陕西洛南长岭正长岩中含稀土矿物的特征
2021-09-12
来源:易榕旅网
第34卷第1期 2015年O2月 电 子 显微学报 Vo1.34.NO.1 2015 2 Journal of Chinese Electron Microscopy Society 文章编号:1000-6281(2015)01—0040—08 陕西洛南长岭正长岩中含稀土矿物的特征 王梦亚 ,尹京武 ,陈浦浦 ,聂 潇 ,张 洁 ,杨 静 (1.中国地质大学(北京)科学研究院,北京100083; 2.中国地质大学(北京)材料科学与工程学院,北京100083) 摘 要:霓辉正长岩产于华北地块南缘,黑沟一栾川断裂带的北侧,为碱性花岗岩,正长岩类。本文利用电子探针 技术,背散射(BSE)图像形貌分析、元素面分布及定量分析等手段,对含稀土元素的独居石与磷钇矿等进行了研 究。独居石和磷钇矿均在岩浆结晶早期、贫钙的环境下形成。独居石类型为铈一独居石,以不规则粒状和脉状两 种形态产出,粒状独居石粒径为15 m×25 Ixm~30 m×40 Ixm,脉状独居石常与霓辉石、钾长石、石英伴生;本区 独居石具有富轻稀土、贫重稀土,稀土总量偏低等特点,并且,放射性元素Th的含量较高,具有岩浆成因的特征。 呈短柱状磷钇矿产于锆石之中,粒径4 m~9.5 m。独居石中ce元素由Th、La元素替代;磷钇矿中Y元素由zr、 Er元素替代。 关键词:洛南县;正长岩;独居石;磷钇矿;电子探针 中图分类号:P588.12 2;P578.92 1;P575.1 文献标识码:A doi:10.3969/j.1000.6281.2015.O1.007 长岭矿区位于陕西省洛南县庙台乡,县城东北 方向约60 km处。钾长石矿发现于20世纪70年 代,钾长石资源储量丰富。地勘单位先后在本区进 常与钛铁矿、独居石、锆石、褐钇钶矿和金红石等稀 有元素矿物共生,以副矿物形式产出 。 行过1:5万、1:50万、1:100万地质调查和资源评估 等工作,初步了解构造背景,区域地层分布,确定其 形成年代。对该区侵入岩矿物组合,岩石成因及成 1 地质背景 研究区大地构造位置在华北古大陆南缘的华山 熊耳山路缘带,以三门峡一宝丰断裂为界,北侧为华 矿,化学元素与分布进行了较深入的研究;并研究了 华北板块南缘的变形分解,洛南一栾川断裂带的构 造特征¨ 。但在正长岩中的铈族轻稀土矿物独居 石和钇族重稀土矿物还未见报道,本文基于此点,对 北陆块;南侧至黑沟一栾川断裂之间属华北陆块南 缘 ;地理坐标为东经110。29 52 ~110。30 19”, 北纬34。12 51”~34。13 19”。矿区地层属华北地层 区一北秦岭分区一洛南小区长岭沟,岩体出露面积 0.72 km ,开采深度1 300—1 450 m,构造线方向 SW—NE 。在油房沟一皇台深断裂带北侧,区域内 正长岩中独居石、磷钇矿的成份及元素分布等方面 进行了研究。 独居石又名磷铈镧矿,化学式为Ce[PO ], Ce20334.99,∑La20334.74,P20530.27,按其元素含 量不同可分为独居石、镧独居石、铈独居石、硅独居 褶皱断裂构造发育,宽缓的复向斜构造,褶皱南强北 弱,走向近东西,由路家街、孤山村两个复向斜和石 门复背斜组成;总体倾向北的铁炉子一三要断裂带 及走向为东西,宽约80~100 m,经卢氏一南泥湖的 石、富钍独居石等,主要产于花岗岩、伟晶岩及其与 之有关的矿床中,是提取稀土元素(REE)和Th等 放射性元素的重要矿物。 磷钇矿是一种稀土磷酸盐矿物,它以重稀土为 主,是最常见的重稀土矿物,化学性质稳定,不易风 石门断裂带,断裂带的交汇处是燕山早期花岗岩株 的赋存场所 。本区复杂的构造条件为中酸性岩 浆的形成和侵位创造了有利的空间条件。 区内地层以元古代和寒武纪沉积为特征,地层 化。显微镜下短柱状晶形,正高一极高突起,折射率 较锆石低。化学式Y[PO ],Y:O,61.40,P2O 。, 见为平行不整合关系。主要地层为元古界长城系, 上部熊耳群(ChX)为海相中基性夹酸性火山岩、下 收稿日期:2014—09—18:修订日期:2014—09—24 基金项目:中国地质调查项目(No.12120113087700). 