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  地质通报  2019, Vol. 38 Issue (1): 152-162  
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周琦忠, 施建斌, 黄友波, 冯学知, 张琪, 张凤鸣, 蔡逸涛, 杨献忠, 康丛轩. 江苏徐州西村金伯利岩管地质特征及其找矿意义[J]. 地质通报, 2019, 38(1): 152-162.
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Zhou Q Z, Shi J B, Huang Y B, Feng X Z, Zhang Q, Zhang F M, Cai Y T, Yang X Z, Kang C X. Geological characteristics and prospecting significance of kimberlite pipe in Xicun area of Xuzhou, Jiangsu Province[J]. Geological Bulletin of China, 2019, 38(1): 152-162.
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基金项目

江苏省地质勘查基金项目《江苏省徐州市塔山地区金刚石原生矿地质普查》(编号:苏财建[2014]278)和中国地质调查局项目《安徽栏杆金刚石成矿规律与苏皖地区金刚石找矿靶区优选》(编号:12120114054301)、《华北和扬子地区金刚石矿产调查》(编号:DD20160059)

作者简介

周琦忠(1990-), 男, 硕士, 助理工程师, 从事地质矿产勘查工作。E-mail:dzwdzqz@foxmail.com

文章历史

收稿日期: 2018-06-12
修订日期: 2018-08-15
江苏徐州西村金伯利岩管地质特征及其找矿意义
周琦忠1 , 施建斌1 , 黄友波1 , 冯学知1 , 张琪1 , 张凤鸣1 , 蔡逸涛2 , 杨献忠2 , 康丛轩2     
1. 江苏省地矿局第五地质大队, 江苏 徐州 221004;
2. 中国地质调查局南京地质调查中心, 江苏 南京 210016
摘要: 西村岩管是在苏北地区发现的第一个金伯利岩管,颠覆了苏北地区无金伯利岩的历史。从岩石学、地球化学和伴生矿物等方面分析了西村岩管的地质特征,并进一步探讨其金刚石找矿意义。从区域背景和金刚石形成条件看,西村地区具备了金伯利岩侵位和金刚石矿形成的基本地质条件,而西村岩管为金刚石矿就位提供了母岩条件;西村金伯利岩与山东、辽宁金伯利岩具有相似的地球化学特征,是幔源岩浆低程度部分熔融的产物,且在岩浆上升过程中普遍遭受了壳源物质的混染,后期碳酸盐化现象普遍发育;其相容元素含量与山东金伯利角砾岩相似,均为典型的金伯利岩型配分模式,稀土元素表现为轻、重稀土元素强烈分馏的特征;伴生指示矿物主要为榴辉岩型含铬镁铝榴石、富铬透辉石和富镁铬尖晶石,其特征均表现出含矿金伯利岩的特点。
关键词: 徐州西村    金伯利岩管    地质特征    地球化学    找矿意义    
Geological characteristics and prospecting significance of kimberlite pipe in Xicun area of Xuzhou, Jiangsu Province
ZHOU Qizhong1, SHI Jianbin1, HUANG Youbo1, FENG Xuezhi1, ZHANG Qi1, ZHANG Fengming1, CAI Yitao2, YANG Xianzhong2, KANG Congxuan2     
1. No.5 Geological Party, Jiangsu Bureau of Geology and Mineral Resources, Xuzhou 221004, Jiangsu, China;
2. Nanjing Center, China Geological Survey, Nanjing 210016, Jiangsu, China
Abstract: The Xicun kimberlite pipe was discovered for the first time which has ended the kimberlite-nonexistent history in northern Jiangsu Province. The geological characteristics of Xicun pipe were analyzed by petrology, geochemistry and associated minerals, and the prospecting significance was discussed. According to the regional background and the conditions of the diamond formation, it is considered that there existed basic geological conditions for kimberlite emplacement and diamond ore formation in Xicun area. The Xicun kimberlite pipe provided mother rock conditions for diamond ore. The Xicun kimberlites have similar geochemical characteristics to Shandong and Liaoning kimberlites. They were all formed by low degree partial liquation of the mantle-derived magma. Besides, they suffered hybridism of the earth crust in the process of magma rising and widespread carbonatization in the late period. The values of compatible elements are similar to those of Shandong kimberite breccia, which constitute the typical patterns of kimberlite. The heavy and light rare earth elements are characterized by strong fractionation. Associated indicator minerals include eclogite-type pyrope, chrome-rich diopside, and magnesium-rich chrome spinels, which show the characteristics of ore-bearing kimberlite.
Key words: Xicun area of Xuzhou    kimberlite pipe    geological characteristic    geochemistry    prospecting significance    

