豫南史庄一带金伯利岩中尖晶石矿物化学特征及其对金刚石找矿的启示

李积山; 唐相伟; 郭跃闪; 张洋; 刘伟

豫南史庄一带金伯利岩中尖晶石矿物化学特征及其对金刚石找矿的启示

河南省地质矿产勘查开发局第三地质矿产调查院, 河南信阳 464000

基金项目:

河南省地质勘查基金项目《河南省信阳市史庄一带金刚石矿预查》豫国土资发[2017]22号

详细信息

作者简介:
李积山(1988-), 男, 工程师, 从事矿产地质调查工作。E-mail:474897902@qq.com

中图分类号: P574.2;P578.4⁺6
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出版历程
- 收稿日期: 2019-07-19
- 修回日期: 2020-03-27
- 网络出版日期: 2023-08-15
- 刊出日期: 2020-10-14

Mineral chemistry characteristic and enlightenment to diamond prospecting of spinelite in kimberlite from Shizhuang area Henan Province

No.3 Institute of Geological and Mineral Resources Survey of Henan Bureau of Geology and Mineral Exploration, Xinyang 464000, Henan, China

摘要

摘要:
豫南史庄一带金伯利岩位于华北地台南缘，栾川-明港深大断裂带北侧，岩石中普遍含有尖晶石等金刚石的指示矿物。在史庄一带金伯利岩中通过人工重砂鉴定，选获了一批尖晶石等金刚石的指示矿物，通过电子探针微区化学成分分析，对区内尖晶石矿物化学特征进行了研究。结果表明，史庄一带金伯利岩中的尖晶石矿物族端元主要为镁铬铁矿（MgCr₂O₄）-铬铁矿（FeCr₂O₄）-镁尖晶石（MgAl₂O₄）-尖晶石（FeAl₂O₄）系列，其中以镁-铬铁矿（Fe，Mg）Cr₂O₄占优势；铬铁矿中Cr₂O₃、Al₂O₃含量变化范围较大，MgO含量较高（5.57%~15.8%），TiO₂含量较低，为低钛富镁高铝型的铬铁矿（S5型），阳离子数中Mg²⁺>Fe²⁺，Cr³⁺和Al³⁺，以及Mg²⁺和Fe²⁺类质同象替代较广泛。初步分析表明，史庄一带金伯利岩中的铬铁矿为地幔捕虏晶，地幔岩为橄榄岩，其矿物化学特征显示，史庄一带金伯利岩具有一定携带金刚石的能力，对寻找金伯利岩型金刚石矿床具有重要的指示意义。
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Abstract:
Kimberlite in Shizhuang area of southern Henan Province lies in the south of North China plate and in the north of Luanchuan-Minggang deep-large fault zone.Indicative minerals of diamond, such as spinel, are found in Kimberley rocks.The indicative minerals of spinel and other diamonds have been obtained from kimberlite in Shizhuang area by artificial heavy sand identification.The chemical composition of spinel was studied by means of electron microprobe analysis in this paper.The results show that the spinel group minerals in kimberlite in Shizhuang area are mainly composed of magnesia chromite(MgCr₂O₄)-chromite(FeCr₂O₄)-magnesia spinel(MgAl₂O₄)-spinel(FeAl₂O₄), in which magnesia chromite(Fe, Mg)Cr₂O₄ is dominant.The content of Cr₂O₃ and Al₂O₃ in chromite varies widely, MgO content is high(5.57%~15.8%), TiO₂ content is low, and there exists a chromite with low titanium, rich magnesium and high aluminum content(S5 type).Among the cations of chromite, Mg²⁺ > Fe²⁺, while Cr³⁺ and Al³⁺, Mg²⁺ and Fe²⁺ have experienced extensive substitution.A preliminary analysis shows that chromite in kimberlite in Shizhuang area is mantle xenocryst, while in situ mantle is peridotite.The chemical characteristics of spinel minerals show that the kimberlite in Shizhuang area has the capability of carrying diamond, which is of great significance for the exploration of kimberlite type diamond deposits.
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- kimberlite /
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- chromite /
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- Henan Province

