Question

辽宁瓦房店金刚石/钻石矿区金伯利岩矿物组成及主微量元素地球化学特征

Answer 1

为了进一步了解辽宁金伯利岩岩石矿物组成，在前人研究基础上，我们对辽宁瓦房店金伯利岩1号、42号、50号和110号岩体的岩石进行了采样分析。

斑状金伯利岩斑晶除金云母外，已蛇纹石及碳酸盐化，偶见石榴子石，但蚀变较严重。蛇纹石及碳酸盐斑晶大小多在1cm左右，金云母及石榴子石斑晶相对较小。斑晶含量从10%～50%不等，平均含量约30%。基质除含上述矿物外，还会出现辉石及角闪石等基性铁镁质矿物。石榴子石极少见，粒径仅在1mm左右，呈暗红色，粒状。蛇纹石斑晶几乎全由橄榄石蚀变而来，故保存有橄榄石的粒状晶形。金伯利岩中自形半自形的矿物占有一定数量，例如六边形及八边形的石榴子石。金云母大小不一，作为斑晶出现者较大，晶面常弯曲，而基质中的金云母则呈细小的条状均匀分布于同样大小的蛇纹石中。通过观察，辽宁地区的金云母可通过晶体大小、突起、多色性、干涉色等分为不同时代。碳酸盐矿物方解石在斑晶以及基质中均可大量出现，是原生或常为蛇纹石或其他矿物进一步交代蚀变的产物。绿泥石等蚀变矿物在薄片中也较为常见。斑状金伯利岩中有时还可见杏仁状气孔。

辽宁瓦房店地区金伯利岩石可见大小不一的金伯利岩及碳酸盐以及围岩地层的角砾，具有典型的角砾构造。

本项目采用PANalytical AXIOS型号X荧光光谱仪对辽宁瓦房店地区金伯利岩全岩主量元素定量分析。将样品煅烧后加入Li₂B₄O₇–LiBO₂助熔物，充分混和后，放置在自动熔炼仪中，使之在1000 ℃以上熔融，熔融物倒出后形成扁平玻璃片，再用X荧光光谱分析，分析精度为0.01%。分析前尽量按照较新鲜且无包裹体的原则对样品进行了挑选，将样品破碎先人工挑出去除其中的捕虏体（捕虏晶），然后研磨至200目。其中1号岩管选择了2个斑状金云母金伯利岩（LW1-03和LW1-12），42号岩筒选择了2个岩球金伯利岩和斑状金伯利岩样品（LW42-01，-03），50号岩筒选择了斑状金云母金伯利岩和角砾状金伯利岩（LW50-02，-03）和110岩筒的斑状金伯利岩（LW110）。根据Clement（1982）提出的混染指数C.I.和Fesq等人（1975）提出的Si/Mg指数判别了金伯利岩的混染程度，其中LW42-01和LW110两个样品混染比较明显，而另外的5个金伯利岩大部分未受混染。全岩化学成分分析见表2.3。

表2.3 辽宁金伯利岩主量元素含量表　Table 2.3 Major element content of kimberlites in Liaoning

辽宁瓦房店未混染金伯利岩总体属于Al₂O₃含量非常低（通常<5%），SiO₂不饱和（一般<35%）及Na₂O/K₂O比值很低（<0.5%）的偏碱性超基性岩，其MgO与SiO₂的比值近似于1。主量元素特征与世界其他地区大体一致（表2.4）。比较MgO含量及其他主要氧化物的相关性，可以发现除Al₂O₃和CaO为负相关外，SiO₂、Na₂O+K₂O、Fe₃O₂的含量均随MgO含量的增长而增长，K₂O与MgO的相关性则较差。瓦房店金伯利岩的TiO₂/K₂O比值变化范围较大，由此反映出其富金云母的特性，在TiO₂—K₂O分类图（图2.4）上，Ⅰ号岩脉的2个样品落入Ⅱ类金伯利岩区，但42号和50号岩筒样品则落入Ⅰ类金伯利岩区，显示出前者更富钾质组分，后者和世界上主要的产金刚石的金伯利岩一致（李昌年，1991）。样品的微量元素分析在中国科学院广州地球化学研究所采用电感藕合等离子体质谱（ICP-MS PE Elan6000）完成（表2.5）。

表2.4 世界各地及Ⅰ、Ⅱ型金伯利岩及金伯利岩主量元素含量平均值　Table 2.4 Average content of major elements in Type I and Type II kimberlites and kimberlites from all over the world

