南秦岭西坝花岗质岩体矿物学特征及成岩意义.pdf

第 25卷 第 3期 2011年 6月 现 代 地 质 GEOSCI ENCE Vol 25 No3 Jun2011 南秦岭西坝花岗质岩体矿物学特征及成岩意义 汪 欢 1 ,2, 王建平1, 2, 刘家军1 , 2, 曹瑞荣3, 惠德峰3, 程建军3, 贺志春 3, 高 创3, 赵新江3, 齐 峰3, 张国刚3, 王 罗3 1中国地质大学 地质过程与矿产资源国家重点实验室, 北京 100083 ;2 中国地质大学 岩石圈构造、深部过程及探测技术 教育部重点实验室, 北京 100083;3陕西太白黄金矿业有限责任公司, 陕西 太白716000 收稿日期2010-12 -30; 改回日期2011-04 -13; 责任编辑 戚开静。 基金项目 国家自然科学基金项目 41030423; 中国黄金集团公司科技项目 陕西省太白县双王金矿床地质特征、成矿规律及 找矿靶区再研究。 作者简介 汪 欢, 男, 硕士研究生,1987年出生, 矿物学、岩石学、矿床学专业, 主要从事矿床地球化学研究。 Ema il wanghuanlxd 163com。 通信作者 刘家军, 男, 教授, 博士生导师,1963年出生, 矿物学、岩石学、矿床学专业, 主要从事贵金属、有色金属和分散 元素矿床的教学与科研工作。Emai lliujiajun cugbedu cn 。 摘要 西坝花岗质岩体位于南秦岭构造 - 岩浆带中部, 为南秦岭印支期花岗岩带五龙岩体群的重要组成部分, 与双王金 矿有密切的空间关系。该岩体主要由石英二长闪长岩和花岗闪长岩组成, 岩体中发育较多的镁铁质包体。通过对岩体及镁 铁质包体的系统的矿物学特征研究发现, 本区花岗质岩体属于 I型花岗岩类, 成岩物质主要来源于地壳, 并且有地幔物质 的加入。岩体及镁铁质包体显示有多种壳 - 幔岩浆混合的岩相学证据 如包体的冷凝边、斜长石环带成分显示核部和边缘 偏基性, 而幔部偏酸性, 包体中见大量的长针状磷灰石及角闪石, 包体中有两种产状的角闪石等。根据矿物温度压力计 计算, 西坝岩体的结晶温度为 64672 70384 , 压力为 167 108 366 108Pa , 平均为 312 108Pa 。岩体形成 于相对高氧逸度 lg fO2为 - 1616 105 - 1706 105Pa、中等水逸度 fH2O为 4682 10 5 13685 105Pa和氢逸度 fH 2 为 032 10 5 091 105Pa 环境。岩体的这种高氧逸度条件有利于金进入熔体相或流体相, 是金矿形成的有利条件。 关键词 西坝花岗质岩体; 镁铁质包体; 矿物学; 岩浆混合; 物理化学条件; 南秦岭 中图分类号 P588121 文献标志码A 文章编号1000- 8527 2011 03- 0489- 14 M ineralogy of the X iba Granitoid Pluton in the Southern Qinling Orogenic Belt and Its Implications for Petrogenesis WANG Huan 1 , 2, WANG Jian -ping 1, 2, LIU Jia - jun 1 , 2, CAO Ru- i rong 3, HU IDe -feng 3, CHENG Jian -jun 3, HE Zh- i chun 3, GAO Chuang 3, ZHAO X in -jiang 3, QI Feng 3, ZHANG Guo -gang 3, WANG Luo3 1StateKey Laboratory of GeologicalProcesses and M ineral Resources , China University of Geosciences , Beijing 100083 , China; 2Key Laboratory of LithosphericT ectonics and Lithoprobing T echnology of M inistry of Education, China University of Geosciences , Beijing 100083 , China;3Shaanx iTaibai Gold M ining Co.Ltd., Taibai, Shaanxi 716000 , China Abstract TheXiba granitoid pluton ,as an i mportant part of the Indo-ChineseWulong granitoid series ,is loca - ted in the m iddle section of the Southern Qinling orogenic belt and spatially related to the Shuangwang gold de - posi. tItm ainly consists of quartzmonzodiorite and granodiorite containing many maficm icrogranular enclaves MME.Systematic petrological andm ineralogical studies indicate that the rocks belong to I type granite . The petrographical studies of