1162 地球科学进展第 27 卷 图 1 滇西富碱斑岩及包体中的富铁微晶玻璃显微特征 Fig.1 Fe richglasfrom alkalineporphyryandxenolithsatwesternyunnanprovince (a) 霓辉正长斑岩中的霓辉石斑晶, 其中沿解理缝充填了富铁微晶

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1 第 27 卷第 10 期 2012 年 10 月 地球科学进展 ADVANCESINEARTHSCIENCE Vol.27 No.10 Oct.,2012 刘显凡, 赵甫峰, 李春晖, 等. 深部过程中地幔流体现实微观踪迹的实验证据 [J]. 地球科学进展,2012,27(10): [LiuXianfan,Zhao Fufeng,LiChunhui,etal.Actualmicrocosomictracesofmantlefluidduringdeepgeologicalproces:Evidencefrompetrography,electronmicroprobe, scanningelectronmicroscopyandenergyspectrum[j].advancesinearthscience,2012,27(10): ] 深部过程中地幔流体现实微观踪迹的实验证据 刘显凡 1, 赵甫峰 1, 李春晖 1, 楚亚婷 1, 邓碧平 1, 宋祥峰 1,2 1, 张民 (1. 成都理工大学地球科学学院, 四川成都 ; 2. 四川省地质矿产勘查局 402 地质队, 四川成都 ) 摘要 : 伴随深部地质过程的地幔流体作用是引发地壳中成矿作用的重要物质源和动力源 由于地幔流体的超深源性及由此决定其性质和演化的复杂性, 使人们很难具体捕捉其实际存在, 或者多数情况下很难准确界定 通过岩相学 岩石化学 电子探针和扫描电镜及能谱分析的综合研究发现, 地幔流体活动的现实微观踪迹和存在方式可以表现为富铁熔浆包体和富铁微晶玻璃, 二者在透射偏光显微镜下无光性, 呈黑色不透明状 ; 反射偏光显微镜下不反光, 但在电子显微镜下呈显微晶质结构, 显示微晶金属和非金属矿物之间呈熔离交生, 超微晶矿物组成以硅酸盐和石英为主, 尤其是经过成分配比换算, 得到碳硅石, 含铬自然铁 钛铁矿 磷灰石和含钛镜铁矿等地幔标型矿物, 反映了地幔流体的熔浆性质 捕捉和揭示深部地质过程中地幔流体作用的现实微观踪迹, 对于深入分析和认识地壳地质作用的机制和成矿效应具有重要理论和现实意义 关键词 : 深部地质过程 ; 富铁熔浆包体 ; 富铁微晶玻璃 ; 地幔标型矿物 ; 地幔流体踪迹中图分类号 :P 文献标志码 :A 文章编号 : (2012) 人类所能触及的地壳, 其内生地质作用和成矿过程大多不同程度的与地幔过程有关, 并对成矿物质的超常富集发挥重要作用 [1~3], 而这种深部地质过程主要通过地幔流体作用实现, 这已是不争的事实 [4~7] 然而, 由于地幔流体的超深源性及由此决定其性质和演化的复杂性, 使人们很难具体捕捉到实际存在地幔流体, 或者大多数情况下很难准确界定, 因而多数研究者在涉及深部地质过程研究时, 常常有意或无意回避地幔流体用词, 而多以深部 ( 源 ) 流体代之 中国滇西地区沿金沙江 哀牢山深大断裂带大量产出的富碱侵入岩以及其中地幔包体的形成和演 化与该区新生代陆内变形和广泛发育的内生多金属矿产有关, 而这一关联的内在统一制约和联系的纽带, 即深部地质过程和由此相伴的含矿地幔流体 [7] 本文通过岩相学 岩石化学 电子探针 扫描电镜和能谱分析的综合研究发现, 深部地质过程中地幔流体活动的现实微观踪迹和存在方式可以表现为 :1 呈独立包体产于霓辉正长斑岩中的富铁熔浆包体 ( 图 2a);2 呈脉状 团块状和浸染状穿插于寄主富碱斑岩和其中各类包体中的富铁微晶玻璃 ( 图 1a~c) 此二者在透射偏光显微镜下无光性, 呈黑色不透明状 ; 反射偏光显微镜下不反光, 但在电子显微镜下呈显微晶质结构, 显示微晶金属和非金属矿 收稿日期 : ; 修回日期 : 基金项目 : 国家自然科学基金项目 滇西新生代多金属成矿的深部过程与地幔流体作用示踪 ( 编号 : ); 教育部博士点基金项目 地质作用中流体微观踪迹物质组成特征及其成矿作用研究 ( 编号 : ); 成都理工大学矿物学岩石学矿床学国家重点 ( 培育 ) 学科建设项目 ( 编号 :SZD0407) 资助. 作者简介 : 刘显凡 (1957 ), 男, 重庆人, 教授, 主要从事矿物学 岩石学 矿床地球化学的教学和研究工作. E mail:liuxianfan@cdut.cn

