富碱斑岩中超镁铁深源包体岩石的矿物学特征(刘显凡,刘家铎,阳

1、收稿日期:2001-12-27基金项目:中国地质调查局综合研究项目(编号:200110200046文章编号:1000-4734(200203-0289-07富碱斑岩中超镁铁深源包体岩石的矿物学特征刘显凡 刘家铎 阳正熙 张成江 吴德超 李佑国(成都理工大学,四川成都610059摘要:在云南省鹤庆县六合乡富碱斑岩体中找到超镁铁深源岩石包体,这对于研究富碱斑岩的起源和演化及其成岩成矿作用具有重要意义。本文较系统地研究了深源包体岩石的矿物学特征,揭示该深源包体具有原始上地幔岩在地幔条件下受到一定程度富集地幔流体交代作用改造的特征,具有富集地幔低程度部分熔融属性,为富碱斑岩的成岩成矿演化提供了重要的矿

2、物学依据。关键词:富碱斑岩;深源岩石包体;富集地幔;低程度部分熔融;矿物学特征中图分类号:P581;P588.15 文献标识码:A作者简介:刘显凡,男,1957年生,博士,教授,主要从事矿物学和矿床地球化学研究1扬子地台西缘紧邻青藏高原东缘,属于非常活跃的新生代陆内变形区,构造和深源岩浆活动极为发育。在滇西片区,以新生代富碱斑岩广泛发育为特征,并有多处产出深源包体,但大多风化蚀变或类型单一,唯有在鹤庆县六合乡霓辉正长斑岩体中的深源包体数量多,类型复杂,岩石新鲜。蔡新平1和邓万明等2,3认为该类深源包体为一套下地壳变质岩类。本次研究不仅同样找到了变质岩类包体,而且发现和确认了超镁铁原始地幔岩包体

3、的存在。本文重点分析和解剖具超镁铁岩特征的石榴透辉岩类深源包体的矿物学特征,为揭示富碱岩浆的起源演化及其成岩成矿的地球动力学机制提供了重要依据。1 包体岩石的岩相学特征石榴透辉岩类的矿物组合以辉石和角闪石为主,次为石榴子石和黑云母,副矿物主要见金红石和磁铁矿。辉石经X 射线粉晶衍射和化学分析鉴定为顽透辉石,角闪石经化学分析和晶体化学计算,再根据Leake 等4提出的最新角闪石分类方案鉴定为镁绿钙闪石质角闪石。镜下鉴定表明,矿物间的交生关系复杂且独特。顽透辉石被交代退变为绿色镁绿钙闪石质角闪石,可见被角闪石局部交代的具席勒构造的顽透辉石残余体(图1a,而交代形成的绿色角闪石仍保留原辉石的席勒构造

4、,组成席勒构造的不透明矿物为磁铁矿(图1b;由于交代作用使造岩矿物分布极不均匀,表现为石榴子石呈聚晶状,同时石榴子石中的微包裹体(主要是磁铁矿分布也极不均匀,呈蠕虫状、环状或流线状定向排列(图1c;组成石榴子石的端员矿物主要为铁铝榴石(40%50%,次为镁铝榴石(22%36%和钙铝榴石(15%22%;黑云母中,原生成因者为镁黑云母,交代成因者为金云母;副矿物金红石除呈分散微粒状较集中分布于聚晶状石榴子石中外,也以铁金红石变种呈聚晶状产出(图1d。这种石榴子石和金红石呈聚晶状产出的现象被认为是富集地幔的低程度部分熔融过程的难熔残留相特征5,6。在石榴子石、辉石和角闪石中,尤其在石榴子石中,常出现

5、磷灰石晶体的聚集,这些矿物的粒间出现填隙状的金云母和碳酸盐矿物,它们与交代成因的角闪石组合正是地幔流体交代作用的结果7。在绿色角闪石与透辉石的交织结构中可见透辉石具有明显的碎裂结构(图1a,这种碎裂结构被认为是地幔超镁铁岩的特征结构之一8。另外,在该类包体岩石中首次发现富钠微晶玻璃体,研究表明是地幔流体交代作用的产物9。第22卷 第3期2002年9月矿 物 学 报ACTA MINERALOGICA SINIC AVol.22.No.3Sept.,2002 图1 包体岩石的显微结构构造Fig. 1.The microte xtu re -s tru cture of deep -s ou rce

