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      什多龍鉛鋅礦床綠泥石成份溫度計的討論

      2020-04-23 12:25:30陳利貞
      中國金屬通報 2020年1期
      關(guān)鍵詞:成份綠泥石溫度計

      陳利貞

      (河北省區(qū)域地質(zhì)調(diào)查院,河北 廊坊 065000)

      自然界中的綠泥石到處分布,是沉積巖、低變質(zhì)巖等的主要造巖礦物之一。影響綠泥石化學成分的物理化學參數(shù)主要是由溫度、水溶液PH值、氧逸度、全巖鐵鎂比值等,前人總結(jié)了綠泥石的成份以及結(jié)構(gòu)的變化特征,用來估算綠泥石形成時的物理、化學條件的經(jīng)驗公式,如綠泥石成份溫度計(Cathelineau etal,1988)、綠泥石面網(wǎng)溫度計(Stefano etal,1999),綠泥石結(jié)構(gòu)變化的多型溫度計(Hayes,1970),基于綠泥石與水溶液平衡的六組分綠泥石固溶體模型(Walshe,1986),綠泥石與碳酸鹽、綠泥石與白云母平衡地質(zhì)溫度計(Hutcheon,1990)。其中綠泥石成份溫度計得到廣泛的使用,但其適用性存在一些爭議,如Zane等(1996)對比了數(shù)百個數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)綠泥石的成分與原巖的化學成份密切相關(guān),認為不能作為地質(zhì)溫度計適用,這樣存在的爭議性迫使我們從原理和實際應(yīng)用效果兩個方面在認識綠泥石成份溫度計。本文對四個綠泥石成份溫度計進行了討論及應(yīng)用,比較其適用性。

      1 綠泥石的晶體化學特征

      1.1 綠泥石的晶體化學特征

      綠泥石族礦物的結(jié)構(gòu)相當于三層型(TOT)結(jié)構(gòu)單元層與氫氧鎂石八面體層的交替排列。綠泥石的結(jié)晶化學成分可以用下式表示:

      其中其中u+y+z=6,z=(y-w-x)/2,w的值一般很小或為0,R2+代表2價陽離子,為Mg2+或Fe2+,R3+代表3價陽離子為Al3+或Fe3+,□表示結(jié)構(gòu)空穴,上標Ⅳ和Ⅵ分別表示四次配位與六次配位。由晶體化學可以看出,陽離子在八面體和四面體中的占位空間變化很大,成為潛在的地質(zhì)溫度計。

      1.2 綠泥石中離子的置換規(guī)律

      綠泥石中可以發(fā)生離子的置換有多種。Walshe(1986)提出了五種離子置換反應(yīng):

      Cathelineau(1998)研究Los AZufres地熱系統(tǒng)的綠泥石,根據(jù)實際的綠泥石成份提出了另外的兩種可能的離子置換反應(yīng):

      如此多的置換作用決定了綠泥石成份變化的特點,而了解綠泥石成份變化與溫度的關(guān)系就有可能建立成份溫度計。

      2 綠泥石溫度計

      為了檢驗C(1988)綠泥石溫度計的可靠性,對青海省什多龍脈狀鉛鋅多金屬礦床的綠泥石進行了分析。

      什多龍鉛鋅礦床容礦圍巖以花崗閃長巖為主,金屬礦物主要為方鉛礦、閃鋅礦、黃銅礦、黃鐵礦,非金屬礦物主要為綠泥石,絹云母、石英,方解石。在空間上礦化和蝕變在空間上關(guān)系密切,常呈脈狀產(chǎn)出,綠泥石是礦化熱液蝕變的產(chǎn)物(王必任,2009);礦物共生組合為石英+綠泥石+絹云母±方鉛礦±閃鋅礦±方解石±黃鐵礦。根據(jù)綠泥石的產(chǎn)狀特征可以劃分出四種綠泥石:①熱液中心形成的綠泥石,呈鱗片狀或脈狀產(chǎn)出;②遠離熱液作用形成的綠泥石呈系脈狀產(chǎn)出;③遠離熱液脈中心的綠泥石,由角閃石蝕變形成,保留了角閃石的假相特征;④遠離熱液脈中心的綠泥石,由黑云母蝕變形成,保留了黑云母的假象。以上分析表明,在壓力變化不大時,從熱液的中心向兩測,其溫度變低。

      2.1 不同產(chǎn)狀綠泥石的形成溫度

      根據(jù)綠泥石的產(chǎn)狀特征,對不同類型的綠泥石進行了電子探針成份分析,不同的溫度計算表明,礦化中心的3個綠泥石結(jié)晶溫度為343℃,340℃和330℃,角閃石蝕變形成的兩個綠泥石的形成溫度為288℃,301℃,黑云母蝕變形成的兩個綠泥石的形成溫度為302℃,295℃;遠離熱液中心脈狀綠泥石形成溫度為225℃。這說明C(1988)綠泥石溫度計的計算結(jié)果與地質(zhì)結(jié)果吻合較好,綠泥石的空間位置說明從熱液的中心向外熱液溫度是降低的。

      圖1 什多龍脈狀鉛鋅多金屬礦床綠泥石的產(chǎn)狀特征

      2.2 綠泥石溫度與流體包裹體溫度的對比

      過去在對石英中的流體包裹體進行了均一溫度的測定中,中心石英脈石英中捕獲的包裹體均一溫度為集中區(qū)間為在330~340左右,說明綠泥石中心溫度結(jié)果計算的正確性。

      3 結(jié)論

      (1)盡管前人對綠泥石中的Al溫度受到控制,而且全巖的鐵鎂相對含量(Fe/(Fe+Mg))也受控制,過去并沒有從晶體化學占位這一角度進行認識,并加以闡述。綠泥石一般是出現(xiàn)在鐵鎂含量較高的中基性巖石的蝕變中,或者是不純泥質(zhì)巖的成巖和極低級變質(zhì)過程中。如果巖石為鋁飽和體系,即綠泥石與富Al的其它礦物共生(參看前文),則Fe與Mg幾乎完全進入到綠泥石晶格之中,溫度對這兩種元素相互之間優(yōu)先占位的影響并不明顯。換言之Fe與Mg在八面體中的占位率并不主要受溫度控制,而主要受全巖組成的控制。以Los Azufres和Salton Sea的綠泥石為例,雖然Cathelineau指出在10℃~350℃的溫度范圍內(nèi),隨溫度上升,AlⅣ和Fe2+增加,但是我們同時也發(fā)現(xiàn),Mg2+基本保持不變,故也存在(Fe+Mg)隨溫度上升而增加的趨勢。該趨勢實質(zhì)上是耦合替代反應(yīng)(Si4+)Ⅳ(Mg,F(xiàn)e2+)Ⅵ—(Al3+)Ⅳ(Al3+)Ⅵ的體現(xiàn)。因此不必要對基于AlⅣ占位的成分溫度計進行Fe/(Fe+Mg)校正。

      (2)C(1988)以及基于C(1988)并引入一個很小的校正系數(shù)k=0.1進行Fe/(Fe+Mg)校正的溫度計J(1991)計算結(jié)果很相近,能最真實地反映實際結(jié)晶溫度值。但是J(1991)校正的意義不大。以什多龍礦區(qū)綠泥石蝕變的綠泥石對C(1988)溫度計進行檢驗,結(jié)果表明與宏觀地質(zhì)想象吻合較好,并且得到了石英流體包裹體的檢驗,因此建議使用C(1988)溫度計,并認為在鋁飽和的中基性蝕變巖石或泥質(zhì)巖中,不必對綠泥石成分溫度計進行 Fe/(Fe+Mg)校正。

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