石英阴极发光在火成岩研究中的应用 (1)

ROCKANDMINERALANALYSISVo.l29,No.2

153~160

文章编号:02545357(2010)02015308

石英阴极发光在火成岩研究中的应用

彭惠娟,汪雄武,唐菊兴,王登红,秦志鹏,侯󰀁林,周󰀁云

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(1.成都理工大学,四川成都󰀁610059;2.中国地质科学院矿产资源研究所,北京󰀁100037)

摘要:阴极发光是一种研究火成岩石英显微生长结构的有效技术方法。文章以甲玛斑岩铜矿床中岩体样

品分析为例,简要介绍了光学显微镜阴极发光(OM-CL)和扫描电镜阴极发光(SEM-CL)两种图片的特点,并综述了石英阴极发光在火成岩研究中的应用。阴极发光所显示出的火成岩石英中的生长形式和蚀变结构反映了岩浆的结晶历史。相对稳定的以蓝色阴极发光为主的斑晶区域主要与石英中Ti含量的变化有关,它反映了结晶作用的温度。由于在岩浆演化过程中,与铝、锂、钾、锗、硼、铁、磷相比,钛更加相容,因此随着岩浆分异程度的加深,火成岩中铝/钛逐渐升高。石英阴极发光不仅能显示岩浆早期及岩浆晚期的各种结构,如生长环带、重熔表面、溶蚀湾等,还反映了许多次生结构,如显微裂隙等。这些现象在光学显微镜下难以观察区分。晶体的显微结构提供了熔体来源和演化的重要信息。将石英结构和熔融包裹体与微量元素研究相结合反映了岩浆演化详细的PTt轨迹,它是富硅酸盐岩浆演化过程中物理-化学条件改变的敏感指示剂。

关键词:阴极发光;石英;火成岩;岩浆演化中图分类号:P575.9;P588.1󰀁󰀁󰀁文献标识码:A

TheApplicationofQuartzCathodoluminescenceinStudyofIgneousRock

PENGHui󰀁juan,WANGXiong󰀁wu,TANGJu󰀁xing,WANGDeng󰀁hong,

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QINZhi󰀁peng,HOULin,ZHOUYun

(1.ChengduUniversityofTechnology,Chengdu󰀁610059,China;2.InstituteofMineralResources,ChineseAcademyofGeologicalSciences,Beijing󰀁100037,China)Abstract:Cathodoluminescenceisaneffectivetechnicalmethodforstudyingmicrostructureofigneousquartz.BytakinggraniteporphyryfromtheJiamaPorphyryCopperDepositinTibetforexample,thispaperbrieflyintroducestheimagecharacteristicsofscanningelectronmicroscopecathodoluminescence(SEM󰀁CL)andopticalmicroscopecathodoluminescence(OM󰀁CL),andsummarizedtheapplicationofquartzcathodoluminescenceinstudyofigneousrock.Therelativelystableandblue󰀁dominantCLofzonedphenocrystsisprincipallyrelatedtovariationofTicontentinquartz,whichisafunctionofthecrystallizationtemperature.TheAl/Tiratioofigneousquartzincreaseswithprogressivemagmadifferentiation,asTiismorecompatible,comparedtoA,lL,iK,Ge,B,Fe,Pduringmagmaevolution.CLdoesnotonlyshowthevariousstructuresofearly󰀁magmaticquartzandlate󰀁magmaticquartz,suchasgrowthzoneboundaries,resorptionsurfacesandgrowthembaymen,titalsorevealssecondaryCLstructuresofquartz(e.g.micro󰀁fracturing).Itisdifficulttoobservethesephenomenabygeneral

收稿日期:2009󰀁07󰀁05;修订日期:2009󰀁08󰀁27

基金项目:国家科技支撑项目资助(2006BAB01A01);中金集团公司项目、青藏专项资助;自治区矿产资源潜力评

价项目资助(1212010813025);成都理工大学矿物学岩石学矿床学国家重点(培育)学科建设项目资助

作者简介:彭惠娟(1985-),女,甘肃兰州人,在读研究生,从事岩矿测试及矿床学方面的研究工作。

E󰀁mai:l346665401@qq.com。

通讯作者:汪雄武(19-),男,湖北天门人,教授,从事花岗岩与相关矿产方面的研究工作。

E󰀁mai:l724731780@qq.com。

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opticalmicroscopes.Themicrostructuresofcrystalsprovideimportantinformationofmeltsourceandevolution.

CombiningthestudyoftraceelementsalongwiththeanalysisofquartztexturesandmeltinclusioninventoriesmayrevealdetailedPTtpathsofmagmaevolution.Thisstudyshowsthatquartzisasensitiveindicatorforphysic󰀁chemicalconditionchangesduringtheevolutionofsilica󰀁richmagma.Keywords:cathodoluminescence;quartz;igneousrock;magmaevolution󰀁󰀁阴极发光(Cathodoluminescence)全称阴极射线致发光,也叫电子激发光,简称CL。目前,阴极发光仪有光学显微镜阴极发光(OM-CL)和扫描电镜阴极发光(SEM-CL)两类。OM-CL显示了矿物在阴极射线下发出的颜色;虽然SEM-CL得到的图像为灰度图,但由于其较高的分辨率,因此能清楚地显示石英内部的各种显微结构。阴极发光(CL)可以灵敏地反映晶体种类、晶格缺陷、有序度、杂质元素、晶体生长的物化条件,以及各种相关的外界影响因素等多方面信息,没有其他测试分析方法可以替代,具有很大的利用价值。在过去的30多年中,石英CL在地质研究中的应用,无论是其研究范围还是研究深度都有了很大的进步。石英CL作为岩石学工具,

[1-8]

广泛应用于矿床研究。近年来,在对火成岩石英的研究中发现,石英CL对于岩浆演化研究也具有

[9-14]

很好的效果。

我国主要将CL技术运用于石油研究领域,判

[15-16]

断沉积岩中石英的来源。另外,随着近几年对SHRIMP锆石测年以及锆石激光烧蚀-等离子体质谱(LA-ICP-MS)测年方法的广泛应用,锆石CL特征研究也逐渐深入。而将石英CL应用于矿床学研究以及岩浆演化等方面,国内仍不普遍。作者对甲玛斑岩-矽卡岩型铜矿成矿岩体石英进行了CL研究,并且得到了很好的效果(相关文章待刊)。结合此次研究,本文简要介绍了两种CL图片的特点,并综述了石英CL在火成岩研究中的应用,为我国矿物学研究、矿床成因、成矿预测等方面提供新的思路和线索。

[17-19]

1.1󰀁光学显微镜阴极发光

阴极发光彩色图像一般是用热-阴极放光显微镜(如HC3-LM)获得。这种CL仪得到的CL图片较为直观,可以直接根据矿物所显示的不同颜色,来区分不同的矿物或者判断同种矿物的不同来源或成因。由于矿物所显示的CL颜色与其微量元素含量关系密切,所以也可以根据矿物在阴极射线下显示的颜色来大致判断其微量元素含量特点。

在JmiClark教授帮助下,作者在美国波特兰应用岩石学实验室进行了甲玛斑岩铜矿区石英CL研究。所用仪器为NuclideELM-2bCL,电子工作电压为12.5kV。影像记录是由NIKON微处理UFX-II系统设备和NIKONFX-35A反射式照相机完成。图1显示了4种主要矿物以及两种石英斑晶。图1a中亮柠檬黄色CL的为磷灰石;淡黄褐色CL的为斜长石;石英为深褐红色CL,具有不明显的淡蓝色CL晕。图1b中橘红色CL的为方解石或具有碳酸盐化的矿物;黄绿色CL为蚀变较强烈的斜长石;石英CL几乎为黑色,但具有明显的亮蓝色CL环边,这种亮蓝色环边为石英的钾长石外壳,并含有较高含量的T;i此外基质石英也有一定程度的钾化。

1󰀁石英阴极发光分析方法

石英阴极发光技术作为岩石学研究、矿床成因研究以及岩浆作用研究的有利工具,主要应用了石英CL的以下3种特性: 石英在CL中所显示的特殊生长结构;!不同成因的石英,其CL的颜色不同;∀不同颜色、不同生长环带的石英,其微量元素含量存在差异。目前,对于石英CL特征的观察主要有两种CL设备:光学显微镜阴极发光(OM-CL)和扫描电镜阴极发光(SEM-CL);对于微量元素含量的研究主要运用电子探针和LA-ICP-MS。󰀂

