電氣石的特征及其電氣石中硼同位素示蹤研究

(成都理工大學 四川 成都 610059)

一、電氣石

(一)電氣石的特征

電氣石常見于熱液礦床,晶體呈復三方單錐,柱狀,柱面上縱紋發育,橫斷面呈球面三角形,集合體呈放射狀、束狀。其化學成分復雜,通用化學式XY3Z6B3Si6O27(OH,F)4,其結構中存在著兩類八面體位置，分別為Z 和稍大一點但有些扭曲的Y 八面體位置；X位可由Ca 或N a 占據；Y 位由M g 和Fe2+,(Al+ L i)或Fe3+(還包括M n,Cr,V 和T i)占據； Al3+，Fe3+或Cr3+則可占據Z位，B為三次配位，沒有明顯替代； Si位于四面體位置，可有部分Al3+替代Si。電氣石形成的溫度和壓力范圍很廣，不僅能在地殼的溫度壓力范圍內穩定存在，并且與多種地質流體保持平衡。電氣石能保持這種穩定性的部分原因是電氣石的結構能夠根據化學組成與溫度—壓力條件的改變發生一定的彈性變化，并且電氣石結構內主微量元素的擴散速率極低，使得電氣石在相對高溫條件下仍然能夠保持穩定。

(二)電氣石命名方式

電氣石的化學成分復雜，同一位置類質同像替代較多，為了研究的方便，前人一般利用其化學組成作為命名的依據，特別是以某些晶格位置的特殊化學組成來命名，如常用的鎂電氣石(Y=Mg)、黑電氣石(Y=Fe)、鋰電氣石(Y=Li+Al)和鈉錳電氣石(Y=Mn)都是以Y位置上的不同類質同像劃分的4個端元成分。

我們利用電氣石晶格內X位置上主要占位元素，將電氣石分為三大類：堿性電氣石(X位置主要是Na+K)、鈣質電氣石(X位置主要是Ca)和X 空位電氣石(X位置主要是空位)。

(三)與電氣石相關的典型礦床及地質環境

電氣石既可作寶石，又可作為一些金屬礦床找礦的指示礦物。就目前已有資料,可將自然界中電氣石的成因歸納為如下幾種：①花崗巖成因(包括偉晶巖中的電氣石)；②與花崗巖有關的熱液交代成因；③變質成因；④熱水沉積成因；⑤蒸發沉積成因；⑥碎屑沉積成因。從電氣石礦物的成分可以反映礦床形成的環境，礦床中電氣石的出現通常與交代作用有關，其中的硼或者來自外部來源(花崗巖漿)，或者來自原地物質(如泥質巖、蒸發沉積巖)的淋濾。Slack等認為,世界一些礦床中電氣石巖和石榴石石英巖的共生是硼噴氣成因的證據，這種共生的電氣石巖和石榴石石英巖是以含較高的Fe，Mn，Zn和P為特征的，這種化學特征可作為一種找礦指示，形成的電氣石巖也可作為時間-地層標志，可在勘查層狀Pb-Zn-Ag 礦床時使用，如澳大利亞布洛肯希爾的多金屬礦床就屬此類。

二、硼同位素地球化學

(一)硼的化學性質及其自然界硼同位素組成特征

硼：元素符號B,原子序數5,原子量10.81,位于第二周期第ⅢA族。是穩定同位素地球化學家族中較輕的元素。硼在地殼中的含量為0.001%。天然硼有2種同位素:B10和B11,其自然豐度分別為19.82%和80.18%。硼同位素組成通常以δ11B表示：

δ11B(‰)=[(11B/10B)樣品/(11B/10B)標準-1]×103。

其中,標準為美國國家標準局(NIST)的SRM951 硼酸樣品。

硼是易溶元素,主要賦存在地球表層，尤其是海水、海相沉積物及海水交代巖石中。而在地幔及地殼中含量甚微，其同位素組成δ11B 值按順序變化，目前已發現的硼酸鹽礦物約120多種。自然界含硼的主要礦物有:硼砂,鈉硼解石,硼鎂石,硼鎂鐵礦，方硼石，電氣石等。

(二)硼同位素的分餾機理

三、利用電氣石B同位素追溯流體來源

不同地質環境產出的電氣石具有不同的特征，其主量元素特別是Fe/Mg和Na/Ca，REE 總量及配分模式，硼、鋰、鍶、釹同位素的值都各有差異。

電氣石產出于各種地質環境，比較特別的是B同位素，在自然界礦物和流體中，B最常與O形成四面體或三面體含氧鹽。前期的B同位素研究發現自然界大部分電氣石的δ11B值位于-30%～+20%之間，其在自然界巖石中的變化達到55‰，而自然樣品與礦床中的B同位素差異甚至可達到80‰，這使得B可作為一種靈敏的巖石起源示蹤劑。

對于花崗巖中電氣石的B 來源問題，大多數人認為部分或完全為巖漿來源，電氣石是巖漿流體結晶形成的。然而，并不是所有的電氣石都來源于富B巖漿，電氣石也可以形成于巖漿期后，δ11B也會顯示高或低11B值。有些地方的δ11B值特別低，如澳大利亞布羅肯山為-27‰～-23‰。由于非海相蒸發巖是目前已知的唯一一種δ11B 值低于-20‰的B源，因此，有些學者把這些異常低的δ11B值解釋為：在源區沉積物中有非海相蒸發巖，且其參與了成巖過程。這些由非海相蒸發巖形成的沉積巖再熔時，就可以形成低δ11B值的花崗巖漿。

在俯沖背景超高壓—高溫條件下形成的變質巖石中B同位素顯著富集11B，這為調查俯沖過程與板片脫水過程提供了新方法。這些電氣石是由來自俯沖板片的流體形成，即在俯沖之前經歷過海水的侵蝕，說明俯沖過程中的重硼同位素的最終來源還是海水，而俯沖導致這些高δ11B流體進入地幔，并且溶解了那些高壓巖石。相反，與花崗巖侵入體有關的電氣石一般顯示低的δ11B值，代表平均的大陸殼硼同位素組成。

四、結論

以上總結了電氣石的特征和硼同位素地球化學，以及用B同位素在電氣石中作為示蹤劑追溯成礦流體來源的的機理，說明了將巖石學與同位素地球化學結合，對于找礦和成礦機理的研究都具有重大意義，在未來可能具有更大的研究價值和潛力。