第六講榍石礦物學(xué)方案

1、第六講第六講 榍石榍石成巖成礦礦物學(xué)成巖成礦礦物學(xué)一、榍石：基本礦物學(xué)特征一、榍石：基本礦物學(xué)特征 晶體化學(xué)式：晶體化學(xué)式：CaTiSiO5 單斜，單斜，Point Group: 2/m TiO6八面體沿八面體沿a軸共角頂相連，軸共角頂相連，并與并與SiO4四面體間隔相連，四面體間隔相連，Ca充填不規(guī)則的充填不規(guī)則的7配位多面體中配位多面體中 O1位置是特殊的位置，它是將位置是特殊的位置，它是將TiO6八面體連接在一起的八面體連接在一起的O榍石的楔形形態(tài)榍石的楔形形態(tài)角閃石上的榍石角閃石上的榍石（圖像寬（圖像寬2 mm）榍石以褐色為主，但也有榍石以褐色為主，但也有黃綠色、綠色榍石黃綠色、綠色榍

2、石薄片中的榍石薄片中的榍石單偏光單偏光正交偏光正交偏光突起高，褐色，雙折射率高突起高，褐色，雙折射率高夕卡巖中的榍石夕卡巖中的榍石堿性巖中的榍石堿性巖中的榍石信封狀形貌非常特征信封狀形貌非常特征二、榍石的化學(xué)成分二、榍石的化學(xué)成分榍石中可以存在多種類型的元素置換，因此，榍石榍石中可以存在多種類型的元素置換，因此，榍石的成分非常復(fù)雜。的成分非常復(fù)雜。Ca位置位置七配位七配位Ca位置可以接納大陽(yáng)離子，包括位置可以接納大陽(yáng)離子，包括REE、U、Th、Mn和和Pb(REE+Y)2O3總量可達(dá)總量可達(dá)36%Ca2+ + Ti4+ REE3+ + (Al, Fe)3+Ti位置位置Ti位置接納的其它元素很多

3、，如位置接納的其它元素很多，如Sn、Zr、Nb、Ta、Al和和Fe（通常為（通常為Fe3+）。）。SnO2最高：最高： 26 wt%ZrO2最高：最高： 15 wt%Al2O3最高：最高： 14 wt%Fe2O3最高：最高： 3wt%Ta2O5最高：最高：20 wt%Nb2O5最高：最高：5 wt%Ti4+ Sn4+Ti4+ Zr4+2Ti4+ (Nb, Ta)5+ + (Al, Fe)3+O1位置位置可被可被F、OH、Cl取代取代Ti4+ + O2- (Al, Fe)3+ + (F, OH, Cl)-榍石是輕稀土富集型礦物榍石是輕稀土富集型礦物三、榍石與馬來亞石三、榍石與馬來亞石馬來亞石：馬

4、來亞石：CaSnSiO5，于，于1960年年首次發(fā)現(xiàn)于馬來亞半島，于首次發(fā)現(xiàn)于馬來亞半島，于1965年被承認(rèn)為新礦物年被承認(rèn)為新礦物榍石和馬來亞石在榍石和馬來亞石在650oC以上構(gòu)以上構(gòu)成連續(xù)固溶體系列成連續(xù)固溶體系列020406080100mol%400500600700Temperature (oC)Titanite MalayaiteSolid solutionTitanite + Malayaite加拿大加拿大British Columbia 地區(qū)地區(qū) Ash Mountain 的馬來亞石晶體的馬來亞石晶體(大小大小5 mm)自然界中的榍石和馬來亞石之間自然界中的榍石和馬來亞石之間似乎

5、存在不共溶區(qū)間似乎存在不共溶區(qū)間含錫夕卡巖中可出現(xiàn)馬來亞含錫夕卡巖中可出現(xiàn)馬來亞石或含錫榍石石或含錫榍石俄羅斯俄羅斯Bolshoi Kanon夕卡巖夕卡巖中的榍石中的榍石-馬來亞石馬來亞石含錫或富錫榍石還存在于：含錫或富錫榍石還存在于：花崗巖或花崗偉晶巖中花崗巖或花崗偉晶巖中騎田玲花崗巖中的富錫榍石騎田玲花崗巖中的富錫榍石榍石中榍石中SnO2最高近最高近26wt%四、不同類型巖石中的榍石四、不同類型巖石中的榍石1、煌斑巖中的榍石、煌斑巖中的榍石富富Zr、Th、REE德國(guó)華力西期煌斑德國(guó)華力西期煌斑巖中的榍石：巖中的榍石：ZrO2 最高達(dá)最高達(dá)9.5 wt%REE2O3 + Y2O3 (max.

