山東蒙陰金伯利巖帶地球化學(xué)特征和源區(qū)性質(zhì)

王海芹 禚傳源 王秀鳳 牛志力 馬曉東 禇志遠 李勝虎 呂青 馬莉

摘要： 通過主量、微量和稀土元素對山東蒙陰地區(qū)的3個金伯利巖帶的金伯利巖、輝綠巖、煌斑巖地球化學(xué)特征進行分析研究。結(jié)果表明，金伯利巖的巖性偏堿性且富鉀，K2O、TiO2、P2O5比一般的超基性巖石含量明顯高；微量元素中Ba、Th、Ta、Cr、Ni元素含量明顯高，Sr和Y、Yb含量相對原始地幔偏低。金伯利巖稀土元素總量偏高、輕稀土富集，重稀土虧損?？傮w無明顯的Eu負異常。暗示了深部地幔成因的金伯利巖巖漿分異程度較低，基性程度相對高，巖漿混合了深部的榴輝巖和相對較淺的地幔橄欖巖，可能存在二輝橄欖巖和榴輝巖、花崗質(zhì)等包體捕擄體來源的混雜性。從地幔深部的高溫高壓的環(huán)境下，金伯利巖巖漿攜帶深部的金剛石礦物捕擄體沿輝綠巖侵位通道侵入上涌，在接近地表，溫壓驟降，巖漿巖隱爆就位，最后形成常馬、西峪、坡里三個金伯利巖帶。

關(guān)鍵詞： 金伯利巖帶；金剛石；地球化學(xué)；地幔成因；山東蒙陰

中圖分類號： P597＋.3；P619.24＋1 ????文獻標識碼： A ???doi：10.12128/j.issn.1672 6979.2023.02.003

引文格式： 王海芹，禚傳源，王秀鳳，等.山東蒙陰金伯利巖帶地球化學(xué)特征和源區(qū)性質(zhì)［J］.山東國土資源，2023，39（2）：17 24.WANG Haiqin， ZHUO Chuanyuan， WANG Xiufeng， et al. Analysis on Geochemical Characteristics and Source Types of Kimberlite Belt in Mengyin County in Shandong Province［J］.Shandong Land and Resources，2023，39（2）：17 24.

0 引言

金伯利巖屬于偏堿性的鎂鐵質(zhì)超基性巖，是自然界起源最深的巖漿，來自150～300km的高溫、高壓的上地幔［1 3］，攜帶了寶貴的深部地質(zhì)信息，是研究地幔物質(zhì)組成的重要渠道。我國目前發(fā)現(xiàn)的金伯利巖體主要集中于遼寧瓦房店和山東蒙陰兩地。其中1965年在山東省蒙陰地區(qū)首次發(fā)現(xiàn)了含有金剛石原生礦的蒙陰金伯利巖［4 7］，隨后受到廣泛的關(guān)注，前人對其巖石學(xué)、年代學(xué)、地球化學(xué)以及陸殼演化做過深入的研究工作［8 10］。但對常馬、西峪、坡里三個巖帶的金伯利巖巖石地球化學(xué)性質(zhì)系統(tǒng)性對比分析的研究工作相對缺乏。本次工作通過主量、微 量和稀土元素分析對蒙陰地區(qū)的3個金伯利巖帶的金伯利巖（以及其內(nèi)團塊狀的花崗質(zhì)捕擄體）、伴生的輝綠巖、煌斑巖地球化學(xué)特征進行系統(tǒng)分析和研究，并結(jié)合巖石學(xué)和年代學(xué)方面的資料討論蒙陰金伯利巖的深部地幔的成巖環(huán)境和源區(qū)性質(zhì)。

1 地質(zhì)概況及巖脈特征

蒙陰地區(qū)金伯利巖產(chǎn)于沂沭斷裂帶以西的華北板塊魯西隆起區(qū)魯中隆起內(nèi)，金伯利巖區(qū)附近主要分布NE向的上五井斷裂和NW向的蒙山斷裂、新泰 垛莊斷裂、銅冶店 孫祖斷裂（圖1）。研究區(qū)內(nèi)出露的沉積蓋層主要為寒武紀饅頭組、張夏組。結(jié)晶基地為 新太古代傲徠山序列二長花崗巖。新太古代形成的 ?韌性剪切帶，經(jīng)中新生代強烈活動而形成了長期活動性的蒙山斷裂，大致呈300°～320°方向延伸［11］。

