大興安嶺南段白音查干Sn-Ag-Zn-Pb礦床電氣石礦物學特征及對巖漿-熱液演化過程的啟示*

李真真 秦克章 裴斌 趙俊興 施睿哲 趙澤龍 韓日

1. 防災科技學院，三河 0652012. 河北省地震動力學重點實驗室，三河 0652013. 中國科學院地質與地球物理研究所，中國科學院礦產資源研究重點實驗室，北京 1000294. 中國科學院地球科學研究院，北京 1000295. 中國科學院大學地球與行星科學學院，北京 1000496. 內蒙古自治區西烏珠穆沁旗銀漫礦業有限責任公司，錫林郭勒 0262001.

電氣石在各種巖石類型和熱液礦床中廣泛分布，其特殊的晶體結構使其能夠容納多種不同化學元素，而且微量元素和同位素的成分對其所生長的物理化學環境非常靈敏；結晶之后，電氣石可在比較寬泛的溫度-壓力區間內穩定存在，包括低溫表生風化環境、高溫的巖漿環境和中-高級變質環境；在地質時間尺度內，其晶間元素的擴散作用可以忽略不計，使顯微結構和成分都能很好保存(Hawthorne and Dirlam, 2011; Marschall and Jiang, 2011; van Hinsbergetal., 2011)。上述特征使電氣石可以作為極佳的指紋礦物，用于重建其所經歷的各類地質演化史，如指示沉積物源和成巖過程(Mortonetal., 2005)、記錄變質反應及變質作用發生的P-T-X變化過程(Dutrowetal., 1999)、反演巖漿-熱液演化過程等(Hawthorne and Dirlam, 2011; Slack and Trumbull, 2011)。

在富硼花崗巖-偉晶巖系統及與其相關的錫鎢多金屬礦床內，電氣石是最常見的貫穿性礦物。近年來，對電氣石結構、成分和B同位素組成的研究，集中用于以下幾個方面：(1)示蹤花崗巖內富B流體的出溶過程(Jiangetal., 2003; Trumbulletal., 2008; Drivenesetal., 2015; Yangetal., 2015)和流體的演化與成礦響應(Jiangetal., 1999)，如電氣石中Fe3+/Fe2+與高Sn含量之間良好的對應關系，指示流體氧化還原條件的變化可能是錫沉淀的主要因素(Williamsonetal., 2000; Duchoslavetal., 2017)；(2)早期電氣石與晚期電氣石成分和同位素的變化指示低溫氧化性天水流體與高溫富鐵含金屬巖漿流體的混合是導致錫沉淀的有效機制(Mlynarczyk and Williams-Jones, 2006)；(3)多種同位素聯合示蹤(B-Sr、B-O-H)更可以提高對復雜熱液系統的認識，有效識別多脈沖流體補給過程及可能的流體混合(Suetal., 2019; Zalletal., 2019)。

大興安嶺南段是我國重要的錫成礦帶之一(王京彬等，2005；Maoetal., 2018)，帶內發育多個大中型錫多金屬礦床，其中規模最大的為白音查干Sn-Ag-Zn-Pb礦床。該礦床總體研究程度較低，前期僅有少量工作，如姚磊等(2017)、劉新等(2017a)識別出成礦巖體為 140～142Ma的 A 型花崗斑巖/石英斑巖，巖漿源區以含大量幔源的新生地殼物質為特點，形成于巖石圈伸展背景；劉新等(2017b)對礦床成礦階段進行初步研究，簡要分析了成礦熱液體系的演化過程。但對其礦床地質特征、流體來源、巖漿-熱液演化過程等與成礦密切相關的問題仍缺乏限定。

由于大型熱液礦床內往往發育多期次熱液改造作用，原始的礦物生成關系和流體包裹體等信息可能被破壞，但電氣石卻可以很好的保存下來(Slack and Trumbull, 2011)，且該礦床花崗斑巖和圍巖地層及礦體中均廣泛發育電氣石，因此，作為貫通性礦物，電氣石是研究系統內從巖漿晚期-熱液成礦期巖漿-熱液流體演化的良好對象。本文擬通過對該礦床不同產狀電氣石結構和化學組成的研究，初步厘定這些電氣石的成因，并探討其對巖漿-流體演化過程的啟示。

1 區域地質背景

大興安嶺南段是中亞造山帶東段的重要組成單元(Xiaoetal., 2003；劉建明等，2004)，其地理范圍主要涵蓋內蒙古東部地區，南北分別以索倫-西拉木倫斷裂和二連-賀根山斷裂為界，東部以嫩江斷裂為界(圖1a)。區內出露最古老的地層為錫林浩特變質雜巖，分布范圍有限(圖1b)，巖性包括含角閃石和斜長石片麻巖、黑云母花崗片麻巖、云母片巖等(Shietal., 2003)。出露面積較廣的為古生代地層(圖1b)，包括奧陶系-志留系、泥盆系和石炭系的變質碎屑沉積巖、碳酸鹽巖和火山-沉積巖(Wangetal., 2001)，其中以二疊系大石寨組基性-中酸性火山-沉積巖分布最為廣泛，也是區內眾多金屬礦床的主要賦礦圍巖(趙一鳴，1997；Wangetal., 2001；王京彬等，2005)。中生代地層廣泛分布，覆蓋于古生代地層之上，主要為中基性-中酸性火山-沉積巖(圖1b)。古生代地層被晚古生代-中生代花崗質巖體侵入，晚古生代巖體主要為石炭紀-早中二疊世閃長巖和花崗閃長巖，與古亞洲洋板片俯沖及俯沖后伸展有關(Wuetal., 2011; Zhangetal., 2015)。大量中生代巖體在區內沿NE向展布(圖1b)，主要集中于早中三疊世(255～220Ma)、早中侏羅世(184～160Ma)和晚侏羅-早白堊世(155～120Ma)三個時代(Wuetal., 2011)，早中三疊世花崗巖的形成與古亞洲洋閉合有關，中生代巖體則受到古太平洋演化的影響。伴隨晚侏羅-早白堊世花崗質巖體侵入，迎來區內多金屬成礦作用的爆發(秦克章等，2017)。

