安徽宿州栏杆地区含金刚石辉绿岩中捕虏体的地质特征及其意义

万才宇，马玉广

（安徽省地质矿产勘查局第二水文工程地质勘查院，安徽芜湖 241000）

0 引言

安徽宿州栏杆地区金刚石调查始于20世纪70年代[1]，自2009年11月省地勘基金启动了“安徽省宿州市栏杆—褚栏地区金刚石普查”项目，先后3次续作，于2017年11月在老寨山圈定辉绿岩型原生金刚石矿体2处，提交约25万克拉工业级资源量（333+334类）[2]，含矿岩石类型主要为偏碱性的基性辉绿岩[3]。栏杆地区选获的金刚石99%来源于辉绿岩捕虏体中，以往认为这些捕虏体为超基性岩角砾，本次工作通过深入研究捕虏体岩相学、地球化学等地质特征，分析捕虏体中选获金刚石特征，对辉绿岩岩浆源区、构造背景以及金刚石的成因模型进行进一步研究探讨。

1 区域地质背景

图1 安徽宿州栏杆地区地质简图Figure 1. Geological sketch of the Langan area, Suzhou,Anhui

安徽宿州栏杆地区位于华北陆块东南缘，属稳定的克拉通，距郯庐断裂带西侧约80km，是我国重要的金刚石成矿带。研究区基底为古元古界—新太古界五河岩群和中元古界凤阳群，为一套低角闪岩相的变质岩，同位素年龄为1878～2963Ma，总厚度大于6000m[4]。盖层发育新元古界青白口系、南华系、震旦系、古生界寒武系、下奥陶系等，总厚达7000m，期间侵入了栏杆老寨山辉绿岩岩体[5][斜锆石Pb-Pb 法测龄为(913±10)Ma]。老寨山辉绿岩岩体位于埇桥区宝光寺、猫头山—老寨山、大堂山一带，呈北北东向条带状展布，区内长度大于19km（向北延入江苏境内），最宽处约1.6km。地表出露面积约3.83km2，约占老寨山片区60%。岩床呈北东向顺层侵入在望山组和史家组中。平面上辉绿岩分为两个岩相：边缘相细粒辉绿岩、中间相中粒辉绿岩；立面上老寨山辉绿岩岩床分布较稳定（图1）[4]。

图2 中粒辉绿岩中捕虏体（粗粒辉绿岩）Figure 2. Xenolith (coarse-grained diabase) in mediumgrained diabase

2 捕虏体地质特征

栏杆地区辉绿岩中的金刚石主要来源于捕虏体，以往认为这些捕虏体为超基性岩角砾，本次研究发现老寨山辉绿岩浆具多期，捕虏体（粗粒辉绿岩）为第一期岩浆作用的产物，第二期为该地区主体岩石中粒辉绿岩，最后一期为细粒辉绿岩脉。99%的金刚石产自第一期粗粒辉绿岩，是该地区原生金刚石的最重要载体。第二期中粒辉绿岩中含有大量的捕虏体。捕虏体呈灰黑色，大小不一，多呈团块状被包裹在中粒辉绿岩中，与中粒辉绿岩有着明显的边界（图2）。

2.1 捕虏体岩相学特征

岩相学观察结果表明（图3）该捕虏体呈辉绿结构，岩石主要由辉石（40%）、斜长石（50%）、绢云母（5%）、绿泥石（5%）组成。辉石多为单斜辉石，正中—正高突起，斜消光，呈他形粒状充填于自形—半自形斜长石孔隙间，其粒径主要在2～5mm 之间，含量35%（图3A）；另可见少量紫苏辉石，单偏光下呈淡红色但多色性不明显，平行消光，正高突起，含量约为5%（图3B）。斜长石晶形多呈长柱状，自形—半自形，可见聚片双晶，粒径范围主要在2～5mm 之间（图3C）。绢云母分布在长石晶面上，呈集合体产出，干涉色鲜艳。绿泥石呈纤维状、放射状，分布于辉石边缘或内部，为辉石蚀变而成的矿物（图3D）。多数斜长石边部受蚀变作用形成暗色反应边，部分斜长石发生强烈绢云母化而呈斜长石假象；辉石多已蚀变成放射状的绿泥石等黏土矿物,保留辉石假象。根据岩相学观察结果，该捕虏体为粗粒辉绿岩。

