湘东锡田花岗岩白云母成分特征及其地质意义

湘东锡田花岗岩白云母成分特征及其地质意义韩文坤,刘方渊

（湖南省煤田地质局第六勘探队，湖南湘潭411100）

【摘要】为探讨湘东锡田燕山期花岗岩的成岩特征和地质意义,本文对锡田燕山期花岗岩中的白云母展开了化学成分研究。研究结果显示,白云母具有富镁、铝,贫钠、钙的特点,其FeO含量为6.79%~11.74%、Al2O3含量为25.62%~29.41%、MgO含量为0.18%~0.60%、Na2O含量为0.11%~0.27%,Fe/(Fe+Mg)比值为0.88~0.97,表明白云母是一种主要由白云母分子和绿鳞石分子组

成的固溶体。综合研究表明锡田燕山期花岗岩的形成与古太平洋板块的俯冲作用有关,在古太平洋板块的俯冲消减作用下,富水岩石发生脱水熔融,导致地壳发生部分熔融,形成锡田燕山期含白云母花岗岩。

【关键词】白云母;化学成分;锡田花岗岩;湘东

【中图分类号】P575.1【文献标识码】A【文章编号】2095-2066（2020）09-0093-03

湘东锡田花岗岩是华南中生代花岗岩的重要组成部分，锡田花岗岩与锡田钨锡多金属矿床的形成有密切的联系，因而近十多年来是地质学家研究的热点，并取得丰富的研究成果。同位素年代学的研究显示，锡田花岗岩形成于多期次岩浆活动，主要为印支期（235~220Ma）[1]和燕山期（160~150Ma）[2]，其中，印支期花岗岩被认为来源于华夏地块古老基底的重熔，形成于伸展构造背景[3]；燕山期花岗岩属于A型花岗岩，其形成被认为与古太平洋板块俯冲引起的弧后或弧内拉张环境有关[2]。流体包裹体显微测温显示从锡田南部的钨锡矿床到北部的萤石矿床，流体包裹体的均一温度具有从高温（215~384℃）到低温（136~194℃）连续变化的特征；锡田南、北两个成矿区白钨矿的稀土元素均呈现出“W”型的配分模式，两个矿区具有相似的成矿物质来源，被认为均来源于燕山期成矿热液系统[4]，成矿流体由于环境的变化（还原环境变为氧化环境）而导致锡石发生沉淀[5]。锡田成矿区域内发育较大规模的NEE向复式褶皱和走滑伸展构造以及NS向花岗岩穹窿伸展构造系统，这些构造系统控制了锡田矿区构造蚀变岩型、石英脉型-云英岩脉型等多种锡钨多金属矿床的展布和规模。断裂切割锡田花岗岩的部位、背斜轴部与断层叠加的部位是有利的成矿部位[6]，而NE向断层系统引起的张性环境则为成矿热液运移提供了良好通道[7]。周云等[8]对锡田燕山期花岗岩的黑云母矿物化学成分研究提出岩体中黑云母具有高含铁指数和高结晶温度以及低氧逸度的部位，是锡成矿的有利部位。尽管前人对锡田花岗岩的基本地质特征、年代学和地球化学特征、源区特征、岩石成因、构造样式、侵位机制和构造背景，以及相关钨锡多金属矿床的分布特征、成矿机理、成矿物质来源和成矿规律等方面展开了较深入研究。然而，对锡田花岗岩矿物成分特征的研究仍相对薄弱，有少部分研究者对锡田花岗岩中黑云母的化学成分特征进行了研究[8]。白云母作为一种强过铝质矿物，是强过铝质花岗岩的特征组成矿物之一，花岗岩中原生白云母的结晶深度一般大于11km[9]，且多形成于特定的构造位