目前已发现的含金刚石母岩类型有很多, 除金伯利岩、钾镁煌斑岩外, 还有榴辉岩、蛇绿岩、碱性超基性杂岩、碱性超基性煌斑岩、碱性基性岩等偏碱性超基性-基性岩石, 但具工业价值的只有金伯利岩和钾镁煌斑岩2种含矿母岩[1-4]。徐州地区处于辽东-鲁南-苏北-皖北的原生金刚石成矿带上, 是中国金刚石原生矿找矿5个A类远景区之一。自20世纪60年代, 江苏省地质矿产局第五地质大队在徐州地区开展了长期的金刚石找矿工作, 取得了丰富的找矿成果, 其中在超基性和基性岩中选获了几颗原生金刚石, 但一直未发现金伯利岩的存在, 直至近年, 西村金伯利岩管的发现颠覆了苏北地区无金伯利岩的历史, 为在徐州地区寻找金伯利岩型原生金刚石矿提供了方向和信心。本文通过岩石学、地球化学特征及伴生矿物特征等对徐州西村金伯利岩管进行全面分析, 探讨西村金伯利岩的金刚石找矿意义, 以期为今后该地区开展原生金刚石找矿提供方向和思路。

1 地质背景

徐州西村地区位于徐州北部、微山湖东岸, 东距郯庐断裂带约50km, 大地构造位置处于华北克拉通东南缘, 具有古老的变质结晶基底, 为华北地台特有的太古宙以中基性喷出岩为主的中深度变质岩系。新元古代-新生代地层均有发育, 且以新元古代地层保存较完好[5]

本区位于徐州弧形构造的转折端, 徐州-江庄复式背斜的西北翼。区内断裂构造主要有NEE向、NW向、NE向、NNE向4组, 多期活动性明显。其中NEE向为徐州断褶带的纵向主干断裂, 生成最早, 具推覆性质; NW向断裂多为拉张兼平移的复性结构, 以垂直升降运动为主, 具多期活动的特性; NE向断裂为沿基底断裂继承发育的一级控岩断裂; NNE向断层生成较晚, 表现为平移逆断层, 为区内燕山晚期-喜马拉雅早期碱性、超基性-基性岩的储岩断裂。这些断裂构造为深部岩浆的上升提供了通道, 不仅控制岩浆岩的时空分布, 还对沉积盖层发育、岩相变化产生重要影响。

本区受各期运动特别是燕山运动的影响, 经历了长期复杂的构造岩浆演化史[5]。新元古代晋宁期主要为基性岩侵入, 分布在西村东部; 中生代燕山期岩浆活动表现为多期次强烈的喷发和侵入, 形成中-酸性杂岩体即西村北部的利国岩体; 新生代喜马拉雅期岩浆活动形成多期活动的超基性-基性岩, 以金伯利岩、煌斑岩、橄榄玄武玢岩为主(图 1)。

图 1 西村地区岩浆岩分布 Fig.1 The distribution of magmatic rocks in Xicun area
2 地质特征

西村金伯利岩管侵入于江庄复背斜的西北翼, 围岩为奥陶系肖县组下段(O1x1)角砾状灰岩, 受NNE向断裂控制, 其平面投影大致呈NE向展布, 长约120m, 宽约80m, 呈上宽下窄的漏斗状, 中间沿构造薄弱部位呈枝叉状侵入至岩层中。岩相分带较明显(图 2), 自中心向外依次是含角砾金伯利岩(Kb3)、灰绿色斑状金伯利岩(Kb2)和紫红色斑状金伯利岩(Kb1), 与围岩接触部位具有较明显的烘烤或混染现象。

图 2 西村岩管平面示意图和剖面 Fig.2 Schematic plan view and geological section of Xicun pipe

含角砾金伯利岩呈浅灰色、灰黄色, 具角砾状构造, 角砾含量10%~30%, 棱角状或次棱角状, 少数受熔蚀呈圆状(图 3-a), 成分极其复杂, 除同源角砾外, 尚有辉石岩、辉橄岩等暗色超基性岩、基底片麻岩、中酸性岩、围岩等, 基质为金伯利岩。

