绿泥片岩成因

蓝片岩相变质的硬绿泥石 纤锰柱石 多硅白云母组合产在开山屯镇西南的怀庆街上所附近。该种变泥质岩呈灰黑色，片状构造，显微镜下糜棱岩组构清晰。岩石由硬绿泥石、石英（或玉髓）、多硅白云母、绿泥石、纤锰柱石等组成。硬绿泥石呈板状或不完全的放射状集合体产出。多硅白云母为片状集合体。纤锰柱石呈针状、纤维状分布，多色性浅棕黄、黄绿至浅绿、鹅黄色，平行消光，最高干涉色二级中部，这与已知铁纤锰柱石的特征符合。矿物的电子探针成分分析结果及分子式计算见表"。把本区发现的纤锰柱石与已知的纤锰柱石、铁纤锰柱石的成分相比较，前者的SiO₂（33.89%~36.18%）略低于后二者，其高值接近于铁纤锰柱石（37.38%）和纤锰柱石（A）37.39%~38.30%的低值，差别分别近于3.21%和3.24%；前者的Al₂O₃含量高值28.56%，也比后二者低。其MnO和FeO含量都与铁纤锰柱石相当，而与纤锰柱石（A）相差较大。它与富锰纤锰柱石相比，SiO₂和Al₂O₃值都很接近。可见，吉林延边开山屯地区发现的纤锰柱石应为铁纤锰柱石 。

据野外产状和分布特征，岩相学测定、变晶矿物成分和组合标志以及硅酸盐成分分析表明，组成桐柏黑硬绿泥变质带的原岩主要分属于两种类型，一是辉长岩类，二是斜长花岗岩类。

类岩石中黑硬绿泥石的形成过程虽长，但基本上是在一个变质作用过程中的产物，只是其发育有先有后而已。早阶段形成的黑硬绿泥石都和糜棱叶理相一致，晚阶段发育起来的硬绿泥石则斜交片理，二者虽有穿插现象但绝无交代作用可见，而且较大的变斑晶黑硬绿泥石可有筛状变晶结构，中包斜长石、绿帘石、角闪石或石英长石，白云母绿帘石等矿物包体。这些包体矿物一般都是原岩中原生矿物粒化重结晶的变晶矿物。说明这两类岩石中的黑硬绿泥石都是在原岩受到糜棱岩化作用过程中的变晶矿物，所以，黑硬绿泥石的变质作用实是韧性剪切变形作用带内辉长岩体和斜长花岗片麻岩体的一种退变质作用的结果。

变质作用时代也就是糜棱岩形成的时代，其中白云斜长片麻糜棱岩的³⁹Ar/⁴⁰Ar同位素年龄为230Ma，相当于印支期，也就是说桐柏北部黑硬绿泥石变质带的形成时代和整个东秦岭大别山造山带发育的印支期糜棱岩化变形作用是同步发展起来的。其形成时的温压条件，参考变质作用带内相邻同变质期岩类中多硅白云母的Si=3.40～3.50，按MassonneandSchreyer（1987）的图解，于温度达673.15K时，压力应在0.8GPa～1.2GPa之间。若依其平均压力1GPa，采用Kroph（1978）和GreenandHellman（1982）[15]石榴石多硅白云母地质温度计，求得本带变质作用的温度为644.15K～765.15K。也就是说桐柏北部黑硬绿泥石变质带中，黑硬绿泥石 黑云母 白云母±绿泥石±石英 钠长石和黑硬绿泥石 白云母 阳起石±绿泥石 钠长石组合形成作用的温压条件是在约1.0±0.3GPa，703.15±323.15K，黑硬绿泥石可稳定的情况下，这和鄂北蓝片岩带形成的温压条件p/GPa=0.5～0.7，T=623.15K～723.15K是相近的。由于这个黑硬绿泥石变质带无硬柱石发育，而且有富锰铝榴石石榴石、黑云母和绿帘石形成。因此，其变质作用温度要比北美加里福尼亚有硬柱石出现的黑硬绿泥石变质带的形成温度要高些，即在临近黑云母变质带的温度范围内。桐柏黑硬绿泥石的变质带内无典型的蓝闪石分布，而常见冻蓝闪石和蓝透闪石与镁钠闪石产生，也表明这个变质带形成时的温度可能相对较高，应相当于通常的绿泥石带的上部至黑云母带的下部温度之间的过渡带内。这和地质温度计的计算结果是一致的。桐柏黑硬绿泥石变质带内的黑硬绿泥石与多硅白云母、阳起石、绿帘石、钠长石和绿泥石共生，两无钾长石发育，这和Brown（1975）对含黑硬绿泥石的高压绿片岩相的分析相吻合。因此，桐柏黑硬绿泥石变质带应属于高压条件下的较高温蓝闪绿片岩相变质形成物 。

绿泥石的化学成分分析在中国科学院地球化学研究所矿床地球化学国家重点实验室完成。测试仪器日本产EPMA-1600型电子探针;测试条件:加速电压15 kV,电子束流1.0× 10^{- 8}A,采用美国国家标准局的矿物标样,Si、Fe、Mn的标样分别为石英、赤铁矿、铁橄榄石,其他元素采用角闪石作标样。

电子探针分析结果见表2,以14个氧原子为标准计算的结构式和特征值见表3。由于绿泥石颗粒细小、结构复杂,特别是绿泥石中其他矿物的微细包裹体、混层结构以及矿物之间的复杂共生关系等,利用电子探针分析绿泥石成分时容易产生误差。绿泥石的w(Na₂O K₂O CaO)可以作为判别其成分是否存在混染的指标(Foster,1962 ; Zang et al.,1995 ;Hiller et al.,1991 )。因此,本文采用w(Na₂O K₂O CaO)< 0.5%作为绿泥石成分是否存在混染的判别标准(G2-3-2的C11测点、2-1-3的A5测点、DLG-118的C3和C4测点不符合标准)。尽管Fe² 含量不能直接通过电子探针分析获得,但根据绿泥石中Fe³ 含量一般小于铁总量的5%,本文近似地用表2中的全铁来代表。