作者简介:王梦亚(1991一),女(汉族),保定人,硕士.E-mail:414348400@qq.corn 通讯作者:尹京武(1958一),男(朝鲜族),北京人,副教授,硕士研究生导师.E-mail:yinjw@cugb.edu.cn 第1期 王梦亚等:陕西洛南长岭正长岩中含稀土矿物的特征 41 部为高山河群(ChG),滨海相,由下而上为碎屑岩、 碳酸盐岩、碎屑岩夹泥质岩组成;元古系蓟县系,以 滨浅海相镁质碳酸盐岩为特点;还有以碎屑岩为主 青白口系的石北沟组、震旦系罗圈组和古生界寒武 系。主要侵入活动以燕山期酸性岩为主,按时代划 分,扬子期混合花岗岩和粗面斑岩;加里东期闪长 岩;燕山期花岗岩基和少量的花岗斑岩岩株。含稀 土矿物的形成可能与碱中性岩浆活动有关 。火 山岩分布在洛南县城以东至宝山沟一带,向西被洛 南新生界断陷盆地掩盖,南北均与陶湾群接触。它 总体形成弯窿状背斜,向东倾伏,东西长10 km,南 北宽2 km[ ]。 2 测试方法 本次研究样品采自燕山期侵入的正长岩。经 OLYMPUS—BX51型显微镜观察,确定了正长岩的 矿物组成,主要矿物为钾长石、斜长石、霓石和少 量石英,副矿物为磷灰石,独居石、磷钇矿、锆石、 金红石、钍石和重晶石。本次研究主要针对独居 石、磷钇矿进行了详细的研究。电子探针测试在 中国地质大学(北京)电子探针实验室完成,仪器 型号为日本岛津公司生产的EPMA.1600;测试条 件为加速电压15 kV,激发电流10 nA,电子束直径 1 Ixm,ZAF法修正。分析标样采用磁铁矿(Fe)、钠 长石(Si、Na、A1)、磷灰石(Ca,P)、金红石(Ti)、蔷 薇辉石(Mn)、透长石(K)、橄榄石(Mg)、独居石 (Th)、锆石(Zr、Hf)、五磷酸镧(La)、五磷酸铈 (Ce)、五磷酸钕(Nd)、五磷酸钆(Gd)、五磷酸镝 (Dy)、五磷酸铒(Er)、五磷酸镱(Yb)、五磷酸钇 (Y)。 3 结果分析 3.1图像分析 根据背散射电子像(BSE)可知,磷钇矿(图1a) 呈短柱状晶形,粒径4~9.5 m,解理完全,产于锆 石之中。磷钇矿的电子探针元素面扫描图像(图 1b),Y元素分布均匀。 独居石主要有细脉状(图1 e)和不规则粒状 (图1d,1 e)两种。脉状独居石与霓石,石英,钾长 石等矿物伴生;粒状独居石自形程度较低,粒径15 I.Lm X 25 txm~30 Ixm×40 Ixm,与霓石、钾长石、石 英、钍石伴生。不规则粒状的独居石(图1g,1h) 中,Ce、Nd元素分布均匀,而La元素分布上看,从 矿物颗粒的核部到边缘La元素有逐渐升高的趋 势(图1f)。 3.2定量分析 正长岩中独居石成分电子探针分析结果见表 1。脉状独居石的P 0 的含量28.20%~30.71%, 平均含量29.48%;ThO 的含量9.0l%~10.50%, 平均含量9.86%,其含量相对较高。粒状独居石的 P:0 的含量28.49%~30.87%,平均含量 29.58%;ThO2的含量7.23%~7.87%,平均含量 7.54%,其含量低于脉状独居石,但也高于一般独居 石中Th元素的含量。从核部到边部,其含量没有 规律性的变化。 就稀土元素含量而言,脉状独居石中Ce:0,的 含量25.06%~27.59%,平均含量26.16%;La 0 的含量17.40%~18.39%,平均含量17.78%; Nd 0 的含量9.64%~10.8%,平均含量 10.21%,其含量低于粒状独居石;yJ Y:0。的含量 1.05%~1.76%,平均含量1.41%。粒状独居石 中,Ce 0 的含量27.32%~28.76%,平均含量 28.03%,其含量略高于脉状独居石;La 0,的含量 17.11%~17.55%,平均含量17.38%,且从核部 到边缘总体呈上升趋势,电子扫描图(图1f)亦有 体现;Nd 0 的含量12.79%~13.87%,平均含量 13.15%;∑Y20 3的含量0.92%~1.83%,平均含 量1.41%,其含量与脉状独居石差别不大。两种 形态不同的独居石均表现为富轻稀土、贫重稀土 的特征。 正长岩中磷钇矿的电子探针分析结果见表2, P 0 的含量35.01%~35.98%,平均含量 35.54%;SiO,的含量2.34%~3.68%,平均含量 3.10%;ZrO 的含量1.O1%~1.84%,平均含量 1.41%;ThO 的含量1.05%~1.97%,平均含量 1.50%。在稀土元素铈族中,Ce 0 的含量0.12% ~0.81%,平均含量0.43%;La 0 的含量0.03%~ 0.24%,平均含量0.08%;在稀土元素钇族中,Y:0, 的含量48.01%~48.84%,平均含量48.46%; Gd,0 的含量2.16%~3.43%,平均含,2.58%; Dy 0 的含量2.02%~3.62%,平均含量2.70%; Er 0 的含量1.03%~1.98%,平均含量1.57; Yb 0 的含量0.16%~1.32%,平均含量0.58%。 