陜西佛坪剛玉礦床成因初探

令偉偉

（大陸動力學國家重點實驗室·西北大學地質(zhì)學系，陜西西安710069）

陜西佛坪剛玉礦床成因初探

令偉偉*

（大陸動力學國家重點實驗室·西北大學地質(zhì)學系，陜西西安710069）

研究了南秦嶺構(gòu)造帶的陜西佛坪剛玉礦床，該礦床賦存于南秦嶺佛坪穹隆核部地區(qū)的一套高級變質(zhì)巖系中，含礦巖石為黑云剛玉鉀長片麻巖。經(jīng)巖石地球化學、原巖恢復等研究表明，這是一個由富鋁富鉀貧硅的粘土巖經(jīng)過區(qū)域變質(zhì)作用高級角閃巖相變質(zhì)形成的礦床。

剛玉；佛坪地區(qū)；變質(zhì)礦床

剛玉作為一寶石類礦床，因其形成的特殊地質(zhì)條件和市場價值而具有重要的經(jīng)濟地質(zhì)學意義。在我國地質(zhì)勘查找礦工作中發(fā)現(xiàn)的山東昌樂福建明溪藍寶石礦床和云南哀牢山紅寶石礦床，引發(fā)了國內(nèi)外寶石界的廣泛關(guān)注。陜西佛坪亦產(chǎn)出剛玉礦床，本文擬通過對礦床的巖石學、地球化學研究，以對礦床的成因做初步揭示。

1　區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)位于南秦嶺構(gòu)造帶的佛坪穹隆核部地區(qū)，佛坪穹?。?］由陜西地礦局區(qū)調(diào)隊最先提出。前人研究表明，佛坪穹隆構(gòu)造是由晚太古代—早元古代結(jié)晶雜巖基底、晚元古代末—古生代變質(zhì)巖系蓋層及晚古生代—中生代初期花崗巖類等3大套不同構(gòu)造巖石單元組成，以基底與蓋層間的復合型界面接觸關(guān)系和花崗巖類的侵入穿插關(guān)系統(tǒng)一形成的構(gòu)造變形、變質(zhì)作用和巖漿侵入三位一體的復合型熱構(gòu)造穹隆。從穹隆邊部到核部依次發(fā)育黑云母帶→石榴石帶→十字石、藍晶石帶→矽線石帶，變質(zhì)程度從低綠片巖相到高角閃巖相、麻粒巖相［1-3］。

佛坪穹隆核部出露古老結(jié)晶基底雜巖主要分布于南側(cè)的佛坪地區(qū)及北側(cè)的龍草坪地區(qū)，即佛坪巖群和龍草坪片麻巖套，前者主要是一套石榴黑云斜長片麻巖—剛玉黑云鉀長片麻巖—斜長角閃巖組合，后者則為角閃斜長片麻巖—黑云斜長片麻巖組合［4］。由同位素定年結(jié)果［4-5］，佛坪巖群年齡為（2250～1847）Ma，屬早元古代，龍草坪片麻巖套年齡為（2506～2284）Ma，最早形成于晚太古代。佛坪穹隆蓋層巖系主要由晚震旦—晚古生代地層組成，其原巖為碎屑巖—碳酸鹽巖組合且以碎屑巖為主。佛坪地區(qū)出露花崗巖主要為五龍巖體群，包括華陽、五龍、老城（西岔河）、胭脂壩等花崗巖體［6］，為南秦嶺花崗巖的分布中心。

2　巖石特征及分析測試方法

2.1地質(zhì)特征

佛坪縣城南東岳殿一帶出露的剛玉片麻巖，呈寬度為50～100m的條帶在椒溪河東西兩岸呈近東西向分布，構(gòu)造位置處于佛坪穹隆核部。樣品采自于河岸西側(cè)半山坡的剛玉礦點探槽附近。地質(zhì)剖面上（圖1），巖石鉀化較強，佛坪巖群巖石組合為剛玉黑云鉀長片麻巖、二云鉀長片麻巖、大理巖，構(gòu)造特征以平直的條帶狀構(gòu)造為主，條帶較連續(xù)，褶皺構(gòu)造不發(fā)育。

