遼寧瓦房店和山東蒙陰金伯利巖中鉻鐵礦成分特征及指示意義

遲廣成，李國武，肖 剛，伍 月，岳明新，郝原芳

（1.沈陽地質(zhì)礦產(chǎn)研究所，遼寧沈陽110032；2.中國地質(zhì)大學(xué)，北京100083）

鉻鐵礦是遼寧瓦房店及山東蒙陰金伯利巖中的主要指示礦物，顏色主要為黑色，壓碎后為褐紅色、棕色.金伯利巖中鉻鐵礦的顯著特征是渾圓形斑晶和形態(tài)復(fù)雜的八面體歪晶，渾圓形斑晶一般大于1mm，最大可達4～5mm，八面體歪晶一般0.2～0.7mm，呈顯微斑晶；而基質(zhì)中的鉻鐵礦則為小于0.2mm的正八面體自形晶［1］.

鉻鐵礦在金伯利巖中按結(jié)晶形態(tài)和生成時間可分為3個世代：第一世代鉻鐵礦以斑晶形式出現(xiàn)，顆粒直徑一般為0.7～2.0mm，原始晶形為正八面體，部分為聚形晶，結(jié)晶顆粒粗大，晶體長期處于熔漿階段，八面體的晶棱和角頂均被熔蝕，其形狀多為渾圓狀、橢圓形、餅狀以及其他各種不規(guī)則形狀，有時晶體表面形成各種形狀的蝕象［2-4］；第二世代鉻鐵礦斑晶是在深成熱動力條件不甚穩(wěn)定的情況下晶出的，結(jié)晶形態(tài)較為復(fù)雜，多為八面體的歪晶.第三世代的鉻鐵礦幾乎全部分布在金伯利巖的基質(zhì)中，屬于巖漿晚期階段的結(jié)晶產(chǎn)物，結(jié)晶顆粒細小，粒徑為0.05～0.1 mm，晶體自形程度很高，形態(tài)多為小八面體，其晶棱和頂角保存完好，晶面平坦光滑，沒有渾圓化及其他各種熔蝕和磨蝕現(xiàn)象［5］.

含礦性不同的金伯利巖巖體中，三個世代鉻鐵礦的含量不同.富礦金伯利巖巖管中，以第一世代渾圓形大斑晶鉻鐵礦為主；中等含礦的金伯利巖巖管中，鉻鐵礦以第二世代八面體歪晶為主；貧礦金伯利巖巖管中，以第三世代小八面體鉻鐵礦為主［6］.鉻鐵礦這些特征對判別金伯利巖含礦性具有一定指導(dǎo)意義.

為了研究瓦房店和蒙陰礦區(qū)鉻鐵礦成分與金伯利巖含礦性關(guān)系，筆者在山東蒙陰及遼寧瓦房店金伯利巖中選取了100件鉻鐵礦樣品作電子探針成分分析.在蒙陰中等含礦金伯利巖體中選了28件鉻鐵礦樣品，富礦金伯利巖體中選了9件鉻鐵礦樣品，貧礦金伯利巖體中選了7件，無礦金伯利巖體中選了6件.在瓦房店42號中等含礦金伯利巖體中選了11件鉻鐵礦樣品，在50號富礦金伯利巖巖管中選了13件鉻鐵礦樣品，在51號貧礦金伯利巖巖管中選了19件鉻鐵礦樣品；在1號無礦金伯利巖巖管體中選了7件鉻鐵礦樣品.

1 鉻鐵礦化學(xué)成分及分子式特征

電子探針成分分析結(jié)果（表1）顯示：山東蒙陰和遼寧瓦房店金伯利巖中鉻鐵礦化學(xué)成分含量MgO為7.65%～12.59%，F(xiàn)eO 18.71%～26.67%，TiO20.21%～2.58%，Al2O31.86%～11.84%，MnO 0.05%～0.22%，Cr2O347.96%～64.17%，顯示了鉻鐵礦富鎂的特征.

