云南馬關縣超基性火山角礫巖筒中寶石級鎂鋁榴石的形成機理

云南馬關縣超基性火山角礫巖筒中寶石級鎂鋁榴石的形成機理

馬關地區(qū)位于云南省文山市和青藏高原東緣。自晚生代以來,由于受青藏高原整體快速抬升和亞洲———印度板塊碰撞的影響,新生代后碰撞高鉀巖漿活動在該區(qū)十分發(fā)育1南溫河變質核雜巖地區(qū)馬關縣八寨至木廠地區(qū)位于滇東南文山州南部麻栗坡縣270°方向,平距28km處,地處八寨鎮(zhèn)與木廠鎮(zhèn)境內(nèi)。其大地構造背景處于揚子地臺的西南緣,哀牢山褶皺帶與華南褶皺系間過渡地帶(圖1),屬于南溫河變質核雜巖構造西端蓋層邊緣。該區(qū)出露地層從下至上依次為寒武系中統(tǒng)田蓬組(∈2上巖腳、黑神經(jīng)區(qū)域區(qū)內(nèi)超火山巖筒以超基性———基性為主,分布于下巖腳、黑神廟、老房廠一帶,其產(chǎn)出位置受上巖腳向斜、倮暮街背斜傾伏端及北東向斷裂與北西向斷裂交切部位所控制(圖2見上頁)。2.1角礫類型和巖石學特征區(qū)內(nèi)出露含寶石級鎂鋁榴石玄武質火山角礫巖體12個,呈巖筒狀產(chǎn)出,巖筒直徑在50~240m之間。地貌上多為正地形,呈單峰狀或馬鞍狀等,未見火山錐,僅殘留充填大量火山角礫和基性噴出熔巖的火山通道。其中,火山角礫占巖筒充填物80%以上,余者為基性噴出熔巖,這些基性噴出熔巖多呈“巖脈”或“巖被”形式切割并捕虜包括前期爆發(fā)角礫,可見,該區(qū)熔巖噴溢時期略晚于角礫爆發(fā)時期。與火山角礫巖筒接觸的圍巖為寒武系與奧陶系砂巖、片巖、灰?guī)r和白云質灰?guī)r等。在巖體與圍巖接觸處,常有1~2m厚的粘土破碎帶,局部可見圍巖有烘烤擠壓現(xiàn)象。巖體向中心部位傾斜,傾角較陡,在80°以上,如老房子Vb2)基性火山角礫:一般為灰黑色,外形次棱角狀,大小不均,巖性包括微晶玄武巖、玻基玄武巖、堿性玄武巖、含鎂鋁榴石玻基玄武巖、鈉黝簾石化輝長巖和輝長輝綠巖等。3)中酸性火山角礫:灰白色,次棱角-次圓狀,大小不等,巖性包括有閃長巖、英云閃長巖、花崗閃長巖和二云母花崗巖等4種。4)圍巖角礫:常為灰白、灰黑色,大小不等,外形呈他形、次棱角狀或次圓狀,一般巖筒邊部的角礫較大,部分具棱角狀外形,其巖性復雜,包括砂巖、變質砂巖、板巖、千板巖、片巖、榴英麻粒巖、變粒巖、灰?guī)r、白云巖和大理巖等,共計30余種。2.1.2設置晶交織結構呈巖脈、巖墻或巖被狀切割、捕虜各類火山角礫及俘虜體,巖性以下述兩類玄武巖為主:1)橄欖玄武巖:深灰、灰黑色,致密塊狀,具玻基玄武和玻晶交織結構,含氣孔構造,其中多被綠泥石和方解石杏仁體充填。該類巖石中常分布有含鎂鋁榴石、橄欖石和單斜輝石晶屑,及二輝橄欖巖俘虜體。其主要礦物組分為斜長石和輝石,含量在90~95%之間,副礦物為磁鐵礦和鈦鐵礦等,次生蝕變礦物包括綠泥石和方解石等。2)中長玄武巖:灰、深灰色,致密塊狀,具微晶或斑狀結構,部分為間隱結構,該類巖石主要礦物為輝石和斜長石,其中,長石晶體較粗大,其間常包裹輝石、黑云母微晶。2.2巖石的化學特征巖筒中巖漿巖主要巖石類型的化學成分2.2.1超基性二輝橄欖巖角礫囚犯與世界39類火成巖中二輝橄欖巖平均化學成分相比較,本區(qū)火山巖筒中二輝橄欖巖角礫(俘虜體)具低SiO2.2.2中性閃長巖角礫巖巖筒中閃長巖角礫與中國火成巖平均值中石英閃長巖巖石化學成分相近,僅TiO2.2.3粗安巖中mgo含量巖筒內(nèi)基性火山熔巖多為隱晶質甚至玻璃質,巖石中化學成分中MgO含量偏高,且粗安巖中長石An為43.3%,屬于中長玄武巖。與同類火成巖平均值相比,橄欖玄武巖與中長玄武巖具有較高MgO和高Na2.3含鉻鎂鋁榴石特征火山巖筒中與寶石級鎂鋁榴石有關主要礦物有含鉻鎂鋁榴石、鎂鋁榴石、橄欖石、鉻尖晶石和鋯石等,各礦物特征如下:2.3.1含鉻鎂鋁榴石:賦存于二輝橄欖巖、玄武質熔巖及火山角礫中。其中,產(chǎn)于二輝橄欖巖中的含鉻鎂鋁榴石多呈晶粒狀,其表面干凈且無熔蝕現(xiàn)象,而產(chǎn)于玄武質熔巖及火山角礫中的含鉻鎂鋁榴石多呈不規(guī)則狀,棱角分明,表面偶被熔蝕。