6、 xenolith s.a.被绿色角闪石局部交代的顽透辉石残留体,发育席勒构造和碎裂结构,(-2.52.5b.交代成因的绿色角闪石仍保留原顽透辉石的席勒构造,(-6.32.5c.石榴子石粒间深红色微粒金红石为磁铁矿包绕,(-162.5d.交代成因的铁金红石呈聚晶状产出,(-6.32.52 主要造岩矿物地球化学特征2.1 透辉石透辉石为包体岩石中最早结晶的矿物相,呈被角闪石交代的残余结构,化学成分(表1与金云角闪辉石岩类地幔捕掳体的单斜辉石11基本相似,只是前者Fe O 略高,后者TiO 2略高;若与乌干达西南部12,13、德国Eifel 裂谷14和美国环俄明州白榴石山15等地碱性镁铁质熔岩中的

7、含水辉石岩捕掳体中单斜辉石比较则十分相似,这一类单斜辉石被认为是源自地幔的高压单斜辉石。本文采用Mercier 16单辉石温压计计算,该透辉石的形成温度为1063.61207.7e ,压力为2.082.48GPa,如以0.1GPa 相当于3.3km 深度计算,该透辉石应形成于68.882.8km 深处,大于滇西地区地壳厚度(42km而小于软流圈顶面深度(89km15,其源区位于上地幔。在辉石成分类型图解(图2中,该透辉石投入非碱性区,但在辉石的成因图解(图3中,与所列三种成因的单斜辉石无关。结合透辉石发育的席勒构造,表明该非碱性透辉石为原始上地幔岩的组成矿物,与浅成低压辉石有本质区别,但由于在

8、其后的深部地质作用中受到一定程度的改造,使其与正常幔成区域分离,这种深部地质作用应是富集地幔流体交代作用及其导致的低程度部分熔融的过程。表1 石榴透辉岩类深源包体透辉石化学成分(%及晶体化学组成Table 1.Ch emical composi ti on (%and crystal chemi stry of diop sidesin d eep -source xen oli ths from garn et-d iopsid ites序号1234567SiO 251.1353.1152.6158.3151.4450.3252.35Ti O 20.320.230.290.280.140.2

9、10.20Al 2O 3 2.04 2.42 3.67 6.637.17 2.00 1.55CaO 24.1022.0222.8817.5110.8422.9523.46MnO 0.120.250.130.300.260.120.42MgO 12.3215.2113.939.6414.7411.4011.47Na 2O 0.580.670.80 3.47 1.530.990.63K 2O 0.030.000.010.030.120.000.10FeO 9.59 6.11 5.418.8413.789.369.51总量100.24100.0299.73100.0199.9997.3599.65原

10、子(离子数Si 1.91 1.95 1.94 1.96 1.90 1.93 1.97Ti 0.010.010.010.010.0040.010.012Al 0.090.110.160.290.310.090.07Ca 0.960.870.900.690.430.940.95Mn 0.0040.010.0040.010.010.0040.01Mg 0.690.830.760.530.810.650.64Na 0.040.050.060.250.110.070.05K 0.0010.000.000.0010.010.000.01Fe 3+0.120.130.010.030.000.110.03Fe

11、 2+0.180.150.160.240.430.190.27注:本文数据由中国科学院地球化学研究所电子探针室分析;全铁分解方法据郑巧荣10;序号57的数据引自文献1.290矿 物 学 报 2002年 图2 辉石化学成分类型图解(底图转引自文献18Fi g.2.Diagra m for chemical comp osition classi ficati on ofp yroxene s (qu oted from Wan g Kuiren18.Ñ1非碱性区 Ò1碱性区 Ó1 过碱性区图3 辉石的成因图解(底图转引自文献18Fig.3.Diagram for t

12、he genesi s of pyroxene s(q uoted from W ang Kui ren 18.Ñ1低压相区 Ò1Al-普通辉石 Ó1Cr-透辉石2.2 角闪石角闪石是石榴透辉岩的重要暗色矿物,在岩石中以交代透辉石的形式出现,属典型交代成因的绿色角闪石,化学成分测定和晶体化学计算结果见表2,按Leake 等4的分类方案,定名为镁角闪石-韭闪石,其Al 代Si 数量均大于1.5,在角闪石成因图解中位于由中酸性岩浆区向碱性岩浆区强烈过渡的接触变质成因区(图4,相对黄月华11的金云角闪辉石岩类地幔捕掳体的角闪石,SiO 2和Al 2O 3略高,TiO 2

