吉林省橄榄石矿床地质特征及成矿预测

孙立岩，李忠水，刘 吉，曾庆斌

（中国建筑材料工业地质勘查中心吉林总队，吉林 长春 130033）

1 区域地质背景

矿区属中国东部大陆边缘裂谷—断裂活动带的东北部，敦化—密山岩石圈断裂带内，矿区地质构造概况见图1。

1.1 地层

矿区出露地层为新元古界张广才岭岩群新兴岩组(Pt3x)，新生界新近系船底山组(N2c)及第四系沼泽沉积层(Qhf)。

张广才岭岩群新兴岩组，为变质细砂岩、变质粉砂岩、板岩，常见有黄铁矿包皮假晶，接触带具角岩化。厚3680m。新近系船底山组(N2c)为含矿地层，岩石为灰黑色块状、气孔状—杏仁状橄榄玄武岩。上部夹一层玄武质晶屑、岩屑凝灰岩。中部夹两层凝灰质砂岩，底部偶见砂砾石层。该层底部的灰黑色致密块状橄榄玄武岩为宝石级橄榄石的含矿母岩，沿敦—密构造断裂带分布，呈岩株状产出，不连续，一般厚2～10m。第四系沼泽沉积层(Qhf)，主要为淤泥、草炭土。

1.2 构造

区内以断裂构造为主，主要为敦化—密山超壳断裂。该断裂附近还分布有次一级断裂构造，这些断裂构造控制着新生代玄武岩浆的喷发，是控矿构造。

1.3 岩浆岩

图1 矿区地质构造简图

区内岩浆岩发育，主要为晚古生代二叠纪侵入岩和新生代大面积玄武岩浆的喷发。晚古生代二叠纪侵入岩有石门(P3T1sγδ)、小蒲柴河(P3T1xγδ)、亮兵(P3T1lηγ)、仁义顶子(P3T1rγδ)吉祥(P3T1jηγ)单元和白垩纪江南单元(Kjγπ)。

石门单元(P3T1sγδ)，岩性为中粒角闪石花岗闪长岩；小蒲柴河单元(P3T1xγδ)，岩性为中细粒黑云母花岗闪长岩；亮兵单元(P3T1lηγ)，岩性为中细粒二长花岗岩；仁义顶子单元(P3T1rγδ)，岩性为似斑状花岗闪长岩；吉祥单元(P3T1jηγ)，岩性为二云二长花岗岩；江南单元(Kjγπ)，岩性为花岗斑岩。

2 矿床地质特征

2.1 含矿层及矿层特征

含矿地层为新近系船底山组(N2c)，为灰黑色块状、气孔状、杏仁状橄榄玄武岩，该组底部灰黑色致密块状橄榄玄武岩为宝石级橄榄石的含矿母岩。含矿母岩由橄榄玄武岩和橄榄岩包体两部分组成，橄榄玄武岩：呈灰黑色，间隐晶粒结构，致密块状构造。矿物成分有：斜长石呈长板状，粒径0.5～1.0mm，含量30%～40%；橄榄石呈粒状，粒径0.1～1mm，含量20%～25%；辉石呈柱状，粒径0.1～0.3mm，含量10%～20%；玻璃质含量40%～70%。橄榄岩包体以大小不等的椭圆状、棱角、角砾状包体分布在灰黑色橄榄玄武岩中，二者界线明显，岩石中包体含量占30.4%。其包体直径大小不一，一般5～10cm，大者可达20cm，包体被黑色橄榄玄武岩熔结，包体大小及含包率沿垂深加大增加，宝石级橄榄石多产于包体中，矿体呈层状。调查区由北向南，矿层底板标高逐渐降低，标高740～700m，含矿层倾角5～30°。自北向南矿体厚度变薄11.5～8m，含包率降低，包体直径变小。

2.2 矿石质量

橄榄岩中主要矿物成分为镁橄榄石85%、辉石10%，副矿物有尖晶石、磁铁矿。

橄榄石：黄绿、淡绿、翠绿色，多呈粒状，少数为双凸透镜状；玻璃光泽，透明—半透明，贝壳状断口，硬度7，条痕无色，矿物粒度多为0.5～3mm，少数为3～10mm，多具裂纹或棉状物，偶含气泡。粗晶中透明度好，无裂纹或棉状纹，无气泡或杂质者为宝石级橄榄石。橄榄石X-射线衍射结果见图2。

辉石：主要为斜方辉石，次为单斜辉石。斜方辉石为灰褐—灰绿色，短柱状，板状及粒状，玻璃光泽，透明—半透明，见两组解理，粒度0.5～15mm，个别达20cm，晶体中时而包裹橄榄石或尖晶石。单斜辉石呈翠绿色粒度0.5～3mm，含量甚微。

