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江西上饶龙门高岭石-叶蜡石矿的矿物组成及稳定同位素特征

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2012年3月 地球学报 Mar.2012 VOl_33 No.2:176—184 第33卷第2期:176—184 WWW.cagsbulletin.com WWW.地球学报.com Acta Geoscientica Sinica 江西上饶龙门高 岭石一叶蜡石矿的矿物组成及 稳定同位素特征 袁野,施光海 中国地质大学(北京)地质过程与矿产资源国家重点实验室,北京100083 摘 要:在野外地质工作、镜下观察的基础上,采用电子探针、x射线粉晶衍射、氢氧稳定同位素测试等方 法对江西上饶龙门高岭石.叶蜡石矿床矿石进行了分析。其主要组成矿物为高岭石族矿物、叶蜡石和石英,其 次有少量的绢云母、黄铁矿和赤铁矿等。矿石中高岭石族矿物Hinckley指数为0.33~0.94,整体属于较无序 高岭石,叶蜡石有2M型和1Tc型两种多型,以2M型为主。矿石的 O值为4.5%。~6.6%o,JD值为一71.7%。~ 一98.5%。。综合分析认为该矿床为晶屑玻屑凝灰岩受热液蚀变而成,其成矿热液主要来自大气降水,成矿温 度为75℃一300oC,压力<1 kb。 关键词:矿物学;高岭石;叶蜡石;热液蚀变;氢氧同位素;江西 中图分类号:P578.964;P597.2 文献标志码:A doi:10.3975/cagsb.2012.02.06 Mineral Components and Stable Isotope Compositions of the Longmen Kaolinite—pyrophyllite Deposit in Shangrao,Jiangxi Province YUAN Ye,SHI Guang—hai State Key Laboratory of Geological Processes and Mineral Resources,China University f oGeosciences,BeOing 100083 Abstract:Based on field survey and microscope observations,the authors selected representative samples of the ores from the Longmen ka0nnite—pyr0phyUite deposit in Shangrao of Jiangxi Province to analyze mineral compositions by such means as electron microprobe analysis,X—ray powder diffraction and hydrogen and oxygen isotope analysis.The ores mainly consist of kaolin—group minerals(kaolinite,dickite),pyrophyllite and quartz with minor sericite,pyrite and hematite.Kaolin—group minerals are mainly relatively—disordered kaolinite with the Hinckley index varying between 0.33 and 0.94.and most of the pyrophyllites belong to 2M type.The 0 and 6D values of the ores range from 4.5%o to 6.6%o and from一7 1.7%o to一98.5%o respectively.It is suggested that the ore deposit was formed by replacement of tuff by hydrothermal fluids,which mainly came from the meteoric