石英的成分标型及其指示意义

石英的成分标型及其指示意义

石英的晶体结构中常含有大量微量元素，特别是在成矿环境下晶出的石英，其赋存的微量元素种类和数量更多。一般来说，微量元素在石英晶格中多以类质同象替代Si⁴⁺形式存在，如Al³⁺、Fe³⁺、B³⁺、Ti⁴⁺、Ge⁴⁺、P⁵⁺等，也有一些元素以晶格填隙的方式存在，如Li⁺、K⁺、Na⁺、H⁺、Fe²⁺等，二者通常在晶格体系中具有电价补偿平衡作用。

目前，利用LA-ICP-MS测试技术可以在石英晶体中同时检测出30多种元素，常见的杂质元素有Al、Mg、Fe、Mn、Ti等，其次有B、Be、Na、KCa、Li等，还有少量的Pb、Bi、Ag、Zn、Cr、Cu、Sn、Rb、Cs、Ba等。其中，Al的含量可高达几千ppm，其次是Ti、Li、K、Sb、Fe、Ca、Na、P等。由于Al、Mg、Fe、Mn、Ti等元素在任何成因条件下均可在石英中存在，所以被称作固定杂质元素。

石英中的微量元素含量主要受控于形成环境和结晶速率。含矿脉石英中的Mo、As、Pb，Bi、Ag、Zn、Cu、Y、Yb等含量常随共生矿物而发生变化，说明形成环境对石英成分的影响较大。在岩浆和伟晶岩中，石英微量元素还受母岩结晶程度的制约，而热液成因石英主要受流体化学成分和酸碱度的影响。

有研究表明，低温热液矿床中石英的Al含量通常较高，而且当Al含量升高时，Li、K、Na、H等也随之升高，因此石英中Al的含量对其他元素含量起着重要的约束和指示作用。有学者注意到，石英中Ti的含量明显受温度控制，而压力的影响则相对较小，因此石英中的Ti含量可作为估算石英形成温度的温度计。但Ti在石英中的含量还与结晶速度有关，结晶速度越快，进入晶格的Ti越多，石英Ti含量就越高。所以，快速冷却结晶条件下，石英的Ti温度计不适用。

有意思的是，石英的Ti、Al含量在不同成因类型的矿床中存在明显差异(图2)，因此可据此判断成矿类型。另外，由于自然金常与含As黄铁矿、方铅矿、黄铜矿、毒砂等共生，故与金沉淀有关的热液石英中的微量元素Fe、Cu、Pb、Zn、As等也明显较高，所以石英的Fe、Cu、Pb、Zn、As含量也可作为金沉淀的标志。

 图2 不同类型矿床中热液石英Ti和Al含量分布特征

值得注意的是，中酸性岩体的石英成分也可作为判识岩浆作用与成矿作用关系的标型特征。最近，Breiter等(2019)根据石英的微量组分对俄罗斯东特兰斯贝加里亚与Orlovka稀有金属矿床有关的花岗岩进行了垂直分带，并证明岩浆成因之石英对岩浆成矿作用具有明确的指示意义。

他们采用LA-ICP-MS测定了不同空间花岗岩的石英微量组分，并结合矿物自动分析系统(TI-MA）和阴极发光（CL）图像建立了花岗岩垂直分带与矿床成因之间的关系。

结果表明，侵位较深的黑云母花岗岩中石英相对富Ti和Li（含量分别高达95x10^-6和33x10^-6），石英以半自形-自形晶为主，不发育包裹体，CL图像中环带结构清晰；侵位较浅的锂云母花岗岩顶部之石英则富集Al和Ge（分别高达350x10^-6和4.8x10^-6），晶形呈“雪球”状集合体，CL图像不清晰，含带状分布的钠长石包裹体。

由此推测深部的黑云母花岗岩中的石英经历了复杂的结晶与溶解循环作用，但是未与流体发生太多反应。而锂云母花岗岩顶部的石英则是在岩浆分异过程中与残余熔体发生了强烈的相互作用，因而成矿作用与此密切相关。因此，作为最常见的非金属矿物石英，其成分标型必然会引起广泛重视。

原文及简介来源：矿物岩石地球化学通