granite andMME suggest thatmagma m ixing plays a great role during magma crystall- i zation. The pressure of the granite esti mated byA- l in -hornblend barometer is from 167 10 8 to 366 10 8 Pa . Amphibole -plagioclase ther mometry yields a ing te mperature of 64972 70384 . The plutons equilibra - ted under high oxygen fugacities lgfO2 ranging from - 1616 10 5 to - 1706 10 5 Pa , moderate water fu - gacities fH 2O between 4682 10 5 and 13685 10 5 Pa ,and also moderate hydrogen fugacities fH2 from 032 10 5 to 091 10 5 Pa .The high oxygen fugacities provide suitable conditions for Au entering into melt and fluid ,thus favor the for mation of gold deposi.t Key words Xiba granitoid pluton ;mafic m icrogranular enclave ;m ineralogy; m agma m ixing;physical and che m ical conditions ;Southern Qinling 图 1 南秦岭宁陕 略阳地区早中生代花岗岩分布图据张宏飞等[ 4],1997 Fig 1Sketch geologicalmap of the EarlyM esozoic granitoid ofN ingshan -Leyang area in the SouthernQ inling orogenic belt afterZhang et al[ 4], 1997 1 白垩系 第四系;2石炭系 侏罗系;3泥盆系;4志留系;5寒武系 奥陶系;6震旦系;7 中晚元古代碧口群;8早元 古代佛坪群 9 太古宙鱼洞子群;10 岩体;11地层界线;12 断层;13岩体名称 0 引 言 秦岭造山带横亘于中国大陆中部,是中国大 陆的重要组成单元,自元古宙以来叠加了多期构 造运动, 至三叠纪晚期华北板块和扬子板块发生 全面拼接与碰撞,形成了现今的 三块两缝合带 构造格局,即以商丹和勉略缝合带为界,由北至 南划分为华北地块南缘、秦岭微地块和扬子地块 北缘 [ 1- 2]。伴随多期次构造运动, 秦岭造山带发 育有不同时期、不同类型的花岗质岩浆活动,其 中在南秦岭构造带中自东向西出露有东江口 高桥 街、东江口、柞水、曹坪和沙河湾岩体 、五龙 西坝、华阳、五龙、老城、西岔河和胭脂坝岩 体 和光头山 迷坝、新院、姜家坪、张家坝、光 头山、留坝岩体 三大岩体群, 沿勉略缝合带构成 了重要的南秦岭印支期花岗岩带 图 1 [ 3- 4]。出露 于陕西省宝鸡市太白县境内的西坝花岗质岩体隶 属于五龙岩体群,作为南秦岭印支期花岗岩带的 重要组成部分,与凤太矿区的双王金矿有着密切 的空间关系 图 2 [ 5], 备受研究者关注。近年来 对西坝岩体的研究主要集中在岩石地球化学、同 位素地球化学和成岩年代学等方面 [ 6- 7], 而对岩 石的矿物学特征缺乏系统的研究。矿物作为岩石 的基本组成单元,其特征与岩浆的性质及演化密 切相关, 对矿物的研究能够提供岩浆起源、岩石 成因、构造环境、成岩成矿物理化学条件、后期 热液作用及成矿元素富集等的重要信息 [ 8- 16]。本 文以西坝岩体中的主要造岩矿物为研究对象,通 过野外及室内的详细观察并借助电子探针分析, 主要讨论岩石的成因、构造环境及矿物温压计对 成岩物理化学条件的约束。 1 地质背景及岩体特征 西坝岩体出露于南秦岭构造带陕西境内太白 县和留坝县交界的西坝 太白河地区,位于山阳 凤镇断裂以北 [ 17]。岩体西起西坝以西, 往东大 致以 130 的方向展布于太白河乡以东一带,在牛 尾河皂角湾附近被五龙岩体穿切,北距双王含金 角砾岩带 1 3 km,总出露面积约为 150 k m 2 长 30 km, 宽 2 8 km ,矿区内出露面积约为 50 k m 2[ 17]。岩体总体沿西坝背斜轴部出露, 区内被 侵入的地层层位有王家楞组 D1w 、古道岭组 490现 代 地 质2011年 D2g、星红铺组 D3x 和九里坪组 D3j 图 1 , 图 2 [ 4, 17]。岩体整体呈透镜状沿 NWW 向展布, 长轴方向与区域构造线及含金角砾岩带的展布方 向基本一致。 本次野外地质考察沿着西沟、扁家沟 狮子 岭、青岗沟和水北沟 4条剖面 图 2在矿区范围内 对西坝岩体展开工作。西坝岩体岩性组成以石英 二长闪长岩和花岗闪长岩为主,局部也可见石英 闪长岩和二长花岗岩等,其中石英二长闪长岩约 占 30 ,主体出露于太白河、水北沟和青岗沟南 段; 花岗闪长岩约占 65 ,可见等粒花岗闪长岩 和斑状花岗闪长岩两种产状,等粒花岗闪长岩主 体出露于扁家沟 狮子岭一带,斑状花岗闪长岩 出露于青岗沟北段,并可见其侵入石英二长闪长 岩中 图 3a, 推断其形成可能晚于石英二长闪长 岩。