令偉偉

（大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室·西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系，陜西西安710069）

陜西佛坪剛玉礦床成因初探

令偉偉*

（大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室·西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系，陜西西安710069）

研究了南秦嶺構(gòu)造帶的陜西佛坪剛玉礦床，該礦床賦存于南秦嶺佛坪穹隆核部地區(qū)的一套高級(jí)變質(zhì)巖系中，含礦巖石為黑云剛玉鉀長(zhǎng)片麻巖。經(jīng)巖石地球化學(xué)、原巖恢復(fù)等研究表明，這是一個(gè)由富鋁富鉀貧硅的粘土巖經(jīng)過(guò)區(qū)域變質(zhì)作用高級(jí)角閃巖相變質(zhì)形成的礦床。

剛玉；佛坪地區(qū)；變質(zhì)礦床

剛玉作為一寶石類礦床，因其形成的特殊地質(zhì)條件和市場(chǎng)價(jià)值而具有重要的經(jīng)濟(jì)地質(zhì)學(xué)意義。在我國(guó)地質(zhì)勘查找礦工作中發(fā)現(xiàn)的山東昌樂(lè)福建明溪藍(lán)寶石礦床和云南哀牢山紅寶石礦床，引發(fā)了國(guó)內(nèi)外寶石界的廣泛關(guān)注。陜西佛坪亦產(chǎn)出剛玉礦床，本文擬通過(guò)對(duì)礦床的巖石學(xué)、地球化學(xué)研究，以對(duì)礦床的成因做初步揭示。

1　區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)位于南秦嶺構(gòu)造帶的佛坪穹隆核部地區(qū)，佛坪穹?。?］由陜西地礦局區(qū)調(diào)隊(duì)最先提出。前人研究表明，佛坪穹隆構(gòu)造是由晚太古代—早元古代結(jié)晶雜巖基底、晚元古代末—古生代變質(zhì)巖系蓋層及晚古生代—中生代初期花崗巖類等3大套不同構(gòu)造巖石單元組成，以基底與蓋層間的復(fù)合型界面接觸關(guān)系和花崗巖類的侵入穿插關(guān)系統(tǒng)一形成的構(gòu)造變形、變質(zhì)作用和巖漿侵入三位一體的復(fù)合型熱構(gòu)造穹隆。從穹隆邊部到核部依次發(fā)育黑云母帶→石榴石帶→十字石、藍(lán)晶石帶→矽線石帶，變質(zhì)程度從低綠片巖相到高角閃巖相、麻粒巖相［1-3］。

佛坪穹隆核部出露古老結(jié)晶基底雜巖主要分布于南側(cè)的佛坪地區(qū)及北側(cè)的龍草坪地區(qū)，即佛坪巖群和龍草坪片麻巖套，前者主要是一套石榴黑云斜長(zhǎng)片麻巖—?jiǎng)傆窈谠柒涢L(zhǎng)片麻巖—斜長(zhǎng)角閃巖組合，后者則為角閃斜長(zhǎng)片麻巖—黑云斜長(zhǎng)片麻巖組合［4］。由同位素定年結(jié)果［4-5］，佛坪巖群年齡為（2250～1847）Ma，屬早元古代，龍草坪片麻巖套年齡為（2506～2284）Ma，最早形成于晚太古代。佛坪穹隆蓋層巖系主要由晚震旦—晚古生代地層組成，其原巖為碎屑巖—碳酸鹽巖組合且以碎屑巖為主。佛坪地區(qū)出露花崗巖主要為五龍巖體群，包括華陽(yáng)、五龍、老城（西岔河）、胭脂壩等花崗巖體［6］，為南秦嶺花崗巖的分布中心。

2　巖石特征及分析測(cè)試方法

2.1地質(zhì)特征

佛坪縣城南東岳殿一帶出露的剛玉片麻巖，呈寬度為50～100m的條帶在椒溪河?xùn)|西兩岸呈近東西向分布，構(gòu)造位置處于佛坪穹隆核部。樣品采自于河岸西側(cè)半山坡的剛玉礦點(diǎn)探槽附近。地質(zhì)剖面上（圖1），巖石鉀化較強(qiáng)，佛坪巖群巖石組合為剛玉黑云鉀長(zhǎng)片麻巖、二云鉀長(zhǎng)片麻巖、大理巖，構(gòu)造特征以平直的條帶狀構(gòu)造為主，條帶較連續(xù)，褶皺構(gòu)造不發(fā)育。

