什多龍鉛鋅礦床綠泥石成份溫度計的討論

陳利貞

（河北省區域地質調查院，河北 廊坊 065000）

自然界中的綠泥石到處分布，是沉積巖、低變質巖等的主要造巖礦物之一。影響綠泥石化學成分的物理化學參數主要是由溫度、水溶液PH值、氧逸度、全巖鐵鎂比值等，前人總結了綠泥石的成份以及結構的變化特征，用來估算綠泥石形成時的物理、化學條件的經驗公式，如綠泥石成份溫度計（Cathelineau etal，1988）、綠泥石面網溫度計（Stefano etal，1999），綠泥石結構變化的多型溫度計（Hayes，1970），基于綠泥石與水溶液平衡的六組分綠泥石固溶體模型（Walshe，1986），綠泥石與碳酸鹽、綠泥石與白云母平衡地質溫度計（Hutcheon，1990)。其中綠泥石成份溫度計得到廣泛的使用，但其適用性存在一些爭議，如Zane等（1996）對比了數百個數據發現綠泥石的成分與原巖的化學成份密切相關，認為不能作為地質溫度計適用，這樣存在的爭議性迫使我們從原理和實際應用效果兩個方面在認識綠泥石成份溫度計。本文對四個綠泥石成份溫度計進行了討論及應用，比較其適用性。

1 綠泥石的晶體化學特征

1.1 綠泥石的晶體化學特征

綠泥石族礦物的結構相當于三層型（TOT）結構單元層與氫氧鎂石八面體層的交替排列。綠泥石的結晶化學成分可以用下式表示：

其中其中u+y+z=6，z=（y-w-x）/2，w的值一般很小或為0，R2+代表2價陽離子，為Mg2+或Fe2+，R3+代表3價陽離子為Al3+或Fe3+，□表示結構空穴，上標Ⅳ和Ⅵ分別表示四次配位與六次配位。由晶體化學可以看出，陽離子在八面體和四面體中的占位空間變化很大，成為潛在的地質溫度計。

1.2 綠泥石中離子的置換規律

綠泥石中可以發生離子的置換有多種。Walshe（1986）提出了五種離子置換反應：

Cathelineau（1998）研究Los AZufres地熱系統的綠泥石，根據實際的綠泥石成份提出了另外的兩種可能的離子置換反應：

如此多的置換作用決定了綠泥石成份變化的特點，而了解綠泥石成份變化與溫度的關系就有可能建立成份溫度計。

2 綠泥石溫度計

為了檢驗C（1988）綠泥石溫度計的可靠性，對青海省什多龍脈狀鉛鋅多金屬礦床的綠泥石進行了分析。

什多龍鉛鋅礦床容礦圍巖以花崗閃長巖為主，金屬礦物主要為方鉛礦、閃鋅礦、黃銅礦、黃鐵礦，非金屬礦物主要為綠泥石，絹云母、石英，方解石。在空間上礦化和蝕變在空間上關系密切，常呈脈狀產出，綠泥石是礦化熱液蝕變的產物（王必任，2009）；礦物共生組合為石英+綠泥石+絹云母±方鉛礦±閃鋅礦±方解石±黃鐵礦。根據綠泥石的產狀特征可以劃分出四種綠泥石：①熱液中心形成的綠泥石，呈鱗片狀或脈狀產出；②遠離熱液作用形成的綠泥石呈系脈狀產出；③遠離熱液脈中心的綠泥石，由角閃石蝕變形成，保留了角閃石的假相特征；④遠離熱液脈中心的綠泥石，由黑云母蝕變形成，保留了黑云母的假象。以上分析表明，在壓力變化不大時，從熱液的中心向兩測，其溫度變低。

2.1 不同產狀綠泥石的形成溫度

根據綠泥石的產狀特征，對不同類型的綠泥石進行了電子探針成份分析，不同的溫度計算表明，礦化中心的3個綠泥石結晶溫度為343℃，340℃和330℃，角閃石蝕變形成的兩個綠泥石的形成溫度為288℃，301℃，黑云母蝕變形成的兩個綠泥石的形成溫度為302℃，295℃；遠離熱液中心脈狀綠泥石形成溫度為225℃。這說明C（1988）綠泥石溫度計的計算結果與地質結果吻合較好，綠泥石的空間位置說明從熱液的中心向外熱液溫度是降低的。

圖1 什多龍脈狀鉛鋅多金屬礦床綠泥石的產狀特征

2.2 綠泥石溫度與流體包裹體溫度的對比

過去在對石英中的流體包裹體進行了均一溫度的測定中，中心石英脈石英中捕獲的包裹體均一溫度為集中區間為在330～340左右，說明綠泥石中心溫度結果計算的正確性。

3 結論

（1）盡管前人對綠泥石中的Al溫度受到控制，而且全巖的鐵鎂相對含量（Fe/（Fe+Mg））也受控制，過去并沒有從晶體化學占位這一角度進行認識，并加以闡述。綠泥石一般是出現在鐵鎂含量較高的中基性巖石的蝕變中，或者是不純泥質巖的成巖和極低級變質過程中。如果巖石為鋁飽和體系，即綠泥石與富Al的其它礦物共生（參看前文），則Fe與Mg幾乎完全進入到綠泥石晶格之中，溫度對這兩種元素相互之間優先占位的影響并不明顯。換言之Fe與Mg在八面體中的占位率并不主要受溫度控制，而主要受全巖組成的控制。以Los Azufres和Salton Sea的綠泥石為例，雖然Cathelineau指出在10℃～350℃的溫度范圍內，隨溫度上升，AlⅣ和Fe2+增加，但是我們同時也發現，Mg2+基本保持不變，故也存在（Fe+Mg）隨溫度上升而增加的趨勢。該趨勢實質上是耦合替代反應（Si4+）Ⅳ（Mg，Fe2+）Ⅵ—（Al3+）Ⅳ（Al3+）Ⅵ的體現。因此不必要對基于AlⅣ占位的成分溫度計進行Fe/（Fe+Mg）校正。

（2）C（1988）以及基于C（1988）并引入一個很小的校正系數k=0.1進行Fe/（Fe+Mg）校正的溫度計J（1991）計算結果很相近，能最真實地反映實際結晶溫度值。但是J（1991）校正的意義不大。以什多龍礦區綠泥石蝕變的綠泥石對C（1988）溫度計進行檢驗，結果表明與宏觀地質想象吻合較好，并且得到了石英流體包裹體的檢驗，因此建議使用C（1988）溫度計，并認為在鋁飽和的中基性蝕變巖石或泥質巖中，不必對綠泥石成分溫度計進行 Fe/（Fe+Mg）校正。