福建淮南31號脈綠柱石成因分析

福建淮南31號脈綠柱石成因分析

綠色柱石是最常見的含鋯靶礦，分布在珍貴的金屬花崗巖和花崗巖上。例如，鉀含量的變化對闡明地球化學(xué)（ceny，1975）具有重要意義。目前,對稀有金屬花崗巖或花崗偉晶巖中綠柱石的研究主要是針對其微量化學(xué)成分和內(nèi)部構(gòu)造等(Aurisicchioetal,1988;Hawthorneetal,2002;?erny,2002;?ernyetal,2003;Wangetal,2009)。福建南平31號花崗偉晶巖脈是南平地區(qū)重要的偉晶巖之一,以稀有金屬元素Ta,Nb,Sn,Be,Li,Cs等高度富集為特征,形成了復(fù)雜的稀有金屬成礦作用,一系列Nb,Ta和Sn等稀有金屬礦物及其共生組合反映了偉晶巖脈復(fù)雜的巖漿-熱液演化過程(1)。在此值得一提的是,Be在31號脈中的地球化學(xué)行為也是很復(fù)雜的,鈹?shù)V物不僅分布廣泛,而且種類也繁多,但主要的鈹?shù)V物仍是綠柱石。楊岳清等(1997)描述了南平地區(qū)花崗偉晶巖中綠柱石的化學(xué)成分、結(jié)構(gòu)、產(chǎn)狀與共生組合等,特別是對分布不同類型偉晶巖脈中的綠柱石的分布進(jìn)行了報(bào)道。然而,前人未對南平31號花崗偉晶巖脈中綠柱石的化學(xué)成分進(jìn)行過系統(tǒng)的分析。本文利用電子探針和背散射電子成像技術(shù)對南平31號花崗偉晶巖脈中綠柱石的化學(xué)成分、內(nèi)部構(gòu)造以及共生組合進(jìn)行系統(tǒng)微區(qū)研究,進(jìn)而探討綠柱石形成的環(huán)境條件和演化過程。1白云母-鈉長石-鋰輝石型偉晶巖iii型南平位于中國福建西北部,大地構(gòu)造處于閩西北隆起帶與閩西南拗陷帶交界處靠北東向的政和—大埔斷裂帶一側(cè)。目前區(qū)內(nèi)已查明偉晶巖脈500余條,分布面積約250km2。總體上,南平偉晶巖呈透鏡狀,沿北北東展布,脈體長幾m~數(shù)百m,厚幾十cm~幾十m,脈群(組)長幾百m至1300m,厚達(dá)58m。楊岳清等(1987)將南平花崗偉晶巖分為4種類型:白云母-鉀長石-鈉長石(早)型偉晶巖(I型)、白云母-鈉長石-鉀長石型偉晶巖(II型)、白云母-鉀長石-鈉長石型偉晶巖(III型)和白云母-鈉長石-鋰輝石型偉晶巖(IV型)。空間上,I型偉晶巖離花崗巖較近,IV型偉晶巖較遠(yuǎn)。南平31號花崗偉晶巖屬于白云母-鈉長石-鋰輝石型偉晶巖(IV型)。南平31號花崗偉晶巖脈位于西坑溪源頭南礦段中部,是南平花崗偉晶巖中分異程度最好的巖脈。脈體以透鏡狀為主,呈北北東走向,長300~600m,厚5~6m,寬90m,侵入到中-新元古界萬全巖群下峰巖組的片巖和變粒巖中。巖脈內(nèi)部礦物組合較復(fù)雜,帶狀構(gòu)造較為明顯。根據(jù)巖石結(jié)構(gòu)特征和礦物組合特征,巖脈由邊緣到中央分為5個共生結(jié)構(gòu)帶(圖1):I帶主要由石英(40~60vol%),白云母(30~40vol%)和鈉長石(10~25vol%)組成,構(gòu)成一個不連續(xù)的薄殼分布于脈體邊緣,稀有金屬礦物主要有錫石、鈮鐵礦族礦物、鋯石和綠柱石;II帶以糖粒狀鈉長石為典型特征,呈不連續(xù)分布于I帶中或與IV帶呈直接接觸,II帶進(jìn)一步可分為IIa和IIb兩個亞帶,其中IIa帶主要由糖粒狀鈉長