邯邢地区东部紫泉闪长岩的成因矿物学研究

白富生，金雅楠，范琳琳，唐玉莹，秦 超，张聚全

1. 河北地质大学 地球科学学院，河北 石家庄 050031；2. 河北地质大学 河北省战略性关键矿产资源重点实验室，河北 石家庄 050031

0 引言

邯邢地区位于华北克拉通的中部，发育有大量中生代中—基性杂岩体。前人在该地区，尤其在西部和中部，进行了大量的基础性调查与研究，取得了丰富的研究成果[1-4]。相关研究结果表明铁矿床的成因与邯邢地区广泛发育的闪长岩、二长岩有关，但是在时空上不同的岩体显示了不同的成矿特征，中西部闪长岩体表现为强成矿性，发育有大规模的铁矿床[5]。东部闪长岩体表现出弱成矿性，铁矿床的分布较少（图1）。针对东部闪长岩体与中部闪长岩体在铁矿床分布规模上所表现出的差异，本文选取东部紫泉岩体为研究对象，从成因矿物学的角度对东部闪长岩体的岩浆演化过程进行了系统的研究，然后与前人的研究成果进行对比，对东部与中部岩体存在的差异进行了分析。

图1 邯邢地区地质图（图件修改自张聚全等[5]）Fig. 1 Geological map of Han-Xing region

1 区域地质背景

邯邢地区位于华北克拉通的中部，太行山脉的南部（图1）。该区主要受太行山东麓深断裂控制，邯郸—磁县深断裂在此穿过。根据现已查明的相关资料，邯邢地区出露的地层有寒武系、奥陶系、石炭系和二叠系，在这些地层中，中奥陶统为邯邢地区主要成矿地层。

依据区域岩体分布特征以及期规模大小，可以将邯邢地区划分为符山、矿山、綦村、武安、固镇、洪山、新城和鼓山八大岩体。这些岩体总体上呈串珠状分布，呈北北东（NNE）向展布。产状大多为小岩盖或者岩株。邯邢地区岩浆岩的岩性自西向东包括中基性、中性、中偏碱性以碱性，从西向东可以划分为三个岩浆带，分别是：西部岩浆带、中部岩浆带和东部岩浆带。

2 岩相学特征

矿物的岩相学特征是岩石成因研究中的基础，该闪长岩手标本鉴定为浅灰色，中细粒，似斑状结构，块状构造。主要由斜长石（70%）、角闪石（20%）、石英（4%）、磁铁矿（6%）组成，其中斜长石多为白色，灰色，发育聚片双晶，粒径约为1.5 mm×4.5 mm，发育环带结构；角闪石为墨绿色，柱状，自形—半自形结构，生长于长石晶体间隙，数量众多，粒径 2.0 mm×2.0 mm左右，角闪石轻微蚀变，发育清晰环带（图2）。根据角闪石环带特征，可以将角闪石划分为两个期次。

图2 东部闪长岩岩相学特征Fig. 2 Petrographic characteristics of diorite in eastern

3 分析方法

对邯邢地区东部闪长岩样品中的角闪石、斜长石进行了电子探针成分分析，分析实验在河北地质大学电子探针室进行，分析仪器为JEOL-JXA-8230，仪器工作条件为加速电压：15 kV；束流：20 nA；束斑直径：5μm。分析过程中以硬玉作为Si、Al、Na的标样，Ti标样为金红石，从铁铝榴石中采集Fe标样，Ca、Mg标样采自透辉石，Mn标样选自锰硅灰石，K标样以钾长石替代，萤石作为F标样，氯化钠作为Cl标样，铬铁矿作为Cr标样。

4 分析结果

在角闪石的正交偏光显微镜图像中，可以清楚地观察到角闪石（Amp）具有明显的环带特征，核部颜色较浅，往边部过渡，颜色逐渐加深。核部较大，环带宽度相对较窄，核—边界线明显，主要表现为熔蚀的港湾状；根据角闪石电子探针数据（表1），SiO2含量为44.32%～53.96%，Al2O3含量为2.66%～10.71%，TiO2含量为0.24%～1.33%，MgO含量为12.44%～19.75%，FeO含量为5.65%～13.89%，Na2O含量为0.68%～2.28%，K2O含量为0.16%～0.93%，CaO含量为9.88%～11.58%，MnO含量为0.08%～0.73%，Cr2O3含量为0～0.52%，Cl含量为0～0.07%。总的来说，MgO、FeO、CaO 含量较高。整体上，第一期次的角闪石到第二期次的角闪石，SiO2含量逐渐升高，Al2O3含量逐渐降低，碱金属（Na2O+K2O）含量不断降低，表现出明显的负相关关系；镁含量逐渐增加，铁含量逐渐降低，两者也同样变现出了明显的负相关性。Ca含量比较稳定，没有明显变化。

