山東臨沂東小山地區(qū)煌斑巖地球化學(xué)特征及其對成礦的啟示

高存山 褚志遠(yuǎn) 張勇

摘要： 山東臨沂東小山地區(qū)煌斑巖屬于弱鋁超鉀質(zhì)煌斑巖，高Ba、Th、P，輕稀土元素富集，輕、重稀土元素分餾明顯，表明煌斑巖在后期侵位過程中受到了地殼物質(zhì)的混染?；桶邘r富集大離子親石元素和高場強元素，反映巖漿主要來源于富集型地幔，進一步說明其源區(qū)受到了殼源物質(zhì)的混染。通過人工重砂方法選獲了2顆鉻透輝石，計算其形成溫度和壓力分別為1 180 ℃和5.8 Gpa，對應(yīng)的深度約為180 km，與金剛石的形成深度一致。

關(guān)鍵詞： 煌斑巖;地球化學(xué)特征;重砂礦物;成巖時代;東小山地區(qū);山東臨沂

中圖分類號：P619.241;P581

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：2096-1871（2020）03-271-08

作為金剛石的主要寄主巖石之一，煌斑巖蘊含著豐富的地幔源區(qū)信息，在地幔源區(qū)儲庫示蹤和殼幔相互作用研究方面具有重要的研究意義，可作為地幔深部動力學(xué)研究的巖石探針。不同類型的煌斑巖含有不同金剛石、鉻尖晶石等指示特征礦物，為進一步了解地幔的物質(zhì)組成、物理化學(xué)條件及礦物相轉(zhuǎn)變等提供了基礎(chǔ)條件。目前，在山東臨沂大井頭地區(qū)發(fā)現(xiàn)了含金剛石的煌斑巖管[1]，該區(qū)位于穩(wěn)定克拉通內(nèi)，廣泛發(fā)育寒武紀(jì)—奧陶紀(jì)地層，揭示其周圍存在深達(dá)地幔的巖漿巖活動。目前，對該區(qū)煌斑巖的地球化學(xué)特征、大地構(gòu)造環(huán)境及巖漿來源等報道相對較少。此外，圍繞大井頭地區(qū)煌斑巖管陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了歸后莊角礫巖、埠西橋角礫巖、小泉莊煌斑巖及東小山煌斑巖，這些巖體之間的相互關(guān)系尚不明確。

本文以臨沂東小山煌斑巖體為研究對象，通過開展系統(tǒng)的巖石地球化學(xué)及重砂礦物特征研究，并與大井頭煌斑巖體進行對比，查明東小山煌斑巖與大井頭煌斑巖之間的關(guān)系，探討巖漿形成的構(gòu)造環(huán)境、巖漿來源深度及成因，為該區(qū)下一步開展金剛石找礦工作提供參考。

1 地質(zhì)概況

研究區(qū)位于華北克拉通，由泰山巖群和前寒武紀(jì)侵入巖結(jié)晶基底組成，廣泛分布早古生代寒武系—奧陶系蓋層，基底年齡約為2 500 Ma。研究區(qū)及其鄰區(qū)莫霍面深度與蒙陰金伯利巖區(qū)莫霍面深度相當(dāng)[2]，區(qū)域西側(cè)主要發(fā)育NNW向燕甘斷裂和近SN向博平—南石崗斷裂，具有良好的金剛石原生礦成礦地質(zhì)條件。研究區(qū)煌斑巖體主要出露在東小山村北200 m處，通過在周邊地區(qū)開展探礦工程查證，發(fā)現(xiàn)東小山煌斑巖體整體呈巖床狀產(chǎn)出，形態(tài)似三角形，主要受近SN向博平—南石崗斷裂控制（圖1）。

2 樣品特征及分析測試

2.1 樣品特征

東小山煌斑巖新鮮面呈灰黑色，斑狀、煌斑結(jié)構(gòu)。斑晶含量為10%～15%，主要為輝石假象（被方解石交代）和金云母（圖2（a）），輝石假象斑晶大小為0.5～1.1 cm，金云母斑晶大小為0.6～2.0 cm;基質(zhì)為隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，主要由斜長石、輝石和金云母組成。斜長石為淺色礦物，半自形—它形晶體，含量約為30%;輝石為暗色礦物，自形晶體，含量約10%;金云母為暗色礦物，呈片狀，含量約15%。巖體內(nèi)見少量后期顯微裂隙，大多數(shù)被碳酸鹽充填（圖2（b））。

2.2 分析測試

樣品均采自研究區(qū)探槽和鉆孔中，嚴(yán)格按照樣品分析相關(guān)要求，確保所測試的煌斑巖新鮮且無污染。首先將野外采集的樣品粉碎至200目，然后進行高溫熔蝕測試，在山東省第七地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院實驗室完成實驗測試工作。H2O用重量法、FeO用容量滴定法測試，其他主量元素使用XRF熒光光譜儀測定，分析誤差<1%，微量元素和稀土元素采用XⅡ等離子質(zhì)譜儀測定，分析精度誤差<5%，具體分析測試流程見參考文獻[3]。

