云南马关县超基性火山角砾岩筒中宝石级镁铝榴石的形成机理

云南马关县超基性火山角砾岩筒中宝石级镁铝榴石的形成机理

马关地区位于云南省文山市和青藏高原东缘。自晚生代以来,由于受青藏高原整体快速抬升和亚洲———印度板块碰撞的影响,新生代后碰撞高钾岩浆活动在该区十分发育1南温河变质核杂岩地区马关县八寨至木厂地区位于滇东南文山州南部麻栗坡县270°方向,平距28km处,地处八寨镇与木厂镇境内。其大地构造背景处于扬子地台的西南缘,哀牢山褶皱带与华南褶皱系间过渡地带(图1),属于南温河变质核杂岩构造西端盖层边缘。该区出露地层从下至上依次为寒武系中统田蓬组(∈2上岩脚、黑神经区域区内超火山岩筒以超基性———基性为主,分布于下岩脚、黑神庙、老房厂一带,其产出位置受上岩脚向斜、倮暮街背斜倾伏端及北东向断裂与北西向断裂交切部位所控制(图2见上页)。2.1角砾类型和岩石学特征区内出露含宝石级镁铝榴石玄武质火山角砾岩体12个,呈岩筒状产出,岩筒直径在50~240m之间。地貌上多为正地形,呈单峰状或马鞍状等,未见火山锥,仅残留充填大量火山角砾和基性喷出熔岩的火山通道。其中,火山角砾占岩筒充填物80%以上,余者为基性喷出熔岩,这些基性喷出熔岩多呈“岩脉”或“岩被”形式切割并捕虏包括前期爆发角砾,可见,该区熔岩喷溢时期略晚于角砾爆发时期。与火山角砾岩筒接触的围岩为寒武系与奥陶系砂岩、片岩、灰岩和白云质灰岩等。在岩体与围岩接触处,常有1~2m厚的粘土破碎带,局部可见围岩有烘烤挤压现象。岩体向中心部位倾斜,倾角较陡,在80°以上,如老房子Vb2)基性火山角砾:一般为灰黑色,外形次棱角状,大小不均,岩性包括微晶玄武岩、玻基玄武岩、碱性玄武岩、含镁铝榴石玻基玄武岩、钠黝帘石化辉长岩和辉长辉绿岩等。3)中酸性火山角砾:灰白色,次棱角-次圆状,大小不等,岩性包括有闪长岩、英云闪长岩、花岗闪长岩和二云母花岗岩等4种。4)围岩角砾:常为灰白、灰黑色,大小不等,外形呈他形、次棱角状或次圆状,一般岩筒边部的角砾较大,部分具棱角状外形,其岩性复杂,包括砂岩、变质砂岩、板岩、千板岩、片岩、榴英麻粒岩、变粒岩、灰岩、白云岩和大理岩等,共计30余种。2.1.2设置晶交织结构呈岩脉、岩墙或岩被状切割、捕虏各类火山角砾及俘虏体,岩性以下述两类玄武岩为主:1)橄榄玄武岩:深灰、灰黑色,致密块状,具玻基玄武和玻晶交织结构,含气孔构造,其中多被绿泥石和方解石杏仁体充填。该类岩石中常分布有含镁铝榴石、橄榄石和单斜辉石晶屑,及二辉橄榄岩俘虏体。其主要矿物组分为斜长石和辉石,含量在90~95%之间,副矿物为磁铁矿和钛铁矿等,次生蚀变矿物包括绿泥石和方解石等。2)中长玄武岩:灰、深灰色,致密块状,具微晶或斑状结构,部分为间隐结构,该类岩石主要矿物为辉石和斜长石,其中,长石晶体较粗大,其间常包裹辉石、黑云母微晶。2.2岩石的化学特征岩筒中岩浆岩主要岩石类型的化学成分2.2.1超基性二辉橄榄岩角砾囚犯与世界39类火成岩中二辉橄榄岩平均化学成分相比较,本区火山岩筒中二辉橄榄岩角砾(俘虏体)具低SiO2.2.2中性闪长岩角砾岩岩筒中闪长岩角砾与中国火成岩平均值中石英闪长岩岩石化学成分相近,仅TiO2.2.3粗安岩中mgo含量岩筒内基性火山熔岩多为隐晶质甚至玻璃质,岩石中化学成分中MgO含量偏高,且粗安岩中长石An为43.3%,属于中长玄武岩。与同类火成岩平均值相比,橄榄玄武岩与中长玄武岩具有较高MgO和高Na2.3含铬镁铝榴石特征火山岩筒中与宝石级镁铝榴石有关主要矿物有含铬镁铝榴石、镁铝榴石、橄榄石、铬尖晶石和锆石等,各矿物特征如下:2.3.1含铬镁铝榴石:赋存于二辉橄榄岩、玄武质熔岩及火山角砾中。其中,产于二辉橄榄岩中的含铬镁铝榴石多呈晶粒状,其表面干净且无熔蚀现象,而产于玄武质熔岩及火山角砾中的含铬镁铝榴石多呈不规则状,棱角分明,表面偶被熔蚀。