6、 36.8 wt%)ZrO2 (max. 5.4 wt.%)ThO2 (max. 3.1 wt.%).德國(guó)德國(guó)Frankenwald煌斑巖中的榍石煌斑巖中的榍石Ti4+ = Zr4+主要見于煌斑巖中，主要見于煌斑巖中，ZrO2含量最高可接含量最高可接近近10%瑞典北部瑞典北部Alno 堿性雜巖體中的榍石堿性雜巖體中的榍石Chakhmourdian and Zaitsev (2002)在在Kola半島的一個(gè)超基性半島的一個(gè)超基性-堿性和碳酸鹽巖組合中，發(fā)現(xiàn)榍石最高含堿性和碳酸鹽巖組合中，發(fā)現(xiàn)榍石最高含7.6 ZrO22、堿性巖中的榍石、堿性巖中的榍石Nb2O5 (up to 7.3 wt.%)Z

7、rO2 (up to 2.8 wt.%) LREE2O3 (up to 3.9 wt.%富富Nb、Zr、REE3、超高壓變質(zhì)巖中的榍石、超高壓變質(zhì)巖中的榍石榍石是榴輝巖等超高榍石是榴輝巖等超高壓巖石中的常見超高壓巖石中的常見超高壓指示礦物壓指示礦物富富Al、FAl2O3 5 wt%; F 1 wt%Ti4+ + O2- (Al, Fe)3+ + (F, OH)-包裹柯石英的榍石可能包裹柯石英的榍石可能具有特殊的富硅成分具有特殊的富硅成分富富Si榍石榍石含柯石英包裹體含柯石英包裹體的榍石是一個(gè)富的榍石是一個(gè)富硅榍石，根據(jù)成硅榍石，根據(jù)成分可推測(cè)其形成分可推測(cè)其形成壓力達(dá)壓力達(dá)6GPaFeTiO3

8、 + 變質(zhì)流體變質(zhì)流體 CaTiSiO5榴輝巖中榍石還可以作為鈦鐵礦的退變礦物出現(xiàn)榴輝巖中榍石還可以作為鈦鐵礦的退變礦物出現(xiàn)4、花崗偉晶巖中的榍石、花崗偉晶巖中的榍石富富Nb、TaNb2O5 max. 9.5 wt%Ta2O5 max. 21.5 wt%TntTa-rutile2Ti4+ (Al, Fe)3+ + (Nb, Ta)5+5、花崗巖中的榍石、花崗巖中的榍石鈣堿性花崗巖中的標(biāo)志性副鈣堿性花崗巖中的標(biāo)志性副礦物之一礦物之一可經(jīng)歷巖漿期到熱液期的可經(jīng)歷巖漿期到熱液期的整個(gè)過程整個(gè)過程巖漿榍石晶型完好，可呈現(xiàn)韻巖漿榍石晶型完好，可呈現(xiàn)韻律環(huán)帶構(gòu)造律環(huán)帶構(gòu)造巖漿巖體系中榍石穩(wěn)定性的控制因素巖

9、漿巖體系中榍石穩(wěn)定性的控制因素 1、巖漿成分：、巖漿成分：Ca/Al比比Ilm + Q + CaO = Ttn + UspKsp + 3Ilm + Q + CaO + H2O = 3Ttn + Ann3Usp + 2Q + 2Ttn + Al2O3= 2An + 5IlmIlm：鈦鐵礦；Q：石英；Ttn：榍石Ksp：鉀長(zhǎng)石；Ann：鐵云母富鈣體系有利于榍石結(jié)晶；富鈣體系有利于榍石結(jié)晶；熔體中鋁活度升高將不利于榍石的穩(wěn)定熔體中鋁活度升高將不利于榍石的穩(wěn)定 2、T-P-流體成分：流體成分：含水體系中榍石穩(wěn)定性與溫度含水體系中榍石穩(wěn)定性與溫度和氧逸度的關(guān)系和氧逸度的關(guān)系無水體系中榍石穩(wěn)定性與溫度無水

