西藏桑耶地區(qū)晚白堊世中期二長(zhǎng)花崗巖的氧逸度特征

吳偉哲，王金貴

1.河北地質(zhì)大學(xué) 資源學(xué)院，河北 石家莊 050031；2.河北省區(qū)域地質(zhì)調(diào)查院，河北 廊坊 065000

0 引 言

氧逸度指的是有效氧分壓，是除溫度、濃度、壓力外巖石物理化學(xué)的另一個(gè)重要參數(shù)，對(duì)巖石形成、巖漿演化和成礦作用具有約束作用，能夠有效指導(dǎo)找礦。巖漿中的S元素在高氧逸度環(huán)境下以SO42-和SO2的形式存在硅酸鹽熔體中，能形成硫化物的S2-較低，硫化物難達(dá)到飽和從而有利于Au、Cu成礦[1]。因此對(duì)巖漿氧逸度進(jìn)行計(jì)算有利于探究研究區(qū)成礦潛力，對(duì)找礦前景進(jìn)行分析。

巖漿氧逸度的計(jì)算方法主要有全巖地球化學(xué)方法、巖石的礦物組合的礦物學(xué)方法和單礦物的礦物地球化學(xué)方法。前兩種方法都有明顯的不足，全巖地球化學(xué)方法容易受到后期蝕變作用與表生作用的影響，礦物組合的礦物學(xué)方法僅能粗略估算氧逸度，而第三種方法則較為常用[2]。鋯石廣泛存在巖漿巖中，鋯石中的Ti可做溫度計(jì)算，變價(jià)元素Ce做氧逸度計(jì)算。通常來說，鋯石富U、Th，低Pb。在不同礦物中，鋯石封閉性極強(qiáng)，穩(wěn)定性高，因此用來計(jì)算氧逸度具有較顯著的優(yōu)越性[3]。所以，論文擬采用鋯石的氧逸度計(jì)和全巖的氧逸度計(jì)相結(jié)合的方法來研究該區(qū)的氧逸度情況。

1-中粒二長(zhǎng)花崗巖；2-細(xì)粒石英閃長(zhǎng)巖；3-湖積物：底部主要為礫砂石、粘質(zhì)沙土，上部為礫質(zhì)黏土夾粉砂、黏土組成；4-沖洪積物：主要為砂礫石、砂、砂質(zhì)黏土等。5-中粒石英二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖；6-湖積物：主要為砂、粘質(zhì)砂土、砂質(zhì)黏土夾砂礫石組成。7-湖積物，灰黃色，主要為砂、粘質(zhì)砂土、砂質(zhì)黏土。8-石英閃長(zhǎng)巖脈；9-輝綠巖脈；10-采樣點(diǎn)(a)青藏高原構(gòu)造單元?jiǎng)澐謭D；(b)青藏高原地層分布圖；(c)研究區(qū)巖性及采樣點(diǎn)圖圖1 研究區(qū)地質(zhì)圖(修改自文獻(xiàn)[4])Fig.1 Geological map of the study area (modified from [4])

1 區(qū)域地質(zhì)特征

西藏桑耶地區(qū)坐落于青藏高原中南部，屬于雅魯藏布江結(jié)合帶與岡底斯-念青唐古拉構(gòu)造帶銜接部位。盆地受特提斯洋俯沖消減作用的影響，因此晚白堊世巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈。侵入體為東西向展布，多分布在雅魯藏布江結(jié)合帶以北的曲榮至曼陣崗以及多旺利至尤瑪果地區(qū)，侵位于中三疊世昌果組之中，呈巖瘤或巖株?duì)町a(chǎn)出，平面為不規(guī)則橢圓狀，出露面積達(dá)65.01 km2。中粒二長(zhǎng)花崗巖呈巖株?duì)町a(chǎn)出于齋祖至杰木托一帶，呈近東西向，出露面積為6 km2。部分巖體被第四紀(jì)沉積物覆蓋，侵入于晚白堊世早期侵入巖中。另外，巖體中還發(fā)育灰黑色細(xì)粒閃長(zhǎng)巖捕虜體，脈體不發(fā)育。

