Study on the Types, and Metallogenic and Diagenetic Environment of Tourmaline from the Zhongzuo Pegmatite Veins in Quyang County, Hebei Province
-
摘要: 电气石在成岩、成矿作用中具有重要的示踪意义，利用电气石化学组成特征可有效指示其形成的成岩、成矿环境，也是一种有用的找矿标志。我国华南、西部等地区伟晶岩型稀有金属矿床找矿已取得较大进展，但华北地台区伟晶岩型稀有金属矿床尚未取得找矿突破，亟待开展系统而深入的地质找矿工作。河北曲阳县中佐伟晶岩脉中分布有大量的灰黑色自形电气石，适合开展系统的矿物学研究。本文在详细野外地质调查的基础上，系统采集研究样品，结合镜下鉴定，采用粉晶X射线衍射和电子探针相结合的研究方法，对河北曲阳县中佐伟晶岩脉中电气石的化学成分进行测试，以查明电气石的类型及其成岩、成矿环境。粉晶X射线衍射和电子探针分析结果均显示中佐伟晶岩脉中电气石属镁电气石（但接近于铁电气石），而电气石化学成分Ca-Fe-Mg三角图解显示电气石成岩环境为贫Ca变质泥质岩、变质砂屑岩和石英-电气石岩。电气石化学成分常与围岩岩石类型存在明显关联，认为中佐伟晶岩脉中的镁电气石是在较高温度（700~600℃，早期结晶的伟晶岩）条件下，岩浆熔体与高温流体和围岩发生同化混染的过程中形成的，围岩中Mg、Fe等物质成分为电气石的形成提供了必要的物质来源。中佐伟晶岩脉中电气石化学成分的系统研究，为我国地台区伟晶岩矿床的找矿提供了基础地质资料和找矿方向。Abstract: Tourmaline is an efficient tracer during diagenesis and metallogenesis. Chemical composition of tourmaline can not only be used to give information about environment of diagenesis and metallogenesis, but can also be useful in prospecting. Prospecting work of pegmatite-type rare metal deposits in Southern and Western China has seen a big breakthrough, however, there has been no obvious advance in prospecting in Northern China. Therefore, it is necessary to carry out systematical and detailed prospecting work. There are a lot of grey black idiomorphic tourmalines in pegmatite veins in Quyang County, Hebei Province, which makes it suitable for carrying out systematical mineralogy research. Samples based on detailed field work were systematically collected and are described in this paper. Microscopic identification, Powder X-ray Diffraction and Electron Microprobe were used to determine the chemical composition of tourmaline, in order to investigate the types, and diagenetic and metallogenic environment of tourmaline. Electronic Probe and Powder X-ray Diffraction show that tourmaline in Zhongzuo pegmatite belongs to dravite but is close to that of schorl. The Ca-Fe-Mg ternary diagram indicates that the diagenetic environment is poor Ca metamorphic pelite, metamorphic arenite and quartz-tourmaline rock. The chemical composition of tourmaline is closely related to the types of surrounding rock. The dravite in pegmatite veins was formed by assimilation blending between magmatic melt and surrounding rock at a temperature of 700-600℃ where Mg and Fe in surrounding rock provide the necessary sources for the formation of tourmaline. The systematical study of chemical composition of tourmaline in Zhongzuo pegmatite veins provides fundamental geological data and a prospecting direction for pegmatite-type deposits.
-
Keywords:
- microscopic identification /
- Powder X-ray Diffraction /
- Electron Microprobe /
- Zhongzuo /
- pegmatite viens /
- dravite
-
电气石是电气石族矿物的总称，它由29种同类结构矿物所组成，是一种成分和结构都比较复杂的硼硅酸盐矿物。最常见的电气石有黑电气石、镁电气石、钙镁电气石和锂电气石，自然界中出现最多的是端元之间的固溶体系列。由于电气石具有极低的主量、微量元素扩散速率和耐磨、耐蚀的物理特性，因而可有效地保留原岩的信息[1]，在成岩、成矿作用中具有重要的示踪意义[2-5]，可以作为研究成岩成矿作用的一个灵敏示踪剂。利用电气石化学组成特征不仅可以有效指示其形成的物理化学环境，还可作为一种有用的找矿标志，指示矿化的存在，并可用于区分矿化类型和矿体规模[3]。电气石是花岗岩、花岗伟晶岩中重要的副矿物，在国内外同类地质体中几乎均可见[6]，而且相比于热液型矿床、变质矿床和表生矿床中的电气石，伟晶岩脉中的电气石往往颗粒粗大、易于获得，是系统开展电气石矿物学研究的理想对象之一。
