灰綠色綠泥石鋁土礦特征描述

灰綠色，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，角礫狀構(gòu)造，主要礦物組成為硬鋁石、綠泥石。

是提取鋁、制造耐火材料和高鋁水泥的礦物原料。

據(jù)野外產(chǎn)狀和分布特征，巖相學測定、變晶礦物成分和組合標志以及硅酸鹽成分分析表明，組成桐柏黑硬綠泥變質(zhì)帶的原巖主要分屬于兩種類型，一是輝長巖類，二是斜長花崗巖類。

類巖石中黑硬綠泥石的形成過程雖長，但基本上是在一個變質(zhì)作用過程中的產(chǎn)物，只是其發(fā)育有先有后而已。早階段形成的黑硬綠泥石都和糜棱葉理相一致，晚階段發(fā)育起來的硬綠泥石則斜交片理，二者雖有穿插現(xiàn)象但絕無交代作用可見，而且較大的變斑晶黑硬綠泥石可有篩狀變晶結(jié)構(gòu)，中包斜長石、綠簾石、角閃石或石英長石，白云母綠簾石等礦物包體。這些包體礦物一般都是原巖中原生礦物?；亟Y(jié)晶的變晶礦物。說明這兩類巖石中的黑硬綠泥石都是在原巖受到糜棱巖化作用過程中的變晶礦物，所以，黑硬綠泥石的變質(zhì)作用實是韌性剪切變形作用帶內(nèi)輝長巖體和斜長花崗片麻巖體的一種退變質(zhì)作用的結(jié)果。

變質(zhì)作用時代也就是糜棱巖形成的時代，其中白云斜長片麻糜棱巖的³⁹Ar/⁴⁰Ar同位素年齡為230Ma，相當于印支期，也就是說桐柏北部黑硬綠泥石變質(zhì)帶的形成時代和整個東秦嶺大別山造山帶發(fā)育的印支期糜棱巖化變形作用是同步發(fā)展起來的。其形成時的溫壓條件，參考變質(zhì)作用帶內(nèi)相鄰同變質(zhì)期巖類中多硅白云母的Si=3.40～3.50，按MassonneandSchreyer（1987）的圖解，于溫度達673.15K時，壓力應在0.8GPa～1.2GPa之間。若依其平均壓力1GPa，采用Kroph（1978）和GreenandHellman（1982）[15]石榴石多硅白云母地質(zhì)溫度計，求得本帶變質(zhì)作用的溫度為644.15K～765.15K。也就是說桐柏北部黑硬綠泥石變質(zhì)帶中，黑硬綠泥石 黑云母 白云母±綠泥石±石英 鈉長石和黑硬綠泥石 白云母 陽起石±綠泥石 鈉長石組合形成作用的溫壓條件是在約1.0±0.3GPa，703.15±323.15K，黑硬綠泥石可穩(wěn)定的情況下，這和鄂北藍片巖帶形成的溫壓條件p/GPa=0.5～0.7，T=623.15K～723.15K是相近的。由于這個黑硬綠泥石變質(zhì)帶無硬柱石發(fā)育，而且有富錳鋁榴石石榴石、黑云母和綠簾石形成。因此，其變質(zhì)作用溫度要比北美加里福尼亞有硬柱石出現(xiàn)的黑硬綠泥石變質(zhì)帶的形成溫度要高些，即在臨近黑云母變質(zhì)帶的溫度范圍內(nèi)。桐柏黑硬綠泥石的變質(zhì)帶內(nèi)無典型的藍閃石分布，而常見凍藍閃石和藍透閃石與鎂鈉閃石產(chǎn)生，也表明這個變質(zhì)帶形成時的溫度可能相對較高，應相當于通常的綠泥石帶的上部至黑云母帶的下部溫度之間的過渡帶內(nèi)。這和地質(zhì)溫度計的計算結(jié)果是一致的。桐柏黑硬綠泥石變質(zhì)帶內(nèi)的黑硬綠泥石與多硅白云母、陽起石、綠簾石、鈉長石和綠泥石共生，兩無鉀長石發(fā)育，這和Brown（1975）對含黑硬綠泥石的高壓綠片巖相的分析相吻合。因此，桐柏黑硬綠泥石變質(zhì)帶應屬于高壓條件下的較高溫藍閃綠片巖相變質(zhì)形成物 。