西藏桑耶地區(qū)晚白堊世中期中酸性侵入巖主要為二長(zhǎng)花崗巖，巖石呈灰褐色或深灰色(圖2c)，主要組成礦物有斜長(zhǎng)石(40～45%)+鉀長(zhǎng)石(20～25%)+石英(20±)+黑云母(5～10%)+角閃石(5%)。斜長(zhǎng)石呈半自形板狀雜亂分布，粒度較大，一般可達(dá)2～4 mm，部分0.5～2 mm。鉀長(zhǎng)石為微斜長(zhǎng)石，也呈半自形板狀，雜亂分布。粒度主要2～5 mm，部分0.8～2 mm。鉀長(zhǎng)石發(fā)育格子雙晶，表面輕微高嶺土化，部分可見斜長(zhǎng)石礦物包體。黑云母呈葉片狀零星分布，顆粒較小，粒徑多為0.2～2 mm。角閃石含量較低，呈半自形柱狀零星分布，粒度一般0.2～2 mm。巖石內(nèi)部可見少量硅質(zhì)物充填裂隙。

a-野外露頭照片；b-野外露頭照片；c-二長(zhǎng)花崗巖的鏡下照片，正交偏光；Pl：斜長(zhǎng)石；Amp：角閃石；Q：石英；Kfs：鉀長(zhǎng)石圖2 西藏桑耶地區(qū)晚白堊世中酸性侵入巖野外及巖相學(xué)照片F(xiàn)ig.2 Field and petrographical photos of Late Cretaceous Intermediate-Acidic Intrusive Rocks in Sangye Area,Tibet

2 分析方法

巖石地球化學(xué)分析在河北省區(qū)域地質(zhì)調(diào)查院實(shí)驗(yàn)室測(cè)試，樣品加工和測(cè)試過程都在無污染條件下進(jìn)行。主量元素的制備采用堿燒法，測(cè)試使用AxiosmaxX射線熒光光譜分析，相對(duì)誤差≤2%，燒失量、H2O+和H2O-的測(cè)試采用P1245分析天平。微量元素、稀土元素樣品的制備采用酸溶法，稀土元素、多數(shù)微量元素測(cè)試使用電感耦合等離子質(zhì)譜儀(ICP-MS)(X Serise2)，Zr、Ti、K等元素用的測(cè)試在X射線熒光光譜儀AxiosmaxX上進(jìn)行，儀器精度>5%～10%，詳細(xì)操作步驟見文獻(xiàn)[5]。

鋯石的微量元素測(cè)試采用LA-ICP-MS測(cè)試方法，測(cè)試交由北京市科薈測(cè)試技術(shù)有限公司。測(cè)試儀器為+Jena PQMS多接收等離子體質(zhì)譜，剝蝕激光系統(tǒng)采用New ware193，實(shí)驗(yàn)使用激光剝蝕，束斑直徑為32 μm，激光剝蝕深度為20～40 μm。鋯石元素含量的計(jì)算以美國國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)局人工合成硅酸鹽玻璃NIST610作為外標(biāo)，29Si為內(nèi)標(biāo)校正。樣品的微量元素?cái)?shù)據(jù)處理使用ICPMSDatacal軟件，并進(jìn)行普通鉛校正[6]。

3 分析結(jié)果

巖石酸性較強(qiáng)，SiO2含量為66.19%～66.84%，Al2O3含量偏高，為15.17～15.48%，TiO2含量較低，為15.17%～15.48%，MnO含量為0.06%～0.07%，P2O5含量為0.14%～0.17%。Fe2O3、FeO、CaO、MgO含量分別為1.59%～1.82%，1.57%～2.05%，2.4%～3.39%和1.67%～1.91%。從SiO2-AR(圖3c)中可以看出，巖石落在鈣堿性區(qū)，鋁飽和指數(shù) A/CNK約為1，成分上屬于準(zhǔn)鋁質(zhì)巖石(圖3d)。K2O、Na2O含量較高，為3.86%～4.09%，3.49%～3.92%，巖石的總堿度含量K2O+Na2O為7.68%～7.83%，K2O/Na2O比值大于1，表明巖石相對(duì)富鉀貧鈉。西藏桑耶地區(qū)晚白堊世二長(zhǎng)花崗巖主微量元素含量測(cè)試結(jié)果見表1。

