喜马拉雅东段库曲锂辉石伟晶岩锡石研究及指示意义.pdf
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1、书书书 ():岩石学报 :周起凤,秦克章,刘宇超等 喜马拉雅东段库曲锂辉石伟晶岩锡石研究及指示意义 岩石学报,():,:喜马拉雅东段库曲锂辉石伟晶岩锡石研究及指示意义周起凤秦克章,刘宇超,何畅通赵俊兴,李俊瑜朱丽群,赵永能,张昕,中国冶金地质总局矿产资源研究院,北京 中国科学院矿产资源研究重点实验室,中国科学院地质与地球物理研究所,北京 中国科学院大学地球与行星科学学院,北京 ,收稿,改回 ,():,:,()(),(,)(,),(),(),本文受第 二 次 青 藏 高 原 综 合 科 学 考 察 研 究 项 目(、)、国 家 重 点 研 发 计 划 青 年 科 学 家 项 目()和国家自然科学
2、基金项目()联合资助 第一作者简介:周起凤,女,年生,博士,高级工程师,主要从事花岗伟晶岩及稀有金属矿床研究,:;摘要锡石是花岗伟晶岩中重要的含锡矿物。喜马拉雅淡色花岗岩带中多个花岗岩 伟晶岩系统均产出锡石。富锂伟晶岩中锡石的显微结构与化学组成及其对岩浆分异演化的指示意义尚不清楚,亟待开展相关研究。本文调查了喜马拉雅东段库曲岩体西侧产出的多条含锂辉石伟晶岩脉,其规模不等,岩相分带简单,主要岩相带为锂辉石 石英 钠长石带或锂辉石 块体长石 石英(白云母)带,也见钠质细晶岩。选取 处含锂辉石伟晶岩脉中的锡石开展阴极发光()和原位微区分析测试(和 )研究。锡石的元素替代机制以 (,)和同价置换(,)
3、为主,部分锂辉石伟晶岩中的锡石出现 对 和 的置换。锡石呈现种阴极发光特征(黑色、灰色、振荡环带以及白色):黑色区域具有明显高的 、和 含量,相对高的 含量,以及较大的 含量变化范围;灰色区域和振荡环带区域的化学组成相近,振荡环带具有略高的 、和 含量,相对低的 含量;白色区域具有相对低的 、和 含量,以及略低的 含量。锡石阴极发光特征与化学组成密切相关,、含量与锡石阴极发光特征具有一定联系。锡石的阴极发光结构(结构)主要为均一结构和不均一结构(核 边正环带、补丁以及核 边反环带),包括黑色晶体、灰色晶体、振荡环带晶体,黑色核 振荡环带 灰色边及补丁、灰色核 振荡环带 灰色边及补丁、振荡环带
4、黑色区域 白色丝带状边 棉絮状补丁、以及振荡环带 灰色 黑色核 黑色边。锡石 结构的演化序列自内向外表现为黑色核部 晶体灰色或振荡环带区域 晶体(白色 黑色区域),向亏损 、,弱亏损 、元素,以及高 ()值和低 值的方向演化,晚期可出现 的富集。锡石的 结构和化学组成对比发现:同一伟晶岩脉中的含锂辉石伟晶岩的分异演化程度低于锂辉石伟晶岩,共存矿物的结晶分异可能产生富 和富 两组锡石,不同含锂辉石伟晶岩脉在岩浆化学特征和演化过程具有明显差异。锡石 结构与化学组成能够揭示锂辉石伟晶岩的化学特征与形成过程。关键词锡石;矿物原位微区分析;库曲含锂辉石伟晶岩脉;喜马拉雅中图法分类号 ;锡石是高分异岩浆
5、热液系统中的重要示踪矿物。近年来,锡石的阴极发光()特征(,;,;,;,)、化学组成(,;,;,;,)、年代学(,;,;,)、同位素(,;,;,;,)、流体包裹体(,;,;王旭东等,)等方面的研究取得了重要进展,由此也揭示了相关矿床的成矿物理化学条件(如温度、氧逸度等)、系统(封闭或开放)转变、矿化中心和形成时代等方面的重要信息,加深了对结晶分异作用、流体演化与不混溶等成岩 成矿过程的认识。锡石晶体在透射光、阴极发光和背散射图像下的分带特征能够反映其生长过程中物理化学条件的变化(,;,)。在岩浆 热液矿化系统中,随着与成矿花岗岩距离的增加,锡石中的 值降低,因而其可作为追踪矿化系统的潜在指标(