綠泥石的化學成分分析在中國科學院地球化學研究所礦床地球化學國家重點實驗室完成。測試儀器日本產(chǎn)EPMA-1600型電子探針;測試條件:加速電壓15 kV,電子束流1.0× 10^{- 8}A,采用美國國家標準局的礦物標樣,Si、Fe、Mn的標樣分別為石英、赤鐵礦、鐵橄欖石,其他元素采用角閃石作標樣。

電子探針分析結(jié)果見表2,以14個氧原子為標準計算的結(jié)構(gòu)式和特征值見表3。由于綠泥石顆粒細小、結(jié)構(gòu)復雜,特別是綠泥石中其他礦物的微細包裹體、混層結(jié)構(gòu)以及礦物之間的復雜共生關(guān)系等,利用電子探針分析綠泥石成分時容易產(chǎn)生誤差。綠泥石的w(Na₂O K₂O CaO)可以作為判別其成分是否存在混染的指標(Foster,1962 ; Zang et al.,1995 ;Hiller et al.,1991 )。因此,本文采用w(Na₂O K₂O CaO)< 0.5%作為綠泥石成分是否存在混染的判別標準(G2-3-2的C11測點、2-1-3的A5測點、DLG-118的C3和C4測點不符合標準)。盡管Fe² 含量不能直接通過電子探針分析獲得,但根據(jù)綠泥石中Fe³ 含量一般小于鐵總量的5%,本文近似地用表2中的全鐵來代表。

剔除成分存在混染的測點數(shù)據(jù)后,都龍礦區(qū)綠泥石的化學成分具有如下特點:w(SiO₂)為21.17%～ 29.76%,平均值為24.46%;w(Al₂O₃)為12.77%～ 23.40%,平均值為18.89%;w(FeO)為29.27%～ 41.46%,平均值為36.12%;w(MgO)為1.10%～ 9.85%,平均值為6.57%。其中,鐵、鎂含量變化較大,且此消彼長,反映了它們在綠泥石中的相互置換比較普遍;另外,鉀、鈉、鈣的含量變化可能指示了綠泥石化的程度。在綠泥石的Fe-Si(原子數(shù))圖解中(圖3,Fe、Si原子數(shù)以28個氧原子為標準換算),所測綠泥石主要為富鐵種屬的假鱗綠泥石、鮞綠泥石、蠕綠泥石(鐵綠泥石)及鐵鎂綠泥石。

鱗綠泥石綠泥石的Mg/(Fe Mg)和Al/(Al Mg Fe)比值

Laird(1988)提出的Al/(Al Mg Fe)-Mg/(Fe Mg)圖解,被廣泛地用于識別綠泥石與其母巖的關(guān)系。一般認為,由泥質(zhì)巖蝕變形成的綠泥石,比由鎂鐵質(zhì)巖石轉(zhuǎn)化而成的綠泥石具有較高的Al/(Al Mg Fe)比值(> 0.35)。由表3可知,2-1-3、TJ-19、LZ1-4、6-1-2等4個樣品的Al/(Al Mg Fe)比值為0.35～ 0.41,反映綠泥石的化學成分主要來源于泥質(zhì)巖;而樣品5-1、DLG-118的Al/(Al Mg Fe)比值為0.31～ 0.34,平均值為0.33,反映綠泥石的化學成分主要來源于鎂鐵質(zhì)巖?？傮w來說,該礦床綠泥石的Al/(Al Mg Fe)值為0.31～0.41,平均值為0.36(接近0.35),反映綠泥石化學成分主要受泥質(zhì)與鐵鎂質(zhì)2類原巖控制,且兩者的比例接近。

高Mg/(Fe Mg)比值的綠泥石一般產(chǎn)于基性巖中,而低Mg/(Fe Mg)比值的綠泥石產(chǎn)于含鐵建造中。該礦床綠泥石的Mg/(Fe Mg)比值為0.05～ 0.37,平均值為0.25,相對偏低,指示綠泥石的形成環(huán)境應為含鐵建造。

在Al/(Al Mg Fe)-Mg/(Fe Mg)圖解中(圖4a),綠泥石樣品的投影點比較分散,總體上顯示一定的負相關(guān)關(guān)系,這與綠泥石部分來自于泥質(zhì)巖,部分來自于鐵鎂質(zhì)巖或富鎂鐵質(zhì)流體有關(guān),負相關(guān)性可能反映了混合比例的變化。