在花岗闪长岩和石英闪长岩中均发育有较多 的镁铁质包体 MME, 图 3b。 经过详细的手标本及显微镜下观察,获得西 坝岩体的岩相学特征如下 石英二长闪长岩 图 3c为中细粒二长结构, 块状构造,主要由长石、石英、角闪石和黑云母 组成,并含有少量副矿物,榍石、磁铁矿、磷灰 石和锆石。这些矿物的主要特征是斜长石含量 图 2 陕西省双王金矿区地质简图据王国富[ 5]修改,1989 F ig2Sketch geologicalmap of the Shuang wang gold deposit , ShaanxiProvince afterW ang[ 5], 1989 1上泥盆统九里坪组 ;2上泥盆统星红铺组;3中泥盆统古道岭组;4 下泥盆统王家楞组;5 含金角砾岩体;6西坝花岗质 岩体;7 燕山期花岗斑岩;8地层界线;9 断层;10采样点 为 35 40 ,颗粒大小多为 08 mm 15 mm 左右,呈半自形 - 自形板状,聚片双晶发育,部 分颗粒可见明显的环带结构,环带边缘有时还可 见增生边 图 3g,少部分环带斜长石的核部粘土 化明显, 另外有时还可见到斜长石中包裹有微细 粒的暗色矿物 图 3n;碱性长石含量为 20 ,颗 粒大小多集中在 05mm 08mm 左右, 呈半自形 - 它形, 格子双晶发育, 局部见泥化和绢云母化; 石英含量为 15 ,颗粒大小多集中在 04 mm 06mm左右,呈它形分布于其他矿物颗粒之间, 波状消光发育;角闪石含量为 10 15 , 颗粒 大小多为 05 1 mm,绿棕色 - 浅黄色, 多色性 强, 呈半自形粒状,部分颗粒自形程度较好,简 单双晶较发育;黑云母含量为 10 ,大小多集中 在 05mm 08mm 之间, 浅棕 深棕色,半自形 片状,多色性很强,局部被绿泥石交代;副矿物 含量为 5,主要为自形程度较好的榍石, 常呈眼 球状被暗色矿物包裹 图 3g, 另外还有磷灰石、 磁铁矿和锆石等。 花岗闪长岩根据结构分为等粒花岗闪长岩 图 3d和斑状花岗闪长岩 图 3e。等粒花岗闪长岩 较石英二长闪长岩除矿物含量略有变化外 石英含 量略增加,暗色矿物含量略减小 ,矿物特征基本 491第 3期汪 欢等 南秦岭西坝花岗质岩体矿物学特征及成岩意义 图 3 岩石野外和显微镜下照片正交偏光 F ig3 Photos of field occurrence and microphotograph of rocks crossed polar 492现 代 地 质2011年 一致。斑状花岗闪长岩呈似斑状结构,斑晶约占 40,斑晶成分为微斜长石,格子双晶发育,颗 粒一般为 05 1 c m,大者可达 15 cm, 斑晶中往 往包裹有小颗粒的石英及斜长石,基质的成分和 结构与等粒花岗岩类似。 岩体中的 MME 大小悬殊,但多在 10 cm 5 cm左右,常呈椭圆形、透镜状、叶片状和不规则 状, 与寄主岩界线一般截然,常可看到边缘有细 粒暗色矿物组成的冷凝边 图 3b ,3f。其矿物成 分主要为角闪石和斜长石及较少量的黑云母, 显 微镜下包体中存在 2种产状的角闪石一种为自 形的粒状角闪石 Am1,发育双晶;另一种为长 针 柱 状的角闪石 Am2 图 3i。另外,包体中 常见捕虏的较粗粒的寄主岩斜长石,针 柱 状角 闪石被包裹其中或穿切 图 3m。长针状磷灰石在 包体中亦发育 图 3h。 2 矿物特征及化学成分 本文对西坝岩体的主要矿物 斜长石、碱性长 石、角闪石和黑云母 进行了电子探针成分分析 表 1 , 表 2, 表 3, 分析工作在中国地质科学院 矿产资源研究所电子探针实验室完成,测试仪器 表 1 西坝岩体中斜长石的电子探针分析结果wB/ Table 1Electron m icroprobe analyses of the representative plagioclase from the Xiba pluton 岩性样品号 Si O2T i O2A l2O3 TFeOM nOM gOCaO Na2OK2OCr2O3P2O5 N iO总量 石英二长 闪长岩 XB-456370278801200109336 040240019010019 XB-18601802550010006697 81012002007010049 等粒花岗 闪长岩 XB-9 C610302437010006047 8102500300209965 XB-9M 6202023710120010014438 0206600300019901 XB-9 R 608302471010006277 5203800301509998 XB-11603702447016005718 0902200501009917 XB-176028001253701600016447 8904200010059 XB-24 C60310239601100105907 660260040110019837 XB-24M 6113002242101600016037 940200009971 XB-24M 6149024070210010025947 7603700080019995 XB-24M 607302408022006067 5603900301509922 XB-24 R60550022419022006347 34030001109907 包体XB-2461990249301300106018 53012001009010182 斑状花岗 闪长岩 QGG-36173008250601800106068 