water. The formation temperature of the ore deposit was 75℃~300℃and the ore—forming pressure was less than 1 kb. Key words:mineralogy;kaolinite;pyrophyllite;hydrothermal alteration;hydrogen and oxygen isotope;Jiangxi 印章石又称印石,是指用以雕刻印章及工艺品 的雕刻石,在中国传统石文化中有着极为重要的地 成因的高岭石矿都能用于制印,用来制作印章石的 高岭石矿床多为热液蚀变型矿床,而风化成因的高 岭土多用来制作瓷器或用于工业原料。已知热液蚀 变型高岭石矿床和叶蜡石矿床主要分布于浙、闽、 位。中国传统印章石的主要组成矿物为高岭石族矿 物及叶蜡石等粘土矿物(张守亮等,2002;孙旎等, 2003;朱选民,2003;廖宗廷等,2004),但并非各种 赣几省的侏罗系上统火山岩中(冯本智等,2007),高 本文由教育部新世纪优秀人才支持计划(编号:NCET-07.0771)资助。 收稿日期:2012.01—21;改回日期:2012—03.06。责任编辑:闫立娟。 第一作者简介:袁野,男,1985年生。博士研究生。矿物学、岩石学、矿床学专业。通讯地址:100083,北京市学院路29号中国地质 大学地调楼405。E—mail:yuenyeah@foxmail.com。 通讯作者:施光海,男,1968年生。博士,教授。主要从事地质动力学、年代学、显微组构及宝石学方向的研究工作。E—mail: shigh@cugb.edu.cn。 178 地球学报 第三十三卷 主要由晶屑和基质组成,其中晶屑由半自形板状长 石和他形粒状石英组成,粒径0.1~2 mm不等。镜下 观察除熔蚀状石英斑晶外,还可见呈钾长石晶屑假 象的高岭石显微状集合体(图2C)。过渡带蚀变岩石 x射线衍射图谱见图3。 从实验结果可知,矿石的组成矿物主要为高岭 石、地开石、叶蜡石和绢云母,其次有少量石英、 黄铁矿、赤铁矿等。高岭石族矿物的x射线衍射特 征峰在7.15 A、3.57 A和2.33 A处左右,叶蜡石的 x射线衍射特征峰在9.26 A、4.44 A和3.O7 A处 呈灰白色,灰绿色,交代残余结构,常可见矿石与 围岩之间有明显分带(图2D)。矿石灰白色、浅绿色、 浅灰绿色、浅肉红色,具块状、条带状、角砾状等 构造,以块状构造为主(图2A和2B),具鳞片变晶结 左右,样品的粉晶衍射数据显示样品的几个最强峰 与高岭石族矿物及叶蜡石的特征峰基本吻合,可知 其主要成分为高岭石族矿物及叶蜡石。实验结果分 析表明LM15中主要成分为高岭石和叶蜡石,含少 构和交代残余结构等,局部见片理化现象,矿物颗 粒较细。高岭石族矿物多呈鳞片状集合体,偶见板 状、板条状晶形,多沿裂隙充填呈细脉状、树枝状、 不规则状或团块状分布(图2F)。叶蜡石具细鳞片状、 短纤维状,粒径0.01 mlTl以下,多与次生石英形成 量石英;LM16以高岭石为主,含极少量叶蜡石; LM17主要成分为高岭石和叶蜡石,含少量石英和 伊利石;LM19主要成分为地开石;LM21以叶蜡石 为主,含少量地开石和伊利石;LM22主要成分为高 岭石和叶蜡石,含少量伊利石。高岭石族矿物的(oo1) 集合体状。绢云母呈细小鳞片状,普遍与次生石英 共生。偶见少量硬水铝石,呈板状、柱状被叶蜡石 交代呈孤岛状(图2E),可见叶蜡石的形成晚于硬水 铝石。 基面的d值都在7.15A左右,但是高岭石与地开石 的图谱区别在于19。~24。(20)之间,地开石具有 3.95A、3.79A的特征衍射峰,而高岭石不存在这两 个峰。在35。~40。(20)之间,高岭石有6个衍射峰, 选取有代表性的样品进行电子探针分析和x射 线粉晶衍射分析, 电子探针数据及相关计算见表1, 表1龙门高岭石一叶蜡石矿中各矿物电子探针分析数据(wt.%) Table 1 Chemical compositions(wt.%1 of different minerals in ore samples collected from the Longmen kaOlinite—pyrophyUite deposit 180 地球学报 第j十j卷 K K LM16 15 10 5 、 0 D 10 ∞ f D 8 m。 