花岗伟晶岩中电气石种类主要是黑电气石、锂电气石、镁电气石及其固溶体系列[7]。国内外对电气石的研究主要集中在化学成分和同位素研究两个方面，其中化学成分研究主要是利用电气石主量、微量成分及结构上的差异，区分不同的生成环境[5]。伟晶岩型稀有金属矿床的研究与找矿是当下矿床学研究的热点，花岗伟晶岩型电气石成矿与Be、Nb、Ta、Cs、Rb等稀有金属矿化和U矿化花岗伟晶岩脉密切相关[5]。我国花岗伟晶岩型电气石矿床集中分布在黑龙江东部、新疆阿勒泰山至内蒙乌拉山、东秦岭、滇西三江流域、藏南喜马拉雅山及雅鲁藏布江流域以及华南零星伟晶岩分布区[5]，华北地区鲜有分布。自2011年以来我国在华南、西部等地部署了地质调查工作，取得了一系列研究成果[8-9]，但华北地台区的研究程度很低，一直未取得找矿突破。
河北曲阳县中佐伟晶岩型白云母矿是华北地台区为数不多的伟晶岩型矿床之一，矿区伟晶岩脉中分布有大量灰黑色自形电气石，非常适合开展系统的矿物学研究工作。本文通过详细的野外地质调查工作，系统采集了矿区电气石样品，结合镜下鉴定，采用粉晶X射线衍射和电子探针分析相结合的研究方法，对伟晶岩脉中电气石开展了深入的矿物学研究，对其成因类型、物质来源及成岩成矿环境进行系统剖析，这不仅对于探讨中佐伟晶岩脉的形成环境有重要意义，而且对于寻找伟晶岩型稀有金属矿床也能够发挥积极的指示作用。
1. 实验部分
1.1 样品采集与分析方法
本文针对中佐矿区三条近平行展布的伟晶岩脉自SW向NE分别采样，共采集含电气石样品10件。采用传统鉴定方法与现代先进实验设备相结合的方法，对中佐电气石的类型及成岩、成矿环境开展研究。首先采用偏光显微镜对样品进行鉴定，对其岩石结构、构造和镜下特征进行分析，进而采用粉晶X射线衍射对矿物类型进行初步分析，最后采用电子探针(EMPA)测定矿物化学成分，研究元素地球化学特征。
1.2 测试方法
中佐伟晶岩脉中电气石的各项实验均在中国地质科学院矿产资源研究所完成，具体测试方法如下。
偏光显微镜鉴定：将岩石按照规范要求制作成35 mm×25 mm，厚0.03 mm的薄片，用蔡司Scope.A1偏光显微镜对岩石薄片进行单偏光及正交偏光下观察，结合晶体光学、岩石学内容，确定岩石的矿物组成、结构构造等相关特征[10]。
粉晶X射线衍射分析：选取典型电气石样品在无污染状态下粉碎，经重力、磁力分选后，在双目镜下挑选电气石单矿物3 g并粉碎至300目送实验室测试。测试所用衍射仪型号为Bruker D8 Advance Diffractometer，测试条件为：X光源为铜靶，电压40 kV，电流40 mA，探测器为锂漂移硅固体探测器，狭缝DS=SS=1 mm，RS=0.1 mm，扫描方式为连续扫描，扫描速度为3°/min，采样间隔为0.02°。
电子探针(EMPA)分析：将岩石按照规范制作成35 mm×25 mm，厚0.04 mm的探针片，经抛光后在显微镜下用红笔标记选好分析部位和区域，以便分析时可以准确、快速地找到需要分析的位置。用JEOL JEE-420镀碳仪将探针片镀碳，使探针片具有导电性。采用日本电子JOEL公司生产的JXA-8230电子探针显微分析仪对样品进行微区分析，测试条件为：加速电压20 kV，电流20 nA，温度24℃，束斑直径5 μm。分析测试中Si、Na、Al元素含量用硬玉标准样品测试，Mg元素含量用镁橄榄石标准样品测试，K元素含量用钾长石标准样品测试，Ca元素含量用硅灰石标准样品测试，Fe元素含量用赤铁矿标准样品测试，Ti元素含量用金红石标准样品测试，P元素含量用磷灰石标准样品测试，Mn元素含量用氧化锰标准样品测试，Cr元素含量用氧化铬标准样品测试。
2. 电气石分析测试结果
2.1 偏光显微镜下鉴定结果
伟晶岩脉中电气石颗粒粗大，在伟晶岩中的含量大于5%。单偏光下，电气石呈紫褐色、微蓝绿色，具多色性和吸收性，纵切面呈自形柱状，粒度一般在0.5 mm左右(图 1b，c)，长者可达0.8~1 mm(图 1a)，柱面常现裂纹，较细密，多被石英、白云母等填充，与野外观察一致，表明电气石的形成早于脉体；横切面多呈六边形或球面三角形(图 1c)，个别薄片中可见电气石的环带结构(图 1d)，核部(内带)颜色为淡蓝色，边部(外带)颜色较核部深，为蓝绿色。
![]()
图 1 中佐伟晶岩脉中电气石显微镜下照片(单偏光下)a—紫褐色呈板柱状的电气石；b—浅褐-紫褐色呈板柱状的电气石；c—微蓝绿色呈球面三角形的电气石；d—电气石环带。Tur—电气石；Qtz—石英；Ms—白云母。Figure 1. The micrographs of tourmalines from Zhongzuo pegmatite veins2.2 粉晶X射线衍射分析结果
电气石的物相鉴定利用粉晶X射线衍射法进行。在无污染状态下将适量粉末填入垫有玻璃板的载物片上，用另一平整干净的玻璃板将其压紧，刮去多余粉末，重新压平，插入X射线衍射仪中。设置起始角为5°，终止角为70°，步长0.02°，点击开始测量。测量结果(图 2)显示其化学式为Na(Mg, V)3Al6(BO3)3Si6O18(OH)4，属镁电气石。
2.3 电子探针分析结果
电子探针测试共取点23个(图 1中白色圆圈部位)，其中：16BZZ-11-1~16BZZ-11-3为未见环带的电气石横切面，16BZZ-12-1~16BZZ-12-3为电气石环带核部(内带)，16BZZ-12-4~16BZZ-12-8为电气石环带边部(外带)，16BZZ-13-1-1~16BZZ-13-1-5(自底部至顶部)和16BZZ-13-2-1~16BZZ-13-2-3(自顶部至底部)分别位于不同电气石的长轴纵切面。电子探针成分分析结果见表 1。
表 1 中佐伟晶岩脉中电气石电子探针成分分析及相关计算数据Table 1. Electron microprobe analyses of composition and relevant calculating data of tourmaline in Zhongzuo pegmatite veins测量
项目16BZZ-11-1 16BZZ-11-2 16BZZ-11-3 16BZZ-12-1 16BZZ-12-1a 16BZZ-12-1b 16BZZ-12-2 16BZZ-12-3 16BZZ-12-4 16BZZ-12-5 16BZZ-12-5a 16BZZ-12-5b 16BZZ-12-6 16BZZ-12-7 16BZZ-12-8 16BZZ-13-1-1 16BZZ-13-1-2 16BZZ-13-1-3 16BZZ-13-1-4 16BZZ-13-1-5 16BZZ-13-2-1 16BZZ-13-2-2 16BZZ-13-2-3 SiO2 35.832 35.808 35.392 35.875 36.471 36.165 35.526 35.312 35.797 35.501 35.980 36.154 35.710 35.842 35.628 36.492 36.257 36.802 36.421 37.079 35.947 36.204 35.722 TiO2 0.462 0.335 0.323 0.203 0.254 0.264 0.374 0.414 0.415 0.364 0.393 0.192 0.283 0.364 0.333 0.383 0.464 0.303 0.363 0.373 0.201 0.312 0.494 Al2O3 31.587 31.169 30.992 31.910 