石組成(>90vol%),IIb主要由石英(10vol%)、鈉長石(30vol%)和綠色白云母(50vol%)組成,大量暗色礦物如錫石、鈮鐵礦族礦物、錫錳鉭礦等出現(xiàn)在IIa和IIb之間的過渡帶內(nèi);III帶主要由薄片狀鈉長石和石英組成,鋰輝石出現(xiàn)在III帶內(nèi)側(cè),有少量的白云母、磷鋰鋁石和鉀長石,共生的副礦物主要有鈮鐵礦族礦物、錫錳鉭礦、錫石、重鉭鐵礦、細(xì)晶石、鋯石和綠柱石;IV帶位于巖脈的中部,主要由粗粒石英、鋰輝石和磷鋰鋁石組成,其中鋰輝石常被熱液蝕變,磷鋰鋁石被磷酸鹽所交代,大量Nb,Ta和Sn礦物以及綠柱石出現(xiàn)在塊狀石英和鋰輝石中;V帶主要由塊狀石英和鉀長石組成,稀有金屬礦物較少見。2元素的測量及測量條件綠柱石的化學(xué)成分測定和背散射電子像觀察是在南京大學(xué)成礦作用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室電子探針室完成,所用的電子探針型號為JEOLJXA-8100M。定量化學(xué)成分分析的工作條件為:加速電壓15kV,加速電流20nA,束斑直徑小于1μm,所有測試數(shù)據(jù)都進(jìn)行了ZAF處理,元素的特征峰測量時間為20s,背景測量時間為10s。所用標(biāo)樣:鈉長石(Si)、鐵橄欖石(Mn)、角閃石(Na,Mg,Fe,Al,Ca,K)和銫沸石(Cs)。綠柱石的晶體化學(xué)式以6個硅原子為基礎(chǔ)計(jì)算,由于電子探針不能對Li和Be進(jìn)行定量測定,Li2O和BeO的含量根據(jù)Li=Na+K+Rb+Cs和Be=3-Li計(jì)算所得(Wangetal,2009)。3巖脈中礦物共生組合在南平31號花崗偉晶巖脈中,綠柱石分布不均,以不同的產(chǎn)狀和礦物共生組合分布于I~IV帶。背散射電子像觀察以及電子探針成分分析表明,南平31號花崗偉晶巖脈中的綠柱石可分為原生綠柱石和晚期綠柱石。本文針對原生綠柱石和晚期綠柱石進(jìn)行了相關(guān)研究。3.1綠色柱石3.1.1iii帶原生綠柱石的產(chǎn)狀在南平31號偉晶巖中,原生綠柱石在不同結(jié)構(gòu)帶中表現(xiàn)出不同的礦物學(xué)特征?？傮w上,原生綠柱石的晶形較好,主要分布于巖脈的外部結(jié)構(gòu)帶中,與造巖礦物石英、白云母、鈉長石和鋰輝石等礦物共生。I帶原生綠柱石主要有兩種產(chǎn)狀:一種呈自形-半自形,顆粒大小在10~200μm之間,分布于石英中,可見磷灰石沿其裂隙充填(圖2a),部分原生綠柱石與硅鈹石共生,背散射電子像下,原生綠柱石的亮度具有一定的變化;另一種產(chǎn)狀為綠柱石顆粒分布于白云母中,顆粒大小在10μm左右,少量原生綠柱石被硅鈹石交代。II帶原生綠柱石較多,但顆粒較小,同時礦物共生組合比較復(fù)雜。根據(jù)其分布與礦物共生組合特征,II帶原生綠柱石具有3種產(chǎn)狀:第一種與硅鈹石、磷鈹鈣石、藍(lán)柱石和磷灰石等礦物共生,分布于糖粒狀鈉長石晶間或糖粒狀鈉長石與白云母晶間的磷酸鹽團(tuán)塊中,顆粒比較小,一般在10~30μm之間,原生綠柱石主要位于磷酸鹽團(tuán)塊的邊緣;第二種呈分散顆粒,粒徑大小在10~120μm之間,分布于糖粒狀鈉長石晶中(圖2b)或糖粒狀鈉長石與白云母晶間,背散射電子像下,部分原生綠柱石具有較弱的環(huán)帶構(gòu)造(圖2c),同時出現(xiàn)鈉長石或細(xì)鱗白云母沿原生綠柱石的邊緣進(jìn)行交代;第三種原生綠柱石沿白云母解理縫分布(圖2d),寬約10μm左右,長約300μm,部分被鈉長石和白云母交代。