西藏桑耶地区晚白垩世中期二长花岗岩的氧逸度特征

2020-09-28吴伟哲王金贵

河北地质大学学报 2020年4期

吴伟哲，王金贵

1.河北地质大学资源学院，河北石家庄 050031；2.河北省区域地质调查院，河北廊坊 065000

0 引言

氧逸度指的是有效氧分压，是除温度、浓度、压力外岩石物理化学的另一个重要参数，对岩石形成、岩浆演化和成矿作用具有约束作用，能够有效指导找矿。岩浆中的S元素在高氧逸度环境下以SO42-和SO2的形式存在硅酸盐熔体中，能形成硫化物的S2-较低，硫化物难达到饱和从而有利于Au、Cu成矿[1]。因此对岩浆氧逸度进行计算有利于探究研究区成矿潜力，对找矿前景进行分析。

岩浆氧逸度的计算方法主要有全岩地球化学方法、岩石的矿物组合的矿物学方法和单矿物的矿物地球化学方法。前两种方法都有明显的不足，全岩地球化学方法容易受到后期蚀变作用与表生作用的影响，矿物组合的矿物学方法仅能粗略估算氧逸度，而第三种方法则较为常用[2]。锆石广泛存在岩浆岩中，锆石中的Ti可做温度计算，变价元素Ce做氧逸度计算。通常来说，锆石富U、Th，低Pb。在不同矿物中，锆石封闭性极强，稳定性高，因此用来计算氧逸度具有较显著的优越性[3]。所以，论文拟采用锆石的氧逸度计和全岩的氧逸度计相结合的方法来研究该区的氧逸度情况。

1-中粒二长花岗岩；2-细粒石英闪长岩；3-湖积物：底部主要为砾砂石、粘质沙土，上部为砾质黏土夹粉砂、黏土组成；4-冲洪积物：主要为砂砾石、砂、砂质黏土等。5-中粒石英二长闪长岩；6-湖积物：主要为砂、粘质砂土、砂质黏土夹砂砾石组成。7-湖积物，灰黄色，主要为砂、粘质砂土、砂质黏土。8-石英闪长岩脉；9-辉绿岩脉；10-采样点(a)青藏高原构造单元划分图；(b)青藏高原地层分布图；(c)研究区岩性及采样点图图1 研究区地质图(修改自文献[4])Fig.1 Geological map of the study area (modified from [4])

1 区域地质特征

西藏桑耶地区坐落于青藏高原中南部，属于雅鲁藏布江结合带与冈底斯-念青唐古拉构造带衔接部位。盆地受特提斯洋俯冲消减作用的影响，因此晚白垩世岩浆活动强烈。侵入体为东西向展布，多分布在雅鲁藏布江结合带以北的曲荣至曼阵岗以及多旺利至尤玛果地区，侵位于中三叠世昌果组之中，呈岩瘤或岩株状产出，平面为不规则椭圆状，出露面积达65.01 km2。中粒二长花岗岩呈岩株状产出于斋祖至杰木托一带，呈近东西向，出露面积为6 km2。部分岩体被第四纪沉积物覆盖，侵入于晚白垩世早期侵入岩中。另外，岩体中还发育灰黑色细粒闪长岩捕虏体，脉体不发育。

西藏桑耶地区晚白垩世中期中酸性侵入岩主要为二长花岗岩，岩石呈灰褐色或深灰色(图2c)，主要组成矿物有斜长石(40～45%)+钾长石(20～25%)+石英(20±)+黑云母(5～10%)+角闪石(5%)。斜长石呈半自形板状杂乱分布，粒度较大，一般可达2～4 mm，部分0.5～2 mm。钾长石为微斜长石，也呈半自形板状，杂乱分布。粒度主要2～5 mm，部分0.8～2 mm。钾长石发育格子双晶，表面轻微高岭土化，部分可见斜长石矿物包体。黑云母呈叶片状零星分布，颗粒较小，粒径多为0.2～2 mm。角闪石含量较低，呈半自形柱状零星分布，粒度一般0.2～2 mm。岩石内部可见少量硅质物充填裂隙。

a-野外露头照片；b-野外露头照片；c-二长花岗岩的镜下照片，正交偏光；Pl：斜长石；Amp：角闪石；Q：石英；Kfs：钾长石图2 西藏桑耶地区晚白垩世中酸性侵入岩野外及岩相学照片Fig.2 Field and petrographical photos of Late Cretaceous Intermediate-Acidic Intrusive Rocks in Sangye Area,Tibet