13、、Ca O 和MgO 降低。Compton 21认为闪石中Al 对Si 的取代作用随温度升高而增加,也随SiO 2活度的降低而增加。结合表1、图4和岩相鉴定所反映的角闪石成分和特征,该类包体岩石的原始超镁铁质岩浆成分由于经历了碱质流体的强烈中和交代改造过程发生改变,造成角闪石镁质降低而向韭闪石过渡,原始岩浆区由中酸性向碱性过渡。表2 镁角闪石-韭闪石化学成分(%及晶体化学组成Table 2.Chemical comp osition (%and crystal chemis try of Mg -amp hib ole -p argasites i ndeep -source xenolith

14、 s from garne -t d iopsid ites序号8910111213141516171819SiO 240.2244.2346.2742.0843.0338.0745.0941.4938.4239.1441.0442.05Ti O 20.70 1.070.610.650.320.360.42 1.330.430.89 2.69 1.59Al 2O 314.6213.1410.469.1215.3316.3811.9216.2420.6817.7613.1213.77CaO 11.709.889.899.9010.1511.1910.6312.2110.9911.7710.809

15、.24M nO 0.330.030.140.370.510.210.280.000.230.250.270.00MgO 9.3814.4814.047.948.688.0810.9411.48 6.927.487.179.32Na 2O 1.76 2.23 2.35 2.56 2.67 2.87 2.53 3.53 2.05 1.30 1.95 2.60K 2O 2.51 1.36 1.27 1.810.41 2.670.39 1.15 2.85 2.96 2.39 1.47FeO 15.7710.5611.8122.1515.8516.8315.9911.2814.6317.5720.251

16、8.06总量96.9996.9896.9296.5896.9596.6498.1998.7197.2198.8299.6598.10原子(离子数Si 6.12 6.32 6.68 6.51 6.36 5.90 6.56 6.02 5.77 5.86 6.18 6.18Ti 0.080.120.070.080.040.040.050.150.050.100.300.18Al 2.62 2.21 1.78 1.66 2.67 2.99 2.04 2.78 3.66 3.14 2.33 2.39Ca 1.91 1.55 1.56 1.67 1.62 1.86 1.68 1.91 1.78 1.90

17、1.75 1.49Mn 0.040.0040.020.050.060.030.040.000.030.030.030.00Mg 2.13 3.08 3.02 1.83 1.91 1.86 2.37 2.48 1.55 1.67 1.61 2.04Na 0.520.630.670.780.770.860.72 1.000.600.380.570.76K 0.490.250.240.360.080.530.070.210.550.570.460.28Fe 3+0.210.550.440.000.340.000.410.000.240.240.260.61Fe 2+1.740.690.952.871

18、.582.191.501.371.541.902.211.56注:本文数据由中国科学院地球化学研究所电子探针室分析;全铁分解方法据殷俊等19;序号8,1318的数据引自文献11291第3期 刘显凡等:富碱斑岩中超镁铁深源包体岩石的矿物学特征 图4 角闪石成因三角图解(底图据文献20Fig.4.Diagram for the genesi s of amphib oles(from Ch eng Gu an gyu an et a l.20.Ñ.岩浆成因区; Ñ1.基性超基性岩 Ñ2.中性酸性岩Ñ3.碱性岩 Ò.接触变质成因区 Ó.区域

19、变质成因区2.3 黑云母石榴透辉岩中的黑云母为原始矿物相中较晚结晶的矿物,呈被角闪石交代的分散蚕食结构,并形成有交代成因的金云母矿物相,其化学成分见表3,在图5中主要位于镁黑云母区,部分向金云母区过渡,基本相似于金云角闪辉石岩类地幔捕掳体中的金云母11,相对寄主富碱斑岩中的黑云母富镁贫铁。镁黑云母主要表现为上地幔岩的原始组成矿物特征,而黑云母向金云母过渡表明该原始地幔岩包体受到了一定程度的富集地幔流体的交代作用改造, 导致富集地幔低程度部分熔融。图5 云母化学成分类型图解(底图据文献22Fi g.5.Di agram for the chemical comp osi tion classi

20、fication ofmicas (from Cheng Qi fen e t al.22.Ñ.金云母区 Ò.镁黑云母区 Ó.铁黑云母区表3 镁黑云母-金云母化学成分(%及晶体化学组成Table 3.Chemical comp osi tion (%an d crystal chemis try of Mg -bi oti te -phl ogopi tes i n d eep -source xen oliths from garnet-diopsi dites 序号20212223242526SiO 234.6537.3938.4037.6337.1639.7

