徐州塔山橄欖玄武巖地球化學特征及成因探討

徐州塔山橄欖玄武巖地球化學特征及成因探討

近年來，江蘇省地質秘書處第五地質大隊在開展生石勘探時，選擇了具有基性的鉆石源，包括徐州山區(qū)大力山李莊橄欖巖和白鹿山橄欖巖中的鉆石源。這在一定程度上促進了該地區(qū)鉆石的原始開采。徐州塔山地區(qū)位于徐州北部,基性-超基性巖類型較多,是不同時代巖漿活動的產物。前人對本區(qū)的基性-超基性巖研究較多,在巖石特征、地球化學特征、巖石背景等方面取得了重要的成果,但對于本區(qū)橄欖玄武玢巖的金剛石含礦性研究程度較低1區(qū)域地質背景徐州塔山地區(qū)位于華北陸塊區(qū)(Ⅰ1)—膠東古陸塊(Ⅱ1)—魯南被動陸緣與陸表海盆地(Ⅲ1)—徐淮陸表海盆地(Ⅳ2)—徐州-宿縣弧形斷褶帶的北東段,東距郯廬斷裂帶約45km。區(qū)域上具有古老的泰山巖群變質結晶基底,為華北地臺特有的太古宙以中基性噴出巖為主的中深度變質巖系,新元古代—新生代地層均有發(fā)育,且以新元古代地層保存較完好區(qū)域地質構造線總體為NE向,表現(xiàn)為縱向褶皺、斷裂。區(qū)域褶皺由西向東依次有江莊復背斜、賈汪復向斜、艾山-大廟復背斜,軸向由北東向南西呈弧形。區(qū)內斷裂構造主要有NE向、NW向、NNE向、近EW向,斷裂構造多期活動性明顯(圖1)。區(qū)域巖漿活動不甚強烈,種類少、分布局限,侵入巖主要為新元古代的輝綠巖,多呈巖床狀侵入于震旦系中;中生代閃長巖類主要分布于研究區(qū)西北部的利國一帶;中生代火山巖為中生代早白堊世青山旋回的噴發(fā),屬安山巖-安山玄武巖-玄武巖類,分布于NE—NNE向斷陷槽地中;中、新生代橄欖玄武玢巖、煌斑巖主要受NNE向斷裂控制,呈脈狀產出。2ppa金礦體徐州塔山地區(qū)橄欖玄武玢巖多分布于賈汪區(qū)中東部的大洞山、闞山、蘆山等地,侵位地層為震旦系、寒武系和奧陶系,均呈脈狀,系深部玄武質巖漿沿著圍巖的構造裂隙上侵充填凝固而成,屬超淺成巖相。規(guī)模較小,長度由幾十米至幾百米,寬0.5～15m,多受NNE向構造控制并斜切地層走向,接觸界線清楚,圍巖蝕變較弱。巖脈中發(fā)現(xiàn)少量角礫,成分為輝石巖、基底變質巖和圍巖角礫。20世紀八九十年代,江蘇第五地質大隊對徐州地區(qū)橄欖玄武玢巖進行了K-Ar年齡測定,結果顯示其形成于0.49～1.24Ma,屬于燕山晚期—喜馬拉雅期巖漿活動的產物,結合前人研究巖石呈暗綠色至黑色,風化后顏色變淺,為淺灰綠色及灰黃褐色。鏡下顯示具斑狀結構,基質為間粒結構或似輝綠結構(圖2),氣孔-杏仁狀構造。斑晶礦物主要是斜長石、橄欖石假象和單斜輝石,斜長石呈半自形長板狀,輕微皂石化,有的可隱約見環(huán)帶構造,為拉長石;橄欖石呈自形-半自形柱狀、粒狀,具皂石化、碳酸鹽化等呈假象,為貴橄欖石;單斜輝石呈紫褐色、半自形柱狀,為含鈦輝石。基質由斜長石、單斜輝石、橄欖石假象、不透明礦物、黑云母組成。見少量杏仁體,呈近橢圓狀,直徑2.0～10mm,被碳酸鹽、褐鐵礦等充填。巖石中共伴生重礦物成分比較簡單,主要為磁鐵礦、鐵尖晶石、鋯石、磷灰石、黃鐵礦、金紅石,可見少量鎂鋁榴石、鉻鐵礦甚至鉻透輝石等深源礦物,其中鎂鋁榴石呈紫紅色-橙紅色、渾圓粒狀,鉻鐵礦呈黑色、半自形次渾圓粒狀,鉻透輝石呈嫩綠色、次棱角塊狀,這些深源指示礦物證明了深幔源物質的存在。3采樣位置和分析方法本次研究的橄欖玄武玢巖樣品主要采自徐州塔山地區(qū)的地表和鉆孔巖心,具體采樣位置見圖1、表1。由于采樣條件的限制,很難采集到新鮮巖石,樣品普遍存在一定程度的蝕變現(xiàn)象。樣品元素分析在河北省區(qū)域地質調查研究所實驗室完成。主量元素采用Axios4地球化學特征4.1巖的組成研究區(qū)橄欖玄武玢巖樣品的主量元素分析結果(表1)表明,SiOTAS圖解(圖3-a)顯示,本區(qū)橄欖玄武玢巖大多落入粗面玄武巖和玄武巖區(qū)域,堿性和亞堿性巖均有發(fā)育。由于TAS分類方案適用于貧鉀、低鎂的新鮮巖石,因此對于已蝕變的巖石其判別結果可能會產生誤差,鑒于高場強元素和稀土元素在弱蝕變過程中基本不發(fā)生遷移,本文選擇適用于弱蝕變巖石的Zr/TiO4.2樣品元素遷移能力本區(qū)橄欖玄武玢巖的稀土元素分析結果顯示(表2;圖4-a):其稀土元素總量∑REE較高,介于60.03×10在微量元素原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖(圖4-b)中,曲線總體呈右傾型,大離子親石元素(LILE)Rb、Ba相對富集,Sr整體略富集,K虧損明顯,其中H7樣品的Sr呈嚴重虧損狀態(tài),可能由于后期蝕變作用較強,導致Sr發(fā)生了遷移;高場強元素(HFSE)Nb、La、Nd略富集,Ce、P、Th、U、Zr元素明顯虧損。