辽宁瓦房店和山东蒙阴金伯利岩中铬铁矿成分特征及指示意义

迟广成，李国武，肖 刚，伍 月，岳明新，郝原芳

（1.沈阳地质矿产研究所，辽宁沈阳110032；2.中国地质大学，北京100083）

铬铁矿是辽宁瓦房店及山东蒙阴金伯利岩中的主要指示矿物，颜色主要为黑色，压碎后为褐红色、棕色.金伯利岩中铬铁矿的显著特征是浑圆形斑晶和形态复杂的八面体歪晶，浑圆形斑晶一般大于1mm，最大可达4～5mm，八面体歪晶一般0.2～0.7mm，呈显微斑晶；而基质中的铬铁矿则为小于0.2mm的正八面体自形晶［1］.

铬铁矿在金伯利岩中按结晶形态和生成时间可分为3个世代：第一世代铬铁矿以斑晶形式出现，颗粒直径一般为0.7～2.0mm，原始晶形为正八面体，部分为聚形晶，结晶颗粒粗大，晶体长期处于熔浆阶段，八面体的晶棱和角顶均被熔蚀，其形状多为浑圆状、椭圆形、饼状以及其他各种不规则形状，有时晶体表面形成各种形状的蚀象［2-4］；第二世代铬铁矿斑晶是在深成热动力条件不甚稳定的情况下晶出的，结晶形态较为复杂，多为八面体的歪晶.第三世代的铬铁矿几乎全部分布在金伯利岩的基质中，属于岩浆晚期阶段的结晶产物，结晶颗粒细小，粒径为0.05～0.1 mm，晶体自形程度很高，形态多为小八面体，其晶棱和顶角保存完好，晶面平坦光滑，没有浑圆化及其他各种熔蚀和磨蚀现象［5］.

含矿性不同的金伯利岩岩体中，三个世代铬铁矿的含量不同.富矿金伯利岩岩管中，以第一世代浑圆形大斑晶铬铁矿为主；中等含矿的金伯利岩岩管中，铬铁矿以第二世代八面体歪晶为主；贫矿金伯利岩岩管中，以第三世代小八面体铬铁矿为主［6］.铬铁矿这些特征对判别金伯利岩含矿性具有一定指导意义.

为了研究瓦房店和蒙阴矿区铬铁矿成分与金伯利岩含矿性关系，笔者在山东蒙阴及辽宁瓦房店金伯利岩中选取了100件铬铁矿样品作电子探针成分分析.在蒙阴中等含矿金伯利岩体中选了28件铬铁矿样品，富矿金伯利岩体中选了9件铬铁矿样品，贫矿金伯利岩体中选了7件，无矿金伯利岩体中选了6件.在瓦房店42号中等含矿金伯利岩体中选了11件铬铁矿样品，在50号富矿金伯利岩岩管中选了13件铬铁矿样品，在51号贫矿金伯利岩岩管中选了19件铬铁矿样品；在1号无矿金伯利岩岩管体中选了7件铬铁矿样品.

1 铬铁矿化学成分及分子式特征

电子探针成分分析结果（表1）显示：山东蒙阴和辽宁瓦房店金伯利岩中铬铁矿化学成分含量MgO为7.65%～12.59%，FeO 18.71%～26.67%，TiO20.21%～2.58%，Al2O31.86%～11.84%，MnO 0.05%～0.22%，Cr2O347.96%～64.17%，显示了铬铁矿富镁的特征.

根据电子探针成分分析结果计算铬铁矿的矿物晶体化学式［7］，计算结果显示：瓦房店和蒙阴2个金刚石矿区金伯利岩中铬铁矿分子式的Mg、Fe离子数接近，在0.5左右，少量Mg＞Fe，其铬铁矿种属为富镁铬铁矿.铬铁矿的端员组分主要为 MgCr2O4、MgAl2O4、FeCr2O4，还含有少量的MgTi2O4和FeO分子.

