白云鄂博鐵礦床中鈉輝石和鈉閃石的特征及成因探討

白云鄂博鐵礦床中鈉輝石和鈉閃石的特征及成因探討

白云鄂博礦區(qū)位于內(nèi)蒙古包頭以北150公里處。礦區(qū)所處大地構(gòu)造位置是內(nèi)蒙地軸北部邊緣,地臺向地槽的過渡帶中。礦區(qū)出露地層為白云鄂博群。前人將其劃分為H1～H9共九層,其中H8白云巖為賦礦圍巖。白云巖東西向展布,呈層狀。賦存其中的礦體為似層狀、透鏡狀,與地層層位基本吻合。礦區(qū)出露的巖漿巖主要有輝長閃長巖、中粗粒黑云母花崗巖(K-Ar年齡值為270±10Ma)、和細(xì)粒黑云母花崗巖(K-Ar年齡值為246±12Ma)。均屬海西期產(chǎn)物。礦區(qū)自東向西分為四個礦段:東接觸帶、東礦、主礦和西礦。主要礦物有磁鐵礦、赤鐵礦、鈉輝石、鈉閃石、螢石、白云石等;次要礦物有黃鐵礦、方鉛礦、菱鐵礦、方解石、鈉長石、重晶石、云母、石英和各種稀土礦物?，F(xiàn)就礦區(qū)鈉輝石和鈉閃石的特征分述如下。1.鈉輝石及東礦鈉輝石主要分布于主礦、東礦礦體上盤及東礦下盤。常與磁鐵礦構(gòu)成鈉輝石型磁鐵礦石,呈條帶狀、團斑狀、浸染狀;或與螢石赤鐵礦構(gòu)成條帶狀礦石,也可呈塊狀鈉輝石巖產(chǎn)出。東礦的鈉輝石分布較主礦普遍。鈉閃石分布范圍較廣泛。東接觸帶、東礦、主礦、西礦有產(chǎn)出。東礦鈉閃石分布較主礦普遍?？傮w看,鈉閃石在白云巖、板巖中分布普遍,主要呈層狀,構(gòu)成鈉閃石巖、鈉閃石化白云巖和板巖。在鈉輝石型鐵礦石、塊狀鐵礦石及條帶狀鐵礦石中也可見數(shù)量不等的鈉閃石。2.礦物學(xué)特征2.1.鈉輝石儲集表現(xiàn)為波的自形面,其消光角鈉輝石為草綠色、綠色及褐綠色。鏡下具弱多色性:Ng-淺黃綠色、Nm-黃綠色、Np-草綠色。粒狀或柱狀晶形,它形、半自形或自形。消光角Np∧C0～13°,鈉輝石巖中鈉輝石消光角較大,為8～13°,晚期脈中較小,為0～6°。鈉閃石為藍(lán)灰色、深藍(lán)色、墨綠色。鏡下具強多色性;Ng-淺黃綠色或黃色,Nm-藍(lán)色、淡藍(lán)色、Np-藍(lán)色、深藍(lán)色。常呈柱狀或板柱狀晶形,自形程度較好。消光角Np∧C10～30°,且鈉閃石巖中鈉閃石往往較高。角閃石式解理發(fā)育,有時可見{100}簡單雙晶。2.2.化學(xué)組成2.2.1.主要氧化物的地球化學(xué)組成由表1可知,SiO2、Fe2O3和Na2O為主要組分,其含量分別為46.78～52.02%,28.67～32.52%和11.22～12.17%。而其他氧化物含量均很少。根據(jù)化學(xué)組分計算的化學(xué)結(jié)構(gòu)式為:主礦鈉輝石:;東礦鈉輝石;;晚期脈中鈉輝石:。鈉輝石中端元分子錐輝石(Ac)含量高,主礦鈉輝石的Ac%80.5～83.9,東礦鈉輝石的Ac%86.9～93.1,晚期脈中鈉輝石的Ac%86.4～95.5。鈉輝石含透輝石-鈣鐵輝石分子很低(<5%)。據(jù)文獻(xiàn),霓石中含錐輝石分子高,而透輝石-鈣鐵輝石分子低者一般形成溫度較低。說明本區(qū)鈉輝石的形成溫度不高。2.2.2.鎂亞鐵鈉閃石試樣的化學(xué)特征由表2可知,SiO2,Fe2O3+FeO,MgO,Na2O+K2O為主要組分,其含量分別為50.34～53.24%、15.48～19.23%、12.21～15.88%、6.56～8.75%。將化學(xué)分析結(jié)果以23個氧為標(biāo)準(zhǔn)計算成陽離子數(shù),按B.E.Leake(1978)的閃石分類,結(jié)果均為鎂亞鐵鈉閃石。計算的化學(xué)結(jié)構(gòu)式為:主119:;東67:;東97:;東135:。后兩個樣品為晚期細(xì)脈狀鈉閃石,其中前者賦存于礦化白云巖中,后者賦存于塊狀磁鐵礦石中。