图 3 西村金伯利岩镜下照片 Fig.3 Photomicrographs of kimberlite in Xicun

灰绿色或紫红色斑状金伯利岩, 两者矿物组合基本相同, 但紫红色斑状金伯利岩受强烈碳酸盐化及氧化作用而呈紫红色。均具斑状、卵斑状结构(图 3-b), 块状构造, 斑晶由橄榄石(10%~15%)、金云母(5%~10%)和单斜辉石(3%~5%)组成, 后期蚀变强烈, 粒径一般为0.5~3.5mm。其中橄榄石呈自形-半自形粒状, 多被碳酸盐及少量蛇纹石、滑石、铁质交代呈假象, 多具圆化现象, 具二世代特征; 金云母呈片状, 显浅棕色, 多色性明显, 部分由于含Cr元素呈绿色, 被少量方解石沿解理交代, 有的具圆化现象, 有的具二世代特征; 单斜辉石呈半自形柱状、他形粒状, 近无色或浅黄绿色, 少数被方解石交代或具金云母反应边。基质则由单斜辉石(45%~50%)、金云母(5%~10%)、方解石、不透明矿物等微晶组成, 粒径一般小于0.1mm。其中单斜辉石呈柱状、微粒状, 杂乱状排列, 显极淡的绿色; 金云母呈鳞片状, 杂乱状排列, 显浅棕色, 多色性明显; 方解石呈微粒状, 分布于辉石、金云母之间, 交代辉石、金云母; 不透明矿物呈黑色微粒状, 星散状分布于基质内。此外, 还可见少量的副矿物, 如赤褐铁矿、磁铁矿、铬铁矿、磷灰石、锆石、金红石、黄铁矿、镁铝榴石、锐钛矿、铬透辉石、绿帘石等, 其中铬铁矿、镁铝榴石、铬透辉石为深源指示矿物。

3 地球化学特征

本次研究所用的样品主要采自西村金伯利岩的地表探槽和钻孔岩心, 样品多已发生弱蚀变, 以碳酸盐化为主, 采样位置如图 2所示。元素分析在河北省区域地质调查研究所实验室完成。样品处理时, 将较大的捕虏体剔除, 以保证化学分析的准确性。主量元素采用AxiosmaxX射线荧光光谱仪测定, 测试误差小于2%, 其中FeO含量通过湿化学方法测定。微量元素采用电感耦合等离子质谱仪(ICP-MS)进行分析, 测定元素含量高于100×10-6时, 分析误差小于5%, 测定含量低于10×10-6的元素时, 分析误差小于8%, Cr、Ni、V和Sc元素的分析误差在10%左右。

3.1 主量元素

西村金伯利岩与辽宁、山东金伯利岩主量元素含量见表 1。从表 1可以看出, 西村金伯利岩SiO2含量介于23.00%~47.43%之间, 平均为31.66%, 为硅酸强烈不饱和岩石, 其中XC-3样品的SiO2含量达到了47.43%, 可能与滑石化有关。全碱含量在2.18%~ 5.73%之间, 且K2O>Na2O, 较高的全碱含量可能与中酸性岩角砾有关; Al2O3含量较高, 介于5.29%~ 8.99%之间; 全铁含量较低, Fe2O3>FeO, Fe3+/Fe2+> 1;TiO2含量为0.7%~1.09%, 与Fe2O3+FeO呈正相关关系, 与钛铁矿及其他含Fe、Ti的矿物有关; Cr2O3含量为0.08%~0.17%;P2O5含量较高, 平均为1.95%, 在岩浆成岩作用后期常发生局部富集而形成磷灰石; MgO含量较低, 仅有3.77%~9.82%, 而CaO与烧失量普遍较高。与山东和辽宁金伯利岩相比, 西村金伯利岩具有低Fe2O3、MgO和Cr2O3, 高K2O、CaO和烧失量的特点, 应与后期蚀变作用有关, 尤其是碳酸盐化最显著, 导致CaO与烧失量呈正比, 而SiO2含量与烧失量呈反比(图 4), 与镜下的矿物普遍碳酸盐化现象一致。

表 1 西村金伯利岩与辽宁、山东金伯利岩主量元素含量 Table 1 Main element content of kimberlite in Xicun and Liaoning/Shandong Province
图 4 西村金伯利岩CaO-烧失量与SiO2-烧失量图解 Fig.4 CaO-LOI and SiO2-LOI diagrams of kimberlite in Xicun