利用蒙阴金刚石矿区胜利1号小岩管（富矿）、胜利1号大岩管（中等含矿）、红旗6号管（贫矿）、坡里岩脉（无矿），瓦房店金刚石矿区1号岩脉（无矿）、42号岩管（中等含矿）、51号岩管（贫矿）、50号岩管（富矿）中铬铁矿分子中 3价配位（Al4+、Cr3+、Fe3+）离子数，以 3个离子含量为单元组分做三角图解（图1）.Cr-Fe-Al三角图显示金伯利岩中铬铁矿有以下特点.

1）瓦房店1号无矿金伯利岩管铬铁矿分子中3价配位离子成分投点多集中分布在Al4+10%～30%，Cr3+55%～85%，Fe3+5%～25%菱形区域内，投点比较分散；蒙阴坡里无矿金伯利岩脉铬铁矿分子中3价配位离子成分投点多集中分布在Al4+10%～20%，Cr3+70%～85%，Fe3+5%～15%三角形区域内，投点比较集中.

2）瓦房店51号贫矿金伯利岩管铬铁矿分子中3价配位离子成分投点多集中分布在Al4+5%～40%，Cr3+50%～85%，Fe3+5%～20%矩形区域内，点比较分散；蒙阴6号贫矿金伯利岩管铬铁矿分子中3价配位离子成分投点多集中分布在Al4+2%～5%，Cr3+80%～90%，Fe3+5%～15%小菱形区域内，点比较集中.

表1 铬铁矿电子探针波谱微区化学成分分析数据平均值Table1 Chem ical composition analysis for chrom ite by electronic probe spectrum m icro-area

图1 蒙阴和瓦房店矿区金伯利岩中铬铁矿分子铝-铬-铁三角图解Fig.1 The Al-Cr-Fe triangle plotof chromites in Mengyin andWafangdian kimberlite ore fieldsD1—蒙阴胜利1号大岩管；M6—蒙阴红旗6号岩管；P—蒙阴坡里岩脉；SX1—蒙阴胜利1号小岩管（富矿）；W1—瓦房店1号岩管；W42—瓦房店42号岩管；W50—瓦房店50号岩管；W51—瓦房店51号岩管；X1—蒙阴胜利1号小岩管

3）瓦房店42号中等含矿金伯利岩管铬铁矿分子中3价配位离子成分投点多集中分布在Al4+5%～35%，Cr3+50%～95%，Fe3+0～20%大矩形区域内，点比较分散；蒙阴胜利1号中等含矿大金伯利岩管和部分小金伯利岩管铬铁矿分子中3价配位离子成分投点多集中分布在Al4+2%～10%，Cr3+80%～95%，Fe3+0～15%小矩形区域内，点比较集中.

4）瓦房店50号富矿金伯利岩管铬铁矿分子中3价配位离子成分投点多集中分布在Al4+5%～40%，Cr3+50%～90%，Fe3+0～20%大矩形区域内，点比较分散；蒙阴胜利1号富矿小金伯利岩管铬铁矿分子中3价配位离子成分投点多集中分布在Al4+2%～12%，Cr3+78%～88%，Fe3+5%～15%小菱形区域内，点比较集中.

5）蒙阴无矿、贫矿、中等含矿和富矿金伯利岩中铬铁矿分子中3价配位离子成分投点多集中分布在Al4+0～20%，Cr3+70%～95%，Fe3+0～15%区域内，点比较集中，显示了铬铁矿分子中3价配位离子成分高铬、低铁、低铝的特征.

6）瓦房店无矿、贫矿、中等含矿和富矿金伯利岩中铬铁矿分子中3价配位离子成分投点多集中分布在Al4+5%～40%，Cr3+50%～90%，Fe3+0～20%区域内，点比较分散，显示了铬铁矿分子中3价配位离子成分高铬、低铁、中等含铝的特征.

2 铬铁矿中不同成分关系特征

2.1 铬铁矿中Al2O3-Cr2O3成分关系特征

从山东、辽宁两地金伯利岩中铬铁矿的Al2O3-Cr2O3关系图（图 2）可以看出：Al2O3与 Cr2O3含量具有反消长关系，金伯利岩中铬铁矿的Cr2O3含量为45%～70%，Al2O3含量为1%～24%，变化范围较大.就同一岩体而言，从粗晶到基质铬铁矿，具有Cr2O3含量降低，Al2O3含量增高的趋势，说明金伯利岩岩浆演化朝Cr含量降低，Al含量升高的方向发展.蒙阴金伯利岩中铬铁矿显示了Cr2O3含量高、Al2O3含量低的特点.