6、,)。不同成因锡石具有不同的 含量,如热液锡石贫 (,()(),岩浆 热液过渡阶段下形成的锡石相对富 (,()()(,;,;,)。岩浆 热液系统中锡石标型特征研究尤为重要。锡石是伟晶岩中重要的含锡矿物(,;,;邹天人和李庆昌,;,;,;李建康等,)。近年来,锡石 定年为花岗伟晶岩形成时代的探讨提供了重要依据(代鸿章等,;费光春等,;李杭等,;许家斌等,;白洪阳等,)。在众多亚型伟晶岩中,包括锂磷铝石亚型、锂辉石亚型和透锂长石亚型等,仅锂云母亚型伟晶岩中的锡石具有 的特征(,;,;,;,)。同一伟晶岩群内,与含绿柱石伟晶岩脉相比,含透锂长石伟晶岩脉具有相对高的锡石含量,锡石的 含量变化范围更大,
7、但不同矿化类型伟晶岩中锡石的化学组成没有明显的系统差异(,)。同一伟晶岩脉中,与钠长石 石英 白云母伟晶岩相比,锂云母伟晶岩中的锡石富 和 (,)。伟晶岩中锡石与铌铁矿族矿物共 伴生,可出溶金红石、重钽铁矿和钛铁矿等矿物(,;,),单偏光显微镜下其暗色区域具有强烈的多色性,相对富 、和 ,其淡色区域接近纯 (,)。然而,伟晶岩中锡石的显微结构与化学组成等的联系尚不清楚,亟待开展相关标型特征研究。在喜马拉雅造山带中多个淡色花岗岩 伟晶岩系统均有锡石产出(吴福元等,;,;李光明等,;何畅通等,;秦克章等,)。本文将通过喜马拉雅东段库曲岩体中锂辉石伟晶岩内锡石的 特征和化学组成研究,探讨锡石的元素替
8、代机制,以及伟晶岩中锡石 结构特征、影响因素及其对岩浆分异演化的指示意义。岩石学报 ,():区域地质概况喜马拉雅造山带由北向南依次为特提斯喜马拉雅、高喜马拉雅、低喜马拉雅和次喜马拉序列,其间分别以藏南拆离系、主中央逆冲断层和主边界逆冲断层为界。喜马拉雅淡色花岗岩带包括特提斯喜马拉雅淡色花岗岩带(北带)和高喜马拉雅淡色花岗岩带(南带)(,;吴福元等,)。北带淡色花岗岩多出露于穹窿核部,或以独立侵入体形式侵入于特提斯喜马拉雅岩系;南带淡色花岗岩以岩席、岩床、岩株形式侵入高喜马拉雅变质岩系中(吴福元等,)。喜马拉雅淡色花岗岩暗色矿物 ,类型多样,包括黑云母花岗岩、二云母花岗岩、白云母花岗岩、电气石花
9、岗岩和石榴石花岗岩,其中,以二云母花岗岩为主要岩石类型,电气石花岗岩和石榴石花岗岩多以脉体形式产出于二云母花岗岩中,淡色花岗岩内见花岗伟晶岩(吴福元等,;,)。喜马拉雅淡色花岗岩形成于原喜玛拉雅()、新喜马拉雅()和后喜马拉雅()三个阶段,具有高硅、过铝或强过铝等化学特征,产出多种稀有金属矿物,如锂辉石、绿柱石、铌钽矿物和锡石等(吴福元等,;,;,;付建刚等,;高利娥等,)。新近喜马拉雅中段和东段超大型 大型伟晶岩型锂矿和钨 锡 铍矿的发现是该区域稀有金属找矿的重要进展(琼嘉岗,秦克章等,;赵俊兴等,;嘎波,李光明等,;郭伟康等,;错那洞,李光明等,)。进一步的研究(吴福元等,;秦克章等,)表
10、明稀有金属矿化与这些淡色花岗岩和花岗伟晶岩密切相关。喜马拉雅东段泽当 隆子 错那一线由北向南分布雅拉香波穹窿、错那洞穹窿、库曲岩体和错那岩体(图 )。这些穹窿和淡色花岗岩体位于藏南拆离系以北的特提斯喜马拉雅岩系中(图 )。雅拉香波穹窿中产出绿柱石伟晶岩,受控于岩浆结晶分异作用(赵俊兴等,)。错那洞淡色花岗岩规模大、岩石类型多,分异程度高,发生多期岩浆作用(,;黄春梅等,;张林奎等,;张志等,;何畅通等,;,)。库曲岩体处于锂丰度高值区(王学求等,),产出锂辉石伟晶岩、绿柱石伟晶岩以及多种淡色花岗岩,是喜马拉雅东段找锂的重要有利区段(周起凤等,)。喜马拉雅东段具有较好的稀有金属成矿潜力。库曲岩体
