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        吉林省橄欖石礦床地質(zhì)特征及成礦預(yù)測

        2013-06-08 05:48:26孫立巖李忠水曾慶斌
        關(guān)鍵詞:包體橄欖巖橄欖石

        孫立巖,李忠水,劉 吉,曾慶斌

        (中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心吉林總隊,吉林 長春 130033)

        1 區(qū)域地質(zhì)背景

        礦區(qū)屬中國東部大陸邊緣裂谷—斷裂活動帶的東北部,敦化—密山巖石圈斷裂帶內(nèi),礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造概況見圖1。

        1.1 地層

        礦區(qū)出露地層為新元古界張廣才嶺巖群新興巖組(Pt3x),新生界新近系船底山組(N2c)及第四系沼澤沉積層(Qhf)。

        張廣才嶺巖群新興巖組,為變質(zhì)細(xì)砂巖、變質(zhì)粉砂巖、板巖,常見有黃鐵礦包皮假晶,接觸帶具角巖化。厚3680m。新近系船底山組(N2c)為含礦地層,巖石為灰黑色塊狀、氣孔狀—杏仁狀橄欖玄武巖。上部夾一層玄武質(zhì)晶屑、巖屑凝灰?guī)r。中部夾兩層凝灰質(zhì)砂巖,底部偶見砂礫石層。該層底部的灰黑色致密塊狀橄欖玄武巖為寶石級橄欖石的含礦母巖,沿敦—密構(gòu)造斷裂帶分布,呈巖株狀產(chǎn)出,不連續(xù),一般厚2~10m。第四系沼澤沉積層(Qhf),主要為淤泥、草炭土。

        1.2 構(gòu)造

        區(qū)內(nèi)以斷裂構(gòu)造為主,主要為敦化—密山超殼斷裂。該斷裂附近還分布有次一級斷裂構(gòu)造,這些斷裂構(gòu)造控制著新生代玄武巖漿的噴發(fā),是控礦構(gòu)造。

        1.3 巖漿巖

        圖1 礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造簡圖

        區(qū)內(nèi)巖漿巖發(fā)育,主要為晚古生代二疊紀(jì)侵入巖和新生代大面積玄武巖漿的噴發(fā)。晚古生代二疊紀(jì)侵入巖有石門(P3T1sγδ)、小蒲柴河(P3T1xγδ)、亮兵(P3T1lηγ)、仁義頂子(P3T1rγδ)吉祥(P3T1jηγ)單元和白堊紀(jì)江南單元(Kjγπ)。

        石門單元(P3T1sγδ),巖性為中粒角閃石花崗閃長巖;小蒲柴河單元(P3T1xγδ),巖性為中細(xì)粒黑云母花崗閃長巖;亮兵單元(P3T1lηγ),巖性為中細(xì)粒二長花崗巖;仁義頂子單元(P3T1rγδ),巖性為似斑狀花崗閃長巖;吉祥單元(P3T1jηγ),巖性為二云二長花崗巖;江南單元(Kjγπ),巖性為花崗斑巖。

        2 礦床地質(zhì)特征

        2.1 含礦層及礦層特征

        含礦地層為新近系船底山組(N2c),為灰黑色塊狀、氣孔狀、杏仁狀橄欖玄武巖,該組底部灰黑色致密塊狀橄欖玄武巖為寶石級橄欖石的含礦母巖。含礦母巖由橄欖玄武巖和橄欖巖包體兩部分組成,橄欖玄武巖:呈灰黑色,間隱晶粒結(jié)構(gòu),致密塊狀構(gòu)造。礦物成分有:斜長石呈長板狀,粒徑0.5~1.0mm,含量30%~40%;橄欖石呈粒狀,粒徑0.1~1mm,含量20%~25%;輝石呈柱狀,粒徑0.1~0.3mm,含量10%~20%;玻璃質(zhì)含量40%~70%。橄欖巖包體以大小不等的橢圓狀、棱角、角礫狀包體分布在灰黑色橄欖玄武巖中,二者界線明顯,巖石中包體含量占30.4%。其包體直徑大小不一,一般5~10cm,大者可達(dá)20cm,包體被黑色橄欖玄武巖熔結(jié),包體大小及含包率沿垂深加大增加,寶石級橄欖石多產(chǎn)于包體中,礦體呈層狀。調(diào)查區(qū)由北向南,礦層底板標(biāo)高逐漸降低,標(biāo)高740~700m,含礦層傾角5~30°。自北向南礦體厚度變薄11.5~8m,含包率降低,包體直徑變小。