21、539.15Ti O 2 3.62 2.64 1.56 3.54 1.59 2.50 2.69Al 2O 315.8015.8015.4617.5918.5217.3615.53CaO 0.060.260.240.050.180.000.00MnO 0.260.180.280.000.260.170.15MgO 15.8616.6316.6813.2914.8715.6415.24Na 2O 0.700.170.270.320.490.030.30K 2O 8.698.017.569.78 5.219.669.60FeO 15.6214.0515.2512.8917.5111.2511.58总

22、量95.2695.1395.7095.2595.7996.4598.24原子(离子数Si 5.21 5.49 5.61 5.54 5.40 5.69 5.57Ti 0.410.290.170.390.170.270.30Al 2.80 2.74 2.66 3.06 3.17 2.93 2.69Ca 0.010.040.040.010.030.000.00Mn 0.030.020.040.000.030.020.02Mg 3.56 3.64 3.64 2.92 3.22 3.34 3.34Na 0.210.050.080.090.140.010.09K 1.67 1.51 1.42 1.840.

23、97 1.77 1.81Fe 3+0.080.240.220.120.240.190.29Fe 2+1.891.491.641.471.891.161.13注:本文数据由中国科学院地球化学研究所电子探针室分析;成分中的全铁分解方法据郑巧荣10;序号25,26的数据引自文献1.2.4 石榴子石石榴子石是该深源包体的特征矿物,其含量变化于15%32%,在岩石中的分布极不均匀,可呈聚晶状产出,粒度较大,多呈玫瑰红色,聚晶状石榴子石多见含磁铁矿微包裹体,其分布也极不均匀。这种磁铁矿微包裹体的形成,与前述透辉石席勒构造的成因相同,为超镁铁岩浆作用的产物,但石榴子石的聚晶状和其中微包裹体的极不均匀分布则是

24、其后地幔流体交代改造的结果,而地幔流体的交代作用则可能引起地幔富集并发生低程度部分熔融。赵振华等5认为,当富集地幔发生低程度部分熔融时,其残留相可产生石榴子石和金红石的富集,由此可能造成原始上地幔岩中石榴子石和金红石的聚晶状分布(图1c 、d。所以,该深源包体中的石榴子石与透辉石类似,应为受到富集地幔流体交代作用一定程度改造的上地幔岩原始组成矿物。表4列出了石榴子石的成分,石榴子石的端员矿物和特征组分图解显示完292矿 物 学 报 2002年全相同的投点分布(图6,主体相当于Cole man 23划分的与超镁铁岩伴生的榴辉岩中的石榴子石(B 区,个别投入A 区,具有典型上地幔岩石榴子石特征,少

25、数投入C 区,这可能与该石榴子石遭受富集地幔流体交代作用改造而导致MgO 的亏损有关,这是由于MgO 是原始地幔与富集地幔成分差异的特征成分之一;该石榴子石主体分布于B 区也相当于Simon 等24研究Orapa 区(南非的含金刚石、石墨和刚玉榴辉岩中的石榴子石,而这些榴辉岩被认为是来自上地幔高温压相的产物。从柏林等25认为,自然界中有两类榴辉岩,一类是变质的,位于下地壳,另一类是深成的,形成于上地幔。两者石榴子石在图7中可明显分开,本区石榴透辉岩中的石榴子石基本投入幔源榴辉岩区,这表明,该石榴子石应为上地幔岩原始组成矿物,但不同程度地留下了富集地幔流体交代作用的印迹。表4 石榴子石化学成分(

26、%及晶体化学组成Tab le 4.Che mical composition (%and crys tal c hemi stry of garnets i n deep -source xen oli ths from garn e-t di op sidi tes序号272829303132333435SiO 238.2839.1439.6637.7938.4442.3039.0439.3539.55Ti O 20.160.080.030.150.13 1.060.200.210.10Al 2O 320.8921.2221.2921.9921.3521.5822.0322.9821.48C

27、aO 8.369.399.6011.7112.98 4.669.848.5311.40M nO 2.380.580.420.67 1.420.300.330.650.64MgO 5.488.238.7310.34 4.2719.6411.5310.13 5.99Na 2O 0.090.070.060.140.110.190.200.190.13K 2O 0.010.000.0040.030.010.000.000.030.00FeO 24.1920.9620.1017.0321.579.0616.4717.6520.46总量99.8499.6799.8999.85100.2898.8799.6