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致谢: 野外调查、采样工作由项目组人员共同完成, 样品测试在中国地质调查局天津地质调查中心实验测试室完成, 在写作过程中评审老师对本文提出了宝贵的修改意见，谨此一并表示衷心的感谢。

图 1 豫南史庄一带区域地质构造简图(据参考文献①修改)

Figure 1. The sketch map of regional geological structure in Shizhuang area, southern He'nan Province

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图 2 史庄一带金伯利岩特征

a—斑状金伯利岩；b—金伯利岩中的榴辉岩角砾；c、d—金伯利岩薄片中的卵斑结构

Figure 2. Kimberlite characteristics in Shizhuang area

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图 3 史庄一带金伯利岩中尖晶石特征

Figure 3. Spinel characteristics of kimberlite in Shizhuang area

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图 4 史庄一带金伯利岩中尖晶石分子Cr³⁺-Al³⁺-Fe³⁺三角图解(底图据参考文献[11])

Figure 4. Triangular diagram of Cr³⁺-Al³⁺-Fe³⁺ in spinel molecules from kimberlite in Shizhuang area

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图 5 铬铁矿中Cr₂O₃-Al₂O₃(a)和MgO-FeO(b)关系图解

Figure 5. Diagrams of Cr₂O₃-Al₂O₃(a) and MgO-FeO(b) relations in kimberlite chromite

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图 6 史庄一带金伯利岩中铬铁矿Cr^#分布频率图

Figure 6. Frequency distribution of chromite Cr^# in kimberlite from Sizhuang area

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图 7 史庄一带金伯利岩中铬铁矿Fe²⁺/(Fe²⁺+Mg)-Cr/(Cr+Al)关系图解

Figure 7. Relationship between Fe²⁺/(Fe²⁺+Mg)-Cr/(Cr+Al)of spinel from kimberlite in Shizhuang area

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图 8 山东和史庄铬铁矿中Cr₂O₃-Al₂O₃(a)和MgO-Cr₂O₃(b)图解(底图据参考文献[35])

Figure 8. Relationship between Cr₂O₃-Al₂O₃(a)and MgO-Cr₂O₃(b)of spinel from kimberlite in Shandong and Shizhuang area

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表 1 史庄一带金伯利岩中尖晶石电子探针分析结果及主要阳离子系数

Table 1 Electron microprobe analyses of spinel from kimberlite in Shizhuang area and calculation results of main cation coefficients %

