng)貴等，2008；高曉英等， 2011）。從本次獲得的結(jié)果來(lái)看，在黑河地區(qū)榴輝巖中，Tomkins et al.（2007）給出的柯石英穩(wěn)定域金紅石Zr 含量溫度計(jì)的適用性是較好的。在經(jīng)歷了退變質(zhì)作用的榴閃巖和石榴多硅白云母片巖中，獲得的溫度與峰期變質(zhì)溫度相比出現(xiàn)了明顯的偏差，可能是由于金紅石形成后其中的Zr 并未封閉，而這類巖石折返過(guò)程中經(jīng)歷了復(fù)雜的、多階段的退變質(zhì)過(guò)程，在這些過(guò)程中由于變質(zhì)流體的參與導(dǎo)致了金紅石中Zr 的再平衡或重新結(jié)晶（變質(zhì)增生），金紅石形成溫度可能僅僅是記錄了折返過(guò)程中某一退變質(zhì)階段的溫度（如早期退變質(zhì)階段、熱折返階段）。因此，在使用該溫度計(jì)時(shí)，我們需要區(qū)分不同變質(zhì)作用階段形成的金紅石。

4.4 金紅石礦床的成礦條件及找礦潛力分析

金紅石是鈦的氧化物中最具經(jīng)濟(jì)意義的礦產(chǎn)資源，而榴輝巖型、榴閃巖型金紅石礦床是金紅石富礦床的主要類型之一。國(guó)內(nèi)榴輝巖型、榴閃巖型金紅石礦床主要分布在蘇魯-大別與柴北緣超高壓高壓變質(zhì)帶（徐少康，2001；趙一鳴，2008；陳鑫等，2018；劉創(chuàng)脫等，2019）。

來(lái)源于富集地幔源區(qū)的富鈦基性原巖是榴輝巖型金紅石礦床形成的物源基礎(chǔ)（陳鑫等，2018），黑河地區(qū)榴輝巖中以黑河高鈦型榴輝巖為代表，原巖來(lái)源于富集地幔源區(qū)的富鈦玄武巖，TiO2含量1.46%～2.58%，平均1.79%①，這為金紅石礦床的形成提供了必要的物源。

昌寧-孟連洋盆演化過(guò)程中洋殼的俯沖折返為金紅石的形成提供了必要的物理化學(xué)條件，且具有多期多階段的特點(diǎn)。從前述金紅石賦存狀態(tài)來(lái)看，進(jìn)變質(zhì)階段與峰期變質(zhì)階段均有金紅石的形成，而獲得的金紅石形成溫度則表現(xiàn)出退變質(zhì)階段亦有金紅石的變質(zhì)增生或重結(jié)晶，我們?cè)诹褫x巖中還發(fā)現(xiàn)了金紅石在石榴子石、綠輝石顆粒間呈絲縷狀、串珠狀產(chǎn)出的現(xiàn)象，這也表明在退變質(zhì)過(guò)程中，伴隨著溫度和壓力的降低，Ti 會(huì)從超高壓變質(zhì)礦物石榴子石、綠輝石等硅酸鹽礦物中的遷移出來(lái)形成新生的金紅石（陳鑫等，2018）。同時(shí)，我們?cè)谕俗冑|(zhì)較強(qiáng)的榴閃巖中能夠觀察到金紅石具有冠狀退變反應(yīng)邊，主要由榍石、鈦鐵礦合金構(gòu)成，表明榴輝巖折返過(guò)程中的晚期退變質(zhì)作用會(huì)導(dǎo)致金紅石向榍石與鈦鐵礦轉(zhuǎn)變。因此，退變質(zhì)較弱榴輝巖更利于金紅石的富集，而退變質(zhì)較強(qiáng)的榴閃巖則不利于金紅石的保存。

黑河地區(qū)榴輝巖出露的規(guī)模較大，沿黑河沿岸連續(xù)出露500 余米，且保存了未發(fā)生退變質(zhì)或退變質(zhì)較弱的榴輝巖，這為榴輝巖型金紅石礦床形成一定規(guī)模提供了必要的物質(zhì)基礎(chǔ)。

因此，從成礦物源、成礦作用的物理化學(xué)條件、成礦的物質(zhì)基礎(chǔ)來(lái)看，在黑河地區(qū)具有良好的尋找榴輝巖型金紅石礦床的潛力。

5 結(jié)論

（1）金紅石微量元素Nb、Ta 最為富集，Zr、Hf 次之，Rb、Ba、Th、Sr、REE 元素含量則很低。據(jù)巖石Cr、Ni 含量分析認(rèn)為，榴輝巖、榴閃巖類原巖屬于變質(zhì)基性巖類，含藍(lán)晶石榴閃巖原巖屬于玄武質(zhì)凝灰?guī)r類，石榴多硅白云母片巖類原巖屬于泥質(zhì)巖類。

（2）黑河地區(qū)鎂鐵質(zhì)榴輝巖中金紅石Nb/Ta 比值均要高于其全巖Nb/Ta 比值，且變化較大。高Nb/Ta 比值載體礦物多硅白云母的存在導(dǎo)致了石榴多硅白云母片巖全巖Nb/Ta 比值高于金紅石Nb/Ta比值。

（3）金紅石Zr 含量溫度計(jì)在黑河地區(qū)榴輝巖研究中是適用的，獲得的峰期變質(zhì)階段金紅石形成溫度為578～605℃。

（4）黑河地區(qū)具有榴輝巖型金紅石礦床形成的物源基礎(chǔ)、物理化學(xué)條件以及物質(zhì)基礎(chǔ)，具有較好的找礦潛力。

［注 釋］

① 云南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院.2022.云南省瀾滄黑河地區(qū)謙邁蛇綠混雜巖綜合調(diào)查成果報(bào)告［R］.

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