钠长石岩的成因及水环境意义

钠长石岩的成因及水环境意义

钠长石岩是世界上罕见的岩石类型，研究水平很低。由于钠长石岩伴有金、铜、银、铅、锌、铁、钡、铀、稀有元素等矿产,因此,开展对钠长石岩成因研究对进一步分析矿床成因及其形成环境都有重要意义。本文归纳了钠长石岩的类型,主要总结了层状及顺层角砾状长石岩的岩石学特征,并在综合研究的基础上分析了其成因问题。钠长石岩按产状可分为5种类型:①接触带钠长石岩。该类钠长石岩产于基性岩床、岩席、岩墙与板岩接触带,一般顺层,Hausman(1828)叫Adinole(钠长石英板岩),认为是钠长石化的产物。国外多见,例如英国DinasHead、爱尔兰Dublin、挪威Sassenfjordan等,我国四川小青山也有报导,1;②层状钠长石岩。产在沉积岩或变质岩中,分布较广,见于刚果(金)Kilo-Moto地区2、澳大利亚BrokenHill、陕西凤州—商南、山西中条山、广东大沟谷3、山东唐家沟,辽汀凤城—营口—宽甸,形成钠长石岩、钠长石板岩、钠长石浅粒岩。其中陕西凤州—商南的钠长石岩分布在4个古海盆中,东西断续长达400km。加拿大Sulivan铅锌矿床上盘石英岩中含有钠长石,国外视为钠长石化产物④,国内有人归为层状钠长石岩;③顺层角砾状钠长石岩。常与层状钠长石岩相伴,比较少见。角砾由原地或下伏岩石组成,胶结物为钠长石或含有钠长石的铁白云石岩。例如凤州—商南一带角砾石或为原地钠长石板岩胶结物为含钠长石的铁白云石岩(双王东段)或为原地大理岩胶结物为钠长石岩(双王西段)。又如中条山地区角砾石为下伏大理岩(老宝滩)或下伏大理岩+原地板岩(桐木沟、篦子沟等),胶结物为含钠长石的石英白云石岩;④脉状钠长石岩。穿过千枚岩(实为层状钠长石岩),见于加拿大MistamiskValley;⑤岩体钠长石岩。例如江西414矿及广西栗木含铌钽花岗岩钠化形成钠长石岩,宁芜铁矿闪长玢岩钠化形成钠长石岩类。本文主要讨论层状及与之紧密相伴的顺层角砾状钠长石岩的地质特征及成因问题。1岩石的主要特征1.1钠长石岩的成分层状及角砾状钠长石岩的围岩可分为两类,一类为火山岩,另一类为沉积岩。例如刚果(金)Pakaka多层钠长石岩夹在由基性火山岩变来的绿泥石岩中、Senzere-Est及Nzebi的钠长石岩产在角闪岩中1,山东唐家沟钠长石岩产在基性岩中、陕西柞水地区震旦系陨西群石英粗面岩夹绢云母钠长片岩及耀岭河群细碧岩夹绿泥石钠长片岩等属于第一类之例;陕西桐木沟钠长角砾岩夹在板岩中、广东水沟谷钠长石岩产在片岩内2、陕西银洞子及山西中条山地区的钠长角砾岩夹在千枚岩与大理岩间等属于第二类之例(表1)。说明层状及角砾状钠长石岩形成于海相环境,海水一般较深,岩石具复理石特征,钠长石岩与泥质岩、粉砂岩、大理岩、甚至火山岩可呈互层出现,构成层状、层纹状构造。有的岩类之间可呈过渡关系,例如陕西双王从钠长石岩→铁白云石钠长石岩→含铁白云石钠长绢云母板岩→钠长石绢云母板岩方向,钠长石从95%→50%~70%→50%~20%,绢云母从小于5%至25%至70%,铁白云石从微量→30%~45%→小于25%→少量。1.2钠长石岩类或称“双王”各地层状及角砾状钠长石岩中的矿物组合非常相似,常见矿物主要为钠长石、石英、碳酸盐、云母,较少见到绿泥石、电气石、金红石、锆石、磷灰石、硫化物等。钠长石中An组分一般占0%~5%,但双王及唐家沟层状钠长石岩中部分长石An可到15%,南和沟、篦子沟胶结角砾石的部分钠长石An可到20%,属于更长石类。