西藏晋西南缘早白垩世喷雾干燥矿区中碳酸盐岩成矿阶段与矿物家族

西藏晋西南缘早白垩世喷雾干燥矿区中碳酸盐岩成矿阶段与矿物家族

四川美姑火山岩的神圣玉石位于海拔约4000米的毛洛木觉山南侧的山脊上（图1）。这是2003年当地彝族牧师意外发现的。水晶矿有3种类型:第1种为产出在玄武岩气孔或晶腺中的紫晶;第2种类型为产出在玄武岩的层间滑动裂隙或晶洞中的浅色、乳白色、无色水晶;第3种类型为产出在火山碎屑岩的晶洞中的玉髓与玛瑙。根据现有资料,对产出在峨眉山玄武岩与火山碎屑岩中的水晶矿的矿物组成及成矿作用的热液活动演化特征研究未见有报道。笔者在水晶矿的地质产出基础上,利用扫描电镜(SEM)、激光拉曼光谱分析、流体包裹体的测温及盐度分析等测试技术对水晶矿的矿物组成及成矿作用的特征进行了较为系统全面的研究。1围岩地层类型矿床位于四川美姑县的讷普,水晶矿产于上二叠统峨眉山玄武岩(P2β)中。围岩地层:下部为下二叠统(P1)碳酸盐岩,上部为上二叠统(P2x)硅质岩夹泥岩、粉砂岩。玄武岩总体上呈北东向展布(图1),据野外地质产出和镜下研究,矿区玄武岩由杏仁半玻晶玄武岩熔岩与火山碎屑岩组成。1.1玄武石化学成岩据野外和镜下研究,玄武岩为典型的玻晶交织和间隐结构(照片1),由自形条板状斜长石搭成三角架,其间被隐晶质、玻璃质、它形粒状橄榄石和辉石充填。斜长石的大小为(0.20～0.30)mm×(0.015～0.035)mm,辉石的粒径约0.1～0.2mm,橄榄石为0.08～0.25mm。斑晶的成分与基质基本相同,但自形程度要好些,为自形、半自形晶,斑晶大小:斜长石(1.0～1.2)mm×(1.8～4.8)mm;辉石(0.3～0.7)mm×(0.2～0.4)mm;橄榄石(0.17～0.5)mm×(1.3～4.5)mm。在基质中普遍见有条板状的镜铁矿(照片1),大小为(0.15～0.25)mm×(0.01～0.015)mm。斜长石、玻璃质、橄榄石、辉石、镜铁矿的含量分别为40%～55%、20%～50%、10%～25%、5%～20%、5%～10%。在薄片中普遍见有气孔构造,气孔直径在1～1.2mm,气孔的中心部位被绿泥石、边缘则被球粒状绿纤石充填。玄武岩中普遍发育有气孔、杏仁体、晶腺等由火山作用所形成的气孔构造,它们都被后期的紫水晶、绿帘石等矿物所充填。玄武岩中的斜长石部分绿帘石化,橄榄石普遍伊丁石化,辉石的绿帘石化,玻璃质、隐晶质的绿泥石化、绿纤石化等是后退构造变质热液蚀变作用的产物,岩石的铁染较明显。研究表明矿区的玄武岩应为喷发旋回顶部的表面熔岩的产物,条板状镜铁矿是火山升华作用的产物。在玄武岩中至少发育有两组节理,其走向分别为145°～325°、60°～240°。1.2气孔构造及碎屑物特征在矿区发育有火山碎屑岩,碎屑物主要由半玻晶玄武岩的岩屑(照片2)、绿帘石及斜长石晶体的晶屑(照片3)组成,胶结物主要有火山喷发的弯曲长针状微晶斜长石、玻璃质及大量的赤铁矿,并密集分布有许多的气孔、杏仁体、气泡、气孔柱等气孔构造,这些气孔由后期变质热液的绿帘石、赤铁矿、玉髓、石英所充填,有些较大的气孔中见有鹅蛋大小的玛瑙(照片4)。根据野外产出及镜下研究,碎屑物及气孔中普遍见第2成矿阶段的绿帘石及杏仁半玻晶玄武岩中的条板状斜长石晶屑。表明火山喷发作用是在水晶矿的第2成矿阶段之后。2罗伯塔矿物的组成和性质2.1红蓝色水晶红矿产地熔岩表面的玄武岩中有大量的气孔、晶腺等气孔构造,多数气孔或晶腺的洞壁上产出紫水晶。