6 昌 4 口 2 、 0 ,——一 . 、 巳 .2 6 5 4 P 3 2 1 0 1f k 、: 10 20 30 40 50 60 20/o 图3 龙门高岭石一叶蜡石矿样品的x射线粉晶衍射图谱 Fig.3 X-ray diffraction patterns of ores from the Longmen kaolinite—pyrOphyIlite deposit P一叶蜡石;K一高岭石;D 地开石;Q一石英;H.赤铁矿 M一白云母(绢云母) P—pyrophyllite;K—kaolinite;D—dickite;Q quartz;H—hematite;M—muscoVitefsericite) 产物,它们的同位素组成取决于发生水化作用的共 存水的同位素组成及其形成温度,几乎与原岩无关 (郑淑蕙等,1985;徐步台等,1986)。Murray和 Janssen(1984)对世界上不同产地的粘土矿物进行氧 统研究,得出大气降水线方程: D=83 。O+10(%。) (1) 该公式表明大气降水中氢和氧同位素比值间存 在线性关系。Savin和Epstein(1970)根据大气降水线 同位素测定得出结论:不同成因类型的粘土矿物的 t ̄18O值存在明显差异,热液蚀变型t ̄180值最低,大 致为2%。~14%。;地表风化成因的具有中等3180值, 多为15%。~19%。;而沉积成因的 O值普遍较高, 可以达到19%。~23%。,本次所测样品的3180值范围 方程以及粘土矿物.水的氢同位素分馏系数0【。和氧 同位素分馏系数o【埔导出了粘土矿物的 D和 之间存在如下线性关系: D:8r0【。/aTM). O+Gt。(8/a 一6.99).10 一1000(2) 0 如将不同温度下高岭石和水的氢氧同位素分馏系数 代人上式,便可得到不同温度下高岭石的 D和 3180值之间的线性关系,在 D一 0相关图上表示 是4.5%。~6.6%。(表2),因此可将其成因归于热液蚀 变型。 Craig(1961)对大气降水中的氢氧同位素进行系 表2矿石样品的氢氧同位素组成 Table 2 Hydrogen and oxygen isotope compositions of the ore samples 为一组近于平行雨水线的高蛉石线。其中17℃的线 是Savin和Epstein(1970)建议的风化高岭石线,35℃ 的虚线是示意性的热液高岭石线,因此通常将位于 35℃热液高岭石线左上方的区域称为热液区,右下 方的区域称为风化区。将本次测试样品的数据在 扣一 他O相关图上投点(图4),所有样品的同位素组 成点都落在热液区100 ̄C和150 ̄C之间(除LMI5外), 表明它们是热液蚀变的产物。从图中可见,随着温 度的升高,高岭石和水的同位素分馏逐渐变小,高 岭石线逐步向雨水线靠近。 182 地球学报 第三十三卷 4KAl2[A1Si3010](0H)2+4H :3A12Si40l0(OH)2+6A10(OH)+4K 绢云母 叶蜡石 硬水铝石 A14Si4010(OH)8=A12Si4Olo(OH)2+2A10(OH)+2H20 高岭石 叶蜡石 硬水铝石 (9) (10) 从式中看出,蚀变矿化过程中应该有大量SiO2 析出,这种游离的SiO:溶解在热液中向周围扩散, 在温度和压力降到一定程度时会结晶析出,在矿体 顶部和边缘形成广泛分布的硅化带,这无疑是在一 系列容矿次生石英岩顶部形成贫粘土矿物的“硅壳” 的重要原因之一(陈鹤年等,1988),于此伴生的还有 绢云母化、黄铁矿化、伊利石化等。 由矿石的氢氧同位素值投射图可知,矿石的成 矿温度大概在75~130 ̄C之间,但是考虑到影响矿 石的氢氧同位素组成的因素,如热液水的氧.18漂 移,岩浆水的混入以及风化作用的叠加等(郑淑蕙等, 1985),只能使获得的温度比实际温度偏低,因此根 据氢氧同位素投射图获得的温度应该是矿石形成温 度的下限。根据Hemley等(1 980)对A1203一SiO2一H2O 体系的实验结果及得出的温压曲线图(图6)可知,在 1 kb的水压下,有以下矿物共生组合:高岭石一叶蜡 石.石英组合形成温度为273±IO ̄C;高岭石.叶蜡石 .