290230014010178 岩性样号SiT iA lFeMnMgCaN aKCrAnAbO r 石英二长 闪长岩 XB-42531014760 0050004490526001404541532139 XB-182669013330 004000318067200070001319167 41068 等粒花岗 闪长岩 XB-9 C2720012810 004000288067500140001294969 03148 XB-9M 2771012490 004000212069500370001224473 59397 XB-9 R 2708012970 004000299064900210001308466 95221 XB-112709012940 00600027507040013000227771 03127 XB-172673013260 006000010306067800240303567 29236 XB-24 C2725012760 0040002860671001500012946905155 XB-24M 2724000112720 006000010288068600120292269 61117 XB-24M 2735012620 008000010283066900210290868 75217 XB-24M 2724012730 008000291065800230001299867 70232 XB-24 R2718000112800 008000305063900170317566 48177 包体XB-242710012850 005000282072300070278471 50066 斑状花岗 闪长岩 QGG-32703000312930 007000284070400130284070 32128 注C环带斜长石核部; M 环带斜长石幔部;R环带斜长石边部; 样品测试由中国地质科学院矿产资源研究所电子探针实验室 完成。 493第 3期汪 欢等 南秦岭西坝花岗质岩体矿物学特征及成岩意义 为 JEOL-JXA-8230电子探针仪,仪器工作条件为 电流 2 10 - 8A, 电压 15 k V, 束斑直径 5 m。电 子探针数据分析采用 Geokit软件 [ 18]。 21 斜长石 斜长石探针成分 表 1揭示,所有的斜长石 除 1个测点的 An组分较大 4541 外,其余测 点的斜长石的成分相差不大,An介于 2244 3191 之间,为更 中长石, 但石英二长闪长岩 中的斜长石相比花岗闪长岩中的斜长石 An值总体 稍高偏基性。具环带结构的同一斜长石,其 An组 分从核部 C 幔部 M 边部 R显示出减小再 增大的趋势。 22 碱性长石 岩体中的碱性长石以斑晶 B和基质 J两种 产状产出。斑晶碱性长石见于斑状花岗闪长岩中, 呈肉红色,为自形板状,长约 05 10 c m,大者 可达 15 c m,格子双晶发育,斑晶内可见包裹的 小颗粒斜长石及石英。 碱性长石探针成分 表 2表明,所有碱性长 石的 Or含量为 8482 9225 ,均含有一定量 的 Ab ,含量约为 750 1482 ,但未形成条 纹长石, 表明岩石形成时的温度较高。从石英二 长闪长岩等粒花岗闪长岩 斑状花岗闪长岩 包体,钾长石中的 Or端元含量有逐渐增大的趋 势, 而斑状花岗闪长岩中斑晶的 Or端元含量小于 基质。 213 角闪石 角闪石是西坝岩体中的主要暗色矿物之一, 在石英二长闪长岩、花岗闪长岩和镁铁质包体中 均有产出。在寄主岩中多呈半自形 - 自形粒状, 解理不明显, 有时可见简单双晶,具有鲜艳的干 涉色,常常有磁铁矿、磷灰石和榍石等小颗粒矿 物包裹其中。包体中的角闪石具自形粒状与长针 柱 状两种产状 图 3i。 表 2 西坝岩体中碱性长石的电子探针分析结果wB/ Table 2 Electron m icroprobe analyses of the representative alkali feldspar from the Xiba pluton 岩性样号 Si O2T i O2A l2O3 TFeOM nOM gOCaO Na2OK2OCr2O3P2O5 N iO总量 石英二长 闪长岩 XB-66318001061819501010101001211 1101412501030102098144 等粒花岗 闪长岩 XB-96419301814201020101001011 1151419200010199147 XB-116415601021816201100001071 1091419001010101010299139 XB-176411801031910501070101001071 1601319200098194 XB-24 -16510701817801090001020 19315134001050103100130 XB-24 -26316401041816301150001 1201412701010097193 斑状花岗 闪长岩 QGG-3 B6512001817501110103001030 19115115001010101100119 QGG-3 J6513401817101110101001050 18215134000100139 QGG-5 B6416001815901130001060 1971513200099167 QGG-5 J6517201011816701090000 19315118001010100162 