安徽栏杆地区橄榄辉长岩地球化学特征及其与金刚石成矿的关系＊

蔡逸涛，陈国光，张 洁，董钟斗，周世文

（1 南京地质矿产研究所 南京 210016）（2 安徽省地勘局第二水文工程地质勘查院 芜湖 241000）

1 地质概况

栏杆地区位于安徽宿州市埇桥区，距宿州市区约40km［1］，区域上位于我国最重要的金刚石成矿区－华北地台的东南缘，处于稳定的古老克拉通内［2］。近年相继在栏杆地区的基性－超基性中发现了多达200多颗金刚石，显示该地区基性－超基性岩的金刚石找矿潜力。

图1 郯庐断裂带构造（A）及栏杆地区（B）地质简图Fig．1 Geological sketch map of Tan－Lu fault zone（A）and Langan area（B）

栏杆地区位于郯庐断裂带西侧（图1A）。郯庐断裂带是我国东部一条著名的深大断裂带，它与金刚石成矿关系十分密切。在研究区通过部分断裂带宽约20km，由三条主断裂组成（五河－合肥深断裂、石门山断裂、嘉庐深断裂），呈北北东走向，断层面一般倾向东，局部倾向西，倾角60～80°。栏杆地区则属于华北地块的灵璧台穹IV 级构造单元，位于NNE向时窑背斜的西翼，南部解集一带存在黑峰岭推覆构造（向斜）。区内断裂构造以EW 向为主，有小望疃断层、金山寨断层等。

栏杆地区的地层属华北地层区淮河地层小区，区内出露地层为震旦系、寒武系，岩性主为白云岩、灰岩、页岩、砂岩、燧石砾岩等［3］。

栏杆地区岩浆岩较为发育，主要有晚震旦世辉绿岩和晚侏罗世－白垩纪石英正长斑岩、闪斜煌斑岩等。其中晚震旦世辉绿岩－老寨山岩体位于宝光寺、猫头山至老寨山、大堂山一带，侵入震旦系望山组、史家组地层中（图1B），呈NNE 向条带状弧形展布于研究区中部，区内长度大于19km（向北延入江苏境内），最宽1．6km（猫头山－老寨山一带）。辉绿岩岩体两侧有脉状体平行分布，受横断层破环岩体分支较多。岩体剥蚀深度较浅，保留了较多捕虏体及顶盖［3］。

2 样品采集

安徽老寨山岩体按岩石结构可分为两个相带：边缘相为细粒结构，内部相为细粒－中粒结构。岩性以辉绿岩为主，在中心部位见辉长岩和辉长－辉绿岩。在西侧岩体与围岩接触处，局部见杏仁状玻质玄武岩。本文研究的样品采集于安徽省第二水文工程地质勘察院在其内部相带中所打的竖井中。野外观察边缘相中的辉绿岩岩石呈暗绿色，风化后常为浅绿－浅黄色，具球状风化，辉绿或嵌晶含长结构，块状或杏仁状构造，气孔内主要为碳酸盐和葡萄石充填。主要矿物成分为基性斜长石（50%±），单斜辉石（35～40%），其次为少量钾长石、磁铁矿、角闪石、石英等。辉长岩为深灰色，块状构造，中细粒等粒结构，主要矿物成分为基性斜长石（50%±），辉石（50%±）等。副矿物可见有少量橄榄石、云母等，镜下鉴定为橄榄辉长岩。

3 地球化学特征

橄榄辉长岩样品的主量、微量和稀土元素分析结果列于表1、表2和表3。在全碱－SiO2的TAS图（图2）上，本区橄榄辉长岩的投影点都落于碱性系列辉长岩范围。考虑到蚀变过程中K 和Na等元素较活泼，用TAS 图解判别岩石类型可能会产生误差，因此，我们选择一些在蚀变过程中不活泼的元素（Ti、Zr、Y 和Nb）来做进一步的判别。在Zr／TiO2－Nb／Y 判别图上（图3）。所有样品也都落入碱性玄武岩范围内，与TAS判别图结果基本一致。