(a)底圖據(jù)Middlemost[7];(b)底圖實(shí)線據(jù)Peccerillo and Taylor[8];虛線據(jù)Middlemost[9]);(c)底圖據(jù)Wright[10];(d)底圖據(jù)Peccerillo and Taylor[8]1-橄欖輝長(zhǎng)巖；2a-堿性輝長(zhǎng)巖；2b-亞堿性輝長(zhǎng)巖；3-輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖；4-閃長(zhǎng)巖；5-花崗閃長(zhǎng)巖；6-花崗巖；7-硅英巖；8-二長(zhǎng)輝長(zhǎng)巖；9-二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖；10-二長(zhǎng)巖；11-石英二長(zhǎng)巖；12-正長(zhǎng)巖；13-副長(zhǎng)石輝長(zhǎng)巖；14-副長(zhǎng)石二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖；15-副長(zhǎng)石二長(zhǎng)正長(zhǎng)巖；16-副長(zhǎng)正長(zhǎng)巖；17-副長(zhǎng)深成巖；18-霓方鈉巖/磷霞巖/粗白榴巖；Ir=Irvine，Ir上方為堿性，下方為亞堿性圖3 巖石類型判別圖Fig.3 The discrimination diagram of rock type

表1 樣品主量元素含量表

4 討 論

4.1 鋯石的稀土元素特征

鋯石稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線顯示，w(Th) 167.13 ppm～959.49 ppm，平均為399.24 ppm。w(U) 191.50 ppm～1 295.08 ppm，平均為484.76 ppm。ΣREE 414.42 ppm～892.59 ppm，平均為631.69 ppm。LREE 23.26 ppm～54.02 ppm，平均為36.08 ppm。HREE 391.15 ppm～852.55 ppm，平均為595.61 ppm。LREE/HREE 0.05 ppm～0.10 ppm，平均為0.06 ppm。δCe值的范圍為5.02～389.67，平均為96.76。Eu值介于0.19到0.30之間，均值為0.24?？傮w來看，樣品虧損輕稀土，富集重稀土，Ce正異常顯著，并可見明顯的Eu負(fù)異常，整體呈左傾配分型式(圖4)。

圖4 鋯石稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線(標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)[11])Fig.4 Chondrite-normalized REE patterns of zircon(normalization values after[11])

4.2 鋯石Ti溫度計(jì)和Ce氧逸度計(jì)

溫度作為地質(zhì)過程中的一個(gè)重要參數(shù)，對(duì)于正確認(rèn)識(shí)地質(zhì)作用過程具有重要意義，因其計(jì)算簡(jiǎn)單、實(shí)用，因而得到廣泛的認(rèn)可。鋯石Ti含量溫度計(jì)是近些年所提出的單礦物微量元素溫度計(jì)，因鋯石在地質(zhì)作用過程中穩(wěn)定性較高，不易受外界環(huán)境影響，其Ti含量可以被用來計(jì)算溫度。

通常情況下Ti可置換鋯石晶格中的Si，有時(shí)也可以置換Zr，與金紅石共存的鋯石中的Ti含量應(yīng)該受如下兩個(gè)平衡反應(yīng)的控制[12]:

ZrSiO4+ TiO2=ZrTiO4+ SiO2

TiO2+SiO2=TiSiO4

鋯石中Ti含量主要受SiO2活度(αSiO2)的控制，此外還受到溫度和TiO2活度(αTiO2)的影響，因此演變而來的鋯石Ti溫度計(jì)的計(jì)算公式為[12]：logTizircon=(5.711±0.072)-(4 800±86) /(T+273.15)-logaSiO2+logaTiO2。

在不同的構(gòu)造環(huán)境中所形成的巖漿巖也具有不同的氧逸度特征。結(jié)合前人對(duì)巖漿氧逸度的研究結(jié)果來看，氧逸度對(duì)于成礦、找礦具有一定的指導(dǎo)意義。Ballard等使用鋯石Ce4+/Ce3+的比值來反應(yīng)巖漿氧逸度相對(duì)高低，但是此方法只能計(jì)算出巖漿氧逸度的相對(duì)值，而不能計(jì)算出氧逸度的絕對(duì)值[13]。Trail等[14]通過標(biāo)定出鋯石中Ce異常、氧逸度和溫度的關(guān)系，推導(dǎo)出新的公式，能直接計(jì)算出巖體的絕對(duì)氧逸度。

