桂北新寨角閃花崗巖角閃石礦物化學(xué)特征及其指示意義

胡榮國，劉楚晴，馮佐海，趙義來，蔡永豐，劉奕志，夏志鵬

(桂林理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院， 廣西隱伏金屬礦產(chǎn)勘查重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 廣西 桂林 541004)

華南加里東期巖漿活動強(qiáng)烈，廣泛分布早古生代加里東期的強(qiáng)過鋁質(zhì)花崗質(zhì)侵入體(王德滋, 2004; Lietal., 2010; Wangetal., 2013)。定量地獲得該期巖漿巖形成過程中的物理化學(xué)條件，對于估算巖體侵位深度或火山巖巖漿房深度，示蹤巖漿源區(qū)及形成環(huán)境、反演巖漿演化過程和成巖構(gòu)造背景等方面有重要地質(zhì)意義。研究表明，對于許多造山環(huán)境下形成的鈣堿性花崗侵入體而言，其中的角閃石在很大溫度壓力范圍內(nèi)具有較好的穩(wěn)定性(p=0.1～2.3 GPa,t=400～1 150℃)，且其Al含量通常隨著侵位深度的增加而升高，是一種理想的地質(zhì)壓力計(jì)(Hammarstrom and Zen, 1986; Hollisteretal., 1987; Johnson and Rutherford, 1989; Schmidt, 1992; Anderson, 1996)。此外，由于在角閃石系列礦物中廣泛存在著Si-Al-Fe-Ti、Fe2+-Mg-Mn以及Na+-K+等多元素的同像替換，在不同成巖條件下形成的角閃石亞類，其化學(xué)成分的變化能夠提供巖漿結(jié)晶過程中壓力、溫度、氧逸度和熔體水含量等重要信息，因此被廣泛應(yīng)用到花崗質(zhì)侵入體巖漿來源和成巖成礦演化研究中(Blundy and Holland, 1990; 馬昌前等, 1994; Stein and Dietl, 2001; 呂志成等, 2003; 張拴宏等, 2007; Andersonetal., 2008; Molinaetal., 2009; Ridolfietal., 2010； Ridolfi and Renzulli， 2012; 陸麗娜等, 2011; 周曄等., 2013; Dada, 2014; Erdmannetal., 2014; 汪洋, 2014; Mutchetal., 2016; Putirka, 2016; 吳歡歡等, 2019)。

桂北新寨花崗質(zhì)侵入體是一個出露面積較小的半隱伏巖體，前人對該侵入體的巖石成因、侵入時代和動力學(xué)意義等方面開展過研究工作并取得了一些進(jìn)展(張相訓(xùn)等, 1993; 唐專紅等, 2003; 賈小輝等, 2017)，但目前尚未進(jìn)行過針對該侵入體的礦物學(xué)研究以及基于礦物化學(xué)特征的巖漿來源、巖漿性質(zhì)等相關(guān)研究。本文主要應(yīng)用電子探針分析新寨花崗巖中角閃石和長石的化學(xué)組成，結(jié)合詳細(xì)的顯微鏡下觀察，估算角閃石結(jié)晶時熔體的溫度、壓力、氧逸度和含水量，來厘定該侵入體溫壓條件，并進(jìn)一步揭示其巖漿性質(zhì)和來源，為探討該地區(qū)加里東期花崗巖成因和巖漿演化史提供新的地質(zhì)信息。

1 地質(zhì)背景及樣品描述

新寨花崗質(zhì)侵入體位于桂林市靈川縣大鏡鄉(xiāng)澇江-新寨-踏板石一帶，老廠穹隆的北端，大地構(gòu)造位置上位于揚(yáng)子地塊和華夏地塊的結(jié)合部位，安化-羅城斷裂和郴州-臨武斷裂之間(圖1a)，區(qū)域上受控于近南北向的大鏡-沙子斷裂，呈不規(guī)則勺狀北北向展布，主要為中酸性巖漿巖，出露面積約16.7 km2(圖1b)。野外觀察顯示，新寨花崗質(zhì)侵入體與圍巖寒武系石英砂巖呈侵入接觸關(guān)系，兩者侵入接觸面平直，界限清晰，接觸面傾向圍巖，傾角變化范圍較大，在35°～75°之間(圖2a)。巖石地球化學(xué)研究結(jié)果顯示，新寨花崗質(zhì)侵入體具有高硅、富堿、富鉀、強(qiáng)過鋁質(zhì)等特點(diǎn)，屬于S型花崗巖，可能是元古宙地殼變質(zhì)泥巖部分熔融的產(chǎn)物(張相訓(xùn)等, 1993)； LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年結(jié)果顯示中細(xì)粒斑狀角閃黑云二長花崗巖的形成的時代為中奧陶世(465±2 Ma，賈小輝等, 2017)。

