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  地质通报  2019, Vol. 38 Issue (1): 36-43  
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杨光忠, 李永刚, 罗邦良, 石庆鹏, 黄应均, 夏瑞. 贵州施秉下翁哨地区镁铝榴石和铬尖晶石自然重砂罕见特高异常查证[J]. 地质通报, 2019, 38(1): 36-43.
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Yang G Z, Li Y G, Luo B L, Shi Q P, Huang Y J, Xia R. Research on verification of natural heavy sand anomaly of pyrope and chrome spinel in Xiawengshao area, Shibing County, Guizhou Province[J]. Geological Bulletin of China, 2019, 38(1): 36-43.
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基金项目

贵州省地矿局地质科学研究项目《施秉下翁哨地区镁铝榴石重砂异常及其矿物学研究》(编号:黔地矿科合(2016)02号)

作者简介

杨光忠(1967-), 男, 硕士, 研究员, 从事地质矿产勘查研究工作。E-mail:ygzh6701@163.com

文章历史

收稿日期: 2018-04-05
修订日期: 2018-10-30
贵州施秉下翁哨地区镁铝榴石和铬尖晶石自然重砂罕见特高异常查证
杨光忠1 , 李永刚1,2 , 罗邦良1 , 石庆鹏1 , 黄应均1 , 夏瑞1     
1. 贵州省地矿局101地质大队, 贵州 凯里 556000;
2. 中国地质大学(武汉)地球科学学院, 湖北 武汉 430074
摘要: 综合利用以往资料发现,贵州施秉下翁哨地区存在特高浓度镁铝榴石、铬尖晶石等自然重砂异常,且长期未能解释其来源及金刚石找矿指示问题。由于资料形成于“文革”时期,有人怀疑其可靠性,通过针对性的野外调查和采样分析,佐证了该异常的客观存在和以往资料的可靠性。镁铝榴石和铬尖晶石自然重砂含量水平实属罕见,异常区分布于高出现代河床200m的斜坡上部,残积于古河道砂砾石冲积层(?)中,矿物学分析未见重砂矿物明显的搬运磨蚀痕迹,电子探针分析分属于G9镁铝榴石和S5铬尖晶石,应主要来源于石榴和尖晶二辉橄榄岩,系载体母岩——钾镁煌斑岩就近风化残积的结果。
关键词: 镁铝榴石    铬尖晶石    自然重砂异常    特高含量    贵州施秉    
Research on verification of natural heavy sand anomaly of pyrope and chrome spinel in Xiawengshao area, Shibing County, Guizhou Province
YANG Guangzhong1, LI Yonggang1,2, LUO Bangliang1, SHI Qingpeng1, HUANG Yingjun1, XIA Rui1     
1. No.101 Geological Party, Bureau of Geology and Mineral Exploration and Development of Guizhou Province, Kaili 556000, Guizhou, China;
2. School of Earth Sciences, China University of Geosciences, Wuhan 430074, Hubei, China
Abstract: A comprehensive utilization of the previous data shows that the placer anomaly with high content of chromium-bearing pyrope and chrome spinel exists in Xiawengshao area, Shibing County, Guizhou Province. The source and diamond exploration problems remain unexplained. Because the previous data were obtained during the "Cultural Revolution" period, the reliability of data is doubtful. Targeted field investigation and sampling analysis prove that the placer anomaly is objective and reliable. The high content placer anomalies are very rarely seen. The anomaly is located in the upper part of the slope which is 200 m higher than the elevation of the modern river bed. Residual deposits were deposited in the alluvial deposits of sand and gravel in the ancient channel. Mineralogical analysis shows no obvious traces of transport and abrasion. Electron microprobe analysis indicates G9 pyrope and S5 chrome spinel, which should be mainly derived from garnet-spinel-lherzolite, being the weathering product of the parent rock-lamproite.
Key words: pyrope    picotite    anomaly of natural heavy concentrate    extra-high concentration    Shibing County, Guizhou Province    

1965年贵州镇远马坪“东方一号”岩体由重砂测量溯源追索(马坪小溪)镁铝榴石重砂矿物而发现。镁铝榴石等重砂异常为金刚石原生矿最主要的找矿信息之一。贵州施秉下翁哨地区镁铝榴石、铬尖晶石等重砂异常,以罕见的高浓度含量为特征,但自1973年发现以来一直未能解释其来源及金刚石找矿问题,甚至对当时历史背景下成果资料的真实性提出质疑。本文通过研究,佐证了重砂异常的客观存在,认为以往资源真实可靠,为共同研讨贵州金刚石原生矿的找矿勘查问题提供借鉴。

