山東沂源橄欖玄武巖地球化學特征

從相軍，李海賓，胡建超，鄭鋒

(中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心山東總隊，山東 濟南 250100)

金剛石是自然界中緊缺的礦種之一，被我國列為重要的戰(zhàn)略資源。20世紀六七十年代山東省發(fā)現(xiàn)多處金剛石原生礦，自此以后山東進行了大量的金剛石礦調(diào)查工作，獲取了大量的金剛石找礦線索。近年來并未發(fā)現(xiàn)金剛石原生礦，筆者認為，可以借助尋找金伯利巖同源巖漿巖，間接尋找金剛石原生礦?！吧綎|省沂源縣西里地區(qū)金剛石礦遠景調(diào)查”項目組在2017年度發(fā)現(xiàn)橄欖玄武巖體，巖體位于山東省沂源縣燕崖鎮(zhèn)、中莊鎮(zhèn)以及石橋鎮(zhèn)交界處。通過對巖體進行巖礦鑒定、化學分析、稀土元素及人工重砂分析，發(fā)現(xiàn)巖體中含有金剛石礦指示礦物鉻鐵礦和鉻透輝石，對金剛石礦原生礦尋找具有一定的意義。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

沂源地區(qū)位于華北板塊(Ⅰ)華北陸塊(Ⅱ)魯西隆起(Ⅲ)魯中隆起區(qū)(Ⅳ)馬牧池斷隆(Ⅴ)馬牧池凸起(Ⅵ)北部和沂山凸起(Ⅵ)南部。該區(qū)以西有NE走向的上五井斷裂，東距5km有NW走向的石橋-韓旺斷裂，2條區(qū)域性斷裂之間發(fā)育有NE，NW及近EW向的次級斷裂。該區(qū)東距郯廬斷裂帶約40km，調(diào)查區(qū)內(nèi)地層出露比較齊全，發(fā)育地層由老至新可分為新太古界、古生代寒武-奧陶系以及第四系。新太古代泰山巖群巖性以變質(zhì)花崗巖為主，次為灰—灰黑色黑云變粒巖，在該調(diào)查區(qū)內(nèi)并未出露地表。古生代寒武系巖性主要以紫紅色頁巖、鮞粒灰?guī)r及白云巖為主。奧陶系巖性主要為灰色厚—巨厚層狀灰?guī)r、白云巖。第四系主要為粘土質(zhì)粉砂，含礫中粗砂(圖1)。

1—北庵莊、土峪、五陽山組并層；2—東黃山、北庵莊組并層；3—三山子組；4—炒米店組；5—崮山組；6—張夏組；7—朱砂洞組、饅頭組并層；8—傲徠山序列松山單元；9—橄欖玄武巖；10—調(diào)查區(qū)范圍；11—斷裂構(gòu)造圖1 調(diào)查區(qū)區(qū)域地質(zhì)圖

2 橄欖玄武巖巖體特征

2.1 巖石學特征

橄欖玄武巖平面上呈條帶狀展布，剖面上呈似層狀，侵位于寒武紀長清群朱砂洞組及饅頭組。巖石新鮮面土黃色—灰黃色，略帶綠色色調(diào)，具斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。巖石由斑晶、基質(zhì)組成，斑晶由橄欖石假象、單斜輝石、角閃石、黑云母組成，粒徑一般0.3～3mm不等，雜亂分布，橄欖石呈半自形柱粒狀，少數(shù)呈兩端尖銳的六邊形，被皂石及少量碳酸鹽、硅質(zhì)交代，呈假象，部分隱約可見橫向裂紋；單斜輝石呈半自形柱粒狀，少部分呈近方形的八邊形，沿邊緣少皂石化、碳酸鹽化，常見2組近直交解理；角閃石紅褐色、黃褐色，半自形柱粒狀，常見熔蝕結(jié)構(gòu)，部分可見兩組近菱形解理，夾角約56°；黑云母紅棕色，葉片狀，多被細小黑云母置換呈假象。

基質(zhì)由斜長石、橄欖石假象、單斜輝石組成，斜長石呈半自形板條狀，長徑一般0.03～0.2mm，雜亂似格架狀分布，表面相對較干凈，局部硅化；橄欖石、單斜輝石呈半自形—他形柱粒狀，粒徑一般<0.1mm，少數(shù)0.1～0.2mm，雜亂似填隙狀分布于斜長石格架間，顯間粒結(jié)構(gòu)，橄欖石被皂石及少量硅質(zhì)、碳酸鹽交代呈假象，單斜輝石局部皂石化、碳酸鹽化。巖內(nèi)見少量碳酸鹽充填的顯微裂隙分布。