32.189 32.256 31.318 31.333 31.657 31.497 31.764 32.077 31.997 31.383 31.233 31.577 31.477 31.826 31.703 31.028 31.833 31.715 31.400 FeO 8.417 9.020 9.128 7.650 7.467 6.416 7.975 8.381 8.156 8.276 9.000 7.749 7.123 7.846 8.476 8.564 7.896 8.615 8.567 8.631 8.877 8.477 8.385 MnO 0.017 0.104 0.083 0.046 0.028 0.004 0.025 0.039 0.004 0.046 0.032 0.039 0.004 0.007 0.088 0.067 0.060 0.000 0.025 0.039 0.028 0.116 0.056 MgO 6.749 6.465 6.627 7.199 7.190 7.256 7.248 7.011 7.076 6.944 6.780 7.123 7.139 7.015 7.062 7.061 7.471 7.063 7.055 7.002 6.764 6.676 6.876 CaO 0.445 0.524 0.600 0.511 0.473 0.393 0.707 0.574 0.752 0.631 0.610 0.488 0.440 0.604 0.583 0.625 0.771 0.663 0.532 0.734 0.503 0.572 0.581 Na2O 2.214 2.292 2.233 2.253 2.306 2.094 2.372 2.317 2.251 2.432 2.451 2.322 2.200 2.416 2.379 2.312 2.299 2.406 2.402 2.278 2.322 2.345 2.421 K2O 0.076 0.079 0.074 0.051 0.074 0.055 0.061 0.071 0.083 0.062 0.076 0.071 0.073 0.080 0.050 0.086 0.068 0.094 0.068 0.096 0.086 0.073 0.076 B2O3 10.560 10.517 10.459 10.596 10.710 10.598 10.536 10.498 10.609 10.539 10.670 10.657 10.543 10.551 10.540 10.716 10.692 10.792 10.715 10.732 10.627 10.639 10.569 总和 96.359 96.313 95.911 96.294 97.162 95.501 96.142 95.950 96.800 96.292 97.756 96.872 95.512 96.108 96.372 97.883 97.455 98.564 97.851 97.992 97.188 97.129 96.580 B 3.000 3.000 3.000 3.000 3.000 3.000 3.000 3.000 3.000 3.000 3.000 3.000 3.000 3.000 3.000 3.000 3.000 3.000 3.000 3.000 3.000 3.000 3.000 Si 5.936 5.958 5.922 5.925 5.959 5.972 5.900 5.887 5.905 5.895 5.901 5.937 5.927 5.945 5.915 5.959 5.934 5.967 5.948 6.046 5.919 5.955 5.915 Aly 0.064 0.042 0.078 0.075 0.041 0.028 0.100 0.113 0.095 0.105 0.099 0.063 0.073 0.055 0.085 0.041 0.061 0.033 0.052 0.000 0.081 0.045 0.085 Alz 6.000 6.000 6.000 6.000 6.000 6.000 6.000 6.000 6.000 6.000 6.000 6.000 6.000 6.000 6.000 6.000 6.000 6.000 6.000 5.953 6.000 6.000 6.000 Aly 0.092 0.059 0.023 0.126 0.147 0.239 0.019 0.033 0.048 0.048 0.030 0.134 0.175 0.069 0.016 0.025 0.000 0.039 0.039 0.000 0.086 0.092 0.032 Ti 0.057 0.042 0.041 0.025 0.031 0.033 0.047 0.052 0.051 0.045 0.048 0.024 0.035 0.045 0.041 0.047 0.057 0.037 0.044 0.046 0.025 0.038 0.061 Fe 1.162 1.251 1.273 1.053 1.017 0.883 1.104 1.164 1.121 1.145 1.230 1.060 0.985 1.084 1.173 1.165 1.077 1.164 1.166 1.173 1.218 1.162 1.157 Mn 0.002 0.015 0.012 0.006 0.004 0.001 0.004 0.005 0.001 0.006 0.004 0.005 0.001 0.001 0.012 0.009 0.008 0.000 0.003 0.005 0.004 0.016 0.008 Mg 1.677 1.614 1.663 1.784 1.762 1.797 1.806 1.753 1.751 1.730 1.668 1.755 1.777 1.745 1.759 1.730 1.834 1.718 1.728 1.713 1.671 1.647 1.708 Y位和 2.991 2.980 3.011 2.994 2.961 2.952 2.979 3.008 2.972 2.975 2.981 2.978 2.973 2.945 3.001 2.976 2.976 2.958 2.981 2.937 3.004 2.956 2.966 Ca 0.079 0.093 0.108 0.090 0.083 0.070 0.126 0.103 0.133 0.112 0.107 0.086 0.078 0.107 0.104 0.109 0.135 0.115 0.093 0.128 0.089 0.101 0.103 Na 0.710 0.738 0.723 0.720 0.729 0.669 0.762 0.748 0.719 0.782 0.778 0.738 0.707 0.776 0.765 0.731 0.728 0.755 0.759 0.719 0.740 0.747 0.776 K 0.016 0.017 0.016 0.011 0.015 0.012 0.013 0.015 0.017 0.013 0.016 0.015 0.015 0.017 0.011 0.018 0.014 0.019 0.014 0.020 0.018 0.015 0.016 X位和 0.805 0.848 0.846 0.821 0.828 0.750 0.901 0.865 0.869 0.907 0.901 0.839 0.800 0.900 0.879 0.858 0.878 0.890 0.867 0.867 0.847 0.863 0.895 注：电气石电子探针数据处理及参数计算方法参考Henry等[11]。 3. 中佐伟晶岩脉中电气石类型及其地质意义