蒙陰地區(qū)金伯利巖帶分布在常馬莊、西峪和坡里3個地區(qū)，全長約55km，寬15km；3個巖帶長度分別在12～15km之間，總體走向為55°左右，3個巖帶由南向北走向逐漸向東偏轉(zhuǎn)，形態(tài)上向北散開向南收斂。坡里巖帶分布在東北部，單脈之間呈平行側(cè)列式斷續(xù)分布，單脈與巖帶方向基本一致。西峪巖帶主要受2條NNE向破碎帶控制，分布巖管數(shù)量較多，集中在巖帶中部的西峪周圍；常馬巖帶分布在最南端，巖管較為集中；其中常馬金伯利巖帶含金剛石品位較富，西峪巖帶各巖體均含金剛石，但含量中等到貧，相對常馬巖帶明顯下降［12］，坡里巖帶金伯利巖帶含金剛石極少或不含。各巖脈均由若干小的羽列式排列的小脈組成，長約數(shù)百米至1500m左右。巖脈的單體走向一般20°～30°，傾向SW或NW，傾角較陡。

2 巖性特征

區(qū)域地層主要有新太古代泰山巖群，古生代寒武紀長清群、九龍群，中新生代侏羅紀蒙陰組、白堊紀青山組、古近紀官莊組，第四系。研究區(qū)內(nèi)主要分布4種巖漿巖，巖性如下：

（1）新太古代細粒片麻花崗巖：巖石呈灰色，具細粒半自形粒狀結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造，組成礦物斜長石60%～65%、角閃石15%～20%、石英10%～15%等，另有微量綠泥石、綠簾石、微斜長石等，副礦物為磁鐵礦－鉻鐵礦－磷灰石－鋯石型等。片麻理密度3～4條/m，礦物拉伸比1.5～2.5，巖性均勻，產(chǎn)狀穩(wěn)定，傾向200°，傾角56°～72°。該巖體在區(qū)內(nèi)大面積分布，是主要地質(zhì)體。

（2）輝綠巖：呈脈狀，走向4°，長400m，寬0.5～2.5m，產(chǎn)狀76°∠70°，巖石呈暗綠色，輝綠結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，部分地段見定向構(gòu)造，主要礦物成分為輝石46%、斜長石44%、角閃石3%～5%、黑云母3%，橄欖石少量，副礦物為磁鐵礦、磷灰石。

（3）金伯利巖：金伯利巖是金剛石礦的母巖，呈管狀或脈狀產(chǎn)出。巖性主要為斑狀金伯利巖，巖石呈灰綠色、暗綠色，風(fēng)化后呈灰黃色、黃綠色，中細粒斑狀結(jié)構(gòu)、卵斑結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，含較多圍巖角礫時具角礫狀構(gòu)造。組成礦物主要為橄欖石（一般具蛇紋石化）75%～97%、金云母1%～15%，斑晶主要為1～6mm豆狀蛇紋石化橄欖石，其次為聚片狀金云母和鎂鋁榴石聚晶等，斑晶含量20%～60%。其中有較多的花崗質(zhì)捕虜體，形狀多為橢圓狀，巖性多呈肉紅色、灰紅色，片麻狀構(gòu)造，部分塊狀構(gòu)造。該單元中粒晶質(zhì)斑狀結(jié)構(gòu)。斑晶為正長石、斜長石、石英、黑云母等。

（4）煌斑巖：分布在研究區(qū)西南部，共出露有7個煌斑巖體，多成脈狀產(chǎn)出，侵位于花崗巖之內(nèi)。新鮮巖石呈灰綠色、黃綠色，風(fēng)化后呈黃褐色，但仍可見淺綠色斑點，斑狀結(jié)構(gòu)、煌斑結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。斑晶含量約40%，主要為角閃石（25%）及少量斜長石（15%），粒徑一般在0.5～3mm之間，其中角閃石呈他形—半自形柱狀，具強烈的綠泥石化及碳酸鹽化?；|(zhì)含量約60%，主要見有顯微晶質(zhì)的斜長石（35%）、角閃石（20%）及少量石英，粒徑一般小于0.15mm。

3 樣品采集及分析測試

3.1 樣品采集及結(jié)果

巖石樣品一般都采自探槽中的新鮮基巖，主要巖性為金伯利巖、輝綠巖，煌斑巖和金伯利巖中的花崗巖捕擄體4種，具體采樣位置見圖1，其中C01采自勝利1號金剛石礦采坑，C02，C03采自勝利2金剛石礦采坑。分析結(jié)果分別列于表1、表2中。