2.2 巖石化學特征

2.2.1 主量元素特征

在調(diào)查區(qū)共采橄欖玄武巖樣品10件進行化學全分析，分析結(jié)果顯示，該區(qū)橄欖玄武巖具有富鐵、富鎂的特征(表1)，MgO平均含量為7.99%，比一般玄武巖(MgO含量7.00%)[1]的含量稍微高0.99%，比遼寧含硼鎂鐵礦的橄欖玄武巖要低[2]。將10組化學分析結(jié)果投圖到硅堿圖中，調(diào)查區(qū)的橄欖玄武巖主要分布于堿性和亞堿性分界線兩側(cè)(圖2)[3]，調(diào)查區(qū)橄欖玄武巖屬于堿性玄武巖序列，但橄欖玄武巖的堿性較弱，符合一般橄欖玄武巖的特征[4]。計算橄欖玄武巖的特征值，F(xiàn)eO/MgO值介于0.05～0.29之間，變化范圍不大；巖石里特曼指數(shù)介于-3.60～5.40之間，根據(jù)劃分標準，若里特曼指數(shù)<3.3，稱為鈣堿性巖,3.3～9稱為堿性巖，調(diào)查區(qū)橄欖玄武巖為鈣堿性—堿性巖；巖石固結(jié)指數(shù)(SI)介于35.21～47.15之間，變化范圍不大，數(shù)據(jù)顯示巖漿分異程度中等。

圖2 橄欖玄武巖硅堿圖

2.2.2 稀土元素特征

對調(diào)查區(qū)內(nèi)的5件橄欖玄武巖進行稀土元素分析(表3、圖3)[5]，結(jié)果顯示，調(diào)查區(qū)稀土總量一般在88.21×10-6～112.79×10-6之間，平均為97.41×10-6。5個樣品在稀土元素標準化分布型式圖中表現(xiàn)出相同的變化趨勢，輕重稀土分餾明顯，且LREE分餾較強。La/Yb平均值為8.85，LREE/HREE介于7.28～7.77之間，顯示巖漿分異程度一般。δEu值介于0.98～1.01之間，δCe平均值為0.92，基本不顯示鈰、銪異常。

3 巖體地球物理特征

在調(diào)查區(qū)布置了1∶2000地面高精度磁法測量和視電阻率測深，磁法異常主要分布在調(diào)查區(qū)東部，面積較大，磁性特征為正負異常伴生(圖4)，最高值約520nT，最低值約-220nT，經(jīng)過現(xiàn)場查證，異常范圍內(nèi)出露有大面積橄欖玄武巖。為了解異常深部特征，在異常上布設(shè)有視電阻率測深剖面，剖面長120m，走向331°，其中70號點位于橄欖玄武巖出露的邊界處。由視電阻率等值線斷面圖(圖5)可知，地表以下不同深度內(nèi)均分布有低阻異常，順層產(chǎn)出于高阻異常中，傾向NW，低阻異常位置與磁異常位置對應(yīng)較好，推測該異常為橄欖玄武巖引起。根據(jù)劉效才等[6]，魯西地區(qū)金伯利巖地面磁測異常強度一般在200～500nT之間。

注：測試數(shù)據(jù)由中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心山東總隊分析。

表2 橄欖玄武巖特征值

表3 橄欖玄武巖稀土元素組成(10-6)

圖3 橄欖玄武巖稀土元素分配型式

1—橄欖玄武巖巖體范圍；2—電測深剖面；3—測深點位置；4—磁法等值線圖4 橄欖玄武巖磁法測量ΔT等值線平面圖

4 人工重砂

在巖體出露較好的位置取3件人工重砂樣品，經(jīng)鑒定，均出土大量金剛石指示礦物，即鉻鐵礦和鉻透輝石(表4)。鉻鐵礦鏡下特征為黑色，棱角—次棱角塊狀及半自形八面體為主，次渾圓粒狀少，微透明，瀝青光澤，高硬度，粒徑0.03～0.65mm。透輝石類鏡下特征為翠綠色，棱角—次棱角塊狀，透明，玻璃光澤，高硬度，粒徑0.10～0.60mm。

表4 人工重砂出土金剛石指示礦物

選取10粒鉻鐵礦進行電子探針分析(表5)，分析結(jié)果根據(jù)《山東金剛石地質(zhì)》[7]和《金剛石找礦指示礦物研究及數(shù)據(jù)庫》[8]中關(guān)于金伯利巖特征礦物中鉻鐵礦劃分方法，以及蒙陰含礦金伯利巖中鉻鐵礦的化學成分，來確定鉻鐵礦的來源類型。分析結(jié)果顯示10粒為鎂質(zhì)鉻鐵礦。根據(jù)鉻含量高低劃分有1粒為中鉻鉻鐵礦(DT1503-4)，為金伯利巖型鉻鐵礦。根據(jù)鐘鳳竹[9]等人提出的方法，DT1503-4號鉻鐵礦滿足其要求，指示巖體可能含金剛石。

圖5 橄欖玄武巖視電阻率測深剖面圖

據(jù)鉻鐵礦分析結(jié)果及以往資料[8]繪制了相關(guān)元素的散點圖(圖6)，在Cr2O3-MgO二元組分關(guān)系圖上，有10粒落入金伯利巖型鉻鐵礦范圍內(nèi)；若在Cr2O3-TiO2二元組分關(guān)系圖上，則只有DT1503-4號鉻鐵礦落入金伯利巖型鉻鐵礦范圍內(nèi)。