3.1 中佐伟晶岩脉中电气石的类型
电气石三元分类图解[12](图 3a)、二元分类图解[13](图 3b)表明：中佐伟晶岩脉中电气石属镁电气石-铁电气石固溶体系列，具体为含碱组(ALG)镁电气石(但接近铁电气石)，与粉晶X射线衍射测试结果一致。将中佐伟晶岩脉中电气石与福建南平花岗伟晶岩[14]中电气石对比，中佐伟晶岩脉中电气石MgO含量与南平第Ⅳ类花岗岩伟晶岩(石英-钠长石-腐锂辉石组合)中MgO含量相当，而南平第Ⅳ类花岗岩伟晶岩是具有重要经济意义的铌、钽等稀有元素矿化体，中佐伟晶岩脉仅产出中型规模的白云母矿，这可能与中佐伟晶岩脉缺乏良好的分带性有关。因为在某种程度上，良好的分带性是岩浆充分结晶分异的表现，而稀有金属往往在结晶分异作用的后期得到充分富集。因此，围绕华北地台区开展伟晶岩型稀有金属矿床找矿工作，应重点在分带性较好的伟晶岩脉或浅地表开展。
![]()
图 3 中佐伟晶岩脉中电气石主量元素分类投影图a—电气石三元分类图解；b—电气石二元分类图解。CAG—含钙组；ALG—含碱组；XVG-X—空位组。Figure 3. Major element classification plots for tourmalines in Zhongzuo pegmatite veins3.2 中佐伟晶岩脉中电气石的成分及颜色特征
据电子探针测量数据(表 1)，电气石不同部位的成分变化不大，SiO2、TiO2、MnO、CaO、Na2O、K2O、Al2O3等含量均变化不大，而MgO含量变化于6.465%~7.471%，平均含量为6.994%，变化幅度为1.006%；FeO含量变化于6.416%~9.128%，平均含量为8.221%，变化幅度为2.712%。MgO和FeO在电气石的不同部位并不相同，呈现负相关性：自电气石的核部向边部，MgO含量逐渐降低，FeO含量逐渐升高；自电气石纵轴底部向顶部，两元素含量大致呈现相同的变化规律。
由于电气石的化学组成极其复杂，导致自然界中电气石的颜色千变万化。与花岗伟晶岩相关的电气石主要是黑电气石-锂电气石系列[7]，一般在结晶分异阶段形成黑电气石，在交代作用阶段形成彩色或串色电气石，不同成分的电气石常分布于不同类型伟晶岩及同一伟晶岩分异演化的不同阶段。邹天人等[15]通过对中国伟晶岩中38个各色电气石的成分研究，提出了各色电气石的致色原理，认为电气石富Fe者多呈黑色，富Li、Mn、Cs者多呈玫瑰色或淡蓝色，富Mg者常呈褐色或黄色，富Cr者呈深绿色。
中佐伟晶岩脉中电气石呈灰黑色，符合镁电气石-铁电气石系列特征。偏光显微镜下，中佐环带电气石核部(内带)呈淡蓝色，边部(外带)颜色较深，为蓝绿色，结合3.1节提及的电气石成分变化规律及致色原理，有理由认为电气石环带颜色不同与物质成分变化存在对应关系，即MgO和FeO含量上的负相关性可能是电气石具有多色性的原因之一。
3.3 中佐伟晶岩脉中电气石的物质来源及成岩成矿环境
电气石同轴生长环带可以提供多种地质信息[16-18]，而电气石在化学组成上的差异可以反映其物源、物理化学条件上的差异，也可以反映流体及寄主岩石的化学成分的差异[12, 19]。中佐伟晶岩脉中电气石Ca-Fe-Mg图解(图 4)显示电气石的成岩环境为贫Ca变质泥质岩、变质砂屑岩和石英-电气石岩区，即Ca含量较少，Fe、Mg含量对电气石的形成影响较大。
![]()
图 4 曲阳县中佐电气石化学成分Ca-Fe-Mg三角投影图1—富Li结晶花岗岩和细晶花岗岩；2—贫Li结晶花岗岩和细晶花岗岩；3—富Ca变质泥质岩、变质砂屑岩和基性-中-基性火山岩；4—贫Ca变质泥质岩、变质砂屑岩和石英-电气石岩；5—变质碳酸盐岩；6—变质辉石岩[11]。Figure 4. Triangular Ca-Fe-Mg plots for tourmalines in Zhongzuo pegmatite veins据Henry等[20]的研究，当电气石内Mg值>0.02 apfu(apfu=单位化学式中原子数)时，电气石常含一定量的Li。假设Y-位置剩余空位全为Li，将计算数据投图(图 5)，结果显示：中佐电气石数据全部落在二云母-微斜长石型及白云母-微斜长石型伟晶岩的钙镁电气石-铁电气石系列区，成矿温度介于600~700℃。
![]()
图 5 电气石类型与伟晶岩类型的演化关系Ⅰ—产于二云母-微斜长石型及白云母-微斜长石型伟晶岩的钙镁电气石-铁电气石系列；Ⅱ—产于白云母-微斜长石-钠长石型伟晶岩的钙镁电气石-铁电气石系列；Ⅲ—产于白云母-钠长石-锂辉石型及白云母-钠长石型伟晶岩的锂铁电气石；Ⅳ—产于锂云母钠长石型伟晶岩的锂电气石。Figure 5. Relationship between tourmaline type and pegmatite type鉴于中佐伟晶岩脉与围岩的界线是截然的，属熔体-流体充填成因。前人进行的一系列试验[1, 21-22]证实了电气石能够在高温阶段稳定存在。电气石的成因类型主要包括伟晶岩成因、变质热液交代成因和气成热液充填成因[23]。结合国内外电气石相关矿床的F#-Na化学成分数据，取中佐电气石核部、边部及长轴的平均数据投图(图 6)，表明中佐电气石靠近美国Black山伟晶岩，显示为伟晶岩成因。中佐伟晶岩脉中电气石的Fe#值普遍高于以沉积岩为容矿岩石的电气石，但低于以花岗岩为寄主的电气石(表 2)，这与王进军等[4]通过比较世界各地不同岩石中电气石的Fe#值得出的结论是相同的。由此可见，中佐电气石为伟晶岩成因，围岩中Fe、Mg成分为电气石形成提供了必要的物质来源。
![]()
图 6 中佐伟晶岩脉中电气石Fe-Na图解Figure 6. Fe-Na diagram of tourmalines in Zhongzuo pegmatite veins表 2 不同产地电气石的Fe#参数对比Table 2. The w(FeO)/w(FeO+MgO) values of tourmaline in various regions顺序号 寄主岩类型和产地 Fe# 1 美国西南部贫Li花岗岩 0.91 2 葡萄牙北部贫Li花岗岩 0.86 3 哥伦比亚元古代石英岩和泥质岩 0.45~0.67 4 乌克兰沉积变质片岩和片麻岩 0.42~0.50 5 美国缅因地区变泥质岩 0.41~0.55 6 块状硫化物矿床 0.21 7 铜矿峪花岗闪长岩 0.79 8 柿沟条纹状电气石岩 0.73 9 北峪花岗闪长岩和花岗斑岩 0.55 10 地层中电气石石英岩脉 0.42 11 篦子沟富矿黑云片岩和大理岩 0.45 12 胡加峪赋矿金云母石英白云石大理岩 0.20 13 河北省曲阳县中佐伟晶岩脉 0.54 注：中佐数据为本文成果，其余据文献[4]。 ${\rm{F}}{{\rm{e}}^{\rm{\# }}}{\rm{ = }}\frac{{w\left( {{\rm{FeO}}} \right)}}{{w\left( {{\rm{FeO}} + {\rm{MgO}}} \right)}}$ 。4. 结论