新寨花崗質(zhì)侵入體共由5個侵入體組成(圖1b)，根據(jù)巖相學(xué)及相互接觸關(guān)系和花崗巖巖石譜系劃分原則，唐專紅等(2003)將這5個侵入體劃分為踏板石單元(ST)和新寨單元(SX)，出露的巖性主要為中細(xì)粒角閃花崗巖、細(xì)粒黑云二長花崗巖和中細(xì)粒斑狀黑云角閃花崗巖。在野外可以觀察到中細(xì)粒角閃花崗巖和細(xì)粒黑云二長花崗巖以脈動式侵入到中細(xì)粒斑狀黑云角閃花崗巖中(唐專紅等, 2003)，暗示它們之間的侵位時間相近。本次采集的樣品1701-2來自侵入體最北部的踏板石單元，樣品1704-3則采自新寨單元(圖1b)，兩者都為中細(xì)粒角閃花崗巖，新鮮面呈灰白色，花崗結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造(圖2b、2c)。巖石主要由斜長石(30%～35%)、鉀長石(25%～30%)、石英(25%～30%)、角閃石(5%～10%)和少量黑云母(<1%)組成，偶見白云母。角閃石有多種形態(tài)，從自形、半自形到他形均有發(fā)育，正交偏光鏡下呈淺黃色、綠色或淡藍(lán)色。部分自形角閃石橫截面呈六邊形，可見56°兩組解理，交代作用不明顯(圖2d)；部分半自形/他形角閃石交代作用不明顯(圖2e)，但部分邊部被強(qiáng)綠泥石化黑云母環(huán)繞交代(圖2f)，或被石英嚴(yán)重交代呈港灣狀(圖2g)。斜長石呈自形-半自形，多與鉀長石交互共生(圖2h)，部分晶形完好者可觀察到卡納雙晶(圖2i)。鉀長石呈半自形板狀，有時可見卡斯巴雙晶，多高嶺土化、泥化，表面呈塵土狀。石英呈他形粒狀，裂紋發(fā)育，未見波狀消光。副礦物主要有鋯石、磷灰石、榍石、電氣石以及鐵氧化物。

圖1 華南早古生代花崗巖分布簡圖(a)和桂北新寨花崗質(zhì)侵入體地質(zhì)簡圖(b)[據(jù)賈小輝等(2017)修改]Fig.1 Schematic map showing the distribution of early Paleozoic igneous rocks in South China (a) and geological map of Xinzhai granite with sample locations also indicated (b) (modified after Jia Xiaohui et al., 2017)

2 樣品選擇和實(shí)驗(yàn)技術(shù)

巖相學(xué)觀察結(jié)果顯示新寨角閃花崗巖中角閃石發(fā)育有3種產(chǎn)狀： 第1種是自形角閃石，顆粒較大，端面較清晰，大多獨(dú)立出現(xiàn)，沒有明顯交代的痕跡(圖2d)，反映出早期結(jié)晶礦物的形態(tài)特點(diǎn)；第2種是交代作用不明顯的半自形-他形角閃石，顆粒粗大，端面較為清晰(圖2e)，可能比自形晶角閃石結(jié)晶稍晚；第3種是被綠泥石或石英強(qiáng)交代的半自形-他形角閃石，普遍端面不清晰且顆粒較小，發(fā)育綠泥石反應(yīng)邊(圖2f)或呈現(xiàn)出港灣結(jié)構(gòu)(圖2g)，可能是第1種和第2種角閃石被后期熱液交代的產(chǎn)物。本次研究選取了這3種不同產(chǎn)狀的角閃石分別進(jìn)行了電子探針成分分析，以期能夠獲得巖漿在不同演化階段相應(yīng)的溫度、壓力、氧逸度以及含水量等重要地質(zhì)信息。本文角閃石和長石的礦物測試分析工作在桂林理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院電子探針分析實(shí)驗(yàn)室完成，儀器型號為JEOL JXA8300型電子探針儀，加速電壓15 kV，探針電流20 nA，作用時間20～30 s，束斑直徑2～5 μm，ZAF法校正。選取共生的斜長石和角閃石進(jìn)行礦物對分析，所有用于溫壓計(jì)算的角閃石皆與石英或堿性長石接觸，角閃石測點(diǎn)位于與石英或長石互相接觸的角閃石邊部，斜長石測點(diǎn)位于與角閃石共生的斜長石邊部，以滿足角閃石全鋁壓力計(jì)(Johnson and Rutherford, 1989; Stein and Diete, 2001; Mutchetal., 2016)以及角閃石-斜長石溫度計(jì)(Holland and Blundy, 1994; Putirka, 2016)應(yīng)用的前提條件。角閃石分子式的計(jì)算采用Holland和Blundy(1994)提出的23個氧原子法及電價平衡計(jì)算方法，其中Fe2+和Fe3+比值采用Droop電價平衡法(Droop, 1987)。

