Question

松树沟式蛇绿岩型铬矿

Answer 1

松树沟式铬矿产于北秦岭造山系南缘的商丹蛇绿岩片中。该蛇绿岩形成于元古宙，侵位于晋宁期（983ma），是我国时代最老的蛇绿岩带之一。松树沟铬矿60%以上的矿体产于中粗粒纯橄岩中，属蛇绿岩型-岩浆房结晶分异亚型铬矿。亦有少部分铬矿产于细粒纯橄岩中，无工业价值。铬尖晶石成分以镁质铬铁矿为主，多为耐火级铬矿石。该矿区已做评价，为小型铬矿床。同一条岩带相类似成因的还有河南洋淇沟等铬矿点。此类型铬矿也包括南秦岭古生代勉略蛇绿岩带中的楼房沟、舒平、三岔子等矿点。

陕西省商南县松树沟铬矿床

（一）概况

松树沟铬矿位于陕西商南县富水镇北10km，西距西安市261km。地理坐标，东经：110°56＇00〞，北纬：33°30＇00〞。

1957年陕西地质局区调队发现岩体，同年，冶金部西北冶金地质勘探公司第三地质队发现铬矿，并于1963～1967年进行初步评价，1965年组织了冶金系统7个单位进行铬矿会战，提交了《陕西商南县松树沟铬矿床地质总结报告》。其间钻探施工111822m，碉探19956m，浅井246m，槽探364800m（姚培慧等，1996）。1970～1977年第三地质队重返松树构，在岩体西部开展深部找矿工作，提交了总结报告，1990～1992年西北地质勘查局进行了低品位铬矿地质研究，重新估算储量，1966年由沈阳铝镁设计院和兰州冶金设计院共同承担商南铬矿设计项目，1970年建成投产，1976年闭坑。累计生产铬精矿1.68万吨。1984年筹建镁橄榄石砂厂，目前年产不同类型橄榄石砂3万吨。

（二）矿床地质特征

1.区域地质背景

松树沟铬矿区处于北秦岭造山带南缘的商丹蛇绿混杂岩带中。出露地层主要为秦岭岩群、松树沟岩组等，出露岩体主要为新元古代二长花岗岩、辉长岩、闪长岩、花岗闪长岩、二长花岗岩。断裂属商丹构造带。含矿岩体为晋宁期超基性岩，属南秦岭Au-Pb-Zn-Fe-Hg-Sb-RM-REE-Ⅴ-蓝石棉-重晶石Ⅲ级成矿带（Ⅲ-66B），王家河-丰北河Au成矿亚带（Ⅳ-66B-4）（徐志刚等，2008）。

2.松树沟超基性岩体地质特征

（1）岩体形态及产状

松树沟超基性岩由上百个大小不等的橄榄岩透镜体组成，总体呈透镜状包裹于基性岩中。超基性岩主要由细粒橄榄岩质糜棱岩和中粗粒橄榄岩组成，均以纯橄岩为主，含少量方辉橄榄岩。基性岩主要由斜长角闪岩、石榴斜长角闪岩和角闪岩组成，夹有少量透镜状大理岩。近年有学者认为该岩体经历了1000Ma左右从榴辉岩、榴闪岩到角闪岩相的退变质作用和485Ma左右又一期高压碰撞事件（杨经绥，2002），因此松树沟岩体的时代是存在争议的。

松树沟岩体是秦岭造山带规模最大、唯一赋存铬矿床的基性-超基性岩体。岩体位于商南县北东约20km处的松树沟一带，向东延伸至河南洋淇沟，向西可达商南泥鳅凹，呈北西向展布，岩体地表呈扁平透镜状（纺锤状）。岩体走向310°～320°，地表多向南倾，倾角50°～80°，南侧界面转向北倾，基性-超基性岩以韧性剪切带为边界，呈透镜状岩片拼贴在商丹断裂北侧的秦岭杂岩或峡河岩群中，并处在由高压基性麻粒岩、长英质高压麻粒岩和高压不纯大理岩等构成的高压变质带中。地表测量及钻孔资料表明，岩体向深部趋于闭合，呈“向斜形”产出，推测岩体形态很可能是透镜状，是“无根”的构造岩片，由于剥蚀而呈锥状形态（图3-55）。