本文对中佐伟晶岩脉中电气石进行偏光显微镜下鉴定、粉晶X射线衍射和电子探针(EMPA)分析研究表明，将传统显微鉴定与现代先进实验设备相结合的分析方法，提高了矿物学研究的准确性：偏光显微镜鉴定的优势在于可直观观察岩石的矿物组成及结构、构造等特征，但无法进行化学成分定量分析；粉晶X射线衍射的优点在于能够半定量地快速得出矿物的化学式，但无法进行准确测定，且样品前期处理较为繁琐；电子探针(EMPA)的优点在于能够对微小矿物进行准确的定量鉴定，从而确定矿物类型。
综合研究表明，河北曲阳中佐伟晶岩脉中的电气石属镁电气石，但接近于铁电气石，是在较高温度(700~600℃，早期结晶的伟晶岩)条件下，岩浆熔体与高温流体和围岩发生同化混染的过程中形成的，属熔浆-热液贯入结晶成因，围岩中Mg、Fe等物质成分为电气石的形成提供了必要的物质来源。
华北地台区伟晶岩矿床的研究非常薄弱，中佐伟晶岩脉中电气石化学成分的系统研究不仅为华北地台区伟晶岩矿床的地质找矿工作提供了方向，而且为我国地台区伟晶岩型矿床的地质找矿工作提供了基础资料和积极指示，具有极为重要的现实意义。
致谢: 感谢中国地质科学院矿产资源研究所韩景仪老师给予的实验测试支持和帮助。 -
![]()
图 1 中佐伟晶岩脉中电气石显微镜下照片(单偏光下)
a—紫褐色呈板柱状的电气石；b—浅褐-紫褐色呈板柱状的电气石；c—微蓝绿色呈球面三角形的电气石；d—电气石环带。Tur—电气石；Qtz—石英；Ms—白云母。
Figure 1. The micrographs of tourmalines from Zhongzuo pegmatite veins
![]()
图 3 中佐伟晶岩脉中电气石主量元素分类投影图
a—电气石三元分类图解；b—电气石二元分类图解。CAG—含钙组；ALG—含碱组；XVG-X—空位组。
Figure 3. Major element classification plots for tourmalines in Zhongzuo pegmatite veins
![]()
图 4 曲阳县中佐电气石化学成分Ca-Fe-Mg三角投影图
1—富Li结晶花岗岩和细晶花岗岩；2—贫Li结晶花岗岩和细晶花岗岩；3—富Ca变质泥质岩、变质砂屑岩和基性-中-基性火山岩；4—贫Ca变质泥质岩、变质砂屑岩和石英-电气石岩；5—变质碳酸盐岩；6—变质辉石岩[11]。
Figure 4. Triangular Ca-Fe-Mg plots for tourmalines in Zhongzuo pegmatite veins
![]()
图 5 电气石类型与伟晶岩类型的演化关系
Ⅰ—产于二云母-微斜长石型及白云母-微斜长石型伟晶岩的钙镁电气石-铁电气石系列；Ⅱ—产于白云母-微斜长石-钠长石型伟晶岩的钙镁电气石-铁电气石系列；Ⅲ—产于白云母-钠长石-锂辉石型及白云母-钠长石型伟晶岩的锂铁电气石；Ⅳ—产于锂云母钠长石型伟晶岩的锂电气石。
Figure 5. Relationship between tourmaline type and pegmatite type
![]()
图 6 中佐伟晶岩脉中电气石Fe-Na图解
Figure 6. Fe-Na diagram of tourmalines in Zhongzuo pegmatite veins
表 1 中佐伟晶岩脉中电气石电子探针成分分析及相关计算数据
Table 1 Electron microprobe analyses of composition and relevant calculating data of tourmaline in Zhongzuo pegmatite veins
测量
项目16BZZ-11-1 16BZZ-11-2 16BZZ-11-3 16BZZ-12-1 16BZZ-12-1a 16BZZ-12-1b 16BZZ-12-2 16BZZ-12-3 16BZZ-12-4 16BZZ-12-5 16BZZ-12-5a 16BZZ-12-5b 16BZZ-12-6 16BZZ-12-7 16BZZ-12-8 16BZZ-13-1-1 16BZZ-13-1-2 16BZZ-13-1-3 16BZZ-13-1-4 16BZZ-13-1-5 16BZZ-13-2-1 16BZZ-13-2-2 16BZZ-13-2-3 SiO2 35.832 35.808 35.392 35.875 36.471 36.165 35.526 35.312 35.797 35.501 35.980 36.154 35.710 35.842 35.628 36.492 36.257 36.802 36.421 37.079 35.947 36.204 35.722 TiO2 0.462 0.335 0.323 0.203 0.254 0.264 0.374 0.414 0.415 0.364 0.393 0.192 0.283 0.364 0.333 0.383 0.464 0.303 0.363 0.373 0.201 0.312 0.494 Al2O3 31.587 31.169 30.992 31.910 32.189 32.256 31.318 31.333 31.657 31.497 31.764 32.077 31.997 31.383 31.233 31.577 31.477 31.826 31.703 31.028 31.833 31.715 31.400 FeO 8.417 9.020 9.128 7.650 7.467 6.416 7.975 8.381 8.156 8.276 9.000 7.749 7.123 7.846 8.476 8.564 7.896 8.615 8.567 8.631 8.877 8.477 8.385 MnO 0.017 0.104 0.083 0.046 0.028 0.004 0.025 0.039 0.004 0.046 0.032 0.039 0.004 0.007 0.088 0.067 0.060 0.000 0.025 0.039 0.028 0.116 0.056 MgO 6.749 6.465 6.627 7.199 7.190 7.256 7.248 7.011 7.076 6.944 6.780 7.123 7.139 7.015 7.062 7.061 7.471 7.063 7.055 7.002 6.764 6.676 6.876 CaO 0.445 0.524 0.600 0.511 0.473 0.393 0.707 0.574 0.752 0.631 0.610 0.488 0.440 0.604 0.583 0.625 0.771 0.663 0.532 0.734 0.503 0.572 0.581 Na2O 2.214 2.292 2.233 2.253 2.306 2.094 2.372 2.317 2.251 2.432 2.451 2.322 2.200 2.416 2.379 2.312 2.299 2.406 2.402 2.278 2.322 