        2.2 礦石質(zhì)量

        橄欖巖中主要礦物成分為鎂橄欖石85%、輝石10%,副礦物有尖晶石、磁鐵礦。

        橄欖石:黃綠、淡綠、翠綠色,多呈粒狀,少數(shù)為雙凸透鏡狀;玻璃光澤,透明—半透明,貝殼狀斷口,硬度7,條痕無色,礦物粒度多為0.5~3mm,少數(shù)為3~10mm,多具裂紋或棉狀物,偶含氣泡。粗晶中透明度好,無裂紋或棉狀紋,無氣泡或雜質(zhì)者為寶石級橄欖石。橄欖石X-射線衍射結(jié)果見圖2。

        輝石:主要為斜方輝石,次為單斜輝石。斜方輝石為灰褐—灰綠色,短柱狀,板狀及粒狀,玻璃光澤,透明—半透明,見兩組解理,粒度0.5~15mm,個別達(dá)20cm,晶體中時而包裹橄欖石或尖晶石。單斜輝石呈翠綠色粒度0.5~3mm,含量甚微。

        尖晶石:呈八面體及不規(guī)則粒狀,粒度0.2~0.5mm,粗晶者為黑色,細(xì)粒者為紅褐色,玻璃光澤,半透明。

        圖2 橄欖石X-射線衍射曲線

        磁鐵礦:為灰黑色粒狀,半金屬光澤,條痕櫻紅色,具有磁性,有的已氧化成赤鐵礦,礦物粒度小于0.5mm。

        橄欖石寶石有三種存在形式:①賦存在橄欖石包體中;②呈橄欖石晶胞集合體;③少數(shù)呈橄欖石單晶分布在玄武巖中。按其賦存狀態(tài)和礦物組合劃分礦石類型:橄欖石—輝石包體型礦石、橄欖石晶胞型礦石、橄欖石單晶型礦石。包體型礦石以橄欖石為主,與輝石等礦物組成橄欖石包體,呈次棱角狀—次圓狀被玄武巖熔接。包體大小相差懸殊,一般3~10cm,大者達(dá)25cm,小者1~2cm,寶石主要產(chǎn)于其中,約占產(chǎn)出寶石量的60%~70%;晶胞型礦石以橄欖石集合體成晶胞被玄武巖熔接,一般晶胞3~7cm,個別達(dá)13~22cm,小者1~2cm,其單晶大小相差不大,寶石質(zhì)量好,顆粒大約占產(chǎn)出寶石量的30%~40%;單晶型礦石,以橄欖石單晶被熔接于玄武巖中,晶體自形程度高,透明度好晶粒粒度3~10mm,大者達(dá)12~15cm,寶石質(zhì)量好,顆粒大約占寶石量的1%~2%。其化學(xué)成分見下頁表。

        橄欖石寶石SiO2含量在44.08%~46.32%之間,MgO含量在39.59%~45.64%之間變化。吉林省的橄欖石寶石屬貴橄欖石,少數(shù)為鎂橄欖石。

        3 成礦過程模式及找礦標(biāo)志

        3.1 成礦過程模式

        橄欖石產(chǎn)出地質(zhì)背景及礦床地質(zhì)特征分析,可以將寶石礦床的成礦過程模式分為四個階段。

        (1)地幔原始橄欖石形成階段。

        利用單輝石(Opx或Cpx)地質(zhì)溫度—壓力計算方法獲得的與其共生的溫度壓力條件。由于輝石與橄欖石呈平衡共生關(guān)系,故可知橄欖石結(jié)晶的溫度為900~1100℃,壓力為12~20kb。根據(jù)1kb相當(dāng)于地下深度3.3km,可以估算橄欖石來源深度約為40km以上的上地幔,這說明在敦化地區(qū)的地幔玄武巖漿中橄欖石早已存在,地幔橄欖石是地幔成礦作用的產(chǎn)物。堿性玄武巖中普遍含有橄欖石礦物巨晶或其礦物顆粒的集合體已經(jīng)成為巖石學(xué)家的共識。