金伯利岩是一种含有地幔、地壳捕虏体、深源捕虏体等物质的混染岩, 尽管在样品处理时去除了较大的深源捕虏体, 但仍有许多显微包体存在, 尤其是壳源物质的混入将导致Si、Al、Na等偏高、Mg偏低。Mitchell[6]认为, 可借助样品中的SiO2-Al2O3含量判别是否受到混染, 以及混入的可能壳源物质, 未受到混染的金伯利岩Al2O3=0~5%、SiO2= 25%~35%, 而受到混染的金伯利岩Al2O3>5%、SiO2>35%[6-7]。从图 5可以看出, 样品全部落入受混染区, 表明西村金伯利岩在岩浆上升过程中普遍遭受了壳源混染。董振信[8]在研究中国金伯利岩地球化学特征时提到, 混染指数(C.I=(SiO2 + Al2O3 + Na2O)/(MgO+2K2O))可以较好地反映金伯利岩中壳源物质的混染程度, 其中受混染的金伯利岩其C.I>1.5, 西村金伯利岩C.I值均大于1.5, 说明西村金伯利岩受到壳源物质的混染。野外调查过程中, 在岩体边缘也发现大量变质基底和围岩捕虏体, 与上述认识一致。

图 5 西村金伯利岩SiO2-Al2O3图解 Fig.5 SiO2-Al2O3 diagram of kimberlite in Xicun
3.2 微量元素

西村金伯利岩中Cr为283×10-6~574×10-6, Ni为194×10-6~524×10-6, Co为23×10-6~49×10-6, 这些相容元素由于相似的地球化学性状而存在一定的正相关关系。与山东和辽宁金伯利岩相比, 这些元素范围很小, 且含量普遍偏低, 但与山东金伯利角砾岩相比相差不大(表 2), 明显受捕虏体的影响。与原始地幔相容元素相比, 西村金伯利岩富V、Cu、Zn而贫Cr、Co、Ni, Sc总体含量与之相当(图 6), 这是由于相容元素在地幔局部熔融过程中的地球化学性质不同所致, Cr、Ni、Co作为亲铁元素主要赋存于镁铝榴石、铬尖晶石和橄榄石及斜方辉石中, Sc、V、Zn主要赋存于单斜辉石中, 单斜辉石比其他地幔矿物相更容易发生熔融作用[8], 从而呈现出不同的配分模式。

表 2 西村金伯利岩与辽宁、山东金伯利岩相容元素含量 Table 2 Compatible elements content of kimberlite in Xicun and Liaoning/Shandong province
图 6 西村金伯利岩相容元素配分模式图 Fig.6 Compatible elements distribution pattern of kimberlite in Xicun

西村金伯利岩的稀土元素总量ΣREE很高, 均在800×10-6以上, LREE/HREE值较高且变化很小, 介于19.64~23.93之间, LaN/YbN平均值为89.22(表 3), 显示出轻稀土元素强烈富集、重稀土元素严重亏损的特点。在稀土元素分布型式图(图 7)上, 均表现为陡峭的右倾曲线, 表明了轻稀土元素强烈富集、轻重稀土元素分馏程度高的特点。δEu平均值为0.82, 负异常不显著, 可能存在微弱的斜长石分离结晶作用。各样品的稀土元素分布特征基本一致, 显示出同源岩浆演化的特征。与山东、辽宁金伯利岩相比, 西村金伯利岩稀土元素的整体分布型式与前二者基本一致, 但LREE/HREE值和LaN/YbN值较低, 其轻、重稀土元素分馏程度较低。金伯利岩之间不同的稀土元素配分特征主要由幔源岩浆的部分熔融程度引起, LaN/YbN值显示其部分熔融程度仅有0.7%~0.9%[11]

表 3 西村金伯利岩与辽宁、山东金伯利岩稀土元素含量 Table 3 REE content of kimberlite in Xicun and Liaoning/Shandong Province
图 7 西村金伯利岩稀土元素球粒陨石标准化配分图 Fig.7 Chondrite-normalized REE patterns of kimberlite in Xicun