圖2 桂北新寨花崗巖野外、手標(biāo)本及顯微巖相學(xué)特征照片F(xiàn)ig. 2 Photographs showing field contact relationship, hand specimens and microphotographs showing representative texture of the Xinzhai hornblende granites

3 礦物地球化學(xué)特征

3.1 角閃石

新寨角閃花崗巖中角閃石的電子探針成分分析結(jié)果列于表1?；◢弾r中的角閃石類型主要包括由巖漿結(jié)晶作用所形成的結(jié)晶角閃石以及成巖作用后期發(fā)生交代蝕變的角閃石，而區(qū)分角閃石的不同類型是探討其寄主巖石成因指示意義的前提。新寨花崗巖中不同形態(tài)的角閃石在化學(xué)成分上有一定的區(qū)別，其中自形角閃石相對富Al2O3(7.76%～8.09%)、FeOT(16.18%～17.87%)、Na2O(1.44%～1.65%)、TiO2(0.82%～0.98%)和K2O(0.70%～0.95%)，貧MgO(10.04%～11.23%)和SiO2(45.33%～46.63%)；被強(qiáng)綠泥石化黑云母或石英交代的半自形/他形角閃石則富MgO(12.54%～18.92%)和SiO2(50.33%～55.80%)，貧FeOT(6.78%～14.10%)；未被交代的半自形/他形角閃石成分則介于二者之間(表1、圖3)。角閃石分子式計(jì)算結(jié)果顯示(Ca+Na)B變化于1.88～2.00之間，NaB介于0.02～0.18之間，表明巖體中的角閃石均屬于鈣質(zhì)角閃石(Leake, 1997)。根據(jù)國際礦物協(xié)會新礦物及礦物命名委員會角閃石專業(yè)委員會推薦的角閃石命名方法(Leakeetal., 1997)，自形角閃石屬于淺閃石(edenite)，未蝕變半自形/他形角閃石屬于鎂普通角閃石(magnesiohorblende)，而交代的半自形/他形角閃石屬于陽起石(actinolite)(圖4)。

圖4 桂北新寨花崗巖角閃石分類圖解(據(jù)Leake et al., 1997)Fig. 4 Classification of amphiboles of the Xinzhai granites (after Leake et al., 1997)

圖3 桂北新寨花崗巖角閃石礦物化學(xué)成分圖解Fig. 3 The diagram of mineral chemistry composition of amphiboles

新寨花崗巖中不同形態(tài)的角閃石在背散射圖片下顯示出明顯的成分變化(圖2c～2d)，說明部分角閃石化學(xué)成分遭受到了后期流體蝕變交代的改造。Leake曾經(jīng)提出巖漿成因的角閃石Si<7.30 a.p.f.u，而非巖漿成因或遭受過熱液改造的角閃石Si>7.30 a.p.f.u(Leake, 1971)。新寨花崗巖中自形角閃石和未被交代的半自形/他形角閃石的Si = 6.86～7.29 a.p.f.u，在馬昌前等 (1994)提出的角閃石Ti-Si變異圖解上，落在中酸性侵入巖中角閃石的區(qū)域內(nèi)(圖5)；被石英或綠泥石化黑云母交代蝕的半自形/他形角閃石(陽起石)的Si則為7.57～7.87 a.p.f.u，落在蝕變或交代角閃石的區(qū)域內(nèi)(圖5)，與鏡下觀察結(jié)果一致，說明這些角閃石結(jié)晶后遭受了后期熱液的改造或蝕變，因此不能用來估算角閃石結(jié)晶時母巖漿熔體的物理化學(xué)條件。