编号	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19
Na₂O	0.04	0.05	0.04	0.00	0.01	0.02	0.00	0.05	0.03	0.05	0.00	0.03	0.00	0.02	0.34	0.03	0.00	0.01	0.09
MgO	15.33	11.60	10.48	10.61	10.59	14.11	11.49	10.90	10.92	12.57	15.25	10.11	13.16	13.89	7.14	11.89	11.33	10.84	13.97
Al₂O₃	32.83	24.27	21.37	21.67	22.22	30.27	23.42	21.46	20.61	26.27	32.96	19.86	19.30	18.81	10.60	23.30	22.07	21.21	29.72
SiO₂	0.06	0.07	2.72	0.08	0.01	0.21	0.10	0.14	0.06	0.15	0.08	0.13	0.10	0.11	0.15	0.05	0.05	0.01	0.21
K₂O	0.04	0.01	0.01	0.00	0.00	0.01	0.01	0.01	0.02	0.03	0.01	0.01	0.00	0.00	0.22	0.01	0.00	0.00	0.00
CaO	0.02	0.00	0.04	0.01	0.02	0.01	0.03	0.03	0.03	0.02	0.02	0.03	0.02	0.01	0.04	0.01	0.00	0.01	0.00
TiO₂	0.01	0.05	0.07	0.08	0.02	0.01	0.05	0.00	0.03	0.02	0.04	0.01	0.03	0.00	0.03	0.01	0.08	0.09	0.20
Cr₂O₃	32.60	43.96	43.27	44.41	46.72	39.06	46.42	48.05	49.42	43.81	34.30	45.94	33.99	35.05	58.72	43.79	44.90	45.31	38.45
MnO	0.22	0.29	0.21	0.33	0.37	0.22	0.31	0.25	0.30	0.27	0.21	0.33	0.18	0.22	0.50	0.31	0.25	0.37	0.24
FeO	12.12	16.85	18.67	18.20	11.42	14.05	17.90	15.78	15.96	16.43	12.74	18.16	8.39	7.84	20.47	16.29	17.40	17.96	14.71
Fe₂O₃	2.86	0.02	0.00	1.77	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	1.06	1.45	4.34	6.04	1.77	1.59	1.62	2.34	0.88
以4个氧原子为基础的阳离子数
Mg²⁺	0.69	0.54	0.50	0.51	0.53	0.63	0.53	0.52	0.52	0.57	0.68	0.49	0.74	0.76	0.36	0.56	0.54	0.52	0.63
Al²⁺	1.16	0.90	0.81	0.82	0.88	1.07	0.86	0.81	0.78	0.94	1.16	0.77	0.86	0.81	0.42	0.87	0.83	0.80	1.05
Cr³⁺	0.77	1.09	1.09	1.13	1.25	0.93	1.14	1.22	1.25	1.05	0.81	1.19	1.01	1.01	1.56	1.09	1.13	1.14	0.91
Fe²⁺	0.30	0.44	0.50	0.49	0.32	0.35	0.46	0.42	0.43	0.42	0.32	0.50	0.26	0.24	0.57	0.43	0.46	0.48	0.37
Fe³⁺	0.07	0.00	0.00	0.04	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.02	0.04	0.12	0.17	0.04	0.04	0.04	0.06	0.02
Mg/(Mg+Fe²⁺)	55.84	40.77	35.96	36.84	48.11	50.11	39.08	40.85	40.62	43.34	54.50	35.76	61.07	63.91	25.86	42.19	39.43	37.65	48.71
Fe²⁺/(Fe²⁺+Mg)	44.16	59.23	64.04	63.16	51.89	49.89	60.92	59.15	59.38	56.66	45.50	64.24	38.93	36.09	74.14	57.81	60.57	62.35	51.29
Cr/(Cr+Al)	49.83	64.43	66.94	67.21	67.77	56.34	66.46	69.13	70.57	62.52	51.00	69.81	63.79	65.07	84.70	65.28	67.04	68.11	56.41
编号	20	21	22	23	24	25	26	27	28	29	30	31	32	33	34	35	36	37	38
Na₂O	0.00	0.13	0.03	0.03	0.11	0.00	0.01	0.01	0.01	0.93	0.36	0.26	0.12	0.07	0.21	0.08	0.21	0.27	0.17
MgO	9.89	12.08	10.11	13.24	13.23	11.63	14.01	8.24	14.71	9.23	12.61	15.16	12.34	8.50	12.09	5.57	14.13	10.26	11.40
Al₂O₃	20.60	24.90	19.14	29.25	0.01	22.32	30.19	14.86	36.71	19.38	29.35	38.55	28.28	19.76	28.13	27.43	35.64	20.10	15.70
SiO₂	0.02	1.07	0.06	0.11	0.12	0.03	0.05	0.04	0.05	0.16	0.28	0.16	0.27	0.85	0.07	0.39	0.15	0.06	0.20
K₂O	0.00	0.03	0.01	0.00	0.14	0.01	0.00	0.00	0.00	0.08	0.23	0.02	0.02	0.01	0.05	0.02	0.05	0.05	0.06
CaO	0.02	0.25	0.01	0.01	0.35	0.02	0.01	0.02	0.02	0.06	0.12	0.01	0.05	0.04	0.02	0.12	0.10	0.03	0.04