1 异常概况

下翁哨地区地表水系中已发现的重砂矿物共计28种,包括镁铝榴石、铬尖晶石、锐钛矿、白钛石、钛铁矿、金红石、碳化硅、磷灰石、辉石、电气石、磁铁矿等。其中,以镁铝榴石和铬尖晶石为主,并主要见于控制下翁哨盆地的翁哨支流,但含量较低,每50L样品中仅数粒至数十粒[1-2]

下翁哨盆地重砂异常赋存于盆地新近系翁哨组湖相含砂砾粘土岩中,浓集于盆地北岸对门坡一带150m×50m范围,中心区3.5L原样含有250颗镁铝榴石、3500颗铬尖晶石,向外重砂含量迅速减少(简称北区异常)[1-2]。同时,镇远-贵阳深大断裂含镁铝榴石和铬尖晶石(800粒/10kg)的断层泥,实际上也是翁哨组含砂砾粘土岩被裹挟的结果,其Cr、Ni、Co等幔源元素含量极低[1-2]

“不明成因堆积物”重砂异常分布于下翁哨盆地以南2km处斜坡上部,高出就近现代河床200m,(原)TC-11探槽可见残存厚2m、隐约可见与地形坡度一致层理特征的砂砾石堆积,砾石成分包括白云岩、灰岩、砂岩、石英等,砾径主要为0.5~3cm,棱角-浑圆状,大多属于近源补给。堆积物中(7281号样)镁铝榴石每80L样有2700粒,铬尖晶石非常多,难以计数(简称南区异常)[1-2]。结合重砂矿物分布,以镁铝榴石1~5粒/50L(Ⅰ)、6~50粒/50L(Ⅱ)、51~200粒/50L(Ⅲ)和>200粒/50L(Ⅳ),铬尖晶石1~5粒/50L(Ⅰ)、6~50粒/50L(Ⅱ)、51~500粒/50L(Ⅲ)和>500粒/50L(Ⅳ)的含量分级,圈定出北区和南区2处异常中心[1-2]图 1)。

图 1 贵州施秉下翁哨地区镁铝榴石铬尖晶石重砂异常 Fig.1 Pyrope and picotite heavy concentrate anomaly in the Xiawengshao area of Shibing County, Guizhou Province (F1为近东西向镇远深大断裂带)
2 地质概况

由于北区重砂矿物深埋盆地底部,揭露工作量大,本次只选南区进行异常查证研究。

区内主要为碳酸盐岩夹碎屑岩的低山岩溶峰丛沟谷地貌,北区高程700~720m,南区高程720~ 750m,相对高差100~220m,翁哨支流经盆地自西向东流入江凯河后向南汇入舞阳河,南区南东侧为江凯河峡谷,与河床高差200m。

异常区位于(上)扬子地台南东边缘[3-5]图 1),出露地层主要为下寒武统耙榔组-清虚洞组和下奥陶统桐梓组-红花园组-大湾组,主要岩性为白云岩、灰岩、页岩等,以及下翁哨盆地新近系翁哨组含砂砾粘土岩、褐煤(最大厚度220m)[1-2]等。区内发育镇远-贵阳近东西向区域性深大断裂(如图 1的F1),另有北东向和北西向断层发育。

镇远-贵阳断裂(F1)全长400km,主断面倾向南,倾角60°~70°,为始于震旦纪—寒武纪的长期活动断层,经历至少7期主要变动,其中剧烈活动时间为中奥陶世—中志留世末的都匀运动期,并引发深部超基性岩浆的活动[6]。断层破碎带中的翁哨组含砂砾粘土岩断层泥,含有大量镁铝榴石、铬尖晶石等重砂矿物。

异常区内未发现钾镁煌斑岩产出,但北侧3km处的曹马龙和西侧18km处的柳塘及黄平东坡地区,以及南东侧18km处的镇远马坪等地,分布大量钾镁煌斑岩(或金伯利岩)。

(1)曹马龙钾镁煌斑岩带

曹马龙地区发现15条镁煌斑岩脉,一般长30~ 100m,厚0.2~1.0m,最大的⑧号脉长500m、厚6m(东西走向)。岩石风化(蚀变)严重,人工重砂矿物组合简单,仅Ⅰ79b-5选矿样见镁铝榴石14颗(直径0.2~0.5mm,橙黄色3颗,浅紫色5颗,浅紫红色6颗),另见数十粒铬尖晶石,其他为磁铁矿、磷灰石、锆石、刚玉、锐钛矿、自然铅、白钛矿、铌锐钛矿(?)、水云母等[1-2]。该岩带东侧大坪钾镁煌斑岩含少量镁铝榴石、铬尖晶石等[7]