2.2含礦巖石特征

巖石野外露頭沿片麻理方向可見(jiàn)自形程度很好的六方柱狀鋼灰色剛玉晶體。巖石具有片麻狀構(gòu)造，斑狀變晶結(jié)構(gòu)，基質(zhì)具有鱗片粒狀變晶結(jié)構(gòu)。變斑晶為剛玉（5%±），多為自形柱狀，粒度為5～30mm，最長(zhǎng)可達(dá)50～60mm；基質(zhì)由條紋石（75%±）、黑云母（15%±）組成，粒度為0.5～1.5mm；次要礦物為白云母，副礦物為鋯石。剛玉呈長(zhǎng)柱狀，無(wú)色透明，裂理極為發(fā)育。最大晶面與片麻理平行，反映沿片麻理生長(zhǎng)較快，具有同構(gòu)造生長(zhǎng)的特點(diǎn)。剛玉柱狀者顆粒粗大，外圍多有白云母（絹云母）包裹，形成白眼圈構(gòu)造，為次生產(chǎn)物，一些晶體中可見(jiàn)聚片雙晶；不規(guī)則粒狀、細(xì)粒集合體者沿片麻理呈定向分布。鉀長(zhǎng)石呈他形粒狀鑲嵌結(jié)構(gòu)，多為正條紋長(zhǎng)石，少量顆粒中見(jiàn)有黑云母、鋯石包裹體，部分強(qiáng)高嶺土化。黑云母呈紅棕色，指示巖石具有中高級(jí)、高級(jí)變質(zhì)的特征，其具有鱗片狀斷續(xù)定向分布的特征且定向與片麻理走向一致，白云母或環(huán)繞剛玉，或與黑云母交生，為次生礦物。

圖1　東岳殿西坡佛坪巖群剛玉片麻巖實(shí)測(cè)地質(zhì)剖面圖

2.3分析測(cè)試方法

全巖主量元素、微量元素分析均在西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。

主量元素用樣品的堿熔玻璃片在日本理學(xué)（RIGAKU）產(chǎn)RIX2100型X射線熒光光譜儀（XRF）上測(cè)試，分析過(guò)程中采用BCR-2和GBW07105標(biāo)樣監(jiān)控，分析精度優(yōu)于5%，燒失量（LOI）在烘箱中高溫（1000℃）烘烤90min后稱重獲得。微量元素和稀土元素含量測(cè)試在美國(guó)Agilent公司生產(chǎn)的Agilent7500a等離子質(zhì)譜儀上完成，采用BHVO-2、AGV-2、BCR-2、GSP-1國(guó)際標(biāo)樣監(jiān)控，分析誤差多小于5%。

3　含礦巖石地球化學(xué)特征

表1　佛坪剛玉片麻巖全巖地球化學(xué)分析結(jié)果及相關(guān)參數(shù)

3.1主量元素特征

佛坪剛玉片麻巖SiO2含量為57.59%～59.89%，平均為58.53%；Al2O3含量為21.56%～22.64%，平均為22.10%，反映樣品中富鋁礦物較多；K2O含量為9.19%～10.99%，平均為10.30%，K2O含量高，Na2O含量則相對(duì)較低，K2O/Na2O=2.55～4.82，平均3.90，顯明其原巖富鉀。低硅高鋁不僅是生成剛玉的重要條件，同時(shí)也表明原巖可能源于高鋁的沉積巖（表1）。

3.2稀土及微量元素特征

佛坪剛玉片麻巖稀土元素總量高，∑REE= 254.22～384.09μg/g，∑LREE/∑HREE=24.53～48.49，（La/Yb）N=4.01～7.68，平均為6.19，稀土配分曲線為右傾型（圖2a），輕稀土明顯富集，重稀土虧損，輕重稀土分異強(qiáng)烈。δEu=1.42～2.34，樣品有明顯的Eu正異常，δCe=0.93～0.97，基本無(wú)Ce異常。