3.2 測試方法

本次采集的樣品，通過探槽編錄、野外觀察，室內(nèi)薄片鑒定對巖石的巖相學(xué)鑒定，然后對巖石的主量元素、微量元素、稀土元素進行了分析。樣品的地球化學(xué)測試（主量、微量和稀土元素）分析在濟南礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心進行，樣品報告編號：FX21062。硅酸鹽巖石分析依據(jù)為DZ/T0279 2016區(qū)域地球化學(xué)化學(xué)樣品分析方法之標準。主量元素和微量元素分析采用全譜直讀等離子體發(fā)射光譜儀，儀器型號為IRISIntrepidⅡ和雙道原子熒光光譜儀AFS 820進行分析。分析條件：加速電壓15kV、束流20An、修正方法依據(jù)PHRZ。稀土元素采用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀，儀器型號為XSERIES2分析。

4 金伯利巖的地球化學(xué)特征

4.1 主量元素

常馬、西峪、坡里3個巖帶中金伯利巖的SiO2含量在27.04%～34.70%之間，平均32.26％；金伯利巖中花崗質(zhì)捕擄體的SiO2含量在47.54%～87.68%之間，平均62.64％；煌斑巖的SiO2含量52.92%；輝綠巖的SiO2含量在16.77%～48.50%之間，平均39.79％（表1），和周圍發(fā)育的輝綠巖和煌斑巖相比，蒙陰地區(qū)金伯利巖的SiO2含量略低，比國外金伯利巖的平均值34.73％還要偏低。該區(qū)的金伯利巖與國外金伯利巖相比，SiO2、FeO和MgO相對偏低；Fe2O3、CaO和Al2O3相對偏高。和中國純橄欖巖巖石主要化學(xué)成分相比，SiO2、FeO、 MgO和Na2O偏低；TiO2、CaO、Al2O3和P2O5偏高。和地幔巖石主要化學(xué)成分相比，SiO2、Fe2O3和MgO偏低；TiO2、CaO和FeO偏高。金伯利巖在FeO MgO投影圖（圖2）上，結(jié)晶分異趨勢圖中未能投入熔體和殘留體中；超出了它們的上限，MgO含量明顯大于FeO，基性超基性元素部分熔融作用不明顯。

在5個金伯利巖樣品中，經(jīng)過Geokit軟件計算，金伯利巖的組合指數(shù)（σ25）數(shù)值在0.01～0.17之間，遠遠小于鈣堿性的邊界值1.8；K2O含量0.14%～1.15%，Na2O含量0.06%～0.34%，K2O含量明顯大于Na2O含量，且K2O含量隨云母含量而變化。分異指數(shù)（ DI） 數(shù)值在1.61～4.20之間，表明巖漿分異程度較低，基性程度相對高。固結(jié)指數(shù) （SI） 數(shù)值在61.06～77.68之間，遠大于40，暗示了巖漿來自相對分異程度較低的地幔源原生巖漿。在花崗巖類構(gòu)造環(huán)境判別中，其中花崗質(zhì)包體的 R1 數(shù)值在1941～5587之間， R2 數(shù)值在118～1845之間，主要投點在地幔分離的花崗巖和板塊碰撞前花崗巖區(qū)域區(qū)域，顯示出金伯利巖成巖構(gòu)造環(huán)境中花崗質(zhì)包體捕擄體來源的混雜性。

4.2 微量元素

研究區(qū)金伯利巖、輝綠巖等巖石微量元素豐度列于表2。從表2可看出，金伯利巖樣品中的不相容元素的含量（×10 6）：Rb=10.8～109.0；Zr=150～442；Sr=138～1052；Ba=141～2830；Th=18.2～53.8；Ta=7.64～21.2；U=2.84～8.55；金伯利巖和表中的輝綠巖和煌斑巖相比，Rb、Zr、Sr、U元素的含量基本接近，Ba、Th、Ta元素含量高出很多，個別甚至10倍以上。相容元素的含量（×10 6）：Cr=933～1607；Co=56.1～88.7；Ni=804～1187；Sc=11.1～18.1；Ta=7.64～21.2。Cr、Ni元素，相比輝綠巖和煌斑巖等超基性巖明顯高出幾倍，Co、Sc比較接近。暗示隨金伯利巖巖漿的分異演化程度增強而增加，有殼源物質(zhì)的混染。高場強元素的含量（×10 6）：Zr=150～442；Hf=4.21～12.6；Nb=115～337；Ta=7.64～21.2；表明高場強元素?zé)o明顯虧損，整體性質(zhì)和洋島玄武巖較為接近，含量明顯高于原始地幔的含量，甚至10倍以上。金伯利巖和輝綠巖中的Sr和Yb元素出現(xiàn)明顯的負異常（表2，圖3、圖4），形成2個波谷，Sr和Y、Yb含量相對原始地幔偏低，Sr和Y、Yb主要賦存在橄欖石等礦物中。也暗示金伯利巖巖漿在原始地幔巖漿的基礎(chǔ)上部分熔融，并且可能在上升的過程中摻雜有較多的圍巖包體，如輝綠巖、煌斑巖和花崗巖等。