綜上所述，DT1503-4號鉻鐵礦為鎂質(zhì)中鉻鉻鐵礦，為金伯利巖型鉻鐵礦，指示了巖體中可能含金剛石。

5 討論

調(diào)查區(qū)橄欖玄武巖巖體經(jīng)顯微鏡下觀察，可見被皂石化的橄欖石假象、磷灰石、長石、云母以及少量輝石，巖內(nèi)見少量碳酸鹽充填的顯微裂隙分布。蒙陰金伯利巖鏡下可見云母、蛇紋石、磷灰石、方解石、蛇紋石化橄欖石假象以及呈細脈狀充填在裂隙中的碳酸鹽類礦物[10]。通過對比蒙陰金伯利巖，可以看出，該次調(diào)查發(fā)現(xiàn)的橄欖玄武巖含有礦物與蒙陰地區(qū)金伯利巖具有相似性。

調(diào)查區(qū)橄欖玄武巖化學成分與蒙陰勝利Ⅰ號巖管化學成分進行對比發(fā)現(xiàn)，橄欖玄武巖與其他超基性巖相比，其SiO2平均含量42.27%，比勝利Ⅰ號平均含量33.19%[11]偏高；MgO，Cr2O3含量比勝利Ⅰ號巖管稍低，其他元素的含量基本與勝利Ⅰ號巖管一致。

調(diào)查區(qū)稀土元素含量較低，標準化分布形式圖為向右傾斜的曲線，為輕稀土富集型，La/Yb值、LREE/HREE值較低，基本不顯示鈰、銪異常，其特征與山東蒙陰勝利Ⅰ號巖管中早期金伯利巖以及橄欖巖捕擄體相似[12]。

調(diào)查區(qū)出土大量的金剛石指示礦物(鉻鐵礦和鉻透輝石)，通過對人工重砂取得的金剛石指示礦物鉻鐵礦進行電子探針微區(qū)分析，并與金剛石找礦指示礦物數(shù)據(jù)庫進行對比，確定測試的鉻鐵礦來自金剛石母巖巖體。蒙陰金剛石礦普查時，僅取得1粒鎂鋁榴石就追索到金剛石原生礦[13-14]，說明該區(qū)具有尋找金剛石礦的潛力。

1—非金伯利巖中鉻鐵礦；2—金剛石包裹體的鉻鐵礦；3—金伯利巖中鉻鐵礦；4—巖體中鉻鐵礦；5—金伯利巖型鉻鐵礦分布范圍；A—高鉻鉻鐵礦；B—中鉻鉻鐵礦；C—低鉻鉻鐵礦圖6 橄欖玄武巖Cr2O3-MgO，Cr2O3-TiO2圖解

樣品編號檢測項目及結(jié)果Na2OMgOAl2O3SiO2FeOMnOTiO2CaOK2OCr2O3NiO分類名稱DT1705-10.028.9811.090.0423.860.250.46——51.820.05鎂質(zhì)低鉻鉻鐵礦DT1705-20.0110.3211.870.0422.100.180.62——51.010.03鎂質(zhì)低鉻鉻鐵礦DT1503-3—11.8011.420.0818.460.190.33——53.960.06鎂質(zhì)低鉻鉻鐵礦DT1503-4—12.089.940.0917.370.220.38——56.330.07鎂質(zhì)中鉻鉻鐵礦DT1503-5—11.1212.200.0620.230.220.35——51.280.05鎂質(zhì)低鉻鉻鐵礦DT1503-60.0410.0512.260.0822.230.260.360.01—50.450.04鎂質(zhì)低鉻鉻鐵礦DT1504-7—10.0511.140.0522.480.270.52——51.560.11鎂質(zhì)低鉻鉻鐵礦DT1504-80.0310.4910.410.0820.360.240.38——54.430.06鎂質(zhì)低鉻鉻鐵礦DT1504-90.049.6411.730.0923.600.250.640.01—50.180.10鎂質(zhì)低鉻鉻鐵礦DT1504-10—13.4312.000.1115.900.210.25——54.910.14鎂質(zhì)低鉻鉻鐵礦

6 結(jié)論

(1)山東沂源西里地區(qū)出土大量金剛石指示礦物，超基性巖分布、成礦地質(zhì)條件與蒙陰金剛石原生礦成礦地質(zhì)條件相似。通過分析，人工重砂出土鉻鐵礦來源于金剛石賦礦母巖。

(2)調(diào)查區(qū)橄欖玄武巖與蒙陰地區(qū)金伯利巖化學成分、伴生礦物、稀土元素相似，它們在成因上應(yīng)該具有內(nèi)在聯(lián)系，應(yīng)屬于同一構(gòu)造環(huán)境下巖漿活動的產(chǎn)物。

(3)根據(jù)以往地質(zhì)資料顯示，在前蘇聯(lián)科里亞克高原等地的橄欖玄武巖中發(fā)現(xiàn)了金剛石。因此，該調(diào)查區(qū)發(fā)現(xiàn)的橄欖玄武巖對尋找金剛石具有積極的作用。下一步，除對巖體含礦性進行評價之外，還應(yīng)關(guān)注巖漿上升通道位置以及侵位方向，有可能在該區(qū)發(fā)現(xiàn)金伯利巖巖體。