文象花岗岩的拓扑结构、成因机制及其地质意义

Graphic granite, found predominantly in granitic pegmatite, is a leucocratic rock consisting of an intimate intergrowth of feldspar and quartz with a distinctive texture as ancient cuneiform writing when viewed in certain cross sections. Deciphering its 3D topotaxy, mechanism and formation conditions has great significance for understanding the textures and crystallization kinetics of granitic rocks. In this project, we plan to combine qualitative research and quantitative study on such unique texture in natural rocks, to reveal the detailed mineral composition, 3D topotaxy, and crystallographic orientation relationships of quartz and host feldspar. The main methods and techniques include the electron backscatter diffraction (EBSD), scanning electron microscopy (SEM), electron probe micro-analyzer (EPMA) and X-ray computed tomography (CT). Meanwhile, in order to understand the formation process and conditions of graphic granite, experiments will be conducted in the P-T range of 200-500MPa and 500-750℃ using either crashed natural graphic granite or synthetic samples as starting material. This study is of importance to understand the formation mechanism, dynamic process, key factors and geological implications of graphic granite.

石英有规律地嵌生于长石晶体中，在特定岩石断面上形似象形文字，故名文象结构。这种特殊岩石结构常见于伟晶岩和部分花岗岩，是自然之谜，其形成机理和地质意义一直不清楚。本项目兼顾天然样品分析和高温高压实验研究。拟以天然样品的定量结构研究为突破口，综合运用EBSD和X-ray CT等方法，查明文象花岗岩中石英与长石的结晶学取向关系和三维拓扑结构。同时，分别以天然文象花岗岩粉碎样品和化学粉末合成样品为初始材料，开展200-500MPa、500-750℃含水条件下的高温高压实验，研究文象结构的形成过程和环境条件。在此基础上结合前人研究，探讨文象花岗岩的形成机制、关键控制因素和结晶动力学过程，解析这种特殊结构的地质指示意义。

文象结构是花岗伟晶岩和花岗斑岩的特征岩石结构，主要组成矿物石英和长石规则穿插交生，石英呈规则颗粒形态和定向排列，在特定岩石断面上形似古代的象形或楔形文字。这种特殊岩石结构常见于伟晶岩和部分花岗岩，是自然之谜，也是花岗岩成因研究中的一个基础科学问题，其形成机理和地质意义一直不清楚。本项目系统采集和收集文象结构天然样品，综合利用光学显微镜、扫描电镜、电子探针和电子背散射衍射等技术方法，对岩石矿物组成、结晶学取向和拓扑结构进行了系统研究。研究结果表明，文象结构中的两种必要矿物长石和石英具有截然不同的粒度和形态：石英颗粒被包裹于长石中，粒度相对细小，空间分布较为均匀，通常为半自形或他形；寄主长石通常为单晶体，保留有较为自形的晶体形态。文象结构中的长石通常为钾长石，低温下常常分解为条纹长石；不同地区文象结构中的长石化学组成可以有较大变化范围，但是同一地质环境采集的样品一般具有相对稳定的化学组成。文象结构中，石英与长石的比率变化范围通常在20-45%，相同地区同期形成的文象花岗岩具有相对稳定的矿物组成。正交偏光显微镜下，石英可以具有多种消光位，但是通常在一定范围内同时消光。石英普遍发育道芬双晶，偶见日本双晶。三维空间观察显示，石英在长石寄主矿物中规则穿插生长，在三维空间通常呈近似平行板状、长条状/柱状或非连通枝杈状，并只在特定岩石断面形似象形文字。电子背散射衍射定量统计测试结果显示，多数（>60%）石英颗粒与寄主长石之间具有密切结晶学取向关系：石英[112(—)3]轴近似平行长石c[001]轴，石英c[0001]轴集中分布在与长石c[001]轴成42°的小圆环带上。该研究证实文象花岗岩是石英和长石同时动态生长的结果，而长石作为寄主矿物影响并控制着石英的成核与生长方向。高温高压实验模拟发现，文象结构可以通过富流体花岗质岩浆快速冷却形成，过冷度在150~250℃之间。文象结构的出现往往代表花岗质岩浆冷却结晶的晚期事件，可能作为花岗伟晶岩锂、铍和铌钽矿等稀有金属矿化的指示标志。