图2 铬铁矿中Al2O3-Cr2O3成分关系图Fig.2 Relationship between Al2O3 and Cr2O3 compositionsin chromites1—瓦房店50号岩管；2—瓦房店42号岩管；3—瓦房店1号岩管；4—瓦房店51号岩管；5—蒙阴胜利1号小岩管；6—蒙阴胜利1号大岩管；7—蒙阴红旗6号岩管；8—蒙阴坡里岩脉

铬铁矿中的Al2O3含量和Cr2O3含量呈现的负相关关系反映了Cr和Al在八面体配位中存在完全类质同象现象，这是它们具有相似的地球化学性质造成的［8］.一般说来，金伯利岩的含矿性与铬铁矿中Cr2O3含量呈正相关，而与Al2O3含量呈负相关关系.

2.2 铬铁矿中FeO-Cr2O3成分关系特征

金伯利岩中铬铁矿的FeO含量变化范围为14%～31%，变化范围较大.FeO-Cr2O3关系图（见图3）显示：铬铁矿中Cr2O3与FeO含量具有反消长关系，晶体化学成分计算表明Fe分别占据八面体位置和四面体位置，四面体位置中的Fe部分代替Cr使其形成反相关关系，Cr2O3与FeO2含量分布的区域特征不明显，山东、辽宁产出的铬铁矿混杂分布，与含矿性的关系不显著.

图3 铬铁矿中FeO-Cr2O3成分关系图Fig.3 Relationship between FeO and Cr2O3 compositionsin chromites1—瓦房店50号岩管；2—瓦房店42号岩管；3—瓦房店1号岩管；4—瓦房店51号岩管；5—蒙阴胜利1号小岩管；6—蒙阴坡里岩脉；7—蒙阴胜利1号大岩管；8—蒙阴红旗6号岩管

2.3 铬铁矿中MgO-Cr2O3成分关系特征

山东、辽宁金伯利岩中铬铁矿的Cr2O3-MgO含量图（图4）显示：MgO含量主要分布在6.5%~15.0%之间，变化范围较宽，Cr2O3与MgO含量具有反消长关系，但不太显著.铬铁矿中Mg成分在山东及辽宁铬铁矿中有很大程度的重合混杂.同样，云煌岩、钾镁煌斑岩及不含矿的金伯利岩中铬铁矿成分也呈混杂分布［9］.这说明各种产状的铬铁矿都存在广泛的Mg、Fe完全类质同象，因此不能用铬铁矿中Mg-Cr含量关系判别金刚石的含矿性.

2.4 铬铁矿中TiO2-Cr2O3成分关系特征

铬铁矿TiO2-Cr2O3含量散点图（图5）显示：TiO2含量较低，与Cr2O3含量无相关关系.Soblev［10］研究前苏联雅库特、和平、艾哈尔、国际、成功等重要岩管的金刚石包裹体中的铬铁矿720个样品，其成分特征：Cr2O3含量 62%~67%，TiO2＜0.7%，MgO含量 10%～15.5%.本区的投点显示铬铁矿大多位于Cr2O3含量62%～67%、TiO2＜0.7%区域内.

图4 铬铁矿中MgO-Cr2O3成分关系图Fig.4 Relationship between MgO and Cr2O3 compositionsin chromites1—瓦房店50号岩管；2—瓦房店42号岩管；3—瓦房店1号岩管；4—瓦房店51号岩管；5—蒙阴胜利1号小岩管；6—蒙阴坡里岩脉；7—蒙阴胜利1号大岩管；8—蒙阴红旗6号岩管

金伯利岩岩浆结晶的铬铁矿以富钛为特征，捕虏晶铬铁矿则以低钛为特征.据此标准，大部分的铬铁矿为捕虏晶，少量为金伯利岩岩浆结晶产物 .