4.3 稀土元素

研究區(qū)中輝綠巖的中輕重稀土分離不明顯，（LREE／HREE＝8.12～36.90），在稀土分配模式曲線上（圖5）表現(xiàn)為中間Eu、Gd元素線條有平直，兩端傾斜。金伯利巖稀土元素的含量（×10 6），∑REE為436.45～1252.97；LREE為424.31～1220.00；HREE為12.14～32.97；LaN/YbN＝122.70～216.72；δEu為0.76～0.92；δCe為0.98～1.09。金伯利巖中輕重稀土分離比較明顯，（LREE／HREE＝28.42～39.22），在稀土分配模式曲線上（圖6）表現(xiàn)為向右平滑陡傾，其中輕稀土富集、Eu無明顯虧損型。輕稀土強烈富集，缺少負Eu異常。其中在X02樣品中，輕稀土的含量異常，其含量是其他樣品的2倍左右，達到1220.00；其他一般都在400～900之間。

5 討論

5.1 金伯利巖巖石化學(xué)成分特點

蒙陰地區(qū)的金伯利巖的巖性偏堿性并且富鉀，K2O、TiO2、P2O5比一般的超基性巖石含量明顯高；基性程度較高。金伯利巖和研究區(qū)內(nèi)的輝綠巖和煌斑巖相比，微量元素中Ba、Th、Ta、Cr、Ni元素含量明顯高，Sr和Y、Yb含量相對原始地幔偏低。金伯利巖稀土元素的含量（×10 6），∑REE為436.45～1252.97；LREE/HREE=28.42～39.22;LaN/YbN＝122.70～216.72；δEu為0.76～0.92；δCe為0.98～1.09。金伯利巖稀土元素的總體特點表現(xiàn)為，稀土總量偏高、輕稀土富集，重稀土虧損?？傮w無明顯的Eu負異常，反映成巖過程巖漿的分異程度較低。

5.2 金伯利巖和輝綠巖的關(guān)系

蒙陰地區(qū)金伯利巖的SiO2含量（27.04%～34.70%）偏低，不僅比一般的超基性巖要低，比研究區(qū)內(nèi)輝綠巖等都要低，相對國外金伯利巖的平均值34.73％也偏低。暗示金伯利巖巖漿在前期輝綠巖體的附近，捕擄部分輝綠巖的巖石包體熔融，在化學(xué)成分上有同化混染，最后在蒙陰地區(qū)基性巖附近的裂隙中上涌就位。蒙陰金伯利巖與四堡期基性輝綠巖墻群受同一構(gòu)造體系（牛嵐構(gòu)造體系）的控制。該體系較強的控制了牛嵐輝綠巖的上侵及定位，并將構(gòu)造的行跡以巖脈的形式定格下來。牛嵐構(gòu)造體系破壞了魯西剛性地塊的完整性，使得后期的金伯利巖巖漿的上侵沿襲、改造、利用了牛嵐構(gòu)造體系形成的薄弱帶。坡里巖帶總體是沿著NNE向分布，該展布方向與牛嵐構(gòu)造體系的NNE向剪切裂隙帶具有一致性［13］。坡里巖帶中的輝綠巖被寒武紀饅頭組灰?guī)r覆蓋，坡里K24號金伯利巖體發(fā)育在輝綠巖體內(nèi)。常馬和西峪金伯利巖帶中侵入最新的地層為奧陶紀馬家溝群土峪組［14］。

5.3 蒙陰地區(qū)金伯利巖的深部地幔源區(qū)性質(zhì)

新太古代晚期，傲徠山序列花崗巖大片巖基侵入，魯西陸塊形成，在克拉通深部產(chǎn)生薄弱的裂隙帶，早中奧陶世或稍晚，NW向次級斷裂帶切割深度30km左右，穿過莫霍面等值線變化密集的梯度帶，并且在深部與地幔貫通［15 17］。