根據(jù)電子探針成分分析結(jié)果計算鉻鐵礦的礦物晶體化學(xué)式［7］，計算結(jié)果顯示：瓦房店和蒙陰2個金剛石礦區(qū)金伯利巖中鉻鐵礦分子式的Mg、Fe離子數(shù)接近，在0.5左右，少量Mg＞Fe，其鉻鐵礦種屬為富鎂鉻鐵礦.鉻鐵礦的端員組分主要為 MgCr2O4、MgAl2O4、FeCr2O4，還含有少量的MgTi2O4和FeO分子.

利用蒙陰金剛石礦區(qū)勝利1號小巖管（富礦）、勝利1號大巖管（中等含礦）、紅旗6號管（貧礦）、坡里巖脈（無礦），瓦房店金剛石礦區(qū)1號巖脈（無礦）、42號巖管（中等含礦）、51號巖管（貧礦）、50號巖管（富礦）中鉻鐵礦分子中 3價配位（Al4+、Cr3+、Fe3+）離子數(shù)，以 3個離子含量為單元組分做三角圖解（圖1）.Cr-Fe-Al三角圖顯示金伯利巖中鉻鐵礦有以下特點.

1）瓦房店1號無礦金伯利巖管鉻鐵礦分子中3價配位離子成分投點多集中分布在Al4+10%～30%，Cr3+55%～85%，F(xiàn)e3+5%～25%菱形區(qū)域內(nèi)，投點比較分散；蒙陰坡里無礦金伯利巖脈鉻鐵礦分子中3價配位離子成分投點多集中分布在Al4+10%～20%，Cr3+70%～85%，F(xiàn)e3+5%～15%三角形區(qū)域內(nèi)，投點比較集中.

2）瓦房店51號貧礦金伯利巖管鉻鐵礦分子中3價配位離子成分投點多集中分布在Al4+5%～40%，Cr3+50%～85%，F(xiàn)e3+5%～20%矩形區(qū)域內(nèi)，點比較分散；蒙陰6號貧礦金伯利巖管鉻鐵礦分子中3價配位離子成分投點多集中分布在Al4+2%～5%，Cr3+80%～90%，F(xiàn)e3+5%～15%小菱形區(qū)域內(nèi)，點比較集中.

表1 鉻鐵礦電子探針波譜微區(qū)化學(xué)成分分析數(shù)據(jù)平均值Table1 Chem ical composition analysis for chrom ite by electronic probe spectrum m icro-area

圖1 蒙陰和瓦房店礦區(qū)金伯利巖中鉻鐵礦分子鋁-鉻-鐵三角圖解Fig.1 The Al-Cr-Fe triangle plotof chromites in Mengyin andWafangdian kimberlite ore fieldsD1—蒙陰勝利1號大巖管；M6—蒙陰紅旗6號巖管；P—蒙陰坡里巖脈；SX1—蒙陰勝利1號小巖管（富礦）；W1—瓦房店1號巖管；W42—瓦房店42號巖管；W50—瓦房店50號巖管；W51—瓦房店51號巖管；X1—蒙陰勝利1號小巖管

3）瓦房店42號中等含礦金伯利巖管鉻鐵礦分子中3價配位離子成分投點多集中分布在Al4+5%～35%，Cr3+50%～95%，F(xiàn)e3+0～20%大矩形區(qū)域內(nèi)，點比較分散；蒙陰勝利1號中等含礦大金伯利巖管和部分小金伯利巖管鉻鐵礦分子中3價配位離子成分投點多集中分布在Al4+2%～10%，Cr3+80%～95%，F(xiàn)e3+0～15%小矩形區(qū)域內(nèi)，點比較集中.

4）瓦房店50號富礦金伯利巖管鉻鐵礦分子中3價配位離子成分投點多集中分布在Al4+5%～40%，Cr3+50%～90%，F(xiàn)e3+0～20%大矩形區(qū)域內(nèi)，點比較分散；蒙陰勝利1號富礦小金伯利巖管鉻鐵礦分子中3價配位離子成分投點多集中分布在Al4+2%～12%，Cr3+78%～88%，F(xiàn)e3+5%～15%小菱形區(qū)域內(nèi)，點比較集中.

5）蒙陰無礦、貧礦、中等含礦和富礦金伯利巖中鉻鐵礦分子中3價配位離子成分投點多集中分布在Al4+0～20%，Cr3+70%～95%，F(xiàn)e3+0～15%區(qū)域內(nèi)，點比較集中，顯示了鉻鐵礦分子中3價配位離子成分高鉻、低鐵、低鋁的特征.

