李 強, 李堅玲

(云南國土資源職業(yè)學院,云南 昆明 650217)

0 引言

硬玉巖俗稱翡翠,是一種以硬玉為主要組成礦物的多晶集合體。硬玉巖在地球上分布稀少,僅見緬甸、俄羅斯、日本、美國和危地馬拉等十余個國家有硬玉巖分布[1-3]。

緬甸是世界上優(yōu)質硬玉巖的最重要產地,95%以上優(yōu)質硬玉巖來自緬甸。人類開發(fā)利用緬甸硬玉巖的歷史悠久,最早可追溯到13世紀。但由于自然條件的限制,緬甸硬玉巖的研究工作起步較晚,始于19世紀末期[4]。前人對緬甸硬玉巖的寶石學鑒定特征[5-6]、礦物巖石學特征[7-11]、優(yōu)化處理[12-13]、譜學特征及呈色機理[14-18],質量分級[19]和人工合成[20-21]等方面開展過研究,取得了許多成果。

然而,硬玉巖主要產于板塊匯聚邊緣等特定構造環(huán)境[22],成礦過程復雜,礦床成因爭議較大。緬甸硬玉巖礦床成因主要有以下四種觀點:①巖漿侵入說:以H. S. YONDER[23]為代表,認為硬玉巖是殘余花崗巖漿在高壓條件下侵入到超基性巖中脫硅形成的;②鈉質交代說:以多勃列左夫等(1964)為代表,認為硬玉巖是花崗巖脈和淡色輝長巖類巖脈在12～14 kPa壓力下,在鈉離子化學勢高的熱水溶液交代作用下形成。③區(qū)域變質說:W. P. Roever[24]最早提出這種觀點,他認為板塊碰撞產生的低溫高壓條件,鈉長石先形成藍閃石片巖,再進一步變質形成硬玉。④熔體結晶說:施光海等[25-26]在硬玉巖中發(fā)現(xiàn)了H2O-CH4-Jd三相包裹體,認為硬玉巖是來自幔源的近硬玉硅酸鹽熔體結晶而成。

熔體結晶說能較好地解釋緬甸硬玉巖呈脈狀、透鏡體狀產于蛇紋石化橄欖巖中的現(xiàn)象,但沒有巖漿來源的可靠證據(jù)。巖漿來源問題是目前緬甸硬玉巖礦床研究中急待解決的關鍵課題,也是前人研究的相對薄弱環(huán)節(jié),值得重點關注。目前地學界主要利用巖漿巖微量元素和稀土元素等地球化學特征來判別巖漿來源。本文在前人研究成果基礎上,收集了不同顏色的緬甸硬玉巖樣品開展巖相學、地球化學特征研究,討論了緬甸硬玉巖的巖漿來源及成礦環(huán)境,為緬甸硬玉巖成礦機理研究提供新思路。

1 地質概況

緬甸硬玉巖礦床按成因分為原生礦床和次生礦床兩大類。

原生礦床位于緬甸北部實皆省度冒—緬冒地區(qū),大地構造上屬印—緬外島弧帶[27]。研究區(qū)主要出露超基性橄欖巖、酸性花崗巖以及結晶片巖(藍閃石片巖、角閃石片巖和綠泥石片巖等)。硬玉巖礦體主要呈脈狀、透鏡狀和囊狀產于度冒—緬冒蛇紋石化橄欖巖體中,礦體長幾十米至數(shù)百米,厚幾十厘米至數(shù)十米。地層及其他巖體中尚未發(fā)現(xiàn)硬玉巖原生礦體。超基性橄欖巖體平面上呈長條狀,大致沿NE—SW向展布,長約50 km,寬5～10 km。橄欖巖大部分蛇紋石化,硬玉巖與蛇紋石化橄欖巖接觸面不平整,多為參差狀,相互交代逐漸過渡特征明顯,接觸帶中偶見鈉長石、堿性角閃石條帶 (圖1、圖2)。少數(shù)細脈狀優(yōu)質硬玉巖與蛇紋石化橄欖巖界線清晰,為突變接觸關系。