(2)施秉柳塘及黄平东坡钾镁煌斑岩

共计29条钾镁煌斑岩脉,长几米至200m,厚0.5~3m。岩石主要由云母或钛金云母(含量50%~ 80%)和橄榄石假象(从小于5%至最高的60%)组成,其他包括辉石(5%~10%)和锐钛矿(5%~10%)、铬尖晶石(人工重砂含量118~235粒/1kg样,粒径0.2~ 0.8mm)、磷灰石(<1%),以及金红石、铬尖晶石、辉石、锆石等[1-2]

(3)镇远马坪地区钾镁煌斑岩

马坪地区发现346个钾镁煌斑岩或金伯利岩体(脉),长几米至200多米,宽0.05~2.6m,主要造岩矿物为金云母,次要造岩矿物为橄榄石和镁铝榴石,主要副矿物包括含铬透辉石、铬尖晶石等[1-2, 8-9]。部分岩体镁铝榴石含量较高,可达1%~5%,颜色以血红色和紫红色为主[10]

3 南区重砂异常查证分析

调查发现,在南区海拔683m的斜坡上部,确实发现所谓的不明成因堆积物(图 2-a),高出江凯河170m。在雨水冲刷的露头,可见明显为河流搬运磨蚀滚圆的大量砂砾石堆积,砾石成分较明显,主要为砾径0.5~2cm的滚圆状石英、砂岩及碳酸盐岩砾石,大量的白云岩、灰岩等则主要为近源补给,呈棱角-次棱角状,砾石间充填大量泥砂,未见明显层理特征,初步分析认为,应为古河道砂砾石冲积层的残坡积。野外观察未发现可疑的火山物质碎屑成分。为了查证研究目的,在露头范围岩溶凹坑内采集1.5m3原状土样1个,拉至几千米外的小溪流中淘洗,现场即可提取出大量黑色和紫色重砂矿物(图 2-b),但未发现明显的钾镁煌斑岩或金伯利岩碎屑物质。

图 2 南区古河道砂砾石残坡积物及其粗淘重砂 Fig.2 Gravelly residual deposits and roughly washed heavy concentrate in a paleo-channel in the south region
3.1 重砂矿物数量

(1)粗粒重砂矿物

野外淘选提取出147粒-4+1级(18~5目)镁铝榴石和141粒铬尖晶石,粗洗的43.6kg重砂样品送至湖南省常德工程勘察院实验室(湖南省地矿局四一三地质队)精淘选出34粒镁铝榴石和7粒铬尖晶石,共计181粒镁铝榴石和148粒铬尖晶石。

(2)细粒级重砂

野外淘选提取-1+0.5级(大于35~18目)镁铝榴石和铬尖晶石各40粒送检。

粗洗的43.6kg重砂样品经湖南省常德工程勘察院实验室淘选出54.6g重砂矿物,取其中2g进行矿物挑选,然后按比例估算,镁铝榴石约5400粒,铬尖晶石大于10000粒,加上前述提取的和送检的部分,1.5m3样品含镁铝榴石共计5440粒,铬尖晶石大于10040粒。

3.2 重砂矿物学特征

(1)镁铝榴石

据湖南省常德工程勘察院实验室初步分析,随机挑选的200颗均以碎块状为主,其中95%为紫色系列,橙色系列占5%(图 3)。

图 3 南区镁铝榴石和铬尖晶石重砂矿物 Fig.3 Minerals from the pyrope and picotite natural heavy concentrate of the south region

另据辽宁地质海上工程勘察院实验室(辽宁省地矿局第六地质队)的分析,随机选送的20颗粗粒(-4+1mm)和30颗细粒(-1+0.5mm)镁铝榴石,有31粒为玫瑰紫色,15粒为玫瑰色(8粒二色性),4粒为蓝紫色。所有送检镁铝榴石均为(碎)粒状,比重3.6~3.8g/cm3,折光率1.72~1.81,透明,无解理,无包体,不平坦-贝壳状断口,条痕无色,表面普具毛玻璃状、坑洞状、皱纹状、鮞状等熔蚀蚀象,无次变边外壳,无成岩后蚀变,仅1粒具裂纹,其余均无搬运磨蚀痕迹。其中,7粒(玫瑰色)为非金伯利镁铝榴石,其余均为可疑岩体镁铝榴石。

