黑云母矿物化学特征及其地质温压计的应用

黑云母矿物化学特征及其地质温压计的应用

杜文彪

河北地质大学地球科学学院 河北省石家庄市 050000

摘 要：黑云母是花岗岩-辉绿岩中重要的含水铁镁质成岩硅酸盐矿物。其化学组成特征对揭示花岗岩-辉绿岩的岩石成因具有重要的指示意义。根据黑云母的成分可以作为地质温压计、氧逸度来推测矿物结晶温度、压力与氧逸度；其成分特征来推测岩体物质来源及成因；本文基于前人的研究成果，系统地总结了黑云母矿物化学在黑云母分类、温度、压力、氧逸度等方面的应用，对花岗岩-辉绿岩岩石成因的指示意义。并通过对前人的研究对比分析提出了黑云母矿物化学在研究中存在的一些问题及未来的发展方向。

关键词：黑云母、地质温压计、矿物化学、

0引言

20世纪50年代后期定量化学分析引入矿物化学研究中，矿物学研究不仅在分析测试、显微观察的手段上逐渐完善，而且分析观察趋向于向微区发展。黑云母分为岩浆黑云母和热液黑云母，其结构和化学成分对花岗岩-辉绿岩的物理化学条件(温度、压力、氧逸度和成分)十分敏感，热动力条件的变化可以控制黑云母复杂的化学成分，因此黑云母可以指示花岗岩-辉绿岩的成岩物化条件。本文在前人大量的研究成果基础上，系统地介绍了黑云母矿物化学特征及花岗岩-辉绿岩中的岩石成因。

1、黑云母的标型特征

黑云母以黑、深褐色为主，富Ti者为浅红褐色，富Fe3+者为绿色；玻璃光泽，解理面呈珍珠光泽；硬度2.5；{001}极完全解理；相对密度为3.02~3.12。分子式一般为K { ( Mg, Fe )3 [ AlSi3O10 ] ( OH )2 }-K { Mg3 [ AlSi3O10 ] ( OH)2}。当n ( Mg ): n ( Fe )< 2:1时为黑云母，单斜晶系，常见1M多型：TOT型-三八多面体型层状结构（李胜荣，2008）。

2、黑云母分类

按成分分类，国际矿物学协会(IMA)将黑云母分为4个端员的固溶体：铁云母（Annite）［KFe2+ 3AlSi3O10 (OH)2］、金云母（Phlogopite）［KMg3AlSi3O10 (OH)2］、铁叶云母（Siderophyllite）［KFe2+ 2 AlAl2 Si2O10 ( OH)2］和富镁黑云母（Eastonite）［KMg2AlAl2 Si2O10 (OH)2］。

按照成因分类，黑云母分为岩浆黑云母和热液黑云母。岩浆黑云母形成于岩浆结晶过程中；热液黑云母形成于热液蚀变过程。岩浆黑云母常呈斑晶或显微斑晶，多为自形－半自形的片状 产出，具有锯齿状、裂片、散口、扭曲等特征，包裹早期结晶的磁铁矿、磷灰石、榍石、锆石等副矿物。热液黑云母产状明显不同于岩浆黑云母，又可以分为热液交代黑云母(交代角闪石和岩浆黑云母，极少交代斜长石)和热液新生黑云母(交代黑云母以外的其他热液次生黑云母) 。热液交代黑云母沿着边缘和裂隙部分或全部交代角闪石和岩浆黑云母，重结晶成细鳞片状集合体，呈半自形－他形产出。岩浆黑云母和热液黑云母不仅在岩相学上存在较大的差别，在矿物化学性质方面也存在差异。

