Genesis of the titanian andradite in alkaline rocks and their petrological and mineralization significance: A study example of the garnet from the Fanshan ultramafic-syenitic complex in North China Craton

富钛钙铁榴石是硅不饱和碱性火成岩中的特征矿物, 其Ti含量和Ti进入石榴石的方式可直接反映岩浆体系的硅饱和度和氧逸度。河北矾山超镁铁岩-正长岩杂岩体是华北克拉通北缘东西向展布三叠纪碱性岩带的重要岩体之一, 其岩石中发育三种类型的富钛钙铁榴石: 类型Ⅰ发育于岩体外带的石榴石辉石正长岩中, 与辉石、黑云母呈岩浆共生关系, 端元组成为Adr_25-65Mmt_15-37Slo_8-28Grs_10-14, 以高TiO₂含量(6.08%~18.61%)、较低的SiO₂含量(25.46%~33.26%)为特征, 为原生岩浆成因; 类型Ⅱ见于各类岩石, 呈细粒他形充填于其他矿物颗粒之间, 端元组成为Adr_57-69Mmt_5-19Slo_0-6Grs_19-27, 以高Al₂O₃含量(3.95%~5.56%)为特征, 为岩浆演化后期熔体富Al₂O₃时结晶而成; 类型Ⅲ亦见于各类岩石, 主要呈细粒他形或细碎状发育于其他矿物内, 端元组成为Adr_68-79Mmt_8-14Slo_0-5Grs_6-14, 以低的Al₂O₃含量(1.18%~2.89%)和较高的FeO含量(21.65%~24.62%)为特征, 为岩浆期后热液成因。在矾山杂岩体的富钛钙铁榴石中, Ti主要以Si→Ti⁴⁺和2Fe³⁺→Ti⁴⁺+Fe²⁺/Mg替代方式进入到晶体结构中, 反映了矾山杂岩体的母岩浆体系为二氧化硅不饱和的碱性岩浆, 并具有较高的氧逸度。受石榴石的主量元素组成和相应的晶体结构控制, 在微量元素组成上, 矾山杂岩体中的富钛钙铁榴石富集轻稀土或中稀土、亏损重稀土, 大离子亲石元素(Rb、Ba、Pb和Sr)含量较低或极低, 而高场强元素(如Th、U、Nb、Ta、Zr和Hf等)含量普遍较高。本文对石榴石的成因研究结果支持矾山杂岩体不同类型的岩石形成于封闭体系下同一母岩浆系统充分的结晶-分异和堆晶作用; 此演化模式可以较好地解释矾山杂岩体的同心环状特征和韵律层状结构, 以及磁铁矿和磷矿的成因。