其中放射性ThO 的含量偏高、Yb:0,的含量较低, 铈族元素、钇族元素分异较彻底,钇族元素占整个稀 土元素总量的95%以上。 第1期 王梦亚等:陕西洛南长岭正长岩中含稀土矿物的特征 43 4 讨论 4.1 稀土元素与岩浆演化的关系 [PO ] 浓度已降低,所以磷钇矿较难形成。本区 锆石、独居石、独居石皆被包裹在长石和石英中,表 明它们是岩浆结晶早期阶段的产物。 4.2独居石 研究区含稀土矿物的出现和燕山期岩浆活动有 着密切的联系。由于独立挥发相的高侵位花岗质岩 独居石矿物由表1可知,La 0 的含量<Ce O 的含量,成分为(La、Ce、Nd、Th)PO ,则判断本区为 浆有很大的热膨胀性,易产生较大的机械能,使得花 岗质岩体冷凝顶壳和邻近围岩产生裂隙,因此,带动 有用元素的迁移和聚集 。而形成何种矿物则在 岩浆中斜长石形成后,取决于CaO和P 0 的含量 铈一独居石。岩浆独居石,典型特征是单颗粒的稀 疏分布,颗粒以填隙形式或包含在原生矿物(最常 见的是石英、长石和岩浆黑云母)内,且岩浆独居石 比。研究结果表明,可分为两种情况,第一:当生成 的Y、u、Th较高(Th在3%~7%以上),热液和沉 磷灰石,P:0 耗尽时,剩余CaO,随后生成硅酸盐矿 积成因独居石的Y、U、Th较低(Th通常<1%),岩 物褐帘石,再剩余的CaO还可与Ti结合生成榍石, 浆独居石中稀土含量低于热液成因独居石中稀土总 铁元素易生成磁铁矿,而不易形成钛铁矿;第二:当 量(一般在65%以上),这可能与岩浆独居石中较多 生成磷灰石时,CaO耗尽,而P O 剩余,则生成磷酸 稀土元素被其他元素类质同像置换有关¨ ” 。由 盐矿物独居石 。由此可知,本区独居石是在贫钙 图1d可知,独居石单颗粒细小分散,颗粒直径15 的环境中形成的。 m×25 m~30 m×40 m,包含在钾长石中,并 稀土元素具有亲石的性质,在结晶作用早期, 不是在小区域内多个颗粒以不规则集合体的形式出 其原始岩浆内含少量稀土元素,呈独立稀土矿物或 现,表明了本地区的独居石有岩浆成因的特征。脉 含稀土矿物(如锆石、磷钇矿、独居石等)晶出, 状独居石中ThO:含量明显高于粒状独居石,可达 REE、Nd、Ta、Zr、Hf、U、Th、Pb等元素常以微量组分 10.5%。从稀土含量看,粒状独居石中∑REE最 的形式出现,这是由于Nd、Ta、U、Th、Y等离子半径 高,可达60.98%,平均59.98%,稀土总含量偏低; 大、价态高,使得它们不能包含在多数硅酸岩矿物 而钇族稀土含量均偏高,脉状独居石与粒状独居石 中,趋向于在残余熔体中富集;岩浆结晶演化晚期, 的∑Ce O /∑Y:O 平均值分别为40.03和43.54, REE”与挥发分中含氟离子形成络合物,在CO:、 低于热液独居石的标准比值如表3,也证明岩浆独 CaO、SiO:的作用下,导致氟碳钇矿、硅钹钇矿、砷钇 居石这一观点,可能是热液独居石在形成的过程中 矿等重稀土矿物出现 ” 。在成矿晚期,由于 轻稀土得到进一步富集有关。 表1长岭正长岩中独居石电子探针分析(wt.%) Table 1 Electron microprobe analyses of monazite from aegirine augite syenite of ChangUng(wt.%) 注:测试单位:中国地质大学(北京)电子探针实验室:“一”表示未检出(下同)。 44 电子显微学报J.Chin.Electr.Microsc.Soc. 第34卷 CL3—1一l CL3—1—2 C10—1—3 CL3—1—4 3.20 3.2O 35.26 35.88 0.36 0.84 0.78 0.67 0.70 0.61 O.03 0.65 0.72 2.53 2.26 2.16 2.72 2.56 1.98 1.03 1.63 1.7l O.68 0.31 0.26 0.62 1.42 48.48 1.56 1.36 1.44 1.17 1.84 1.5l 99.57 99.38 99.12 98.55 99.35 98.88 1.91 1.27 48.70 48.74 3.O5 3.O6 3.56 3.0O 3.03 3.36 