山东沂源橄榄玄武岩地球化学特征

从相军，李海宾，胡建超，郑锋

(中国建筑材料工业地质勘查中心山东总队，山东 济南 250100)

金刚石是自然界中紧缺的矿种之一，被我国列为重要的战略资源。20世纪六七十年代山东省发现多处金刚石原生矿，自此以后山东进行了大量的金刚石矿调查工作，获取了大量的金刚石找矿线索。近年来并未发现金刚石原生矿，笔者认为，可以借助寻找金伯利岩同源岩浆岩，间接寻找金刚石原生矿。“山东省沂源县西里地区金刚石矿远景调查”项目组在2017年度发现橄榄玄武岩体，岩体位于山东省沂源县燕崖镇、中庄镇以及石桥镇交界处。通过对岩体进行岩矿鉴定、化学分析、稀土元素及人工重砂分析，发现岩体中含有金刚石矿指示矿物铬铁矿和铬透辉石，对金刚石矿原生矿寻找具有一定的意义。

1 区域地质背景

沂源地区位于华北板块(Ⅰ)华北陆块(Ⅱ)鲁西隆起(Ⅲ)鲁中隆起区(Ⅳ)马牧池断隆(Ⅴ)马牧池凸起(Ⅵ)北部和沂山凸起(Ⅵ)南部。该区以西有NE走向的上五井断裂，东距5km有NW走向的石桥-韩旺断裂，2条区域性断裂之间发育有NE，NW及近EW向的次级断裂。该区东距郯庐断裂带约40km，调查区内地层出露比较齐全，发育地层由老至新可分为新太古界、古生代寒武-奥陶系以及第四系。新太古代泰山岩群岩性以变质花岗岩为主，次为灰—灰黑色黑云变粒岩，在该调查区内并未出露地表。古生代寒武系岩性主要以紫红色页岩、鲕粒灰岩及白云岩为主。奥陶系岩性主要为灰色厚—巨厚层状灰岩、白云岩。第四系主要为粘土质粉砂，含砾中粗砂(图1)。

1—北庵庄、土峪、五阳山组并层；2—东黄山、北庵庄组并层；3—三山子组；4—炒米店组；5—崮山组；6—张夏组；7—朱砂洞组、馒头组并层；8—傲徕山序列松山单元；9—橄榄玄武岩；10—调查区范围；11—断裂构造图1 调查区区域地质图

2 橄榄玄武岩岩体特征

2.1 岩石学特征

橄榄玄武岩平面上呈条带状展布，剖面上呈似层状，侵位于寒武纪长清群朱砂洞组及馒头组。岩石新鲜面土黄色—灰黄色，略带绿色色调，具斑状结构，块状构造。岩石由斑晶、基质组成，斑晶由橄榄石假象、单斜辉石、角闪石、黑云母组成，粒径一般0.3～3mm不等，杂乱分布，橄榄石呈半自形柱粒状，少数呈两端尖锐的六边形，被皂石及少量碳酸盐、硅质交代，呈假象，部分隐约可见横向裂纹；单斜辉石呈半自形柱粒状，少部分呈近方形的八边形，沿边缘少皂石化、碳酸盐化，常见2组近直交解理；角闪石红褐色、黄褐色，半自形柱粒状，常见熔蚀结构，部分可见两组近菱形解理，夹角约56°；黑云母红棕色，叶片状，多被细小黑云母置换呈假象。

基质由斜长石、橄榄石假象、单斜辉石组成，斜长石呈半自形板条状，长径一般0.03～0.2mm，杂乱似格架状分布，表面相对较干净，局部硅化；橄榄石、单斜辉石呈半自形—他形柱粒状，粒径一般<0.1mm，少数0.1～0.2mm，杂乱似填隙状分布于斜长石格架间，显间粒结构，橄榄石被皂石及少量硅质、碳酸盐交代呈假象，单斜辉石局部皂石化、碳酸盐化。岩内见少量碳酸盐充填的显微裂隙分布。