(2)铬尖晶石

据湖南省常德工程勘察院实验室初步分析,主要为不规则粒状和碎块状,少量为八面体,表面蚀象细而均一(图 3)。

另据辽宁地质海上工程勘察院实验室分析,所送的20颗粗粒(- 4 + 1mm)和30颗细粒(- 1 + 0.5mm)矿物中有6粒为赤、褐铁矿。其余44粒铬尖晶石(铬铁矿)中,有8粒为八面体,其余均为粒状,均属于非金伯利岩铬铁矿(铬尖晶石),黑色不透明,比重4.8~5.2g/cm3,半金属光泽,折光率1.98~ 2.10,无解理,无包体,断口不平坦,油脂光泽及沥青光泽,条痕褐色,表面普具小凹坑和褐色薄膜,部分具磁变边,均无裂纹,无次变边外壳,无磨蚀痕迹。

3.3 重砂矿物探针分析结果

随机各挑选30颗-4+1mm和40颗-1+0.5mm镁铝榴石和铬尖晶石,送至中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室,在JEOLJXA-8100型电子探针仪上进行分析,分析条件为加速电压15kV,标准电流20nA,电子束直径10μm,选取美国SPI#02753-AB的53种矿物做标样,镁铝榴石探点203个,铬尖晶石探点109个。

(1)镁铝榴石

据70粒矿物203个探点分析,SiO2含量为35.81%~79.72%,Al2O3为7.29%~15.74%,Cr2O3为0.59% ~6.82%,MgO为6.32% ~21.95%,CaO为1.53%~9.45%,各组分含量直方图如图 4图 5所示。根据Cr2O3主要集中于2.0%~2.98%(109点),Fe2O3为6.28%~9.34%(197点),MgO为20.2%~ 20.98%(123点),CaO为4.06%~4.96%(164点)等的主要成分含量特征,其化学成分分类[11]应属于G9镁铝榴石,在Gurney图解中投点落入高钙镁铝榴石区(图 6),应主要来源于石榴二辉橄榄岩。

图 4 镁铝榴石Cr2O3(a)和MgO (b)组分分布 Fig.4 Distribution of Cr2O3 (a) and MgO (b) of the pyrope
图 5 镁铝榴石CaO(a)和Fe2O3 (b)组分分布 Fig.5 Distribution of CaO (a) and Fe2O3 (b) of the pyrope
图 6 镁铝榴石Gurney图解[11] Fig.6 Gurney diagram of the pyrope

(2)铬尖晶石

据70粒矿物109个探点分析,Al2O3含量为8.31%~51.59%,Cr2O3为16.5%~67.68%,MgO为2.69%~21.54%,Fe2O3为9.42%~28.24%,各组分分布见图 7。据Al2O3主要集中于18.71%~28.44%(54点),Cr2O3为40.02% ~49.57%(50点),MgO为11.08%~16.77%(72点)成分含量特征,其化学成分分类[11]属于S5组铬尖晶石,产状可能为尖晶二辉橄榄岩包体。

图 7 铬尖晶石Cr2O3、MgO和Al2O3组分分布 Fig.7 Distribution of Cr2O3, MgO and Al2O3 of the picotite and pyrope

综上,通过南区异常的查证研究,镁铝榴石含量为5440粒/1.5m3,铬尖晶石大于10000粒/1.5m3。由于采样位置偏离浓集中心区,含量水平低于以往资料显示的2700粒/80L,但可表明施秉下翁哨地区镁铝榴石、铬尖晶石等自然重砂异常的客观存在。纵观全省资料,如此高浓度的自然重砂异常实属罕见。

4 施秉下翁哨镁铝榴石和铬尖晶石重砂异常来源 4.1 华南纪冰川冰碛物次生源观点

据古冰碛物次生源观点,湘黔地区水系砂矿金刚石及其指示伴生矿物,均由南华纪海上浮冰从外地带入并扩散于长安组,使长安组成为金刚石的一级次生源,然后在地史中多次转嫁而构成早—中泥盆世砂砾层、白垩纪—古近纪红层等多个含金刚石地层,即补给源“中转站”[10]

由于镁铝榴石等矿物性脆易碎的性质和水系转运扩散稀释等缘故,要形成如此高的重砂含量异常,似乎只有大陆冰川将富含镁铝榴石等矿物的岩体刮削下来,并在大长安组中形成“原状”冰碛堆积,同时该“准岩体”又几乎完全或大部分被转运至现今重砂异常所处的寒武系—奥陶系现代地貌高地之上,其过程很难想象。因此,古冰川冰碛次生源观点很难解释其来源。