尖晶石：呈八面体及不规则粒状，粒度0.2～0.5mm，粗晶者为黑色，细粒者为红褐色，玻璃光泽，半透明。

图2 橄榄石X-射线衍射曲线

磁铁矿：为灰黑色粒状，半金属光泽，条痕樱红色，具有磁性，有的已氧化成赤铁矿，矿物粒度小于0.5mm。

橄榄石宝石有三种存在形式：①赋存在橄榄石包体中；②呈橄榄石晶胞集合体；③少数呈橄榄石单晶分布在玄武岩中。按其赋存状态和矿物组合划分矿石类型：橄榄石—辉石包体型矿石、橄榄石晶胞型矿石、橄榄石单晶型矿石。包体型矿石以橄榄石为主，与辉石等矿物组成橄榄石包体，呈次棱角状—次圆状被玄武岩熔接。包体大小相差悬殊，一般3～10cm，大者达25cm，小者1～2cm，宝石主要产于其中，约占产出宝石量的60%～70%；晶胞型矿石以橄榄石集合体成晶胞被玄武岩熔接，一般晶胞3～7cm，个别达13～22cm，小者1～2cm，其单晶大小相差不大，宝石质量好，颗粒大约占产出宝石量的30%～40%；单晶型矿石，以橄榄石单晶被熔接于玄武岩中，晶体自形程度高，透明度好晶粒粒度3～10mm，大者达12～15cm，宝石质量好，颗粒大约占宝石量的1%～2%。其化学成分见下页表。

橄榄石宝石SiO2含量在44.08%～46.32%之间，MgO含量在39.59%～45.64%之间变化。吉林省的橄榄石宝石属贵橄榄石，少数为镁橄榄石。

3 成矿过程模式及找矿标志

3.1 成矿过程模式

橄榄石产出地质背景及矿床地质特征分析，可以将宝石矿床的成矿过程模式分为四个阶段。

(1)地幔原始橄榄石形成阶段。

利用单辉石(Opx或Cpx)地质温度—压力计算方法获得的与其共生的温度压力条件。由于辉石与橄榄石呈平衡共生关系，故可知橄榄石结晶的温度为900～1100℃，压力为12～20kb。根据1kb相当于地下深度3.3km，可以估算橄榄石来源深度约为40km以上的上地幔，这说明在敦化地区的地幔玄武岩浆中橄榄石早已存在，地幔橄榄石是地幔成矿作用的产物。碱性玄武岩中普遍含有橄榄石矿物巨晶或其矿物颗粒的集合体已经成为岩石学家的共识。

橄榄石宝石化学成分(%)

(2)地幔流体的交代熔融作用过程。

吉林尖晶石二辉橄榄岩中过渡族元素与原始地幔相比，存在亏损，但从研究区深部地幔中尚保存有大量的地幔橄榄石碎块。从碎块中尚有一些斜方辉石和单斜辉石的情况看，本区地幔亏损不大，橄榄岩类的包体仅经历了较低程度的部分熔融。地幔流体的交代熔融作用造成了矿石碎块的浑圆状，次棱角状，它是宝石残碎斑结构，不等粒结构产生的主要原因。正是由于这些特点使析离出的橄榄石形成粗晶，巨晶或呈晶包散布在碱性玄武岩中，为橄榄石宝石矿床的形成打下了良好的基础。

(3)岩浆上侵阶段。

第三纪船底山期由于地幔活动的加剧，沿着NE向的敦密断裂，碱性玄武岩浆借助强大的爆发力携带大量橄榄岩包体快速上涌到地壳浅部，以火山颈相或喷出相、爆发相重新就位。能够造成爆发岩筒式岩体的条件是多组相互交汇的断裂构造带，当断裂发生活化时，岩浆快速上涌，能量得到释放。橄榄石包体随岩浆升迁至地壳上部，形成橄榄石宝石矿床。

(4)橄榄石保存阶段。

宝石形成后，能否被保存下来，十分重要。在地幔流体作用下，橄榄石宝石之所以被保存下来，是由于后期的火山活动，如矿体的顶板仍被碧玄岩，凝灰岩所覆盖，使宝石没有遭受风化剥蚀，再加上该地区茂密的植被条件，都为橄榄石的保存提供了条件。

敦化橄榄石矿体出露标高均在700m以上。由于切割作用，玄武岩均分布于山顶之上，被称为高地玄武岩。另外橄榄石宝石矿床都出现在次火山颈相位置，矿体形态为漏斗状或蘑茹状，再加上晚期火山凝灰岩及第四纪的覆盖，宝石矿床保存条件极好，形成在现今经济技术条件下可被开发利用的橄榄石宝石矿床。

3.2 找矿标志

(1)船底山组下部层位的矿体露头及含矿砖石即为直接找矿标志。

(2)自然重砂中较大量的大颗粒橄榄石可作为间接找矿标志。

(3)船底山组下部的碱性橄榄玄武岩层是矿体赋存的有利层位。

(4)断裂的交汇部位是火山通道的有利部位，也是矿体由上而下的有利部位。

4 成矿预测

橄榄石矿主要分布于蛟河、敦化、安图二道白河地区。此区在新生代强烈的构造运动，形成含有大量幔源橄榄岩包体的碱性橄榄玄武岩、碧玄岩带，该成矿带走向北西，延长约50km。宝石级的橄榄石产于橄榄石包体内，粗大单晶产于碱性橄榄玄武岩中，目前已发现的矿体呈漏斗状—似层状。橄榄石为绿色、黄绿色、自形程度高、晶莹透明、质量好。通过近几年的勘查，又在该带南段和北段发现多处矿点，该带仍有较大的资源潜力。此外，伊通火山群、龙岗火山群、长白火山群，其中均见有富含橄榄石包体，其特征与敦化橄榄石基本相同，具有较好的成矿远景。

[1]于宏伟,杨志光,等.吉林省东部橄榄石宝石普查报告[R].2000.

[2]彭玉鲸,唐守贤.吉林省区域地质志[M].北京:地质出版社,1988.