2.2 岩石化学特征

2.2.1 主量元素特征

在调查区共采橄榄玄武岩样品10件进行化学全分析，分析结果显示，该区橄榄玄武岩具有富铁、富镁的特征(表1)，MgO平均含量为7.99%，比一般玄武岩(MgO含量7.00%)[1]的含量稍微高0.99%，比辽宁含硼镁铁矿的橄榄玄武岩要低[2]。将10组化学分析结果投图到硅碱图中，调查区的橄榄玄武岩主要分布于碱性和亚碱性分界线两侧(图2)[3]，调查区橄榄玄武岩属于碱性玄武岩序列，但橄榄玄武岩的碱性较弱，符合一般橄榄玄武岩的特征[4]。计算橄榄玄武岩的特征值，FeO/MgO值介于0.05～0.29之间，变化范围不大；岩石里特曼指数介于-3.60～5.40之间，根据划分标准，若里特曼指数<3.3，称为钙碱性岩,3.3～9称为碱性岩，调查区橄榄玄武岩为钙碱性—碱性岩；岩石固结指数(SI)介于35.21～47.15之间，变化范围不大，数据显示岩浆分异程度中等。

图2 橄榄玄武岩硅碱图

2.2.2 稀土元素特征

对调查区内的5件橄榄玄武岩进行稀土元素分析(表3、图3)[5]，结果显示，调查区稀土总量一般在88.21×10-6～112.79×10-6之间，平均为97.41×10-6。5个样品在稀土元素标准化分布型式图中表现出相同的变化趋势，轻重稀土分馏明显，且LREE分馏较强。La/Yb平均值为8.85，LREE/HREE介于7.28～7.77之间，显示岩浆分异程度一般。δEu值介于0.98～1.01之间，δCe平均值为0.92，基本不显示铈、铕异常。

3 岩体地球物理特征

在调查区布置了1∶2000地面高精度磁法测量和视电阻率测深，磁法异常主要分布在调查区东部，面积较大，磁性特征为正负异常伴生(图4)，最高值约520nT，最低值约-220nT，经过现场查证，异常范围内出露有大面积橄榄玄武岩。为了解异常深部特征，在异常上布设有视电阻率测深剖面，剖面长120m，走向331°，其中70号点位于橄榄玄武岩出露的边界处。由视电阻率等值线断面图(图5)可知，地表以下不同深度内均分布有低阻异常，顺层产出于高阻异常中，倾向NW，低阻异常位置与磁异常位置对应较好，推测该异常为橄榄玄武岩引起。根据刘效才等[6]，鲁西地区金伯利岩地面磁测异常强度一般在200～500nT之间。

注：测试数据由中国建筑材料工业地质勘查中心山东总队分析。

表2 橄榄玄武岩特征值

表3 橄榄玄武岩稀土元素组成(10-6)

图3 橄榄玄武岩稀土元素分配型式

1—橄榄玄武岩岩体范围；2—电测深剖面；3—测深点位置；4—磁法等值线图4 橄榄玄武岩磁法测量ΔT等值线平面图

4 人工重砂

在岩体出露较好的位置取3件人工重砂样品，经鉴定，均出土大量金刚石指示矿物，即铬铁矿和铬透辉石(表4)。铬铁矿镜下特征为黑色，棱角—次棱角块状及半自形八面体为主，次浑圆粒状少，微透明，沥青光泽，高硬度，粒径0.03～0.65mm。透辉石类镜下特征为翠绿色，棱角—次棱角块状，透明，玻璃光泽，高硬度，粒径0.10～0.60mm。

表4 人工重砂出土金刚石指示矿物

选取10粒铬铁矿进行电子探针分析(表5)，分析结果根据《山东金刚石地质》[7]和《金刚石找矿指示矿物研究及数据库》[8]中关于金伯利岩特征矿物中铬铁矿划分方法，以及蒙阴含矿金伯利岩中铬铁矿的化学成分，来确定铬铁矿的来源类型。分析结果显示10粒为镁质铬铁矿。根据铬含量高低划分有1粒为中铬铬铁矿(DT1503-4)，为金伯利岩型铬铁矿。根据钟凤竹[9]等人提出的方法，DT1503-4号铬铁矿满足其要求，指示岩体可能含金刚石。

图5 橄榄玄武岩视电阻率测深剖面图

据铬铁矿分析结果及以往资料[8]绘制了相关元素的散点图(图6)，在Cr2O3-MgO二元组分关系图上，有10粒落入金伯利岩型铬铁矿范围内；若在Cr2O3-TiO2二元组分关系图上，则只有DT1503-4号铬铁矿落入金伯利岩型铬铁矿范围内。