在分離結晶過程中,Sr和Eu傾向進入斜長石礦物晶格中,因此兩者總體顯示較一致的正異常特征。高場強元素Zr、Hf等在蝕變過程中具有良好的穩(wěn)定性,可以指示巖石成因。研究區(qū)橄欖玄武玢巖Zr、Hf、Nb、Ta豐度值與板內拉斑玄武巖和堿性玄武巖接近(Zr=149×104.3成因類型對巖漿來源的影響根據(jù)元素在不同礦物中的相容性,伴隨結晶作用的進行,元素的豐度會隨之變化,由于地殼與地幔在成分上存在差異,所以常用對同化混染作用較靈敏的元素比值探討是否具有同化混染作用。一般而言,地殼物質具有低Nb、高Th的特點。本區(qū)橄欖玄武玢巖的Nb主量元素Harker圖解(圖6)顯示,主量元素含量與MgO含量的關系較復雜,相關性不明顯,可能是由于成巖后的蝕變作用導致元素發(fā)生了遷移,其中TiO根據(jù)Treuil等(1975)的研究成果,分離結晶作用和部分熔融作用可以用La-La/Sm圖解來判別,前者表現(xiàn)為水平線,后者則具有一定的斜率通過與各主要化學容庫的不相容元素比值進行對比(表3),研究區(qū)橄欖玄武玢巖的不相容元素比值中Ba/Th和Ba/La值較高,各元素比值范圍與EMⅠ-OIB(Ⅰ型富集地幔-洋島玄武巖)基本一致,與其他差異較大,表明其與EMⅠ-OIB可能具有相似的巖漿來源,均來自Ⅰ型富集地幔。Zr、Y、Nb、Ti等為不活潑元素,在巖漿演化過程中能保持一定的連續(xù)性,不易受后期地質作用的干擾,因此可用來有效地判斷巖石產出的大地構造背景。微量元素Zr-Zr/Y圖解(圖9)和Ti/100-Zr-Y×3圖解(圖10-a)均顯示樣品點大多落入板內環(huán)境,在Zr-Nb-Y判別圖解(圖10-b)上,樣品點大多落入A1和A2區(qū),表明本區(qū)橄欖玄武玢巖形成于板內環(huán)境,屬板內堿性玄武巖或拉斑玄武巖,為板內快速拉張的產物。古近紀,中國東部整體處于區(qū)域性伸展期,在太平洋板塊的高角度俯沖下,中國東部軟流圈上涌,使陸內巖石圈上拱拉張,地幔巖在減壓作用下熔點降低,發(fā)生部分熔融,在伸展強烈的地區(qū)出現(xiàn)了玄武巖的噴發(fā)5金伯利巖捕虜晶成因以往認為,金剛石母巖類型主要為金伯利巖和鉀鎂煌斑巖,但隨著金剛石找礦成果和研究的突破,陸續(xù)在榴輝巖、蛇綠巖套、堿性超基性(火山)雜巖、堿性超基性煌斑巖、橄欖巖類等其他類型的巖石中也找到了金剛石,這些都證實金伯利巖和鉀鎂煌斑巖并不是金剛石的唯一成礦母巖從主量元素看,金伯利巖具有低SiO目前,對于金剛石的成因,捕虜晶成因說占主導地位,當然也不排除存在其他成因的可能性。近年來,前人對山東和遼寧瓦房店金剛石(1～6.5mm)的核部和邊部進行了顯微紅外光譜分析,結果顯示,金剛石的結晶時間可達600Ma,說明大顆粒金剛石是在距地表150km以上的深度、經(jīng)歷漫長的結晶過程形成的研究區(qū)微粒金剛石呈黃綠色,大小0.22mm,為立方體與八面體聚型,透明,金剛光澤,礦物表面未見熔蝕現(xiàn)象,激光拉曼分析結果顯示出原生金剛石的特征峰位(1332cm新生代至今,中國東部大陸經(jīng)歷了古近紀的伸展期和新近紀以來的擠壓期,2期玄武巖漿活動在地球化學特征等方面存在一定的差異對于研究區(qū)微粒金剛石成因、年代和金剛石母巖特征、含礦性等還有很多亟待研究和解決的問題,后續(xù)將繼續(xù)完善,以期為本區(qū)尋找金剛石原生礦提供方向,甚至為金剛石找礦理論的發(fā)展起到重要的補充作用。6微量元素地球化學研究區(qū)(1)研究區(qū)橄欖玄武玢巖總體屬堿性玄武巖,主量和微量元素特征均顯示其為演化程度較高的巖漿結晶分異作用的產物。具有輕稀土元素稍富集、輕重稀土元素分餾程度略高的特征,Eu與Sr均表現(xiàn)為一致的正異常,表明其在巖漿結晶過程中存在一定程度的斜長石堆晶作用。(2)研究區(qū)橄欖玄武玢巖中大離子親石元素(LILE)Rb、Ba、Sr相對富集,高場強元素(HFSE)Nb、La、Nd略富集,Ce、P、Th、U、Zr元素虧損。微量元素判別圖解顯示,研究區(qū)橄欖玄武玢巖形成于大陸板內環(huán)境,是在板內拉張構造