35.70 35.43 35.56 35.41 35.55 35.43 0.76 O.53 0.49 0.09 0.81 2.43 2.60 2.96 0.O6 1.39 1.33 1.12 1.O5 l_18 48.41 48.27 48.22 48.79 48.33 C10—1—5 CL3—3一l CL3—3—2 CL3—3—3 0.79 1.21 0.71 0.53 O.63 0.4 2.29 2.24 2.64 2.14 2.86 1.89 1.49 1.34 1.87 0.40 O.52 0.86 0.45 O.76 0.59 0.34 2.60 3.43 2.80 O.1 1.O5 1.46 98 64 98.61 CL3—3—4 CL3—3—5 3.61 3.O3 35.46 35.96 O.85 0.94 1_51 1.16 1.33 O.27 0.26 0.20 0.12 O.39 — 2.53 0.2 0.12 0.53 0.35 2.17 3.62 2.57 2.79 2.87 1.67 1.44 O.23 0.62 1.32 O.63 1.65 1.72 1.54 1.93 48.26 48.54 48.33 48.84 1.0l 1.48 99.16 98.93 CL4—3—1 CL4—3—2 2.34 2.60 3.59 3.11 2.92 3.68 35.58 35.76 35.01 — 2.73 2.76 2.26 1.34 1.17 1_66 1.24 1.66 99.46 99.65 99.21 0.04 O.O9 CIJ4—3—3 CL4—3—4 CIA——3——5 2.68 2.65 2.44 1.66 1.94 1.79 0.40 O.71 0.75 1.29 l_55 1.75 48.5 48.03 48.39 35.34 35.92 35.32 1.3O 0.61 O.77 O.93 0.22 0.18 O.12 0.45 0.33 O.15 一 2.23 O.27 2.28 1.78 1.22 98.86 98.52 CL6—4—1 CIJ6—4—2 O.O9 O.05 0.24 O.12 O.25 一 0.75 2.80 2.75 2.29 3.34 3.54 2.02 2.96 1.43 1.41 1.71 1.5O 0.45 0.87 0.16 O.56 0.74 1.97 1.68 1.24 1.93 1.13 48.64 48.01 48.28 48.65 48.69 1.42 1.47 1.13 1.25 1.54 99.1O 99.22 98.69 99.53 99.23 2.92 2.93 2.9O 2.89 35.O9 35.98 35.47 35.6O C 一4—3 0.55 1.1O 2.6O 3.25 2.16 CL6—4—4 CL6—4—5 1.35 0.46 O.05 O.2O 1.46 %1 表3不同地区、不同成因独居石中稀土元素、放射性元素含量(wt. Table 3 The content of rare earth elements in different regions,different causes ofmonazite(wt.%) 表中1—4引自文献l4 J,5引自文献l18 J,6,7为本次工作测试 同属镧系元素的La、Ce、Nd、三元素能达到完全 类质同象,La”和ce“在化学元素周期表中位置更 为相临,离子半径相近,La”置换ce 的能力比 Nd“强。脉状和粒状独居石(图2)中Ce 0 分别和 期虽有一定量的钇族稀土元素富集,但由于[PO ] 浓度已降低,因而钇族稀土以褐钇铌矿形式而不以磷 钇矿形式出现 。磷钇矿在锆石中产出(图1a),不 易区分。从外形上看很相似,都呈四方柱和四方双锥 的聚形,往往伴生出现。磷钇矿,常见柱状不发育短 ThO 与La 0,呈负相关关系,元素含量互补,说明 存在类质同象替换现象。当Th 替代ce¨时,图 3a则伴随着(SiO ) 一代替(PO ) ,即Th“+ (SiO ) =Ce“+(PO ) ,以保持晶格中电价平 衡及络离子数目不变。 4.3磷钇矿 柱状或粒状,{100}解理完全,而锆石常为长柱状无解 理,折射率较前者高,双折射率较低 。 磷钇矿和锆石等结构,都是正方晶系矿物。在 磷钇矿中,磷和氧配位形成孤立的[PO ] 正四面 体,稀土元素钇与周围的8个氧原子相连构成8次 配位,在四面体的包围之中 。