综上所述，DT1503-4号铬铁矿为镁质中铬铬铁矿，为金伯利岩型铬铁矿，指示了岩体中可能含金刚石。

5 讨论

调查区橄榄玄武岩岩体经显微镜下观察，可见被皂石化的橄榄石假象、磷灰石、长石、云母以及少量辉石，岩内见少量碳酸盐充填的显微裂隙分布。蒙阴金伯利岩镜下可见云母、蛇纹石、磷灰石、方解石、蛇纹石化橄榄石假象以及呈细脉状充填在裂隙中的碳酸盐类矿物[10]。通过对比蒙阴金伯利岩，可以看出，该次调查发现的橄榄玄武岩含有矿物与蒙阴地区金伯利岩具有相似性。

调查区橄榄玄武岩化学成分与蒙阴胜利Ⅰ号岩管化学成分进行对比发现，橄榄玄武岩与其他超基性岩相比，其SiO2平均含量42.27%，比胜利Ⅰ号平均含量33.19%[11]偏高；MgO，Cr2O3含量比胜利Ⅰ号岩管稍低，其他元素的含量基本与胜利Ⅰ号岩管一致。

调查区稀土元素含量较低，标准化分布形式图为向右倾斜的曲线，为轻稀土富集型，La/Yb值、LREE/HREE值较低，基本不显示铈、铕异常，其特征与山东蒙阴胜利Ⅰ号岩管中早期金伯利岩以及橄榄岩捕掳体相似[12]。

调查区出土大量的金刚石指示矿物(铬铁矿和铬透辉石)，通过对人工重砂取得的金刚石指示矿物铬铁矿进行电子探针微区分析，并与金刚石找矿指示矿物数据库进行对比，确定测试的铬铁矿来自金刚石母岩岩体。蒙阴金刚石矿普查时，仅取得1粒镁铝榴石就追索到金刚石原生矿[13-14]，说明该区具有寻找金刚石矿的潜力。

1—非金伯利岩中铬铁矿；2—金刚石包裹体的铬铁矿；3—金伯利岩中铬铁矿；4—岩体中铬铁矿；5—金伯利岩型铬铁矿分布范围；A—高铬铬铁矿；B—中铬铬铁矿；C—低铬铬铁矿图6 橄榄玄武岩Cr2O3-MgO，Cr2O3-TiO2图解

样品编号检测项目及结果Na2OMgOAl2O3SiO2FeOMnOTiO2CaOK2OCr2O3NiO分类名称DT1705-10.028.9811.090.0423.860.250.46——51.820.05镁质低铬铬铁矿DT1705-20.0110.3211.870.0422.100.180.62——51.010.03镁质低铬铬铁矿DT1503-3—11.8011.420.0818.460.190.33——53.960.06镁质低铬铬铁矿DT1503-4—12.089.940.0917.370.220.38——56.330.07镁质中铬铬铁矿DT1503-5—11.1212.200.0620.230.220.35——51.280.05镁质低铬铬铁矿DT1503-60.0410.0512.260.0822.230.260.360.01—50.450.04镁质低铬铬铁矿DT1504-7—10.0511.140.0522.480.270.52——51.560.11镁质低铬铬铁矿DT1504-80.0310.4910.410.0820.360.240.38——54.430.06镁质低铬铬铁矿DT1504-90.049.6411.730.0923.600.250.640.01—50.180.10镁质低铬铬铁矿DT1504-10—13.4312.000.1115.900.210.25——54.910.14镁质低铬铬铁矿

6 结论

(1)山东沂源西里地区出土大量金刚石指示矿物，超基性岩分布、成矿地质条件与蒙阴金刚石原生矿成矿地质条件相似。通过分析，人工重砂出土铬铁矿来源于金刚石赋矿母岩。

(2)调查区橄榄玄武岩与蒙阴地区金伯利岩化学成分、伴生矿物、稀土元素相似，它们在成因上应该具有内在联系，应属于同一构造环境下岩浆活动的产物。

(3)根据以往地质资料显示，在前苏联科里亚克高原等地的橄榄玄武岩中发现了金刚石。因此，该调查区发现的橄榄玄武岩对寻找金刚石具有积极的作用。下一步，除对岩体含矿性进行评价之外，还应关注岩浆上升通道位置以及侵位方向，有可能在该区发现金伯利岩岩体。