碳酸盐以含铁白云石为主,FeO1.35%~7.24%(大沟谷)1、4.88%~11.43%(双王),个别地方方解石更为重要(陕西桐木沟)。云母可为绢云母(板岩)、白云母或黑云母(千枚岩、变料岩)、金云母(大理岩)。电气石只在少数地方见到,属镁电气石类(Mg/Fe1.1~2.3,1.97),它在中条山角砾岩胶结物中及辽宁电气石钠长变粒岩中的含量可达15%~20%。硫化物主要为黄铁矿、磁黄铁矿,有的地方有黄铜矿、方铅矿、闪锌矿出现,硫化物在部分地方可为主要堆积。个别地区还出现了六方硫镍矿、紫硫镍矿、针镍矿、辉钴矿(双王)。由于矿物分布不均,因此组成了不同的钠长石岩类。除主要由钠长石组成的纯钠长石岩外(大沟谷、唐家沟、辽宁翁泉沟),还有铁白云石钠长石岩(银洞子)、绢云母石英钠长石岩(小青山、唐家沟,刚果Dila)、白云石云母石英钠长石岩(双王)、绿泥石石英钠长石岩(刚果Russa)、绿泥石白云母石英钠长石岩(Dublin)、电气石钠长石岩(BrokenHill)、透闪石电气石石英钠长石岩(辽宁凤城、营口、宽甸)、石英白云母钠长石岩或含钠长石的石英白云石岩(双王及中条山角砾岩胶结物),或钠长石石英大理岩(中条山)。另外,个别地方还见到方解石钠长石岩(陕西桐木沟)及黄铁矿钠长石岩(陕西厂坝—李家沟)。1.3钠长石岩中co、cao从表2可见,纯钠长石岩的化学成分与钠长石单矿物是相近的,主要组成为SiO2,Al2O3,Na2O,其他成分甚少。当岩石中出现较多白云石时,则上述三种含量降低,CaO,MgO,CO2增多。若为绢云母石英钠长石岩,则SiO2,K2O增加,Al2O3,Na2O减少。若为绿泥石石英钠长石岩,则SiO2,Al2O3,Na2O减少,FeO,MgO,CaO增加。若为电气石钠长石岩,除FeO,Fe2O3,MgO,CaO增加外,B2O3也大增加。若为方解石钠长石岩,则SiO2,Al2O3,Na2O剧降,CaO,CO2猛增。若为黄铁矿钠长石岩,则硫大量出现。钠长石岩具相似的稀土元素特征,稀土元素含量一般较低,一般构成一条轻稀土较高重稀土较低的分配曲线,Eu,Ce亏损显负异常(双王、大沟谷、唐家沟,2)。1.4钠长石岩-碳酸盐岩-硅质岩组合钠长石岩的岩性组合有5类,即单一钠长石岩或含石英钠长石岩、钠长石岩-碳酸盐岩、钠长石岩-碳酸盐岩-硅质岩、钠长石岩-碳酸盐岩-硅质岩-重晶石岩、钠长石岩-含钠长石泥质岩组合。单一钠长石岩或含石英钠长石岩见于MistamiskValley,其围岩为变粒岩或千枚岩(原岩为粉砂岩、泥质岩)。钠长石岩-碳酸盐岩组合分布较广,碳酸盐以白云石为主,例如大沟谷、翁泉沟、唐家沟、中条山地区所见。其中翁泉沟碳酸盐与大量镁或镁铁硼酸盐矿物相伴,中条山地区的电气石石英钠长石岩可过渡为含钠长石石英大理岩,还可过渡为角砾岩(角砾石由下伏大理岩及原地千枚岩组成,胶结物为含钠长石的电气石石英白云石组合,见于篦子沟、桐木沟、南和沟)。钠长石岩-碳酸盐岩-硅质岩组合见于刚果(金)Kilo-Moto地区,其上部为磁铁石英岩,中部为菱铁矿或白云石大理岩,下部为钠长石岩。钠长石岩-碳酸盐岩-硅质岩-重晶石岩组合见于银洞子及厂坝,其中的碳酸盐岩或为白云岩,或为菱铁矿岩。钠长石岩-含钠长石泥质岩组合见于双王,它们之间呈过渡关系,当形成角砾岩后又被钠长石或白云石胶结。除外,在BrokenHill还见到钠长石岩-石英电气石岩组合(表1)。