154󰀂

图1󰀁甲玛斑岩铜矿区花岗斑岩OM-CL照片

Fig.1󰀁TheOM󰀁CLpicturesofgraniteporphyryfromtheJiama

PorphyryCopperDepositinTibet

第2期彭惠娟等:石英阴极发光在火成岩研究中的应用第29卷

虽然OM-CL能够直接显示矿物的CL颜色;但由于此发光仪器是与光学显微镜相配合使用,因此受到分辨率的,阻碍了显微生长结构的显示。1.2󰀁扫描电镜阴极发光

扫描电镜阴极发光仪(SEM-CL)只能得到灰度图,但SEM-CL具有较高的空间分辨率(低于2

2

󰀁m)以及与CL和背散射电子(BSE)图像、电子探针(EPMA)联合使用的能力,因此能够很好地观察到矿物的显微结构。一般使用两种扫描电镜仪器配合不同的CL探测器,剑桥仪器250-MK3配合S20-Extended光电倍增管以及JEOLJXA00配合CLD40R712光电倍增管。两种光电倍增管的可见波长范围为380~850nm(3.26~1.46eV)。在目前的两种SEM-CL仪器中,微弱的石英CL一般相当于OM-CL中红色到淡棕色CL,SEM-CL中明

[20]

亮的石英CL对应OM-CL的蓝色到紫色石英。

本次对甲玛斑岩-矽卡岩型铜矿床中的部分样品也使用了SEM-CL,并且得到了良好的效果。图2中的样品也是采自甲玛斑岩铜矿区,照片是由挪威地质调查局AxelM󰀁ller教授帮助完成。图像由JEOL系统收集,使用电压为30keV,灯丝电流为200nA。图2a为石英二长斑岩岩石样品的BSE照片,图2b为同一视域的SEM-CL照片。SEM-CL照片显示了石英斑晶的显微生长结构,不仅清楚地显示了石英的内核,生长环带,以及与不平衡反应有关的外壳,还显示了石英颗粒内部大量网脉状的愈合裂隙。

SEM-CL常与电子探针联合使用,可以有效地分析出石英斑晶不同生长环带中微量元素存在的差异,从而推测石英生长所经历的各个阶段中物化条件等影响因素的改变。

2󰀁火成岩石英的内部结构及阴极发光的应用

石英斑晶在火成岩中存在较为广泛,CL是观察石英颗粒内部生长结构和结构改变有效的技术方法。石英颗粒中存在着一些特殊的显微结构,如环带结构、溶蚀结构、镶嵌结构、胶结结构等,以及一些次生结构,如矿物颗粒边界的变质晕、由脆性变形所形成的显微裂隙、愈合结构等。石英∃原生的CL结构%研究已经在晶体生长过程以及火山岩

[21-22]

石英环带形式方面得到了较好的应用。∃次生CL结构%被广泛地用于变质、愈合、退变质过程

[8]

的研究。

2.1󰀁原生生长结构

这里∃原生生长结构%是指火成岩石英在岩浆中结晶生长形成的结构。Laemmlein在1930年首次通过光学显微镜观察了Transbaikalia流纹岩中石英斑晶的主要生长结构。直到20世纪80年代,火成岩石英中的生长环带才通过CL显微仪

[26-27]

得到较为详细的研究。在过去的10年中,CL显微仪成为研究火成岩石英生长形式的常规方[28-32]法。CL反映了石英结晶过程中所经历的每个阶段,包括结晶核在岩浆上升、存储、补给、混合过程中的不断生长和溶解。

原生生长结构可能形成于岩浆早期石英斑晶或高度分异的钠长石花岗岩中的雪球状石英。2.1.1󰀁岩浆早期石英斑晶

岩浆早期石英斑晶大致可以分为两类:一类是从原始岩浆中直接结晶而来,这种石英斑晶与微粒至粗粒的基质石英相比,可以通过颗粒的大小加以区分;另一类石英斑晶没有遵循一般的结晶过程。它们的结晶核形成于一种岩浆中,但在另一种熔体里生长,即现在的寄主。这种寄主代表了岩浆系统

[33]

中,一种包含了其他来源晶体的熔体。这种成因的火成岩,其基质矿物粒度可能会超过斑晶。而这类石英斑晶并不是严格的捕获晶,因为它们生长并重熔于与其有亲缘关系的原始岩浆。这种所谓的∃外来晶体%产生于岩浆系统中的一个阶段,而