圖1 緬甸硬玉巖礦區(qū)區(qū)域構造圖(a)與地質簡圖(b)(據(jù)文獻[28-29],改繪)

圖2 緬甸硬玉巖樣品及顯微照片

次生礦床主要分布于欽敦江支流霧露河的殘坡積、沖積層中,由大小不一的硬玉巖礫石組成。次生硬玉巖礦床現(xiàn)有帕敢場區(qū)、大馬坎場區(qū)、南奇場區(qū)、后江場區(qū)、雷打場區(qū)和新場區(qū)等6大場區(qū)。

2 樣品采集與分析測試

收集9件大馬坎場區(qū)次生硬玉巖毛料及邊角料(圖2),去皮,委托澳石分析檢測(廣州)有限公司進行樣品測試分析。

制樣方法:樣品破碎后縮分出300 g,研磨至200目。

檢測方法: ME-MS81熔融法電感耦合等離子體質譜測定稀土元素; ME-MS61r 四酸消解法電感耦合等離子體發(fā)射光譜與質譜測定微量元素; ME-XRF26 X 射線熒光光譜儀熔融法作巖石主量成分分析。分析精度大于5%。

3 硬玉巖地球化學特征

3.1 巖石學特征

經鑒定緬甸硬玉巖主要由硬玉組成,含量在95%～98%之間。硬玉化學分子式為NaAl[Si2O6],具雙鏈結構,屬富鈉的堿性輝石族礦物。次要礦物為綠輝石、鈉鉻輝石、鈉閃石和鈉長石等,偶見沸石、綠泥石等蝕變礦物(圖2)。

硬玉巖的結構主要有以下幾類:①結晶結構:主要出現(xiàn)于硬玉巖體中部,多為中粗粒自形—半自形晶粒狀結構。②變晶結構:以自形—半自形晶粒狀變晶結構、纖柱狀變晶結構和氈狀結構為主,是優(yōu)質硬玉巖常見的結構。③填隙結構:部分中—粗狀硬玉巖晶隙間偶見綠泥石、方沸石、鈉長石等礦物充填。④碎裂結構:有壓碎結構、碎斑結構和糜棱結構等,為動力變形的產物。結晶結構主要出現(xiàn)在部分硬玉巖中部,是一種原生結構。硬玉巖體邊部過渡帶或細脈狀硬玉巖多為變晶結構和碎裂結構等,屬后生結構。

礦石構造主要為塊狀構造。

3.2 主量成分特征

9件硬玉巖主量成分分析結果及相關參數(shù)見表1,具有以下特點:w(SiO2)為58.07%～58.99%之間,平均值為58.58%。w(Al2O3)為22.55%～24.31%,平均值為23.51%。w(Na2O+K2O)> 10.0%,其中w(Na2O)> 10.0%,K2O多為痕量,屬富鈉貧鉀類型。里特曼指數(shù)平均值σ = 13.36 (> 9),為過堿性系列。含少量CaO、MgO和TFe2O3。鐵鎂指數(shù)(FMI)較低且變化大,在45.35～75.81之間,平均值為59.33。TAS投影圖上投點落在副長正長巖區(qū)域(圖3)。

表1 緬甸硬玉巖主量成分分析結果

圖3 緬甸硬玉巖TAS分類圖(據(jù)文獻[30])

總之,緬甸硬玉巖是一種富鈉貧鉀過堿性巖石,其形成可能與富鈉堿性巖漿的演化有關。

3.3 微量元素特征

9件硬玉巖微量元素和稀土元素分析結果及相關參數(shù)見表2。緬甸硬玉巖微量元素原始地幔標準化蛛網圖總體呈鋸齒狀分布,9個樣品的峰谷基本重合,表明巖漿來源大體一致(圖4)。

