云南矽卡岩矿物学研究探讨

1.辉石

辉石是矿区最主要的矽卡岩矿物，手标本上呈灰绿-墨绿色，板状，自形程度高（图2c、e），主要见于矿石样品中。矿区内辉石矽卡岩都不同程度遭受了后期热液蚀变，辉石晶体常被后期石英脉、方解石脉切穿或局部发生溶蚀交代作用（图2f），形成纤维状、放射状铁阳起石或铁闪石（图2k、l）。

辉石电子探针部分分析结果列于表1。结果显示，矿床中辉石具有明显的富Fe特征，常含少量MnO、Al2O3、Cr2O3及Na2O等，几乎所有的2价离子都为Ca2+（阳离子数变化于0.97~1.02）和Fe2+（阳离子数为0.77~0.88），表明其主要成分为钙铁辉石（Hd；图3a），含有少量透辉石（Di）和锰钙辉石（Jo）。如此高Fe2+质量分数说明钙铁辉石是在相对较低的氧逸度条件下形成。

2.石榴石

石榴石是矿区普遍发育的一类矽卡岩矿物，其数量仅次于辉石，手标本上呈粗粒十二面体状或四角八面体状（图2a、b），少数他形晶，构成细粒集合体。偏光镜下石榴石异常光性环带非常发育（图2d、g、h、i、j），有时在一个晶体上规则环带多达十几圈。石榴石矽卡岩也遭受了后期热液蚀变，显微镜下观察到脉状角闪石、碳酸盐和石英等矿物切穿石榴石晶体（图2d、j）。

部分石榴石电子探针分析结果列于表2。石榴石成分以钙系石榴石为主，具有明显富CaO、Fe2O3及Al2O3特征，Ca2+、Fe3+离子数分别达2.81~3.29、1.15~1.86，且CaO>TFeO+Al2O3。端元分子组成以钙铁榴石(And质量分数占57%~94%；图3b)为主，含有一定数量钙铝榴石(Gr质量分数占6%~41%；图3b)和铝系石榴石（Alm+Spe+Pyr），其中铝质石榴石以铁铝榴石（Alm）为主，还含有少量的锰铝榴石（Sp）和镁铝榴石（Pyr）。在图4中Al2O3与Fe2O3具有良好的负相关关系；二价Mn2+离子质量分数较低，MgO+MnO与CaO呈弱正相关关系。石榴石环带结构发育，端元成分变化较大，同一石榴石颗粒内，从核部到边缘成分变化明显，局部超过30%，总体上表现为核部富Fe，中间部位钙铝榴石及铝系石榴石分子质量分数逐渐增加，晶体边缘Fe质量分数明显升高，反映出与石榴石平衡的热液成分不断变化。

3.铁闪石

铁闪石是矿区常见的一类退化蚀变阶段矽卡岩矿物，不同程度交代或完全替换石榴石，对钙铁辉石交代较弱。手标本上，铁闪石往往呈墨绿色-黑色细脉状切穿石榴石（图2b）或呈墨绿色鳞片状、浸染状分布于石榴石中（图2a），有时单个石榴石晶体也被蚀变为片状铁闪石矿物（图2m）。显微镜下观察发现纤维状、放射状铁闪石（图2k、l）多数为后期热液交代辉石的产物。铁闪石电子探针分析结果列于表3，由表可见浪都矿床中铁闪石具有高铁FeOT（32.53%~35.62%）特征，MgO质量分数变化于0.48%~2.77%，Al2O3质量分数为2.66%~8.16%，CaO质量分数为10.09%~11.18%，含少量的K2O和Na2O。，绝大多数样品落入铁闪石范围内。

4.铁阳起石

通常情况下，铁阳起石和铁闪石是共生的，手标本上无法区别，在光学显微镜下，二者光性上的差别也不明显，但在背散射光下，阳起石比铁闪石暗（图2n）。电子探针面扫描图像也能清楚区分阳起石和铁闪石（图2o、p）。阳起石电子探针波谱分析结果见表4，其化学成分主要为Si和Fe，质量分数分别为44.98%~46.31%和38.06%~39.48%，Al2O3质量分数为4.71%~5.4%，其他少量成分包括Na2O、MgO、K2O、CaO、MnO等。在角闪石分类图解（图5）中，所有样品落入铁阳起石范围。

在浪都钙系矽卡岩中，普遍发育铁闪石和铁阳起石，其成分(原子系数)特点是高铁Fe2+=3.84~4.58、钙变化较大CaB=0.12~1.73，其它主量元素分别为Si=6.66~7.77，AlIV=0.23~1.34，(Na+K)A=0.20~0.49，Mg/(Mg+Fe2+)=0.03~0.15。

5.绿泥石和碳酸盐矿物

绿泥石在矽卡岩中既成脉状，也呈不规则片状交代辉石或石榴石。碳酸盐矿物虽然数量不多，但普遍存在，他们是矽卡岩化和矿化过程中新生成的矿物，与石榴石、辉石、阳起石共生，多以细脉状出现，与黄铁矿、黄铜矿伴生。

