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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.docx
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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
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,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
ACTAMINERALOGICASINICA
Vol.22.No.3Sept.,2002
图1包体岩石的显微结构构造
Fig.1.Themicrotexture-structureofdeep-sourcexenoliths.
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,(-2.5@2.5
b.交代成因的绿色角闪石仍保留原顽透辉石的席勒构造,(-6.3@2.5
c.石榴子石粒间深红色微粒金红石为磁铁矿包绕,(-16@2.5
d.交代成因的铁金红石呈聚晶状产出,(-6.3@2.5
2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FeO略高,后者TiO2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1063.6~1207.7e,压力为2.08~2.48GPa,如以0.1GPa相当于3.3km深度计算,该透辉石应形成于68.8~82.8km深处,大于滇西地区地壳厚度(42km而小于软流圈顶面深度(89km[15],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
Table1.Chemicalcomposition(%andcrystalchemistryofdiopsides
indeep-sourcexenolithsfromgarnet-diopsidites
序号1
2
34567SiO251.1353.1152.6158.3151.4450.3252.35TiO20.320.230.290.280.140.210.20Al2O32.042.423.676.637.172.001.55CaO24.1022.0222.8817.5110.8422.9523.46MnO0.120.250.130.300.260.120.42MgO12.3215.2113.939.6414.7411.4011.47Na2O0.580.670.803.471.530.990.63K2O0.030.000.010.030.120.000.10FeO9.596.115.418.8413.789.369.51总量100.24100.0299.73100.0199.9997.3599.65原子(离子数
Si1.911.951.941.961.901.931.97Ti0.010.010.010.010.0040.010.012Al0.090.110.160.290.310.090.07Ca0.960.870.900.690.430.940.95Mn0.0040.010.0040.010.010.0040.01Mg0.690.830.760.530.810.650.64Na0.040.050.060.250.110.070.05K0.0010.000.000.0010.010.000.01Fe3+0.120.130.010.030.000.110.03Fe2+
0.18
0.15
0.16
0.24
0.43
0.19
0.27
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5~7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[18]
Fig.2.Diagramforchemicalcompositionclassificationof
pyroxenes(quotedfromWangKuiren
[18]
.
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[18]
Fig.3.Diagramforthegenesisofpyroxenes
(quotedfromWangKuiren[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,SiO2和Al2O3略高,TiO2、CaO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SiO2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
Table2.Chemicalcomposition(%andcrystalchemistryofMg-amphibole-pargasitesin
deep-sourcexenolithsfromgarne-tdiopsidites
序号
8910111213141516171819SiO240.2244.2346.2742.0843.0338.0745.0941.4938.4239.1441.0442.05TiO20.701.070.610.650.320.360.421.330.430.892.691.59Al2O314.6213.1410.469.1215.3316.3811.9216.2420.6817.7613.1213.77CaO11.709.889.899.9010.1511.1910.6312.2110.9911.7710.809.24MnO0.330.030.140.370.510.210.280.000.230.250.270.00MgO9.3814.4814.047.948.688.0810.9411.486.927.487.179.32Na2O1.762.232.352.562.672.872.533.532.051.301.952.60K2O2.511.361.271.810.412.670.391.152.852.962.391.47FeO15.7710.5611.8122.1515.8516.8315.9911.2814.6317.5720.2518.06总量96.9996.9896.9296.5896.9596.6498.1998.7197.2198.8299.6598.10原子(离子数
Si6.126.326.686.516.365.906.566.025.775.866.186.18Ti0.080.120.070.080.040.040.050.150.050.100.300.18Al2.622.211.781.662.672.992.042.783.663.142.332.39Ca1.911.551.561.671.621.861.681.911.781.901.751.49Mn0.040.0040.020.050.060.030.040.000.030.030.030.00Mg2.133.083.021.831.911.862.372.481.551.671.612.04Na0.520.630.670.780.770.860.721.000.600.380.570.76K0.490.250.240.360.080.530.070.210.550.570.460.28Fe3+0.210.550.440.000.340.000.410.000.240.240.260.61Fe2+
1.74
0.69
0.95
2.87
1.58
2.19
1.50
1.37
1.54
1.90
2.21
1.56
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8,13~18的数据引自文献[1]1
291
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[20]
Fig.4.Diagramforthegenesisofamphiboles
(fromChengGuangyuanetal.[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[22]
Fig.5.Diagramforthechemicalcompositionclassificationof
micas(fromChengQifenetal.[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
Table3.Chemicalcomposition(%andcrystalchemistryofMg-biotite-phlogopitesindeep-sourcexenolithsfromgarnet-diopsidites序号20212223242526SiO234.6537.3938.4037.6337.1639.7539.15TiO23.622.641.563.541.592.502.69Al2O315.8015.8015.4617.5918.5217.3615.53CaO0.060.260.240.050.180.000.00MnO0.260.180.280.000.260.170.15MgO15.8616.6316.6813.2914.8715.6415.24Na2O0.700.170.270.320.490.030.30K2O8.698.017.569.785.219.669.60FeO15.6214.0515.2512.8917.5111.2511.58总量
95.26
95.13
95.70
95.25
95.79
96.45
98.24
原子(离子数
Si5.215.495.615.545.405.695.57Ti0.410.290.170.390.170.270.30Al2.802.742.663.063.172.932.69Ca0.010.040.040.010.030.000.00Mn0.030.020.040.000.030.020.02Mg3.563.643.642.923.223.343.34Na0.210.050.080.090.140.010.09K1.671.511.421.840.971.771.81Fe3+0.080.240.220.120.240.190.29Fe2+
1.89
1.49
1.64
1.47
1.89
1.16
1.13
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Coleman[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(%及晶体化学组成
Table4.Chemicalcomposition(%andcrystalchemistryofgarnetsindeep-sourcexenolithsfromgarne-tdiopsidites
序号272829303132333435SiO238.2839.1439.6637.7938.4442.3039.0439.3539.55TiO20.160.080.030.150.131.060.200.210.10Al2O320.8921.2221.2921.9921.3521.5822.0322.9821.48CaO8.369.399.6011.7112.984.669.848.5311.40MnO2.380.580.420.671.420.300.330.650.64MgO5.488.238.7310.344.2719.6411.5310.135.99Na2O0.090.070.060.140.110.190.200.190.13K2O0.010.000.0040.030.010.000.000.030.00FeO24.1920.9620.1017.0321.579.0616.4717.6520.46总量99.8499.6799.8999.85100.2898.8799.6499.7599.70原子(离子数
Si2.982.993.012.832.973.052.912.953.04Ti0.010.010.0020.010.010.060.010.010.01Al1.921.911.911.941.951.831.942.031.95Ca0.700.770.780.941.080.360.790.690.94Mn0.160.040.030.040.090.020.020.040.04Mg0.640.940.991.150.492.111.281.130.69Na0.010.010.010.020.020.030.030.030.02K0.0010.000.000.0030.0010.000.000.0030.00Fe3+0.110.110.080.410.110.000.250.070.00Fe2+
1.47
1.23
1.20
0.66
1.28
0.56
0.78
1.04
1.34
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32~35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[23]
Fig.6.Diagramforend-membermineralsandsignaturecompositionsofgarnet(A,B,CfromColeman[23].
Alm.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;ºAl代Si数量大于1.5(表2;»镁角闪石向韭闪石过渡(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.Diagramforthegenesisofgarnet(fromCongBailinetal.[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;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
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