西村金伯利岩不同样品间的微量元素原始地幔标准化分布型式图(图 8)基本一致, 显示为同源岩浆演化的特征, 均呈多峰多谷状态, 主要表现为Rb、Ba、Th、La、Ce、Nd、Sm、Y等元素的正异常, 曲线呈隆起状态, 而K、Nb、Sr、P、Hf、Ti、Yb等元素则表现为不同程度的负异常, 尤以K、Nb、Sr、Ti的强烈负异常为特征, 曲线图中呈V字形深谷。与山东、辽宁金伯利岩相比, 西村金伯利岩中Rb、Ba、Sr、Zr等元素含量较高, 而Nb、Ta等元素含量较低(表 4), 可能指示其成因与山东、辽宁金伯利岩存在差异。

图 8 西村金伯利岩微量元素原始地幔标准化蛛网图 Fig.8 PM-normalized trace element spidergram of kimberlite in Xicun
表 4 西村金伯利岩与辽宁、山东金伯利岩不相容元素含量(除稀土元素外) Table 4 Incompatible elements content of kimberlite in Xicun and Liaoning/Shandong Province (except REE)
4 伴生矿物特征

在西村金伯利岩中, 从岩石重砂样品选获有镁铝榴石、铬透辉石、铬尖晶石等常与金刚石伴生的矿物, 重砂样品挑选与矿物鉴定在河北省区域地质调查研究所实验室完成, 从选获的伴生重矿物进行电子探针制靶和测试分析, 在国家海洋局第二海洋研究所检测中心完成, 检测仪器为JXA-8100, 总量分析误差小于2%。

4.1 镁铝榴石

本区镁铝榴石为粉红色-淡粉红色-橘红色, 次棱角粒状, 表面光亮、无蚀变现象, 无次变边, 折光率为1.734~1.735。其主要化学成分如表 5所示, 镁铝榴石间氧化物含量基本相当, 端元分子以镁铝榴石(大于70%)为主, 其次为铁铝榴石、钙铝榴石, 少量钙铬榴石。与山东、辽宁镁铝榴石相比, 本区镁铝榴石缺乏紫色系列, SiO2、MgO、FeO、Al2O3、CaO含量相近, 而TiO2、Cr2O3含量较低。根据Cr2O3含量, 可将镁铝榴石分为贫铬镁铝榴石(小于0.3%)、含铬镁铝榴石(0.3%~2.5%)、铬镁铝榴石(2.5%~ 5.0%)、富铬镁铝榴石(大于5.0%)[12], 西村镁铝榴石Cr2O3含量介于0.50%~1.37%之间, 均为含铬镁铝榴石, 而山东和辽宁镁铝榴石多属于铬镁铝榴石, 甚至属富铬镁铝榴石, 少数属含铬镁铝榴石。通过镁铝榴石颜色系列和化学特征研究, 可以发现二者的对应关系。从图 9可以看出, 本区镁铝榴石均属于金伯利岩中的橙色系列。

表 5 西村金伯利岩中镁铝榴石主要化学成分含量 Table 5 The main chemical composition content of pyropes in Xicun kimberlite
图 9 西村镁铝榴石Al2O3-Cr2O3图解[13] Fig.9 Al2O3-Cr2O3 diagram of pyrope in Xicun

对于金伯利岩中的镁铝榴石, 其成因和产状可以根据CaO与Cr2O3含量的关系进行大致判断, 当Cr2O3<2%时为榴辉岩型石榴子石, 当Cr2O3>2%时为橄榄岩型石榴子石[14], 从两者关系图(图 10)可以看出, 本区镁铝榴石均为榴辉岩型石榴子石, 显示出本区镁铝榴石与榴辉岩型金刚石密切共生的关系。图 11表明, 本区镁铝榴石均来自地幔, 金伯利岩在侵位过程中没有围岩中的石榴子石进入。

图 10 西村镁铝榴石CaO-Cr2O3图解[14] Fig.10 CaO-Cr2O3 diagram of pyrope in Xicun
图 11 榴辉岩型石榴子石Ca2+-Mg2+-(Fe2++Mn2+)离子三角图[14] Fig.11 Ca2+-Mg2+-(Fe2++Mn2+) diagram of eclogitic garnets from some bodies