2.345 2.421 K2O 0.076 0.079 0.074 0.051 0.074 0.055 0.061 0.071 0.083 0.062 0.076 0.071 0.073 0.080 0.050 0.086 0.068 0.094 0.068 0.096 0.086 0.073 0.076 B2O3 10.560 10.517 10.459 10.596 10.710 10.598 10.536 10.498 10.609 10.539 10.670 10.657 10.543 10.551 10.540 10.716 10.692 10.792 10.715 10.732 10.627 10.639 10.569 总和 96.359 96.313 95.911 96.294 97.162 95.501 96.142 95.950 96.800 96.292 97.756 96.872 95.512 96.108 96.372 97.883 97.455 98.564 97.851 97.992 97.188 97.129 96.580 B 3.000 3.000 3.000 3.000 3.000 3.000 3.000 3.000 3.000 3.000 3.000 3.000 3.000 3.000 3.000 3.000 3.000 3.000 3.000 3.000 3.000 3.000 3.000 Si 5.936 5.958 5.922 5.925 5.959 5.972 5.900 5.887 5.905 5.895 5.901 5.937 5.927 5.945 5.915 5.959 5.934 5.967 5.948 6.046 5.919 5.955 5.915 Aly 0.064 0.042 0.078 0.075 0.041 0.028 0.100 0.113 0.095 0.105 0.099 0.063 0.073 0.055 0.085 0.041 0.061 0.033 0.052 0.000 0.081 0.045 0.085 Alz 6.000 6.000 6.000 6.000 6.000 6.000 6.000 6.000 6.000 6.000 6.000 6.000 6.000 6.000 6.000 6.000 6.000 6.000 6.000 5.953 6.000 6.000 6.000 Aly 0.092 0.059 0.023 0.126 0.147 0.239 0.019 0.033 0.048 0.048 0.030 0.134 0.175 0.069 0.016 0.025 0.000 0.039 0.039 0.000 0.086 0.092 0.032 Ti 0.057 0.042 0.041 0.025 0.031 0.033 0.047 0.052 0.051 0.045 0.048 0.024 0.035 0.045 0.041 0.047 0.057 0.037 0.044 0.046 0.025 0.038 0.061 Fe 1.162 1.251 1.273 1.053 1.017 0.883 1.104 1.164 1.121 1.145 1.230 1.060 0.985 1.084 1.173 1.165 1.077 1.164 1.166 1.173 1.218 1.162 1.157 Mn 0.002 0.015 0.012 0.006 0.004 0.001 0.004 0.005 0.001 0.006 0.004 0.005 0.001 0.001 0.012 0.009 0.008 0.000 0.003 0.005 0.004 0.016 0.008 Mg 1.677 1.614 1.663 1.784 1.762 1.797 1.806 1.753 1.751 1.730 1.668 1.755 1.777 1.745 1.759 1.730 1.834 1.718 1.728 1.713 1.671 1.647 1.708 Y位和 2.991 2.980 3.011 2.994 2.961 2.952 2.979 3.008 2.972 2.975 2.981 2.978 2.973 2.945 3.001 2.976 2.976 2.958 2.981 2.937 3.004 2.956 2.966 Ca 0.079 0.093 0.108 0.090 0.083 0.070 0.126 0.103 0.133 0.112 0.107 0.086 0.078 0.107 0.104 0.109 0.135 0.115 0.093 0.128 0.089 0.101 0.103 Na 0.710 0.738 0.723 0.720 0.729 0.669 0.762 0.748 0.719 0.782 0.778 0.738 0.707 0.776 0.765 0.731 0.728 0.755 0.759 0.719 0.740 0.747 0.776 K 0.016 0.017 0.016 0.011 0.015 0.012 0.013 0.015 0.017 0.013 0.016 0.015 0.015 0.017 0.011 0.018 0.014 0.019 0.014 0.020 0.018 0.015 0.016 X位和 0.805 0.848 0.846 0.821 0.828 0.750 0.901 0.865 0.869 0.907 0.901 0.839 0.800 0.900 0.879 0.858 0.878 0.890 0.867 0.867 0.847 0.863 0.895 注：电气石电子探针数据处理及参数计算方法参考Henry等[11]。 
下载: 导出CSV
表 2 不同产地电气石的Fe#参数对比
Table 2 The w(FeO)/w(FeO+MgO) values of tourmaline in various regions
顺序号 寄主岩类型和产地 Fe# 1 美国西南部贫Li花岗岩 0.91 2 葡萄牙北部贫Li花岗岩 0.86 3 哥伦比亚元古代石英岩和泥质岩 0.45~0.67 4 乌克兰沉积变质片岩和片麻岩 0.42~0.50 5 美国缅因地区变泥质岩 0.41~0.55 6 块状硫化物矿床 0.21 7 铜矿峪花岗闪长岩 0.79 8 柿沟条纹状电气石岩 0.73 9 北峪花岗闪长岩和花岗斑岩 0.55 10 地层中电气石石英岩脉 0.42 11 篦子沟富矿黑云片岩和大理岩 0.45 12 胡加峪赋矿金云母石英白云石大理岩 0.20 13 河北省曲阳县中佐伟晶岩脉 0.54 注：中佐数据为本文成果，其余据文献[4]。 ${\rm{F}}{{\rm{e}}^{\rm{\# }}}{\rm{ = }}\frac{{w\left( {{\rm{FeO}}} \right)}}{{w\left( {{\rm{FeO}} + {\rm{MgO}}} \right)}}$ 。
下载: 导出CSV
-