TiO₂	0.00	0.12	0.30	0.07	1.60	0.12	0.00	0.05	0.03	0.06	0.01	0.00	0.01	0.12	0.00	0.05	0.01	0.31	0.02
Cr₂O₃	46.59	40.28	46.76	36.82	61.74	45.97	37.45	51.34	30.32	45.29	37.05	30.12	38.83	46.77	38.32	34.11	32.92	44.30	53.07
MnO	0.27	0.25	0.38	0.23	0.31	0.32	0.26	0.48	0.22	0.36	0.24	0.21	0.24	1.21	0.22	0.99	0.24	0.28	0.28
FeO	16.60	17.15	18.97	15.41	9.96	17.22	14.23	20.41	14.32	15.64	13.85	13.33	15.20	21.57	15.34	25.80	14.14	17.58	13.67
Fe₂O₃	0.00	1.48	2.56	2.04	6.45	1.21	0.87	1.44	1.00	5.41	1.63	0.78	0.00	0.36	0.88	1.72	0.18	4.19	0.00
以4个氧原子为基础的阳离子系数
Mg²⁺	0.49	0.56	0.49	0.60	0.71	0.54	0.63	0.41	0.64	0.45	0.58	0.65	0.58	0.41	0.57	0.27	0.62	0.49	0.57
Al²⁺	0.81	0.91	0.73	1.05	0.00	0.82	1.08	0.59	1.27	0.75	1.07	1.31	1.04	0.75	1.04	1.06	1.24	0.77	0.62
Cr³⁺	1.23	0.99	1.19	0.89	1.75	1.14	0.90	1.37	0.70	1.17	0.91	0.68	0.96	1.19	0.95	0.88	0.77	1.13	1.40
Fe²⁺	0.46	0.45	0.51	0.39	0.30	0.45	0.36	0.58	0.35	0.43	0.36	0.32	0.40	0.58	0.40	0.70	0.35	0.48	0.38
Fe³⁺	0.00	0.03	0.06	0.05	0.18	0.03	0.02	0.04	0.02	0.14	0.04	0.02	0.00	0.01	0.02	0.04	0.00	0.10	0.00
Mg/(Mg+Fe²⁺)	37.33	41.33	34.76	46.21	57.05	40.31	49.61	28.75	50.68	37.12	47.66	53.22	44.82	28.26	44.08	17.74	49.97	36.85	45.47
Fe²⁺/(Fe²⁺+Mg)	62.67	58.67	65.24	53.79	42.95	59.69	50.39	71.25	49.32	62.88	52.34	46.78	55.18	71.74	55.92	82.26	50.03	63.15	54.53
Cr/(Cr+Al)	69.34	61.80	70.96	55.73	100.00	67.32	55.36	77.55	45.24	70.04	55.80	43.86	57.87	70.30	57.67	55.43	48.02	68.79	77.17
编号	39	40	41	42	43	44	45	46	47	48	49	50	51	52	53	54	55	56	57
Na₂O	0.21	0.49	0.54	0.58	0.58	0.46	0.47	0.18	0.44	0.38	0.14	0.19	0.11	0.40	0.67	0.87	0.06	0.04	0.05
MgO	10.98	9.95	11.34	13.96	8.81	13.04	11.51	10.97	6.49	10.50	12.86	10.09	14.20	10.58	10.55	12.27	9.97	12.75	12.19
Al₂O₃	25.74	21.95	31.40	31.68	16.69	27.74	20.55	17.54	9.61	22.37	13.04	21.27	39.07	24.30	25.49	24.92	14.46	30.39	28.26
SiO₂	0.17	0.26	0.38	1.29	0.39	0.14	0.99	0.12	0.06	0.33	0.10	0.14	0.07	0.43	0.44	0.24	0.05	0.04	0.05
K₂O	0.07	0.10	0.17	0.16	0.10	0.07	0.15	0.05	0.06	0.14	0.07	0.07	0.09	0.10	0.20	0.12	0.04	0.03	0.02
CaO	0.95	0.10	0.13	0.19	0.13	0.07	0.28	0.04	0.09	0.11	0.03	0.06	0.03	0.15	0.14	0.15	0.02	0.13	0.02
TiO₂	0.07	0.09	0.10	0.11	0.11	0.05	0.03	0.03	0.04	0.04	0.05	0.08	0.07	0.18	0.07	0.03	0.00	0.05	0.01
Cr₂O₃	35.07	42.39	31.97	32.56	47.08	39.26	42.82	50.19	56.09	42.24	42.62	44.82	27.51	39.15	36.33	40.06	54.09	35.96	37.83
MnO	0.27	0.29	0.25	0.22	0.44	0.27	0.27	0.33	0.52	0.30	0.25	0.35	0.23	0.27	0.32	0.25	0.32	0.20	0.27
FeO	14.16	16.33	14.83	12.22	16.93	13.15	13.04	16.00	20.19	15.79	9.30	17.81	15.41	16.27	13.97	11.23	17.71	15.44	16.46
Fe₂O₃	2.96	2.88	1.84	1.13	3.63	2.38	0.64	1.44	3.26	2.25	8.11	1.85	2.24	2.63	3.28	4.05	0.86	0.55	1.87
以4个氧原子为基础的阳离子系数
Mg²⁺	0.54	0.49	0.53	0.64	0.44	0.60	0.58	0.53	0.34	0.51	0.70	0.49	0.61	0.51	0.52	0.58	0.49	0.59	0.56