區內礦床的礦化金屬組合以Ag-Pb-Zn(白音諾爾、拜仁達壩、雙尖子山)、Sn-Cu-(W)(道倫達壩、毛登、安樂)、Sn-Cu-Ag-Pb-Zn(大井、白音查干)、Fe-Sn(黃崗)、Sn-Li-W(維拉斯托)為主，還可見Mo礦化(勞家溝)；成礦類型以熱液脈型、夕卡巖型、斑巖型和花崗巖型為主；礦體主要產于二疊系火山-沉積巖系內、部分產于中生代地層和花崗巖內，僅少部分產于古老的花崗質片麻巖內(趙一鳴，1997；王莉娟等，2001；王京彬等，2005；毛景文等，2013；劉翼飛等，2014；Ouyangetal., 2015；Liuetal., 2016；曾慶棟等，2016；劉新等，2017a,b；姚磊等，2017；祝新友等，2017; Zhaietal., 2017, 2019)。研究顯示，本區成礦特色顯著，以Sn和Ag-Pb-Zn礦化為主，同時伴生Cu、W、Li等多種金屬礦化，已成為我國北方最重要的Sn-Ag-Pb-Zn-Cu多金屬成礦帶(秦克章等，2017；Maoetal., 2019)；成礦時代集中于晚中生代(130～145Ma)(Ouyangetal., 2015)，但也可能存在三疊紀成礦事件(Zengetal., 2012)；礦床形成常與花崗質巖體及次火山巖相關，但巖漿性質與不同金屬礦化組合之間的聯系尚待查明；認識到Sn礦化與Ag-Pb-Zn礦化可能存在成因聯系(曾慶棟等，2016；Liuetal., 2016)，但其成礦規律仍需進一步研究。

2 礦床地質特征

白音查干礦床位于內蒙古自治區錫林郭勒盟西烏珠穆沁旗巴拉噶爾高勒鎮西90km處。礦區分為Ⅰ區、Ⅲ區和Ⅳ區(圖1c)，其中Ⅰ區和Ⅳ區以Ag-Zn-Pb礦化為主，Ⅲ區以Sn-Ag-Zn-Pb-Cu礦化為主，Ⅰ區和Ⅲ區已投產。截止2014年，查明金屬量如下：Sn 22萬噸、Zn 175萬噸、Pb 26萬噸、Ag 10276噸和Cu 4.6萬噸，平均品位分別為0.455%、1.38%、0.58%、96.55g/t、0.46%(山東地質礦產勘查開發局第六地質大隊，2014)。

礦區出露地層主要為二疊系下統大石寨組凝灰質粉砂巖、安山質凝灰巖、安山巖及流紋巖(圖1c)。在礦區西南分布少量白堊系下統大磨拐河組(圖1c)，不整合覆蓋于大石寨組之上，巖性為礫巖和砂巖。主要侵入體為早白堊世花崗斑巖，呈巖株、巖枝狀侵位于大石寨組地層內，主體隱伏產出(圖1c，圖2)。礦區近EW向的斷裂構造F1、F3和F4控制了礦體的展布。礦區內共識別出數百條礦體，主要呈脈狀產出，近EW向展布，傾角近直立，主要礦體產于花崗斑巖與圍巖的內外接觸帶，也有部分礦體產于花崗斑巖內部或圍巖中(圖2)。依據熱液脈系的穿插關系，我們確定了四個熱液成礦階段：(1)成礦前電氣石-石英階段，以發育電氣石-石英為主的細(網)脈(圖3a, c)和以電氣石-石英為主要膠結物的熱液角礫巖為特征，脈中還常見白云母、螢石、黃玉和毒砂，偶見錫石和閃鋅礦；(2)錫主成礦階段，錫石主要分布在細(網)脈(圖3b)、熱液脈(圖3d)和熱液角礫巖膠結物(圖3e)中，還有部分在圍巖中呈浸染狀產出，與石英、毒砂和電氣石等共生；(3)銀鋅鉛主成礦階段：多呈寬度不等的平直和不規則脈產出，也可呈熱液角礫巖膠結物產出，本階段可分為三個亞階段，早期鋅鉛礦化階段，以閃鋅礦、黃鐵礦為主(圖3f)，中期銅銀礦化階段，以黃銅礦、黝銅礦、銀黝銅礦、黃錫礦等為主(圖3g, h)，晚期銻礦化階段，以脆硫銻鉛礦為主(圖3i)；(4)成礦晚階段，可見大量玉髓狀石英脈(圖3j)和高嶺石(圖3k)等粘土礦物脈。其中第(1)和第(2)階段脈系在Ⅰ區不甚發育，主要見于Ⅲ區。礦區圍巖蝕變十分發育，主要有電氣石化、螢石化、硅化、絹云母化、綠泥石化、碳酸鹽化、高嶺石化等。總體上，電氣石化在礦床中深部較發育，而高嶺石化在淺部較發育，硅化、絹云母化、螢石化在不同部位均較發育。