包体QGG-16512101041818301130001050 18315143010101020101100155 岩性样号SiT iA lFeMnMgCaN aKCrAnAbO r 石英二长 闪长岩 XB-621974010021104100001010010990184701001111010 13888152 等粒花岗 闪长岩 XB-9310010110040 100100001103018800010510 14889147 XB-112198901001110160 10040001003010980188000135919789168 XB-172197401001110410 1003000100301144018230013614 18284182 XB-24 -1219890110170 10030001001010830189900110814391147 XB-24 -22198301001110290 100600001109018530010011 13388167 斑状花岗 闪长岩 QGG-3 B219930110150 100401001001001010810188700115813591150 QGG-3 J219960110110 10040001002010730189700125715092125 QGG-5 B219880110140 10050001003010870190400130817590195 QGG-5 J310020110050 1003000010820188500100815291148 包体QGG-12198801001110170 10050001002010740190200125715492121 注 样品测试由中国地质科学院矿产资源研究所电子探针实验室完成。 494现 代 地 质2011年 表 3 西坝岩体中角闪石的电子探针分析结果wB/ 与特征参数 Table 3 Electron m icroprobe analyses and som e param eters of the representative amphiboles 岩性样号 Si O2T i O2A l2O3 TFeOM nOM gOCaO Na2OK2OP2O5 N i O Cr2O3 总量 石英二长 闪长岩 XB-4491741100613913132012615121111001 104015401280101010498183 XB-6461561127716816109014412129111321 161018801250101010498142 XB-18471001116717715127013513120111371 148018501340107010298187 等粒花岗 闪长岩 XB-9461761142714717149014111113111151 127018401180103010198116 XB-10491790196517516176014812189111351 112014901020102010399165 XB-11451521127811616188013711151111071 162019401220103010697167 XB-17471241144716815183014612160111301 149018301240104010499119 XB-24 2461591118810715152013912183111421 163018001310102010398175 包体XB-24c 2471890193714413197014014111111281 162016601100104010898148 斑状花岗 闪长岩 QGG-3471131119716615190013512156111311 173019601140103010499100 包体QGG-1471591106715015184013912157111571 136018601250101010499104 岩性样号 Si T A lTA lC Fe3 C T iCM gC Fe2 C Fe2 B M nBCaBN aBNaAKA 石英二长 闪长岩 XB-47117501825012610 1631011093127101729012470103211700010210126901099 XB-66190811092012520 1407011422171911481011080105511800010370142701167 XB-186191211088012590 1423011282189411295011600104411792010050141701159 等粒花岗 闪长岩 XB-96197711023012910 1530011592147611544011090105211783010570131001160 XB-107123001770012140 1624011052179011266011450105911766010300128501091 XB-116184311157012890 1383011442157911605011340104711783010360143601180 XB-176193311067012610 1467011592175711356011200105711777010460137801155 XB-24 26187011130012720 1395011312182111382011380104811804010100145501151 