山东临沂东小山地区煌斑岩地球化学特征及其对成矿的启示

高存山 褚志远 张勇

摘要： 山东临沂东小山地区煌斑岩属于弱铝超钾质煌斑岩，高Ba、Th、P，轻稀土元素富集，轻、重稀土元素分馏明显，表明煌斑岩在后期侵位过程中受到了地壳物质的混染。煌斑岩富集大离子亲石元素和高场强元素，反映岩浆主要来源于富集型地幔，进一步说明其源区受到了壳源物质的混染。通过人工重砂方法选获了2颗铬透辉石，计算其形成温度和压力分别为1 180 ℃和5.8 Gpa，对应的深度约为180 km，与金刚石的形成深度一致。

关键词： 煌斑岩;地球化学特征;重砂矿物;成岩时代;东小山地区;山东临沂

中图分类号：P619.241;P581

文献标识码：A

文章编号：2096-1871（2020）03-271-08

作为金刚石的主要寄主岩石之一，煌斑岩蕴含着丰富的地幔源区信息，在地幔源区储库示踪和壳幔相互作用研究方面具有重要的研究意义，可作为地幔深部动力学研究的岩石探针。不同类型的煌斑岩含有不同金刚石、铬尖晶石等指示特征矿物，为进一步了解地幔的物质组成、物理化学条件及矿物相转变等提供了基础条件。目前，在山东临沂大井头地区发现了含金刚石的煌斑岩管[1]，该区位于稳定克拉通内，广泛发育寒武纪—奥陶纪地层，揭示其周围存在深达地幔的岩浆岩活动。目前，对该区煌斑岩的地球化学特征、大地构造环境及岩浆来源等报道相对较少。此外，围绕大井头地区煌斑岩管陆续发现了归后庄角砾岩、埠西桥角砾岩、小泉庄煌斑岩及东小山煌斑岩，这些岩体之间的相互关系尚不明确。

本文以临沂东小山煌斑岩体为研究对象，通过开展系统的岩石地球化学及重砂矿物特征研究，并与大井头煌斑岩体进行对比，查明东小山煌斑岩与大井头煌斑岩之间的关系，探讨岩浆形成的构造环境、岩浆来源深度及成因，为该区下一步开展金刚石找矿工作提供参考。

1 地质概况

研究区位于华北克拉通，由泰山岩群和前寒武纪侵入岩结晶基底组成，广泛分布早古生代寒武系—奥陶系盖层，基底年龄约为2 500 Ma。研究区及其邻区莫霍面深度与蒙阴金伯利岩区莫霍面深度相当[2]，区域西侧主要发育NNW向燕甘断裂和近SN向博平—南石岗断裂，具有良好的金刚石原生矿成矿地质条件。研究区煌斑岩体主要出露在东小山村北200 m处，通过在周边地区开展探矿工程查证，发现东小山煌斑岩体整体呈岩床状产出，形态似三角形，主要受近SN向博平—南石岗断裂控制（图1）。

2 样品特征及分析测试

2.1 样品特征

东小山煌斑岩新鲜面呈灰黑色，斑状、煌斑结构。斑晶含量为10%～15%，主要为辉石假象（被方解石交代）和金云母（图2（a）），辉石假象斑晶大小为0.5～1.1 cm，金云母斑晶大小为0.6～2.0 cm;基质为隐晶质结构，主要由斜长石、辉石和金云母组成。斜长石为浅色矿物，半自形—它形晶体，含量约为30%;辉石为暗色矿物，自形晶体，含量约10%;金云母为暗色矿物，呈片状，含量约15%。岩体内见少量后期显微裂隙，大多数被碳酸盐充填（图2（b））。

2.2 分析测试

样品均采自研究区探槽和钻孔中，严格按照样品分析相关要求，确保所测试的煌斑岩新鲜且无污染。首先将野外采集的样品粉碎至200目，然后进行高温熔蚀测试，在山东省第七地质矿产勘查院实验室完成实验测试工作。H2O用重量法、FeO用容量滴定法测试，其他主量元素使用XRF荧光光谱仪测定，分析误差<1%，微量元素和稀土元素采用XⅡ等离子质谱仪测定，分析精度误差<5%，具体分析测试流程见参考文献[3]。