3、地质温度计

黑云母的成分特征可以反映岩浆结晶时的温度、压力、氧逸度等物理化学条件．高温高压实验表明，黑云母中Ti元素的含量明显受岩浆结晶温度的影响，Ti的含量可以有效地估算火成岩中黑云母形成温度。Henry 等(2005) 研究了美国缅因州西部和马萨诸塞州中南部的过铝质变质泥岩，对529个黑云母化学成分进行研究后提出了黑云母Ti饱和温度的计算公式（1），得出Ti含量、温度和Mg /(Mg + Fe)值存在非线性关系(图2)，其中Ti温度计算公式为 t ={［ln(Ti)-a-c(XMg)3］/b}0. 333 其中，a =-2. 3594; b = 4. 6482 × 10-9 ; c = -1. 7283;基于22个氧原子，XMg = 0. 275～1. 000; Ti = 0. 04～0. 60，t=480～800℃，p = 400～600 MPa。郭耀宇等（2015）利用此温度计估算的西秦岭格尔括合花岗闪长岩斑岩黑云母的结晶温度介于629~684℃；杨阳等（2017）对胶西北玲珑期中粗粒黑云母二长花岗岩的黑云母Ti温度为525～600℃，中细粒黑云母二长花岗岩和弱片麻状含石榴子石黑云母二长花岗岩的温度为600～700℃。

4、地质压力计

黑云母中的全铝含量同花岗岩的固结压力具有很好的正相关特性， P(×100MPa) = 3. 03 × T Al－6. 53( ± 0. 33)其中，T Al是指在以22个氧原子为基础计算出的黑云母中铝阳离子总数。同时可以根据深度与压力的关系，换算出岩浆侵位深度P = ρ·g·H其中 ρ = 2700kg /m3 ，g = 9. 8m/ s2。

郭耀宇等（2015）利用此压力计估算的该花岗闪长岩斑岩黑云母结晶的压力为131-181MPa，侵位深度位5.0~7.1km；杨阳等（2017）玲珑期北部、中部和南部花岗岩中黑云母结晶的压力分别1.25～1.89kbar、2.02～2.42kbar和2.10～2.85kbar。侵位深度采用P=ρgD进行换算，其中ρ = 2700kg /m

3，g=9. 8m/ s2，玲珑期花岗岩自北向南的侵位深度分别为4.74～7.14km、7.64～9.16km和7.96～10.71km。

地质温压计有着不同的适用条件，对于不同成因形成的黑云母，其矿物化学成分有显著差异，对于一些经历过变质的或者物质来源复杂的岩体中的黑云母来说，很多温压计计算得到的结果不再是黑云母结晶时的温度、压力。

5、发展方向

黑云母微量元素分析：目前，对于黑云母矿物化学特征及岩石成因的研究，大部分研究都仅限于黑云母主量元素分析，进行温度、压力、氧逸度、岩石成因的研究，之后可以更进一步的对微量、稀土元素进行分析，指示岩浆演化过程，构造环境，部分熔融程度和分离结晶作用的差异。

黑云母同位素分馏：对黑云母可以采取同位素的分馏分析，通过某种元素的同位素在物理、化学、生物等反应过程中以不同比例分配于不同物质之中的现象，可以用来指示物质形成温度和过程中的一些演化信息，根据不同元素同位素分馏的特性，经过实验分析选取合适的一种元素来进一步分析黑云母的矿物化学特征，进而分析岩石演化过程。

参考文献

[1] 李胜荣, 许虹, 申俊峰. 结晶学与矿物学[M]. 地质出版社, 2008.

[3] 郭耀宇，和文言，李在春等.2015. 西秦岭格尔括合花岗闪长斑岩岩石成因: 黑云母矿物学特征约束[J]. 岩石学报.

[5] Henry D J. 2005. The Ti-saturation surface for low-to-medium pres sure metapelitic biotites; Implications for geothermometry and Ti-substitution mechanisms[J]. American Mineralogist,

[11] 杨阳, 王晓霞, 于晓卫等. 胶西北中生代花岗岩中黑云母和角闪石成分特征及成岩成矿意义[J].岩石学报, 2017.