吉林省橄欖石礦床地質(zhì)特征及成礦預(yù)測

孫立巖，李忠水，劉 吉，曾慶斌

（中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心吉林總隊(duì)，吉林 長春 130033）

1 區(qū)域地質(zhì)背景

礦區(qū)屬中國東部大陸邊緣裂谷—斷裂活動(dòng)帶的東北部，敦化—密山巖石圈斷裂帶內(nèi)，礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造概況見圖1。

1.1 地層

礦區(qū)出露地層為新元古界張廣才嶺巖群新興巖組(Pt3x)，新生界新近系船底山組(N2c)及第四系沼澤沉積層(Qhf)。

張廣才嶺巖群新興巖組，為變質(zhì)細(xì)砂巖、變質(zhì)粉砂巖、板巖，常見有黃鐵礦包皮假晶，接觸帶具角巖化。厚3680m。新近系船底山組(N2c)為含礦地層，巖石為灰黑色塊狀、氣孔狀—杏仁狀橄欖玄武巖。上部夾一層玄武質(zhì)晶屑、巖屑凝灰?guī)r。中部夾兩層凝灰質(zhì)砂巖，底部偶見砂礫石層。該層底部的灰黑色致密塊狀橄欖玄武巖為寶石級橄欖石的含礦母巖，沿敦—密構(gòu)造斷裂帶分布，呈巖株?duì)町a(chǎn)出，不連續(xù)，一般厚2～10m。第四系沼澤沉積層(Qhf)，主要為淤泥、草炭土。

1.2 構(gòu)造

區(qū)內(nèi)以斷裂構(gòu)造為主，主要為敦化—密山超殼斷裂。該斷裂附近還分布有次一級斷裂構(gòu)造，這些斷裂構(gòu)造控制著新生代玄武巖漿的噴發(fā)，是控礦構(gòu)造。

1.3 巖漿巖

圖1 礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造簡圖

區(qū)內(nèi)巖漿巖發(fā)育，主要為晚古生代二疊紀(jì)侵入巖和新生代大面積玄武巖漿的噴發(fā)。晚古生代二疊紀(jì)侵入巖有石門(P3T1sγδ)、小蒲柴河(P3T1xγδ)、亮兵(P3T1lηγ)、仁義頂子(P3T1rγδ)吉祥(P3T1jηγ)單元和白堊紀(jì)江南單元(Kjγπ)。

石門單元(P3T1sγδ)，巖性為中粒角閃石花崗閃長巖；小蒲柴河單元(P3T1xγδ)，巖性為中細(xì)粒黑云母花崗閃長巖；亮兵單元(P3T1lηγ)，巖性為中細(xì)粒二長花崗巖；仁義頂子單元(P3T1rγδ)，巖性為似斑狀花崗閃長巖；吉祥單元(P3T1jηγ)，巖性為二云二長花崗巖；江南單元(Kjγπ)，巖性為花崗斑巖。

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 含礦層及礦層特征

含礦地層為新近系船底山組(N2c)，為灰黑色塊狀、氣孔狀、杏仁狀橄欖玄武巖，該組底部灰黑色致密塊狀橄欖玄武巖為寶石級橄欖石的含礦母巖。含礦母巖由橄欖玄武巖和橄欖巖包體兩部分組成，橄欖玄武巖：呈灰黑色，間隱晶粒結(jié)構(gòu)，致密塊狀構(gòu)造。礦物成分有：斜長石呈長板狀，粒徑0.5～1.0mm，含量30%～40%；橄欖石呈粒狀，粒徑0.1～1mm，含量20%～25%；輝石呈柱狀，粒徑0.1～0.3mm，含量10%～20%；玻璃質(zhì)含量40%～70%。橄欖巖包體以大小不等的橢圓狀、棱角、角礫狀包體分布在灰黑色橄欖玄武巖中，二者界線明顯，巖石中包體含量占30.4%。其包體直徑大小不一，一般5～10cm，大者可達(dá)20cm，包體被黑色橄欖玄武巖熔結(jié)，包體大小及含包率沿垂深加大增加，寶石級橄欖石多產(chǎn)于包體中，礦體呈層狀。調(diào)查區(qū)由北向南，礦層底板標(biāo)高逐漸降低，標(biāo)高740～700m，含礦層傾角5～30°。自北向南礦體厚度變薄11.5～8m，含包率降低，包體直徑變小。