圖5 桂北新寨花崗巖角閃石Ti-Si變異圖解(據(jù)馬昌前等, 1994)Fig. 5 Ti-Si variation diagram of amphiboles (after Ma Changqian et al., 1994)

3.2 長石

新寨花崗巖中與角閃石共生的既有斜長石，也有鉀長石。電子探針成分分析結(jié)果顯示，斜長石從核部到邊部鈣和鈉的含量未顯示出明顯的變化。斜長石Na2O含量較為均勻，介于2.89%～4.57%之間；CaO含量介于6.18%～12.08%；K2O含量非常低，為0.04%～0.85%，所有斜長石均為拉長石(An50～69Ab31～49Or0～1)；鉀長石成分較為均勻，K2O含量為13.75%～16.58%；Na2O含量較低，為0.30%～2.19%；CaO含量非常低，介于0.00%～0.05%。鉀長石主要為微斜長石，少量為透長石(An0Ab3～19Or81～97)(圖6)。

圖6 新寨花崗巖長石化學(xué)成分圖解(底圖據(jù)Smith 和Mackenzie, 1958)Fig.6 Feldspar chemical compositions of the Xinzhai granites (after Smith and Mackenzie, 1958)

4 討論

4.1 巖漿結(jié)晶的物理化學(xué)條件

4.1.1 壓力

角閃石全鋁壓力計(jì)是估算鈣堿性花崗質(zhì)侵入體結(jié)晶壓力和侵位深度的重要手段，尤其在有共存的角閃石-斜長石礦物對的情況下，其估算結(jié)果更為可靠(Anderson and Smith, 1995)。角閃石全鋁壓力計(jì)的理論基礎(chǔ)是相律，即在巖漿結(jié)晶過程中，角閃石的生長過程能夠很好地記錄巖漿從熔體到晶體的結(jié)晶過程，晶體-熔體平衡是該結(jié)晶過程的起點(diǎn)，晶體平衡則為終點(diǎn)；而在晶體-晶體平衡時，基質(zhì)中的角閃石或角閃石斑晶邊部的結(jié)晶條件接近于固相線條件，這時與多相礦物平衡共生的角閃石結(jié)晶條件更接近于固相線條件，其結(jié)晶條件可視為巖漿的固結(jié)條件，代表了巖漿侵位的深度條件。此外，角閃石全鋁壓力計(jì)對用于計(jì)算的平衡共生的礦物化學(xué)成分也有一定的要求，其中斜長石的An值應(yīng)該在25～35之間，角閃石FeT/(Mg+FeT)值范圍在0.40～0.65內(nèi)(Anderson and Smith, 1995)，F(xiàn)e3+/(Fe3++Fe2+)≥0.2(Hammarstrom and Zen, 1986; Hollisteretal., 1987; Schmidt, 1992)。盡管本次角閃石電子探針分析結(jié)果顯示未蝕變的自形角閃石(淺閃石)的FeT/(Mg+FeT)值范圍在0.45～0.50的范圍內(nèi)，但Fe3+/(Fe3++Fe2+)值卻小于0.2(表1)，所以上述壓力計(jì)并不適合新寨花崗巖角閃石的壓力計(jì)算。

表1 新寨花崗巖角閃石電子探針分析結(jié)果 wB/%Table 1 Electron microprobe analyses of representative amphibole from the Xinzhai granites

表2 新寨花崗巖斜長石和鉀長石探針分析結(jié)果 wB/%Table 2 Electron microprobe analyses of representative plagioclase and K-feldspar from the Xinzhai granites

Mutch 等 (2016)經(jīng)過實(shí)驗(yàn)?zāi)M，提出了另外一個新的全鋁壓力計(jì)計(jì)算公式，該公式綜合考慮了流體、溫度和氧逸度等因素對壓力的影響，對Fe3+/(Fe3++Fe2+)值沒有嚴(yán)格要求，且共生的角閃石(Mg/[Mg+FeT]=0.32～0.81)和長石(An15～80)成分應(yīng)用范圍也非常廣，新寨花崗巖中的角閃石成分參數(shù)滿足上述前提條件。根據(jù)該公式，估算出新寨花崗巖中自形角閃石壓力p16為0.28～0.30 GPa，對應(yīng)的形成深度D16為10.5～11.3 km(基于地殼密度為2 700 kg/m3，下同)；未蝕變半自形/他形角閃石壓力為0.19～0.26 GPa，對應(yīng)的形成深度為7.0～9.5 km(表1)。