11、库曲岩体位于喜马拉雅东段南侧,主要由花岗岩和花岗伟晶岩组成。围岩是古生界热拉岩组,岩性以石榴石二云石英片岩为主。图 喜马拉雅东段区域地质简图(据 ,修改)特提斯喜马拉雅沉积序列;藏南拆离系;高喜马拉雅结晶岩系 (,);花岗岩与伟晶岩库曲岩体中岩性多样,发育二云母花岗岩、白云母花岗岩以及电气石花岗岩。二云母花岗岩在岩体东侧、中部和西侧均有产出,白云母花岗岩主要产出于岩体中部和西侧,电气石花岗岩发育于岩体东侧和中部,并可观察到含电气石钠质细晶岩。花岗伟晶岩呈渐变接触或截然穿切展布于花岗岩体中。伟晶岩岩相呈囊状或细脉产出于二云母花岗岩、白云母花岗岩和电气石花岗岩内,与花岗岩体呈渐变过渡,包括二云母伟
12、晶岩、似文象伟晶岩、块体长石伟晶岩、电气石伟晶岩、含绿柱石伟晶岩等。独立伟晶岩脉规模不等,脉宽 ,延伸可达 ,包括电气石伟晶岩、石榴子石伟晶岩和绿柱石伟晶岩等。规模较大的伟晶岩发育分带结构,产出似文象伟晶岩、分层细晶岩、块体长石、石英 白云母集合体等岩相带,局部含绿柱石。根据分类方案(,),属稀有金属()类 亚类绿柱石型绿柱石铌铁矿亚型。周起凤等:喜马拉雅东段库曲锂辉石伟晶岩锡石研究及指示意义图 库曲桑玉村北侧锂辉石伟晶岩()陡倾含锂辉石伟晶岩脉产出于白云母花岗岩中;()近水平含锂辉石伟晶岩脉产出于白云母花岗岩中;()含锂辉石伟晶岩细脉中的主要岩相单元,即锂辉石 石英 钠长石带,锂辉石呈密集针
13、柱状产出;()含锂辉石伟晶岩粗脉中的主要岩相单元,即锂辉石 块体微斜长石 石英(白云母)带 锂辉石;石英;钠长石;钾长石;块体微斜长石;石榴石 ();();(),;(),();锂辉石伟晶岩含锂辉石伟晶岩脉产出于库曲岩体西侧(图 ),分别位于库局乡桑玉村北侧和西侧。北侧海拔 范围内,共发现 条含锂辉石伟晶岩脉。伟晶岩脉与围岩边界截然,围岩为白云母花岗岩,局部含绿柱石和石榴石。含锂辉石伟晶岩脉出露宽度 不等,多以陡倾或近垂直产状延伸(图 ),垂向延伸贯穿所观察的高程范围,也见一处含锂辉石伟晶岩脉脉宽 左右,呈近水平产出(图 )。含锂辉石伟晶岩脉岩相分带简单,分带特征不明显。在出露宽度小于 的伟晶岩
14、脉(细脉)中以锂辉石 石英 钠长石带为主(图 ),而在出露宽度相对大的伟晶岩脉(粗脉)中以锂辉石 块体长石 石英(白云母)带为主(图 )。锂辉石颜色以无色透明和淡绿色为主,在石英含量较高的细脉中,锂辉石常呈无色透明或灰白色,且具有较好的晶型,在块体微斜长石为主的粗脉中,锂辉石多呈灰绿色短柱状。不同含锂辉石伟晶岩脉中,细脉内的锂辉石相对密集,含量较高(),且锂辉石晶体粒度变化大,呈粗大或纤细产出(粒径可达 ),而粗脉中锂辉石分布不均匀,粒度较小。在同一含锂辉石伟晶岩脉内,沿垂向延伸方向锂辉石的分布也具有相似的特征,如粗脉中沿垂向延伸上下近 的高程范围内,岩脉下部宽 ,锂辉石含量小于 ,粒径 ,长
15、宽比约 ;岩脉上部变窄(宽约 ),锂辉石呈纤细针状,密集且具有明显的定向性,含量可达 ,长宽比 ,粒径(长轴)平均 。桑玉村西侧出露 处含锂辉石伟晶岩脉,围岩为白云母花岗岩(图 )。岩脉以锂辉石 钠长石(钾长石)石英带为主,露头中偶见块体微斜长石以及钠质细晶岩(图 )。号锂辉石伟晶岩脉产出钠质细晶岩和中细粒锂辉石伟晶岩,号锂辉石伟晶岩脉以中细粒锂辉石伟晶岩为主,号锂辉石伟晶岩脉以粗粒锂辉石伟晶岩为主。锂辉石分布不均匀,颜色呈无色、灰白色至浅绿色,粒度相差较大()(图 )。样品与分析方法 样品与产状样品来自桑玉村西侧的 处含锂辉石伟晶岩脉露头(图)。和 来自 号锂辉石伟晶岩脉,其中,为含锂辉石伟