3 地球化学特征

3.1 主量元素

东小山煌斑岩主量元素含量及特征参数见表1。通过与大井头岩体进行对比，发现二者具有一定的相似性。由表1可知，东小山煌斑岩SiO2含量为46.46%～47.95%，平均值为47.41%，属于超基性-基性岩。K2O+Na2O为6.78%～7.27%，平均值为7.02%，K2O/Na2O为3.90～15.91，平均值为9.92，里特曼指数（σ）为9.29～13.50，属于过碱性系列岩石。在（Na2O+K2O）-SiO2图解（图3）中，样品投影点均位于碱玄岩区。在K2O-SiO2图解（图4）中，样品投影点均位于钾玄岩系列岩石区。因煌斑岩体易蚀变，在蚀变过程中K、Na等碱性元素较活泼，用TAS图解判别岩石类型可能出现偏差。因此，选择在蚀变过程中不活泼的元素Y、Nb做进一步判别。在SiO2-Nb/Y圖解（图5）上，样品投影点均落于碱玄岩范围，与K2O-SiO2图解（图4）判别结果基本吻合。A/NCK为0.77～0.80，平均值为0.78，属弱铝质。岩石总体表现为弱铝超钾质煌斑岩特征，可见金云母等特征矿物。一般认为超钾质岩大部分形成于上地幔，形成深度>100 km，金刚石在该深度范围可以稳定存在[7]。

3.2 稀土及微量元素

东小山煌斑岩稀土元素总量为（282.81～311.51）×10-6，LREE/HREE为9.82～10.55，（La/Yb）N为13.09～15.12，反映轻、重稀土元素分馏明显，轻稀土元素富集。（La/Sm）N为2.33～9.22，（Gd/Yb）N为3.19～3.29，进一步反映轻稀土元素分馏较强，重稀土元素分馏较弱。球粒陨石标准化稀土元素配分曲线图（图6（a））显示，曲线均为右倾型，轻、重稀土元素分馏明显，其中样品HQ3和样品HQ4的δEu分别为6.4和6.74，具有铕正异常特征，反映岩浆源区具有大量的斜长石堆晶，岩浆可能来源于地幔源区的部分熔融。

东小山煌斑岩微量元素含量及特征参数（表2）表明，岩石Ba含量为（159.95～899.80）×10-6，Th含量为（27.30～30.73）×10-6，P含量为（4 759～5 327）×10-6，富集Ba、Th、P，亏损Nb（图6（b）），暗示大陆物质（花岗质岩石、麻粒岩、沉积物等）在煌斑岩岩浆生成过程中具有重要作用。岩体具有明显的负Nb异常，具有俯冲带火山岩特征，推测岩石形成过程中存有大陆物质参与[9]，说明原始岩浆的形成与古大洋板块俯冲作用有关。

稀土元素、微量元素地球化学分析结果表明，东小山煌斑岩的岩浆主要来源于富集型地幔，具有壳源物质混染特征。煌斑岩在后期侵位过程中受到了地壳物质的混染。

3.3 构造背景探讨

以上分析表明，东小山煌斑岩总体表现为弱铝超钾质煌斑岩特征。研究表明，较冷的岩石圈热结构和较厚的岩石圈有利于形成钾镁煌斑岩和超钾质煌斑岩[10]。研究区发育较厚的寒武系—奥陶系，为煌斑岩浆的形成提供了稳定盖层。在Y-Zr图解（图7（a））和Th/Yb-Ta/Yb图解（圖7（b））中，东小山煌斑岩投影点均位于板内岩浆岩区，表明煌斑岩形成于板块内部。西侧发育的燕甘断裂为以大井头为中心的岩浆携带大量上地幔超钾质、钾镁质煌斑岩和金刚石上升至地表或近地表提供了必要通道。稀土元素、微量元素地球化学分析结果反映该区岩浆主要来源于富集型地幔源区，推测该区可能受东侧大洋板块俯冲影响[12]。

4 铬透辉石

本次研究在人工重砂矿物中发现2颗铬透辉石（图8）。铬透辉石是一种重要的钾镁煌斑岩和金伯利岩指示矿物，是由钾镁煌斑岩或金伯利岩中的硅质捕虏体混染形成的[2]。本次选获的铬透辉石为绿色，棱角状，透明，具有玻璃光泽，粒径为0.4～0.5 mm，表面被碳酸盐交代。2颗铬透辉石的Cr2O3含量分别为1.42%和1.23%（表3），属于低铬-铬透辉石，金伯利岩及其捕掳体常含该类型的铬透辉石。