二、讨论

对于矽卡岩的成因，主要有以下5种观点：①接触交代成因，即传统的接触交代矽卡岩，由中酸性侵入岩或热液交代碳酸盐岩或铝质岩石形成[2,6]；②岩浆成因，即岩浆矽卡岩，由深部岩浆在上升侵位过程中与围岩发生反应形成矽卡岩质岩浆[7-9]；③区域变质成因，几乎全产在与古生代结晶基底有关的区域变质作用形成的一套变质沉积岩系中[10]；④热水喷流沉积成因，研究者认为此类矽卡岩与海底热水喷流沉积作用有关[11,12]；⑤火山(气)热液成因，产于火山沉积岩中的一类矽卡岩及矿床[13]。空间上，浪都矽卡岩产于曲嘎寺组(T3q)灰岩和侵入岩的接触带，在形态和空间分布上与岩浆岩关系密切，基本可以确定该矿床为典型的接触交代矽卡岩。柯尔仁斯基首先提出了矽卡岩化作用的接触交代反应理论。根据这一理论，矽卡岩是由两种化学性质不平衡的介质——碳酸盐岩石和铝硅酸盐岩石在高温岩浆期后热液作用下，通过接触交代反应生成，在这里扩散作用起主导作用。另一种类型是接触渗滤矽卡岩，它也发生在碳酸盐岩石和铝硅酸盐岩石的接触带，是组分被溶液单方向搬运（渗滤）的结果[2]。Einaudi和Burt[6]认为渗滤作用是矽卡岩形成的主要过程。这个阶段流体中虽然含有大量成矿元素，但S质量分数相对较低，只有少量硫化物沉淀，通常不具有工业意义[14,15]。由于温度降低导致成矿流体中Fe达到饱和，形成大量磁铁矿。

前人研究认为晚矽卡岩阶段形成的阳起石、透闪石、绿帘石等含水硅酸盐矿物也是在接近超临界状态下流体交代的结果[3]。Brown等[16]通过对美国加利福尼亚州PineCreek钨矿研究认为退化蚀变阶段矽卡岩矿物形成于石英-硫化物之后。就浪都矽卡岩矿床而言，晚矽卡岩矿物与石英、硫化物、方解石等矿物密切共生，从矿物学上反映了其可能近于同期形成。实验岩石学研究表明，透闪石、铁透闪石及过渡的阳起石只能在中性或酸性介质中形成，当配料为碳酸盐类并在氯化物溶液中最有利于上述矿物的生成。大量石榴石、辉石及其共生矿物对研究表明[6,17-20]，矽卡岩矿床中辉石和石榴石的成分不仅能反映矽卡岩形成时的物理化学条件（如氧逸度、酸碱度等），而且还与其伴生的金属矿化类型密切相关，它们的成分变化对成矿作用有指示意义，在一定条件下可作为找矿标志。

浪都矿床氧化还原条件及硫逸度可以通过矿床中主要硅酸盐矿物、硫化物和氧化物进行估计（图6）。钙铁榴石-钙铁辉石-磁黄铁矿组合在图6中位于①区，说明早期矽卡岩是在高温、高压及相对较高的氧逸度条件下形成。前人曾用CaO（CaCO3）、FeO、SiO2及H2O和Na2CO3溶液，在温度为480℃、500℃、600℃及压力为900~1000MPa条件下合成了钙铁榴石。据25个实验结果，最有利于钙铁榴石形成的条件为碱性溶液（Na2CO3、Na2SiO3等）。浪都矿床主要以钙铁辉石-石英-磁黄铁矿-磁铁矿矿物组合为主，这种矿物组合在图6中位于②区，说明浪都辉石矽卡岩产于中高温、中等压力条件及相对较低的氧逸度和硫逸度（低于赤铁矿和磁铁矿及黄铁矿和磁黄铁矿缓冲线）条件。实验研究表明，在酸性溶液中，钙铁辉石可在470MPa、500~600℃时形成，但若元素的组合不同，也可以在300~400℃、500×105~830×105Pa下形成。与透辉石相比，钙铁辉石的成分中需含有铁，但若溶液中有过量的铁时，即使在1000×105Pa下也不能合成钙铁辉石。

三、结论

浪都铜矿床属于典型的接触交代矽卡岩型矿床。石榴石和辉石化学成分分别为钙铁榴石-钙铝榴石和钙铁辉石-透辉石固溶体系列,角闪石以铁闪石为主，矿区也存在大量铁阳起石。钙铁榴石-钙铁辉石-磁黄铁矿组合，说明浪都矿床早期矽卡岩矿物在高温、高压及相对较高的氧逸度条件下形成。钙铁辉石-石英-磁黄铁矿-磁铁矿矿物组合反映了中温、中等压力条件及相对较低的氧逸度、硫逸度(低于赤铁矿和磁铁矿及黄铁矿和磁黄铁矿缓冲线)和pH值。因此浪都矿床成岩环境经历了早期高温、高压、高氧逸度到晚期中温、中压和低氧逸度的转变。（本文图、表略）

本文作者：任涛 钟宏 张兴春 韩润生 马美娟 单位：昆明理工大学国土资源工程学院 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