剛玉片麻巖微量元素Sm/Nd值為0.10～0.12，Th的平均含量為38.38μg/g，符合佛坪雜巖Sm/Nd值較低（＜0.20）、區(qū)域高Th背景的特征［9］，U的平均含量為5.75μg/g，Th/U=4.15～10.63，平均值7.33。與太古宙頁(yè)巖和太古后頁(yè)巖的Th、U、Th/U值（6.3±1.4μg/g、14.6±1.2μg/g、3.9±0.5；1.6±0.4μg/g、3.1±0.4μg/g、4.5～5.5）［10］相比，趨近于后者，表明這些樣品的原巖具太古后碎屑沉積巖的特點(diǎn)。微量元素的原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖顯示，剛玉片麻巖富集Rb、Th、U、K等活潑元素，虧損Sr、P、Ti等惰性元素（圖2b）。Ba、Rb易進(jìn)入含K礦物且?guī)r石中鉀長(zhǎng)石含量達(dá)到75%，故Ba、Rb應(yīng)主要賦存于鉀長(zhǎng)石中。

3.3原巖恢復(fù)

圖2　佛坪剛玉片麻巖北美頁(yè)巖標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖（a）及微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖（b）（標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)參考文獻(xiàn)［7-8］）

在A-C-FM圖解上（圖3），剛玉片麻巖樣品數(shù)據(jù)點(diǎn)落入富鋁的粘土巖及酸性火山巖范圍內(nèi)。稀土元素屬于較惰性的元素，在變質(zhì)作用過(guò)程中的變化相對(duì)較小，樣品的La/Yb范圍在42.57～81.47，平均值為65.63，∑REE范圍在254.22～384.09μg/g，平均值為314.09μg/g，在La/Yb-∑REE判別圖解中（圖3），樣品幾乎都落在泥質(zhì)的頁(yè)巖和粘土巖范圍內(nèi)及附近。綜合分析，剛玉片麻巖的原巖應(yīng)為富鋁的粘土巖。

圖3　剛玉片麻巖原巖判別圖解（底圖引自文獻(xiàn)［11］）

4　生成剛玉的變質(zhì)反應(yīng)與溫壓條件

由于Al2O3對(duì)SiO2具有很強(qiáng)化學(xué)親和力，容易結(jié)合形成硅酸鹽礦物和水化物，形成剛玉必需達(dá)到高溫、富鋁、貧硅的特殊條件［12］，這指示了剛玉片麻巖形成的環(huán)境。關(guān)于變質(zhì)特征礦物剛玉的溫壓形成條件，因?yàn)槿狈衫玫牡刭|(zhì)溫壓計(jì)，故只能做定性分析。在泥質(zhì)變質(zhì)巖中，中級(jí)變質(zhì)的角閃巖相與高級(jí)變質(zhì)的麻粒巖相的臨界反應(yīng)為白云母+石英→矽線石+鉀長(zhǎng)石，在中壓條件下，其變質(zhì)反應(yīng)的溫度為650℃～730℃、壓力為0.3～0.5GPa［13］。再根據(jù)實(shí)驗(yàn)資料（圖4），在中壓條件下（壓力為0.3～0.5GPa），白云母→剛玉+鉀長(zhǎng)石+水的變質(zhì)反應(yīng)條件為溫度700℃～750℃。

圖4　變泥質(zhì)巖的變質(zhì)反應(yīng)與巴羅式變質(zhì)帶等變線［14］（帶*的變質(zhì)反應(yīng)式根據(jù)參考文獻(xiàn)［15］）

富鋁、富鉀礦物共生組合，巖石的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造以及變質(zhì)反應(yīng)的溫壓條件等綜合表明剛玉片麻巖是中壓相系區(qū)域變質(zhì)作用高級(jí)角閃巖相條件以上變質(zhì)的產(chǎn)物。

5　結(jié)論

（1）佛坪剛玉黑云鉀長(zhǎng)片麻巖礦物共生組合為剛玉+黑云母+鉀長(zhǎng)石+鋯石，其原巖為富鋁、富鉀、貧硅的粘土巖。

（2）含剛玉巖石是一套中壓相系區(qū)域變質(zhì)作用高級(jí)角閃巖相條件以上變質(zhì)的產(chǎn)物，而該剛玉礦床為變質(zhì)巖型。

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A

1004-5716（2016）06-0089-04

2016-02-29

2016-03-02

項(xiàng)目來(lái)源：西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系國(guó)家理科人才創(chuàng)新基金項(xiàng)目（XDCX2010-07）資助。

令偉偉（1989-），男（漢族），新疆烏魯木齊人，西北大學(xué)在讀碩士研究生，研究方向：礦物學(xué)、巖石學(xué)、礦床學(xué)。