利用单斜辉石温压计[13]对选获的铬透辉石进行温度和压力估算。利用单斜辉石Cr2O3-Al2O3分类图（图9）对单斜辉石温压计的适用条件进行限定，只有化学成分落在石榴石橄榄岩区域的样品才可以利用单斜辉石温压计的计算公式。

根据单斜辉石温压计的计算公式[13]，求得研究区铬透辉石（编号：TC03-RS02）形成的温度约为1 180 ℃，压力约为5.8 Gpa，对应的深度约为180 km。山东蒙阴金刚石包裹体透辉石的温度为1 026～1 279 ℃，压力为5.2～6.1 Gpa[2]，与东小山地区金刚石稳定存在的温度和压力条件相似。

5 岩浆侵位时代和成因

5.1 岩浆侵位时代

根据岩浆与地层的截切关系可判别构造期次和成岩顺序。通过详细的野外地质调查，发现东小山岩体侵入的围岩为寒武纪—奥陶纪炒米店组条带状灰岩，并未侵入到上覆寒武纪—奥陶纪三山子组中，与围岩整体呈“假整合”接触，岩体主要为岩床。

通过野外钻探工作，发现与岩体接触的界面围岩具有明显的褪色现象，岩体边缘具有快速冷凝的现象（图10）。因此，东小山岩体的形成应晚于寒武纪—奥陶纪炒米店组，早于寒武纪—奥陶纪三山子组，大致时代应为早奥陶世。

5.2 岩浆成因

东小山煌斑岩体与大井头煌斑岩管[15]的化学成分基本相似，具有低MgO、高K2O/Na2O值等特征。由南东向北西，东小山煌斑岩体的赋存标高逐渐变深，整体向NE向侧伏，距离大井头地区5 km，空间上具有关联性。

通过人工重砂鉴定，发现东小山煌斑岩体内重砂矿物较少，原因可能是随着大井头岩体的侵位、爆发、沉寂，重砂矿物的比重及密度比煌斑岩大，随着岩浆溢流并离侵位位置的距离越来越远，重砂矿物陆续沉淀。大井头地区周边还出露埠西桥火山角砾岩、归后庄火山角砾岩和小泉庄煌斑岩体，构成了一个完整的火山机构，推测的东小山煌斑岩体与大井头岩管岩体侵位模式如图11所示。随着大井头岩管的喷发，分支岩浆顺着地层界面向东溢流并结晶形成东小山煌斑岩体，后期受博平—南石岗断裂错动影响而抬升出露地表。在归后庄、埠西桥地区，分支岩浆直接喷出地表，发育的角砾岩及基质与大井头地表出露的岩体基本一致。本次研究中缺少大井头岩体稀土及微量元素地球化学分析数据作对比，这有待进一步研究。

6 结论

（1）东小山地区煌斑岩属于超钾质煌斑岩体，岩浆主要来源于富集型地幔源区部分熔融，岩浆在后期侵位过程中受到了地壳物质的混染。

（2）东小山地区煌斑岩内发现的铬透辉石形成温度约为1 180 ℃，形成压力约为5.8 Gpa，对应的深度约为180 km。

（3）东小山地区煌斑岩受燕甘断裂控制，源区可能受大洋板块俯冲的影响，形成时代为早奥陶世。

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Abstract：The lamprophyre in Dongxiaoshan area of Linyi City， Shandong Province， belongs to the weak aluminum ultra-potassic type with high Ba， Th and P， enrichment of LREEs and distinct fractionation between LREEs and HREEs， indicating the lamprophyre is contaminated by crustal materials during the late emplacement. The lamprophyre rich in LILEs and HFSEs shows that the magma mainly comes from the enriched mantle， further revealing its source area is contaminated by the crustal materials. Two chrome diopsides are selected by artificial heavy concentrate method to calculate the formation temperature of 1 180 ℃ and pressure of 5.8 Gpa respectively， with the corresponding depth of about 180 km， which is consistent with the formation depth of diamond.

Key words：lamprophyre; geochemical characteristics; heavy placer minerals; diagenetic age; Dongxiaoshan area; Linyi City，Shandong Province