3 電氣石產出特征

白音查干礦床內電氣石非常發育，尤其是在白音查干礦床Ⅲ區。依據產狀的差異，電氣石可分為四大類：Ⅰ團斑狀電氣石；Ⅱ熱液角礫巖膠結物中電氣石；Ⅲ熱液脈狀電氣石和Ⅳ彌散狀電氣石。

團斑狀電氣石僅在與成礦相關的花崗斑巖內發育， 宏觀上可見電氣石呈浸染狀分布，黑色，且具渾圓狀、長條狀或不規則狀外形，含量一般3%～10%，局部可達約30%(圖4a)。顯微鏡下電氣石呈柱狀、長柱狀及放射狀集合體產出，聚集呈團斑狀。據其結構差異可細分為兩種：Ⅰa類電氣石主要見于鉆孔深部及Ⅰ區鉆孔內，其粒度較大、自形，發育較復雜的生長環帶及震蕩環帶， 部分電氣石邊緣發生溶蝕， 且被白云母+黃鐵礦+電氣石交代(圖4c, d)；Ⅰb類電氣石廣泛分布于鉆孔中上部礦化和蝕變較發育的部位，在團斑內呈粒度較小的長條狀或柱狀集合體出現，環帶不發育，共生礦物包括石英、螢石、絹云母、毒砂、黃鐵礦、閃鋅礦、碳酸鹽等典型熱液礦物(圖4e, f)。團斑狀電氣石與基質界限截然、部分呈現橢圓或圓形的外形及其被電氣石細脈穿切的特征，顯示它們的形成早于成礦前電氣石-石英階段，與巖漿階段或巖漿-熱液過渡階段相關。

圖1 大興安嶺南段白音查干礦區構造位置(a、b)及平面地質圖(c)

(a)中國東北地區構造簡圖(據Liuetal., 2017)；(b)大興安嶺南段地質簡圖及主要礦床位置圖(據內蒙古自治區地質礦產局，1991；Ouyangetal., 2015)；(c)白音查干礦床平面地質圖 (據山東地質礦產勘查開發局第六地質大隊，2014(1)山東地質礦產勘查開發局第六地質大隊. 2014. 內蒙古自治區西烏珠穆沁旗白音查干東山礦區銅鉛錫銀鋅礦補充勘探報告. 1-355有修改)，圖中礦體為隱伏礦體在地表的投影

Fig.1 Tectonic location (a, b) and geological map (c) of the Biyinchagan ore district, southern Great Xing’an Range

(a) tectonic subdivision of northeastern China (modified after Liuetal., 2017); (b) geological map of southern Great Xing’an Range showing the locations of representative deposits (modified after BMGRIM, 1991); (c) geological map of the Baiyinchagan ore district, the orebodies in this map representing the vertical projection of the concealed orebodies to the surface

圖2 白音查干礦床3號勘探線地質剖面圖 (據山東地質礦產勘查開發局第六地質大隊，2014，修改)Fig.2 Geological cross section along No.3 prospecting line of Binyinchagan ore district

圖3 白音查干礦區不同成礦階段代表性手標本和顯微鏡下照片 (a)成礦前電氣石-石英階段的電氣石細網脈；(b)錫主成礦階段的錫石細網脈；(c)晚期黃銅礦-黝銅礦脈切過早期毒砂和電氣石脈；(d)錫石-電氣石-黃鐵礦脈；(e)熱液角礫巖的膠結物主要為毒砂和錫石；(f)銀鋅鉛主成礦階段中較早形成的閃鋅礦和黃鐵礦；(g)黃銅礦和黝銅礦交代閃鋅礦；(h)銀黝銅礦-深紅銀礦-石英細脈切過黃銅礦脈；(i)銻礦化階段的脆硫銻鉛礦交代閃鋅礦；(j)成礦晚階段玉髓狀石英脈；(k)成礦晚階段高嶺石脈. Tur-電氣石; Cst-錫石; Aspy-毒砂; Cpy-黃銅礦; Tet-黝銅礦; Py-黃鐵礦; Frag-巖石角礫; Q-石英; Sph-閃鋅礦; Ag-Tet-銀黝銅礦; Pyr-深紅銀礦; Jam-脆硫銻鉛礦; Kao-高嶺石Fig.3 Representative hand specimen and microscopic photos of four mineralization stages from Baiyinchagan deposit (a) tourmaline stockworks at pre-mineralization stage; (b) cassiterite stockworks at tin mineralization stage; (c) later calcopyrite-tetrahedrite vein crosscutting earlier arsenopyrite and tourmaline veins; (d) cassiterite-tourmaline-pyrite vein; (e) arsenopyrite and cassiterite occurring as cement in hydrothermal breccias; (f) sphalerite and pyrite at earlier Ag-Zn-Pb mineralization stage; (g) sphalerite replaced by chalcopyrite and tetrahedrite; (h) Ag-tetrahedrite-pyrargyrite crosscutting caclopyrite vein; (i) sphalerite replaced by jamesonite at Sb mineralization stage; (j) chalcedonic quartz veins at post-mineralization stage; (k) kaolinite vein at post-mineralization stage. Tur-tourmaline; Cst-cassiterite; Aspy-arsenopyrite; Cpy-calcopyrite; Tet-tetrahedrite; Py-pyrite; Frag-fragment; Q-quartz; Sph-shpalerite; Ag-Tet-Ag-tetrahedrite; Pyr-pyrargyrite; Jam-jamesonite; Kao-kaolinite

