埃及东北部沙漠阿布哈里夫黑云母花岗岩中斜长石、黑云母和钛铁矿的矿物结构与化学特征：对I型花岗岩相关钨矿化成因的约束

《Journal of African Earth Sciences》：Mineral texture and chemistry of plagioclase, biotite, and titanite from the Abu Kharif biotite granite, Northern Eastern Desert, Egypt: Constraints on the genesis of I-type granite-related tungsten mineralization

　　

Nasser Mourad Mahdy

埃及开罗El-Maadi，核材料局，邮编530

摘要

钨矿化现象出现在埃及东部沙漠Abu Kharif地区的埃迪卡拉纪晚碰撞期、具有I型亲缘关系的黑云母花岗岩中。通过对构成岩石的主要矿物（斜长石、黑云母）以及副矿物（钛铁矿、磷灰石）进行光学显微镜观察、背散射电子成像和电子探针微区分析，可以确定与矿石相关的花岗岩的起源及其与钨矿化的关联。该黑云母花岗岩属于正长石花岗岩，由钾长石、斜长石、石英和黑云母组成，还含有磷灰石、钛铁矿、锆石和磁铁矿等副矿物。斜长石呈现海绵状结构及核边带状构造，表明其是原位分步结晶形成的。黑云母为镁质黑云母，与钙碱性造山I型花岗岩中的岩浆黑云母特征一致。钛铁矿呈沙漏形态，其Fe/Al比值与深成岩中形成的岩浆钛铁矿相符。通过黑云母中的钛含量进行温度测定，结果约为615–698℃；此外，黑云母和氟磷灰石中较高的氟含量（分别为1.1–3.2%重量比和4.8–7.1%重量比）表明该岩浆体系富含挥发性物质。黑云母的Log (X_F/X_OH)–Log (X_Mg/X_Fe)值进一步表明，Abu Kharif黑云母花岗岩很可能是由正常的、未发生变质的泛非钙碱性花岗岩经批量部分熔融而形成的。磁铁矿与钛铁矿、黑云母共同出现，说明岩浆曾经历氧化作用，这也支持了“氧化还原状态并非决定钨富集的关键因素”这一观点。高度分异的I型和S型花岗岩被认为是钨矿最理想的宿主和来源，其中ABKG就是一种经过地壳增生作用形成的高度演化、高度分异的I型花岗岩。岩浆分化过程会促使钨等不相容元素富集，这一过程通常伴随着岩浆-热液作用以及挥发分的饱和。因此，预先富集的源岩和岩浆分化是形成大型钨矿床的关键，即便规模较小的花岗岩侵入体也能产生显著的矿化作用。

引言

稀有金属（如稀土元素、锂、铍、钨、锡、钼、钍、铀、锆、铷、铌、钽和铯）在现代经济发展和先进工业技术中起着至关重要的作用。尽管这些金属存在于多种地质环境中，但近期发现的几处大型、世界级的矿床都与伟晶岩有着密切的成因联系，更广泛地说，也与高度分异的花岗岩体系密切相关。Wei等人（2020年）给出了祖母绿矿的U–Pb年龄数据，同时还分析了来自花岗岩的祖母绿矿和云母的成分数据，结果表明云母的成分变化反映了从高度演化的、富含铁、锂、铷、铌、钽的熔体到后期富含铝、锰、钡、锡和钨的热液流体的逐步结晶过程。存在于祖母绿矿颗粒表面和边缘的钽铁矿被认为是在岩浆-热液过渡阶段由富含钽和氟的硅酸盐熔体结晶形成的。