金伯利巖巖漿中，金伯利巖的組合指數(shù)（σ25）數(shù)值在0.01～0.17之間，分異指數(shù)（ DI ）數(shù)值在1.61～4.20之間，固結(jié)指數(shù)（ SI） 數(shù)值在61.06～77.68之間， R1 數(shù)值在1941～5587之間， R2 數(shù)值在118～1845之間，暗示了金伯利巖在地幔成巖構(gòu)造環(huán)境中，巖漿分異程度較低，基性程度相對高。復(fù)雜的殼幔共同作用［18 19］導(dǎo)致位于約200km深度左右的富含揮發(fā)組分的高壓高溫金伯利巖巖漿沿著裂隙帶上侵（圖7）。地幔橄欖巖巖漿攜帶深部高溫高壓形成的金剛石，在金伯利巖巖漿深部貫通橄欖巖源區(qū)和榴輝巖源區(qū)的界面，巖漿混合了深部的榴輝巖和相對較淺的地幔橄欖巖，可能存在二輝橄欖巖和榴輝巖、花崗質(zhì)等包體捕擄體來源的混雜性。

牛嵐構(gòu)造體系對魯西剛性地塊的完整性的破壞，地殼和上地幔蓋層的張性節(jié)理和裂隙的初步形成，逐漸在深部與地幔相貫通，在深部貫通沉積蓋層和橄欖巖榴輝巖源區(qū)中，形成一個深達地幔的巖漿通道，從地幔深部的高溫高壓的環(huán)境下，金伯利巖巖漿攜帶深部的金剛石礦物捕擄體，在通道侵入上涌，在接近地表沉積帶層的時候，溫壓驟降，巖漿巖體隱爆就位，最后形成常馬、西峪、坡里3個金伯利巖帶。

6 結(jié)論

（1）金伯利巖的稀土總量偏高、輕稀土富集，重稀土虧損。無明顯的Eu負異常，反應(yīng)了巖漿分異程度較低，基性程度相對高。

（2）蒙陰地區(qū)后期的金伯利巖巖漿的上侵沿襲與改造利用了前期牛嵐構(gòu)造體系形成的薄弱帶。

（3）位于約200km深度的地幔橄欖巖巖漿攜帶深部高溫高壓形成的金剛石，在金伯利巖巖漿深部貫通橄欖巖源區(qū)和榴輝巖源區(qū)的界面，巖漿混合了深部的榴輝巖和相對較淺的地幔橄欖巖。

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Analysis on Geochemical Characteristics and Source Types of ??Kimberlite Belt in Mengyin County in Shandong Province

WANG Haiqin1， ZHUO Chuanyuan1， WANG Xiufeng1， NIU Zhili1， MA Xiaodong1， CHU Zhiyuan2， LI Shenghu1， LV Qing2，MA Li3

（1.Key Laboratory of Gold Mineralization Processes and Resource Utilization， MNR， Shandong Provincial Key Laboratory of Metallogenic Geological Process and Resource Utilization，Shandong Institute of Geological Sciences， Shandong Ji'nan 250013， China; 2.No.7 Exploration Institute of Geology and Mineral Resources， Shandong Linyi 276006， China；3.Shandong Institute of Geological Surveying， Shandong Ji'nan 250014， China）

Abstract： In this paper， geochemical characteristics of kimberlite， diabase and lamprophyre in three kimberlite belts in Mengyin area have been studied in terms of major， trace and rare earth elements. The lithology of kimberlite in Mengyin area is alkaline and rich in potassium. The contents of K2O， TiO2， P2O 5 are significantly higher than that of ordinary ultrabasic rocks. The contents of Ba， Th， Ta， Cr and Ni in trace elements are obviously high， and the contents of Sr， Y and Yb are relatively low compared with the original mantle. The total amount of rare earth elements is high， the light rare earth elements are enriched， and the heavy rare earth elements are depleted. There is no obvious negative Eu anomaly. It is indicated that the kimberlite magma of deep mantle origin has a low degree of differentiation and a relatively high degree of basicity. The magma mixes the deep eclogite with relatively shallow mantle peridotite， and there may be a mixture of lherzolite， eclogite， granitic and other xenolith xenoliths. Under the environment of high temperature and high pressure in the deep mantle， the kimberlite magma carries the deep diamond mineral xenoliths， invading and upwelling in the channel. When approaching the surface， the temperature and pressure drop suddenly， and the magmatic rock body implosively explodes in place. Finally， three kimberlite belts， such as Changma， Xiyu， and Poli are formed.

Key words： Kimberlite belt; diamond; geochemistry; mantle origin; Mengyin county in Shandong province