Van Hinsberg V J, Henry D J, Dutrow B L.Tourmaline as a petrologic forensic mineral:A unique recorder of its geologic past[J].Elements, 2011, 7(5):327-332. doi: 10.2113/gselements.7.5.327
毛景文, 王平安, 王登红, 等.电气石对成岩成矿环境的示踪性及应用条件[J].地质论评, 1993, 39(6):498-507. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DZLP199306003.htm Mao J W, Wang P A, Wang D H, et al.The tracer of tourmaline for rock-forming and metallogenic environments and its applied conditions[J].Geological Review, 1993, 39(6):498-507. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DZLP199306003.htm
蒋少涌, 于际民, 倪培, 等.电气石——成岩成矿作用的灵敏示踪剂[J].地质论评, 2000, 16(6):595-604. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DZLP200006006.htm Jiang S Y, Yu J M, Ni P, et al.Tourmaline-A sensitive tracer for petrogenesis and minerogenesis[J].Geological Review, 2000, 16(6):595-604. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DZLP200006006.htm
王进军, 赵枫.电气石的化学特征与相关矿床的关系[J].地质找矿论丛, 2002, 17(3):162-163. http://youxian.cnki.com.cn/yxdetail.aspx?filename=YKCS2017092700O&dbname=CAPJ2015 Wang J J, Zhao F.Relation between tourmaline chemical feature and related deposit[J].Geologic Prospecting Analects, 2002, 17(3):162-163. http://youxian.cnki.com.cn/yxdetail.aspx?filename=YKCS2017092700O&dbname=CAPJ2015
黄雪飞, 张宝林, 李晓利, 等.电气石研究进展及其找矿意义[J].黄金科学技术, 2012, 20(3):56-65. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HJKJ201203018.htm Huang X F, Zhang B L, Li X L, et al.Research progress of tourmaline and its prospecting significance[J].Gold Science & Technology, 2012, 20(3):56-65. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HJKJ201203018.htm
Roda E, Pesquera A, Velasco F.Tourmaline in granitic pegmatites and their country rocks, Fregeneda area, Salamanca, Spain[J].The Canadian Mineralogist, 1999, 33:835-848. doi: 10.1007/s12517-015-1900-x
卢宗柳.我国电气石矿床类型及其地质特征[J].矿产与地质, 2008, 22(2):174-177. http://youxian.cnki.com.cn/yxdetail.aspx?filename=YKCS2017092700O&dbname=CAPJ2015 Lu Z L.Chinese tourmaline deposits type with their geological characteristics[J].Mineral Resources and Geology, 2008, 22(2):174-177. http://youxian.cnki.com.cn/yxdetail.aspx?filename=YKCS2017092700O&dbname=CAPJ2015
熊欣, 徐文艺, 吕庆田, 等.安徽庐枞盆地砖桥深部钻孔内电气石对铀钍成矿流体在高温阶段的指示意义[J].岩石矿物学杂志, 2014, 33(2):263-272. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YSKW201402005.htm Xiong X, Xu W Y, Lü Q T, et al.Tourmaline as an early stage indicator of uranium mineralization in the deep drilling, Luzong Basin, Anhui Province[J].Acta Petrologica et Mineralogica, 2014, 33(2):263-272. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YSKW201402005.htm
伍守荣, 赵景宇, 张新, 等.新疆阿尔泰可可托海3号伟晶岩脉岩浆-热液过程:来自电气石化学组成演化的证据[J].矿物学报, 2015, 35(3):300-308. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-KWXB201503004.htm Wu S R, Zhao J Y, Zhang X, et al.Magmatic-hydrothermal evolution of the Koktokay No.3 pegmatite, Altay, NW China:Evidence from compositional variation of tourmaline[J].Acta Mineralogica Sinica, 2015, 35(3):300-308. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-KWXB201503004.htm
张洁, 李林庆.岩矿鉴定实用手册[M].北京:地质出版社, 2016:1-69. Zhang J, Li L Q.Mineral and Rock Identification Guide[M].Beijing:Geological Publishing House, 2016:1-69.