        橄欖石寶石化學(xué)成分(%)

        (2)地幔流體的交代熔融作用過程。

        吉林尖晶石二輝橄欖巖中過渡族元素與原始地幔相比,存在虧損,但從研究區(qū)深部地幔中尚保存有大量的地幔橄欖石碎塊。從碎塊中尚有一些斜方輝石和單斜輝石的情況看,本區(qū)地幔虧損不大,橄欖巖類的包體僅經(jīng)歷了較低程度的部分熔融。地幔流體的交代熔融作用造成了礦石碎塊的渾圓狀,次棱角狀,它是寶石殘碎斑結(jié)構(gòu),不等粒結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的主要原因。正是由于這些特點使析離出的橄欖石形成粗晶,巨晶或呈晶包散布在堿性玄武巖中,為橄欖石寶石礦床的形成打下了良好的基礎(chǔ)。

        (3)巖漿上侵階段。

        第三紀(jì)船底山期由于地幔活動的加劇,沿著NE向的敦密斷裂,堿性玄武巖漿借助強(qiáng)大的爆發(fā)力攜帶大量橄欖巖包體快速上涌到地殼淺部,以火山頸相或噴出相、爆發(fā)相重新就位。能夠造成爆發(fā)巖筒式巖體的條件是多組相互交匯的斷裂構(gòu)造帶,當(dāng)斷裂發(fā)生活化時,巖漿快速上涌,能量得到釋放。橄欖石包體隨巖漿升遷至地殼上部,形成橄欖石寶石礦床。

        (4)橄欖石保存階段。

        寶石形成后,能否被保存下來,十分重要。在地幔流體作用下,橄欖石寶石之所以被保存下來,是由于后期的火山活動,如礦體的頂板仍被碧玄巖,凝灰?guī)r所覆蓋,使寶石沒有遭受風(fēng)化剝蝕,再加上該地區(qū)茂密的植被條件,都為橄欖石的保存提供了條件。

        敦化橄欖石礦體出露標(biāo)高均在700m以上。由于切割作用,玄武巖均分布于山頂之上,被稱為高地玄武巖。另外橄欖石寶石礦床都出現(xiàn)在次火山頸相位置,礦體形態(tài)為漏斗狀或蘑茹狀,再加上晚期火山凝灰?guī)r及第四紀(jì)的覆蓋,寶石礦床保存條件極好,形成在現(xiàn)今經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件下可被開發(fā)利用的橄欖石寶石礦床。

        3.2 找礦標(biāo)志

        (1)船底山組下部層位的礦體露頭及含礦磚石即為直接找礦標(biāo)志。

        (2)自然重砂中較大量的大顆粒橄欖石可作為間接找礦標(biāo)志。

        (3)船底山組下部的堿性橄欖玄武巖層是礦體賦存的有利層位。

        (4)斷裂的交匯部位是火山通道的有利部位,也是礦體由上而下的有利部位。

        4 成礦預(yù)測

        橄欖石礦主要分布于蛟河、敦化、安圖二道白河地區(qū)。此區(qū)在新生代強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動,形成含有大量幔源橄欖巖包體的堿性橄欖玄武巖、碧玄巖帶,該成礦帶走向北西,延長約50km。寶石級的橄欖石產(chǎn)于橄欖石包體內(nèi),粗大單晶產(chǎn)于堿性橄欖玄武巖中,目前已發(fā)現(xiàn)的礦體呈漏斗狀—似層狀。橄欖石為綠色、黃綠色、自形程度高、晶瑩透明、質(zhì)量好。通過近幾年的勘查,又在該帶南段和北段發(fā)現(xiàn)多處礦點,該帶仍有較大的資源潛力。此外,伊通火山群、龍崗火山群、長白火山群,其中均見有富含橄欖石包體,其特征與敦化橄欖石基本相同,具有較好的成礦遠(yuǎn)景。

        [1]于宏偉,楊志光,等.吉林省東部橄欖石寶石普查報告[R].2000.

        [2]彭玉鯨,唐守賢.吉林省區(qū)域地質(zhì)志[M].北京:地質(zhì)出版社,1988.

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