2 1162 地球科学进展第 27 卷 图 1 滇西富碱斑岩及包体中的富铁微晶玻璃显微特征 Fig.1 Fe richglasfrom alkalineporphyryandxenolithsatwesternyunnanprovince (a) 霓辉正长斑岩中的霓辉石斑晶, 其中沿解理缝充填了富铁微晶玻璃 (+);(b) 霓辉正长斑岩中的霓辉石斑晶局部发育绿泥石化并伴随硅化, 斑晶和基质中的富铁玻璃呈不均匀团块状 星点状和浸染状分布 (+);(c) 蚀变角闪辉石岩包体中的角闪石发生纤闪石化, 同时富铁微晶玻璃呈不均匀网状或星点状分布 (-);(d) 蚀变黑云石榴辉长岩中富铁微晶玻璃的扫描电镜背散射电子图像, 显示镜铁矿 ( 白色 ) 与硅酸盐矿物 ( 暗灰色 ) 呈熔离交生结构 (a)aegyrineaugitefromaegirinesyeniteporphyrywithfe-richglasincleavages(-);(b)aegyrineaugitephenocrystsfromaegirinesyenite porphyrycompaniedbychloritizationandsilication,fe richglasinphenocrystsandmatrix(+);(c)amphibolefromalternatedhornblende pyroxenitexenolithcompaniedbyuralitization,fe richglasasnetworks(-);(d)empaimageoffe richglasinalternatedgarnet biotite gabbroxenolith,immisciblestructureofspecularite(white)andsilicates(darkgrey) 物之间呈熔离交生 ( 图 1d 和图 2b~d), 反映了地幔流体的熔浆性质 富铁熔浆包体的化学成分 ( 表 1) 显示高 Si,Al, Fe, 低 Ca,Mg,K,Na, 超微晶矿物组成以硅酸盐和石英为主, 含有碳硅石 ( 表 1) 自然铁和磷灰石 ( 图 2) 等 ; 除此以外, 还含有大量不能使 X 射线产生衍射的更微细的超微晶 非晶质物质 ( 图 3) 穿插于富碱斑岩及其地幔包体中的富铁微晶玻璃的电子探针成分测定 ( 表 2) 显示, 其超微晶矿物组成与富铁熔浆包体相似, 尤其是经过成分配比换算, 得到碳硅石, 含铬自然铁 钛铁矿 磷灰石和含钛镜铁矿等地幔标型矿物 碳硅石主要赋存于钾镁煌斑岩和金伯利岩等地幔岩中, 并与金刚石有密切的成因联系 [8,9], 也可呈 连晶与 Fe 3 Si 7 合金等典型地幔矿物共生 [10,11], 其形成深度至少在上地幔以深 ; 自然铁既可以产于金刚石包裹体中, 也可呈单质矿物直接产于金伯利岩中 [12], 公认其形成于还原条件或缺氧环境, 加之 Cr 为地幔标型元素, 因此, 含铬自然铁与碳硅石一样, 均可作为典型的地幔标型矿物 ; 作为氧化物的镜铁矿, 除可能形成于变质作用外, 主要形成于内生热液流体作用中, 而且多由在相对还原条件下的磁铁矿转换而来, 结合其与含铬自然铁共生, 加之 Ti 也为地幔标型元素, 表明含钛镜铁矿应由含钛磁铁矿随地幔流体由还原向氧化的演变转化而来, 因而含钛磁铁矿 ( 或镜铁矿 ) 也是地幔源的重要标志 因此, 富铁熔浆包体和富铁微晶玻璃属于地幔流体活动的遗留物质 然而该富铁熔浆包体和富铁微晶玻璃形

3 第 10 期 刘显凡等 : 深部过程中地幔流体现实微观踪迹的实验证据 1163 图 2 滇西富碱斑岩中富铁熔浆包体的手标本特征和扫描电镜下显微矿物组成特征 Fig.2 Fe richmeltxenolithfrom alkalineporphyryatwesternyunnanprovince (a) 霓辉正长斑岩中的富铁熔浆包体 ( 标本照片采自鹤庆县六合乡河东村 );(b) 富铁熔浆包体岩石中的自然铁 ( 白色 ) 和绿泥石 ( 暗灰色 ); (c) 富铁熔浆包体岩石中的微晶石英 ;(d) 富铁熔浆包体岩石中的硅酸盐矿物 ( 暗灰色 ) 和磷灰石 ( 浅灰色 ) (a)handspecimenoffe-richmeltxenolithfromaegirinesyeniteporphyry(heqingcounty,yunnanprovince); (b)naturalion(white)andchlorites(darkgrey)fromfe richmeltxenolith;(c)microlitequartzfrom Fe richmeltxenolith;(d)apatite(lightgrey)andsilicates(darkgrey)fromfe richmeltxenolith 表 1 富铁熔浆包体全岩成分和其中微晶矿物电子探针成分测定 (ω B /%) Table1 Whole rockchemicalcompositionandelectronmicroprobeanalysesof