2.2 礦石質(zhì)量

橄欖巖中主要礦物成分為鎂橄欖石85%、輝石10%，副礦物有尖晶石、磁鐵礦。

橄欖石：黃綠、淡綠、翠綠色，多呈粒狀，少數(shù)為雙凸透鏡狀；玻璃光澤，透明—半透明，貝殼狀斷口，硬度7，條痕無色，礦物粒度多為0.5～3mm，少數(shù)為3～10mm，多具裂紋或棉狀物，偶含氣泡。粗晶中透明度好，無裂紋或棉狀紋，無氣泡或雜質(zhì)者為寶石級橄欖石。橄欖石X-射線衍射結(jié)果見圖2。

輝石：主要為斜方輝石，次為單斜輝石。斜方輝石為灰褐—灰綠色，短柱狀，板狀及粒狀，玻璃光澤，透明—半透明，見兩組解理，粒度0.5～15mm，個(gè)別達(dá)20cm，晶體中時(shí)而包裹橄欖石或尖晶石。單斜輝石呈翠綠色粒度0.5～3mm，含量甚微。

尖晶石：呈八面體及不規(guī)則粒狀，粒度0.2～0.5mm，粗晶者為黑色，細(xì)粒者為紅褐色，玻璃光澤，半透明。

圖2 橄欖石X-射線衍射曲線

磁鐵礦：為灰黑色粒狀，半金屬光澤，條痕櫻紅色，具有磁性，有的已氧化成赤鐵礦，礦物粒度小于0.5mm。

橄欖石寶石有三種存在形式：①賦存在橄欖石包體中；②呈橄欖石晶胞集合體；③少數(shù)呈橄欖石單晶分布在玄武巖中。按其賦存狀態(tài)和礦物組合劃分礦石類型：橄欖石—輝石包體型礦石、橄欖石晶胞型礦石、橄欖石單晶型礦石。包體型礦石以橄欖石為主，與輝石等礦物組成橄欖石包體，呈次棱角狀—次圓狀被玄武巖熔接。包體大小相差懸殊，一般3～10cm，大者達(dá)25cm，小者1～2cm，寶石主要產(chǎn)于其中，約占產(chǎn)出寶石量的60%～70%；晶胞型礦石以橄欖石集合體成晶胞被玄武巖熔接，一般晶胞3～7cm，個(gè)別達(dá)13～22cm，小者1～2cm，其單晶大小相差不大，寶石質(zhì)量好，顆粒大約占產(chǎn)出寶石量的30%～40%；單晶型礦石，以橄欖石單晶被熔接于玄武巖中，晶體自形程度高，透明度好晶粒粒度3～10mm，大者達(dá)12～15cm，寶石質(zhì)量好，顆粒大約占寶石量的1%～2%。其化學(xué)成分見下頁表。

橄欖石寶石SiO2含量在44.08%～46.32%之間，MgO含量在39.59%～45.64%之間變化。吉林省的橄欖石寶石屬貴橄欖石，少數(shù)為鎂橄欖石。

3 成礦過程模式及找礦標(biāo)志

3.1 成礦過程模式

橄欖石產(chǎn)出地質(zhì)背景及礦床地質(zhì)特征分析，可以將寶石礦床的成礦過程模式分為四個(gè)階段。

(1)地幔原始橄欖石形成階段。

利用單輝石(Opx或Cpx)地質(zhì)溫度—壓力計(jì)算方法獲得的與其共生的溫度壓力條件。由于輝石與橄欖石呈平衡共生關(guān)系，故可知橄欖石結(jié)晶的溫度為900～1100℃，壓力為12～20kb。根據(jù)1kb相當(dāng)于地下深度3.3km，可以估算橄欖石來源深度約為40km以上的上地幔，這說明在敦化地區(qū)的地幔玄武巖漿中橄欖石早已存在，地幔橄欖石是地幔成礦作用的產(chǎn)物。堿性玄武巖中普遍含有橄欖石礦物巨晶或其礦物顆粒的集合體已經(jīng)成為巖石學(xué)家的共識(shí)。