高度分异的花岗岩可通过其较高的SiO₂含量、兼容元素（如钡、锶、钛和锆）的明显亏损，以及不相容元素和可迁移元素（包括铷、锂、铯、氟、硼、锡、钨、铌、钽和稀土元素）的富集来与其他花岗岩区分开来。这类花岗岩还具有较高的铷/锶比值和明显的负Eu异常，这反映出其经历了高度的分步结晶和熔体演化过程。从矿物学角度来看，这类花岗岩通常含有黄玉、电气石、萤石、锂云母以及其他富含锂和氟的云母等演化程度的岩浆相（Wu等人，2017年；Xu等人，2021年）。它们的形成主要受分步结晶作用驱动，这是花岗岩岩浆分化的核心机制，这类花岗岩可与S型、I型和A型花岗岩相关联（Xu等人，2021年；Myint等人，2024年）。高度分异花岗岩的形成与较高的温度以及丰富的挥发性成分密切相关，这些因素共同促成了极端的岩浆分化作用。这类花岗岩通常与钨、锡、铌、钽、锂、铍、锑、钍、铀和稀土元素等稀有金属矿化作用相关，这凸显了它们作为关键金属资源宿主的重要性，同时也表明稀有金属花岗岩属于高度分异的花岗岩类型（Wu等人，2017年）。高度分异的花岗岩种类繁多，从代表晚期岩浆产物且能形成具有经济价值的矿床的锂-氟花岗岩，到几乎不含矿物的含双云母和石榴石的花岗岩都有，这表明仅靠极端的分异作用并不足以形成矿床（Xu等人，2021年）。

石英-钨矿脉型矿床占据了全球已知具有经济价值的钨资源的约44%，同时提供了全球超过70%的钨产量（Werner等人，2014年）。尽管近几十年来已有大量研究，但钨矿化作用与周围花岗岩侵入体之间的成因关系仍存在争议。在许多研究中，这些花岗岩类岩石被视为金属矿床形成的主要来源，而岩浆-热液流体则被认为是钨矿化作用的成因（例如Webster等人，2004年；Korges等人，2018年）。相反，也有观点认为，这些与之相关的花岗岩类岩石可能只是钨矿化作用的围岩，并非导致矿化作用的原始岩浆（例如Dewaele等人，2016年；Feng等人，2021年）。虽然大多数钨矿化作用与高度分异的S型和I型花岗岩类岩石有关（例如Chen等人，2018年；Breiter等人，2023年），但也有一些矿床与分异程度较低的I型花岗岩类岩石有关（例如Chen等人，2014年；Dang等人，2020年）。

在埃及，东部沙漠和西奈半岛属于阿拉伯-努比亚盾构的一部分，该盾构形成于泛非造山运动期间（约950–550百万年前），当时莫桑比克海闭合，岛弧开始汇聚（Stern，2018年；Mahdy等人，2024年）。在这次造山作用过程中，阿拉伯-努比亚盾构中形成了两种主要的花岗岩岩浆，分别被称为较老的花岗岩类岩石和较年轻的花岗岩类岩石（El-Bialy等人，2020年）。较老的花岗岩类岩石形成于构造活动期（约670–590百万年前），与俯冲作用有关，属于钙碱性岩浆，具有I型亲缘关系，其成分从石英闪长岩到正长石花岗岩不等。相比之下，较年轻的花岗岩类岩石形成于构造活动后期（约590–550百万年前），与缝合线作用有关，其类型从钙碱性花岗岩到碱性花岗岩不等，其中包括高度分异的A型和I型花岗岩。埃及东部沙漠中存在的众多碰撞后花岗岩和伟晶岩多为稀有金属花岗岩，其中蕴藏着具有经济价值的矿化作用，包括钨、锡、钍、铀、锆、稀土元素、钽、铌、铍和钇等元素。在埃及东部沙漠的多个地区都发现了锡-钨矿化作用，这些矿化主要以锡石和钨矿的形式存在，相关产地包括Wadi Abu Hammad、Wadi Fatira El-Beida、Gebel Abu Kharif、Gebel El Dob、Gebel Maghrabiya、Abu Dabbab、Igla、Nuweibi和Muelha等地（Ali等人，2025年）。