可看出,產(chǎn)于塊狀磁鐵礦石中的鈉閃石M1-3位的Mg低Fe3+高,而產(chǎn)于白云巖中的則Mg高Fe3+低。這說明圍巖對后期鈉閃石脈的成分是有影響的。2.3.鈉閃石的b0值實驗條件;Fe靶Mn濾波,強度30kV20mA,發(fā)射狹縫1°,散射狹縫2°,接收狹縫1)地質(zhì)部241隊,內(nèi)蒙白云鄂博鐵礦主、東礦地質(zhì)勘探報告(1950～1954年)0.4mm,掃描速度2°/分,紙速20mm/分,時間常數(shù)2秒,滿刻度量程2500脈沖/秒。計算出來的粉晶衍射數(shù)據(jù)如表3和表4。為了對比,表中也引用了有關(guān)文獻(xiàn)中鈉輝石和鈉閃石的X射線粉晶衍射數(shù)據(jù)。本區(qū)鈉輝石主要衍射線有五條,以(110)為最強。鈉閃石衍射峰以(110)最強,(310)次之。根據(jù)公式:鈉輝石采用d(020)值,鈉閃石采用d(0.40)值計算了b0值,如表5。由表5可知,鈉輝石b0值分兩組:一組b0=8.744,另一組b0=8.778。它們均小于合成鈉輝石b0值(8.795)。其原因可能是M2位中Na和M1位中Fe3+與其余元素發(fā)生類質(zhì)同象置換,如Ca→Na,Mg→Fe3+,Fe2++Fe3+等。由表1可知,b0值較小的那組樣品,其M,位的Na+和M1位的Fe3+均比另一組的Na+,Fe3+低。本區(qū)鈉閃石的b0值多數(shù)為b0=17.90,個別的b0=17.83或17.97。為了對比,將A.帕垂復(fù)(A.Patricia,1966)等人合成的鈉閃石、鎂鈉閃石b。值也列于表5中。本區(qū)鈉閃石的b0值均小于合成鈉閃石,除個別外,也小于合成鎂鈉閃石。b0值大小主要取決于占有M2和M4位置的陽離子半徑大小。M2優(yōu)先被占領(lǐng)的是A13+、Fe3+和Mg2+等小半徑陽離子。本區(qū)鈉閃石M2位主要由Mg2+及Fe3+、Fe2+等離子占據(jù),與標(biāo)準(zhǔn)鈉閃石()相比,M2位置中一部分Fe3+、Fe2+被Mg所置換,經(jīng)計算其離子平均半徑有變小趨勢,而M4位置只有少量Ca、Mn置換Na,置換前后離子平均半徑基本不變。因此,本區(qū)鈉閃石的b0值稍小與M2位置Mg2+的置換有關(guān)。3.鈉輝石成因分析本文測定了20個鈉輝石和鈉閃石的K、Na、Rb含量(如表6)。本區(qū)鈉輝石中K2O含量低于鈉閃石,而Na2O含量高于鈉閃石。前者K/Na比值低,為0.122～0.433,后者K/Na比值低,為0.002～0.021。從主礦到東礦,鈉輝石的K2O含量降低,Na2O含量增高,未檢測出Rb(原子吸收光譜法);而鈉閃石的K2O和Na2O含量均增高,Rb含量為0.5～27ppm。由表6數(shù)據(jù)作圖1和2。隨K+Na含量增加,鈉閃石中Rb含量降低(負(fù)相關(guān)),K/Rb比值增高。本區(qū)鈉閃石的K/R丘比值高且變化范圍大(738～17707),明顯高于火成巖K/Rb平均比值230,并且與平均火成巖趨勢(MIT)直線不平行。但與碳酸鹽巖平均K/Rb比值較接近(見表6)從上述K、Na、Rb含量及K/Rb比值的討論可知,本區(qū)鈉閃石為巖漿熱液成因的可能性小。研究表明,Rb相對于K的貧化導(dǎo)致高的K/Rb比值可能是由變質(zhì)作用所引起。因此推測本區(qū)鈉閃石的形成在很大程度上與變質(zhì)作用有關(guān)。4.鈉輝石u-fe2白云鄂博鐵礦床中產(chǎn)出大量鈉輝石和鈉閃石。對其成因,通常認(rèn)為鈉輝石和鈉閃石是在強烈的鈉化階段形成,是巖漿熱液作用的產(chǎn)物。涂光熾先生則認(rèn)為,鈉閃石、鈉長石并非巖漿期后鈉化氣液產(chǎn)物,而是在高堿度封閉半封閉盆地中形成的,是沉積成巖或淺變質(zhì)作用的產(chǎn)物。