圖4 白音查干礦床不同產狀電氣石代表性照片 (a)花崗斑巖中團斑狀電氣石手標本照片；(b)以電氣石為主要膠結物的熱液角礫巖手標本照片；(c、d)花崗斑巖中自形且環帶發育的電氣石團斑，外圍發育黃鐵礦+電氣石+白云母；(e)花崗斑巖中橢圓形電氣石團斑，發育窄的石英環邊；(f)花崗斑巖中電氣石團斑，主要由電氣石和閃鋅礦組成；(g)熱液角礫巖中膠結物主要由細粒電氣石和晶洞狀電氣石+螢石組成；(h)錫石主成礦階段的電氣石-錫石-毒砂-黃鐵礦脈；(i)圍巖中呈彌散狀分布的電氣石. Flu-螢石Fig.4 Representative photos and microphotos of tourmalines with distinctive occurrences from Baiyinchagan deposit (a) hand specimen photo of tourmaline nodules in granite porphyry; (b) hand specimen photo of hydrothermal breccias cement by tourmaline; (c, d) micrographs of tourmaline nodules showing euhedral and well-developed concentric zoning tourmalines surrounding by pyrite, tourmaline and muscovite; (e) elliptic tourmaline nodule with narrow quartz ring in granite porphyry; (f) tourmaline nodule mainly consisting of tourmaline and sphalerite; (g) fine-grained tourmaline and miarolitic tourmaline and fluorite occurring as cement in breccias; (h) tourmaline-cassiterite- arsenopyrite-pyrite veinlet at tin mineralization stage; (i) disseminated tourmaline in wallrock. Flu- fluorite

圖5 熱液角礫巖膠結物中和成礦前電氣石-石英階段熱液脈中兩期電氣石結構和成分特征 (a、b)熱液角礫巖中粗粒電氣石膠結物發育生長環帶，膠結物中含少量閃鋅礦；(c)早期電氣石-石英-黃玉-白云母脈中電氣石發育生長環帶；(d-f)不同產狀和不同環帶內電氣石成分圖解Fig.5 Texture and chemistry features of tourmalines from hydrothermal breccias and veins at pre-ore mineralization stage (a, b) coarse-grained tourmaline as cement of breccias showing distinctive concentric zoning and some sphalerites within cement; (c) tourmaline from tourmaline-quartz-topaz-muscovite veinlet showing obvious concentric zoning; (d-f) plots of major elements of tourmalines from various occurrences and zonings

以電氣石為主要膠結物的熱液角礫巖(圖4b)多呈脈狀產于花崗斑巖內部或與圍巖接觸帶。其礦物組合主要為電氣石+石英+螢石，可見少量閃鋅礦、黃鐵礦和毒砂等。部分電氣石呈云霧狀或細小長柱狀，可見電氣石+螢石呈橢圓狀產于云霧狀電氣石內，且邊緣電氣石朝內生長，顯示“晶洞”生長的特征(圖4g)。部分樣品中膠結物電氣石圍繞電氣石化的角礫向外生長，晶體自形且具有內黃棕色(Ⅱ-1)、外藍綠色(Ⅱ-2)的生長環帶，顯示多期次生長(圖5a, b)。熱液角礫巖與網脈狀石英-電氣石漸變過渡的關系，其中強電氣石化的圍巖角礫和團斑狀電氣石發育的花崗斑巖角礫發育，都暗示此類熱液角礫巖形成于成礦前電氣石-石英階段。

熱液脈狀電氣石在圍巖地層和花崗斑巖中均發育，依成礦階段從早到晚可分為：Ⅲa類，成礦前電氣石-石英階段電氣石，共生礦物以石英、白云母、黃玉、毒砂為主(圖3a、圖5c)，Ⅲb類，錫石主成礦階段電氣石，以電氣石+錫石±毒砂±黃鐵礦脈為主(圖3d、圖4h)，Ⅲc銀鉛鋅主成礦階段電氣石，主要見閃鋅礦-黃銅礦-石英-電氣石脈。脈電氣石主要呈長柱狀，部分為針狀集合體，顏色主要為綠-藍色。部分電氣石生長環帶發育，如石英-電氣石-白云母脈中可見電氣石發育內藍色(Ⅲa-1)、外棕色(Ⅲa-2)的環帶(圖5c)。

彌散狀電氣石主要產于強蝕變圍巖地層中(圖4i)，花崗斑巖基質中也可見，其與成礦前電氣石-石英階段熱液脈系分布范圍較一致，兩者應形成于同一時期。總體上，它們主要呈細粒、他形產出，顏色棕-綠藍色，其中細砂巖中的電氣石略粗，呈稠密浸染狀分布，而粉砂巖和凝灰巖中電氣石細粒，呈云霧狀或面狀分布。

4 測試方法和測試結果

電氣石的主量元素分析測試在天津地質調查中心使用島津公司生產的EPMA-1600電子探針儀完成，加速電壓為15kV，電流為20nA，束斑直徑采用1～5μm。所有測試數據進行了ZAF3處理。實驗所用標樣：鎂橄欖石(Mg)、鈉長石(Na)、鉀長石(K、Si)、硬玉(Al)、磁鐵礦(Fe)、鐵錳榴石(Mn)、金紅石(Ti)、鈣長石(Ca)、石鹽(Cl)、螢石(F)。元素掃描時所用標樣與點測試相同。