[30][33]

不是真正的斑晶。Davidson等提出岩浆岩可以用熔体混合、外来晶体重熔以及真正的岩浆岩斑晶来描述。

󰀂155󰀂[20]

[23-25]

图2󰀁甲玛斑岩铜矿区石英斑岩SEM-CL照片Fig.2󰀁

TheSEM󰀁CLpicturesofquartzporphyryfromthe

JiamaPorphyryCopperDepositinTibet

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运用CL识别火成岩中的石英斑晶是非常有效

的。大多数SiO2含量&65%的花岗岩都含有石英斑晶。大量研究证明,英安岩或者其他铁镁质火成岩中石英斑晶常为浑圆状,且具有明显的生长环带,有时具有角闪石、辉石或富钾的斜长石

[34]

外壳,指示了熔体的不平衡现象。晚海西期花岗岩包含特有的无环带的他形基质石英,如Oberpfalz的Flossenb󰀁rg和Leuchtenberg中的花岗岩。基质石英可能显示了具有亮CL的自形晶体核,如OberpfalzRozvadov花岗岩。混合岩化花岗岩、化学演化程度较高的钠长石花岗岩、富流体细晶岩以及晶洞花岗岩一般都没有早期岩浆石英斑晶。

斑晶中的生长环带指示了石英在不断演化的岩浆储集层中的生长过程。显微生长环带边界代表了晶体-熔体分界面。结晶作用中由于温压条件和熔体/流体成分的波动所引起的晶体与熔体-流体之间的不平衡作用,造成了这种界面的生长波动,控制着生长环带的形成。因此晶体的内部结构提供了形成晶体的熔体/流体来源和演化的重要信息。在SiO2含量较高(>70%)的花岗岩和流纹岩中,斑晶的环带形式更为复杂。这是由于在岩浆爆发或喷出前,早期的SiO2饱和导致了较长时间的石英沉淀。花岗岩和流纹岩中的斑晶显示了相似的生长形式。然而,花岗岩斑晶的环带一般不是很发育。环带可能在岩浆缓慢冷却中被破坏或者覆盖,或者被晚期流体蚀变。运用CL能够区分较小尺度(2~20󰀁m)的振荡环带以及大尺度的阶梯状环带(成分环带)、骸晶状生长、波

[10-12]

状和重熔表面以及港湾状生长等。

每个火山岩系统,其石英环带形式都可以作为它独特的指纹记录。显微结构所指示的石英核的形式很重要。斑晶核部通常为复六方󰀂-石英。Flick曾经描述Odenwald流纹岩中的菱面体 -石[35]

英。Odenwald中的斑晶显示了晶体核部的骸晶状生长。骸晶生长反映了熔体的动力活动、不平衡生长。来自于同一岩浆期次石英斑晶的相似环带形式指示了具有同世代核部的晶体同时生[12,31]长。一些岩石包含两个或更多斑晶世代,并以某一个世代为主。每一个世代都代表了一次成核事件。这样,一个岩浆期次的结晶作用时间史就能够被重建。由于多种岩浆的再补给作用,具有不

[12]

同历史的石英世代可能被混淆。这可以通过铁镁质或中性岩体中的斜长石研究得知。石英斑晶的第一个生长阶段可能会由于晶体核部周围重熔而遭到破坏。这一过程被具有红棕色CL的圆󰀂

156󰀂

[36][12][20]

[9-12]

[8-9,25,30]

形晶体核所记录,这种现象在Erzgebirge东部的花岗岩和流纹岩中非常常见。

早期岩浆石英的重熔表面还常具有典型的蓝色CL增生边。有时这个蓝色的CL增生边很窄(<10󰀁m),并且可能显示了树枝状或者波浪状结构。这

[11]

些增生边可能富集卵形的熔融包裹体。如图3为甲玛斑岩铜矿区花岗斑岩中石英斑晶的SEM-CL图像。此石英斑晶不同于图2中的石英斑晶。图3a中的石英斑晶(局部)具有明显的狭窄亮CL增生边(蓝色CL),且显示了典型的波浪状结构;图3b中的石英斑晶(局部)也具有亮CL增生边,且显示了骸晶状晶体核;斑晶边缘区别于图3a中的波浪状边缘,此晶体边缘基本呈浑圆状。2.1.2󰀁晚期岩浆阶段的雪球状󰀂󰀂󰀂梳状石英