表1 闪长岩中角闪石电子探针分析Table 1 EMPA data of amphibole from diorite

对邯邢地区东部紫泉闪长岩样品中角闪石环带32个探针点数据进行分析，CaB≥1.50，（Na+K）A＜0.50，Ti＜0.50，符合钙质角闪石的成分特征。基于Leake 等[6]对角闪石进行分类投图（图3a）。投图显示，两个期次的角闪石绝大数为镁角闪石，少数为钙镁闪石。

在斜长石的镜下图像中，无论是斑晶斜长石还是基质斜长石，同样可以清楚地观察到斜长石（Pl）具有明显的环带特征，环带均匀密集，核部颜色深，边部颜色浅，根据斜长石电子探针数据，SiO2含量为54.65%～64.92%，Al2O3含量为20.85%～27.49%，TiO2含量为0～0.06%，MgO含量为0～0.07%，FeO含量为0.08%～0.37%，Na2O含量为5.49%～10.09%，K2O含量为0.15%～0.62%，CaO含量为2.55%～11.66%，MnO含量为0～0.03%。为研究斜长石环带的形成过程及变化规律，挑选单颗斜长石从核部到边部，呈线状密集打点进行电子探针测试，测试数据见表2。

表2 角闪石物理化学参数计算Table 2 Calculation of physical and chemical parameters of hornblende

通过对斜长石数据进行处理并计算Or、Ab、An值。斜长石Or-Ab-An三端元图解（图3b）显示，该斜长石由钠长石、奥长石、中长石、拉长石组成。

图3 角闪石（a，底图改自Leake等[6]）和斜长石（b，底图改自赖绍聪等[7]）成分特征Fig. 3 Composition characteristics of hornblende and plagioclase

表3 闪长岩中斜长石电子探针分析Table 3 EMPA data of plagioclase from diorite

5 讨论

5.1 角闪石环带结构成因

Johnson等[8]在岩石学实验中证明：在矿物结晶过程中，钙铝质角闪石全铝含量与矿物结晶时的压力成正相关[8，9]。岩石中斜长石与角闪石共生是应用角闪石全铝压力计的必要前提条件。通过岩相学观察，邯邢地区东部紫泉岩体样品中发育大量的角闪石，斜长石生长在其周围。因此可以利用角闪石全铝压力计来估算角闪石的结晶压力。当前，已经研究出6种角闪石全铝压力计[8，10-14]，有学者通过对比研究这几种角闪石全铝压力计，提出上述所有角闪石全铝压力计受氧逸度f（O2）的制约，对矿物结晶压力计算会产生影响[15]。Ridolfi等[17]结合前人研究，综合分析各种影响因素，再次通过岩石学实验模拟角闪石结晶过程并对角闪石全铝压力计进行了校正。

运用校正后的全铝压力计对角闪石数据进行计算，得到了部分角闪石的温度、压力、氧逸度等相关参数数值（表2）。取平均值整理后，大致划分为两个阶段：首先在高温895.83 ℃、高压240.57 MPa下形成第一期次角闪石，成岩深度约为9.09 km，ΔNNO为+1.88，熔体含水量为4.61%。然后在相对低温750.43 ℃、低压79.34 MPa下形成第二期次角闪石，成岩深度约为3.00 km，ΔNNO为+1.52，熔体含水量为4.44%。两个期次的角闪石氧逸度界于ΔNNO+1.52至ΔNNO+1.88，靠近ΔNNO+2.00缓冲线，说明角闪石形成于较高的氧逸度环境，具有高氧逸度的特征。角闪石记录的温压环境也表明了本地区大部分岩浆经历了两阶段的演化模型：即深部的岩浆房过程与岩浆侵位浅部定位后的结晶过程。

角闪石TiO2-Al2O3图解（图4a）显示，第一期次的角闪石落在壳幔分界线两侧，表明角闪石第一期次的岩浆物质来源于地幔深部。第二期次的角闪石落在壳幔分界线左侧，表明该期次的岩浆物质来源于浅部壳源。两个期次岩浆不同的物质来源表明形成角闪石的岩浆具有岩浆混合的特点。

