加拿大东南部三叠纪芬迪盆地玛瑙的结构与矿物学，及其与喷发事件和同岩浆期断层的关联

《Lithos》：Texture and mineralogy of agates from the Triassic Fundy Basin, SE Canada and their linkage to eruptive events and syn-magmatic faulting

　　摘要本研究调查并解释了最新三叠纪北山玄武岩中玛瑙的独特纹理。对十个代表性样品进行了岩石学、矿物学和矿物化学方面的研究。玛瑙矿脉通常显示三个带，在其他地方被解释为通过自组织过程由初始的含杂质无定形硅溶胶原位形成。(1) 外层为微晶石英和不规则针铁矿火焰；(2) 条带玉髓；(3) 中心带为大晶石英。水平矿脉显示这些带的不对称发育，垂直矿脉显示火焰变形。一些玛瑙呈角砾状，角砾由沸石和玛瑙胶结。北山玄武岩由下部上层和下层厚度大于 150 米的溢流单元，以及由多个较薄流动组成的中间单元构成。熔岩堆的底部呈碟形。由下层流动单元的热量驱动的热液循环溶解了下伏布洛米登组中的岩盐。盐水温度足够高（>300?°C），可溶解硅和铁，部分来源于冷却的熔岩流。产生的硅溶胶沿倾斜方向向上迁移至玄武岩南缘，在那里米纳斯断裂带沿活跃变形的断层提供了通道和容纳空间。厚上层流动单元的热量重新激活了穿过布洛米登组的热液流动，并与富含沸石的流体混合，产生外缘为沸石的玛瑙，在某些情况下重新激活或碎裂了早期的玛瑙矿脉。这些玛瑙矿脉的特殊产状表明了观察到的纹理与解释的热液循环细节之间的联系。引言玛瑙主要由硅酸盐矿物组成，其特征是条带玉髓（G?tze 等，2020a）。玛瑙作为热液沉积物形成于某些火山岩中，但也见于某些沉积岩中（G?tze 等，2009）。通常，壁衬玛瑙具有分带结构，外缘为微晶石英或球粒状玉髓及其他矿物；随后是纤维状条带玉髓主带；以及中心大晶石英核（G?tze 等，2020a；Powolny 等，2019）。玛瑙的侵入需要运输大量硅，最初以单体硅酸（H4SiO4）的形式存在。凝结导致离散硅颗粒（溶胶）的形成，这些颗粒聚集成凝胶，并结晶为 CT 蛋白石。条带玉髓的结晶是一个自组织和奥斯特瓦尔德熟化过程，由 CT 蛋白石中的微量元素杂质触发（Heaney, 1993; Merino 等，1995）。它始于玛瑙矿脉的边缘，带负电的胶体硅与同时从前驱溶胶中沉淀的带正电的铁（氢）氧化物发生反应（G?tze 等，2020a）。随着结晶向玛瑙体中心部分进行，微量元素杂质（包括 Fe 和 Al）的丰度降低（G?tze 等，2020b）。硅相的一般序列是无定形硅（12% 水）→ CT 蛋白石 → 方石英 → 莫岗石 → 玉髓（微晶石英）→ 大晶石英（0% 水），导致总体积减少，从而增加孔隙率（Moxon, 2017）。随着地质时间的推移，早期的硅相变为石英；更新世玛瑙可能含有近 50% 的莫岗石（Conte 等，2022），而在古生代玛瑙中几乎减少至无（Moxon 和 Ríos, 2004）。玛瑙结晶过程估计需要几百到几万年（Walger 等，2009）。特别多彩的玛瑙发现于加拿大东南部芬迪盆地的厚三叠纪玄武岩流中（Pearce, 1966; Sabina, 2015）（图 1）。玛瑙被本土 Mi'kmaq 人广泛用作工具和珠宝并进行交易（Betts 和 Hrynick, 2021; Sanger, 1991）。1999 年《宝石徽章法》颁布后，玛瑙被省级立法机构指定为新斯科舍省的宝石徽章。显著的铁（氢）氧化物红色或黄色羽毛或火焰是芬迪玛瑙的特征。