前人通过大量数据总结出一些判别镁铝榴石与金刚石含矿性关系的标志, 包括Cr2O3、Cr'、镁铬榴石分子、钙铬榴石分子等[12-13]。张广城[13]认为, 橙色系列镁铝榴石中Cr2O3>0.4%和Cr'(Cr'(Cr + Al))>0.01可以作为金伯利岩是否含矿的标志之一, 本区镁铝榴石Cr2O3含量介于0.5%~1.37%之间, Cr'均大于0.01, 平均可达0.026, 均满足以上2个条件, 说明西村金伯利岩可能含有金刚石矿。

郑建平等曾采用Kenneth提出的公式对石榴子石的形成压力进行计算[15-16], 该计算公式为: p(GPa)=-50.7+18.97(Si)和p(GPa)=23.7-9.06(Al+ Cr), 代入镁铝榴石分子式中相应的阳离子数, 对其形成的压力进行估算, 计算结果显示, 西村镁铝榴石形成压力约为6GPa, 对应的深度约为180km, 与金刚石稳定区范围(大于4GPa)相当。

4.2 铬透辉石

本区铬透辉石大多为草绿色-翠绿色, 呈玻璃-油脂光泽、透明度较好。其主要化学成分SiO2含量为51.73%~54.19%, MgO为15.92%~17.09%, CaO为19.61%~23.35%, Cr2O3为0.44%~1.60%(表 6), 主要属于透辉石种。总体上, 铬透辉石中的Cr2O3含量不如镁铝榴石、铬尖晶石中的Cr2O3含量对金刚石矿的指示意义大[17], 但富铬透辉石变种仍可作为金刚石的重要指示矿物。根据Cr2O3含量, 本区铬透辉石贫铬变种(小于1%)和富铬变种(大于1%)均有发育, 总体指示了含矿金伯利岩的特征。

表 6 西村金伯利岩中铬透辉石主要化学成分含量 Table 6 The main chemical composition content of chrome diopsides in Xicun kimberlite
4.3 铬尖晶石

本区铬尖晶石大多数为八面体或歪八面体, 黑色, 呈金属光泽或沥青光泽, 无磁性, 部分发生蚀变, 表面偶有磁铁矿薄膜包围, 晶胞参数为d0= 8.24Å~8.29Å。Cr2O3含量为30.15%~56.71%, Al2O3含量为9.48%~35.35%, MgO含量为9.89%~17.84%, FeO含量为12.83%~26.95%(表 7), 其中Cr2O3与Al2O3、MgO与FeO由于类质同象替代的缘故而呈消长关系。其中, 高铬富镁低钛的铬尖晶石来自含金刚石原生矿的指示矿物, 尤其是Cr2O3>54%的铬尖晶石通常来自富矿金伯利岩[14]。由图 12可以看出, 本区铬尖晶石中Cr2O3含量达到50%以上的接近一半, MgO含量多在11%以上, 有相当一部分属于富镁铬尖晶石, 在一定程度上指示本区金伯利岩可能含有金刚石矿。

表 7 西村金伯利岩中铬尖晶石主要化学成分含量 Table 7 The main chemical composition content of chrome spinels in Xicun kimberlite
图 12 西村铬尖晶石Cr2O3-MgO图解 Fig.12 Cr2O3-MgO diagram of chrome spinels in Xicun
5 西村金伯利岩的找矿意义

19世纪60年代, 徐州开展了大量的金刚石找矿工作, 在多地出土大颗粒的金刚石, 其中在新沂地区发现小型砂矿床一处, 其金刚石和指示矿物均指示来自近源[18], 说明徐州地区存在金刚石含矿母岩或金伯利岩。西村金伯利岩管的发现证实了这一推论, 且金伯利岩受断裂构造控制, 在空间上往往具有成群成带分布的特点, 在徐州其他地区应该也有金伯利岩的存在, 为后期开展金伯利岩型金刚石原生矿找矿工作奠定了基础。

徐州西村处于A型克拉通——华北克拉通东南缘, 盖层厚度、产状及构造-岩浆活动均有利于金伯利岩的侵位和形成, 具备形成金刚石矿的基本地质条件。对于金刚石尤其是达到成矿规模的, 大量的事实已经证明其为地幔捕获成因。金刚石需要在特定的高温高压条件下经历漫长的时间结晶形成, 其形成年龄通常比含矿母岩要早得多, 而金伯利岩则作为载体将其携带至地壳上部或地表[4, 19]。国内外若干金刚石原生矿研究表明, 在含矿金伯利岩分布区或其外围往往有暗色岩体伴生, 而徐州北部地区有较多的同期超基性-基性岩分布, 显示出较好的成矿条件。