（2）岩石类型及岩相带划分

松树沟超镁铁岩体的主要岩石类型有：纯橄榄岩、斜辉辉橄岩、单辉橄榄岩、透辉岩等。在体积上，以纯橄榄岩占绝对优势。矿石有浸染状、块状、层状或条带状、豆荚状或透镜状4类，主要由铬尖晶石与橄榄石以不同比例组成。

根据松树沟超镁铁岩体主要岩石类型分布特点及岩石组合特征，可划分为3个岩相带。这3个带呈带状展布，并具对称分布特点，有可能代表了垂向上岩石层位。由内向外依次为：

图3-55 北秦岭商南-松树沟地区地质略图

（李犇等，2010）

Ⅰ（含透辉岩条带）纯橄榄岩岩相带（Pt₃s₁）

该岩相带分布于岩体中部，占岩体面积的60%～65%，平均宽0.75km。主要由纯橄榄岩组成，中部含有少量呈透镜状或脉状分布的中粗粒纯橄榄岩体，规模大小不等，与岩体走向基本一致，与纯橄榄岩呈渐变关系。岩石中分布了较多的透辉岩细条带，宽1～4cm，长几十厘米至几米，条带产状与岩体产状及内部面理基本一致，与围岩间界线清楚，总含量约占3%～5%。该岩带中铬矿矿化不发育，未见工业矿体。从岩石分布及与其他岩相带关系看，该岩相带形成最早。

Ⅱ透辉岩-透辉橄榄岩岩相带（Pt₃s2）

Ⅱ岩相带断续分布于Ⅰ岩相带两侧，出露宽度10～50m，出露面积占岩体总面积的5%～10%±，主要由透辉岩、透辉橄榄岩和纯橄榄岩组成，呈脉体群带状展布，其产状与岩体产状及内部面理一致，分布较为稳定，仅岩体南侧中堂沟以西缺失。纯橄榄岩以透辉岩的围岩或透辉岩中的捕虏体产出，表明该岩相带在3个岩相带中形成最晚。该岩相带与两侧岩相带（Ⅰ、Ⅲ）之间为渐变或突变接触关系，界线清楚，铬矿化极不发育。

Ⅲ纯橄榄岩-斜辉辉橄岩（铬铁矿）岩相带（Pt₃s₃）

Ⅲ岩相带分布于岩体南北边缘部位，宽约0.2～0.35km，占岩体总面积的30%±，纯橄岩及纯橄岩质糜棱岩组成背景岩相，其中有大量中粗粒纯橄榄岩、方辉橄榄岩体及铬矿体。各类岩石间均呈渐变过渡关系，除背景岩石外，其他岩类多呈不连续透镜状、条带状、板状分布于纯橄榄岩中。该岩相带是岩体内最重要的含铬矿层位，赋存了本区60%以上的铬矿体。从各岩石类型的分布及接触关系看，该岩石形成顺序上晚于Ⅰ岩相带。野外可见透辉岩、透辉橄榄岩呈脉状侵入于纯橄榄岩、斜辉辉橄岩（即方辉橄榄岩）、中粗粒纯橄榄岩、铬铁矿（岩）中，表现其形成又早于Ⅱ岩相带。

故判定上述各岩相带由早至晚形成顺序为Ⅰ岩相带（Pt₃s₁）→Ⅲ岩相带（Pt₃s₃）→Ⅱ岩相带（Pt₃s2）。上述3个岩相带之间多呈渐变或突变接触关系。普遍发育变形变质组构，部分岩石残存火成结构及构造。

（3）岩石物理化学特征

1）流体包裹体

苏犁等（2005）对松树沟纯橄榄岩体中的橄榄石、斜方辉石和尖晶石矿物的原生岩浆包裹体进行了研究。包裹体呈孤立状产出，也见有随结晶收缩产生的细小包裹体环绕大包裹体分布。单个包裹体多呈卵圆形、管状、不规则状，长径通常＜10mm，偶见达25mm。包裹体内部相成分复杂，常包含多个子矿物相，主要为硅酸盐和不透明金属矿物相，显示这些包裹体是被捕获的熔浆珠。电子探针分析这些不透明矿物主要为橄榄石（O1）、斜方辉石（Opx）、铬矿（Chr）和磁铁矿（Mag）。

