花崗巖中角閃石的礦物學特征及地質意義

許旭 鄭改紅

摘 ?要：花崗巖是巖漿在地下深處經冷凝而形成的深成酸性火成巖。而角閃石石花崗巖中重要的組成礦物。從成因礦物學角度出發，通過對花崗巖中角閃石進行電子探針分析確定角閃石中的組成成分、化學成分分析、角閃石-斜長石溫壓計的計算原理及適用條件以及該溫壓計在計算巖漿體系成巖成礦的溫度、壓力，進而估算巖漿侵位深度及上升速率方面的應用，揭示了其在巖漿演化過程中的重要意義。

關鍵詞：花崗巖;角閃石;成因礦物學;電子探針;溫壓計

引言

角閃石在自然界分布很廣，是巖漿巖中主要的造巖礦物。也是石花崗巖中重要的組成礦物，是角閃石族礦物的總稱，角閃石屬閃石族中一員。鎂、鐵、鈣、鈉、鋁等的硅酸鹽或鋁硅酸鹽。可以通過角閃石命名法判斷其具體名稱。也可以通過其與斜長石的化學成分特征，對花崗巖結晶過程中的物理化學條件的變化反應十分靈敏，同時從成因礦物學的角度出發，運用電子探針技術，選擇對其合適的角閃石溫壓計對其化學成分進行估算，對巖體形成時溫度、壓力、氧逸度等進行估算，最終判別巖體形成的環境。因此，通過對花崗巖中的角閃石開展成巖過程中物理化學條件的研究，從而推測巖漿演化及其與成礦關系。

1.研究現狀

1.1角閃石的礦物學特征

角閃石族礦物屬雙鏈硅酸鹽。由SiO基團所聯成雙鏈結構，陽離子[1 1（100）]沿C軸延伸，聯接而成。存在被記作M、M 、M 的配分位置。近似于正八面體配位位置，一種記作M的六～八次配位，配位多面體相對較大，易崎變。結晶學上分屬斜方晶系和單斜晶系這五個空間群。其類質同象成分系列十分復雜，主要依據陽離子成分特征進行系列劃分和礦物種命名。

1.2角閃石的地球化學特征

根據大量實驗測定結果，對角閃石中稀有元素和金屬元素的平均含量進行計算。數據一部分引自文獻資料;另一部分是通過對蘇聯各地區的鈣質堿性侵入花崗巖體中分離出的角閃石單礦物相進行分析而得到的結果。角閃石的光性和化學特點較早就用于巖石學目的：安山巖角閃石和花崗巖角閃石，當它們的含鐵量相近時，可以根據折射率區別開。這與鐵的不同氧化程度和鐵的含量有關。

1.3角閃石的應用

1.3.1角閃石-斜長石溫度計

根據角閃石固溶體模型和實驗，提出了由角閃石和斜長石礦物對組成的地質溫度計，反應方程式如下：

NaCaMg（AlSi）O（OH）+4SiO=CaMgSiO（OH）+NaAlSiO

即：淺閃石+石英=透長石+ 鈉長石

溫度表達式：

式中：□代表結晶位空缺;A、T1和M2分別表示角閃石中的結晶位;

對于 Yab，當 Xab > 0. 5 時，Yab = 0;否則，Yab = 12.0·（1-Xab）2-3.0kJ。

（2），依據淺閃石 - 鈉透閃石（edenite - richterite）的反應方程式：

NaCaMg（AlSi）SiO（OH）+NaAlSiO=Na（CaNa）MgSiO（OH）+CaAlSiO

即：閃長石+鈉長石=堿鎂閃石+鈣長石

溫度表達式（適用于含石英和無石英巖漿巖）：

式中：Yab - an代表 RTlnγan - RTlnγab;對于 Yab - an，當 Xab > 0. 5 時，Yab - an = 3. 0 kJ;否則，Yab - an = 12. 0（2Xab-1）+ 3. 0 kJ。

（T的單位為開爾文（K），P的單位為千巴（kbar），Xφ i 表示組份i在晶格位置φ中的摩爾分數。）

1.3.2角閃石全鋁壓力計

提出了利用角閃石中全鋁（Altot）的含量計算壓力：

P（± 0. 30 GPa）= - 0. 392 + 0. 503 Altot（HAMMARSTROM，et al，1986）

P（± 0. 10 GPa）= - 0. 476 + 0. 564 Altot（HOLLISTER，et al，1987）

P（± 0. 05 GPa）= - 0. 346 + 0. 423 Altot（JOHNSON，et al，1989）

P（± 0. 06 GPa）= -0.301 + 0. 476 Altot（SCHMIDT，1992）

P（± 0. 06 GPa）= -3 .01 + 4 .76 Altot -[（t -675）/85] [ 0.53 Altot +0 .005 294（t -675）]

其適用范圍：0.4<Fe/（Fe+Mg）< 0.65且Fe3+/（Fe2++Fe3+）≥0.25

2.存在問題

角閃石作為地質溫壓計進行溫度壓力的估算時，雖然估算結果相對準確，但其適用條件十分苛刻，具有很大的約束性。如使用角閃石全鋁壓力計時應滿足于以下條件：

①選用 0. 4 < Fe /（Fe + Mg）< 0. 65 且 Fe3 + /（Fe2 + + Fe3 +）≥0. 25（或 0. 2）的角閃石。

②石英、斜長石、鉀長石、角閃石、黑云母、榍石和磁鐵礦/鈦鐵礦須和熔融物共存。

③壓力計只能應用于 2 ～ 13 kbar 壓力范圍內結晶的巖石。

④熔體中 Si 的活度必須≥1。

⑤與角閃石共存的斜長石牌號應在 An25 和 An35 之間。

⑥角閃石應在花崗巖類的固相線附近結晶。

⑦角閃石應與鉀長石共存。

⑧考慮⑤、⑥和⑦條件的影響，成分測定點必須位于與石英和（或）鉀長石相互接觸的角閃石邊緣。

3.發展方向

目前，礦物溫壓計正處于飛速發展的時期。高溫高壓實驗巖石學、熱力學數據庫、礦物固溶體理論研究等方面的進展，為溫壓計的發展打下了堅實的基礎。實際上，溫壓計自出現以來，一直在不斷地改良著。所以，在應用的同時，應密切關注溫壓計研究的最新進展。如何獲得 符合客觀實際的礦物熱力學數據庫，仍是實驗巖石學家的重要任務。在礦物溫壓計標度過程中，礦物固溶體模型幾乎成了核心內容。礦物成分-活度關系即礦物固溶體模型，最終仍需要通過礦物反應的相平衡實驗來決定。同時，有些溫壓計的實驗標度工作仍顯不夠。可以預料，礦物熱力學數據庫和礦物溫壓計發展最關鍵的問題仍是礦物相平衡實驗。實驗方面可以獲得符合客觀實際的內洽熱力學數據，另一方面實驗數據又可以用來建立合理的礦物成 分-活度模型，標度礦物溫壓計。所以精確的礦物相平衡實驗將是今后研究工作的重點。

參考文獻

[1] ?周曄，沈陽，侯增謙，謝鑫，羅晨皓.滇西六合正長斑巖中角閃石、黑云母和鋯石的特征及其指示意義[J].巖石礦物學雜志，2018，37（04）：547-561.

501-520.