micro mineralsinthefe richmeltxenoliths(ω B /%) 测点 SiO 2 Al 2 O 3 FeO Fe 2 O 3 Na 2 O K 2 O MgO CaO TiO 2 Cr 2 O 3 MnO CO 2 SO 2 H 2 O + H 2 O - 总量 矿物鉴定 SO 2 P 2 O P 2O 按 SiC 进行单成分计算 : 含原子硅百分数 :76.73; 按 SiC 可配原子碳百分数 : 按 SiC 进行单成分计算 : 含原子硅百分数 :70.37; 按 SiC 可配原子碳百分数 : 注 : 全岩分析在四川省冶金地质岩矿测试中心进行 ; 探针分析在中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室完成, 分析者 : 郑曙 ; 仪器型号 :JXA 8100 全岩分析碳硅石微晶石英微晶绿泥石微晶绿泥石

4 1164 地球科学进展第 27 卷 图 3 富铁熔浆包体的粉晶 X 射线衍射分析鉴定图谱 Fig.3 CheckupiconofX raycrystalpowerdifractionforthefe richmeltxenolith Quatz: 石英 ;Clinochiore 1M1b: 具 1M1b 多型的斜绿泥石 ; Llite 2M1: 具 2M1 多型的伊利石 ;Albite: 钠长石 表 2 富碱斑岩所含深源包体中的富铁玻璃 ( 即黑色不透明物质 ) 电子探针分析数据 (ω B /%) Table2 EMPAofFe-richglasindeepxenolithsfrom alkali richporphyries(ω B /%) 测点富碱斑岩体包体岩石 SiO 2 TiO 2 Al 2 O 3 FeO MnO MgO CaO Na 2 O K 2 O Cr 2 O 3 Total 鉴定结果 小桥头 岩体 金河岩体 六合岩体 蚀变角闪岩 条带状混合岩 蚀变黑云石榴辉长岩 蚀变黑云石榴辉长岩 角闪石化蚀变辉石岩 按 SiC 作单成分计算 : 含原子硅百分数 :73.13; 按 SiC 可配原子碳百分数 : 蚀变黑云辉石岩 蚀变黑云辉长岩 蚀变黑云辉长岩 蚀变黑云辉石岩 Fe Cr 单成分计算 蚀变黑云辉石岩 Fe Cr 单成分计算 蚀变黑云辉长岩 Fe 2 O 3 成分计算 蚀变橄榄辉长岩 Fe 2 O 3 成分计算 蚀变辉绿岩 蚀变石榴透辉岩 蚀变黑云辉石岩 蚀变石榴透辉岩 注 : 由中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室郑曙分析 ; 仪器型号 :JXA 8100; 测试电压 :15kV; 测试电流 :20nA; 探针束斑直径 :1μm±; 本文数据 似黑云母 似钠长石 似拉长石 紫苏辉石 碳硅石 镁黑云母 石英 单斜辉石 含铬自然铁 含铬自然铁 含钛镜铁矿 含钛镜铁矿 似钠长石 似绿泥石 似角闪石 钛铁矿 成于何种特殊条件呢? 初步研究认为, 根据赵磊 [12] 等提供的 Si-Fe 二元相图可确定自然铁的结晶温度在 1528, 若该相图也适用于富铁熔浆包体, [13] 参照张兆忠研究滇西碱性岩中环带状正长石的实验相图, 可推定自然铁的结晶温度明显高于霓辉正长斑岩的成岩温度 这表明, 具熔浆和超临界性

5 第 10 期 刘显凡等 : 深部过程中地幔流体现实微观踪迹的实验证据 1165 质的地幔流体以不混溶状态赋存于富碱岩浆中, 并与其同步运移, 伴随富碱岩浆挥发分逸失和结晶成岩过程 ; 一方面可对主岩和包体岩石产生不同程度浸染和交代的同时, 另一方面自身也可能因突然失去挥发分而相应提高自身固相线温度, 从而自身快速冷凝固结形成电子显微镜级的隐晶 超显微晶 非晶质固体, 当该物质呈分散状时, 即表现为脉状 分散星点状和浸染状的富铁微晶玻璃 ; 若呈集中团聚状态时, 即表现为独立包体形式的富铁熔浆包体 捕捉和揭示地质历史中, 尤其是深部地质过程中地幔流体活动的现实微观踪迹, 对于有效且深入地分析和认识地幔物质参与地壳地质作用的机制和成矿效应具有重要价值 致谢 : 成文过程中还得到 Dr.CarlosVilaseca andsixtorafaelfernandez LOPEZ from Dpto. PetrologíayGeoquímica 的热情支持和帮助, 以及 AlekasandarLazinicaCEO 的审阅和高度评价, 在此一并表示衷心感谢 参考文献 (References): [1] LuoZhaohua,LuXinxiang,GuoShaofeng,etal.Metalogenic syetemonthetrans magmaticfluidtheory[j].actaptrologicasin ica,2008,24(12): [ 罗照华, 卢欣祥, 郭少峰, 等. 