陕西绮岩县耽林滩地幔运移过程中特殊包体的发现

陕西绮岩县耽林滩地幔运移过程中特殊包体的发现

碱性花岗岩和碱性岩石在硅含量上存在显著差异，但由于它们同时丰富，因此在某些特定的构造环境中产生了相关性和共同性，因此将它们作为一个整体来统称为碱性岩。其中，平坦岩是云南六合、鹤庆、耀安等地区广泛分布的碱性斑点岩。赵振华认为,富碱侵入岩是除幔源岩石包体外另一类可供窥探地幔成分的窗口岩石。富碱岩浆一般起源于由地幔交代作用形成的富集地幔,特别的是,云南六合地区广泛发育与富碱侵入岩有关的多金属矿产,其大地构造背景上,位于扬子地台西缘,是青藏高原东缘非常活跃的新生代陆内变形区,被普遍认为是古特提斯造山带的一部分。因此,研究区广泛产出与多金属成矿有关的富碱侵入岩,不仅与深部地质作用有直接联系,更是地幔交代作用在成岩成矿中发挥重要作用的标志。迄今为止,对该区富碱侵入岩和其中包体岩石的研究已积累了不少资料,公认富碱斑岩的成岩物质来源与富集地幔有关,对其中包体岩石的研究表明普遍发育地幔流体交代作用,对该区成岩成矿的年代学和地球化学研究认定成矿作用与富碱岩浆的侵入活动有直接联系。但已有的研究工作在富碱岩浆与地幔流体的关系,及其两者对成矿贡献的认识上存在分歧,且概念模糊。本文通过对六合霓辉正长斑岩中的特殊包体岩石的初步研究,进一步探讨了富碱斑岩成岩成矿与地幔流体交代作用的关系。1包体岩石类型经岩相学鉴定,寄主岩石类型为霓辉正长斑岩,其斑晶约占30%,由钾长石和霓辉石组成,以钾长石为主,未见石英斑晶;基质约占70%,由钾长石(27%),钠长石(20%),霓辉石(15%),普通角闪石(3%)和黑云母(4%)组成,未见石英。显然,寄主岩石为典型的浅成富碱侵入岩。迄今为止在霓辉正长斑岩中发现的各类包体岩石类型主要有:(1)基性-超基性岩类,包括角闪石化黑云石榴辉石岩、角闪石化辉长岩、钠长石化石榴云母辉石岩、碱性蚀变辉绿岩等。这类包体岩石一般来源较深。(2)中酸性岩类,主要见硅化蚀变花岗闪长岩和纯石英包晶(体)。(3)变质岩类,包括硅化蚀变浅粒岩,角闪石化黑云变粒岩和蚀变黑云角闪片岩等。这些不同岩石类型的包体岩石,经岩相学和岩石化学特征研究,其交代蚀变特征主要为地幔流体交代作用所为。本次研究在上述包体岩石类型基础上,新发现具有特殊意义的包体岩石类型。2新发现的特殊包装2.1包晶碳氧同位素活性如图1a所示,包晶(体)呈椭圆状,直径约5～8cm,与主岩接触界线清晰,无烘烤边和冷凝边,在放大镜下可见不明显的混染过渡带;包晶呈中粗粒结构,晶体发育{10¯11}{10¯11}完全解理;包晶碳氧同位素分析结果为:δ13CPDB=-0.1‰,δ18OPDB=-14.5‰,δ18OV-SMOW=15.9‰(本文数据)。这表明,该方解石包晶应为源自地幔的碳酸岩熔浆在固结成岩过程中发生地幔去气,导致现有碳氧同位素组成略为偏离典型新生代地幔CO2源区。2.2黄秋葵保健其它黑云母晶的发育如图1b所示,包体呈椭圆状～次棱角状,直径约10～15cm,与主岩接触界线清晰,无烘烤边和冷凝边,在放大镜下可见不明显的穿插混染过渡带;包体岩石呈粗粒结构,矿物组成中,黄玉约占85%,呈自形晶,玻璃光泽,发育{001}完全解理;石英约占15%,呈它形晶,油脂光泽,无解理,与黄玉晶体间的交生关系表现为呈分散粒状或局部似文象状;其它可见少量黑云母。该伟晶岩包体的硅同位素组成为:δ30Si‰=-0.1,与纯石英包晶的δ30Si‰=-0.3基本一致(均为本文数据),而已有研究表明,这种硅同位素组成特征是几乎未经动力学分馏的原始富硅地幔流体所具有,而黄玉又是富含挥发份F的标志矿物。