紫水晶有2种类型:第1种是只显示出顶端菱面体锥状的淡紫色水晶(照片5);第2种是有明显“三色”构造层的水晶(照片6),当地人俗称“中国红”,即内部为第1种类型的淡紫色水晶,外部为无色透明的水晶层,在无色与紫色层之间夹一层极薄(0.08～0.12mm)的红棕色并与晶体的菱面体单形晶面相平行的间歇层。夹层的底面,即内部紫水晶的菱面体的晶面上分布有各种形状的溶蚀坑(照片7),在溶蚀坑中充填有具圈层构造的球粒(Φ=0.25～0.32mm),即外表为红棕色赤铁矿而内部为钢灰色的镜铁矿球粒(照片7),无色层水晶(厚度为3.2～3.8mm)中包裹有自形条板状绿帘石晶体(照片6)。镜下研究表明,产出在气孔或晶腺中的矿物结晶顺序为:淡紫色水晶→红棕色铁的氧化物与钢灰色镜铁矿球粒夹层→条板状绿帘石与R型无色水晶。紫水晶为矿区最初结晶的,其特点是淡紫色水晶的内部无基性熔岩中被溶蚀的条板状镜铁矿包裹体。2.2电极形貌及矿物组成玄武岩的裂隙包括节理、层间错动、构造所产生的裂隙或晶洞。产出的矿物种类有水晶、黝帘石、绿帘石、赤铁矿、镜铁矿、针铁矿等矿物,同一矿物种往往形成多个世代,是多次变质热液活动的演化结果。水晶的形成至少经历了4个世代的演化过程。第一世代条带状水晶,产出在裂隙或晶洞壁部位,晶体的特征是呈锥状体,锥体的顶部发育大菱面体R及小菱面体r,而六方柱单形晶面m几乎不发育或缺失。在晶体的内部出现有多个平行菱面体单形晶面的间歇层,在间歇层面上分布有黑色和红色的赤铁矿球粒,在两间歇层之间生长有近于垂直菱面体单形晶面的针状、棒状、钟乳状的管(照片8),扫描电镜研究表明,这些管是由中空的圈层构造的镜铁矿(内圈)及外圈赤铁矿组成。晶体的第一间歇层内部有玄武岩中的条板状镜铁矿包裹体,这些镜铁矿的边缘常被溶蚀成不规则的形态,如锯齿状或蜈蚣脚状(照片8)。第二世代水晶常生长在第一世代水晶的基底上,晶体为浅色透明且几何外形较规则的柱状晶体(照片9)。晶体的菱面体单形晶面(R、r)及六方柱单形晶面(m)大致发育相近,大菱面体面R与小菱面体面r也几乎发育相当,在晶体的内部无玄武岩中的条板状的镜铁矿包裹体,但在晶体的内部发育一组相互平行且与菱面体面斜交的裂隙面,这些裂隙面有些是亮黄色的黝帘石,其特征非常典型。第三世代为乳白色雾状柱状水晶,它与第一世代浅草绿色自形方板状绿帘石呈晶簇共生产出,水晶晶体较小且锥顶常常缺失或生长中断,晶体内部呈雾状分布乳白色气泡,这种现象越近晶体的根部越明显。第四世代为无色纯净透明的R型水晶,即晶体中有一个菱面体面特别发育,而其他菱面体面发育较差或几乎不发育,它们与柱面m组合形成向一个方向倾斜的柱状、长柱状晶体(照片10),它与板状绿帘石晶体共生在一起,从而形成具有极高欣赏价值和研究价值的矿物集合体,该世代水晶也是矿区质量最好的水晶。根据野外地质产出及镜下研究,从裂隙或晶洞壁往晶洞中心,矿物的晶出顺序为:含有多个间隙层锥状水晶与球粒状及针状、棒状镜铁矿→几何外形较规则的浅色柱状水晶→乳白色雾状柱状水晶与浅草绿色自形方板状绿帘石→无色纯净透明的R型水晶与板状绿帘石晶体。在晶洞中心往往产出有结晶极好的无色纯净透明的R型第四世代水晶与板状绿帘石晶体的共生组合(照片10)。2.3圈层构造型火山碎屑岩中的矿物产出有两种类型。一种是产出在晶洞或大的气孔中,有鹅蛋形玛瑙,在玛瑙的表面依次分布有绿帘石、蓝绿色的绿纤石、赤铁矿,其内部为圈层构造并略带粉色的玉髓(照片4);还有钟乳状暗绿色自形绿帘石晶体的晶簇,其内部为暗红色赤铁矿。