基于“岩浆矿物的成分变化能够反映其原始岩浆的物理化学演化过程，并为了解岩浆作用提供重要线索”这一前提（Ginibre等人，2007年），我们通过对埃及东部沙漠Abu Kharif地区黑云母花岗岩中的主要矿物（斜长石和黑云母）以及副矿物（钛铁矿和磷灰石）进行电子探针微区分析，试图确定与矿石相关的花岗岩的起源及其与钨矿化作用之间的关联。

内容片段

地质背景

Abu Kharif地区位于埃及北部东部沙漠，地理坐标为东经33°21′–33°28′，北纬26°47′–26°50′（见图1），距离Safaga市约60公里。该地区的出露岩层依次为变火山岩、片麻状花岗闪长岩、黑云母花岗岩（即本研究对象）以及碱质里贝克石花岗岩。变火山岩是最古老的岩层，主要由变流纹岩、变英安岩和变玄武岩组成，局部还伴有变火山碎屑岩的层状或透镜状夹层。

岩石学特征与背散射电子成像

在埃及核材料局，人们利用光学偏光显微镜制备了15块新鲜的ABKG标准抛光薄片（厚度为30微米），用于开展岩石学和矿物学研究。其中一部分薄片被选用于矿物成像和化学分析，之后还被涂上了碳膜。在进行矿物化学分析之前，首先利用背散射电子成像技术观察矿物的内部结构，判断是否存在包裹体或蚀变现象，同时确定分析点位置。

花岗岩的岩石学特征

ABKG是一种中粗粒结构的正长石花岗岩。该岩石的成分由钾长石（占36–40%体积比）、斜长石（占25–30%体积比）、石英（占16–23%体积比）和黑云母（占7–13%体积比）组成。此外，其中还含有氟磷灰石、钛铁矿、锆石以及以磁铁矿为主的铁氧化物。钾长石多以大型板状晶体形式存在，这类晶体通常呈现出过冷析出带来的斑晶结构，其中既有微斜长石斑晶，也有正长石斑晶（见图3）。

矿物化学特征

通过电子探针微区分析和背散射电子成像技术，研究了新鲜ABKG中主要造岩矿物——尤其是斜长石、钾长石和黑云母的化学成分、结构特征、蚀变现象、矿物包裹体以及内部结构带状分布情况。此外，还对钛铁矿和磷灰石等副矿物进行了电子探针微区分析，以此确定花岗岩岩浆的演化过程及其与钨矿化作用之间的关联。

黑云母的矿物化学特征与岩浆起源

虽然Abu Kharif地区的黑云母化学成分似乎表明其经历了部分再平衡作用（见图9c），但其结构特征和矿物共生关系却强烈反对其具有次生起源。相反，现有的岩石学和成分数据都支持该黑云母的岩浆起源。首先，黑云母以大型自形晶的形式存在，其晶体边界十分清晰（见图3a以及5a–e），这表明它是从岩浆中直接结晶形成的。其次，它通常与

结论

埃及东部沙漠Abu Kharif地区的钨矿化作用发生在埃迪卡拉纪晚碰撞期的I型黑云母花岗岩中。通过矿物学研究、背散射电子成像以及矿物化学分析，我们可以确定这种花岗岩的起源及其与钨矿化作用之间的关联。主要研究结果如下：

• 1
  埃及东部沙漠的ABKG花岗岩中存在含钨矿的石英脉，这是该地区钨矿化的载体。
• 2
  该花岗岩属于正长石花岗岩，其成分由斜长石（An₂–₁₇）、钾长石、石英以及

利益冲突声明

本人不存在任何需要声明的利益冲突。

致谢

作者衷心感谢Ito Kengo博士和Ichimura Koji在电子探针使用方面给予的帮助，同时也感谢东京大学地球与行星科学系的各位工作人员和技术人员。矿物化学分析和背散射电子成像工作得到了EJEP（埃及-日本教育合作项目；Nasser M. Mahdy获得的资助编号为420016）的支持，而野外工作、后勤保障以及4x4车辆的供应则由埃及核材料局提供。