3 地球化學(xué)特征

3.1 主量元素

東小山煌斑巖主量元素含量及特征參數(shù)見表1。通過與大井頭巖體進行對比，發(fā)現(xiàn)二者具有一定的相似性。由表1可知，東小山煌斑巖SiO2含量為46.46%～47.95%，平均值為47.41%，屬于超基性-基性巖。K2O+Na2O為6.78%～7.27%，平均值為7.02%，K2O/Na2O為3.90～15.91，平均值為9.92，里特曼指數(shù)（σ）為9.29～13.50，屬于過堿性系列巖石。在（Na2O+K2O）-SiO2圖解（圖3）中，樣品投影點均位于堿玄巖區(qū)。在K2O-SiO2圖解（圖4）中，樣品投影點均位于鉀玄巖系列巖石區(qū)。因煌斑巖體易蝕變，在蝕變過程中K、Na等堿性元素較活潑，用TAS圖解判別巖石類型可能出現(xiàn)偏差。因此，選擇在蝕變過程中不活潑的元素Y、Nb做進一步判別。在SiO2-Nb/Y圖解（圖5）上，樣品投影點均落于堿玄巖范圍，與K2O-SiO2圖解（圖4）判別結(jié)果基本吻合。A/NCK為0.77～0.80，平均值為0.78，屬弱鋁質(zhì)。巖石總體表現(xiàn)為弱鋁超鉀質(zhì)煌斑巖特征，可見金云母等特征礦物。一般認(rèn)為超鉀質(zhì)巖大部分形成于上地幔，形成深度>100 km，金剛石在該深度范圍可以穩(wěn)定存在[7]。

3.2 稀土及微量元素

東小山煌斑巖稀土元素總量為（282.81～311.51）×10-6，LREE/HREE為9.82～10.55，（La/Yb）N為13.09～15.12，反映輕、重稀土元素分餾明顯，輕稀土元素富集。（La/Sm）N為2.33～9.22，（Gd/Yb）N為3.19～3.29，進一步反映輕稀土元素分餾較強，重稀土元素分餾較弱。球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分曲線圖（圖6（a））顯示，曲線均為右傾型，輕、重稀土元素分餾明顯，其中樣品HQ3和樣品HQ4的δEu分別為6.4和6.74，具有銪正異常特征，反映巖漿源區(qū)具有大量的斜長石堆晶，巖漿可能來源于地幔源區(qū)的部分熔融。

東小山煌斑巖微量元素含量及特征參數(shù)（表2）表明，巖石Ba含量為（159.95～899.80）×10-6，Th含量為（27.30～30.73）×10-6，P含量為（4 759～5 327）×10-6，富集Ba、Th、P，虧損Nb（圖6（b）），暗示大陸物質(zhì)（花崗質(zhì)巖石、麻粒巖、沉積物等）在煌斑巖巖漿生成過程中具有重要作用。巖體具有明顯的負(fù)Nb異常，具有俯沖帶火山巖特征，推測巖石形成過程中存有大陸物質(zhì)參與[9]，說明原始巖漿的形成與古大洋板塊俯沖作用有關(guān)。

稀土元素、微量元素地球化學(xué)分析結(jié)果表明，東小山煌斑巖的巖漿主要來源于富集型地幔，具有殼源物質(zhì)混染特征?；桶邘r在后期侵位過程中受到了地殼物質(zhì)的混染。

3.3 構(gòu)造背景探討

以上分析表明，東小山煌斑巖總體表現(xiàn)為弱鋁超鉀質(zhì)煌斑巖特征。研究表明，較冷的巖石圈熱結(jié)構(gòu)和較厚的巖石圈有利于形成鉀鎂煌斑巖和超鉀質(zhì)煌斑巖[10]。研究區(qū)發(fā)育較厚的寒武系—奧陶系，為煌斑巖漿的形成提供了穩(wěn)定蓋層。在Y-Zr圖解（圖7（a））和Th/Yb-Ta/Yb圖解（圖7（b））中，東小山煌斑巖投影點均位于板內(nèi)巖漿巖區(qū)，表明煌斑巖形成于板塊內(nèi)部。西側(cè)發(fā)育的燕甘斷裂為以大井頭為中心的巖漿攜帶大量上地幔超鉀質(zhì)、鉀鎂質(zhì)煌斑巖和金剛石上升至地表或近地表提供了必要通道。稀土元素、微量元素地球化學(xué)分析結(jié)果反映該區(qū)巖漿主要來源于富集型地幔源區(qū)，推測該區(qū)可能受東側(cè)大洋板塊俯沖影響[12]。

4 鉻透輝石

本次研究在人工重砂礦物中發(fā)現(xiàn)2顆鉻透輝石（圖8）。鉻透輝石是一種重要的鉀鎂煌斑巖和金伯利巖指示礦物，是由鉀鎂煌斑巖或金伯利巖中的硅質(zhì)捕虜體混染形成的[2]。本次選獲的鉻透輝石為綠色，棱角狀，透明，具有玻璃光澤，粒徑為0.4～0.5 mm，表面被碳酸鹽交代。2顆鉻透輝石的Cr2O3含量分別為1.42%和1.23%（表3），屬于低鉻-鉻透輝石，金伯利巖及其捕擄體常含該類型的鉻透輝石。