对于西村金伯利岩的侵入年龄, 前期并未做过相关的年龄测试工作, 前人认为与徐州橄榄玄武玢岩同期, 均属燕山晚期-喜马拉雅期。西村北部为利国中酸性杂岩体, 其内部发现超基性岩的侵入, 因此西村金伯利岩中的中酸性岩角砾很可能来自利国岩体, 其时代应晚于利国岩体的侵入年代(约130Ma[20])。华北克拉通为深部金刚石矿层的形成提供了稳定的温压和结晶条件, 至燕山晚期-喜马拉雅期时, 多期次的岩浆活动尤其是来源最深的金伯利岩浆可将金刚石矿层携带上来, 在西村岩管中发现大量的幔源角砾, 证明该岩管在岩浆上升过程中具备了携带金刚石捕虏晶的能力。

金伯利岩含矿性一般与MgO含量呈正比, 与TiO2、K2O、Al2O3和P2O5呈反比, 而西村金伯利岩具有较低的MgO和较高的K2O、Al2O3, 可能预示本区含矿性较差, 但因其后期遭受强烈的碳酸盐化和壳源物质的混入, 导致主量元素发生较大变化, 因此, 从主量元素难以对其含矿性进行初步评价。稀土元素特征显示为典型的金伯利岩, 轻、重稀土元素具强烈分馏的特征, 且Cr、Co、Ni等相容元素含量与山东金伯利角砾岩相似, 金伯利岩的含矿性与Cr、Co、Ni等元素关系密切, 一般呈正相关关系, 说明西村金伯利岩具有金刚石成矿的可能。

虽然本区采集样品较少, 选获的重矿物较局限, 但从中仍可发现一些信息。本区镁铝榴石作为橙色系列的榴辉岩型含铬镁铝榴石, 较高的Cr2O3含量和Cr'指示了其与榴辉岩型金刚石密切共生的关系, 通过经验公式计算的压力(6GPa)也处于金刚石稳定区范围内。而富铬透辉石和富镁铬尖晶石也均指示可能存在含矿金伯利岩。

目前, 对西村金伯利岩管的研究尚处于初步阶段, 还存在很多亟待解决的问题, 后期将通过钻孔对其深部岩相进行控制、采集选矿试验样评价金刚石含矿性, 并选择科学系统的采样方法和现代分析测试技术加强岩管的岩石学、地球化学、年代、岩浆成因背景、角砾类型及成因、金刚石、伴生指示矿物等方面的研究工作, 进一步揭示该金伯利岩管与金刚石矿的关系, 以期在该岩管研究方面取得突破, 也为附近其他同类型岩管研究提供地质依据和方法指导。

6 结论

(1) 从区域背景和金刚石形成条件看, 西村地区具备金伯利岩侵位和金刚石矿形成的基本地质条件。岩石镜下鉴定结果为金伯利岩, 为在本区寻找原生金刚石矿提供了母岩条件。

(2) 西村岩管在上升过程中普遍遭受了壳源物质的混染, 后期碳酸盐化现象普遍发育; 其相容元素Cr、Co、Ni含量与山东金伯利角砾岩相似, 表现为典型的金伯利岩型配分模式; 稀土元素特征与山东和辽宁金伯利岩类似, 表现为轻稀土元素强烈富集的特征, 显示幔源岩浆低程度部分熔融的特征; 其他不相容元素与山东和辽宁金伯利岩存在一定差别。总体上, 西村金伯利岩与山东、辽宁金伯利岩具有相似的地球化学特征, 具备了金刚石成矿的可能。

(3) 伴生矿物中镁铝榴石是在深约180km、6GPa压力下形成的橙色系列榴辉岩型含铬镁铝榴石, 铬透辉石中贫铬变种和富铬变种均有发育, 铬尖晶石中存在一定比例的富镁铬尖晶石, 这些指示矿物特征均在一定程度上表现出含矿金伯利岩的特点。

致谢: 野外调查、采样工作由项目组人员完成,样品测试由河北省区域地质调查研究所实验室和国家海洋局第二海洋研究所检测中心共同完成,在写作过程中得到了江苏省地质调查研究院厉建华教授级高工的指导和帮助,评审老师对本文提出了宝贵的修改意见,在此一并致以诚挚的谢意。

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