Henry D J, Guidotti C V.Tourmaline as a petrogenetic indicator mineral-An example from the staurolite-grade metapelites of NW Maine[J].American Mineralogist, 1985, 70(1-2):1-15. https://core.ac.uk/display/10385204
Hawthorne F C, Henry D J.Classification of the minerals of the tourmaline group[J].European Journal of Mineralogy, 1999, 11(2):201-215. doi: 10.1127/ejm/11/2/0201
Henry D J, Nov M, Hawthorne F C, et al.Nomenclature of the tourmaline-supergroup minerals[J].American Mineralogist, 2011, 96(5-6):895-913. doi: 10.2138/am.2011.3636
杨岳清, 王勇, 吕庆田, 等.福建南平花岗伟晶岩中的电气石研究[J].岩石矿物学杂志, 2010, 29(3):235-242. http://youxian.cnki.com.cn/yxdetail.aspx?filename=YKCS2017092700O&dbname=CAPJ2015 Yang Y Q, Wang Y, Lü Q T, et al.Characteristics of tourmalines from Nanping granitic pegmatites in Fujian Province[J].Acta Petrologica et Mineralogica, 2010, 29(3):235-242. http://youxian.cnki.com.cn/yxdetail.aspx?filename=YKCS2017092700O&dbname=CAPJ2015
邹天人, 杨岳清.中国电气石(碧玺)的颜色与成分[J].矿床地质, 1996, 15(增刊):65-68. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-KCDZ1996S1025.htm Zou T R, Yang Y Q.The color and composition of tourmaline of China[J].Mineral Deposits, 1996, 15(Supplement):65-68. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-KCDZ1996S1025.htm
Slack J F, Trumbull R B.Tourmaline as a recorder of ore-forming processes[J].Elements, 2011, 7(5):321-326. doi: 10.2113/gselements.7.5.321
于淼, 丰成友, 刘洪川, 等.青海尕林格铁矿床电气石矿物学、元素地球化学及成因研究[J].矿床地质, 2016, 35(1):69-84. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-KCDZ201601005.htm Yu M, Feng C Y, Liu H C, et al.Mineralogy, element geochemistry and genesis of tourmaline from Galingge skarn deposit, Qinghai Province[J].Mineral Deposits, 2016, 35(1):69-84. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-KCDZ201601005.htm
Yu M, Feng C Y, Mao J W, et al.Multistage skarn-related tourmaline from the Galinge deposit, Qiman Tagh, Western China:A fluid evolution perspective[J].The Canadian Mineralogist, 2017, 55:3-19. doi: 10.3749/canmin.1600043
Henry D J, Brodtkorb M K D.Mineral chemistry and chemical zoning in tourmalines, Pampadel Tamboreo, San Luis, Argentina[J].Journal of South American Earth Sciences, 2009, 28(2):132-141. doi: 10.1016/j.jsames.2009.03.001
Henry D J, Dutrow B L.Metammorphic tourmaline and its petrologic applications[J].Reviews in Mineralogy and Geochemistry, 1996, 33(1):503-557. http://rimg.geoscienceworld.org/content/33/1/503.abstract
冀志江, 梁金生, 金宗哲, 等.热处理电气石的物相转变[J].矿物学报, 2002, 22(3):281-284. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-KWXB200203015.htm Ji Z J, Liang J S, Jin Z Z, et al.Structure change of dravite-schorl after heat treatment[J].Acta Mineralogica Sinica, 2002, 22(3):281-284. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-KWXB200203015.htm
汤云晖, 马喆生, 吴瑞华, 等.Mg-Fe电气石的热膨胀与相变[J].矿物学报, 2002, 22(4):384-386. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-KWXB200204016.htm Tang Y H, Ma Z S, Wu R H, et al.Research on thermal deformation and phase transformation of Mg-Fe tourmaline[J].Acta Mineralogica Sinica, 2002, 22(4):384-386. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-KWXB200204016.htm
王敏, 张尚坤, 张增奇, 等.鲁西柳家电气石矿物学特征及成矿机理探讨[J].山东地质, 2001, 17(1):36-39. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-SDDI200101006.htm Wang M, Zhang S K, Zhang Z Q, et al.Study on mineralogical characteristics and ore-forming mechanism of tourmalinite in Liujia of West Shangdong[J].Shandong Geology, 2001, 17(1):36-39. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-SDDI200101006.htm
-
期刊类型引用(2)
1. 喻南，王常科，马琼，蔡清裕，孙海洋，汤晓安，康宏向. 基于OSL原理的Al_2O_3:C核辐射剂量测量系统研究综述. 防化研究. 2024(01): 18-26 . 
百度学术
2. 鲍怡，郑建明. 21世纪以来古陶瓷科技考古研究新进展(中). 文物天地. 2021(01): 104-110 . 百度学术
其他类型引用(2)
计量
- 文章访问数: 2176
- HTML全文浏览量: 452
- PDF下载量: 29
- 被引次数: 4
京公网安备 11010202008159号