鱗綠泥石綠泥石的AlⅣ、AlⅥ值及Fe/(Fe Mg)比值

該礦床綠泥石的Al^Ⅳ值為1.07～ 1.60,Al^Ⅵ值為1.06～1.50,Al^Ⅳ值大多數(shù)大于Al^Ⅵ值(僅一個分析點除外),這可能與八面體位置上少量Fe對Al的置換有關(guān)。Al^Ⅳ-Al^Ⅵ關(guān)系圖(圖4b)顯示,Al^Ⅳ與Al^Ⅵ存在一定的正相關(guān)性,說明在Al^Ⅳ對Si的替換過程中,伴隨著Al^Ⅵ在八面體位置上對Fe或Mg的置換。該礦床綠泥石Al^Ⅳ與Al^Ⅵ之間的相關(guān)關(guān)系為Al^Ⅳ =0.6835 Al^Ⅳ 0.336(R2= 0.7442)。因此,本區(qū)綠泥石的Al與Si置換不屬于Al^Ⅳ與Al^Ⅵ間接近于1∶1的鈣鎂閃石型替代(Xie,1997),Al^Ⅳ對Fe或Mg的置換比例高于Al^Ⅳ對Si的置換。當Al^Ⅳ在四面體上置換Si時,產(chǎn)生的負電荷完全能夠被更多的AlⅣ在八面體上置換Fe或Mg來補償,這也在一定程度上反映了綠泥石中Fe3 含量很少。Al^Ⅳ-Fe/(Fe Mg)圖解顯示(圖4c),隨著Fe/(Fe Mg)值的增加,AlⅣ值也增加,這表明在Fe置換Mg的過程中,由于綠泥石結(jié)構(gòu)的調(diào)整,允許更多的Al^Ⅳ置換Si(Xie,1997 ;Kranidiotis et al.,1987 )。在鐵鎂質(zhì)巖石的低級變質(zhì)作用和活動地熱體系中,粘土礦物、云母等向綠泥石的轉(zhuǎn)換,常伴隨著Al對Si的置換(Hillier,1993) 。所以,該礦床綠泥石中Fe對Mg的置換有助于綠泥石的成熟化。

鱗綠泥石綠泥石的Fe AlⅣ-Mg、Fe-Mg、AlⅣ-Mg關(guān)系

該礦床綠泥石Fe Al^Ⅳ與Mg的相關(guān)關(guān)系為:Fe Al^Ⅳ=- 1.0334 Mg 5.9552(r²= 0.9894)(圖4d),呈近1∶ 1的負相關(guān)關(guān)系,表明綠泥石的八面體位置主要被Fe、Al、Mg等3種元素占據(jù),主要發(fā)生Fe Al^Ⅳ對Mg的置換。結(jié)合Fe與Mg的關(guān)系(圖4e):Fe= - 0.8307 Mg 4.4399(r²=0.9389),以及AlⅣ與Mg的關(guān)系(圖4f):Al^Ⅳ= - 0.2027Mg 1.5153(r²= 0.5487),表明Fe對Mg的置換反應是綠泥石八面體位置上最重要的反應,即綠泥石八面體位置上以Fe置換Mg為主,Al^Ⅳ置換Mg為輔,反映了綠泥石可能產(chǎn)于含鐵高的背景中,即前文提到的含鐵建造。

本研究所分析的樣品主要為矽卡巖型礦石。首先,把所采樣品磨制成光薄片;然后,在光學顯微鏡觀察鑒定的基礎(chǔ)上,選用了綠泥石化比較明顯的7個樣品(5-1、TJ-19、2-1-3、2-3-2、DLG-118、6-1-2、LZ1-4)進行電子探針分析。其中,樣品5-1、TJ-19采自銅街礦段,2-1-3、2-3-2采自曼家寨礦段,DLG-118、6-1-2、LZ1-4采自辣子寨礦段。鏡下特征顯示,綠泥石主要呈片狀、磷片狀,與錫石、石英、螢石等礦物共生關(guān)系密切,廣泛交代黑云母、陽起石及各種硫化物,或沿其礦物裂隙分布、充填(圖2)。各樣品的顯微特征描述詳見表1。