透岩浆流体成矿体系 [J]. 岩石学报,2008,24(12): ] [2] LiuXianfan,SongXiangfeng,LuQiuxia,etal.Mantlefluidsac tionintheprocesesofpetrogenesisofalkaliporphyryandasociat edmineralizations,westernyunnan[j].journalofjilinuniversi ty(earthscienceedition),2006,36(4): [ 刘显凡, 宋祥峰, 卢秋霞, 等. 地幔流体在滇西富碱斑岩成岩成矿过程中的作用 [J]. 吉林大学学报 : 地球科学版,2006,36(4): ] [3] LiuCongqiang,HuangZhilong,XuCheng,etal.MantleFluids andtheirmetalogeny[m].beijing:geologypublishinghouse, 2004.[ 刘丛强, 黄智龙, 许成, 等. 地幔流体及其成矿作用 [M]. 北京 : 地质出版社,2004.] [4] UnsworthM J,JonesAG,WeiW B,etal.Crustalrheologyofthe HimalayaandSouthernTibetinferedfrom magnetoteluricdata [J].Nature,2005,438: [5] HokeL,LambS,HiltonDR.Southernlimitofmantle derivedge othermalhelium emisionsintibet:implicationsforlithospheric structure[j].earthandplanetaryscienceleters,2000,180: [6] SongXiangfeng,LiuXianfan,TaoZhuan,etal.Mantlefluidmet asomatism:evidencefrom alkalisyeniteanditsdeepxenoliths [J].ActaPetrologicaetMineralogica,2007,26(4): [ 宋祥峰, 刘显凡, 陶专, 等. 地幔流体的交代作用 来自碱性正长岩及其深源包体的证据 [J]. 岩石矿物学杂志,2007,26 (4): ] [7] LiuXianfan,ZhaoFufeng,TaoZhuan,etal.Mantlefluidmeta somatisminjinheintrusivebodyofjianchuan,yunnanprovince, anditsore formingimplication[j].mineraldeposit,2009,28(2): [ 刘显凡, 赵甫峰, 陶专, 等. 云南剑川金河岩体中地幔流体交代特征及其成矿意义 [J]. 矿床地质,2009,28(2): ] [8] MooreRO,GurneyJJ.Mineralinclusionsindiamondfrom the MonasteryKimberlite,SouthAfrica[C] RosJ,etal,eds. KimberliteandRelateRocks.GeologicalSocietyofAustralia, SpecialPublication,1995,2(14): [9] YajimaL,DoiMs.Sinterabilityofsubmicronβ SiCPoundersyn thesedbycarbothermalreductionofsilica[j].silicancarbidece ramics 2,1988: [10] BaiWenji,YangJingsui,FangQingsong,etal.Somenature metalsfrom ophioliticchromititesintibet[j].earthscience Frontiers,2004,11(1): [ 白文吉, 杨经绥, 方青松, 等. 西藏蛇绿岩地幔中的主要自然金属矿物 [J]. 地学前缘, 2004,11(1): ] [11] ZhangAndi,XieXilin,GuoLihe,etal.StudyonMarkMinerals forsearchingdiamondanditsdatabase[m].beijing:science Pres,1991:122.[ 张安棣, 谢锡林, 郭立鹤, 等. 金刚石找矿指示矿物研究及数据库 [M]. 