1.5文化、地质概况层状及角砾状钠长石岩形成的时代有太古宙、元古宙及古生代,其中以元古宙最为重要。太古宙钠长石岩见于刚果(金),构成Kibalien群;古元古代形成的钠长石岩见于辽宁辽河群、山东荆山群及加拿大Labordor之Seward群;中元古代者见于山西中条群及澳大利亚BrokenHill之Himalaya建造;新元古代震旦纪者见于广东乐昌峡群、陕西陨西群及跃岭河群;古生代者见于陕西泥盆纪地层中,组成中泥盆世的安家岔组、青石垭组及上泥盆世星红铺组。据报导陕西山阳干沟钠长石岩产于石炭系中(表1)。层状及角砾状钠长石岩产在地槽海盆中,或为优地槽(刚果、辽宁、山东、加拿大),或为冒地槽(山西、陕西、广东),后者之基底亦为优地槽(表1)。钠长石岩的直接赋存盆地一般属于三级海盆。1.6钠长石岩矿床成分钠长石岩与矿床关系密切,目前已发现一些矿床产在层状及角砾状钠长石岩及其相伴岩石中,这些矿产大量见于我国。例如金矿产在钠长石岩中(唐家沟、双王—二台子、大沟谷),铜矿床(中条山)、银铅锌矿床(银洞子、厂坝)及刚果金矿产在钠长石岩及相伴岩石中。还有一些矿床仅在与层状钠长石岩相伴生的岩石中发现,如含层状钠长石岩夹层的片岩及角闪岩中有银铅锌矿床(BrokenHill),白云石大理岩及菱镁矿大理岩中出现硼矿及硼铁矿床(辽宁凤城—营口—宽甸),另外铁及钡矿产在菱铁矿岩及重晶石岩中(银洞子)(表1)。矿石可分为层状、角砾状及脉状三种。层状浸染矿石见于唐家沟、大沟谷金矿、山西桐木沟等铜矿及刚果Gorumbwa金矿中;块状、层状及层纹状矿石见于厂坝、银洞子铅锌矿及山西桐木沟等铜矿中;角砾状矿石见于双王、二台子金矿及山西桐木沟等铜矿中;脉状矿见于刚果Gorumbwa含金石英脉及加拿大MistamiskValley铀矿中。产在与钠长石岩相伴岩石中的硼矿、铁矿及钡矿呈层状或块状产出。层状矿与围岩为同生成因,角砾状矿石为同生或准同生成因,脉状矿为后生成因。层状及角砾状钠长石岩中的Cu,PbZnAg,Ba,Au,Fe矿化广泛见于古热水沉积岩及现代洋底热水沉积物中,表明它们之间有一定的成因联系。从上面的讨论可以看出,钠长石岩有特定的矿物组合,化学成分及岩石组合;层状及角砾状钠长石岩产在一定的地层层位中,形成于特定的地质环境,且有一定的时空分布频律;还伴有特殊的矿产,因此它系特定地质条件下的产物。2岩石成因的问题2.1钠长石岩岩浆水、水质来源说对层状钠长石岩的成因有3种不同认识:①为岩浆岩。例如根据岩石化学成分及稀土特征认为唐家沟钠长石岩原来为角斑岩-凝灰岩类;辽宁含硼岩系为流纹英安岩类;双王的含钠长石铁白云岩为碳酸盐岩浆;早期工作认为中条山及银洞子的钠长石岩为凝灰岩类,⑤。目前持这种观点的人很少。②为热液交代+充填形成。这是一种较老的观点,在国内外都较盛行。刚果(金)Kilo-Moto区的钠长石岩2以及凤州—商南的钠长石岩都有钠长石化产物的认识;大沟谷,3的钠长石岩也有人认为系交代+充填形成。至于热水来源也有不同认识,一种认为系岩浆水(如认为形成双王层状及角砾状钠长石岩的水来自基性—超基性—碱性岩浆派生的碳酸岩浆热液,形成大沟谷钠长石岩的水来自花岗岩浆),另一种认为系地表水(如认为形成陕西层状角砾状钠长石岩为海水,大沟谷钠长石岩为大气降水+海水形成)。除外也有人对大沟谷钠长石岩持岩浆水+变质水+地下水观点。③热水沉积成因。这是一种较新的观点,主要在我国流行。首见于80年代对银洞子的研究中,90年代一些人对凤州—商南及作者对大沟谷钠长石岩的研究也持这种观点。