在巖漿侵位的過程中，由于圍巖溫度要顯著低于巖漿，因此巖漿駐留于任一巖漿房都會冷卻，不同的礦物在該深度水平上會發(fā)生降溫結(jié)晶作用。在不考慮流體的情況下，巖漿的結(jié)晶作用也可以發(fā)生在上升過程中，這種結(jié)晶作用被稱為變壓結(jié)晶作用(羅照華等, 2013)。變壓結(jié)晶機(jī)制下形成的晶體不同部位代表了不同的壓力條件和不同的侵位深度：晶體核部的壓力很可能代表的是深部巖漿房或巖漿通道中某一深度水平上的壓力，而晶體邊部的壓力則代表了晶體停止生長時所處深度水平的壓力(羅照華等, 2013; 劉小麗等, 2015)。本次研究基于角閃石全鋁壓力計(jì)計(jì)算結(jié)果顯示，新寨侵入體中的角閃石從自形→未蝕變半自形/他形，角閃石形成的壓力逐漸降低，這與理論上火成巖礦物結(jié)晶順序以及鏡下觀察結(jié)果一致，同時也說明新寨花崗質(zhì)侵入體在侵位過程中不斷有晶體晶出，變壓結(jié)晶過程中的壓力變化是其侵位過程中的主要影響因素，即自形角閃石很可能是在晶體-熔體平衡環(huán)境下的結(jié)晶產(chǎn)物，其壓力可以代表或接近新寨花崗質(zhì)侵入體在深部巖漿房的結(jié)晶條件，而未蝕變半自形/他形角閃石的壓力則反映了該巖體在侵位過程中某一深度的結(jié)晶條件?；贛utch 等 (2016)的公式壓力計(jì)算結(jié)果，我們認(rèn)為新寨巖體侵位深度大于11.3 km，且?guī)r漿經(jīng)歷了連續(xù)的侵位歷史，從深部的>11.3 km的巖漿房到7.0～9.5 km的巖漿房再到淺部地殼就位。

4.1.2 溫度

溫度是控制堿性侵入巖形成的重要因素之一。在鈣堿性侵入巖中，斜長石多數(shù)與角閃石共生出現(xiàn)，因此在一定的條件下可以應(yīng)用到地質(zhì)溫度計(jì)中(Holland and Blundy, 1994; Stein and Dietl, 2001)。在角閃石固溶體模式以及野外和實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果的基礎(chǔ)上，Holland和Blundy(1994)提出了基于淺閃石-透閃石的反應(yīng)平衡(淺閃石+4石英=透閃石+鈉長石)的地質(zhì)溫度計(jì)tA(適用于斜長石An<92的硅飽和巖體，平衡溫度區(qū)間為500～1 100℃，誤差為±40℃)和基于淺閃石-鈉透閃石的反應(yīng)平衡(淺閃石+鈉長石=錳閃石+鈣長石)的地質(zhì)溫度計(jì)tB(適用于硅飽和或硅不飽和的巖體)。

本次采集的兩件樣品巖相學(xué)觀察結(jié)果顯示，新寨角閃花崗巖中的自形角閃石與斜長石接觸邊界平直，未發(fā)現(xiàn)反應(yīng)邊、暗化邊等結(jié)構(gòu)特征或相互交代的現(xiàn)象(圖2d)，說明自形角閃石與斜長石是平衡共生的關(guān)系。電子探針成分分析結(jié)果也顯示共生的自形角閃石和斜長石均未發(fā)育成分環(huán)帶，暗示兩者是在一個相對過冷度小、緩慢冷卻條件下的結(jié)晶產(chǎn)物，因此自形角閃石-斜長石礦物對溫度計(jì)計(jì)算結(jié)果能夠代表其結(jié)晶生長階段的溫壓條件。根據(jù)Mutch等 (2016)壓力計(jì)的估算結(jié)果，采用Holland 和Blundy(1994)的地質(zhì)溫度計(jì)獲得新寨花崗巖自形角閃石結(jié)晶溫度tA為669～726℃，平均700℃；tB為688～729℃，平均709℃(表1)。研究顯示，相對于其他巖漿巖溫度計(jì)，上述tB溫度計(jì)計(jì)算結(jié)果更可靠，被更多研究者所認(rèn)可(Anderson, 1996; Stein and Dietl, 2001; 陸麗娜等, 2011; 李小偉等, 2011; Kissetal., 2014)。由于巖相學(xué)觀察到與(交代)半自形/他形角閃石共生的斜長石蝕變較強(qiáng)，因此對于這兩類的角閃石未采用角閃石-斜長石溫度計(jì)計(jì)算溫度。