Al²⁺	1.01	0.85	1.17	1.14	0.66	1.01	0.81	0.67	0.39	0.86	0.56	0.81	1.33	0.93	0.99	0.94	0.56	1.11	1.03
Cr³⁺	0.92	1.10	0.80	0.79	1.26	0.96	1.14	1.29	1.55	1.09	1.22	1.15	0.63	1.00	0.95	1.01	1.42	0.88	0.93
Fe²⁺	0.39	0.45	0.39	0.31	0.48	0.34	0.37	0.44	0.59	0.43	0.28	0.48	0.37	0.44	0.39	0.30	0.49	0.40	0.43
Fe³⁺	0.07	0.07	0.04	0.03	0.09	0.06	0.02	0.04	0.09	0.06	0.23	0.05	0.05	0.06	0.08	0.10	0.02	0.01	0.04
Mg/(Mg+Fe²⁺)	43.67	37.85	43.33	53.33	34.22	49.80	46.90	40.67	24.34	39.93	58.02	36.17	47.96	39.41	43.01	52.21	36.01	45.23	42.55
Fe²⁺/(Fe²⁺+Mg)	56.33	62.15	56.67	46.67	65.78	50.20	53.10	59.33	75.66	60.07	41.98	63.83	52.04	60.59	56.99	47.79	63.99	54.77	57.45
Cr/(Cr+Al)	57.67	65.88	50.44	50.69	73.82	58.60	67.57	74.11	85.38	65.38	76.57	67.82	41.32	61.71	58.77	61.65	78.90	54.20	57.23
编号	58	59	60	61	62	63	64	65	66	67	68	69	70	71	72	73	74	75
Na₂O	0.03	0.07	0.07	0.14	0.17	0.10	0.05	0.36	0.03	0.03	0.00	0.01	0.02	0.00	0.07	0.09	0.00	0.02
MgO	10.68	12.01	11.68	12.16	9.50	15.87	12.97	12.04	12.09	11.24	11.56	15.00	11.01	13.40	13.32	11.87	10.19	12.04
Al₂O₃	16.22	22.28	24.49	23.50	20.15	35.83	30.38	30.20	25.53	32.28	21.87	28.18	22.24	29.99	27.10	20.59	16.19	23.42
SiO₂	0.03	0.18	0.03	0.10	0.06	0.08	0.07	0.11	0.04	1.55	0.08	0.04	0.04	0.06	0.09	0.25	0.08	0.06
K₂O	0.04	0.09	0.06	0.07	0.08	0.08	0.03	0.21	0.02	0.10	0.01	0.01	0.03	0.03	0.09	0.07	0.02	0.02
CaO	0.03	0.07	0.03	0.06	0.03	0.05	0.08	0.10	0.08	0.05	0.04	0.01	0.02	0.07	0.04	0.06	0.02	0.02
TiO₂	0.00	0.01	0.02	0.00	0.03	0.01	0.00	0.02	0.14	0.04	0.05	0.03	0.10	0.04	0.04	0.11	0.07	0.05
Cr₂O₃	51.22	44.54	42.65	43.53	44.93	31.39	35.64	35.03	40.47	28.47	45.01	31.80	44.22	38.50	41.45	45.50	51.35	43.84
MnO	0.33	0.27	0.28	0.30	0.37	0.20	0.21	0.25	0.22	0.47	0.29	0.24	0.27	0.26	0.27	0.30	0.41	0.33
FeO	16.38	15.11	16.11	14.84	17.97	11.36	14.57	14.76	16.72	18.92	16.65	10.22	16.95	15.05	14.55	14.79	17.81	16.03
Fe₂O₃	0.76	0.87	0.77	1.20	1.89	1.08	0.00	2.71	2.80	0.21	1.38	4.65	0.47	0.00	0.73	0.67	0.92	1.14
以4个氧原子为基础的阳离子系数
Mg²⁺	0.53	0.58	0.55	0.58	0.47	0.70	0.60	0.56	0.56	0.53	0.55	0.72	0.53	0.61	0.61	0.58	0.50	0.57
Al²⁺	0.64	0.84	0.92	0.88	0.79	1.25	1.12	1.10	0.93	1.19	0.82	1.07	0.85	1.07	0.98	0.79	0.63	0.87
Cr³⁺	1.35	1.13	1.07	1.10	1.18	0.73	0.88	0.86	0.99	0.71	1.14	0.81	1.13	0.92	1.00	1.18	1.34	1.10
Fe²⁺	0.46	0.41	0.43	0.40	0.50	0.28	0.38	0.38	0.43	0.50	0.44	0.28	0.46	0.38	0.37	0.40	0.49	0.42
Fe³⁺	0.02	0.02	0.02	0.03	0.05	0.02	0.00	0.06	0.07	0.00	0.03	0.11	0.01	0.00	0.02	0.02	0.02	0.03
Mg/(Mg+Fe²⁺)	39.48	44.28	42.03	45.03	34.58	58.27	47.10	44.92	41.97	37.28	40.99	59.46	39.37	47.09	47.79	44.53	36.39	42.88
Fe²⁺/(Fe²⁺+Mg)	60.52	55.72	57.97	54.97	65.42	41.73	52.90	55.08	58.03	62.72	59.01	40.54	60.63	52.91	52.21	55.47	63.61	57.12
Cr/(Cr+Al)	75.94	66.65	63.53	64.94	69.04	46.70	53.98	53.70	61.32	46.87	67.29	53.01	66.53	56.21	60.47	68.85	76.03	65.18
注：表中FeO、Fe₂O₃含量为铁离子电价调整后的含量^[6]