至于角砾状钠长石岩的成因,在中条山地区过去认为是沉积角砾岩、火山角砾岩、滑塌角砾岩,现在倾向于同生隐爆成因;对双王角砾岩也有层间构造褶断、后生气液引爆、盐溶崩塌等认识,现多持同生沉积观点。2.2钠长石岩的岩石组合本文认为层状及与之紧密相伴的顺层角砾状钠长石岩系热水沉积形成,其理由如下:(1)岩石具一定层位、与围岩呈整合接触关系、具层状层纹状构造、有固定的岩石组合;(2)与围岩时代一致(例如产于震旦系中的大沟谷钠长石岩为800Ma、产于泥盆系中的厂坝钠长石岩为389Ma、山阳钠长石岩为347Ma);(3)在(Cu+Ni+Co)-Fe-Mn图上落于热水沉积区、与海水稀土配分模式相似、相伴铁白云石岩在Yb/Ca-Yb/La图上落在热液碳酸盐区、相伴硅质岩及重晶石岩以及Cu,Ag,PbZn,Au,Fe矿产广泛见于古热水沉积及现代大洋底热水沉积物中;(4)岩石中硫化物的δ34S值均为正值。例如大沟谷为9.8‰3;双王层状钠长石岩为10.6‰,其胶结物为9.65‰,唐家沟为8.61‰,山西蓖子沟为16.5‰。它反映了岩石的沉积特征,排除了直接来自岩浆或岩浆热液的可能性;(5)角砾状钠长石岩与层状钠长石岩呈相间产出,或钠长石岩胶结了层状钠长石岩石。这些证明了层状及部分角砾状钠长石岩属于热水沉积产物,还有部分角砾状钠长石岩属于准同生沉积。热水沉积常伴有交代和充填作用发生,在运移通道及海底岩石中可形成交代充填型钠长石岩。例如秦岭丹江钠长石岩形成时代为365Ma,与厂坝、山阳泥盆纪钠长石岩为同期形成,但丹江钠长石岩却贯入到震旦系中。因此充填、交代与热水沉积在一定条件下为同一作用的不同表现形式。形成层状钠长石岩的溶液性质可从岩石组合来予以推断。由于钠长石岩常与白云石岩±菱铁矿岩±重晶石岩±电气石岩构成组合,因此溶液成分应为富含Na,Ca,Mg,Al,Si±Fe,Ba,B的HCO3-,CO32-溶液。肯尼亚Magadi湖富HCO3-,CO32-碱性热泉(pH=9,T=67℃~80℃)沉积物中有Na-Al-Si酸盐凝胶形成,凝胶在350℃,200MPa时变成了方沸石,后者通过成岩变为钠长石,这些证明形成钠长石岩的溶液应为富含HCO3-,CO32-的碱性流体。考虑到现代地热水、地下卤水及洋底热水一般含HCO3-,CO32-不高,高温时pH多为中-酸性,⑥,因此现代沉积物中难于见到钠长石形成。而这种水在前寒武纪应较多,故钠长石岩多形成于元古宙。鉴于这种水的特殊性,其成因问题尤其是深部流体的可能贡献仍待研究。除特殊的成岩流体外,要形成这种岩石还要特定的岩石去提供必要的成分。所指特定岩石包括基底细碧角斑岩及钠长石岩以及蒸发岩。双王泥盆纪含钠长石白云石胶结物中含有较多基性岩特有的Ni,Co,V,Ti,Cr矿物(六方硫镍矿、紫硫镍矿、针镍矿、硫铋镍矿、辉钴矿、钒铬云母、钙钒榴石、锐钛矿),加上其黄铁矿的铅同位素与东部震旦系跃岭河群基性熔岩(细碧岩)相似说明下伏细碧(角斑)岩为泥盆纪钠长石岩的形成提供了物质来源;大沟谷硫铅同位素资料也指出下伏震旦系鹰扬关组及古元古界四堡群细碧(角斑)提供了物质。细碧岩为基性岩系的钠长石化产物,只产在古老地槽中,它是形成钠长石岩的重要物质来源。虽然现代洋底亦为基性岩类组成,但由于这种岩石没有细碧岩化,不具备提供组分的潜力,加上现代大洋水不属富HCO3-的碱性流体,因此现代洋底热水沉积物中少见钠长石形成。至于呈惰性的Al迁移也与溶液性质有关,前已谈到形成钠长石岩的流