包体XB-24 26199611004012770 1447011023107311101011570104911766010280143001122 斑状花岗 闪长岩 QGG-36193511065012630 1394011322175511457011060104411783010670142601180 包体QGG-16198911011012870 1481011172175211363011020104911821010290135801161 岩性样号 M g / M g Fe2 Mg /M g Fe2 Fe3 Ca A lp /108Pa t1/bCt2/bC lg fO 2 /105Pa fH 2O /105PafH 2 /105Pa 石英二长 闪长岩 XB-40177016721532116699151701113- 16123461820 132 XB-60163015821893138----- XB-180167016121883140703115703184- 16116-- 等粒花岗 闪长岩 XB-90160015321813124690140682167- 161721361850 191 XB-100166015821541167646172670144- 171061011270 167 XB-110160015521943187702119695139- 161381041510 170 XB-170165015921843131700126700196- 161231041410 170 XB-24 20165016021933166698128696132- 161351041440 170 包体XB-24c 20171016421773109679193677153- 16186901640 160 斑状花岗 闪长岩 QGG-30164015821853131692160691119- 16149651240 144 包体QGG-10165015921833117---941270 163 注T、C 、A 和 B为角闪石晶格中的结构位; 括号中数为测点数; p 为根据文献 [ 19]计算的压力;t1、 t2分别为根据文献 [ 20]和文 献 [ 21]计算的温度; 样品测试由中国地质科学院矿产资源研究所电子探针实验室完成。 角闪石的电子探针分析结果及阳离子数 以 23 个 O计算 见表 3 。所有的角闪石均为钙质角闪 石, 表现为相对较高的 MgO和较低的 FeO含量, M g/Mg Fe 2 Fe 3 分布在 0153 0167之间, T i O含量较低, 约 0193 1144 ,Na2O 和 K2O 含量分别为 1104 1173 和 0149 0196 。 依据钙质角闪石的分类方案 [ 22], 西坝岩体中的角 闪石除一部分为镁角闪石外,大部分落入浅闪石 495 第 3期汪 欢等 南秦岭西坝花岗质岩体矿物学特征及成岩意义 的范围 图 4。依据 Giret等 [ 23]划分的岩浆成因的 角闪石和次生角闪石,所有的角闪石 Ca A l 的含量均大于 215 , 属岩浆成因。 214 黑云母 黑云母的电子探针分析结果及阳离子数 以 22 个 O计算 见表 4 。所有黑云母显示高 MgO和低 FeO含量特点,Mg /Mg Fe 2 Fe 3 为 0148 0160 ,T i O2含量为 0122 0155 ,这一成分特 点表明所有黑云母均为岩浆成因,而非变质或是 固相线下交代成因的黑云母 [ 24]。在 Foster[ 25]黑云 图 4 角闪石成分分类图底图据 L eak et al[22],1997 F ig 14 Classification diagram of a mphiboles after Leak et al[ 22], 1997 表 4 西坝岩体中黑云母的电子探针分析结果wB/ Table 4 E lectron m icroprobe analyses of the representative biotites from the Xiba pluton 岩性样号 Si O2T i O2A l2O3 TFeOM nOM gOCaO Na2OK2OP2O5 N i O Cr2O3 总量 石英二长 闪长岩 XB-4381204165141311614001111318901010 107912600104012097114 XB-6381003160151251817701251118600 103916900010497150 包体XB-3 2381825103131681618101211412501010 104912601010104010498116 等粒花岗 闪长岩 XB-9361982147141802017801241019301010 118911900102010595164 XB-10371193184141602017301271018600 107915700103010597119 XB-11371522187141891819301261210700 107915000102010896121 XB-17371463101151111816601261214300 104915400103010496157 XB-24 4371183137141921818301261211000 116915300011596149 包体XB-24c3618831131510119166