图3 捕虏体岩相学特征Figure 3. Petrographic characteristics of the xenolith

2.2 捕虏体地球化学特征

捕虏体在TAS分类图解（图4）中多数落在玄武岩至粗面玄武岩内，并处于碱性与钙碱性岩的过渡区域。总体化学成分呈基性，SiO2含量主要集中在43.23%～49.49%，平均46.74%；Na2O+K2O含量主要集中在2.44%～6.16%；TFe2O3含量主要集中在12.50%～20.90%；MgO 含量主要集中在5.10%～8.71%，平均6.57%；CaO 含量主要集中在5.42%～11.45%，平均9.51%；Al2O3含量主要集中在10.60%～13.93%，平均12.55%。

图4 捕虏体岩TAS图解（Le Bas et al., 1986）Figure 4. TAS diagram of the xenolith rock（after Le Bas et al., 1986)

从微量元素标准化蛛网图（图5）看出，研究区辉绿岩中捕虏体普遍富集Rb、Sr、K 等大离子亲石元素（LILE），但部分样品亏损Sr、Ba 等大离子亲石元素（LILE）。普 遍 贫Ta、Nb、Ti、Hf 等 高 场 强 元 素（HFSE），Rb-Sr含量既显示正异常，又显示负异常，但变化不大，成岩过程中发生混染不强。在稀土配分模式图（图6）中表现为相对向右平缓的曲线，轻稀土元素（LREE）部分略陡，重稀土元素（HREE）平缓，稀土元素分异不明显；Eu异常不明显。地球化学结果表明捕虏体与老寨山主体岩石中粒辉绿岩成分类似。

图5 捕虏体岩微量元素蛛网图Figure 5. Spider diagram of trace elements in the xenolith rock

图6 捕虏体岩稀土元素配分模式Figure 6. Partitioning pattern of rare earth elements in the xenolith rock

3 原生金刚石特征

栏杆地区辉绿岩中金刚石粒径0.2～0.6mm（图7），主要集中在0.2～0.35mm，晶形较好，主要为八面体和菱形十二面体，还有立方体与八面体聚形；金刚石呈淡黄绿色-黄褐色，晶形良好，呈金刚光泽，晶体透明、洁净，莫式硬度10 级[2]。金刚石拉曼光谱测试对应谱峰为1332cm-1，显示为金刚石标准谱线。栏杆地区金刚石红外谱峰主要显示为1130cm-1，归为Ib型金刚石。目前金刚石类型是根据金刚石中氮的含量将金刚石分为I 型金刚石和Ⅱ型金刚石，前者氮含量较高，后者氮含量较少或不含氮。I 型金刚石中根据氮的赋存状态可进一步分为IaA、IaB，IaAB和Ib型金刚石，IaA 型金刚石中氮为偶氮，对应红外谱峰为1282cm-1；IaB型金刚石中氮为孤氮，对应红外谱峰为1175cm-1；IaAB型金刚石中氮既含偶氮又含四氮或多氮，对应红外谱峰1282cm-1和1175cm-1；Ib型金刚石中氮为四氮或多氮，对应红外谱峰1130cm-1。II 型金刚石可以进一步分为IIa型金刚石和IIb型金刚石，其中IIb型金刚石含硼，对应红外谱峰2800cm-1；IIa型金刚石不含硼，无明显吸收峰。

图7 栏杆地区辉绿岩中选获的金刚石（放大25倍）Figure 7. Diamonds obtained by processing from the diabase in the Langan area (25 times magnification)

4 岩浆源区及构造背景分析

据南京大学和安徽省地勘局第二水文工程地质勘查院共同承担的“安徽宿州地区原生金刚石载体及成矿条件”研究成果表明，辉绿岩捕虏体是本区金刚石的主要载体岩石，占选获金刚石的99%，辉绿岩稀土元素含量低，相对轻稀土元素含量较高[2]，重稀土元素含量低，稀土配分曲线呈右倾斜，无明显的Eu 异常。微量元素富集Rb、Ba 大离子亲石元素，Nb、Nd、Ti、Gd 高场强元素，亏损Ti、Hf 等高场强元素。据辉绿岩K2O-P2O5-TiO2图解和Zr-Y×3-Ti/100 图解（图8），表明辉绿岩形成于板内环境；据辉绿岩Nd-Sr 图解（图9），表明辉绿岩源区为富集地幔。因此，栏杆地区辉绿岩是来源于板内环境、近软流圈富集地幔的偏碱性基性岩浆区[3]。