2.3.2镁铝榴石:其赋存状态与含铬镁铝榴石相似,多以晶屑或角砾产出,未见完整晶形,一般呈不规则状或熔蚀扁豆状,表面常见网状裂纹。粒度在数毫米~数厘米之间,普遍比含铬镁铝榴石粒径大,在岩石中的含量约是含铬镁铝榴石的10倍,该类镁铝榴石晶体粒度大且颜色深,可作为为中档宝石。2.3.3橄榄石:主要产于二辉橄榄岩角砾岩中,部分呈晶屑状分布于玄武质熔岩基质中,呈橄榄绿色,不规则粒状、柱状产出,该类矿物多具压扁拉长及波状消光和扭折带等变形特征2.3.4铬尖晶石:主要产于二辉橄榄岩角砾岩中,为暗黑色或铁黑色,不规则粒状,偶见八面体聚晶及连晶。2.3.5锆石:无色、灰白、淡黄、淡棕色等,呈浑圆状、粒状或豆状产出,表面常熔蚀及毛玻璃化。2.4镁铝榴石化学成分镁铝榴石是石榴石簇中的一种,化学分子式为Mg表4八寨至木厂镁铝榴石的主要物理、化学特征已有的研究表明,本区镁铝榴石的化学成分和物理性质可出现种属之间的连续变化,由于石榴石中Cr3镁铝榴石成因分析及地球化学意义已有的研究表明,石榴石族矿物成因类型包括接触交代、区域变质、伟晶作用和岩浆等诸多成因。云南马关八寨至木厂的宝石级镁铝石榴石产于基性-超基性火山岩筒中,矿化较好的火山角砾岩体在地表第四系残坡积层中均能见到镁铝榴石,矿点从北西至南东包括:下岩脚镁、老房子、下河头、耗子坝、老厂、石关门、梁子上和上新寨共8个(图3),被开采的岩体(岩筒)有11个,其中10个为玄武质火山角砾岩筒,另1个属于玻基玄武岩脉,这些基性-超基性岩筒源区应以幔源为主。从上述宝石级镁铝石榴石地质产出特征来看,该类矿物应在地幔深部岩浆结晶形成,这也得到以下地质地球化学研究成果的支持:3.1已有的资料表明,该区镁铝石榴石结晶温度在1045.96℃~1251.74℃之间,压力在1.5Gpa~2.5Gpa之间,可见,本区镁铝石榴石形成于深部高温高压环境,计算结果表明其形成深度在49.45km~79.75km3.2单颗宝石级镁铝榴石矿物结构简单,成分均一,无环带结构等特征表明其结晶时速度非常缓慢,同时在生长期内,温度、压力和氧逸度等物理化学条件相对稳定,暗示该类矿物应是在一个物理化学环境稳定的岩浆中形成,而只有幔源区才能提供上述物理化学条件。3.3铝系石榴石包括铁铝榴石、镁铝榴石和锰铝榴石三种类型,相应成分中二价阳离子分别为Fe3.4镁铝榴石要达到宝石级,其颜色鲜艳尤为重要,如前所述,本区宝石级镁铝石榴石呈鲜红-紫红色,其中Cr是重要的致色元素,其含量越高,颜色越鲜艳,而Cr在石榴石中富集需要很高的温度压力条件。3.5本区宝石级镁铝石榴石与地幔包体(俘虏体)中的石榴石化学组成有所不同,其形成的温压条件也较马关地区由地幔岩包体(俘虏体)稍高4镁铝榴石的地球化学特征综上所述,云南马关宝石级镁铝石榴石具有以下地质地球化学特征:4.1本区镁铝石榴石以颜色浓度高、透明度好、粒度大、分布广泛为特征,多数已达到中等宝石级,该类矿物中Cr含量较高,而FeO+Fe4.2宝石级镁铝石榴石主要分布在八寨至木厂区域,产于基性-超基性火山岩筒中,特别是玄武质火山角砾岩筒,其中超基性火山角砾(俘虏体)中的二辉橄榄岩为宝石级镁铝榴石的主要赋矿岩石。八寨至木厂地区自1992年起就陆续开采镁铝榴石,我们的调查结果2.1.1砾体及矿物学特征岩筒内火山角砾成分复杂多样,按成因来源,可划分为围岩角砾、幔源及壳源角砾(包体),以后两者为主。各类角砾大小混杂,被灰绿色、灰白色岩石粉末、火山灰、玄武质熔岩等呈松散-紧密胶结。角砾包括:1)超基性火山角砾(俘虏体):多为黄绿色,外形为次圆-圆状,大小不等,呈俘虏体或独立火山角砾形式产于玄武质熔岩中,岩性以含紫红色镁铝榴石的二辉橄榄岩为主,含少量云母二辉橄榄岩和细(粗)晶二辉橄榄岩等,其