表1 栏杆老寨山橄榄辉长岩主量元素丰度（单位：×10－2）Table 1 Major elements（×10－2）of olivine－gabbros in Laozhaishan，Langan area

表2 栏杆老寨山橄榄辉长岩微量元素丰度（×10－6）Table 2 Trace elements（×10－6）of olivine－gabbros in Laozhaishan，Langan area

表3 栏杆老寨山橄榄辉长岩稀土元素丰度（×10－6）Table 3 REE（×10－6）of olivine－gabbros in Laozhaishan，Langan area

图2 橄榄辉长岩（Na2O＋K2O）vs．SiO2 图解（底图据［9］）Fig．2 （Na2O＋K2O）vs．SiO2diagram for olivine－gabbros

岩石的SiO2含量介于44．58～47．44%之间，为基性岩类；Na2O＋K2O 为4．87～5．87%，Na2OK2O＜2，结合碱性强弱判别图（图4）可看出岩石均属碱性系列，这与中国东部基性岩平均偏碱性一致［5－7］。

图3 橄榄辉长岩Zr／TiO2－Nb／Y 图解（底图据［10］）Fig．3 Zr／TiO2－Nb／Y diagram for olivine－gabbros

图4 橄榄辉长岩（1．5Na2O ＋K2O）－（SiO2－CaO－1．5MgO）图解（底图据［4］）Fig．4 （1．5Na2O＋K2O）－（SiO2－CaO－1．5MgO）diagram for olivine－gabbros

此外，Mg＃值介于34～46 之间，固结指数SI（SI%＝100×w（MgO）／（w（MgO）＋w（FeO）＋w（Fe2O3）＋w（Na2O）＋w（K2O））在16～24之间，明显低于原生玄武岩浆值（40±）。邱家骧（1990）认为，基性－超基性岩形成有直接侵入和经历了岩浆分异两种［8］，前者MgO＞30，且Mg＃／FeO ＞6～7；后者反之。研究区碱性基性岩的MgO 为4．5%～6．5%，MgO／FeO＜1，说明在成岩过程中经历了较为强烈的岩浆分异作用。

主量元素的Haker图解（图5）显示，Mg＃与主量元素和SI 之间有明显的相关性，其中SiO2、Al2O3和Na2O＋K2O 随Mg＃增加而减少，CaO、MgO 和SI随Mg＃增加而增加，这与皖北及苏北地区的基性－超基性岩特征一致。此外，本区Al、Mg含量相对较高，也可能反映了源区具有石榴石的特点。

图5 橄榄辉长岩主量元素Haker图解Fig．5 Harker diagrams for olivine－gabbros

本区橄榄辉长岩的微量元素丰度如表2。岩石的大离子亲石元素和高场强元素含量及比值均大于幔源岩浆的相应比值［9］（Jagoutz等报道幔源岩浆K／Rb、K／Ba 和Rb／Sr 值分别为321、37．7 和0．029），反映岩石为原始岩浆经过了分异作用的产物。岩石的微量元素MORB 标准化分配曲线（图6）与板内碱性玄武岩［10］相似。

据Green（1971）统计，原始碱性玄武岩平均Ni丰度为290×10－6，Cr丰度为380×10－6［11］；Frey（1987）报道夏威夷原始霞石岩的Ni、Cr丰度分别为（300～350）×10－6和420×10－6［12］。而本区橄榄辉长岩的Ni和Cr分别为（28～35）×10－6和（22～31）×10－6，低于上述原始岩浆的相应值，可见这些岩石都是经过原始岩浆分馏作用的产物，由于Ni主要存在橄榄石中，Cr主要赋存在单斜辉石中，因此很可能是以橄榄石和单斜辉石的结晶分离为主。

橄榄辉长岩的稀土元素丰度见表3，本区碱性基性岩∑REE 在（230～233）×10－6之间，∑LREE范围为（167～201）×10－6，∑HREE 范围为（31～35）×10－6。LREE／HREE 为4．7～6．3，LaN／YbN为5．06～6．86，δEu＝0．69～0．93，δCe＝0．93～0．98。稀土元素球粒陨石标准化分配曲线具有强烈的右倾特征（图6），总体呈现出稀土总量较高、轻稀土富集和重稀土亏损；Eu的负异常较明显，可能有两方面原因：一是来自于地壳物质的混染；二是由于斜长石分离结晶作用导致。La、Yb特征说明源区可能具有石榴石的残留相。