高度分异的含黄玉钠长石花岗岩含有典型梳状[37]

石英。这些复杂的高度分异的岩体一般位于次火山花岗岩的顶部,并且与稀有金属矿物有关。雪球状石英(图4)具有暗红棕色到亮红/橙色的CL,而早期岩浆石英斑晶具有蓝色到紫色的CL。在不改变CL强度的情况下,石英斑晶边缘逐渐过渡为树枝状的基质石英。存在于钠长石花岗岩中较老的石英世代,属于雪球状石英。其基质矿物,例如蚀变钾长石、锆石、磷灰石,特别是钠长石都富含生长环带。雪球状石英显示了具有低CL强度的生长环带,且均含有丰富的熔融包裹体和流体包裹体。环带边缘较为平坦,具有 -石英的晶体习性。重熔表面是早期岩浆斑晶的特点,因此不存在于雪球状石英中。

图3󰀁甲玛斑岩铜矿区花岗斑岩石英斑晶SEM-CL照片Fig.3󰀁TheSEM󰀁CLpicturesofgraniteporphyryfromthe

JiamaPorphyryCopperDepositinTibet

第2期彭惠娟等:石英阴极发光在火成岩研究中的应用

[27]

第29卷

的聚集以及晶格中的H2O有关。Al进入石英缺陷可能是受岩浆中Al饱和度的控制。早期岩体(英安岩)中的石英Al含量最低,Ti含量最高。随着岩浆分异作用的逐渐进行,石英中Ti含量降低,

[41]4+

Al含量升高。与Ti相比,其他微量元素依赖于补偿电荷的活度和亲石元素含量的增加,尤其是Li、K及Na,这些元素主要作为Al置换作用的补偿离子进入石英晶格。除这些元素以外,

-+-OH和吸附水常作为[2AlO4/M]缺陷的补偿电

图4󰀁雪球状石英[15]

Fig.4󰀁Snowquartz

+

+

+

3+

荷,其中M为Li、K及Na的组合。因此,Al进

++

入石英晶格一部分原因可能是熔体中Li、K、Na及H2O的存在。

近几年,研究证明火成岩石英中微量元素的分配可能遵循石英来源熔体的成岩作用过程,即微量

[26,32-33]

元素分配趋势与岩浆演化有关。目前微量元素含量主要用来证明花岗岩早期演化过程,亚固相线以下石英的重结晶过程,以及微量元素在石英中的演化。一般,在较为复杂的岩浆岩地区,研究岩浆来源、演化以及与花岗岩有关的成岩作用,传统的选择是关注长石的组成。然而,当母熔体进入到结晶花岗岩源岩时,长石中主要元素和微量元素的组成就不足以区分不同时代的结晶花岗岩。例如在长石Rb/K与Sr/Rb图解中,对于不同母熔体的结晶花岗岩,其岩浆演化过程中具有重叠的轨迹。而对比挪威北部两个地区不同起源的石英,其微量元素分布具有不同的轨迹。尤其是当Geqz/Beqz与Ga/Tiqz比率相反时,这两个地区在岩浆演化过程中具有不同的趋势。因此石英中微量元素的含量对于研究岩浆作用具有重要意义。Wark等确定了石英Ti地质温度计,此方法可以计算石英不同生长阶段的岩浆温度。高Ti含

[38]

量的石英形成温度>500∋,且形成压力较高。在早期岩浆石英斑晶中,具有亮蓝色CL生长环带里的Ti最高含量达130󰀁g/g,而在花岗岩晚期岩浆基

[21,27]

质石英中的Ti含量最低,为20~50󰀁g/g。此外,石英中的微量元素受熔体中微量元素含量、不同

[20,38]

阶段元素的分布和体系中热力学条件的控制。石英中高的Ti含量说明石英在重熔后,进入了更加富Ti的熔体。因此,晶体可能运动进入了岩浆房的深部或者与更加基性的岩浆发生了混合。花岗岩斑晶中的高Ti环带和加大边可能是由于石英晶体从相对贫Ti(富SiO2)的岩浆移动到相对富Ti(贫SiO2)的岩浆时,岩浆温度升高,使石英晶格中缺陷中心进行了重新分配和愈合。