圖4 緬甸硬玉巖微量元素原始地幔標準化蛛網圖(據(jù)文獻[31])

緬甸硬玉巖富集大離子不相容元素Cs、Ba、Sr和產熱元素U、Th及相關元素蛻變產物Pb,虧損Rb和K,高場強元素Zr和Hf也較富集,且呈現(xiàn)明顯正異常。虧損Nb、Ti和Ta,重稀土元素Y、Ho、Yb等也相對虧損。

3.4 稀土元素特征

緬甸硬玉巖稀土元素總量較低,在(0.20～10.13)×10-6之間,平均值為4.16×10-6。LREE/HREE比值在0～8.69之間,平均值為3.50,輕稀土相對富集(表2)。(La/Yb)N比值為5.90～18.88,平均值為13.23,稀土元素球粒隕石配分模式圖向右傾斜(圖5),輕稀土分鎦明顯。重稀土相對虧損,在(0.20～1.88)×10-6之間,平均值為0.90×10-6,分異不明顯。輕稀土發(fā)生分鎦可能由殼源物質加入引起。δEu在1.06～1.60之間,平均值為1.26,屬輕度正異常。δCe值在0.91～1.34之間,平均值為1.14,屬無異?！p微正異常。

圖5 緬甸硬玉巖稀土元素球粒隕石標準化配分模式圖(據(jù)文獻[32])

4 討論

4.1 源區(qū)分析

緬甸硬玉巖是一種富鈉堿性巖,礦體呈脈狀、透鏡體狀產于蛇紋石化橄欖巖中,施光海等在硬玉巖中發(fā)現(xiàn) H2O-CH4-Jd 三相包裹體,認為硬玉巖是來自幔源的近硬玉硅酸鹽熔體結晶形成[25-26]。

來自幔源的巖漿巖包括鎂鐵質巖和超鎂鐵質巖兩類。前者多為富稀土型,后者分為貧稀土和富稀土兩種類型。貧稀土超鎂鐵質巖主要有橄欖巖類和科馬提巖類兩個亞類,其中橄欖巖類分布較廣,是主要的貧稀土超鎂鐵質巖[33]。

大部分橄欖巖類火成巖相對富集重稀土元素,稀土元素球粒隕石配分模式為上凸型。阿爾卑斯和蛇綠巖套中的純橄巖和方輝橄欖巖常呈“U”型分布模式。堿性玄武巖中的二輝橄欖巖包體多為輕稀土富集型,稀土分布模式為下凸型,輕稀土富集可能與地幔交代作用有關[33]。

緬甸硬玉巖稀土元素含量低,平均為4.16×10-6,屬貧稀土類型。LREE/HREE平均比值為3.50,(La/Yb)N為5.90～18.88,輕稀土相對富集,稀土元素球粒隕石配分模式圖向右傾斜呈下凸型,巖漿演化過程中可能有殼源物質加入。

Hart[34]將地幔分為虧損地幔(DMM)、富集地幔1 (EM1)、富集地幔2 (EM2)和高值μ地幔(HIMU) 四種地幔端元。DMM位于地幔最上部,虧損不相容元素;EM1是輕度改變的地幔源區(qū),相對富集Sr、Nd和Pb,起源于陸下巖石圈地幔;EM2具有較高放射性成因Pb、Sr同位素成分,代表再循環(huán)俯沖陸殼物質及同其一起俯沖的陸源沉積物的混合物,與消減作用和大陸再循環(huán)有關;HIMU具有非常高的放射成因Pb同位素成分,來源于俯沖再循環(huán)洋殼。

緬甸硬玉巖富集大離子不相容元素Cs、Ba、Sr和放射性元素U、Th及蛻變產物Pb。放射性元素U及放射成因元素Sr和Pb在微量元素原始地幔標準化蛛網圖上呈明顯的正異常 (圖4),與EM2特征相似,說明巖漿來源與板塊消減作用及大陸再循環(huán)有關。