2 分析方法

岩石地球化学分析在河北省区域地质调查院实验室测试，样品加工和测试过程都在无污染条件下进行。主量元素的制备采用碱烧法，测试使用AxiosmaxX射线荧光光谱分析，相对误差≤2%，烧失量、H2O+和H2O-的测试采用P1245分析天平。微量元素、稀土元素样品的制备采用酸溶法，稀土元素、多数微量元素测试使用电感耦合等离子质谱仪(ICP-MS)(X Serise2)，Zr、Ti、K等元素用的测试在X射线荧光光谱仪AxiosmaxX上进行，仪器精度>5%～10%，详细操作步骤见文献[5]。

锆石的微量元素测试采用LA-ICP-MS测试方法，测试交由北京市科荟测试技术有限公司。测试仪器为+Jena PQMS多接收等离子体质谱，剥蚀激光系统采用New ware193，实验使用激光剥蚀，束斑直径为32 μm，激光剥蚀深度为20～40 μm。锆石元素含量的计算以美国国家标准物质局人工合成硅酸盐玻璃NIST610作为外标，29Si为内标校正。样品的微量元素数据处理使用ICPMSDatacal软件，并进行普通铅校正[6]。

3 分析结果

岩石酸性较强，SiO2含量为66.19%～66.84%，Al2O3含量偏高，为15.17～15.48%，TiO2含量较低，为15.17%～15.48%，MnO含量为0.06%～0.07%，P2O5含量为0.14%～0.17%。Fe2O3、FeO、CaO、MgO含量分别为1.59%～1.82%，1.57%～2.05%，2.4%～3.39%和1.67%～1.91%。从SiO2-AR(图3c)中可以看出，岩石落在钙碱性区，铝饱和指数 A/CNK约为1，成分上属于准铝质岩石(图3d)。K2O、Na2O含量较高，为3.86%～4.09%，3.49%～3.92%，岩石的总碱度含量K2O+Na2O为7.68%～7.83%，K2O/Na2O比值大于1，表明岩石相对富钾贫钠。西藏桑耶地区晚白垩世二长花岗岩主微量元素含量测试结果见表1。

(a)底图据Middlemost[7];(b)底图实线据Peccerillo and Taylor[8];虚线据Middlemost[9]);(c)底图据Wright[10];(d)底图据Peccerillo and Taylor[8]1-橄榄辉长岩；2a-碱性辉长岩；2b-亚碱性辉长岩；3-辉长闪长岩；4-闪长岩；5-花岗闪长岩；6-花岗岩；7-硅英岩；8-二长辉长岩；9-二长闪长岩；10-二长岩；11-石英二长岩；12-正长岩；13-副长石辉长岩；14-副长石二长闪长岩；15-副长石二长正长岩；16-副长正长岩；17-副长深成岩；18-霓方钠岩/磷霞岩/粗白榴岩；Ir=Irvine，Ir上方为碱性，下方为亚碱性图3 岩石类型判别图Fig.3 The discrimination diagram of rock type

表1 样品主量元素含量表

4 讨论

4.1 锆石的稀土元素特征

锆石稀土元素球粒陨石标准化配分曲线显示，w(Th) 167.13 ppm～959.49 ppm，平均为399.24 ppm。w(U) 191.50 ppm～1 295.08 ppm，平均为484.76 ppm。ΣREE 414.42 ppm～892.59 ppm，平均为631.69 ppm。LREE 23.26 ppm～54.02 ppm，平均为36.08 ppm。HREE 391.15 ppm～852.55 ppm，平均为595.61 ppm。LREE/HREE 0.05 ppm～0.10 ppm，平均为0.06 ppm。δCe值的范围为5.02～389.67，平均为96.76。Eu值介于0.19到0.30之间，均值为0.24。总体来看，样品亏损轻稀土，富集重稀土，Ce正异常显著，并可见明显的Eu负异常，整体呈左倾配分型式(图4)。