图4 角闪石岩浆来源判别图解（a，底图修改自姜常义等[16]）和岩浆氧逸度对比（b，底图修改自Ridolfi等[17]）Fig. 4 Diagrams for distinguishing the origin of amphibole magma and Comparison of oxygen fugacity of magma

5.2 斜长石环带成因及指示意义

斜长石是邯邢地区主要造岩矿物，且广泛发育清晰的环带结构。斜长石环带大致可划分为三种类型：正常环带、反环带和韵律环带。不同的环带结构形成原因不同，最根本原因是斜长石晶体在生长过程中受到周围岩浆成分变化的影响，因此可以通过研究环带各阶段成分的变化来追溯整个岩浆的演化过程[18-22]。

斜长石电子探针数据及斜长石An曲线显示，此次研究的斜长石环带是由较基性的和较酸性的岩浆多次反复注入形成，两种不同性质的岩浆之间表现有明显突变，为典型的韵律环带。研究表明，斜长石韵律环带一般是由岩浆扩散过饱和所导致，经历了长期的岩浆混合过程。此外，由于岩浆活动引起的温度压力的变化也可能形成斜长石韵律环带[23]。

为了能够突出展示斜长石环带的成分变化，通过数据处理计算斜长石An值，绘制了斜长石An曲线分布（图5）。如图5所示，斜长石环带核部An值普遍在40%～50%，少数点位An＞50%，边部斜长石An＜20%。斜长石从核部到边部具有明显的变化，可以清晰看出核部An值相对较高，边部An值相对较低，说明斜长石环带核部初始熔体岩浆较基性，环带边部岩浆较酸性。An曲线“阶梯式”突变下降被认为是酸性岩浆注入的结果，钠长石组分增加，钙长石组分减少。至于斜长石An曲线上的一些微小波动，分析认为可能因为结晶环境的不稳定，例如岩浆成分、温度、压力、含水量等[24]。

图5 斜长石An曲线分布图Fig. 5 An curve distribution of plagioclase

5.3 与邯邢地区中部强成矿岩体的对比

前人通过对邯邢地区中部某典型的矽卡岩铁矿床的研究，揭示了邯邢地区典型的矽卡岩铁矿床的成因，研究结果显示铁镁质岩浆多次注入长英质岩浆房，造成岩浆混合。同时研究数据及实验岩石学表明岩浆在侵位过程中高氧逸度和高含水量有利于富铁流体的释放，有利于铁矿的形成[25-27]。

研究结果表明，紫泉闪长岩体在形成过程中同样经历了岩浆混合，这说明表现强成矿性的中部岩体与表现弱成矿的东部岩体两者在成因上都符合岩浆混合的观点，因此岩浆混合不是此地区控矿的主要因素。实验岩石学表明：增高的氧逸度和水活度有利于富铁熔流体的出熔[27]。通过与中部强成矿岩体綦村岩体的氧逸度对比发现（图4b），綦村岩体从基质到斑晶，氧逸度有明显的升高。紫泉闪长岩也具有高氧逸度的特征，但是在岩浆侵位的过程中，两个期次的岩浆并没有像中部强成矿岩体一样表现出氧逸度逐渐升高的特点，这可能是导致紫泉岩体没有大规模成矿的影响因素。紫泉岩体先后两个期次的岩浆水含量没有明显变化，表明岩浆在侵位前后水含量没有达到饱和状态，不能形成减压出熔的成矿流体，这可能也是影响紫泉岩体最终没有成矿的因素之一。

6 结论

（1）邯邢地区东部紫泉闪长岩中角闪石主要为镁角闪石，少量为镁钙闪石；斜长石核部为中长石、拉长石，边部为钠长石、更长石。

（2）根据对紫泉闪长岩中角闪石及斜长石环带的研究，邯邢地区东部紫泉闪长岩的成因来源于岩浆混合，经历了两个阶段的演化过程：即深部的岩浆房过程与岩浆侵位浅部定位后的结晶过程。

（3）紫泉闪长岩具有高氧逸度的特征。与中部铁强成矿的成矿岩体比较，紫泉闪长岩在侵位前后氧逸度值和含水量没有明显变化，不能很好地促使含矿流体与硅酸盐岩浆的分离，这可能是导致紫泉岩体不成矿的主要原因。