剔除成分存在混染的测点数据后,都龙矿区绿泥石的化学成分具有如下特点:w(SiO₂)为21.17%～ 29.76%,平均值为24.46%;w(Al₂O₃)为12.77%～ 23.40%,平均值为18.89%;w(FeO)为29.27%～ 41.46%,平均值为36.12%;w(MgO)为1.10%～ 9.85%,平均值为6.57%。其中,铁、镁含量变化较大,且此消彼长,反映了它们在绿泥石中的相互置换比较普遍;另外,钾、钠、钙的含量变化可能指示了绿泥石化的程度。在绿泥石的Fe-Si(原子数)图解中(图3,Fe、Si原子数以28个氧原子为标准换算),所测绿泥石主要为富铁种属的假鳞绿泥石、鲕绿泥石、蠕绿泥石(铁绿泥石)及铁镁绿泥石。

鳞绿泥石绿泥石的Mg/(Fe Mg)和Al/(Al Mg Fe)比值

Laird(1988)提出的Al/(Al Mg Fe)-Mg/(Fe Mg)图解,被广泛地用于识别绿泥石与其母岩的关系。一般认为,由泥质岩蚀变形成的绿泥石,比由镁铁质岩石转化而成的绿泥石具有较高的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个样品的Al/(Al Mg Fe)比值为0.35～ 0.41,反映绿泥石的化学成分主要来源于泥质岩;而样品5-1、DLG-118的Al/(Al Mg Fe)比值为0.31～ 0.34,平均值为0.33,反映绿泥石的化学成分主要来源于镁铁质岩。总体来说,该矿床绿泥石的Al/(Al Mg Fe)值为0.31～0.41,平均值为0.36(接近0.35),反映绿泥石化学成分主要受泥质与铁镁质2类原岩控制,且两者的比例接近。

高Mg/(Fe Mg)比值的绿泥石一般产于基性岩中,而低Mg/(Fe Mg)比值的绿泥石产于含铁建造中。该矿床绿泥石的Mg/(Fe Mg)比值为0.05～ 0.37,平均值为0.25,相对偏低,指示绿泥石的形成环境应为含铁建造。

在Al/(Al Mg Fe)-Mg/(Fe Mg)图解中(图4a),绿泥石样品的投影点比较分散,总体上显示一定的负相关关系,这与绿泥石部分来自于泥质岩,部分来自于铁镁质岩或富镁铁质流体有关,负相关性可能反映了混合比例的变化。

鳞绿泥石绿泥石的AlⅣ、AlⅥ值及Fe/(Fe Mg)比值

该矿床绿泥石的Al^Ⅳ值为1.07～ 1.60,Al^Ⅵ值为1.06～1.50,Al^Ⅳ值大多数大于Al^Ⅵ值(仅一个分析点除外),这可能与八面体位置上少量Fe对Al的置换有关。Al^Ⅳ-Al^Ⅵ关系图(图4b)显示,Al^Ⅳ与Al^Ⅵ存在一定的正相关性,说明在Al^Ⅳ对Si的替换过程中,伴随着Al^Ⅵ在八面体位置上对Fe或Mg的置换。该矿床绿泥石Al^Ⅳ与Al^Ⅵ之间的相关关系为Al^Ⅳ =0.6835 Al^Ⅳ 0.336(R2= 0.7442)。因此,本区绿泥石的Al与Si置换不属于Al^Ⅳ与Al^Ⅵ间接近于1∶1的钙镁闪石型替代(Xie,1997),Al^Ⅳ对Fe或Mg的置换比例高于Al^Ⅳ对Si的置换。当Al^Ⅳ在四面体上置换Si时,产生的负电荷完全能够被更多的AlⅣ在八面体上置换Fe或Mg来补偿,这也在一定程度上反映了绿泥石中Fe3 含量很少。Al^Ⅳ-Fe/(Fe Mg)图解显示(图4c),随着Fe/(Fe Mg)值的增加,AlⅣ值也增加,这表明在Fe置换Mg的过程中,由于绿泥石结构的调整,允许更多的Al^Ⅳ置换Si(Xie,1997 ;Kranidiotis et al.,1987 )。在铁镁质岩石的低级变质作用和活动地热体系中,粘土矿物、云母等向绿泥石的转换,常伴随着Al对Si的置换(Hillier,1993) 。所以,该矿床绿泥石中Fe对Mg的置换有助于绿泥石的成熟化。

鳞绿泥石绿泥石的Fe AlⅣ-Mg、Fe-Mg、AlⅣ-Mg关系

该矿床绿泥石Fe Al^Ⅳ与Mg的相关关系为:Fe Al^Ⅳ=- 1.0334 Mg 5.9552(r²= 0.9894)(图4d),呈近1∶ 1的负相关关系,表明绿泥石的八面体位置主要被Fe、Al、Mg等3种元素占据,主要发生Fe Al^Ⅳ对Mg的置换。结合Fe与Mg的关系(图4e):Fe= - 0.8307 Mg 4.4399(r²=0.9389),以及AlⅣ与Mg的关系(图4f):Al^Ⅳ= - 0.2027Mg 1.5153(r²= 0.5487),表明Fe对Mg的置换反应是绿泥石八面体位置上最重要的反应,即绿泥石八面体位置上以Fe置换Mg为主,Al^Ⅳ置换Mg为辅,反映了绿泥石可能产于含铁高的背景中,即前文提到的含铁建造。