基于角閃石中Si、Fe、Mg、Ti、Na以及已知壓力與角閃石結(jié)晶溫度之間的相關(guān)性，Putirka (2016)提出了一個新的角閃石溫度計(jì)，誤差為±30℃，根據(jù)該溫度計(jì)，獲得新寨花崗巖自形角閃石結(jié)晶溫度t16為767～783℃，平均773℃，未蝕變半自形/他形角閃石結(jié)晶溫度為740～764℃，平均755℃。整體來說，根據(jù)Putirka (2016)提出的角閃石溫度計(jì)計(jì)算出來的自形角閃石結(jié)晶溫度結(jié)果要略高于Holland和Blundy(1994)溫度計(jì)的結(jié)果40～80℃，但在誤差范圍內(nèi)，因此兩個溫度計(jì)結(jié)果都是可信的。但考慮到與未蝕變半自形/他形角閃石由于共生的斜長石蝕變比較強(qiáng)，無法用于Holland和Blundy(1994)溫度計(jì)進(jìn)行溫度估算，本文優(yōu)先采用Putirka (2016)提出的角閃石溫度計(jì)計(jì)算出來的結(jié)果。

綜合角閃石全鋁壓力計(jì)計(jì)算結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，半自形/他形角閃石結(jié)晶壓力和結(jié)晶溫度都要比自形角閃石略低，說明其形成階段要略晚于自形角閃石，這也符合理論上火成巖礦物結(jié)晶順序以及鏡下觀察結(jié)果，但相對壓力的變化，溫度降低的幅度很小，說明侵入體在上升過程中是近乎等溫降壓的。

4.1.3 巖漿氧逸度和熔體水含量估算

氧逸度對巖漿演化和巖石成因有重要影響，而角閃石的成分可以用來推斷其形成時熔體的氧逸度及水含量(Anderson and Smith, 1995; Ridolfietal., 2010)。在Anderson和Blundy(1995)的AlⅣ-FeT/(FeT+Mg)氧逸度圖解中可以發(fā)現(xiàn)，新寨花崗巖中角閃石指示巖漿結(jié)晶具有較高的氧逸度(圖7a)。

Ridolfi等(2010)則在大量角閃石實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，提出了一個根據(jù)角閃石分子式計(jì)算其結(jié)晶時巖漿的氧逸度的計(jì)算公式： ΔNNO=1.644 Mg*-4.01，式中，Mg*=Mg+Si/47 - AlⅥ/9-1.3 TiⅥ+Fe3+/3.7+Fe2+/5.2-CaB/20-NaA/2.8+KA/9.5； Mg和Si為角閃石分子式中Mg和Si的摩爾分?jǐn)?shù)，AlⅥ、TiⅥ、CaB、NaA和KA分別為角閃石分子式中相應(yīng)的陽離子在有關(guān)位置上的摩爾分?jǐn)?shù)。根據(jù)該公式計(jì)算出來的本文角閃石結(jié)晶時巖漿的氧逸度結(jié)果顯示(表1、圖7b)，新寨花崗巖中的自形角閃石結(jié)晶時氧逸度變化范圍在ΔNNO+0.1～+0.5(logfO2=-13.5～-12.9)，未蝕變半自形/他形角閃石結(jié)晶時氧逸度范圍在ΔNNO+0.8～+1.5(logfO2=-13.6～-12.4)。這表明角本文角閃石結(jié)晶時熔體具有較高的氧逸度，與根據(jù)Anderson和Smith(1995)的FeT/(Mg+FeT)-AlⅣ氧逸度圖解得出的結(jié)果一致。此外，如圖7b所示，盡管從自形角閃石到半自形/他形角閃石，熔體的氧逸度并未發(fā)生顯著的變化，但顯然半自形/他形角閃石結(jié)晶時母巖漿氧逸度變化范圍更大(+0.8<ΔNNO<+1.5)，部分角閃石顆粒給出的氧逸度也更低或更高，這可能是因?yàn)樾抡◢弾r母巖漿在侵位過程中受到更多、更不均一的地殼物質(zhì)混染導(dǎo)致的結(jié)果。