4.2 近源钾镁煌斑岩风化剥蚀残积

前已述及,镇远马坪地区部分钾镁煌斑岩(或金伯利岩)中的镁铝榴石含量达1%~5%,且颜色等特征相似[10]。最近的曹马龙-大坪钾镁煌斑岩也有选矿样(如Ⅰ79b-5)见一定含量的镁铝榴石和铬尖晶石。异常区西侧柳塘钾镁煌斑岩人工重砂铬尖晶石含量高达118~235粒/kg。华北地台山东部分金伯利岩镁铝榴石含量最高达2015.89~4924.5g/t,辽宁金伯利岩也普遍含一定量的镁铝榴石和铬尖晶石[10]

自然重砂异常系地质体(岩矿体)风化剥蚀产生的碎屑物质在重力作用下迁移和堆积所致,明显受水流、地形环境等水文因素的制约[13]

镇远马坪“东方一号”金刚石原生矿的发现,是重砂测量追踪镁铝榴石的结果,其测量过程反映了镁铝榴石在水系中扩散变化的情况。岩体残坡积物中镁铝榴石含量可高达1925颗/20m3,距离岩体1km处水系中含量为108颗/1m3,3km处为54颗/ 1m3,5km处为32颗/1m3,可见重砂水系晕的变化十分巨大,远离岩体3~5km,常规采样量(20L)就很容易漏掉,所以必须加大采样体积[10]

同时,施秉下翁哨支流镁铝榴石的水系扩散情况也可说明问题。从盆地新近系翁哨组扩散并形成的北区异常,地表镁铝榴石含量1660粒/50L,铬尖晶石8170粒/50L,距异常(中心)2.2km的盆地口附近,含量分别锐减至镁铝榴石3粒/0.5m3和铬尖晶石300粒/0.5m3,至3.5km以外,只有大样才能选获[2]

因此,镁铝榴石和铬尖晶石重砂罕见高含量异常,及其矿物学鉴定未见搬运磨蚀痕迹的特征等,无论南区或(及)北区异常,镁铝榴石和铬尖晶石的来源,应该解释为近源补给更合适。

4.3 无根钾镁煌斑岩体就近风化残积形成

笔者认为,①黔东钾镁煌斑岩主要侵位于晚奥陶世[14-16]这一时间域范围;②岩体侵位时甚至整个早古生代均处于台地相→台地边缘的海相沉积建造环境;③黔东钾镁煌斑岩呈区域性椭圆状分布和局部带状产出特征;④黔东730多条钾镁煌斑岩脉绝大多数规模较小甚至极小,延伸极其有限。根据主要事实依据,提出了黔东钾镁煌斑岩或主要为“泥鳅钻豆腐”侵位模式的观点[17]。根据该观点,黔东钾镁煌斑岩应主要在加里东建造层“基底”构造控制下,呈“泥鳅钻豆腐”模式侵位于建造“软泥”中,因此必然有部分呈无根状产出。

黔东地区钾镁煌斑岩可能的“泥鳅钻豆腐”侵位模式,受建造层自重及构造(如侵位时的都匀运动[18-19])作用影响,应有相当一部分岩体呈无根状产出,且规模可能较小。结合异常重砂矿物搬运磨蚀痕迹不明显的特征,以及电子探针分析镁铝榴石和铬尖晶石应主要来源于石榴和尖晶二辉橄榄岩的初步认识,认为施秉下翁哨罕见特高含量异常的镁铝榴石和铬尖晶石重砂,应为富含镁铝榴石、铬尖晶石等重砂矿物,或含幔源捕虏体的无根钾镁煌斑岩体就近侵位和风化残积所致,因其无根产状的原因而致长期成谜。

4.4 重砂矿物对源岩金刚石含矿性的指示意义

如前所述,电子探针分析表明,镁铝榴石和铬尖晶石分属于G9(高钙)镁铝榴石和S5组贫钛高铝富镁铬铁矿,相关图解投点落于相对较浅的石榴和尖晶二辉橄榄岩区。鉴于G10组镁铝榴石更具指示金刚石含矿性的意义,以及本次重砂大样分析未发现金刚石的事实,该异常重砂矿物指示其源岩含金刚石的可能性较低。

5 结语

通过对施秉下翁哨南区镁铝榴石和铬尖晶石自然重砂异常调查研究,佐证异常客观存在,确为罕见特高含量特征。其矿物学分析无搬运磨蚀痕迹特征,应为富含重砂矿物或其幔源捕虏体的无根钾镁煌斑岩体就近侵位和风化残积的结果。电子探针分析属于G9镁铝榴石和S5组铬尖晶石,结合重砂矿物组合简单及未发现金刚石的事实,表明该异常重砂矿物指示其源岩含金刚石的可能性较低。

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