6）瓦房店無礦、貧礦、中等含礦和富礦金伯利巖中鉻鐵礦分子中3價配位離子成分投點多集中分布在Al4+5%～40%，Cr3+50%～90%，F(xiàn)e3+0～20%區(qū)域內(nèi)，點比較分散，顯示了鉻鐵礦分子中3價配位離子成分高鉻、低鐵、中等含鋁的特征.

2 鉻鐵礦中不同成分關(guān)系特征

2.1 鉻鐵礦中Al2O3-Cr2O3成分關(guān)系特征

從山東、遼寧兩地金伯利巖中鉻鐵礦的Al2O3-Cr2O3關(guān)系圖（圖 2）可以看出：Al2O3與 Cr2O3含量具有反消長關(guān)系，金伯利巖中鉻鐵礦的Cr2O3含量為45%～70%，Al2O3含量為1%～24%，變化范圍較大.就同一巖體而言，從粗晶到基質(zhì)鉻鐵礦，具有Cr2O3含量降低，Al2O3含量增高的趨勢，說明金伯利巖巖漿演化朝Cr含量降低，Al含量升高的方向發(fā)展.蒙陰金伯利巖中鉻鐵礦顯示了Cr2O3含量高、Al2O3含量低的特點.

圖2 鉻鐵礦中Al2O3-Cr2O3成分關(guān)系圖Fig.2 Relationship between Al2O3 and Cr2O3 compositionsin chromites1—瓦房店50號巖管；2—瓦房店42號巖管；3—瓦房店1號巖管；4—瓦房店51號巖管；5—蒙陰勝利1號小巖管；6—蒙陰勝利1號大巖管；7—蒙陰紅旗6號巖管；8—蒙陰坡里巖脈

鉻鐵礦中的Al2O3含量和Cr2O3含量呈現(xiàn)的負相關(guān)關(guān)系反映了Cr和Al在八面體配位中存在完全類質(zhì)同象現(xiàn)象，這是它們具有相似的地球化學(xué)性質(zhì)造成的［8］.一般說來，金伯利巖的含礦性與鉻鐵礦中Cr2O3含量呈正相關(guān)，而與Al2O3含量呈負相關(guān)關(guān)系.

2.2 鉻鐵礦中FeO-Cr2O3成分關(guān)系特征

金伯利巖中鉻鐵礦的FeO含量變化范圍為14%～31%，變化范圍較大.FeO-Cr2O3關(guān)系圖（見圖3）顯示：鉻鐵礦中Cr2O3與FeO含量具有反消長關(guān)系，晶體化學(xué)成分計算表明Fe分別占據(jù)八面體位置和四面體位置，四面體位置中的Fe部分代替Cr使其形成反相關(guān)關(guān)系，Cr2O3與FeO2含量分布的區(qū)域特征不明顯，山東、遼寧產(chǎn)出的鉻鐵礦混雜分布，與含礦性的關(guān)系不顯著.

圖3 鉻鐵礦中FeO-Cr2O3成分關(guān)系圖Fig.3 Relationship between FeO and Cr2O3 compositionsin chromites1—瓦房店50號巖管；2—瓦房店42號巖管；3—瓦房店1號巖管；4—瓦房店51號巖管；5—蒙陰勝利1號小巖管；6—蒙陰坡里巖脈；7—蒙陰勝利1號大巖管；8—蒙陰紅旗6號巖管

2.3 鉻鐵礦中MgO-Cr2O3成分關(guān)系特征

山東、遼寧金伯利巖中鉻鐵礦的Cr2O3-MgO含量圖（圖4）顯示：MgO含量主要分布在6.5%~15.0%之間，變化范圍較寬，Cr2O3與MgO含量具有反消長關(guān)系，但不太顯著.鉻鐵礦中Mg成分在山東及遼寧鉻鐵礦中有很大程度的重合混雜.同樣，云煌巖、鉀鎂煌斑巖及不含礦的金伯利巖中鉻鐵礦成分也呈混雜分布［9］.這說明各種產(chǎn)狀的鉻鐵礦都存在廣泛的Mg、Fe完全類質(zhì)同象，因此不能用鉻鐵礦中Mg-Cr含量關(guān)系判別金剛石的含礦性.