鈉輝石則是在后期巖漿活動影響下由一些沉積的鈉硅酸鹽礦物如鈉閃石脫水而產(chǎn)生的高溫礦物。那么白云鄂博鈉輝石和鈉閃石的成因究竟如何呢?根據(jù)筆者在前人工作基礎(chǔ)上所進(jìn)行的研究,本文得出如下幾點認(rèn)識:(1)本區(qū)鈉輝石和鈉閃石的礦物組合為鈉輝石-鈉閃石-鈉長石-白云石-螢石等。若作輝石的Na-Ca-(Fe3++Fe2++Mg)成分圖(如圖3),則許多鐵礦床中輝石位于圖中Ca-(Fe3++Fe2++Mg)邊中部附近;而白云鄂博鈉輝石則分布在Na-(Fe3++Fe2++Mg)邊中間。與堿性巖體中霓石投影點較接近。(2)大量資料表明,霓石、霓輝石是堿性巖漿結(jié)晶作用晚期的產(chǎn)物。其環(huán)帶現(xiàn)象很普遍,較早期形成的晶體中心一般比較富含普通輝石(Ca(Mg、Fe、Al)[(Si,Al)2O6])組分,而在邊緣較富含NaFeSi2O6組分。如山西紫金山巖體、遼寧賽馬巖體、河北陽原巖體、東格陵蘭堿性巖體等均是如此。但白云鄂博的鈉輝石沒有環(huán)帶現(xiàn)象,含錐輝石(Ac)端元分子Ac%>80%,且晚期脈中Ac含量更高(>90%)。將本區(qū)鈉輝石投于輝石Na-Mg-(Fe2++Mn)圖上,則均集中在Na>90%的頂端,且呈線性趨勢。與國外某些片巖、片麻巖、含鐵建造中霓石投影點接近。如圖4。(3)大多數(shù)霓石的Ti含量均不高,TiO2一般不超過1.0%。霓輝石中TiO2含量比霓石稍高,可達(dá)2.5%。但有些霓石,特別是堿性巖中晚期霓石,TiO2含量較高,而Fe2O3則隨之降低。由圖5可知,本區(qū)鈉輝石Fe2O3含量高,TiO2含量較低。明顯不同于堿性巖體中霓石,而與某些淺變質(zhì)巖中霓石相似,但后者變化范圍更廣。據(jù)《造巖礦物單鏈硅酸鹽》,高溫下有利于Ti進(jìn)入霓石晶格,同時SiO2的活度及高氧逸度對Ti進(jìn)入霓石中晶趨勢。圖例同圖3)均有很大影響。故推測本區(qū)鈉輝石形成溫度不會太高。(4)本區(qū)鈉輝石與沉積巖中的自生霓石也很不相同。后者常呈細(xì)針狀,共生礦物有石膏、方解石、無水芒硝、鈉長石、黃鐵礦及鈉閃石(呈纖維狀、放射狀的球狀集合體或結(jié)核),產(chǎn)于泥巖、泥灰?guī)r等碳酸鹽巖或其晶洞中。因此,本區(qū)鈉輝石不會是沉積自生成因。綜上所述,本區(qū)鈉輝石既不同于堿性巖中的霓石和霓輝石,也不同于沉積巖中的自生霓石,而是在海西運動時期,由于花崗巖漿期后熱液與白云巖發(fā)生強烈鈉交代作用的產(chǎn)物。(5)本區(qū)的鈉閃石具有不同的地質(zhì)產(chǎn)狀。在白云巖層中發(fā)育長針柱狀定向排列的鈉閃石;在鐵礦石中鈉閃石常呈細(xì)粒狀、針柱狀,與鈉輝石、磁鐵礦等構(gòu)成細(xì)條帶。此外,在白云巖和板巖層中可見鈉閃石局部富集成鈉閃石巖,常沿白云巖層間裂隙或白云巖與板巖接觸帶發(fā)育,呈放射狀、毛發(fā)狀。局部可見青石棉。(6)本區(qū)的鈉閃石與前寒武紀(jì)條帶狀含鐵建造中鈉閃石較為相似。例如西澳哈默斯利盆地條帶狀含鐵建造的礦物組合為石英+磁鐵礦+赤鐵礦+綠泥石+鈉閃石+碳酸鹽。其中鈉閃石分塊狀和纖維狀(青石棉)兩種條帶產(chǎn)出。針狀的鈉閃石聚集成塊狀,呈青色一般與磁鐵礦緊密共生,在磁鐵礦少的地段也與碳酸鹽礦物共生,常是在碳酸鹽礦物生成之后的產(chǎn)物。其成因,G.瑞安和J.布洛克利等認(rèn)為是成巖作用的產(chǎn)物,而宮敬野認(rèn)為是變質(zhì)作用最晚期晶出的。(7)據(jù)中國科學(xué)院地化所的研究資料,從下盤白云巖向上至礦體,鈉閃石的Na、K和Fe含量增高,Ca,Mg含量降低。表明鈉閃石的形成與地層原始沉積成分有關(guān)。實驗研究表明,鈉閃石在較低溫度(35℃)下可以合成。在一定條件下,從海