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

(中國建筑材料工業地質勘查中心山東總隊，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略資源。20世紀六七十年代山東省發現多處金剛石原生礦，自此以后山東進行了大量的金剛石礦調查工作，獲取了大量的金剛石找礦線索。近年來并未發現金剛石原生礦，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。“山東省沂源縣西里地區金剛石礦遠景調查”項目組在2017年度發現橄欖玄武巖體，巖體位于山東省沂源縣燕崖鎮、中莊鎮以及石橋鎮交界處。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，發現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 區域地質背景

沂源地區位于華北板塊(Ⅰ)華北陸塊(Ⅱ)魯西隆起(Ⅲ)魯中隆起區(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條區域性斷裂之間發育有NE，NW及近EW向的次級斷裂。該區東距郯廬斷裂帶約40km，調查區內地層出露比較齊全，發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花崗巖為主，次為灰—灰黑色黑云變粒巖，在該調查區內并未出露地表。古生代寒武系巖性主要以紫紅色頁巖、鮞粒灰巖及白云巖為主。奧陶系巖性主要為灰色厚—巨厚層狀灰巖、白云巖。第四系主要為粘土質粉砂，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—調查區范圍；11—斷裂構造圖1 調查區區域地質圖

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，具斑狀結構，塊狀構造。巖石由斑晶、基質組成，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，少數呈兩端尖銳的六邊形，被皂石及少量碳酸鹽、硅質交代，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，常見熔蝕結構，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0.1～0.2mm，雜亂似填隙狀分布于斜長石格架間，顯間粒結構，橄欖石被皂石及少量硅質、碳酸鹽交代呈假象，單斜輝石局部皂石化、碳酸鹽化。巖內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

在調查區共采橄欖玄武巖樣品10件進行化學全分析，分析結果顯示，該區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組化學分析結果投圖到硅堿圖中，調查區的橄欖玄武巖主要分布于堿性和亞堿性分界線兩側(圖2)[3]，調查區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，FeO/MgO值介于0.05～0.29之間，變化范圍不大；巖石里特曼指數介于-3.60～5.40之間，根據劃分標準，若里特曼指數<3.3，稱為鈣堿性巖,3.3～9稱為堿性巖，調查區橄欖玄武巖為鈣堿性—堿性巖；巖石固結指數(SI)介于35.21～47.15之間，變化范圍不大，數據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

對調查區內的5件橄欖玄武巖進行稀土元素分析(表3、圖3)[5]，結果顯示，調查區稀土總量一般在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

在調查區布置了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查區東部，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，經過現場查證，異常范圍內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均分布有低阻異常，順層產出于高阻異常中，傾向NW，低阻異常位置與磁異常位置對應較好，推測該異常為橄欖玄武巖引起。根據劉效才等[6]，魯西地區金伯利巖地面磁測異常強度一般在200～500nT之間。

注：測試數據由中國建筑材料工業地質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)，分析結果根據《山東金剛石地質》[7]和《金剛石找礦指示礦物研究及數據庫》[8]中關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。分析結果顯示10粒為鎂質鉻鐵礦。根據鉻含量高低劃分有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

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

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

5 討論

調查區橄欖玄武巖巖體經顯微鏡下觀察，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，該次調查發現的橄欖玄武巖含有礦物與蒙陰地區金伯利巖具有相似性。

調查區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現，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。

調查區稀土元素含量較低，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]。

調查區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分析，并與金剛石找礦指示礦物數據庫進行對比，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果Na2OMgOAl2O3SiO2FeOMnOTiO2CaOK2OCr2O3NiO分類名稱DT1705-10.028.9811.090.0423.860.250.46——51.820.05鎂質低鉻鉻鐵礦DT1705-20.0110.3211.870.0422.100.180.62——51.010.03鎂質低鉻鉻鐵礦DT1503-3—11.8011.420.0818.460.190.33——53.960.06鎂質低鉻鉻鐵礦DT1503-4—12.089.940.0917.370.220.38——56.330.07鎂質中鉻鉻鐵礦DT1503-5—11.1212.200.0620.230.220.35——51.280.05鎂質低鉻鉻鐵礦DT1503-60.0410.0512.260.0822.230.260.360.01—50.450.04鎂質低鉻鉻鐵礦DT1504-7—10.0511.140.0522.480.270.52——51.560.11鎂質低鉻鉻鐵礦DT1504-80.0310.4910.410.0820.360.240.38——54.430.06鎂質低鉻鉻鐵礦DT1504-90.049.6411.730.0923.600.250.640.01—50.180.10鎂質低鉻鉻鐵礦DT1504-10—13.4312.000.1115.900.210.25——54.910.14鎂質低鉻鉻鐵礦

6 結論

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

(2)調查區橄欖玄武巖與蒙陰地區金伯利巖化學成分、伴生礦物、稀土元素相似，它們在成因上應該具有內在聯系，應屬于同一構造環境下巖漿活動的產物。

(3)根據以往地質資料顯示，在前蘇聯科里亞克高原等地的橄欖玄武巖中發現了金剛石。因此，該調查區發現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，還應關注巖漿上升通道位置以及侵位方向，有可能在該區發現金伯利巖巖體。