费详惠：矽卡岩矿床石榴子石的结构和成分的控制因素

来源：中国地质大学-科研

石榴子石是矽卡岩中最为常见的特征矿物之一，并被广泛应用于研究矿床的成矿类型、成矿潜力、流体成分变化和化学反应速率变化。然而，随着研究的深入，发现石榴子石的成分和结构可能受多种因素控制。因此，在利用石榴石结构和成分指示成矿系统的相关参数前，需要了解其控制因素。

针对上述科学问题，我校地球科学与资源学院博士研究生费详惠在“岩浆-热液演化与金属成矿”求真研究群体张招崇教授的指导下，对黑龙江省小兴安岭地区翠宏山斑岩-矽卡岩多金属矿床中石榴子石开展了细致的矿物学、地球化学和物理化学研究工作，取得了如下创新性成果和认识：

1、在翠宏山矿区钙质矽卡岩中识别出三种类型石榴子石：类型I石榴子石（Gro18-80And10-75）正交偏光下可见双晶，各向异性；类型II石榴子石（Gro1-47And30-95）正交偏光下可见环带，各向异性；类型III石榴子石（Gro0.1-12And85-97）各向同性。在镁质矽卡岩中识别出一种类型石榴子石，各向同性，呈脉状集合体产出，其成分特征明显异于钙质矽卡岩中的石榴子石，其含钙铝榴石10~23 mol.%；锰铝榴石48~62 mol.%；含铁铝榴石14~29 mol.%（图1）。

2、石榴子石的光性异常可能由两个因素引起，一是当钙铝榴石-钙铁榴石固溶体在钙铝榴石和钙铁榴石含量相近时，晶格中Al/Fe比值发生的微小变化就可以使得石榴子石内部产生明显应变，从而引起光性异常；二是石榴子石在双晶边界产生晶格失配使石榴子石内部产生应变，由此也可导致光性异常。石榴子石细密平直的相邻环带主要是由石榴子石自组织作用造成的，所以相邻环带间的成分微小变化并不能指示热液成分变化。

3、石榴子石中REE主要以钇榴石形式（YAG-type）进入石榴子石晶格中进行配位的，其成分主要受到了钙铝榴石—钙铁榴石固溶体的相对成分控制，根据对自由能（∆G）的计算结果，结合XAnd-REE相互关系和系统的温度变化规律，钙铝榴石-钙铁榴石固溶体是不对称Margules模型，在grossular≈20%、andradite≈80%时，∆G最低，热液系统最稳定，此时有更多的REE参与到钙铝榴石-钙铁榴石固溶体中（图2）。另外，钙铝榴石-钙铁榴石固溶体的相对成分也控制REE进入石榴子石的分配模式（图3）。因此，石榴子石REE成分特征和分配模式并不是成矿流体特征的直接反映。

4、石榴子石中Fe/Al的成分主要受控于流体成分，另外，石榴子石W、Sn可以作为W-Sn矿床成矿潜力的指示，可以反映矿床的流体成分特征。

该项研究揭示了石榴子石主要成分和结构的控制因素，为石榴子石的应用奠定了重要基础。取得的成果对于解释石榴子石本身的成因，约束成矿类型，阐明成矿机制以及评估成矿潜力具有重要的参考意义。

图1  翠宏山矿区石榴子石成分三角图

（底图引自Meinert et al., 2005）. Grs=钙铝榴石, Adr=钙铁榴石, Alm=铁铝榴石, Spe=锰铝榴石, Uv=钙铬榴石, Prp=镁铝榴石

图2  翠宏山矿区石榴子石

（a）XAnd-W图解；（b）XAnd-Sn图解；（c-d）XAnd-LREE，HREE，REE图解；（e）XAnd-Eu/Eu*图解；（f）XAnd-(La/Yb)N图解

图3  翠宏山矿区（a、c、e、g）石榴子石颗粒不同位置稀土元素配分曲线及（b、d、f）不同类型石榴子石配分曲线

上述研究成果发表于矿物学领域国际权威期刊《American Mineralogist》上: Xianghui Fei, Zhaochong Zhang*, Zhiguocheng, Santosh M. Factors controlling the crystal morphology and chemistry of garnet in skarn deposits: a case study from the Cuihongshan polymetallic deposit, Lesser Xing‘an Range, NE China [J]. American Mineralogist, 2019, 104: 1455-1468. [IF2018=2.631]

全文链接：https://doi.org/10.2138/am-2019-6968