第二种类型则呈脉状、细脉状产出,具晶腺状或圈带状构造,从脉壁往脉中心依次为黄绿色绿帘石、石英、鲜红色赤铁矿、玉髓。根据野外地质产出及镜下薄片研究,矿物晶出的顺序分别为暗绿色自形绿帘石、暗红色赤铁矿、黄绿色绿帘石、绿纤石、鲜红色赤铁矿、玉髓、玛瑙等。2.4气液包裹体的组成根据水晶晶体中的流体包裹体的均一温度及激光拉曼光谱分析结果(表1与图2),水晶矿的结晶温度属低温热液成矿(150～190℃),气液比5%～10%,成矿流体的盐度w(NaCl)=5.7%～13.2%,其中第1成矿阶段的紫晶盐度最高,可达13.2%,而第2成矿阶段的水晶盐度较低,为6%,气液包裹体主要由H2O、SO2及微量的CH4组成。3蚀变作用为成矿物质提供了重要条件半玻基玄武岩在后期的构造应力作用下,所产生的热水溶液对岩石中的斜长石、橄榄石、辉石、镜铁矿等矿物进行热液蚀变或溶蚀,使斜长石绿帘石化、橄榄石伊丁石化、辉石绿帘石或绿泥石化、基质玻璃普遍绿泥石化及绿纤石化(照片1)、条板状赤镜矿遭到溶蚀或氧化和水化。根据文献,玄武岩中未变质的斜长石、辉石的SiO2含量约55%,它们蚀变为绿帘石时,其SiO2含量约为35%。因此,斜长石、辉石蚀变成绿帘石时,除部分SiO2参加绿帘石形成外,剩余SiO2则转入蚀变热液中,显而易见随蚀变作用不断进行与深入,转入热水溶液的SiO2的含量也不断增加,同时FeO的含量也增多,并含有一定量的CaO。这些由蚀变作用形成的含铁、钙的二氧化硅溶液,在其后的火山喷发作用所形成的火山碎屑岩与热液活动的叠加作用下,为矿区的水晶矿床的成矿作用提供了物质基础,这些物质随成矿作用的物理、化学条件的变化,成矿溶液也发生相应的演化,从而形成矿区不同成矿阶段的矿物种类和同种矿物的不同世代。根据矿区的矿物种类、共生组合及空间地质产出特征与镜下研究,矿区的成矿作用可划分出3个不同的成矿阶段。3.1紫晶的溶蚀坑第1成矿阶段是矿区最初发生的成矿作用,在玄武岩的气孔中、气孔壁中产出的淡紫色具紫水晶(照片5),部分气孔中产出的紫晶具“三色层”,即内部的紫晶与外部的无色水晶层之间夹有红棕色的间隙层,在间隙层中产出具有圈层构造赤铁矿球粒(照片6)与溶蚀坑(照片7)。表明成矿初期的紫晶是在环境条件相对稳定、成矿溶液含少量铁的SiO2的弱还原、弱碱性条件下形成的产物。随紫晶不断晶出,含矿溶液的饱和度不断减少,早先晶出的紫晶遭到溶蚀并形成形状各异溶蚀坑。其后,随含矿溶液不断酸化,在强酸性的氧化环境下,成矿溶液中的铁与氧结合,形成红棕色间隙层与具圈层构造赤铁矿球粒的包裹体。3.2第一阶段:构造应力作用阶段第2成矿阶段是矿区最主要的成矿阶段。从裂隙或晶洞壁往中心依次产出第一世代含大量球状、管状赤铁矿包裹体的条带状水晶、第二世代含黄色包裹体的几何外形规则的柱状水晶、第三世代为乳白色雾状水晶与自形方板状浅草绿色绿帘石等矿物的共生组合、第四世代为无色纯净透明的R型水晶及板状绿帘石晶体的共生组合,它们呈对称梳状产出在晶洞中。第一世代水晶内包裹有大量来自裂隙或晶洞壁玄武岩中受到溶蚀的条板状镜铁矿,由晶体的中心往晶体的锥顶方向至少见2个平行菱面体单形晶面的间歇层,在每个间歇层面上都分布有赤铁矿球粒,在两间歇层之间生长有近于垂直菱面体单形晶面的针状、棒状、钟乳状的赤铁矿包裹体(照片8)。