Ridolfi等(2010)還基于實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)角閃石中的AlⅥ與含水量在熔融狀態(tài)中具有明顯的相關(guān)性，提出了一個全新的巖漿含水量計(jì)算公式： H2Omelt=5.215 AlⅥ*+12.28 ，其中，AlⅥ*=AlⅥ+AlⅣ/13.9-(Si+TiⅥ)/5-Fe2+/3-Mg/1.7+(CaB+KA)/1.2+NaA/2.7-1.56 K- Fe#/1.6, 其中Fe#=Fe3+/(FeT+Mg+Mn)。根據(jù)此公式本文對巖漿含水量也進(jìn)行了計(jì)算，結(jié)果顯示，新寨花崗巖在地殼深部駐留時平衡熔體具有較高的含水量，為4.9%～6.4%(表1)。正常而言，礦物的分離結(jié)晶會導(dǎo)致熔體中水含量的增高，但從自形角閃石結(jié)晶到半自形/他形角閃石分離結(jié)晶，發(fā)現(xiàn)熔體中的水卻反而在減少(圖7c)，這很可能是由于巖漿在侵位的過程中壓力持續(xù)降低導(dǎo)致的結(jié)果。由于水在熔體中的溶解度與壓力是呈正相關(guān)的關(guān)系，而壓力的降低使巖漿中的水達(dá)到飽和，從而導(dǎo)致流體的出溶，致使熔體中的水含量不升反而降低。相似的情形在其他地區(qū)的巖漿結(jié)晶過程中也有報(bào)道(段登飛等, 2017)。

圖7 桂北新寨花崗巖角閃石FeT/(Mg+FeT)-AlⅥ圖(a， 據(jù)姜常義等, 1984)、log fO2-t曲線圖(b，據(jù)Ridolfi et al., 2010)和t-H2Omelt曲線圖(c， 據(jù)Ridolfi et al., 2010)Fig.7 FeT/(Mg+FeT)-AlⅥ (a, after Jiang Changyi et al., 1984), log fO2-t (b, after Ridolfi et al., 2010) and t-H2Omelt (c, after Ridolfi et al., 2010) diagrams of amphibole from Xinzhai granite

4.2 新寨花崗巖角閃石成因及其指示意義

研究顯示，巖漿巖中礦物可能包含多種類型和成因的礦物晶體，例如： ①完全由寄主巖漿結(jié)晶而來的“自生晶”； ②起源與寄主巖漿同源的巖漿，但不是從寄主巖漿直接生長出來，且在進(jìn)入寄主巖漿前已經(jīng)循環(huán)了一次或者多次而來的“再循環(huán)晶”；③被寄主巖漿捕獲的、與該巖漿不同源的“捕虜晶”(Jerram and Martin, 2008; Larreaetal., 2013; Ubide and Kamber, 2018)。

如前所述，新寨中細(xì)粒角閃花崗巖中的角閃石類型主要包括自形角閃石、半自形/他形角閃石和交代半自形/他形角閃石3種類型。巖相學(xué)觀察顯示3種類型的角閃石皆未發(fā)育有溶蝕結(jié)構(gòu)或海綿邊結(jié)構(gòu)，因此非捕虜晶或殘留晶；而BES圖像和電子探針成分分析結(jié)果都顯示無論是角閃石還是與之共生的長石都不發(fā)育分解環(huán)帶或震蕩環(huán)帶，因此也不屬于再循環(huán)晶(Jerram and Martin, 2008; Suetal., 2011; 羅照華等, 2013)。換而言之，新寨中細(xì)粒角閃花崗巖中的角閃石屬于中酸性巖漿在侵位結(jié)晶過程中不同階段所形成的結(jié)晶角閃石(自生晶)以及成巖作用后期發(fā)生交代蝕變的角閃石(巖漿期后礦物)。在陳光遠(yuǎn)等(1987)提出的FeT-Mg-(Na+K+Ca)圖解(圖8)上，所有的角閃石都落在中酸性成因區(qū)內(nèi)，所以角閃石是中酸性原始熔體結(jié)晶的產(chǎn)物。此外，我們還注意到新寨花崗巖中的自形角閃石于中下地殼10.5～11.3 km、767～783℃的環(huán)境下開始結(jié)晶，但上升至7.0～9.5 km的深度時巖漿的溫度依舊高達(dá)740～765℃，所以是一個近乎等溫降壓的過程，這與前文提到的變壓結(jié)晶是新寨花崗質(zhì)侵入體主要侵位機(jī)制的結(jié)論一致。這種從造山帶褶皺縮短，逆沖加厚階段向伸展垮塌階段轉(zhuǎn)化而形成的快速等溫降壓過程被認(rèn)為是誘發(fā)華南加里東期大面積中酸性侵入活動的直接因素(程順波等, 2016)。而新寨巖體正好位于安化-羅城斷裂和郴州-臨武斷裂之間，因此其快速等溫降壓過程正是通過這兩條深大斷裂的伸展松弛來實(shí)現(xiàn)的。