2.3.2鎂鋁榴石:其賦存狀態(tài)與含鉻鎂鋁榴石相似,多以晶屑或角礫產(chǎn)出,未見完整晶形,一般呈不規(guī)則狀或熔蝕扁豆狀,表面常見網(wǎng)狀裂紋。粒度在數(shù)毫米~數(shù)厘米之間,普遍比含鉻鎂鋁榴石粒徑大,在巖石中的含量約是含鉻鎂鋁榴石的10倍,該類鎂鋁榴石晶體粒度大且顏色深,可作為為中檔寶石。2.3.3橄欖石:主要產(chǎn)于二輝橄欖巖角礫巖中,部分呈晶屑狀分布于玄武質熔巖基質中,呈橄欖綠色,不規(guī)則粒狀、柱狀產(chǎn)出,該類礦物多具壓扁拉長及波狀消光和扭折帶等變形特征2.3.4鉻尖晶石:主要產(chǎn)于二輝橄欖巖角礫巖中,為暗黑色或鐵黑色,不規(guī)則粒狀,偶見八面體聚晶及連晶。2.3.5鋯石:無色、灰白、淡黃、淡棕色等,呈渾圓狀、粒狀或豆狀產(chǎn)出,表面常熔蝕及毛玻璃化。2.4鎂鋁榴石化學成分鎂鋁榴石是石榴石簇中的一種,化學分子式為Mg表4八寨至木廠鎂鋁榴石的主要物理、化學特征已有的研究表明,本區(qū)鎂鋁榴石的化學成分和物理性質可出現(xiàn)種屬之間的連續(xù)變化,由于石榴石中Cr3鎂鋁榴石成因分析及地球化學意義已有的研究表明,石榴石族礦物成因類型包括接觸交代、區(qū)域變質、偉晶作用和巖漿等諸多成因。云南馬關八寨至木廠的寶石級鎂鋁石榴石產(chǎn)于基性-超基性火山巖筒中,礦化較好的火山角礫巖體在地表第四系殘坡積層中均能見到鎂鋁榴石,礦點從北西至南東包括:下巖腳鎂、老房子、下河頭、耗子壩、老廠、石關門、梁子上和上新寨共8個(圖3),被開采的巖體(巖筒)有11個,其中10個為玄武質火山角礫巖筒,另1個屬于?；鋷r脈,這些基性-超基性巖筒源區(qū)應以幔源為主。從上述寶石級鎂鋁石榴石地質產(chǎn)出特征來看,該類礦物應在地幔深部巖漿結晶形成,這也得到以下地質地球化學研究成果的支持:3.1已有的資料表明,該區(qū)鎂鋁石榴石結晶溫度在1045.96℃~1251.74℃之間,壓力在1.5Gpa~2.5Gpa之間,可見,本區(qū)鎂鋁石榴石形成于深部高溫高壓環(huán)境,計算結果表明其形成深度在49.45km~79.75km3.2單顆寶石級鎂鋁榴石礦物結構簡單,成分均一,無環(huán)帶結構等特征表明其結晶時速度非常緩慢,同時在生長期內(nèi),溫度、壓力和氧逸度等物理化學條件相對穩(wěn)定,暗示該類礦物應是在一個物理化學環(huán)境穩(wěn)定的巖漿中形成,而只有幔源區(qū)才能提供上述物理化學條件。3.3鋁系石榴石包括鐵鋁榴石、鎂鋁榴石和錳鋁榴石三種類型,相應成分中二價陽離子分別為Fe3.4鎂鋁榴石要達到寶石級,其顏色鮮艷尤為重要,如前所述,本區(qū)寶石級鎂鋁石榴石呈鮮紅-紫紅色,其中Cr是重要的致色元素,其含量越高,顏色越鮮艷,而Cr在石榴石中富集需要很高的溫度壓力條件。3.5本區(qū)寶石級鎂鋁石榴石與地幔包體(俘虜體)中的石榴石化學組成有所不同,其形成的溫壓條件也較馬關地區(qū)由地幔巖包體(俘虜體)稍高4鎂鋁榴石的地球化學特征綜上所述,云南馬關寶石級鎂鋁石榴石具有以下地質地球化學特征:4.1本區(qū)鎂鋁石榴石以顏色濃度高、透明度好、粒度大、分布廣泛為特征,多數(shù)已達到中等寶石級,該類礦物中Cr含量較高,而FeO+Fe4.2寶石級鎂鋁石榴石主要分布在八寨至木廠區(qū)域,產(chǎn)于基性-超基性火山巖筒中,特別是玄武質火山角礫巖筒,其中超基性火山角礫(俘虜體)中的二輝橄欖巖為寶石級鎂鋁榴石的主要賦礦巖石。八寨至木廠地區(qū)自1992年起就陸續(xù)開采鎂鋁榴石,我們的調(diào)查結果2.1.1礫體及礦物學特征巖筒內(nèi)火山角礫成分復雜多樣,按成因來源,可劃分為圍巖角礫、幔源及殼源角礫(包體),以后兩者為主。各類角礫大小混雜,被灰綠色、灰白色巖石粉末、火山灰、玄武質熔巖等呈松散-緊密膠結。角礫包括:1)超基性火山角礫(俘虜體):多為黃綠色,外形為次圓-圓狀,大小不等,呈俘虜體或獨立火山角礫形式產(chǎn)于玄武質熔巖中,巖性以含紫紅色鎂鋁榴石的二輝橄欖巖為主,含少量云母二輝橄欖巖和細(粗)晶二輝橄欖巖等,其