辽宁瓦房店和山东蒙阴金伯利岩中铬铁矿的TiO2含量为0.1%～4.0%.粗晶比基质中铬铁矿的MgO、TiO2含量低，FeO、Cr2O3含量高，说明铬铁矿在结晶过程中朝着MgO、TiO2含量增加，Cr2O3、FeO含量降低的方向进行，这也反映了金伯利岩浆向氧逸度增高的方向演化［12-13］.

3 结语

1）山东蒙阴和辽宁瓦房店金伯利岩中铬铁矿的Cr与Al、Mg与Fe的类质同象替代普遍，铬铁矿的主要端员组分为 MgAl2O4、MgCr2O4、FeCr2O4分子，含有少量的MgO、TiO2和 FeO分子.含MgCr2O4分子高、MgAl2O4分子低的金伯利岩含矿性好.

2）产于蒙阴和瓦房店金刚石矿区金伯利岩中的铬铁矿具有高铬、富镁的特征，通常认为高Cr2O3、富MgO、低TiO2、低Al2O3的铬铁矿是来自含金刚石原生矿的指示矿物.

3）金伯利岩中不同世代的铬铁矿的化学成分不同，主要体现在铬和铝2个元素上.第一世代浑圆形斑晶铬铁矿Cr2O3含量多为56.0%～59.0%，Al2O3含量多为5.0%～7.0%；第二世代歪晶铬铁矿Cr2O3含量多为53.0%～57.0%，Al2O3含量多为6.0%～10.0%；第三世代铬铁矿Cr2O3含量多为47.0%～52.0%，Al2O3含量多为7.0%～15.0%.如果用Cr/（Cr+Al）=Cr′来表示铬铁矿与金伯利岩含矿性的关系，那么金刚石包裹体中铬铁矿的Cr′值为89.75%；富矿金伯利岩中的第一世代斑晶铬铁矿Cr′值为89.47%；中等含矿金伯利岩岩体中第一世代铬铁矿Cr′值为86.83%，第二世代铬铁矿Cr′值为82.74%；贫矿金伯利岩岩体中铬铁矿Cr′值为68.98%.金伯利岩岩体中含金刚石由富到贫，对应金伯利岩体中铬铁矿Cr′值依次变低.研究认为，高铬、低铝的粗晶铬铁矿是金刚石找矿指示矿物.金伯利岩中铬铁矿Cr′值可作为判定金伯利岩岩体含矿与否的重要指标之一.

［1］董振信，丛安东，韩柱国.金伯利岩含金刚石性的矿物学标志［J］.矿床地质,1993,12（1）:47—54.

［2］庄德厚.探讨我国金伯利岩形成的时代［J］.地质评论,1979,25（1）:18—20.

［3］张培元，齐玉兴，胡鸿锵.辽宁含金刚石金伯利岩形成的地质条件［J］.地质评论,1980,26（1）:7—8.

［4］贺灌之.金伯利岩和金刚石的形成机制［J］.地质评论,1980,26（5）:22—24.

［5］董振信，周剑雄.我国金伯利岩中铬铁矿的标型特征及其找矿意义［J］.地质学报,1980,54（4）:284—298.

［6］赵秀英.辽宁某地金伯利岩中铬铁矿与金刚石的关系［J］.矿物学报,1982,1:21—29.

［7］潘兆橹，编.结晶学与矿物学［M］.北京：地质出版社,1984:73—78,113—116.

［8］董振信.中国金伯利岩地球化学［J］.中国地质科学院院报,1991,23:99—114.

［9］董振信.我国金伯利岩型金刚石矿床的若干地质特征及其找矿标志［J］.矿床地质,1991,10（3）:255—264.

［10］董振信.中国金伯利岩［M］.北京：科学出版社,1994:22—276.

［11］张安棣，谢锡林，郭立鹤，等.金刚石找矿指示矿物研究及数据库［M］.北京：科技出版社,1991:51—55.

［12］钟瑞元.金伯利岩的岩石化学特征与含金刚石程度的判别［J］.地球化学,1981（4）:356—363.

［13］郑建平，路凤香.金刚石中的流体包裹体研究［J］.科学通报,1994,39（3）:253—256.