Treuil和Joron（1975）研究了一次部分熔融和分离结晶作用过程的REE的地球化学行为，根据部分熔融和分离结晶REE元素定量模型的各自特点，选择不相容元素La（H 元素）和中等分配系数元素Sm（M 元素）作La／Sm－La图解，并利用其判别岩浆成因、部分熔融作用以及叠加的分离结晶作用的影响［13］。这一图解对于碱性玄武岩－辉长岩的岩浆起源，可以提供重要的成因信息，得到广泛的应用。研究结果表明，一次部分熔融过程中，La／Sm 比值将随着La的含量增加而增大；而同源岩浆分离结晶作用过程中La／Sm 的比值则不随La的丰度增加而改变，保持在相对稳定的比值范围内。

图6 橄榄辉长岩稀土元素球粒陨石标准化配分曲线（左）和微量元素MORB标准化蛛网图（右）Fig．6 Chondrite－normalized REE distribution patterns（left）and MORB－normalized trace elements spidergram（right）of olivine－gabbros

图7 橄榄辉长岩La vs．La／Sm、Nb／Y vs．Th／Y 及Rb／Zr vs．Rb／Nb图解Fig．7 La vs．La／Sm，Nb／Y vs．Th／Y and Rb／Zr vs．Rb／Nb diagrams for olivine－gabbros

本区橄榄辉长岩稀土元素部分熔融－分离结晶作用的La－La／Sm 关系图（图7）显示较为明显的正相关性，说明碱性基性岩浆形成过程主要受部分熔融作用的影响。在Rb／Zr－Rb／Nb 相关图中，研究区内的碱性基性岩表现为直线型的平衡部分熔融演化趋势［14］，说明在本区的基性岩浆经历了低度的部分熔融。

Zr、Y、Nb、Ta 和Hf等为不活动元素，在岩浆演化过程中能保持一定的连续性，不易受后期地质作用的干扰，因此可用来有效地判断岩石产出的大地构造背景。在Zr／Y－Zr相关图［15］（图8）、Hf／3－Th－Ta［16］和Nb×2－Zr／4－Y 三角图［17］中（图8），本区橄榄辉长岩样品都落入大陆板内玄武岩或板内碱性玄武岩范围内。

强不相容元素与高场强元素在地壳和地幔中的性质不同，地壳物质中Th 高Nb 低［18］，地幔岩中Th低Nb 高，若发生地壳混染必然导致Nb、Th之间呈负相关。在Nb／Y－T h／Y 相关图中（图7），本区样品呈负相关，说明在岩浆侵入过程中存在地壳物质混染的可能性。图9显示本区的岩石不相容元素比值落在富集地幔EMI端员附近，说明本区玄武岩浆可能起源于单一的富集地幔。

图8 橄榄辉长岩构造判别图解（据文献［15－17］修改）Fig．8 Tectonic discrimination diagrams for olivine－gabbros

图9 橄榄辉长岩Rb／Nb－Ba／Th和Ba／Nb－Ba／La图解［19，20］Fig．9 Rb／NB－Ba／Th and Ba／Nb－Ba／La diagrams for olivine－gabbros

4 基性岩金刚石含矿性分析

金刚石的成矿母岩以往被认为主要是金伯利岩和钾镁煌斑岩［21－24］。随着成矿理论和找矿研究的深入，陆续在一些其它类型的岩石中也发现了金刚石。近年来在澳大利亚大陆东部碱性玄武岩中以及俄罗斯地台亚速海滨海区似玄武岩中也找到了金刚石［5］。在叙利亚已发现碱性辉长岩或碧玄岩中含有金刚石，并有开采价值；捷克的Ceske、Stredhori的含镁铝榴石火山通道，被看作是该地区冲积金刚石的来源［25］。进一步研究确认这些含金刚石的母岩与区域碱性玄武岩有密切关系。上述发现证实金伯利岩和钾镁煌斑岩并不是金刚石的唯一成矿母岩。安徽栏杆地区基性岩中金刚石的发现，为今后在我国其它类型的岩体中，尤其是东部碱性基性岩中寻找金刚石矿产提供了依据。