4.2 構造背景及構造-巖漿成礦作用

汪云亮等[35]認為Th、Ta、Hf屬強不相容元素,在分離結晶過程中含量同步增加,Th/Hf、Th/Ta、Ta/Hf比值變化不明顯,可以用來判別巖漿來源及大地構造環(huán)境。一般來講,Nb、Ta虧損是俯沖板塊環(huán)境所產火成巖的典型特征,Th/Ta> 1.6,Ta/Hf<0.1可指示島弧環(huán)境。

緬甸硬玉巖微量元素Nb、Ta出現(xiàn)明顯虧損 (圖4),且 Th/Ta = 6.2 (>1.6),Ta/Hf = 0.056(<0.1)(表2),說明其大地構造環(huán)境是島弧環(huán)境。

緬甸硬玉巖的構造環(huán)境與新特提斯演化有關。在古特提斯演化時期,研究區(qū)系華力西晚期一印支早期島弧[29]。晚三疊世洋盆重新打開,在緬甸中北部發(fā)育了潞西—抹谷洋、太古—密支那洋和印緬山脈洋組成的新特提斯大洋。自早侏羅世始,三個大洋又相繼俯沖、碰撞消亡。其中太古—密支那洋在早侏羅世末開始向北東俯沖消減,晚白堊世閉合,相應發(fā)育了中侏羅世—早白堊世陸緣型火山弧和晚白堊世—始新世碰撞型巖漿巖帶[36]。

新特提斯構造-巖漿演化也是緬甸硬玉巖的成礦過程。丘志力等[37-38]測得緬甸硬玉巖中鋯石的206Pb/238U 年齡為(158±2)Ma和(157.3±1.3)Ma,說明緬甸硬玉巖主體形成于晚侏羅世,是新特提斯大洋板塊消減與大陸再循環(huán)的產物。祁敏等[39]測得緬甸硬玉巖中受重結晶改造弱和完全重結晶鋯石206Pb/238U 年齡是(158±4)Ma和(79±2)Ma,分別與新特提斯大洋板塊俯沖和碰撞時代相對應,反映了緬甸硬玉巖兩期成礦的特點。

緬甸硬玉巖礦相學特征也表現(xiàn)出多期成礦特點,早期為巖漿成巖成礦期,礦石具中粗粒結晶結構等;晚期為變質成礦期,礦石具變晶結構、填隙結構和碎裂結構等。礦區(qū)圍巖中分布藍閃石片巖,充分說明硬玉巖成巖后經歷了低溫高壓的動力變質改造,這是緬甸硬玉巖最為重要的成玉期。

總之,緬甸硬玉巖成礦過程復雜,大致經歷了以下兩期主要成礦作用:

晚侏羅世太古—密支那洋向北東俯沖消減,引發(fā)深部幔源巖漿上涌,混入再循環(huán)俯沖陸殼物質,形成富鈉的堿性巖漿,侵入到早期橄欖巖中通過結晶、交代等成礦作用形成脈狀、透鏡體狀硬玉巖礦體。

晚白堊世太古—密支那洋碰撞閉合,早期形成的硬玉巖遭受強烈構造擠壓作用,不同程度發(fā)生變質、變形改造,緬甸原生硬玉巖礦床可能是富鈉堿性巖漿結晶、交代-變質改造的礦床。

5 結論

(1)緬甸硬玉巖形成于島弧環(huán)境,成礦時代為晚侏羅世—晚白堊世,是新特提斯大洋板塊俯沖消減與大陸再循環(huán)的產物。

(2)緬甸硬玉巖稀土元素及微量元素具EM2特點,說明其巖漿來源于EM2。成礦過程復雜,可能是富鈉堿性巖漿結晶、交代-變質改造的礦床。

致謝：張金富教授級高級工程師、蘇文玲高級工程師提供了部分資料,審稿專家提出了寶貴的修改意見,在此一并致謝。