磷钇矿成分分析见 磷钇矿的形成条件和独居石非常类似,在成矿晚 第1期 1988,4(1):311—328. 王梦亚等:陕西洛南长岭正长岩中含稀土矿物的特征 47 [2O] 黄锐华.鉴别磷钇矿,钍石和锆石的简易方法[J]. 矿物岩石,1985,3(1):118—120. [18] 孙国曦,耿仙湖.胶北乳山金矿含金石英脉中稀土 矿物的发现及其意义[J].南京大学学报:自然科学 版,2002,38(3):446—456. [19] 黄舜华,王中刚,章钟嵋,等.稀土磷酸盐矿物合成 [21] 密锦,沈今川,梁军,等.独居石和磷钇矿晶体结构 的精确测定[J].岩石矿物学杂志,1996,15(1):53 —59. 的一些实验[J].矿物学报,1987,7(2):173—176. Rare earth mineral characteristics of aegirine augite syenite in Changling,Luonna country,Shaanxi province WANG Meng-ya ,YIN Jing—WU ,CHEN Pu.pu ,NIE Xiao ,ZHANG Jie ,YANG Jing (1.Institute of Earth Science,china University of Geosciences,Beijing 100083; 2.School of materials science and Engineering,China University of Geosciences,Beijing 100083,China) Abstract:Aegirine—augite orthoclase is f0und in the southern margin of the north China block.on the north side of black trench— Luanchuan fault zone,alkaline granite,and syenite classes.In this paper,the monazite and xenotime of containing rare earth elements were studied by using electron probe,back scattering(BSE)image morphology,element distribution and quantitative analysis methods.The monazite and xenotime are formed in the early stage of magma crystallization and in the poor calcium environmentThe .monazites as the cerium—monazite type,mainly exist in the forms of irregular granular and vein.The granular monazite grains are in size of 1 5 m×25 m to 30 m x 40 m,and the vein monazites are associated with aegirine augitequartz and K—feldspar.In addition, ,the monazites are characterized by rich in LREE,poor in HREE,low total rare earths and comparatively rich in radioactive element Th,belonging to magmatic origin.The xenotime columnar grains exist in zircon and they are of 4 m to 9.5 m in size.Ce in monazite is substituted by Th,La elements;Zr and Er in xenotime are substituted by Y elements. Keywords:Luonan county;syenite;monazite;xenotime;EPMA Corresponding author