基性岩在产出条件和成因上与金刚石具有一定关系，因而在基性岩中寻找金刚石是可能的［5］。金伯利岩与碱性玄武岩岩浆作用同时发育的地区都属于台区剥蚀很深的部分，两者形成过程的动力学具有联系，贯通其岩浆的深断裂是一致的，只是玄武岩浆源较浅，比重较小，易于喷发。根据Kushima（1973）尖晶石二辉橄榄岩的高温高压熔融实验，碱性玄武岩浆形成于20kPa（约70km）的深度。从玄武岩中的石榴石和辉石巨晶的温压条件估算，可推测其岩浆形成深度在60～100km。对非洲南部含金刚石的岩石年龄分析，橄榄黄长岩、黄长玄武岩和金伯利岩有基本吻合的形成时间，表明它们的形成具有相关性。世界著名的欧拉帕岩筒侵入于玄武岩盖中。在西伯利亚的Yelovy 岛上含金刚石的岩筒附近出现有古生代的碱性玄武岩、黄长煌斑岩、苦橄玢岩和沸煌岩岩墙［26］。山东蒙阴西峪金刚石矿床中的金伯利岩切穿了燕山期基性岩，说明含金刚石矿体继承了早期岩浆的上升通道，产出位置具有一致性。一些文献也表明具有商业价值的金伯利岩往往与暗色岩共生或伴生［27］。

从地球化学特征上看，本区碱性基性岩在含金刚石母岩的含矿性判别三角图上（图10），主量元素落在基性岩区域中，且与山东、辽宁金伯利岩特征类似，说明本区基性岩浆与含金刚石的金伯利岩岩浆在含矿性上具有一定的相似之处。前人研究表明，大规模的玄武岩活动与金伯利岩活动具有密切的关系：在玄武岩主活动期之后，金伯利岩喷发的规模和金刚石的蕴藏量都比较大［2，5，22－25，28－44］。

图10 碱性基性岩（Fe2O3＋FeO）－Al2O3－TiO2－（Na2O＋K2O）图解Fig．10 （Fe2O3＋FeO）－Al2O3－TiO2－（Na2O＋K2O）diagram for dikes of alkaline－basic rocks

研究显示山东金伯利岩区内玄武岩类的岩石化学成分中稀土元素的分配形式相似［28］，为轻稀土富集型。玄武岩的La／Sm 比值和La含量与山东、辽宁金伯利岩具有相似的变化趋势，可能是含矿母岩部分熔融的结果。本区碱性基性岩也具有此特征，说明本区碱性基性岩与金刚石的含矿母岩具可能具有相似的地球化学特征。

5 结论

（1）本区橄榄辉长岩主量特征落在碱性玄武岩范围内，Mg＃与主量元素和SI之间具有明显的相关性，其中SiO2、Al2O3和Na2O＋K2O 随Mg＃增加而减少，而CaO、MgO 和SI随Mg＃的增加而增加。

（2）微量元素特征显示橄榄辉长岩富集大离子亲石元素（K、Rb、Sr、Th和Ba），但不具高场强元素（Nb、Ta、Zr和Hf）的明显亏损，表明岩石形成于大陆板内环境，为地幔低度部分熔融的产物；稀土元素特征为强烈富集LREE而相对亏损HREE，暗示了源区富集特征，Eu负异常显示经历了明显的斜长石结晶分异。

（3）本区碱性的基性岩浆岩具备了金刚石成矿的基本条件，形成于深大断裂地带（郯庐断裂带）附近，均是碱性基性岩，形成于稳定的克拉通内部，且有稳定盖层。这为来自地幔深处的栏杆基性岩中寻找金刚石矿产提供了可能。

致谢：样品测试得到南京地质调查中心实验室的帮助；文章撰写中得到郭坤一研究员、邢光福研究员和朱云鹤研究员的宝贵建议，在此表示衷心感谢！感谢审稿人对本文提出的宝贵意见！

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