III帶的原生綠柱石相對II帶變少,主要有兩種產(chǎn)狀:一種顆粒較大,粒徑大小在50~700μm之間,分布于葉鈉長石中,晚期的細(xì)鱗白云母和石英沿原生綠柱石的裂隙交代;一種顆粒較小,粒徑在10~40μm之間,分布于鋰輝石中。3.1.2綠柱石的化學(xué)成分I—IV帶原生綠柱石的成分分析表明,除主要成分SiO2,Al2O3和BeO外,原生綠柱石還含F(xiàn)e2+,Mn,Mg,Ca,Na,K和Cs等元素(表1)。原生綠柱石主要成分SiO2,Al2O3和BeO的含量變化比較小,分別在62.94%~68.44%,17.03%~18.82%和11.52%~13.71%的范圍變化。其它元素主要以堿金屬元素(Na,Cs)和鐵鎂質(zhì)元素(Fe,Mg)為主,在不同的結(jié)構(gòu)帶中,這些元素的含量存在一定差異。I帶中FeO,MgO,Na2O和Cs2O的含量分別在0~0.28%,0~0.28%,0.2%~0.87%和0~0.52%之間變化,平均值分別0.11%,0.14%,0.57%和0.15%。對應(yīng)于背散射電子像的亮度變化,原生綠柱石較亮的區(qū)域Na2O和Cs2O的含量相對較高。II帶糖粒狀鈉長石晶間和白云母中的原生綠柱石的化學(xué)成分相近,其FeO,MgO,Na2O和Cs2O的含量分別在0~0.28%,0~0.28%,0.62%~1.19%和0~0.63%之間變化,平均值分別0.09%,0.11%,0.87%和0.36%。原生綠柱石較弱的環(huán)帶構(gòu)造主要體現(xiàn)FeO和MgO含量的變化,中心部分相對富Fe和Mg。III帶葉鈉長石中原生綠柱石的FeO,MgO,Na2O和Cs2O含量分別在0~0.13%,0~0.55%,0.17%~1.37%和0.11%~3.92%之間變化,平均值分別0.03%,0.13%,1.03%和1.42%,而鋰輝石中原生綠柱石的FeO,MgO,Na2O和Cs2O含量均較低,最高為0.08%,0.1%,0.24%和0.18%。在IV帶中,石英中原生綠柱石的FeO,MgO,Na2O和Cs2O含量分別在0~0.18%,0~0.47%,0.15%~1.23%和0~3.52%之間變化,平均值分別0.09%,0.07%,0.72%和1.73%。相對于石英中的原生綠柱石,鋰輝石中原生綠柱石的FeO和MgO含量較高,最高為0.28%和0.89.%,而Na2O和Cs2O含量比較低,分別在0.43%~0.97%和0.06%~0.32%之間。原生綠柱石中MnO,K2O和CaO的含量均低于0.25%,少數(shù)低于檢測限。將所測原生綠柱石數(shù)據(jù)分別投影在(Na2O+Cs2O)—(FeO+MgO)圖上(圖3),圖3表明南平31號花崗偉晶巖脈中原生綠柱石的堿金屬元素和鐵鎂質(zhì)元素含量呈一定規(guī)律性變化,總體來說,I帶和II帶綠柱石Fe,Mg含量較高,而III帶和IV兩個帶的綠柱石堿金屬含量相對較高,Na2O+Cs2O含量最高達(dá)5.14%。3.2不同產(chǎn)狀的晚期綠柱石背散射電子像觀察和電子探針成分分析表明,晚期綠柱石主要出現(xiàn)在III帶和IV帶原生綠柱石的邊緣或裂隙中。