總體上，不同產狀電氣石的FeOT、Al2O3、MgO、Na2O含量變化較大，而TiO2、CaO和K2O含量總體較低且變化小，F含量多數低于檢出限，最高含量0.84%，絕大多數測點未檢出Cl。產于花崗斑巖中的團斑狀電氣石(Ⅰ類)成分較集中，分子式中Fe2+、Mg、Al和Na分別變化于1.77～3.65apfu(atoms per formula unit)、0～0.75apfu、5.31～6.91apfu和0.17～0.87apfu；作為角礫巖膠結物產出的Ⅱ類電氣石，其Fe2+、Mg、Al和Na分別變化于1.29～2.62apfu、0.12～0.91apfu、5.73～6.80apfu和0.49～0.89apfu。熱液脈狀(Ⅲ類)和彌散狀電氣石(Ⅳ類)在花崗斑巖中和圍巖中的成分有明顯不同，其Fe2+、Mg、Al和Na分別變化于1.56～2.22apfu、0.08～1.21apfu、6.20～6.87apfu和0.24～0.61apfu及2.01～2.08apfu、0.15～0.49apfu、6.36～6.47apfu和0.55～0.69apfu。

根據電氣石X位置陽離子的占位(Henryetal., 2011)，只有部分熱液脈狀電氣石(產于花崗斑巖中的Ⅲb和Ⅲc類)及個別其它產狀電氣石落于堿缺位型電氣石區域，絕大多數電氣石屬于堿基電氣石(圖6a)。在Henry and Guidotti(1985)提出的Mg-Al-Fe電氣石成因判別圖解中(圖6b)，絕大多數電氣石落于2區，暗示它們可能形成于貧鋰的花崗巖/偉晶巖環境；個別團斑狀電氣石(Ⅰ類)落于3區，指示富Fe3+的石英-電氣石巖環境；還有部分熱液脈系電氣石(產于圍巖中的Ⅲb類)落于5區，代表其形成可能與不含Al飽和礦物的變泥質巖相關。在Fe/(Fe+Mg)-X□/(X□+Na+Ca)電氣石分類圖解中(圖6c)，絕大多數電氣石屬于富鐵的黑電氣石，且所有產于花崗斑巖內的電氣石比產于圍巖中的電氣石更富鐵， 個別圍巖中熱液脈系電氣石甚至落于鎂電氣石范圍內，而熱液角礫巖中的電氣石介于兩者之間。多數花崗斑巖中熱液脈系電氣石落于福氏電氣石范圍，顯示其X位具有比花崗斑巖內團斑狀電氣石和彌散狀電氣石更高的堿缺位(X□)，與圖6a的判別結果一致。

表1 白音查干礦區不同產狀電氣石電子探針平均成分結果(wt%)

圖6 白音查干礦床不同產狀電氣石分類圖解 (a)Ca-X□-(Na+K)三元圖解(底圖據Henry et al., 2011).(b)Al-Fe-Mg圖解(底圖據Henry and Guidotti, 1985)，圖中1、2區分別代表富Li和貧Li花崗巖和偉晶巖、細晶巖; 3區為富Fe3+的石英-電氣石巖(熱液蝕變花崗巖); 4、5區分別代表含Al飽和礦物相和不含Al飽和礦物相的變泥質巖和變砂屑巖; 6區代表富Fe3+的石英-電氣石巖、鈣質硅酸巖和變泥質巖; 7區代表貧Ca變質超鎂鐵巖和富Cr、V的變質沉積巖; 8區代表變質碳酸鹽和變質輝石巖. (c)Mg/(Fe+Mg)- X□/( X□+Na+K)分類圖解(據Henry et al., 2011)Fig.6 Tourmaline discrimination diagrams with distinctive occurrences from Baiyinchagan deposit (a) Ca-X□-(Na+K) diagram for tourmaline discrimination (after Henry et al., 2011). (b) plot Al-Fe-Mg for tourmalines from various rock types (after Henry and Guidotti, 1985): 1, Li-rich granitoid pegmatites and aplites; 2, Li-poor granitoids and their associated pegmatites and aplites, 3, Fe3+-rich quartz-tourmaline rocks (hydrothermal altered granites; 4, metapelites and metapsammites coexisting with an Al-saturating phase; 5, metapelites and metapsammites not coexisting with an Al-saturating phase; 6, Fe3+-rich quartz-tourmaline rocks, calc-silicate rocks, and metapelites; 7, low-Ca metaultramafics and Cr-, V-rich metasediments; 8, Metacarbonates and meta-pyroxenites. (c) plot of Mg/(Fe+Mg) vs. X□/(X□+Na+K) for tourmaline discrimination (Henry et al., 2011)

圖7 電氣石中陽離子占位及元素置換趨勢圖解 (a)Y位置Mg-Fe置換圖解;(b)X位置X□與電氣石中總Al圖解;(c)總Fe與總Al圖解;(d)總Fe與X位置X□圖解Fig.7 Binary plot of cation occupancies and exchange vectors in tourmaline (a) plot of Mg vs. Fe in the Y-site; (b) plot of X□ in X-site vs. total Al; (c) plot of total Al vs. total Fe; (d) plot of total Fe vs. X□ in X-site