①据李昌年，1991；②据 C.B.Smith et al，2004（Murowa 和 Sese 岩管 ）；③据 Michael Patterson et al，2009（Renard 岩管群 ）；④据 V.B.Vasilenko et al，2002（ 其中俄罗斯的数据来自雅库特地区 ）；⑤本文

表2.5 辽宁未混染金伯利岩微量元素含量表　Table 2.5 Trace element content of uncontaminated kimberlites in Liaoning

图2.4 金伯利岩w（TiO₂）-w（K₂O） 图解

（据李昌年，1991）

Figure 2.4 The w（TiO₂）-w（K₂O）diagram of kimberlites

（After Li Changnian，1991）

辽宁和山东金伯利岩微量元素原始地幔标准化蛛网图（图2.5）和稀土元素球粒陨石标准化分布型式图（图2.6）显示（相关参数见表2.6），除了Yb外，两地其余微量元素都较原始地幔富集，两地金伯利岩稀土球粒陨石标准化曲线均向右倾斜，表现出明显的富LREE的趋势，反映了偏碱性超基性岩的特点。两地的稀土元素地球化学参数比较显示，辽宁瓦房店的ΣREE、LREE、LREE/HREE、（La/Yb）_N、（La/Sm）_N以及（Gd/Yb）_N都比山东低，说明辽宁金伯利岩轻稀土的富集程度低于山东蒙阴，两地金伯利岩的δEu和δCe均呈较低的负异常。但辽宁瓦房店金伯利岩的Y值普遍较山东蒙阴高，Nb和Th的值则相对较低。上述特征显示，辽宁金伯利岩石的稀土和微量元素特征和国际上产金刚石的金伯利岩的基本特征一致。

图2.5 辽宁和山东金伯利岩微量元素原始地幔标准化蛛网图

Figure 2.5 The primitive mantle-normalized spider diagram of trace elements in kimberlites from Liaoning and Shandong

图2.6 辽宁和山东金伯利岩稀土元素球粒陨石标准化分布型式图

Figure 2.6 The chondrite-normalized diagram showing the distribution pattern of REEs in kimberlites from Liaoning and Shandong

根据实际测量的金刚石品位，辽宁瓦房店50号岩管、山东蒙阴胜利1号岩管及红旗1号岩脉含矿较富。对含矿好和含矿差不同岩性主微量元素的比较显示，富矿金伯利岩Mg^#和SI值、CaO、Cr、Ni含量较高，而T.A.值、Al₂O₃、FeO_T、Na₂O、K₂O、TiO₂、P₂O₅、BaO、Sc、V、Co、Cu及Zn含量偏低。其中，辽宁瓦房店及山东蒙阴富矿金伯利岩相容元素含量（μg/g）平均值（Sc 11.24，V 76.98，Cr 1629.67，Co 60.67，Ni 1131.99，Cu 9.78，Zn 45.85）与中–贫矿金伯利岩（Sc 21.09，V 139.72，Cr 1153.88，Co 67.37，Ni 748.66，&nbsp;Cu 65.19，Zn 65.72）相比，Cr、Ni含量明显较高，而Sc、V、Co、Cu、Zn含量偏低，金伯利岩中Cr、Ni的主要载体矿物为橄榄石、石榴子石和尖晶石，富矿微量元素特征说明金伯利岩橄榄石、石榴子石和尖晶石矿物含量与金刚石含量有正的相关性；Rb在含矿性较好的金伯利岩中的平均含量为54.69μg/g，低于中-贫矿样品的83.81μg/g。金伯利岩中Rb含量主要和金云母有关，说明两地金伯利岩的含矿性与金云母含量有关，含金云母较多者金刚石品位相对较低。

表2.6 辽宁及山东金伯利岩稀土元素相关参数　Table 2.6 Relevant parameters of REEs in kimberlites from Liaoning and Shandong

注：T.A.4%～6.5%之间为富矿，6.5%～9.5%之间为中-贫矿，＞9.5%则不含矿，池际尚等，1988

富矿和中-贫矿金伯利岩中稀土元素的分布也有一定的差别。富矿金伯利岩所含的稀土总量为201.27～615.23μg/g（平均453.15μg/g），LREE平均442.34μg/g，HREE10.81μg/g，低于中–贫矿金伯利岩稀土总量370.73～952.12μg/g，ΣREE、LREE和HREE平均值分别为600.09、582.5和17.59μg/g。但是富矿金伯利岩的LREE/HREE平均值41.27、（La/Yb）_N平均值214.57均高于中–贫矿金伯利岩的32.81和104.76μg/g。说明含矿性较好的金伯利岩虽然其轻重稀土及稀土总量比含矿性较差的金伯利岩低，但其轻重稀土分馏程度却比之偏高。