图9 辉绿岩Nd-Sr图解Figure 9. Nd-Sr diagram of the diabase

5 金刚石成因探讨

根据本次研究成果，栏杆地区金刚石成因模型可能为两种，一种是捕获成因模型，另一种是结晶成因模型。

（1）捕获成因模型：根据目前金刚石矿床理论认为，在产金刚石的克拉通存在一个古老的含金刚石地幔楔。在含金刚石的地幔楔中，Ib型金刚石分布在浅部（深度约100～150km），Ia型金刚石分布在中部（深度约150～200km），而II 型金刚石分布在底部（深度约200～250km）。我国辽宁瓦房店和山东蒙阴地区发现的金刚石主要赋存在古生代金伯利岩中，表明华北克拉通存在一个古老的含金刚石的地幔楔，金伯利岩来源较深（150～250km），主要捕获地幔中的Ia 型金刚石，同时捕获少量的Ib型金刚石。栏杆地区辉绿岩中的金刚石为Ib 型，辉绿岩起源于软流圈地幔，源区深度可达60～95km，因此辉绿岩可直接将在浅部地幔中的Ib型金刚石携带至地表（图10）。

图10 金刚石成因模型Figure 10. Genetic model of the diamond xenocryst

（2）结晶成因模型：它是一种全新的金刚石成因机制。金刚石直接由基性岩岩浆结晶形成，地幔中的金刚石刚形成时，氮以孤原子形式分布在金刚石晶格中，多为Ib型金刚石，在地幔的高压高温环境下，Ib型金刚石中的孤氮会向偶氮和四氮转变，这时金刚石会快速地转换成IaA 型或IaB 型金刚石，如果还有足够的时间进行氮的转换，还会形成Ia 型和II 型金刚石。栏杆地区辉绿岩中金刚石均为Ib型金刚石，表明这些金刚石在形成后被快速地带离地幔环境，金刚石中的氮尚未来得及转换。在这种情况下，可认为金刚石的形成与基性岩浆的形成和运移是同时进行的，并且辉绿岩中无金伯利岩型指示矿物，也没地幔岩角砾，说明本区金刚石极有可能由辉绿岩浆直接结晶而成。栏杆地区有三期辉绿岩岩浆房作用，最早期为粗粒辉绿岩(捕虏体)，第二期为中粒辉绿岩，最后一期为细粒辉绿岩。选矿结果表明，粗粒辉绿岩为金刚石主要的载体岩石，含有全区99%以上金刚石。这也表明可能是粗粒辉绿岩阶段结晶出了金刚石，而中粒辉绿岩阶段和细粒辉绿岩阶段温度压力或者碳源达不到形成金刚石条件，未形成金刚石。笔者认为结晶成因模型更符合宿州栏杆地区金刚石实际形成方式。

6 结论

（1）通过对栏杆地区辉绿岩中捕虏体岩相学、地球化学与选获金刚石对比研究，明确了有三期辉绿岩岩浆房作用，第一期为粗粒辉绿岩(捕虏体)，第二期为中粒辉绿岩，第三期细粒辉绿岩。粗粒辉绿岩（捕虏体)）是金刚石的主要载体岩石。

（2）通过分析捕虏体选获的金刚石特征、辉绿岩岩浆源区及构造背景，确定了栏杆地区辉绿岩是来源于板内环境、近软流圈富集地幔的偏碱性基性岩浆区。

（3）初步探讨了两种金刚石的成因模型，一是捕获型成因模型，二是结晶成因模型。笔者认为结晶成因模型更符合宿州栏杆地区金刚石实际形成方式，即金刚石的形成与基性岩浆的形成和运移是同时进行的，可能由粗粒辉绿岩浆（捕虏体）结晶而来。因此，粗粒辉绿岩可以作为该地区金刚石找矿的重点目标。