图4 锆石稀土元素球粒陨石标准化配分曲线(标准化值据[11])Fig.4 Chondrite-normalized REE patterns of zircon(normalization values after[11])

4.2 锆石Ti温度计和Ce氧逸度计

温度作为地质过程中的一个重要参数，对于正确认识地质作用过程具有重要意义，因其计算简单、实用，因而得到广泛的认可。锆石Ti含量温度计是近些年所提出的单矿物微量元素温度计，因锆石在地质作用过程中稳定性较高，不易受外界环境影响，其Ti含量可以被用来计算温度。

通常情况下Ti可置换锆石晶格中的Si，有时也可以置换Zr，与金红石共存的锆石中的Ti含量应该受如下两个平衡反应的控制[12]:

ZrSiO4+ TiO2=ZrTiO4+ SiO2

TiO2+SiO2=TiSiO4

锆石中Ti含量主要受SiO2活度(αSiO2)的控制，此外还受到温度和TiO2活度(αTiO2)的影响，因此演变而来的锆石Ti温度计的计算公式为[12]：logTizircon=(5.711±0.072)-(4 800±86) /(T+273.15)-logaSiO2+logaTiO2。

在不同的构造环境中所形成的岩浆岩也具有不同的氧逸度特征。结合前人对岩浆氧逸度的研究结果来看，氧逸度对于成矿、找矿具有一定的指导意义。Ballard等使用锆石Ce4+/Ce3+的比值来反应岩浆氧逸度相对高低，但是此方法只能计算出岩浆氧逸度的相对值，而不能计算出氧逸度的绝对值[13]。Trail等[14]通过标定出锆石中Ce异常、氧逸度和温度的关系，推导出新的公式，能直接计算出岩体的绝对氧逸度。

计算锆石研究区岩体的氧逸度，采用Trail等[14]推导的公式。因为岩石中有石英及磁铁矿的存在，故研究SiO2的活度取值为1，TiO2的活度取值为0.7。样品计算结果显示，温度为677℃～794℃，平均733℃。logfO2为-15.13～-9.12，均值-11.61(图5)。

图5 样品的温度-氧逸度图解(a-底图据文献[14],b-底图据文献[15])Fig.5 Temperature-oxygen fugacity diagram of the sample (a-base map after[14],b-base map after[15])

ΔFMQ的值可以用来定量的反映氧逸度的值，经统计研究发现，本次样品ΔFMQ均大于2，为2.08～6.23，平均4.26，整体为较高的氧逸度值(图6)。

图6 样品的ΔFMQ直方图Fig.6 ΔFMQ histogram of the sample

4.3 全岩氧逸度计

Fe以两种价态广泛存在于硅酸盐岩浆中，铁元素的价态对岩浆演化起到重要作用。研究岩浆岩Fe2+-Fe3+平衡，可以获得岩浆中氧逸度变化的信息。通过对全岩中Fe2O3/FeO的对数和FeOT含量的相关性图解，可将岩石分为五个区域。从图7可以看出样品点的log(Fe2O3/FeO)落于-0.25到0.25之间，FeOT的含量介于2至4.5，投图结果显示其属于中度氧化至强烈氧化的区域，指示该区具有较高的氧逸度值。

4.4 氧逸度值对其成矿的指示作用

岩浆氧逸度对研究矿床、岩石成因以及成矿潜力等都具有一定的指示作用。矿床的形成多受到氧逸度的影响，高氧逸度与斑岩型铜、金矿床之间存在着比较紧密的联系。一般来说硫的状态决定着铜和硫在熔体相的状态。在还原状态下硫是以S2-的形式大量存在的，这便使得铜、金的硫化物在早期阶段沉淀下来的几率大大增加，因而是不利于在晚期阶段成矿的；同样，在高氧逸度的状态下，硅酸盐的熔体之中会有大量的SO42-以及SO2，这时在S2-含量较低的条件下硫化物是不易饱和的，这种情况便利于晚期成矿。因此，对氧逸度的研究有利于我们了解岩浆的形成演化和成矿过程，从而更加高效、准确地探明岩体的含矿性[17]。