󰀂157󰀂[11]

[13]

[20]

+

++++

2.2󰀁阴极发光次生结构

在岩浆冷却晚期以及岩浆-流体过渡阶段到岩浆期后流体过程中,可能导致粒度较小的石英沿颗粒边界和显微裂隙发生重熔和沉淀。花岗岩中

[38-39]

广泛发育密集的愈合裂隙。显微裂隙可以归因于作用在颗粒上的内压力,这个压力来源于花岗岩冷凝过程中石英和长石的热收缩。此外,在 /󰀂石英转化过程中,使石英垂直于C-轴方向体积收缩了0.86%,平行于C-轴方向体积收缩了1.3%,

[20]

这种收缩增加了石英颗粒的内压力。然而 /󰀂石英转化并不是造成网状裂隙的主导原因,因为这些裂隙贯穿于整个颗粒(图2b),说明它于石英晶体的晶体方位,并且这些裂隙在喷出岩中缺

[9,21][39]

失。M󰀁ller等以及VandenKerkhof等证明与原生石英相比,次生石英中的A、lTi和K含量都有所降低。火山岩石英斑晶由于振荡冷却造成了网脉状裂隙和同心状裂隙的普遍发育。

3󰀁火成岩石英CL显微结构与微量元素

近年来,电子探针被证明是分析火成岩石英中微量元素含量的一种有效微束技术。因为它具有很高的空间分辨率(0.5~5󰀁m),并且可以结合CL图像进行定点分析。

CL颜色和强度是固有晶格缺陷(如O或Si的空缺,键的破坏)以及晶体结构中微量元素造成的,然而石英发光的物理背景还没能得到完全解释。

在CL特性及微量元素的基础上,火成岩石英可以细分成稳定的自形石英斑晶和基质中的他形石英。石英斑晶以蓝色的CL为主,且生长环带与Ti的分布有关;基质石英具有不稳定的红棕色CL,微量元素分布较为均匀。这种红棕色CL与OH󰀂

[40]

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近年来一些地质学家进行过将CL与微量元

素分析相结合的研究,证明石英中A、lT、iK和Fe含量的分布与CL结构有关。在其他一些研究中证明,火成石英Al、T、iGe和Li的总含量不但可以用来区分岩浆石英和其他来源的石英,并且有助于更好的理解岩浆分异过程。

火成岩石英有效地记录了花岗岩的起源和演化。K、Fe、Be和Ti相比而言为相容元素,因此在石英形成早期含量最高。P、Ge、Li和Al为不相容元素,因此在形成于演化程度较高的花岗岩熔体中的低温石英里含量最高。石英中Ge/Ti、Ge/Be、P/Ge以及P/Be含量比值对花岗岩熔体的来源和演化很敏感。石英中微量元素比率能很好地区别相似或相异的花岗岩熔体起源及演化。

[20][10-12]

浆󰀂热液过渡阶段的自交代作用是一个关键性因素。CL图像能够提供石英生长历史的重要信息,例如Zhao等在Empire矿床中运用CL观察到石英晶体中第一世代的环带被溶蚀湾切断,因此他认为Empire矿床中的港湾状石英不是由于岩浆混合所造成的,而是形成于岩浆󰀂热液过渡阶段,出溶流体的自交代作用。

(3)岩浆演化的PTt轨迹。在石英斑晶中,存在三种重熔边界:锯齿状,波浪状,浑圆状。锯齿状边缘形成于晶体碎裂之后的溶蚀作用;波浪状边缘可能形成更高程度的溶蚀。而它们可能都是由于岩浆的上升或喷发快速减压而形成。M󰀁ller等在Erzgebirge东部火山-深成杂岩体的14个岩浆阶段找到了几种不同的石英斑晶,其生长环带间的相互关系说明同种类型的石英来自于同一岩浆源,具有相似的物理化学条件。另一方面,不同类型石英的生长形式也不同,它们可能来自于岩浆源的不同层位,或者来自不同期次的岩浆,或者代表了较老的石英在新一期石英成核前完全熔解。将石英CL下所显示的生长环带与微量元素以及包裹体研究相结合,就可以精确分析出每个生长环带中微量元素的含量以及包裹体盐度、成分等因素的改变。现代的测试技术使测定单个包裹体成分成为可能,如LA-ICP-MS,同步辐射等。由于不同的生长环带代表了不同的岩浆阶段,因此不同生长环带的微量元素含量,单个流体包裹体的温压、成分,熔融包裹体成分,代表了不同岩浆阶段熔体,流体物化性质及其成分的变化。这就对研究整个岩浆演化过程,建立岩浆演化的PTt轨迹提供了新的思路及方法。

