陕西佛坪刚玉矿床成因初探

令伟伟

（大陆动力学国家重点实验室·西北大学地质学系，陕西西安710069）

陕西佛坪刚玉矿床成因初探

令伟伟*

（大陆动力学国家重点实验室·西北大学地质学系，陕西西安710069）

研究了南秦岭构造带的陕西佛坪刚玉矿床，该矿床赋存于南秦岭佛坪穹隆核部地区的一套高级变质岩系中，含矿岩石为黑云刚玉钾长片麻岩。经岩石地球化学、原岩恢复等研究表明，这是一个由富铝富钾贫硅的粘土岩经过区域变质作用高级角闪岩相变质形成的矿床。

刚玉；佛坪地区；变质矿床

刚玉作为一宝石类矿床，因其形成的特殊地质条件和市场价值而具有重要的经济地质学意义。在我国地质勘查找矿工作中发现的山东昌乐福建明溪蓝宝石矿床和云南哀牢山红宝石矿床，引发了国内外宝石界的广泛关注。陕西佛坪亦产出刚玉矿床，本文拟通过对矿床的岩石学、地球化学研究，以对矿床的成因做初步揭示。

1　区域地质背景

研究区位于南秦岭构造带的佛坪穹隆核部地区，佛坪穹隆［1］由陕西地矿局区调队最先提出。前人研究表明，佛坪穹隆构造是由晚太古代—早元古代结晶杂岩基底、晚元古代末—古生代变质岩系盖层及晚古生代—中生代初期花岗岩类等3大套不同构造岩石单元组成，以基底与盖层间的复合型界面接触关系和花岗岩类的侵入穿插关系统一形成的构造变形、变质作用和岩浆侵入三位一体的复合型热构造穹隆。从穹隆边部到核部依次发育黑云母带→石榴石带→十字石、蓝晶石带→矽线石带，变质程度从低绿片岩相到高角闪岩相、麻粒岩相［1-3］。

佛坪穹隆核部出露古老结晶基底杂岩主要分布于南侧的佛坪地区及北侧的龙草坪地区，即佛坪岩群和龙草坪片麻岩套，前者主要是一套石榴黑云斜长片麻岩—刚玉黑云钾长片麻岩—斜长角闪岩组合，后者则为角闪斜长片麻岩—黑云斜长片麻岩组合［4］。由同位素定年结果［4-5］，佛坪岩群年龄为（2250～1847）Ma，属早元古代，龙草坪片麻岩套年龄为（2506～2284）Ma，最早形成于晚太古代。佛坪穹隆盖层岩系主要由晚震旦—晚古生代地层组成，其原岩为碎屑岩—碳酸盐岩组合且以碎屑岩为主。佛坪地区出露花岗岩主要为五龙岩体群，包括华阳、五龙、老城（西岔河）、胭脂坝等花岗岩体［6］，为南秦岭花岗岩的分布中心。

2　岩石特征及分析测试方法

2.1地质特征

佛坪县城南东岳殿一带出露的刚玉片麻岩，呈宽度为50～100m的条带在椒溪河东西两岸呈近东西向分布，构造位置处于佛坪穹隆核部。样品采自于河岸西侧半山坡的刚玉矿点探槽附近。地质剖面上（图1），岩石钾化较强，佛坪岩群岩石组合为刚玉黑云钾长片麻岩、二云钾长片麻岩、大理岩，构造特征以平直的条带状构造为主，条带较连续，褶皱构造不发育。

2.2含矿岩石特征

岩石野外露头沿片麻理方向可见自形程度很好的六方柱状钢灰色刚玉晶体。岩石具有片麻状构造，斑状变晶结构，基质具有鳞片粒状变晶结构。变斑晶为刚玉（5%±），多为自形柱状，粒度为5～30mm，最长可达50～60mm；基质由条纹石（75%±）、黑云母（15%±）组成，粒度为0.5～1.5mm；次要矿物为白云母，副矿物为锆石。刚玉呈长柱状，无色透明，裂理极为发育。最大晶面与片麻理平行，反映沿片麻理生长较快，具有同构造生长的特点。刚玉柱状者颗粒粗大，外围多有白云母（绢云母）包裹，形成白眼圈构造，为次生产物，一些晶体中可见聚片双晶；不规则粒状、细粒集合体者沿片麻理呈定向分布。钾长石呈他形粒状镶嵌结构，多为正条纹长石，少量颗粒中见有黑云母、锆石包裹体，部分强高岭土化。黑云母呈红棕色，指示岩石具有中高级、高级变质的特征，其具有鳞片状断续定向分布的特征且定向与片麻理走向一致，白云母或环绕刚玉，或与黑云母交生，为次生矿物。