計(jì)算鋯石研究區(qū)巖體的氧逸度，采用Trail等[14]推導(dǎo)的公式。因?yàn)閹r石中有石英及磁鐵礦的存在，故研究SiO2的活度取值為1，TiO2的活度取值為0.7。樣品計(jì)算結(jié)果顯示，溫度為677℃～794℃，平均733℃。logfO2為-15.13～-9.12，均值-11.61(圖5)。

圖5 樣品的溫度-氧逸度圖解(a-底圖據(jù)文獻(xiàn)[14],b-底圖據(jù)文獻(xiàn)[15])Fig.5 Temperature-oxygen fugacity diagram of the sample (a-base map after[14],b-base map after[15])

ΔFMQ的值可以用來定量的反映氧逸度的值，經(jīng)統(tǒng)計(jì)研究發(fā)現(xiàn)，本次樣品ΔFMQ均大于2，為2.08～6.23，平均4.26，整體為較高的氧逸度值(圖6)。

圖6 樣品的ΔFMQ直方圖Fig.6 ΔFMQ histogram of the sample

4.3 全巖氧逸度計(jì)

Fe以兩種價(jià)態(tài)廣泛存在于硅酸鹽巖漿中，鐵元素的價(jià)態(tài)對(duì)巖漿演化起到重要作用。研究巖漿巖Fe2+-Fe3+平衡，可以獲得巖漿中氧逸度變化的信息。通過對(duì)全巖中Fe2O3/FeO的對(duì)數(shù)和FeOT含量的相關(guān)性圖解，可將巖石分為五個(gè)區(qū)域。從圖7可以看出樣品點(diǎn)的log(Fe2O3/FeO)落于-0.25到0.25之間，F(xiàn)eOT的含量介于2至4.5，投圖結(jié)果顯示其屬于中度氧化至強(qiáng)烈氧化的區(qū)域，指示該區(qū)具有較高的氧逸度值。

4.4 氧逸度值對(duì)其成礦的指示作用

巖漿氧逸度對(duì)研究礦床、巖石成因以及成礦潛力等都具有一定的指示作用。礦床的形成多受到氧逸度的影響，高氧逸度與斑巖型銅、金礦床之間存在著比較緊密的聯(lián)系。一般來說硫的狀態(tài)決定著銅和硫在熔體相的狀態(tài)。在還原狀態(tài)下硫是以S2-的形式大量存在的，這便使得銅、金的硫化物在早期階段沉淀下來的幾率大大增加，因而是不利于在晚期階段成礦的；同樣，在高氧逸度的狀態(tài)下，硅酸鹽的熔體之中會(huì)有大量的SO42-以及SO2，這時(shí)在S2-含量較低的條件下硫化物是不易飽和的，這種情況便利于晚期成礦。因此，對(duì)氧逸度的研究有利于我們了解巖漿的形成演化和成礦過程，從而更加高效、準(zhǔn)確地探明巖體的含礦性[17]。

圖7 全巖的log(Fe2O3/FeO)-FeOT圖解(底圖據(jù)文獻(xiàn)[16])Fig.7 Log(Fe2O3/FeO)-FeOT diagram of the whole rock(base map after[16])

5 結(jié) 論

(1)西藏桑耶地區(qū)晚白堊世中期二長(zhǎng)花崗巖鋯石的稀土元素虧損輕稀土，富集重稀土，Ce正異常顯著，并可見明顯Eu負(fù)異常，整體呈左傾配分型式。

(2)鋯石Ti溫度計(jì)計(jì)算出的溫度為677℃～794℃，平均733℃。鋯石Ce氧逸度計(jì)計(jì)算的ΔFMQ的結(jié)果均大于2，為2.08～6.23，整體氧逸度較高。

(3)全巖氧逸度計(jì)的計(jì)算結(jié)果log(Fe2O3/FeO)落于-0.25到0.25之間，F(xiàn)eOT的含量介于2至4.5，投圖結(jié)果顯示其屬于中度氧化至強(qiáng)烈氧化的區(qū)域，指示該區(qū)具有較高的氧逸度值。

【致謝：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)試過程中得到了河北省區(qū)域地質(zhì)調(diào)查院實(shí)驗(yàn)室和北京市科薈測(cè)試技術(shù)有限公司老師的幫助與指導(dǎo)，在論文寫作過程中河北地質(zhì)大學(xué)的研究生梁賢提供了幫助以及審稿專家的大力斧正，在此一并致以誠摯的感謝?！?/p>