相對于原生綠柱石,晚期綠柱石較少,有兩種產(chǎn)狀:第一種顆粒較大,粒徑在50~200μm之間,分布于原生綠柱石的邊緣,圖4a,b顯示III帶中晚期綠柱石與原生綠柱石伴生,分布于葉鈉長石中,背散射電子像下,原生綠柱石較亮,而晚期綠柱石較暗,圖4b還表明部分晚期綠柱石沿原生綠柱石的裂隙進(jìn)行充填;第二種呈不規(guī)則狀或脈狀,沿裂隙交代原生綠柱石,主要出現(xiàn)在III帶和IV帶的部分原生綠柱石中。圖4b-d是III帶和IV帶原生綠柱石中典型交代構(gòu)造,晚期綠柱石沿原生綠柱石的裂隙或孔隙度較大的部位分布(圖4b),部分次生綠柱石具有一定的方向性,可能是沿解理方分布(圖4c)。少量次生綠柱石呈不規(guī)則細(xì)脈狀,沿原生綠柱石微小裂隙分布,脈寬在10μm左右,在細(xì)脈中有少量的空洞(圖4d)。電子探針成分分析結(jié)果表明(表2),相對共生的原生綠柱石,晚期綠柱石貧Na和Cs,尤其是貧Cs。然而,不同產(chǎn)狀的晚期綠柱石的堿金屬元素和鐵鎂質(zhì)元素含量具有一定的差異。第一種產(chǎn)狀晚期綠柱石的Cs2O和Na2O含量分別在0.32%~0.91%和0.76%~1.37%之間變化,FeO和MgO的含量分別在0~0.13%,0.07%~0.55%。第二種產(chǎn)狀的晚期綠柱石FeO,MgO,Na2O和Cs2O含量分別在0~0.18%,0.04%~0.47%,0.15%~0.67%和0~0.33%之間。圖3表明晚期綠柱石的Cs2O+Na2O含量均比相鄰原生綠柱石低,FeO和MgO的含量較高,第一種產(chǎn)狀比第二種產(chǎn)狀晚期綠柱石Na2O和Cs2O含量高。4討論4.1植物成因類型及地球化學(xué)特性綠柱石是花崗偉晶巖中最重要的副礦物之一,其結(jié)晶可以遍及整個巖漿-熱液演化過程,然而,受結(jié)晶環(huán)境的物理化學(xué)條件以及熔體-熱液的成分影響,綠柱石的化學(xué)成分變得較為復(fù)雜,主要體現(xiàn)在微量元素含量的變化(?erny,2002)。前人對花崗偉晶巖以及偉晶巖中綠柱石的化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)作了詳細(xì)分析,其晶體化學(xué)特征比較復(fù)雜,Li+主要替代[BeO4]四面體中的Be2+,而Na+,Cs+,Rb+,OH-,Ca2+,K+等大半徑離子分布于綠柱石結(jié)構(gòu)通道中,補(bǔ)償Li+替代Be2+的電荷不平衡,[AlO6]八面體中的Al主要由Fe,Mg,Mn等元素置換(Hawthorneand?erny,1977;Sherriffetal,1991;Artiolietal,1993;HawthorneandHuminicki,2002;?erny,2002;?ernyetal,2003)。南平31號花崗偉晶巖脈中原生綠柱石主要分布于造巖礦物(石英、白云母、鈉長石、鋰輝石等)中,形成于巖漿早期階段,常被晚期石英、鈉長石、磷灰石、白云母交代。電子探針成分分析結(jié)果表明南平31號花崗偉晶巖脈中的原生綠柱石除含SiO2,Al2O3和BeO主要化學(xué)成分外,還含Li,Na,Cs,Fe和Mg等元素。然而,綠柱石的堿金屬元素和鐵鎂質(zhì)元素含量在本區(qū)巖脈各個結(jié)構(gòu)帶中呈一定的規(guī)律變化?？傮w上,從I帶至IV帶,原生綠柱石的FeO+MgO含量逐漸降低,Li2O和Na2O+Cs2O含量逐漸升高,尤其是Cs2O含量的變化比較大,即由貧堿綠柱石向富堿綠柱石演化(表1,圖3)。