各类岩石中包裹体的均一温度介于1250℃～1300℃，它们的初始熔融温度普遍较高，高达1000℃上下，暗示寄主矿物橄榄石、斜方辉石结晶于地温梯度高的岩石圈下部。

除上述包裹体温度外，董云鹏等（1996）在研究橄榄石位错构造时，还发现了残斑橄榄石中同时发育有高温位错构造（位错弓弯、位错环、位错壁和亚颗粒）和低温位错构造（直线型自由位错），前者形成温度一般＞1000℃，后者形成温度为600℃～900℃。

2）同位素地球化学

周鼎武等（1998）和李犇等（2010）对松树沟岩体Pb、Sr和Nb做了较系统的研究。但由于该区构造演化复杂，变质作用强烈，同位素地球化学在解释成矿物质来源时存在较大的困难。

A.Pb同位素

周鼎武等（1998）通过对岩体内斜长角闪岩的Pb同位素研究后认为，Pb源区具有富集地幔的特征，并发现有DUPAL型异常，推测为DMM（亏损地幔端元）和EM（富集地幔）混合的结果。²⁰⁷Pb/204Pb比值相对²⁰⁸Pb/204Pb比值更偏离NHRL（北半球参考线），或许是变质流体作用的反映。

李犇等（2010）将松树沟超镁铁质岩、镁铁质岩、铬矿的（²⁰⁶Pb/204Pb）_i-（²⁰⁷Pb/204Pb）_i和（²⁰⁶Pb/204Pb）_i-（²⁰⁸Pb/204Pb）_i进行拟合，发现具有良好的相关性，并与校正后的1079Ma的NHRL线位置非常接近（图3-56），认为其具有相同的物质来源。

B.Sr、Nd同位素

松树沟橄榄岩和基性岩的Sr同位素特征见图3-57。在（⁸⁷Sr/86Sr）_i-Rb/Sr图解中，大部分样品落在1100～900Ma的海水的⁸⁷Sr-⁸⁶Sr比值变化范围内，少量与同期地幔的⁸⁷Sr-⁸⁶Sr比值相接近，反映了基性岩和超基性岩的Sr同位素均受到了海水的强烈混染作用，即两类岩体都产自与蛇绿岩相关的洋底环境。

周鼎武等（1998）测得Nd（t）比值在+4.2～+6.9之间，指示源自亏损地幔，但可能受到来自富集地幔物质的影响，致使Nd（t）值有一较宽的变化范围。松树沟橄榄岩及单矿物（¹⁴³Nd/144Nd）_i=0.511498，ε_Nd（t）=4.9～5.0（陈志宏等，2004），基性岩（¹⁴³Nd/144Nd）≈0.511610，ε_Nd（t）=4.2～6.9（Donget.a1等，2007），二者一致的Nd同位素组成，指示松树沟的地幔橄榄岩与基性岩（堆晶岩系列）具有相同的亏损地幔来源。

Pb、Sr和Nd同位素特征可以看出，橄榄岩和基性岩由相同的地幔来源物质演化而成，意味着橄榄岩和基性岩同为松树沟蛇绿岩的共同组成部分，而铬矿与橄榄岩也具有共同的物质来源。

3）元素地球化学

A.常量元素地球化学

董云鹏等（1996）发现Ⅰ类橄榄岩（中粗粒纯橄岩和少量的块状构造方辉橄榄岩）比Ⅱ类橄榄岩（糜棱质橄榄岩）更富集Cr₂O₃，并且在NiO-Cr₂O₃图解中，Ⅰ类橄榄岩投点落在层状超镁铁堆晶岩范围，Ⅱ类橄榄岩落在阿尔卑斯橄榄岩区域，而方辉橄榄岩则两者都有。松树沟铬矿矿体中的Fe3+/Fe2+平均比值和围岩蚀变纯橄岩中副矿物铬矿的Fe3+/Fe2+平均比值十分相近，说明二者总体形成氧逸度一致。自块状矿体到浸染状矿石Fe3+/Fe2+比值有递增趋势，说明矿体不是在同一氧逸度条件下形成的（程寄皋等，1997）。在Cr＃-Mg＃图解中（图3-58），铬矿均落入蛇绿岩中的铬矿区域，表明松树沟橄榄岩产出于与蛇绿岩有关的洋底环境（李犇等，2010）。