2.4 鉻鐵礦中TiO2-Cr2O3成分關(guān)系特征

鉻鐵礦TiO2-Cr2O3含量散點圖（圖5）顯示：TiO2含量較低，與Cr2O3含量無相關(guān)關(guān)系.Soblev［10］研究前蘇聯(lián)雅庫特、和平、艾哈爾、國際、成功等重要巖管的金剛石包裹體中的鉻鐵礦720個樣品，其成分特征：Cr2O3含量 62%~67%，TiO2＜0.7%，MgO含量 10%～15.5%.本區(qū)的投點顯示鉻鐵礦大多位于Cr2O3含量62%～67%、TiO2＜0.7%區(qū)域內(nèi).

圖4 鉻鐵礦中MgO-Cr2O3成分關(guān)系圖Fig.4 Relationship between MgO and Cr2O3 compositionsin chromites1—瓦房店50號巖管；2—瓦房店42號巖管；3—瓦房店1號巖管；4—瓦房店51號巖管；5—蒙陰勝利1號小巖管；6—蒙陰坡里巖脈；7—蒙陰勝利1號大巖管；8—蒙陰紅旗6號巖管

金伯利巖巖漿結(jié)晶的鉻鐵礦以富鈦為特征，捕虜晶鉻鐵礦則以低鈦為特征.據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)，大部分的鉻鐵礦為捕虜晶，少量為金伯利巖巖漿結(jié)晶產(chǎn)物 .

遼寧瓦房店和山東蒙陰金伯利巖中鉻鐵礦的TiO2含量為0.1%～4.0%.粗晶比基質(zhì)中鉻鐵礦的MgO、TiO2含量低，F(xiàn)eO、Cr2O3含量高，說明鉻鐵礦在結(jié)晶過程中朝著MgO、TiO2含量增加，Cr2O3、FeO含量降低的方向進行，這也反映了金伯利巖漿向氧逸度增高的方向演化［12-13］.

3 結(jié)語

1）山東蒙陰和遼寧瓦房店金伯利巖中鉻鐵礦的Cr與Al、Mg與Fe的類質(zhì)同象替代普遍，鉻鐵礦的主要端員組分為 MgAl2O4、MgCr2O4、FeCr2O4分子，含有少量的MgO、TiO2和 FeO分子.含MgCr2O4分子高、MgAl2O4分子低的金伯利巖含礦性好.

2）產(chǎn)于蒙陰和瓦房店金剛石礦區(qū)金伯利巖中的鉻鐵礦具有高鉻、富鎂的特征，通常認為高Cr2O3、富MgO、低TiO2、低Al2O3的鉻鐵礦是來自含金剛石原生礦的指示礦物.

3）金伯利巖中不同世代的鉻鐵礦的化學(xué)成分不同，主要體現(xiàn)在鉻和鋁2個元素上.第一世代渾圓形斑晶鉻鐵礦Cr2O3含量多為56.0%～59.0%，Al2O3含量多為5.0%～7.0%；第二世代歪晶鉻鐵礦Cr2O3含量多為53.0%～57.0%，Al2O3含量多為6.0%～10.0%；第三世代鉻鐵礦Cr2O3含量多為47.0%～52.0%，Al2O3含量多為7.0%～15.0%.如果用Cr/（Cr+Al）=Cr′來表示鉻鐵礦與金伯利巖含礦性的關(guān)系，那么金剛石包裹體中鉻鐵礦的Cr′值為89.75%；富礦金伯利巖中的第一世代斑晶鉻鐵礦Cr′值為89.47%；中等含礦金伯利巖巖體中第一世代鉻鐵礦Cr′值為86.83%，第二世代鉻鐵礦Cr′值為82.74%；貧礦金伯利巖巖體中鉻鐵礦Cr′值為68.98%.金伯利巖巖體中含金剛石由富到貧，對應(yīng)金伯利巖體中鉻鐵礦Cr′值依次變低.研究認為，高鉻、低鋁的粗晶鉻鐵礦是金剛石找礦指示礦物.金伯利巖中鉻鐵礦Cr′值可作為判定金伯利巖巖體含礦與否的重要指標(biāo)之一.

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