置[10]，因而花岗岩中的原生白云母记录了其源区特征和岩石

成因的重要信息。因此，本文选择以湘东锡田花岗岩中的白云

母为研究对象，对其化学成分进行分析，进而为揭示其岩石成

因提供矿物学证据。

1区域地质概况

锡田花岗岩岩体主要出露在湖南省株洲市茶陵县，大地

构造位置上处于扬子地块和华夏地块结合部位的中段，岩体

出露面积约230km2，主要以岩基、岩株和岩枝形式产出。锡田

地区出露的地层主要为奥陶系、泥盆系、石炭系和第四系，见

图1。其中，奥陶系主要为一套变质砂岩和板岩；泥盆系底部

岩性主要为砾岩，中部以石英砂岩和中厚层灰岩为主，局部可

见少量薄层状白云质灰岩和砂质页岩，上部以条带状灰岩为

主，该套地层与下覆奥陶系呈不整合接触关系；石炭系主要由

粉砂岩和砂页岩组成，其标志层为砂页岩夹煤层[3]。锡田花岗

岩主要侵入上述地层，野外可见围岩发生明显的角岩化、矽卡

岩化和大理岩化等热接触变质作用。

锡田地区的主控大断裂为NE向茶陵-郴州-临武断裂，

除此以外还有发育规模不等的褶皱、断裂和构造盆地，共同构

成了锡田地区的主要构造格局。本区褶皱基底主要形成于广

西期，这一时期还形成了SN向隆起带和NW向褶断带；印支

期构造事件使本区形成了NNE-NE向复式背斜/向斜和断裂

构造；燕山期构造事件使本区进一步形成了大量NEE-NE向

断裂构造，这些断裂是本区钨锡多金属矿床的主要控矿构造[7]。

锡田地区岩浆作用强烈，特别是中生代岩浆活动频繁，形

成了锡田复式岩体。该复式岩体主要由印支期和燕山期花岗

岩组成，其中，印支期花岗岩主要呈岩基产出，岩性主要由中

粒斑状黑云母二长花岗岩和中细粒黑云母二（正）长花岗岩组成，其形成时代主要为235~220Ma[1]；燕山期花岗岩主要呈岩

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株、岩瘤和岩枝产出，岩性主要由细粒含斑黑云母花岗岩和细粒斑状二云母花岗岩组成，

其形成时代主要为160~150Ma [2]。本文研究的样品采自锡田燕山期花岗岩（图1），岩性为细粒二云母花岗岩，斑状结构，块状构造，

主要矿物组成有斜长石（30%）、石英（30%）、钾长石（25%）、黑云母（10%）和白云母（5%），副矿物主要有锆石、

磷灰石、磁铁矿等。2白云母化学成分特征

白云母矿物的电子探针分析测试在桂林理工大学广西隐

伏金属矿产勘查重点实验室完成，分析仪器为牛津仪器生产的JXA-8230型电子探针，分析测试条件为加速电压15kV ，

电流30nA ，束斑直径1μm 。

白云母的电子探针测试结果以及以22个氧原子为基准计算得到的白云母晶体化学式中相关元素的原子数见表1。

从测试结果看来，白云母具有富镁、铝，贫钠、钙的特点，其FeO 含量为6.79%~11.74%、Al 2O 3含量为25.62%~29.41%、

MgO 含量为0.18%~0.60%、Na 2O 含量为0.11%~0.27%，Fe/

（Fe+Mg ）比值为0.88~0.97。根据表1中的测试结果可以进一

步计算出白云母的平均晶体化学式，原生白云母平均晶体化

学式为K 1.94Na 0.06Fe 1.39Mg 0.05Ti 0.04Al 4.85Si 6.72O 10（OH ）4，次生白云母平均晶体化学式为K 1.94Na 0.03Fe 1.16Mg 0.12Ti 0.02Al 4.89Si 6.80O 10（OH ）4。

过铝质花岗岩中的白云母多为不纯白云母，它一般为一

种由白云母分子KAl 2[AlSi 3O 10]（OH ）2、绿鳞石分子KAl

（Fe ，Mg ）（Si 4O 10）（OH ）2和钠云母分子NaAl 2[AlSi 3O 10]（OH ）2组成的固溶体[11]。本文研究的锡田燕山期花岗岩白云母具有较低的Na 2O 、Al 2O 3和TiO 2含量，与绿鳞石的化学组成有一定的相似

性。在Clarke （1981）[11]