10、體系中榍石穩(wěn)定性與溫度和氧逸度的關(guān)系和氧逸度的關(guān)系Ttn + Usp + Q = Hd + Ilm在鈣堿性巖石中榍石形成于相對(duì)在鈣堿性巖石中榍石形成于相對(duì)氧化的條件下，而鈦鐵礦則形成氧化的條件下，而鈦鐵礦則形成于相對(duì)還原的環(huán)境。于相對(duì)還原的環(huán)境。榍石在熱液階段會(huì)發(fā)生蝕變榍石在熱液階段會(huì)發(fā)生蝕變Qtz榍石可蝕變?yōu)殁佽F礦，蝕變榍石可蝕變?yōu)殁佽F礦，蝕變組合具有多孔特征，顯示溶組合具有多孔特征，顯示溶解解-再結(jié)晶過程為主再結(jié)晶過程為主榍石還可以是黑云母的熱液榍石還可以是黑云母的熱液蝕變的產(chǎn)物蝕變的產(chǎn)物五、榍石揭示的成巖成礦過程五、榍石揭示的成巖成礦過程與鋯石共生的榍石中與鋯石共生的榍石中Zr含量取決于

11、平衡方程：含量取決于平衡方程：CaTiSiO5sphene + ZrSiO4zircon CaZrSiO5sphene + TiO2rutile + SiO2quartzT (oC) = (7708 + 960P)/10.52 log(aTiO2) log(aSiO2) log(ppmZrsphene) - 2731、榍石、榍石Zr溫度計(jì)溫度計(jì)2、榍石、榍石LA-ICP-MS同位素研究同位素研究（1） U-Pb定年定年榍石榍石U-Pb定年定年榍石記錄的退變質(zhì)過程榍石記錄的退變質(zhì)過程大別山榴輝巖大別山榴輝巖夕卡巖中的榍石：確定成礦年齡夕卡巖中的榍石：確定成礦年齡巖漿期成礦和熱液期成礦巖漿期成礦和

12、熱液期成礦SampleSample147147Sm/Sm/144144NdNd143143Nd/Nd/144144NdNd NdNd/t /tt tDMDM/Ma/MaTitaniteTitaniteType IType IG1(5)G1(5)0.3506790.3506790.5124320.512432336 67.067.0615191519G2(5)G2(5)0.2575350.2575350.5123560.512356447 76.726.7214911491G3(4)G3(4)0.3384550.3384550.5124320.512432443 36.826.821500150

13、0G4(1)G4(1)0.3424980.3424980.5123970.512397662 27.587.5815611561G5(4)G5(4)0.3357510.3357510.5124160.512416338 87.087.0815211521G6(2)G6(2)0.3611470.3611470.5124380.512438333 37.157.1515271527G7(2)G7(2)0.2867690.2867690.5123840.512384338 86.746.7414941494Type IIType IIG8(3)G8(3)0.1499140.1499140.51223

14、50.512235770 06.936.9315091509QT72QT72a a0.10390.10390.5122110.512211112 26.526.52147414742、榍石、榍石LA-ICP-MS同位素研究同位素研究（2） Sm-Nd同位素同位素騎田嶺花崗巖騎田嶺花崗巖3、榍石可以記錄花崗巖的巖漿混合過程、榍石可以記錄花崗巖的巖漿混合過程蘇格蘭蘇格蘭Ross of Mull花崗巖花崗巖（晚加里東期）（晚加里東期）花崗巖中的閃長(zhǎng)巖包體花崗巖中的閃長(zhǎng)巖包體閃長(zhǎng)巖包體部分消融閃長(zhǎng)巖包體部分消融主體花崗巖中的榍石主體花崗巖中的榍石自形，含自形，含Nb-Ta、REE閃長(zhǎng)巖中的榍石閃長(zhǎng)巖中