利用單斜輝石溫壓計[13]對選獲的鉻透輝石進行溫度和壓力估算。利用單斜輝石Cr2O3-Al2O3分類圖（圖9）對單斜輝石溫壓計的適用條件進行限定，只有化學(xué)成分落在石榴石橄欖巖區(qū)域的樣品才可以利用單斜輝石溫壓計的計算公式。

根據(jù)單斜輝石溫壓計的計算公式[13]，求得研究區(qū)鉻透輝石（編號：TC03-RS02）形成的溫度約為1 180 ℃，壓力約為5.8 Gpa，對應(yīng)的深度約為180 km。山東蒙陰金剛石包裹體透輝石的溫度為1 026～1 279 ℃，壓力為5.2～6.1 Gpa[2]，與東小山地區(qū)金剛石穩(wěn)定存在的溫度和壓力條件相似。

5 巖漿侵位時代和成因

5.1 巖漿侵位時代

根據(jù)巖漿與地層的截切關(guān)系可判別構(gòu)造期次和成巖順序。通過詳細(xì)的野外地質(zhì)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)東小山巖體侵入的圍巖為寒武紀(jì)—奧陶紀(jì)炒米店組條帶狀灰?guī)r，并未侵入到上覆寒武紀(jì)—奧陶紀(jì)三山子組中，與圍巖整體呈“假整合”接觸，巖體主要為巖床。

通過野外鉆探工作，發(fā)現(xiàn)與巖體接觸的界面圍巖具有明顯的褪色現(xiàn)象，巖體邊緣具有快速冷凝的現(xiàn)象（圖10）。因此，東小山巖體的形成應(yīng)晚于寒武紀(jì)—奧陶紀(jì)炒米店組，早于寒武紀(jì)—奧陶紀(jì)三山子組，大致時代應(yīng)為早奧陶世。

5.2 巖漿成因

東小山煌斑巖體與大井頭煌斑巖管[15]的化學(xué)成分基本相似，具有低MgO、高K2O/Na2O值等特征。由南東向北西，東小山煌斑巖體的賦存標(biāo)高逐漸變深，整體向NE向側(cè)伏，距離大井頭地區(qū)5 km，空間上具有關(guān)聯(lián)性。

通過人工重砂鑒定，發(fā)現(xiàn)東小山煌斑巖體內(nèi)重砂礦物較少，原因可能是隨著大井頭巖體的侵位、爆發(fā)、沉寂，重砂礦物的比重及密度比煌斑巖大，隨著巖漿溢流并離侵位位置的距離越來越遠(yuǎn)，重砂礦物陸續(xù)沉淀。大井頭地區(qū)周邊還出露埠西橋火山角礫巖、歸后莊火山角礫巖和小泉莊煌斑巖體，構(gòu)成了一個完整的火山機構(gòu)，推測的東小山煌斑巖體與大井頭巖管巖體侵位模式如圖11所示。隨著大井頭巖管的噴發(fā)，分支巖漿順著地層界面向東溢流并結(jié)晶形成東小山煌斑巖體，后期受博平—南石崗斷裂錯動影響而抬升出露地表。在歸后莊、埠西橋地區(qū)，分支巖漿直接噴出地表，發(fā)育的角礫巖及基質(zhì)與大井頭地表出露的巖體基本一致。本次研究中缺少大井頭巖體稀土及微量元素地球化學(xué)分析數(shù)據(jù)作對比，這有待進一步研究。

6 結(jié)論

（1）東小山地區(qū)煌斑巖屬于超鉀質(zhì)煌斑巖體，巖漿主要來源于富集型地幔源區(qū)部分熔融，巖漿在后期侵位過程中受到了地殼物質(zhì)的混染。

（2）東小山地區(qū)煌斑巖內(nèi)發(fā)現(xiàn)的鉻透輝石形成溫度約為1 180 ℃，形成壓力約為5.8 Gpa，對應(yīng)的深度約為180 km。

（3）東小山地區(qū)煌斑巖受燕甘斷裂控制，源區(qū)可能受大洋板塊俯沖的影響，形成時代為早奧陶世。

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Abstract：The lamprophyre in Dongxiaoshan area of Linyi City， Shandong Province， belongs to the weak aluminum ultra-potassic type with high Ba， Th and P， enrichment of LREEs and distinct fractionation between LREEs and HREEs， indicating the lamprophyre is contaminated by crustal materials during the late emplacement. The lamprophyre rich in LILEs and HFSEs shows that the magma mainly comes from the enriched mantle， further revealing its source area is contaminated by the crustal materials. Two chrome diopsides are selected by artificial heavy concentrate method to calculate the formation temperature of 1 180 ℃ and pressure of 5.8 Gpa respectively， with the corresponding depth of about 180 km， which is consistent with the formation depth of diamond.

Key words：lamprophyre; geochemical characteristics; heavy placer minerals; diagenetic age; Dongxiaoshan area; Linyi City，Shandong Province