提出的（Fe+Mg ）/（Fe+Mg+Ti+Al ）-Na/（Na+K+Ca ）图解中（图2），样品点有向绿鳞石演化的趋势，

暗示锡田燕山期花岗岩白云母是一种主要由白云母分子和绿鳞石分子组成的固溶体。

3原生白云母和次生白云母判别

判别白云母为原生的还是次生的，其岩相学特征是鉴别

的重要依据。一般说来，原生白云母多为无色透明，

自形程度好，多为自形-半自形；粒度较大，少含有包裹体；

其边界清楚，与其他矿物没有明显的反应关系。

次生白云母多为半自形-他形；多呈细小的片状集合体或粒间不连续的片状结构；粒度较小，常见包裹体；没有明显的边界，常见与其他矿物（如黑云母）交生反应的反应边；次生白云母通常可以由黑云母或长石

蚀变而成，或形成于岩浆期后阶段。部分学者提出可以根据白云母的地球化学特征来判别其为原生的还是次生的。一般说来，原生白云母具有富Ti 、富

Mg 、

低Fe 、高Si 、高Al 和高Na 等特征；而次生白云母具有贫Ti 、

贫Mg 、高Fe 、低Si 、低Al 和低Na 等特征，它们具体的判别参数见表2。

根据上述判别依据，锡田燕山期花岗岩中白云母分为两

类，一类呈自形-半自形，颗粒较大，长大于500μm ，宽约300μm ，

其边界清晰，不含包裹矿物（

图3a ），这类白云母应为1-第四系；2-石炭系；3-泥盆系；4-奥陶系；5-燕山期花岗岩；

6-印支期花岗岩；7-断层；8-不整合接触；9-采样位置。

图1湘东锡田地区地质简图(据文献[8]改编)

类型

SiO 2

TiO 2

Al 2O 3

FeO

MnO MgO CaO

Na 2O K 2O

总量

Si

Al

Ti

Fe

Mg

Mn

Ca

Na

K

Fe/

（Fe+Mg ）原生白云母46.08

0.28

25.6211.74

0.77

0.18

0.03

0.15

10.3495.19

6.80

4.66

0.03

1.520.040.100.000.04 1.950.97

45.42

0.33

26.0611.16

0.730.190.020.1510.0894.14

6.75

4.78

0.04

1.45

0.04

0.09

0.00

0.04

1.91

0.9745.96

0.23

27.72

9.08

0.24

0.26

0.19

10.3394.01

6.75

5.02

0.03

1.17

0.06

0.03

0.00

0.06

1.93

0.95

43.01

0.53

26.0610.72

0.61

0.30

0.08

0.27

10.0291.60

6.59

4.93

0.06

1.44

0.07

0.08

0.01

0.08

1.96

0.95

次生白云母46.450.31

25.8710.79

0.61

0.56

0.12

10.3595.06

6.82

4.69

0.04

1.39

0.12

0.08

0.00

0.04

1.94

0.92

47.440.14

28.34

8.32

0.37

0.58

0.11

10.7796.07

6.79

5.00

0.02

1.04

0.12

0.04

0.00

0.03

1.97

0.89

46.26

0.07

26.6810.76

0.63

0.60

0.11

10.3595.46

6.76

4.81

0.01

1.38

0.13

0.08

0.00

0.03

1.93

0.91

48.940.34

29.41

6.79

0.32

0.52

0.11

10.7197.14

6.85

5.07

0.04

0.83

0.11

0.04

0.00

0.03

1.91

0.88

表1锡田燕山期花

岗岩白云母化学成分

单位:%

图2锡田燕山期花岗岩白云母的(Fe+Mg )/(Fe+Mg+Ti+Al )-Na/(Na+K+Ca )

图解(底图据文献[11])

原子数（比值）

Ti

Mg

Fe

Na

Si

Al

Fe/（Fe+Mg ）原生白云母≥0.05≥0.10.09~0.13≥0.1 6.16~6.34≥5.2<0.75次生白云母≤0.05≤0.10.19~0.45≤0.1 6.06~6.16≤5.2

>0.75

表2花岗岩中不同类型白云母判别的地球化学参数

注：数据统计来源于文献[12-13]。

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