图1　东岳殿西坡佛坪岩群刚玉片麻岩实测地质剖面图

2.3分析测试方法

全岩主量元素、微量元素分析均在西北大学大陆动力学国家重点实验室完成。

主量元素用样品的碱熔玻璃片在日本理学（RIGAKU）产RIX2100型X射线荧光光谱仪（XRF）上测试，分析过程中采用BCR-2和GBW07105标样监控，分析精度优于5%，烧失量（LOI）在烘箱中高温（1000℃）烘烤90min后称重获得。微量元素和稀土元素含量测试在美国Agilent公司生产的Agilent7500a等离子质谱仪上完成，采用BHVO-2、AGV-2、BCR-2、GSP-1国际标样监控，分析误差多小于5%。

3　含矿岩石地球化学特征

表1　佛坪刚玉片麻岩全岩地球化学分析结果及相关参数

3.1主量元素特征

佛坪刚玉片麻岩SiO2含量为57.59%～59.89%，平均为58.53%；Al2O3含量为21.56%～22.64%，平均为22.10%，反映样品中富铝矿物较多；K2O含量为9.19%～10.99%，平均为10.30%，K2O含量高，Na2O含量则相对较低，K2O/Na2O=2.55～4.82，平均3.90，显明其原岩富钾。低硅高铝不仅是生成刚玉的重要条件，同时也表明原岩可能源于高铝的沉积岩（表1）。

3.2稀土及微量元素特征

佛坪刚玉片麻岩稀土元素总量高，∑REE= 254.22～384.09μg/g，∑LREE/∑HREE=24.53～48.49，（La/Yb）N=4.01～7.68，平均为6.19，稀土配分曲线为右倾型（图2a），轻稀土明显富集，重稀土亏损，轻重稀土分异强烈。δEu=1.42～2.34，样品有明显的Eu正异常，δCe=0.93～0.97，基本无Ce异常。

刚玉片麻岩微量元素Sm/Nd值为0.10～0.12，Th的平均含量为38.38μg/g，符合佛坪杂岩Sm/Nd值较低（＜0.20）、区域高Th背景的特征［9］，U的平均含量为5.75μg/g，Th/U=4.15～10.63，平均值7.33。与太古宙页岩和太古后页岩的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，趋近于后者，表明这些样品的原岩具太古后碎屑沉积岩的特点。微量元素的原始地幔标准化蛛网图显示，刚玉片麻岩富集Rb、Th、U、K等活泼元素，亏损Sr、P、Ti等惰性元素（图2b）。Ba、Rb易进入含K矿物且岩石中钾长石含量达到75%，故Ba、Rb应主要赋存于钾长石中。

3.3原岩恢复

图2　佛坪刚玉片麻岩北美页岩标准化稀土元素配分图（a）及微量元素原始地幔标准化蛛网图（b）（标准化值据参考文献［7-8］）

在A-C-FM图解上（图3），刚玉片麻岩样品数据点落入富铝的粘土岩及酸性火山岩范围内。稀土元素属于较惰性的元素，在变质作用过程中的变化相对较小，样品的La/Yb范围在42.57～81.47，平均值为65.63，∑REE范围在254.22～384.09μg/g，平均值为314.09μg/g，在La/Yb-∑REE判别图解中（图3），样品几乎都落在泥质的页岩和粘土岩范围内及附近。综合分析，刚玉片麻岩的原岩应为富铝的粘土岩。

图3　刚玉片麻岩原岩判别图解（底图引自文献［11］）

4　生成刚玉的变质反应与温压条件

由于Al2O3对SiO2具有很强化学亲和力，容易结合形成硅酸盐矿物和水化物，形成刚玉必需达到高温、富铝、贫硅的特殊条件［12］，这指示了刚玉片麻岩形成的环境。关于变质特征矿物刚玉的温压形成条件，因为缺乏可利用的地质温压计，故只能做定性分析。在泥质变质岩中，中级变质的角闪岩相与高级变质的麻粒岩相的临界反应为白云母+石英→矽线石+钾长石，在中压条件下，其变质反应的温度为650℃～730℃、压力为0.3～0.5GPa［13］。再根据实验资料（图4），在中压条件下（压力为0.3～0.5GPa），白云母→刚玉+钾长石+水的变质反应条件为温度700℃～750℃。

图4　变泥质岩的变质反应与巴罗式变质带等变线［14］（带*的变质反应式根据参考文献［15］）

富铝、富钾矿物共生组合，岩石的结构、构造以及变质反应的温压条件等综合表明刚玉片麻岩是中压相系区域变质作用高级角闪岩相条件以上变质的产物。

5　结论

（1）佛坪刚玉黑云钾长片麻岩矿物共生组合为刚玉+黑云母+钾长石+锆石，其原岩为富铝、富钾、贫硅的粘土岩。

（2）含刚玉岩石是一套中压相系区域变质作用高级角闪岩相条件以上变质的产物，而该刚玉矿床为变质岩型。

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A

1004-5716（2016）06-0089-04

2016-02-29

2016-03-02

项目来源：西北大学地质学系国家理科人才创新基金项目（XDCX2010-07）资助。

令伟伟（1989-），男（汉族），新疆乌鲁木齐人，西北大学在读硕士研究生，研究方向：矿物学、岩石学、矿床学。