I帶原生綠柱石的FeO+MgO含量最高為0.55%,III帶和IV帶原生綠柱石Na2O和Cs2O含量最高為1.37%和3.92%。特別值得指出的是,III帶和IV帶部分原生綠柱石的FeO+MgO含量比較高,最高為1.01%,Na2O+Cs2O含量較低,最低為0.31%,而這些原生綠柱石分布于III帶和IV帶造巖礦物鋰輝石中(圖2e,f),說明其結(jié)晶較早。稀有金屬偉晶巖以及花崗偉晶巖中綠柱石的地球化學(xué)演化特征表現(xiàn)為堿金屬元素的含量逐漸升高,鐵鎂質(zhì)元素的含量逐漸降低(Beus,1966?erny,1975;?ernyetal,2003;NeivaandNeiva,2005)。南平31號花崗偉晶巖綠柱石的地球化學(xué)特征表明,從巖脈的外部結(jié)構(gòu)帶向內(nèi)部結(jié)構(gòu)帶,原生綠柱石堿金屬元素的含量逐漸升高,鐵鎂質(zhì)元素的含量逐漸降低,體現(xiàn)巖漿的正常結(jié)晶分異作用(Wangetal,2009)。4.2熱液流體作用對綠柱石形成的控制在花崗偉晶巖的熔體-熱液演化過程中,綠柱石的結(jié)晶主要受溫度和壓力的控制(Barton,1986)。除此之外,綠柱石的在熔體中的穩(wěn)定性還受熔體中Si,Al的活度以及其它組分如Li,B,P,F,Rb,Cs等的影響(Evensenetal,1999)。隨著偉晶巖熔體的成分以及溫度的變化,Be離子活度的微小變化將會改變綠柱石的結(jié)晶行為(LondonandEvensen,2002)。在大部分造巖礦物中,Be具有高度不相容性,非常容易進(jìn)入花崗質(zhì)殘余熔體中,并在花崗偉晶巖的演化晚期或巖漿-熱液體系中得以高度富集。因而,在花崗偉晶巖熔體在基本固結(jié)階段,可能存在富Be的殘留的熔體和熱液流體沿巖石的構(gòu)造裂隙結(jié)晶,同時也可能對原先礦物的結(jié)構(gòu)構(gòu)造進(jìn)行改變(楊岳清等,1997)。在南平31號花崗偉晶巖脈中,原生綠柱石結(jié)晶相對較早,主要與造巖礦物石英、鈉長石、白云母和鋰輝石等礦物共生。因而,綠柱石之間或綠柱石與其它礦物之間的化學(xué)再平衡主要與熱液流體作用有關(guān),這種熱液流體通常沿III帶和IV帶原生綠柱石的裂隙或邊緣結(jié)晶形成晚期綠柱石。圖4a,b表明晚期綠柱石疊加于早期的綠柱石之上生長,可能是殘留的富Be熔體-熱液沿早期綠柱石的邊緣結(jié)晶而成,同時,晚期綠柱石沿原生綠柱石裂隙形成細(xì)脈。背散射電子像下,晚期綠柱石細(xì)脈較暗,寬約幾個微米,長一百微米左右,與邊緣的晚期綠柱石相連(圖4b),這很可能說明在III帶中晚期綠柱石是在偉晶巖的巖漿-熱液演化的過渡階段結(jié)晶的。III帶中,原生綠柱石與晚期綠柱石的界線清楚,主要體現(xiàn)在Na2O和Cs2O的含量變化上,相對于原生綠柱石,晚期綠柱石的Na2O和Cs2O較低。隨著溫度的降低,晚期熱液流體越來越豐富,它們沿原生綠柱石的裂隙、解理或孔隙度較大的部位進(jìn)行交代,形成脈狀、不規(guī)則的晚期綠柱石。圖4c表明IV帶中晚期綠柱石是原生綠柱石受到強(qiáng)烈的熱液流體交代作用的產(chǎn)物,而圖4d則是熱液流體沿原生綠柱石的內(nèi)部裂隙交代,形成晚期綠柱石細(xì)脈,細(xì)脈寬約10μm,長幾百