在Mg-Fe圖上(圖7a)，可見Mg和Fe具有良好的負相關性，說明Y位置Fe2+和Mg的相互替代是電氣石成分變化的重要因素。考慮到電氣石中Mn和Li含量較低，且多數測點∑(Fe+Mg)<3apfu，部分Al存在于Y位置上。在Al-X□圖上(圖7b)，所有產狀的電氣石均顯示兩者有明顯的正相關關系，因此Al在Y位置上主要通過X□, Al (Na, R2+)-1的替代方式進入的。花崗斑巖內電氣石的Al和Fe有良好的負相關性(圖7c)，且Fe與X□有較好的負相關性(圖7d)，說明Al是通過X□, Al (Na, Fe)-1的替代進入Y位置的，而圍巖內電氣石中Al可能是通過X□, Al (Na, Mg)-1的替代進入Y位置的，這與前者電氣石富Fe而后者電氣石富Mg的特征一致。此外，熱液角礫巖中電氣石的X□-Al偏離了其它測點的正相關趨勢，說明還存在Al,O (R2+, OH)-1的替代方式。在Al-Fe圖中(圖7c)和Mg-Fe圖中(圖7a)，花崗斑巖內熱液脈狀電氣石顯示Fe2+, Fe3+(Mg, Al)-1和Fe3+Al-1的替代趨勢，顯示部分Fe可能是呈Fe3+存在的。總之，白音查干礦區電氣石主量元素的變化主要受控于FeMg-1和X□,Al (Na, R2+)-1的替代，同時還存在Al,O (R2+, OH)-1和Fe3+Al-1的替代方式。

5 討論

5.1 團斑狀電氣石對巖漿-熱液過渡過程的指示

與錫礦化相關的花崗質巖體內常發育電氣石團斑(Tourmaline-quartz nodules, Sinclair and Richardson, 1992; Jiangetal., 2003; Trumbulletal., 2008; Drivenesetal., 2015; Lietal., 2020)，典型的電氣石團斑具有如下特征：(1)產于花崗質巖體的上部-頂部或邊部，呈離散狀分布；(2)大小從幾厘米至幾十厘米不等，多呈近圓形或橢圓形；(3)礦物組合一般為石英、鉀長石、斜長石等，可見副礦物磷灰石、鋯石、獨居石、金紅石等；(4)富電氣石核部外常發育較窄的無電氣石淺色邊；(5)圍巖花崗巖的蝕變較弱。Rozendaal and Bruwer (1995)對南非Cape花崗巖中電氣石團斑的研究認為它們形成于外部富B熱液流體對花崗巖的交代，但更多的研究表明它們與巖漿演化晚期熔體/流體不混溶過程有關，形成于不混溶產生的含水富B硅酸鹽熔體的結晶(Trumbulletal., 2008; Drivenesetal., 2015; Zhaoetal., 2019; Lietal., 2020)或不混溶富B流體的結晶(Yangetal., 2015; Duanetal., 2020; 郭佳等, 2020)，Hongetal. (2017)提出了出溶的富B-Fe-Na流體與殘余熔體的相互作用的成因模型。雖然其成因有一定爭議，但學者們一致認為這類結構中的電氣石記錄了從巖漿晚期到熱液早期轉變的重要地質-成礦信息。

白音查干礦床可見兩類電氣石結構特征不同的電氣石團斑，分別產于花崗斑巖的深部(Ⅰa類)和中上部(Ⅰb類)。其中深部Ⅰa類電氣石以粗粒、自形、生長環帶發育為典型特征。單顆粒電氣石自中心向外可識別出三個生長期次(圖8)：(1)核部Ⅰa-1，顯微鏡下呈藍色，環帶不發育，有些顆粒呈渾圓狀，可能與其發生過溶蝕有關；(2)幔部Ⅰa-2，增生在Ⅰa-1之外，兩者之間有明顯的顏色差異，Ⅰa-2發育良好的震蕩環帶，環帶中黑褐色和棕色交替出現；(3)邊部Ⅰa-3，增生于Ⅰa-2之外，呈淺藍色，不發育環帶。中上部Ⅰb類電氣石粒度較細且環帶不發育，團斑粒度不超過1cm，多數不規則狀，少數橢圓形；礦物組合主要為電氣石+石英，部分可見螢石、閃鋅礦、黃鐵礦等熱液礦物，未見斜長石和鉀長石；多數團斑不發育淡色邊，僅有少數可見狹窄的石英邊；圍巖花崗斑巖見蝕變程度不等的硅化、絹云母化和電氣石化。因此，從電氣石結構與共生礦物組合來看，本礦床內電氣石團斑與上述典型電氣石團斑有一定不同，它們的成因可能存在差異。

圖8 花崗斑巖中自形電氣石BSE圖及EMPA點位(a)、不同期次電氣石成分剖面(b)及EPMA元素掃面圖(c-f)Fig.8 BSE photo of enhedral tourmaline in granite porphyry and spot locations of EMPA (a), chemical profiles of different generations of tourmaline (b) and major elements scanning maps by EMPA (c-f)