[12]

[43]

4󰀁火成岩石英CL显微结构及岩浆作用

目前将火成岩石英CL显微结构运用于岩浆作用的研究,主要集中在以下3个方面。

(1)岩浆混合作用。许多花岗岩岩浆都可能受到幔源岩浆混入和混合的影响,已经得到有很多深

[42]

部来源岩浆混入和混合的证据。通常,全岩化学分析及同位素成分可以提供岩浆混合的很多证据,但如果铁镁质熔体的混入百分含量很低,要用化学方法证明岩浆混合是很困难的,并且全岩的地球化学数据有时并不能完全显示所发生的化学变化,它只能反映混合晶体的成分特征。解释岩浆混合作用的基本原则是岩石学特征的辨别,这种特征形成于岩浆混入和混合过程中。因此,对于岩浆混合作用更深刻的理解应该是建立在斑晶和基质矿物显微化学和显微结构研究的基础上,例如石英斑晶在CL下所显示的重熔结构,钾长石外壳等。所以石英的CL技术为这种显微研究提供了新的手段和依据。(2)岩浆󰀂热液过渡。一般认为雪球状石英是晚期岩浆作用的产物,它是由于岩浆的自交代作

[30]

用形成。M󰀁ller等通过CL对雪球状石英和港湾状石英进行了详细研究,认为这种石英斑晶反应了开放环境下的外部振荡(如去气作用)。

[9]

M󰀁ller观察了雪球状石英和港湾状石英CL图像下的环带形式,认为这两种石英的形成是由于花岗岩顶部岩浆冷凝过程中周期性的去气作用。在岩浆后期,高活动性的流体从熔体中分离造成了石英斑晶的溶蚀,即岩浆󰀂热液过渡阶段中,岩浆分离出的高挥发分流体将早期阶段形成的石英、长石斑晶溶蚀或完全溶解。熔蚀湾形成的时间在解释岩󰀂

158󰀂

5󰀁结语

阴极发光是研究火成岩石英中内部颗粒生长结构和结构改变的有效技术方法。与阴极发光有关的微量元素主要有A、lTi、Li等。阴极发光作为微观分析的补充方法能够反映晶体在生长、变形、变质过程中熔体和流体物理-化学条件的改变。在火成岩中,阴极发光对显示斑晶的生长环带,重熔表面,熔蚀湾以及双晶结构、颗粒形态、次生加大边等都是十分有效的,而这些现象在透射显微镜和偏光显微镜下难以观察区分。这些晶体的内部结构是形成晶体的熔体来源和演化的重要信息。石英提供了花岗岩熔体物理化学条件改变的详细历史。石英斑晶一般生长于不同期次的岩浆中,这些岩浆进行反复的补给,因此固化的火成岩包含并混

第2期彭惠娟等:石英阴极发光在火成岩研究中的应用第29卷

合了不同期次的斑晶。花岗岩和流纹岩中的长石一般都会因为晚期岩浆与后期热液流体的相互作用发生蚀变。相比之下,石英更加稳定,能够保存生长环带形式,这种形式可以通过阴极发光技术显示。花岗岩岩浆演化过程中物理化学条件信息可以通过以下三点获得: 石英斑晶中微量元素的含量及分布;!阴极发光下石英的显微结构;∀石英中的熔融包裹体。火成岩石英,尤其是石英斑晶,包含丰富的熔融包裹体。熔融包裹体包含熔体独有的记录以及岩浆侵位前挥发分的含量,它们记录了演化熔体的组成,并且可以估算与石英生

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长环带有关的岩浆压力。Peppard等研究了Bishoptuff石英斑晶不同生长环带中的熔融包裹

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体。Wark等继续进行了这方面的研究,并且应用石英Ti温度计解释了熔融包裹体中挥发分含量的变化。因此将火成岩石英阴极发光结构与石英中微量元素以及包裹体研究相结合,有助于了解岩浆的来源与演化过程,进而为岩石成因及矿床成因的研究提供有利证据。

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