橄欖石寶石化學(xué)成分(%)

(2)地幔流體的交代熔融作用過程。

吉林尖晶石二輝橄欖巖中過渡族元素與原始地幔相比，存在虧損，但從研究區(qū)深部地幔中尚保存有大量的地幔橄欖石碎塊。從碎塊中尚有一些斜方輝石和單斜輝石的情況看，本區(qū)地幔虧損不大，橄欖巖類的包體僅經(jīng)歷了較低程度的部分熔融。地幔流體的交代熔融作用造成了礦石碎塊的渾圓狀，次棱角狀，它是寶石殘碎斑結(jié)構(gòu)，不等粒結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的主要原因。正是由于這些特點(diǎn)使析離出的橄欖石形成粗晶，巨晶或呈晶包散布在堿性玄武巖中，為橄欖石寶石礦床的形成打下了良好的基礎(chǔ)。

(3)巖漿上侵階段。

第三紀(jì)船底山期由于地?；顒?dòng)的加劇，沿著NE向的敦密斷裂，堿性玄武巖漿借助強(qiáng)大的爆發(fā)力攜帶大量橄欖巖包體快速上涌到地殼淺部，以火山頸相或噴出相、爆發(fā)相重新就位。能夠造成爆發(fā)巖筒式巖體的條件是多組相互交匯的斷裂構(gòu)造帶，當(dāng)斷裂發(fā)生活化時(shí)，巖漿快速上涌，能量得到釋放。橄欖石包體隨巖漿升遷至地殼上部，形成橄欖石寶石礦床。

(4)橄欖石保存階段。

寶石形成后，能否被保存下來，十分重要。在地幔流體作用下，橄欖石寶石之所以被保存下來，是由于后期的火山活動(dòng)，如礦體的頂板仍被碧玄巖，凝灰?guī)r所覆蓋，使寶石沒有遭受風(fēng)化剝蝕，再加上該地區(qū)茂密的植被條件，都為橄欖石的保存提供了條件。

敦化橄欖石礦體出露標(biāo)高均在700m以上。由于切割作用，玄武巖均分布于山頂之上，被稱為高地玄武巖。另外橄欖石寶石礦床都出現(xiàn)在次火山頸相位置，礦體形態(tài)為漏斗狀或蘑茹狀，再加上晚期火山凝灰?guī)r及第四紀(jì)的覆蓋，寶石礦床保存條件極好，形成在現(xiàn)今經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件下可被開發(fā)利用的橄欖石寶石礦床。

3.2 找礦標(biāo)志

(1)船底山組下部層位的礦體露頭及含礦磚石即為直接找礦標(biāo)志。

(2)自然重砂中較大量的大顆粒橄欖石可作為間接找礦標(biāo)志。

(3)船底山組下部的堿性橄欖玄武巖層是礦體賦存的有利層位。

(4)斷裂的交匯部位是火山通道的有利部位，也是礦體由上而下的有利部位。

4 成礦預(yù)測

橄欖石礦主要分布于蛟河、敦化、安圖二道白河地區(qū)。此區(qū)在新生代強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，形成含有大量幔源橄欖巖包體的堿性橄欖玄武巖、碧玄巖帶，該成礦帶走向北西，延長約50km。寶石級的橄欖石產(chǎn)于橄欖石包體內(nèi)，粗大單晶產(chǎn)于堿性橄欖玄武巖中，目前已發(fā)現(xiàn)的礦體呈漏斗狀—似層狀。橄欖石為綠色、黃綠色、自形程度高、晶瑩透明、質(zhì)量好。通過近幾年的勘查，又在該帶南段和北段發(fā)現(xiàn)多處礦點(diǎn)，該帶仍有較大的資源潛力。此外，伊通火山群、龍崗火山群、長白火山群，其中均見有富含橄欖石包體，其特征與敦化橄欖石基本相同，具有較好的成礦遠(yuǎn)景。

[1]于宏偉,楊志光,等.吉林省東部橄欖石寶石普查報(bào)告[R].2000.

[2]彭玉鯨,唐守賢.吉林省區(qū)域地質(zhì)志[M].北京:地質(zhì)出版社,1988.