28、499.7599.70原子(离子数Si 2.98 2.99 3.01 2.83 2.97 3.05 2.91 2.95 3.04Ti 0.010.010.0020.010.010.060.010.010.01Al 1.92 1.91 1.91 1.94 1.95 1.83 1.94 2.03 1.95Ca 0.700.770.780.94 1.080.360.790.690.94Mn 0.160.040.030.040.090.020.020.040.04Mg 0.640.940.99 1.150.49 2.11 1.28 1.130.69Na 0.010.010.010.020.020.03

29、0.030.030.02K 0.0010.000.000.0030.0010.000.000.0030.00Fe 3+0.110.110.080.410.110.000.250.070.00Fe 2+1.471.231.200.661.280.560.781.041.34注:本文数据由中国科学院地球化学研究所电子探针室分析;全铁分解方法据郑巧荣10;序号3235的数据引自文献1 .图6 石榴子石端元矿物和特征组分图解(A 、B 、C 分区据文献23Fig.6.Diagram for end -me mber minerals and si gn ature c omp osi ti ons o

30、f garnet (A,B,C from Coleman 23.Al m.铁铝榴石 Spe.锰铝榴石 Pyr.镁铝榴石 And.钙铁榴石 Gro.钙铝榴石293第3期 刘显凡等:富碱斑岩中超镁铁深源包体岩石的矿物学特征294 矿 物 学 报 2002 年 母富镁贫铁并向金云母过渡( 图 5 ; ¾石榴子石 含磁铁矿微包裹体( 图 1c ; ¿ 石榴子石的幔源成 因特征; ( 2 岩石中大量出现的角闪石为地幔流体交 代作用的产物, 主要依据有: ¹ 岩相鉴定中矿物的 交生关系; º Al 代 Si 数量大于 1. 5( 表 2 ; » 镁角 闪石

31、向韭闪石过渡( 表 2 ; ( 3 地幔流体交代作用还突出地表现在: ¹ 石 榴子石和金红石呈聚晶状产出( 图 1c、 ; º 交代 d 图 7 石榴子石成因图解( 底图据文献 25 Fig. 7. Diagram for the genesis of garnet ( from Cong Bailin et al. 25 . ZC 线之上为幔源榴辉岩区, ZC 线之下为壳源榴辉岩区 过程中造成部分富镁原生石榴子石的 MgO 亏损; » 超镁铁岩浆作用形成的磁铁矿微包体分布极不 均匀( 图 1c ; ¼ 填隙状的金云母和碳酸盐矿物与 交代成因的角闪石组合

32、; ½ 石榴透辉岩类包体岩 石中的富钠微晶玻璃体。正是这种地幔流体交代 作用, 形成于原始地幔的石榴透辉岩类受到一定 程度交代改造而转入富集地幔的低程度部分熔融 环境, 进而被富碱岩浆捕掳携带至地壳中。 致谢: 本文研究 得到 中国 科学 院地 球化 学研 究所 涂光 炽 院士、 胡瑞忠研究员、 高振敏研 究员、 战新 志研究员 、 朝 李 阳研究员和刘 家军 研究 员 等的 帮助 和指 导, 在此 表示 衷 心感谢! 3 结 论 ( 1 本区富碱斑岩中石榴透辉岩类深源包体 中的透辉石、 镁黑云母和石榴子石为超镁铁岩原 始组成矿物, 主要标志有: ¹ 交代成因的绿色角闪 石

33、和被交代的透辉石残留体仍保留超镁铁岩浆作 用的席勒构造( 图 1a、 ; º 透辉石温压计算结果 b 为上地幔深度; » 透辉石非碱性的上地幔成因( 图 2 ; ¼ 包体岩石的特征碎裂结构( 图 1a ; ½ 黑云 参考文献 1 2 3 4 蔡新平. 扬子地台西缘新生代富碱斑岩中的深源包体及其意义 J . 地质科学, 1992, 27( 2 : 183 189. 邓万明, 黄萱, 钟大赉. 滇西金沙江带北段的富碱斑岩及其与板内变形的关系 J . 中国科学( D , 1998, 28( 2 : 111 117. 邓万明, 黄萱, 钟大赉. 滇西新生代富碱斑

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