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表 2 十二组铬尖晶石四元素氧化物平均百分含量^[23]

Table 2 Spinel which can be divided into twelve groups according to the average content of four oxides

分组	化学成分特征	Cr₂O₃/%	MgO/%	TiO₂/%	Al₂O₃/%	产状
S1	无—贫钛贫铝富镁	64.00	12.72	0.12	5.29	金刚石包体(及连生体)、含矿金伯利岩、含矿钾镁煌斑岩
S2	含钛贫铝富镁	64.63	11.07	0.42	4.29	金刚石包体(及连生体)、含矿金伯利岩、含矿钾镁煌斑岩
S3	高镁高铬	67.37	15.43	0.36	6.54	金刚石包体、含矿金伯利岩及少数陨石
S4	贫钛富镁富铝	52.81	11.69	0.48	12.17	TiO₂＞0.5%为金伯利岩，TiO₂＞1.1%为钾镁煌斑岩，TiO₂ < 0.5%为非金伯利岩和非钾镁煌斑岩
S5	贫钛富镁高铝	47.21	13.04	0.43	21.67	TiO₂＞0.5%为金伯利岩，TiO₂＞1.1%为钾镁煌斑岩，TiO₂ < 0.5%为非金伯利岩和非钾镁煌斑岩
S6	富钛贫铝镁	57.52	10.89	3.14	3.87	金伯利岩、钾镁煌斑岩
S7	高钛富铝镁	48.43	10.32	4.08	10.25	钾镁煌斑岩、二型金伯利岩
S8	贫铝富铁	54.51	5.91	0.28	3.35	二辉橄榄岩、金伯利岩
S9	低钛贫镁	60.71	3.56	0.68	6.17	陨石、铬铁矿床
S10	低钛富镁高铝	35.38	14.40	0.13	34.14	煌斑岩、不含金刚石的钾镁煌斑岩及金伯利岩
S11	含铬镁铝	14.35	18.56	0.06	52.50	玄武岩
S12	高钛富铁	41.77	0.72	9.15	6.49	陨石
鄄城陨石中铬铁矿	含镁铝富钛	55.47	3.56	2.25	6.72	据“山东国土资源”^[24]

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