對Ⅰa類電氣石的剖面分析和元素掃描結果(圖8)均顯示：從核部到邊部，Fe/(Fe+Mg)值先升后降，幔部幾乎不含Mg；Al值則先降后升，與Fe/(Fe+Mg)呈相反的趨勢；X□/(X□+Na+Ca)先降后升，幔部X位置的空位較少，與Na含量趨勢相反而與Al含量趨勢一致，反映出X□,Al (Na, R2+)-1是重要的元素替代方式。核部Ⅰa-1和幔部Ⅰa-2極高的Fe/(Fe+Mg)值和Al值與巖漿成因電氣石相似(van Hinsbergetal., 2011; Yangetal., 2015; Zhaoetal., 2019；郭佳等，2020)，而且Ⅰa-1環帶不發育的特征與典型巖漿電氣石一致，Ⅰa-1可能是巖漿演化晚期從巖漿中直接結晶出來的。邊部Ⅰa-3與白云母、黃鐵礦和螢石等礦物充填于不同的電氣石顆粒之間，顯示Ⅰa-3與這些熱液礦物可能是近同期的，也表明Ⅰa-3應是從熱液流體中結晶的。從Ⅰa-1到Ⅰa-3，電氣石生長環境從巖漿階段轉變為了熱液階段，其轉變的過程可能被Ⅰa-2記錄下來。從Ⅰa-1到Ⅰa-2，Fe/(Fe+Mg)值的進一步增加，暗示巖漿發生過持續的分異演化(London and Manning, 1995; Yangetal., 2015)。Ⅰa-2內震蕩環帶的發育暗示其生長環境較為動蕩，研究表明震蕩環帶可能是因為較小的范圍內流體P-T-x發生變化(Yardleyetal., 1991)或晶體-流體成分平衡發生的重復性變化所致(Torres-Ruiza et al, 2003)。電氣石動蕩的生長環境可能與巖漿演化晚期流體或熔體的不混溶作用有關，這一巖漿-熱液過渡過程往往伴隨著壓力的變化(Candela, 1997; Veksler, 2004)，富B-Fe-Na等元素的出溶熔體/流體會導致殘余熔體成分改變，兩者之間的相互作用也會影響電氣石的成分(Sinclair and Richardson, 1992; Dutrow and Henry, 2000; Drivenesetal., 2015; Hongetal., 2017)，因而Ⅰa-2的形成極有可能與不混溶的富B-Fe-Na的熔體或流體有關。當Ⅰa-3沉淀時，大規模富B流體已經形成，Ⅰa-3中Fe/(Fe+Mg)的降低可能與同期黃鐵礦的結晶有關，而Al的升高則與長石被交代(可見電氣石交代長石呈假象)，流體中Al含量升高有關。

Ⅰb類電氣石具有較高的Fe/(Fe+Mg)值和Y位置高Al的特征，與多數典型電氣石團斑的主量元素特征一致，但礦物組合之間的顯著差異，以及圍巖花崗斑巖的顯著蝕變特征均暗示本礦床電氣石團斑可能是熱液成因的，而非不混溶的富B熔體結晶。考慮到巖體深部Ⅰa類電氣石所記錄的流體出溶的信息，以及電氣石團斑與熱液脈狀電氣石不同的產狀和成分，筆者認為Ⅰb類電氣石團斑可能是從最早期出溶的流體中結晶的：巖漿未完全固結時，出溶流體在巖體頂部聚集，在流體壓力超過靜巖壓力之后，大部分流體充填于裂隙中形成了各類脈系，而團斑則代表了巖體頂部殘余的早期流體，它們被隨后固結的巖漿“圈閉”，形成呈離散分布的團斑結構。

5.2 熱液角礫巖和熱液脈狀電氣石對熱液演化過程的指示

熱液角礫巖膠結物電氣石(Ⅱ類)中可見顏色和晶型截然不同的兩期生長現象：早期電氣石(Ⅱ-1)為棕黃色、自形，可見沿電氣石化角礫垂直向外生長的現象，晚期電氣石(Ⅱ-2)為藍綠色，在早期電氣石之外形成非常細的增生邊，多數呈長柱狀或它形填充于早期電氣石顆粒之間，共生礦物主要為石英，也可見螢石和閃鋅礦(圖5a,b)。成分分析顯示，邊部晚期電氣石具有較低的Fe/(Fe+Mg)值、X位置有更高X□、以及較低的F含量，Al并無明顯變化(圖5d-e)。相似的電氣石生長環帶也見于成礦早階段石英-電氣石-白云母-黃玉脈內電氣石中，核部早期電氣石(Ⅲa-1)為藍綠色而邊部晚期電氣石(Ⅲa-2)為棕黃色，在成分上，邊部與核部相比，Fe/(Fe+Mg)值略低、X位置有顯著低的X□和高的Na值、Y位置Al較低、以及明顯高F含量(圖5d, e)。雖然Ⅱ類和Ⅲa類電氣石同樣形成于成礦前電氣石-石英階段，然而它們的核邊結構卻反映出正好相反的演化趨勢。

熱液電氣石的核邊結構在錫礦床中也較常見，如葡萄牙Panasqueira W-Sn-Cu礦床，從核部到邊部Fe含量的增加是由于地層流體的加入(Code?oetal., 2017)，在秘魯San Rafael Sn-Cu礦床中被解釋為熱液流體系統的降溫(Mlynarczyk and Williams-Jones, 2006)。F含量的增加則受控于晶體化學，當X位置空位較多時，無論流體中F含量高低，F均難以進入電氣石晶格，邊部F含量的升高與X位置空位減少直接相關，與流體中F含量無直接關系(Dutrow and Henry, 2011)。上述Ⅱ類和Ⅲa類電氣石均形成于成礦前熱液早階段高水/巖比環境，且Fe/(Fe+Mg)值(0.71～0.83)更接近巖漿成因的值(London and Manning, 1995; Williamsonetal., 2000)，因此，本階段地層流體參與的程度有限，電氣石成分變化不是由于地層流體加入造成的，同時也沒有明確的證據表明存在流體降溫。巖漿流體的連續演化也不能解釋上述生長環帶的形成，核部和邊部截然的成分變化應是由流體成分的突變造成。此外，兩種產狀電氣石X位置的空位與F含量具有較明顯的負相關性，故F含量的變化可能與電氣石的晶體化學有關，而不是流體成分的直接反映。不同電氣石環帶的變化趨勢反映出流體性質的復雜性，可能存在多個不同脈沖期次流體的疊加作用，且這些流體的成分有一定差異。