因此,含石英的黄玉伟晶岩包体正是富含挥发份的富硅地幔流体伴随富碱岩浆成岩过程发生地幔去气的产物。2.3包体岩石的化学成分如图1c所示,包体呈长椭圆状,长径约14cm,短径约6cm,与主岩接触界线清晰,无烘烤边和冷凝边,放大镜下仅见很窄的混染过渡带;包体岩石呈微晶-隐晶结构,致密块状构造;由于颗粒极细,透光显微镜下几乎无光性,仅偶见极不均匀分布的微弱光性,而反光显微镜下无任何反光特征,这从岩相学特征上证明该包体岩石不是一般所谓的火山玻璃岩石,而是具某种特殊成分和性质的微晶～隐晶的过冷凝固体。为了查明该包体岩石的结晶程度和物质组成,进一步开展了以下研究工作:(1)测定了该包体岩石的全岩化学成分,数据如表1所列,显示岩石的主要成分为SiO2、FeO和Al2O3;由于其中SiO2含量达57.04%,而且CaO和MgO的含量低,因而从化学成分上也可判定该岩石不是一般意义上的岩浆岩,其硅同位素组成为δ30Si‰=-0.8(本文数据),与前述伟晶岩包体和纯石英包晶(体)的硅同位素组成相似,具有地幔源特征,表明该微晶熔融包体是地幔流体作用的产物,这与岩相学观察的初步判定形成呼应。(2)采用电子探针测定了包体岩石中微晶矿物的成分,数据如表1中测点1～3所列。从成分数据特征判定有微晶石英和微晶绿泥石,表明岩石的基本矿物成分为石英和硅酸盐,但也测得由于事先未做成分标定而出现的成分未知的矿物。于是,对该岩石包体开展了较全面的电镜扫描和能谱分析测定(数据和对应图号列于表2),进一步得到如下重要成果。(3)测点1～3测得微晶自然铁,从成分数据看,最接近标准数据的是测点1,成分中出现的少量Si、Al、O,不可能与占84.02%的Fe原子构成含铁的硅酸盐矿物,只能视为射线束斑触及微晶自然铁晶体周围的微晶硅酸盐成分;从测点2和3成分数据中Si、Al、O有所增加的现象看,其原因在于射线束斑触及周围矿物的影响加大,这可由对应图2a和图2b看出,杂质Si、Al、O的增加伴随所测微晶自然铁粒径由2.7μm→1μm减小。由此表明,测点1～3所测微晶应为自然铁无疑。(4)测点4～6测得微晶石英和微晶绿泥石,这与根据电子探针所测成分确定的矿物一致,并且其二次电子图像(图2c,d)显示清楚的晶形。(5)测点7～8分别测得富铁的微晶柱状硅酸盐矿物(图2e)和富铁的微晶片状硅酸盐矿物(图2f),因无法进一步获得结构数据而暂时不能确定矿物名称。(6)测点9～10测得副矿物锆石(图2g)和磷灰石(图2d),其微细晶形清晰可见。这两种副矿物也是地幔中常见的矿物。(7)根据所测得的矿物种类和矿物化学组成看,与该岩石包体的全岩化学分析所表现的成分特征一致,表明电子探针和能谱所测得的主要矿物和特征矿物组成代表了该包体岩石的基本矿物组成特征。(8)在上述所测矿物中,除自然铁为不透明矿物外,其它矿物均为透明矿物,且前者量少,后者量多,但该岩石包体外观上呈黑色,透光显微镜下无光性,不透明。这是因为岩石组成矿物粒径仅为1～6μm,多数2～4μm,因此,该岩石为电子显微镜级的微晶富铁硅酸盐熔融固体。3晶体结构及成矿环境综上所述,霓辉正长斑岩中产出的黑色微晶富铁硅酸盐熔融包体,其化学组成和矿物组成均表明不是常规岩浆作用形成的岩浆岩,其重要的特殊地质意义表现为以下四个方面:(1)自然铁最早发现于呈金刚石中的包裹体,以后在华北地台金伯利岩中直接发现了自然铁单质矿物,而自然铁是形成于还原条件或缺氧环境中的产物,因此,自然铁单质矿物可作为地幔物质的标型矿物。(2)据赵磊等研究产于金伯利岩中的自然铁,根据Si-Fe二元相图确定的结晶温度约1528℃。若该Si-Fe二元相图也适用于富铁硅酸盐熔融包体,参照张兆忠研究该区碱性岩中环带状正长石的实验相图,则本文研究的自然铁及其寄主熔融包体的结晶温度应高于霓辉正长斑岩的成岩温度。