2.2含礦巖石特征

巖石野外露頭沿片麻理方向可見自形程度很好的六方柱狀鋼灰色剛玉晶體。巖石具有片麻狀構(gòu)造，斑狀變晶結(jié)構(gòu)，基質(zhì)具有鱗片粒狀變晶結(jié)構(gòu)。變斑晶為剛玉（5%±），多為自形柱狀，粒度為5～30mm，最長可達50～60mm；基質(zhì)由條紋石（75%±）、黑云母（15%±）組成，粒度為0.5～1.5mm；次要礦物為白云母，副礦物為鋯石。剛玉呈長柱狀，無色透明，裂理極為發(fā)育。最大晶面與片麻理平行，反映沿片麻理生長較快，具有同構(gòu)造生長的特點。剛玉柱狀者顆粒粗大，外圍多有白云母（絹云母）包裹，形成白眼圈構(gòu)造，為次生產(chǎn)物，一些晶體中可見聚片雙晶；不規(guī)則粒狀、細粒集合體者沿片麻理呈定向分布。鉀長石呈他形粒狀鑲嵌結(jié)構(gòu)，多為正條紋長石，少量顆粒中見有黑云母、鋯石包裹體，部分強高嶺土化。黑云母呈紅棕色，指示巖石具有中高級、高級變質(zhì)的特征，其具有鱗片狀斷續(xù)定向分布的特征且定向與片麻理走向一致，白云母或環(huán)繞剛玉，或與黑云母交生，為次生礦物。

圖1　東岳殿西坡佛坪巖群剛玉片麻巖實測地質(zhì)剖面圖

2.3分析測試方法

全巖主量元素、微量元素分析均在西北大學大陸動力學國家重點實驗室完成。

主量元素用樣品的堿熔玻璃片在日本理學（RIGAKU）產(chǎn)RIX2100型X射線熒光光譜儀（XRF）上測試，分析過程中采用BCR-2和GBW07105標樣監(jiān)控，分析精度優(yōu)于5%，燒失量（LOI）在烘箱中高溫（1000℃）烘烤90min后稱重獲得。微量元素和稀土元素含量測試在美國Agilent公司生產(chǎn)的Agilent7500a等離子質(zhì)譜儀上完成，采用BHVO-2、AGV-2、BCR-2、GSP-1國際標樣監(jiān)控，分析誤差多小于5%。

3　含礦巖石地球化學特征

表1　佛坪剛玉片麻巖全巖地球化學分析結(jié)果及相關(guān)參數(shù)

3.1主量元素特征

佛坪剛玉片麻巖SiO2含量為57.59%～59.89%，平均為58.53%；Al2O3含量為21.56%～22.64%，平均為22.10%，反映樣品中富鋁礦物較多；K2O含量為9.19%～10.99%，平均為10.30%，K2O含量高，Na2O含量則相對較低，K2O/Na2O=2.55～4.82，平均3.90，顯明其原巖富鉀。低硅高鋁不僅是生成剛玉的重要條件，同時也表明原巖可能源于高鋁的沉積巖（表1）。

3.2稀土及微量元素特征

佛坪剛玉片麻巖稀土元素總量高，∑REE= 254.22～384.09μg/g，∑LREE/∑HREE=24.53～48.49，（La/Yb）N=4.01～7.68，平均為6.19，稀土配分曲線為右傾型（圖2a），輕稀土明顯富集，重稀土虧損，輕重稀土分異強烈。δEu=1.42～2.34，樣品有明顯的Eu正異常，δCe=0.93～0.97，基本無Ce異常。