5.3 不同產狀電氣石的演化及成分變化的控制因素

白音查干礦床發育四類不同產狀電氣石，根據上述分析，與巖漿-熱液過渡過程相關的團斑狀電氣石(Ⅰ類)最早形成。隨后流體大規模出溶與釋放，形成了以熱液角礫巖中以膠結物產出的電氣石(Ⅱ類)和大規模成礦前電氣石-石英階段熱液脈狀電氣石(Ⅲa類)，同時伴隨大規模圍巖蝕變產生的彌散狀電氣石(Ⅳ類)。最后，伴隨流體的演化，形成大量錫石主成礦階段(Ⅲb)和少量銀鉛鋅主成礦階段熱液脈狀電氣石(Ⅲc)。成礦晚期幾乎未見電氣石發育。

整體上，不同成礦階段電氣石主量元素的變化主要見于Mg和Fe：早期較富Fe而晚期較富Mg，其它元素變化規律不明顯(圖6、圖7)。同時，電氣石成分中Fe與Mg的變化更顯著地與圍巖巖性相關：花崗斑巖內電氣石更富Fe、貧Mg，圍巖地層內電氣石更富Mg、貧Fe，熱液角礫巖中電氣石的Fe和Mg成分介于兩者之間(圖7)。此外，圍巖地層中電氣石含Ca較花崗斑巖和熱液角礫巖內電氣石高(表1)，三者Al和Na含量總體變化范圍差異不大，僅花崗斑巖內熱液脈狀電氣石具有較高的Al和較低的Na含量(圖7b，表1)。因此，無論是從時間演化還是從圍巖巖性方面，本礦床內電氣石的成分變化都可能與圍巖成分參與有較密切聯系。這與其它錫礦床中電氣石成分的變化規律較一致，如電氣石在花崗巖內或靠近花崗巖時是富Fe的，遠離花崗巖到圍巖沉積巖中則變得更富Mg和Ca(如英國Cornwall錫礦床，London and Manning, 1995；中國個舊錫礦床，Jiaetal., 2010)。

由于白音查干成礦相關花崗斑巖具有較高的FeOT/(FeOT+MgO)值(FeOT=1.5%～3.0%，MgO=0.1%～0.3%，劉新等，2017a；姚磊等，2017)，花崗斑巖內電氣石高的Fe/(Fe+Mg)值應繼承了巖漿高FeOT/(FeOT+MgO)值的特征。同為電氣石-錫石-毒砂-石英脈，花崗斑巖中和圍巖地層中樣品的Fe/(Fe+Mg)值差異巨大(圖6c)，顯示圍巖性質對電氣石成分的重要影響。花崗斑巖內較低的FeO和MgO含量顯然不足以形成本礦區豐富的電氣石，大量的Mg、Fe、Ca等成分應來自圍巖地層。本礦區偏中性的圍巖巖性(以凝灰質粉砂巖和安山質凝灰巖為主)以富Mg-Fe-Ca為特征，且此類巖性通常具有比高演化花崗斑巖更低的FeOT/ (FeOT+MgO)值，圍巖地層電氣石中較低的Fe/(Fe+Mg)值應是繼承了圍巖的特征。前人研究也證實了圍巖地層對電氣石形成的重要性：雖然巖漿演化晚期熔體中B含量可達到百分之幾，但由于酸性巖漿中Fe-Mg含量低，僅靠巖漿出溶流體并不能在圍巖中形成大量電氣石，還需要圍巖地層提供大量的Fe-Mg-Ca等成分(London and Manning, 1995; Yu and Jiang, 2003; Jiaetal., 2010; Code?oetal., 2017)。此外，Slack and Trumbull(2011)認為，在低水巖比環境中，電氣石成分主要受圍巖成分的控制，而在高流體通量環境中，電氣石成分主要受流體成分控制，本礦床圍巖內無論是蝕變成因的細粒電氣石還是熱液脈中電氣石，均顯示有圍巖地層成分的加入，說明巖漿流體出溶并進入圍巖地層中，與地層流體發生了不同程度的混合，導致熱液脈中電氣石的Fe/(Fe+Mg)呈較寬的變化范圍，即巖漿熱液流體與圍巖地層發生的水巖反應可能在金屬成礦過程中起了重要作用。

6 結論

(1)白音查干礦床內電氣石產狀可分為四類：Ⅰ團斑狀電氣石、Ⅱ熱液角礫巖膠結物中電氣石、Ⅲ熱液脈狀電氣石和Ⅳ彌散狀電氣石。

(2)團斑狀電氣石產于花崗斑巖內，其中深部Ⅰa類電氣石以自形、生長環帶發育為特征，其從核部到邊部的結構與成分變化記錄了從晚期巖漿到早期熱液階段的演變過程；中上部Ⅰb類電氣石環帶不發育，其礦物組合與成分表明其記錄了早期流體聚集的過程，可能是巖漿頂部聚集的早期流體釋放之后被固結巖漿“圈閉”的殘余流體結晶的產物。

(3)熱液角礫巖膠結物中(Ⅱ類)和熱液脈系內成礦前電氣石-石英階段電氣石(Ⅲa類)內發育的生長環帶，具有相反的結構和成分演化趨勢，表明早期出溶的流體可能存在多個脈沖期次，且成分有一定差異。

(4)本礦床電氣石的成分變化與圍巖巖性關系密切，暗示巖漿熱液流體與圍巖地層發生的水巖反應可能在金屬成礦過程中起了重要作用。

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