图3-56 松树沟橄榄岩、基性岩和铬矿Pb同位素图解

（据李犇等，2010）

NHRL-北半球参考线（Hart，1984）；NHRL（1074ma）计算采用MORB的²³⁸U/²⁰⁴Pb（μ）=11.20和²³²Th/²³⁸U（κ）=2.67（White，1993）

图3-57 松树沟橄榄岩和基性岩的（⁸⁷Sr/⁸⁶Sr）_i-Rb/Sr图解

（据李犇等，2010）

图3-58 松树沟橄榄岩中铬矿的Mg^＃-Cr^＃图解

（据李犇等，2010）

B.稀土元素地球化学

关于松树沟岩体的稀土元素研究较多，张泽军等（1989）、余妍等（1994）、董云鹏等（1996a，1996b）、苏犁等（2005）、刘军峰等（2008）和李犇等（2010）都做过较系统的研究，其结果基本一致。①中粗粒纯橄榄岩稀土总量较高，稀土元素配分曲线右倾，轻稀土富集，dCe弱正异常；细粒纯橄糜棱岩和方辉橄榄糜棱岩稀土总量较低（大体为标准球粒陨石含量的0.01～0.1偌），稀土元素配分曲线略左倾，轻稀土弱亏损，弱dCe负异常。②中粗粒纯橄榄岩和细粒纯橄糜棱岩稀土元素组成具有显著的差异，表明两者具有不同的成因。前者被认为是地幔橄榄岩残余体再次部分熔融分离结晶的产物；后者为地幔橄榄岩经历复杂变形并多次部分熔融的残余体。

4）同位素年龄

对松树沟岩体的同位素年龄测试较多，根据其经历的地质过程，大致可分为以下几个阶段：

A.蛇绿岩形成年龄

松树沟铬矿的形成年龄与中粗粒纯橄榄岩的形成时代一致。董云鹏等（1997）测得镁铁质岩的Sm-Nd全岩等时线年龄为1030±46Ma，代表了蛇绿岩的形成年龄；Sm-Nd模式年龄为1271～1440Ma，代表玄武质岩浆从地幔中分异出的时间。

B.蛇绿岩块俯冲后侵位年龄

侵位年龄较多，李曙光等（1991）利用石榴子石、角闪石单矿物和一个全岩样品获得Sm-Nd矿物内部等时线年龄为983±140Ma，代表了超镁铁质岩块侵位时间。陈丹玲等（2002）对超镁铁质岩中辉石巨晶进行⁴⁰Ar/39Ar快中子活化法测年，得其高温坪年龄为833.8±4ma，等时线年龄为848.2±4ma，代表该超镁铁质岩体发生高压变质后初始抬升的冷却时间。刘军峰等（2005）利用LA-ICPMS锆石U-Pb法对榴闪岩定年，²⁰⁶Pb/238U年龄为518±19Ma，代表构造侵位年龄。

3.松树沟铬矿矿体特征

松树沟铬矿是陕西省目前所发现的最大铬矿床，根据勘探报告统计，全省获得铬矿矿石储量20.2665万吨，而松树沟则有16.5万吨规模，为小型铬矿床，占全省铬矿储量的62%以上。铬矿体90%以上出现在外部岩相带中，可圈出长度大于1m的铬矿（化）体172个，其中有工业价值的矿体48个。矿体长度0～70m，最长140m，厚0.3～2m，最大厚度5.37m，延深与延长之比一般为1：1～1：3，最大1：5。矿体表现为成带分布，成群集中于岩体边部岩相的中粗粒纯橄岩和条带状斜方辉橄岩中，在细粒纯橄岩中也有少量矿体。矿体多分布在岩体边部及上下盘凹陷处及岩体拐弯、膨大部位，除少数矿体受原生裂隙控制外，主要受原生流动构造制约。矿体形态绝大多数呈脉状、似脉状，少数呈不连续透镜状、扁豆状，极少数呈不规则状及串珠状。工业矿体多与围岩呈渐变过渡或迅速过渡关系，一般无清楚界线。