圖8 桂北新寨花崗巖角閃石成因三角圖解(據(jù)陳光遠(yuǎn)等, 1987)Fig. 8 Diagram for the amphibole genesis discrimination (after Chen Guangyuan et al., 1987)

前人研究認(rèn)為新寨花崗巖可能是變泥質(zhì)巖部分熔融的產(chǎn)物，但在演化過程中受到了來自地幔的基性巖漿的混合作用影響(賈小輝等, 2017)。在姜常義等(1984)提出的角閃石的TiO2-Al2O3的相關(guān)性圖解(圖9a)上，新寨花崗巖中的自形、未交代半自形/它形角閃石都落在了殼-幔源的范圍內(nèi)，而交代的半自形/它形角閃石則主要落在殼源的范圍。角閃石礦物化學(xué)特征支持新寨花崗巖原始巖漿源遭受過來自地幔的巖漿的混合作用的觀點(diǎn)，但巖漿演化過程中角閃石亞類成分和氧逸度的變化規(guī)律暗示，新寨花崗巖的原始巖漿在侵位的過程中不斷有新的殼源物質(zhì)加入。在Ridolfi和Renzulli (2012)提出角閃石中的KA-AlⅣ相關(guān)性圖解上，可以發(fā)現(xiàn)新寨花崗巖中角閃石盡管相對分散，但都落在了鈣堿性巖漿的區(qū)域(圖9b)，支持前人根據(jù)巖石主量成分和里特曼指數(shù)得出的新寨花崗巖屬于高鉀鈣堿性花崗巖的觀點(diǎn)(賈小輝等, 2017)。

圖9 角閃石TiO2-Al2O3圖解(a, 底圖據(jù)姜常義等, 1984)和KA-AlⅣ圖解(b， 底圖據(jù)Molina等, 2009)Fig. 9 TiO2-Al2O3 diagram (a, after Jiang Changyi et al., 1984) and KA-AlⅣ diagram (b, after Molina et al., 2009) of amphibole

5 結(jié)論

(1) 新寨中細(xì)粒角閃花崗巖中自形角閃石和未蝕變半自形/他形角閃石結(jié)晶壓力分別為0.28～0.30 GPa和0.19～0.26 GPa，顯示新寨巖體侵位深度大于11.3 km；對應(yīng)的結(jié)晶溫度分別為767～783℃和740～764℃，暗示侵位過程是一個近乎等溫降壓的過程，變壓結(jié)晶作用是新寨侵入體持續(xù)侵位過程中的主要結(jié)晶方式。

(2) 新寨角閃石結(jié)晶時熔體具有較高的氧逸度和含水量，分別為ΔNNO+0.1～+0.5和4.9%～6.4%，且在侵位過程中經(jīng)歷了降壓流體出溶，熔體中含水量呈現(xiàn)出不升反降的趨勢；角閃石化學(xué)組成指示其巖漿屬于鈣堿性的中酸性巖漿，來源于殼?；旌?，且在侵位過程中不斷有殼源物質(zhì)加入。

致謝特別感謝審稿人的寶貴意見和建議以及編輯的熱情幫助。電子探針測試工作得到了桂林理工大學(xué)謝蘭芳老師給予的大力支持，在此表示衷心的感謝。本文得到桂林理工大學(xué)博士科研啟動基金項(xiàng)目(2014年)資助和廣西科技計(jì)劃項(xiàng)目(桂科AD16450001)的資助。