15、的榍石邊部溶蝕現(xiàn)象明顯，內(nèi)部蝕變斑點(diǎn)清晰，富邊部溶蝕現(xiàn)象明顯，內(nèi)部蝕變斑點(diǎn)清晰，富Zr-Nb-FeabAB廣西花山花崗巖中存廣西花山花崗巖中存在大量閃長(zhǎng)巖包體在大量閃長(zhǎng)巖包體包體中的榍石的包體中的榍石的Sn含量變化含量變化非常大非常大巖漿混合作用過程？巖漿混合作用過程？4、榍石可以記錄花崗巖的成巖成礦過程、榍石可以記錄花崗巖的成巖成礦過程騎田玲花崗巖是騎田玲花崗巖是南嶺地區(qū)重要的南嶺地區(qū)重要的含錫花崗巖含錫花崗巖自形自形環(huán)帶環(huán)帶SnO2平均平均0.43%，最高，最高1.12%Ttn-I: 含錫榍石，巖漿早期產(chǎn)出含錫榍石，巖漿早期產(chǎn)出Ti4+ = Sn4+ + Al3+ + Fe3+ 半自形半自

16、形造巖礦物晶間或與錫造巖礦物晶間或與錫石共生石共生SnO2 = 15-20 wt%Ttn-II: 富錫榍石，巖漿晚期產(chǎn)出富錫榍石，巖漿晚期產(chǎn)出KFBtQtzCstTtn-II綠泥石解理縫中綠泥石解理縫中Ttn-I蝕變組合中蝕變組合中含含SnO2約約2.8%Ttn-III: 富錫榍石，熱液期產(chǎn)出富錫榍石，熱液期產(chǎn)出00.20.40.60.8110.80.60.40.2010.80.60.40.20Fe3+Sn Al三類榍石分別形成于三類榍石分別形成于巖漿早期、巖漿晚期巖漿早期、巖漿晚期和熱液環(huán)境中，具有和熱液環(huán)境中，具有不同的巖相學(xué)特征和不同的巖相學(xué)特征和充分特征充分特征Type IType I

17、IIType II第一階段：巖漿早期，錫發(fā)生初步富集第一階段：巖漿早期，錫發(fā)生初步富集第二階段：巖漿演化，錫的富集作用逐漸增強(qiáng)第二階段：巖漿演化，錫的富集作用逐漸增強(qiáng)第三階段：巖漿流體（第三階段：巖漿流體（+地表水？）分異，含錫原地表水？）分異，含錫原生礦物分解，錫發(fā)生淋濾、遷移、生礦物分解，錫發(fā)生淋濾、遷移、沉淀成礦沉淀成礦三類榍石反映了騎田嶺花崗巖從巖漿演化到三類榍石反映了騎田嶺花崗巖從巖漿演化到流體活動(dòng)的過程流體活動(dòng)的過程5、榍石可以作為花崗巖成礦能力的判別標(biāo)志、榍石可以作為花崗巖成礦能力的判別標(biāo)志花山花山姑婆山姑婆山連陽(yáng)連陽(yáng)大東山大東山九峰九峰南嶺地區(qū)的三個(gè)含錫花崗巖南嶺地區(qū)的三個(gè)含錫

18、花崗巖0481216Al2O3+Fe2O3 (wt%)0.01.02.03.0SnO2 (wt%)0.01.02.03.0SnO2 (wt%)SecondarytitanitePrimarytitanite騎田玲騎田玲花山花山姑婆山姑婆山-榍石富錫榍石富錫與大型錫礦有關(guān)與大型錫礦有關(guān)南嶺地區(qū)三個(gè)未知成礦作用的花崗巖南嶺地區(qū)三個(gè)未知成礦作用的花崗巖No mining activity 大東山大東山連陽(yáng)連陽(yáng)九峰九峰TntTntTntTntTntTntChlChlChl三個(gè)用以比較的花崗巖中的榍石三個(gè)用以比較的花崗巖中的榍石SnSn九峰花崗巖中的次生榍石明顯富九峰花崗巖中的次生榍石明顯富Sn0481216Al2O3+Fe2O3 (wt%)0.01.02.03.0SnO2 (wt%)0.01.02.03.0SnO2 (wt%)Secondarytita