矿石矿物主要为铬尖晶石，并含有铂族矿物。原生脉石矿物有橄榄石、顽火辉石、透辉石。次要矿物有极少量黄铜矿、黄铁矿、磁黄铁矿、镍黄铁矿等。次生脉石矿物有蛇纹石、铬斜绿泥石、绢石、透闪石、滑石、蛭石、磁铁矿及菱镁矿等。

矿石构造简单，绝大部分为浸染状构造，主要为中等-稠密均匀浸染状及浸染条带状构造，次为准块状构造及网状浸染状构造。偶见斑杂状（包括反斑杂状）构造。

矿石绝大多数属于需选矿的浸染型贫矿，极少数为不需要选矿的低富矿，矿石中Cr₂O₃最高含量51.31%，一般12%～20%。精矿中Cr₂O₃最高61.82%，最低36.51%，一般50%～59%。精矿铬、铁比最高 3.1，最低 1.2，一般 1.7～2。矿石中其他组分的含量为：SiO₂14.10%～32.56%，S 0.03%～0.05%，P 0.002%～0.005%，CaO 0.46%～1.38%，MgO 37.37%～39.11%，A1₂O₃2.25%～2.42%。

（三）形成环境分析

松树沟蛇绿岩Pb、Sr和Nd同位素特征指示相同的地幔物质来源，即铬矿来自高度亏损的大洋上地幔。

松树沟式铬矿形成于新元古代古秦岭洋中脊，经历了新元古代末向秦岭岛弧的俯冲，在早古生代进一步深俯冲达到高压-超高压基性麻粒岩相环境。之后，不可避免地经历了晚三叠世陆内俯冲，以及之后的构造挤出、推覆隆升和断块抬升等复杂构造过程，最终定位在南、北秦岭缝合带中的蛇绿岩岩片中。

也有学者认为，松树沟铬矿可能形成于与消减作用无关的小洋盆环境（周鼎武等，1995）。

近年，有学者认为，中央造山带存在一条西起阿尔金、东至苏鲁的近4000km的世界上最大的一条超高压变质带，该带存在两期超高压变质作用，第一期为加里东期，第二期为印支期。加里东期超高压变质事件由西部阿尔金-柴北缘延至东部大别-苏鲁（南阿尔金—柴北缘早古生代（490～440Ma）高压变质带；大别西北部的熊店和滁湾早古生代榴辉岩（420～400Ma））；印支期超高压变质事件没有在大别以西发现。因此中央造山带应是一个多期活动的造山带，较早形成罗德尼亚大陆的格林威尔造山运动可能留下了10亿年左右的构造岩浆事件记录（如中央造山带中大量10亿年左右的花岗岩及基性超基性岩类），罗德尼亚大陆之后第一次裂解作用可能发生在8亿年左右，其后早古生代加里东期的洋盆裂开，蛇绿岩和超高压变质岩石的大量出现是一次十分强烈的板块构造事件，从东到西，沿中央造山带均有分布，加里东期造山事件之后印支期沿该造山带又有一次大的板块裂解和俯冲碰撞作用，表现在勉略蛇绿岩洋壳及大别-苏鲁印支期超高压变质带的存在。中央造山带保留和记录了多期裂解、会聚事件，通过对其解剖可以认识中国大地构造格局（杨经绥等，2002，2004）。由此他们认为，松树沟、洋淇沟等铬矿应属加里东期形成，和玉石沟、大道尔吉同为一期产物。

（四）成矿模式

综上所述，赋存松树沟铬矿的超镁铁岩属于蛇绿岩构造岩片，由新元古代洋壳底部的亏损橄榄岩以及岩石莫霍面上部超基性堆晶岩组成，铬矿除主要为地幔岩局熔产物外，也有部分随同橄榄石堆积于超基性堆晶橄榄岩底部，形成岩浆房结晶分异铬矿（图3-59）。

图3-59 松树沟-洋淇沟铬矿成矿模式

（据河南省成矿规律组，2012）