剛玉片麻巖微量元素Sm/Nd值為0.10～0.12，Th的平均含量為38.38μg/g，符合佛坪雜巖Sm/Nd值較低（＜0.20）、區(qū)域高Th背景的特征［9］，U的平均含量為5.75μg/g，Th/U=4.15～10.63，平均值7.33。與太古宙頁巖和太古后頁巖的Th、U、Th/U值（6.3±1.4μg/g、14.6±1.2μg/g、3.9±0.5；1.6±0.4μg/g、3.1±0.4μg/g、4.5～5.5）［10］相比，趨近于后者，表明這些樣品的原巖具太古后碎屑沉積巖的特點。微量元素的原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖顯示，剛玉片麻巖富集Rb、Th、U、K等活潑元素，虧損Sr、P、Ti等惰性元素（圖2b）。Ba、Rb易進入含K礦物且?guī)r石中鉀長石含量達到75%，故Ba、Rb應主要賦存于鉀長石中。

3.3原巖恢復

圖2　佛坪剛玉片麻巖北美頁巖標準化稀土元素配分圖（a）及微量元素原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖（b）（標準化值據(jù)參考文獻［7-8］）

在A-C-FM圖解上（圖3），剛玉片麻巖樣品數(shù)據(jù)點落入富鋁的粘土巖及酸性火山巖范圍內(nèi)。稀土元素屬于較惰性的元素，在變質(zhì)作用過程中的變化相對較小，樣品的La/Yb范圍在42.57～81.47，平均值為65.63，∑REE范圍在254.22～384.09μg/g，平均值為314.09μg/g，在La/Yb-∑REE判別圖解中（圖3），樣品幾乎都落在泥質(zhì)的頁巖和粘土巖范圍內(nèi)及附近。綜合分析，剛玉片麻巖的原巖應為富鋁的粘土巖。

圖3　剛玉片麻巖原巖判別圖解（底圖引自文獻［11］）

4　生成剛玉的變質(zhì)反應與溫壓條件

由于Al2O3對SiO2具有很強化學親和力，容易結(jié)合形成硅酸鹽礦物和水化物，形成剛玉必需達到高溫、富鋁、貧硅的特殊條件［12］，這指示了剛玉片麻巖形成的環(huán)境。關(guān)于變質(zhì)特征礦物剛玉的溫壓形成條件，因為缺乏可利用的地質(zhì)溫壓計，故只能做定性分析。在泥質(zhì)變質(zhì)巖中，中級變質(zhì)的角閃巖相與高級變質(zhì)的麻粒巖相的臨界反應為白云母+石英→矽線石+鉀長石，在中壓條件下，其變質(zhì)反應的溫度為650℃～730℃、壓力為0.3～0.5GPa［13］。再根據(jù)實驗資料（圖4），在中壓條件下（壓力為0.3～0.5GPa），白云母→剛玉+鉀長石+水的變質(zhì)反應條件為溫度700℃～750℃。

圖4　變泥質(zhì)巖的變質(zhì)反應與巴羅式變質(zhì)帶等變線［14］（帶*的變質(zhì)反應式根據(jù)參考文獻［15］）

富鋁、富鉀礦物共生組合，巖石的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造以及變質(zhì)反應的溫壓條件等綜合表明剛玉片麻巖是中壓相系區(qū)域變質(zhì)作用高級角閃巖相條件以上變質(zhì)的產(chǎn)物。

5　結(jié)論

（1）佛坪剛玉黑云鉀長片麻巖礦物共生組合為剛玉+黑云母+鉀長石+鋯石，其原巖為富鋁、富鉀、貧硅的粘土巖。

（2）含剛玉巖石是一套中壓相系區(qū)域變質(zhì)作用高級角閃巖相條件以上變質(zhì)的產(chǎn)物，而該剛玉礦床為變質(zhì)巖型。

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P619

A

1004-5716（2016）06-0089-04

2016-02-29

2016-03-02

項目來源：西北大學地質(zhì)學系國家理科人才創(chuàng)新基金項目（XDCX2010-07）資助。

令偉偉（1989-），男（漢族），新疆烏魯木齊人，西北大學在讀碩士研究生，研究方向：礦物學、巖石學、礦床學。