宿主玄武岩中的节理和断层在玄武岩侵入期间及之后立即活跃移动（Olsen 和 Schlische, 1990; Pe-Piper 和 Miller, 2002），玄武岩表面存在硅质温泉（De Wet 和 Hubert, 1989）。本研究的目的是 (a) 基于其特殊的地质背景解释芬迪湾玛瑙的独特特征，以及 (b) 利用角砾状玛瑙和变形矿脉玛瑙来约束热液玛瑙的形成过程。章节摘要地质背景中生代芬迪盆地（图 1）位于现在芬迪湾覆盖的大片区域之下。它是沿北美东部边缘的一系列半地堑裂谷盆地之一。芬迪盆地北侧由重活的石炭纪断层——希格内克托边界断层界定，该断层沿新不伦瑞克省南海岸延伸。东部，芬迪盆地由米纳斯断裂带界定，该断裂带在石炭纪经历了右旋走滑运动。米纳斯样品详细检查了十个代表性装饰玛瑙样品。这些样品从西南到东北编号，并按宏观形态分类为 (1) 矿脉 (2) 结核和 (3) 更复杂的角砾状玛瑙（图 3）。显微镜检查我们制作了每个玛瑙样品的抛光薄片（pts）。使用 Nikon Eclipse 50iPOL 岩石学显微镜光学鉴定所有组成矿物，它们的相对时间 - 纹理相互关系，以及它们与变形的关系一般形态我们将样品分为三类（图 3；表 1）：简单矿脉；更等轴结核或晶洞；以及具有角砾状纹理的玛瑙。我们首先描述来自 Moose Island（麋岛）的样品 A7（图 4，图 5）作为简单矿脉的例子，显示了大多数样品共同的许多特征。然后按数字顺序描述剩余的样品。样品 A7样品 A7 是一条宽度为 3.5?cm 的简单水平矿脉。宏观上，它由三个带组成：(1) 一个外层球粒状热液系统芬迪湾的玛瑙显然起源于热液。它们不是受层位控制的沉积岩，而是占据玄武岩流中的断层和节理（图 2c, d, f）以及紧邻其上的沉积岩。已描述过覆盖在玄武岩堆顶部的硅质温泉沉积物（De Wet 和 Hubert, 1989）。由于芬迪盆地是一个半地堑，北侧由希格内克托边界断层和米纳斯断裂带界定（Wade 等，1996；Withjack 等，2009），结论芬迪玛瑙的美丽和变异性是独特地质环境组合的结果。1. 在最晚三叠世，两个离散的、厚度超过 150 米的池塘状熔岩流（远离补给岩脉）侵入于含有石膏和岩盐的沙漠湖盆地之上，导致热 NaCl 卤水溶解硅的两个阶段以及两个相应的硅溶胶侵入阶段。在某些情况下，从溶胶中结晶的早期玛瑙被角砾化并由晚期玛瑙胶结作者贡献声明Georgia Pe-Piper：写作 – 审查与编辑，写作 – 初稿，验证，项目管理，方法论，调查，资金获取，形式分析，数据整理，概念化。David J.W. Piper：写作 – 审查与编辑，写作 – 初稿，可视化，调查，概念化。Brian L. Hebert：写作 – 审查与编辑，调查。Angeliki Papoutsa：写作 – 审查与编辑，调查，形式分析。竞争利益声明作者声明，他们没有任何已知的竞争财务利益或个人关系可能影响本文报告的工作。致谢我们感谢 Saint Mary's University 的 Xiang Yang 和 Justin Nagle 在 SEM-EDS 分析和编译方面的帮助。本研究由加拿大自然科学与工程研究委员会（NSERC）发现计划资助（2016-04310）给予 GPP。我们感谢 Vladislav Rapprich 和一位匿名审稿人进行了彻底且建设性的评审，帮助我们澄清了思路。Georgia Pe-Piper|David J.W. Piper|Brian L. Hebert|Angeliki Papoutsa加拿大哈利法克斯新斯科舍省 B3H 3C3，圣玛丽大学地质系