北京 : 科学出版社,1991:122.] [12] ZhaoLei,LuFengxiang,RenYingxin,etal.Therecentdiscov eryofseveralmineralsinkimberlitesofthenorthchinaplatform anditssignificance[j].actapetrologicaetmineralogica,1993, 12(3): [ 赵磊, 路风香, 任迎新, 等. 在华北地台金伯利岩中新发现的几种矿物及其意义 [J]. 岩石矿物学杂志, 1993,12(3): ] [13] ZhangZhaozhong.ThezonaltextureoforthoclaseinAlkaline rockfromyaoancountry,yunnanprovince[j].chinesejournal ofgeology,1981,16(2): [ 张兆忠. 云南姚安碱性岩中环带状正长石 [J]. 地质科学,1981,16(2): ]

6 1166 地球科学进展第 27 卷 ActualMicrocosomicTracesofMantleFluidduringDeepGeological Proces:Evidencefrom Petrography,ElectronMicroprobe, ScanningElectronMicroscopyandEnergySpectrum LiuXianfan 1,ZhaoFufeng 1,LiChunhui 1,ChuYating 1,DengBiping 1, SongXiangfeng 1,2,ZhangMin 1 (1.InstituteofEarthScience,ChengduUniversityofTechnology,Chengdu ,China; 2.402GeologicalTeam,SichuanBureauofGeologyandMineralResources,Chengdu ,China) Abstract:Mantlefluidmetasomatisminthedeepgeologicprocesisanimportantsubstancesupplieranden ergeticcontributorandthecomplexityofitsnatureandevolutionmakeitdificulttobeobservedandconfirmed. Basedontheresearchesofpetrography,petro chemistry,electronmicroprobe(emp),scanningelectronmicrosco py(sem)andenergyspectrum(ep),itisdiscoveredthattherearetwokindsoftheactualmicrocosomictracesof mantlefluid,thatisfe richmeltxenolithandfe richmicro glas.bothareofnonopticsundertransmitedpolar izedlightappearingtobeblackopaqueandcannotreflectlightunderthereflectedpolarizedlight.empresults showthatthefe richmeltxenolithandfe richmicro glasareofmicro crystalinetextureandunmixingtexture composedofmicro metalsandmicro nonmetals.themicro mineralsaremainlysilicatesandquartz,andafterthe ratioscalculationwegetthesic,cr bearingnaturaliron,ilmenite,apatiteandcr bearingspeculariteandalof theseareindicationmineralsofmantle,suggestingthenatureofmantlefluidbesimilartothemelt.thestudyof theactualmicrocosomictracesofmantlefluidindeepgeologicprocesisofhighsignificancetothemineralizing mechanismintheearth scrust. Keywords:Deepgeologicproces;Fe richmeltxenolith;fe richmicro glas;standard typemineralsfor mantle;tracesofmantlefluid.

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