这些特征表明该阶段成矿作用首先在构造应力的作用下,玄武岩破碎产生缝隙,随后含有被溶蚀的条板状镜铁矿的成矿溶液开始晶出水晶,到第一间歇层时,水晶停止生长;随后在氧化强酸性的环境条件下,溶液中的铁与氧结合形成赤铁矿球粒,随着赤铁矿的不断晶出,成矿溶液逐渐演化为弱碱性,水晶继续生长,同时在水晶中晶出具定向性明显的针状或管状赤铁矿包裹体,至第二间歇层时,晶体又暂停生长;随后氧化强酸性溶液中的铁再一次与氧结合形成赤铁矿球粒。在第一世代水晶的结晶过程中,成矿溶液经历了由弱碱性→强酸性→弱碱性→强酸性的演化过程且结晶环境极不稳定,因水晶晶体中发育有不同方向排列的水晶碎块,这种现象表明在第二间歇层之前,在水晶的结晶过程中至少经历一次构造应力作用而导致已结晶的水晶破碎,随后的结晶生长又把这些破碎的晶体连结成一个整体。第二世代水晶的结晶是以黄色的黝帘石首先晶出为标识。在黝帘石结晶的过程中,第二世代的水晶也同时或稍晚晶出,因在水晶中可见黄色的黝帘石包裹体,水晶呈对称性较好的六方柱状的几何外形且内部无第一世代水晶中被溶蚀的镜铁矿包裹体;同时由于黄色黝帘石的首次出现,表明第二世代的成矿溶液中首次出现了钙、铝并结晶出黄色黝帘石,极少量铁以类质同象的形式参与黄色黝帘石的形成,而不是与氧结合形成赤铁矿,该世代的水晶成矿作用是在过饱和度较大、环境相对稳定且为弱碱性的条件下形成。第三世代成矿溶液中的铁与钙含量增多并参与浅草绿色自形方板状绿帘石的结晶,几乎同时晶出乳白色雾状水晶晶体,乳白色雾状的出现是水晶快速结晶的产物,它有别于先前的第一、第二世代晶出的水晶。第四世代R型水晶与板状绿帘石呈对称梳状产出在裂隙或晶洞中,它是矿区最主要、最发育的成矿作用,也是矿区最重要的水晶和绿帘石晶体的产出源。矿物组成及产出特征表明,该世代的成矿溶液中的钙、铝、铁含量进一步增加并全部参与绿帘石晶体的形成,R型水晶的出现则表明水晶是在过饱和度较低的弱碱性稳定环境中形成,因成矿溶液中的SiO2有相当部分参与绿帘石的结晶。3.3成矿溶液的演化过程第3成矿阶段主要是指火山碎屑岩形成后成矿热液所形成的矿物与组合,主要矿物有暗绿色绿帘石、黄绿色绿帘石、暗红色赤铁矿、鲜红色赤铁矿、绿纤石、玉髓、玛瑙等。根据晶腺、晶洞及细脉中矿物的产出特征,矿物的结晶顺序依次为:暗绿色绿帘石→暗红色赤铁矿→黄绿色绿帘石与石英→绿纤石→鲜红色赤铁矿→玉髓、玛瑙。根据矿物的结晶顺序,该成矿阶段的成矿溶液中的铁首先参与绿帘石的晶体结构的结晶,随着环境不断氧化,在强酸性的条件下,成矿溶液中的铁与氧结合并形成暗红色赤铁矿,由于赤铁矿的不断晶出,成矿溶液逐渐演化为弱碱性,此时成矿溶液中的铁参与黄绿色绿帘石的结晶,几乎同时晶出致密状石英,随后的绿纤石、鲜红色赤铁矿、玉髓或玛瑙的依次晶出(照片4),表明溶液又由弱碱性向强酸性演化,最后以玛瑙、玉髓晶出的弱碱性成矿作用结束。土状、致密状暗红色赤铁矿及胶状或圈层状鲜红色赤铁矿普遍发育是本成矿阶段的最大特点,这种特点表明第3成矿阶段的成矿作用主要是在氧化酸性环境中结晶,而且是低温快速结晶,并伴有地下热水参与的胶体成矿作用。4第3成矿阶段(1)矿区前后经历了两次成岩作用过程,首先是喷发旋回顶部的表面熔岩,即杏仁半玻晶玄武岩;其后是火山喷发作用所形成的火山碎屑岩。它们为水晶矿的成矿作用提供了物质来源。(2)水晶矿先后经历了3个成矿阶段。第1、第2成矿阶段的成矿溶液的物质主要与半玻晶玄武岩的构造应力退变质作用有关