16、晶岩,主要矿物组成为钠长石和石英,以及少量白云母,发育白云母 钠长石镶嵌晶集合体,锂辉石呈零星产出,粒度较小();为锂辉石伟晶岩,主要矿物组成为锂辉石、钠长石和石英,少量白云母,发育锂 岩石学报 ,():图 库曲桑玉村西侧锂辉石伟晶岩()含锂辉石伟晶岩脉产出位置;()锂辉石伟晶岩露头照片:()号锂辉石伟晶岩脉与白云母花岗岩;()号锂辉石伟晶岩脉;()号锂辉石伟晶岩脉 白云母 ();():();();()辉石 石英镶嵌晶,锂辉石粒度变化较大()(图 ,)。来自 号锂辉石伟晶岩脉,为锂辉石伟晶岩,主要矿物组成为锂辉石、钠长石、钾长石和石英,发育锂辉石 石英镶嵌晶,锂辉石粒度变化较大()(图 )。来
17、自 号锂辉石伟晶岩脉,为锂辉石伟晶岩,由粗粒锂辉石 石英 白云母集合体与中细粒钠长石 石英 绿柱石 锂辉石集合体组成,锂辉石粒度变化较大()(图 )。锡石多呈半自形 自形晶体,粒径 ,与锂辉石、长石、白云母、石英、铌铁矿族矿物、磷灰石、电气石及石榴石等矿物共生。与其他样品相比,中锡石粒度相对小(图 )。阴极发光图像与原位微区分析对锡石样品靶进行透射和反射光显微照相,在北京前寒武科技有限公司扫描电镜 和 阴极发光系统下完成阴极发光图像分析。矿物原位微区主量元素分析在武汉上谱分析科技有限责任公司实验室利用 电子探针完成。其加速电压为 ,电子束电流 ,束斑直径为 。测试使用的标准样品为天然样品和人工
18、合成氧化物,包括锡石()、金红石()、金属()、金属()、金属()、()、铁铬尖晶石(,)、()、镁铝石榴石(,)、磷 灰 石()。数 据 采 用 方 法(,)校正。矿物原位微区微量元素分析在武汉上谱分析科技有限责任公司实验室利用激光剥蚀 电感耦合等离子体质谱仪()完成。激光剥蚀系 统 为 ,等离子体质谱仪为 。激光能量 ,频率 ,激光束斑直径 ,具体分析条件及流程参考 ()和 ()。通常采集 的气体空白,的积分区间。数据处理采用 程序(,),以 作为校正标样,作为内标元素计算锡石的微量元素含量。结果 结构 图像下锡石表现不同的阴极发光特征,主要呈黑色()、灰色()、振荡环带()和白色()图像
19、(图 )。锡石晶体由不同阴极发光区域组成,具有不同的阴极发光结构(结构),主要为相对均一的锡石晶体(均一结构)和明显不均一的锡石晶体(不均一结构)。其中,均一结构包括黑色晶体、灰色晶体、振荡环带晶体;不均一结构表现为核 边正环带结构(黑色核 振荡环带 灰色边、灰色核 振荡环带 灰色边、振荡环带核 白色丝带状边)、补丁结构(黑色区域 振荡环带 灰色补丁、灰色区域 振荡环带 灰色补丁、振荡环带 黑色区域 白色棉絮状补丁)以及核 边反环带结构(振荡环带 灰色 黑色核 黑色边)等(图 )。不同锂辉石伟晶岩中锡石的 结构不同。锡石 结构多样,以均一黑色晶体和黑色核 振荡环带 灰色边 补丁为主,也发育振荡
20、环带晶体、灰色核 振荡环带边、以及振荡环带核 白色补丁,偶见灰色晶体(图 )。锡石 结构以均一黑色晶体和黑色核 振荡环带 灰色周起凤等:喜马拉雅东段库曲锂辉石伟晶岩锡石研究及指示意义图 库曲锂辉石伟晶岩代表性岩石的手标本和显微镜下透射光照片(),含锂辉石伟晶岩,主要矿物为钠长石、石英和白云母,发育白云母 钠长石镶嵌晶,见细粒锂辉石;(),锂辉石伟晶岩,主要矿物为锂辉石、石英、钠长石和少量白云母,发育中细粒和粗粒自形 半自形锂辉石,见锂辉石 石英镶嵌晶;(),锂辉石伟晶岩,主要矿物为锂辉石、石英、钠长石、钾长石和少量白云母,发育中细粒和粗粒自形 半自形锂辉石,见锂辉石 石英镶嵌晶;(),锂辉石伟
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