硬水铝石组合的形成温度为300±10 ;叶蜡石一硬 水铝石.红柱石的形成温度为337-.I-10℃;叶蜡石.红 柱石.石英的形成温度为366±10℃;硬水铝石-冈0玉 的形成温度为394±10o【=。由于矿区未见大的山岭, 根据矿体上覆岩层的厚度,换算得到压力变化范围 为24~45个大气压,远低于合成实验的压力条件, 但考虑到地质时间较长的因素以及风化剥蚀等原因, 矿物生成的实际压力要比估算值大,因此以1 kb压 力考虑该矿床形成的压力应该足够。由矿物共生组 1/(T/K) 图6 AI2O3.SiO2-H2O体系的稳定关系图 (1 kb H2O,据Hemley et a1.,1980) Fig.6 Stability relationships in the system A1203-SiO2-H20 at 1 kb H20(after Hemley et ai.,1980) 合利用Hemley的温压曲线图结合氢氧同位素结果 得知,龙门高岭石一叶蜡石矿的形成温度大约在 75—300℃,压力应小于1 kb。 6结论 1)龙门高岭石.叶蜡石矿的主要组成矿物为高岭 石族矿物、叶蜡石和石英,其次有少量的绢云母、 黄铁矿和赤铁矿等。高岭石族矿物Hinckley指数为 0.33~0.94,整体属于较无序高岭石,叶蜡石有2M 型和1Tc型两种多型,以2M型为主。 2)矿石的氢氧同位素组成显示该矿床为热液蚀 变型矿床,成矿热液主要来自大气降水,估算其成 矿温度约为75℃一300 ̄C,压力小于1 kb。 致谢:赣东北地质大队黄安杰高工、中国地质大学 (北京)陈磊、康志娟同学在矿区野外考察期间给予了 无私的帮助。中科院地质与地球物理研究所马玉光 老师、中国地质大学(北京)高翔老师、核工业北京地 质研究院刘汉彬在实验方面给予了大力的支持,在 此一并表示感谢。 参考文献: 陈鹤年,巫全淮,贺菊瑞,张耀夫.1988.浙闽赣地区中生代火 山成因非金属矿床基本特征【M].北京:地质出版社:81—82. 冯本智,兰心俨,周裕文.2007.非金属矿产地质学[M】.北京: 地质出版社:191-231. 廖宗廷,周征字,腾英.2004.昌化鸡血石“地”的矿物成分及其 对质量的影响[J】.同济大学学报(自然科学版),32(7): 897—900. 孙旎,崔文元,徐湘.2003.福建加良山寿山石的矿物学特征及 成因[J1.岩石矿物学杂志,22(3):273.278. 徐步台,邵益生.1986.浙江高岭土矿床中氢氧同位素的研究【Jj. 地质科学,(1):90—96. 徐文忻,李蘅,陈民扬,黄德鑫,张富铁,汪礼明.2008.广东大 宝山多金属矿床成矿物质来源同位素证据[J】.地球学报, 29(6):284—290. 杨炽全.1981.江西省上饶五府山龙门高岭石一叶蜡石矿区详查 地质报告[R】.南昌:建材局地质公司江西地勘大队第2勘 探队. 第二期 袁 野等:江西上饶龙门高岭石一叶蜡石矿的矿物组成及稳定同位素特征 183 张家菁,施光海,童贵生,张智宇,刘海,吴荣土,陈磊.2009a. 浙江徐家墩鹅湖岭组含铜多金属矿火山岩的地球化学与年 代学….地质学报,83(6):791—799. 张家菁,吴木森,陈郑辉,刘善宝,李立兴,邱良明,吴斌,黄安 杰,祝平俊.2009b.江西省上饶县金竹坪钼多金属矿床成 矿年代学研究[J].岩矿测试,28(3):228—232. 张理刚,陈振胜,刘敬秀,王可法,于桂香,刘珍明,张永振. 1994.内蒙古额仁陶勒盖银矿水一岩相互作用及矿石沉淀氢 氧同位素研究[J].地球学报,(1—2):131-136. 张守亮,崔文元.2002.巴林鸡血石的宝石矿物学研究【J1l宝石 和宝石学杂志,4(3):26—30. 郑淑蕙,邵益生,徐步台.1985.中国高岭土矿物的氢氧稳定同 位素研究[C]//T悌平,邓晋福,鄂莫岚.国际交流地质学术 论文集3一为二十七届国际地质大会撰写.北京:地质出版 社:213—222. 郑永飞,徐宝龙,周根陶.2000.矿物稳定同位素地球化学研 究【J1,地学前缘,7(2):299—320. 朱选民.2003.浙田石矿物成分和成玉机理研究[J】.岩石矿 物学杂志,22(1):65—70. 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