这表明,当寄主富碱岩浆达到固结成岩的温度条件时,对于富铁熔融包体则构成快速过冷凝条件而形成电子显微镜级的微晶固体。(3)该微晶熔融包体、纯石英包晶(体)、含石英的黄玉伟晶岩包体和纯方解石包晶(体)共存于同一寄主岩石,根据前三者的硅同位素组成变化于-0.1‰～-0.8‰,后者的碳同位素组成为δ13CPDB=-0.1‰,表明它们的初始来源均为同一地幔流体,但在伴随富碱岩浆的运移过程中,随深度和环境条件的变化,地幔流体发生去气作用而分离出纯SiO2、纯CaCO3及富SiO2和挥发份F的硅酸盐熔体,这种分离伴随一定程度的同位素动力学分馏,从而导致石英包体和伟晶岩包体的硅同位素值增大(-0.3‰和-0.1‰),方解石包体的碳同位素值相对地幔源区发生少量漂移。由此表明,本文研究发现的四种特殊包体,初步揭示了滇西地区深部地幔发生强烈地幔交代作用形成富碱岩浆的同时,也形成了富Si、Fe、C和挥发份,并具熔浆和超临界性质的地幔流体,两者在相伴运移过程中互不混溶,但随富碱岩浆的固结成岩,地幔流体可对主岩和其它包体进行交代,也可离开富碱斑岩进入其它岩石或地层进行交代作用。⑷已有研究发现,在六合霓辉正长斑岩中产出的钠长石化石榴云母辉石岩中发育富钠微晶玻璃体,呈脉状交代穿切或包裹岩石中的原生矿物,其成分为富Na和Fe的硅酸盐,其中SiO2含量显著高于包体全岩SiO2含量,来自与富碱岩浆同源的地幔流体的贯入交代;新近研究又进一步发现,在其它产地的富碱斑岩及其中包体岩石中普遍发育沿粒间和矿物晶体裂隙或解理纹贯入或穿插的黑色不透明物质,其成分和性质均相似于前述微晶富铁或富钠的硅酸盐玻璃;尤其值得重视的是,在新生代成矿的金顶超大型铅锌矿床砂岩型和角砾岩型矿石中,铅锌成矿物质主要以微晶硫化物(方铅矿和闪锌矿)和微晶碳酸盐(菱锌矿)形式赋存于黑色不透明的胶结物中,该胶结物成分以碳酸盐为主,包括微晶方解石、白云石、菱铁矿和菱锌矿;初步研究认为,这种黑色不透明胶结物是来自地幔的不均匀混溶硫化物的碳酸岩熔浆流体在成矿作用中过冷凝形成的电子显微镜级微晶固体。实际上,这种含硫化物的微晶碳酸盐熔浆玻璃很可能是该区广泛发育的地幔流体在运移交代过程中发生去气作用的分离流体携带成矿物质远离富碱岩浆进入地层岩石中进行交代成矿的产物。由此可见,对六合霓辉正长斑岩中特殊类型包体岩石的深入研究,可能更深刻地揭示该区多金属成矿的深部过程地球化学背景。4显微富铁硅熔融包体的地球化学特征六合霓辉正长斑岩中产出的众多各类包体岩石中,新近发现的纯方解石包晶(体)、含石英的黄玉伟晶岩包体和黑色微晶富铁硅酸盐熔融包体与此前已有的纯石英包晶(体)共同组成具有直接地幔流体作用特征的特殊包体岩石组合。上述4种特殊包体与主岩接触界线清晰,更重要的是,包体与主岩之间无烘烤边和冷凝边接触关系,这暗示两者之间为熔浆状态的等温条件下互不混溶的包裹关系。根据黑色微晶富铁硅酸盐熔融包体的化学成分和矿物组成特征表明该类包体不是常规岩浆作用产物,结合其中自然铁的形成温度高于寄主岩石的关系分析表明,当寄主富碱岩浆达到固结成岩的温压条件时,对于富铁硅酸盐熔融包体则构成快速过冷凝条件而形成电子显微镜级的微晶固体。自然铁形成于还原条件或缺氧环境中,可作为地幔物质的标型矿物,因而微晶富铁硅酸盐熔融包体中发现自然铁,再结合4种特殊包体岩石的C、O、Si同位素组成特征分析,初步揭示滇西地区深部地幔发生强烈交代作用形成富碱岩浆的同时,也形成了富Si、Fe、C和挥发份,并具熔浆和超临界性质的地幔流体,两者相伴运移,互不混溶。根据在寄主岩石和包体岩石中呈网脉状穿插的