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豫南史庄一带金伯利岩中尖晶石矿物化学特征及其对金刚石找矿的启示

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李积山, 唐相伟, 郭跃闪, 张洋, 刘伟. 豫南史庄一带金伯利岩中尖晶石矿物化学特征及其对金刚石找矿的启示[J]. 地质通报, 2020, 39(10): 1639-1649.
引用本文: 李积山, 唐相伟, 郭跃闪, 张洋, 刘伟. 豫南史庄一带金伯利岩中尖晶石矿物化学特征及其对金刚石找矿的启示[J]. 地质通报, 2020, 39(10): 1639-1649.
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LI Jishan, TANG Xiangwei, GUO Yueshan, ZHANG Yang, LIU Wei. Mineral chemistry characteristic and enlightenment to diamond prospecting of spinelite in kimberlite from Shizhuang area Henan Province[J]. Geological Bulletin of China, 2020, 39(10): 1639-1649.
Citation: LI Jishan, TANG Xiangwei, GUO Yueshan, ZHANG Yang, LIU Wei. Mineral chemistry characteristic and enlightenment to diamond prospecting of spinelite in kimberlite from Shizhuang area Henan Province[J]. Geological Bulletin of China, 2020, 39(10): 1639-1649.
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豫南史庄一带金伯利岩中尖晶石矿物化学特征及其对金刚石找矿的启示

  • 河南省地质矿产勘查开发局第三地质矿产调查院, 河南 信阳 464000

  • 基金项目:
    河南省地质勘查基金项目《河南省信阳市史庄一带金刚石矿预查》（编号：豫国土资发[2017]22号）
详细信息
    作者简介: 李积山(1988-), 男, 工程师, 从事矿产地质调查工作。E-mail:474897902@qq.com

  • 中图分类号: P574.2;P578.4+6

Mineral chemistry characteristic and enlightenment to diamond prospecting of spinelite in kimberlite from Shizhuang area Henan Province

  • No.3 Institute of Geological and Mineral Resources Survey of Henan Bureau of Geology and Mineral Exploration, Xinyang 464000, Henan, China

    摘要

  • 豫南史庄一带金伯利岩位于华北地台南缘，栾川-明港深大断裂带北侧，岩石中普遍含有尖晶石等金刚石的指示矿物。在史庄一带金伯利岩中通过人工重砂鉴定，选获了一批尖晶石等金刚石的指示矿物，通过电子探针微区化学成分分析，对区内尖晶石矿物化学特征进行了研究。结果表明，史庄一带金伯利岩中的尖晶石矿物族端元主要为镁铬铁矿（MgCr2O4）-铬铁矿（FeCr2O4）-镁尖晶石（MgAl2O4）-尖晶石（FeAl2O4）系列，其中以镁-铬铁矿（Fe，Mg）Cr2O4占优势；铬铁矿中Cr2O3、Al2O3含量变化范围较大，MgO含量较高（5.57%~15.8%），TiO2含量较低，为低钛富镁高铝型的铬铁矿（S5型），阳离子数中Mg2+>Fe2+，Cr3+和Al3+，以及Mg2+和Fe2+类质同象替代较广泛。初步分析表明，史庄一带金伯利岩中的铬铁矿为地幔捕虏晶，地幔岩为橄榄岩，其矿物化学特征显示，史庄一带金伯利岩具有一定携带金刚石的能力，对寻找金伯利岩型金刚石矿床具有重要的指示意义。

    Kimberlite in Shizhuang area of southern Henan Province lies in the south of North China plate and in the north of Luanchuan-Minggang deep-large fault zone.Indicative minerals of diamond, such as spinel, are found in Kimberley rocks.The indicative minerals of spinel and other diamonds have been obtained from kimberlite in Shizhuang area by artificial heavy sand identification.The chemical composition of spinel was studied by means of electron microprobe analysis in this paper.The results show that the spinel group minerals in kimberlite in Shizhuang area are mainly composed of magnesia chromite(MgCr2O4)-chromite(FeCr2O4)-magnesia spinel(MgAl2O4)-spinel(FeAl2O4), in which magnesia chromite(Fe, Mg)Cr2O4 is dominant.The content of Cr2O3 and Al2O3 in chromite varies widely, MgO content is high(5.57%~15.8%), TiO2 content is low, and there exists a chromite with low titanium, rich magnesium and high aluminum content(S5 type).Among the cations of chromite, Mg2+ > Fe2+, while Cr3+ and Al3+, Mg2+ and Fe2+ have experienced extensive substitution.A preliminary analysis shows that chromite in kimberlite in Shizhuang area is mantle xenocryst, while in situ mantle is peridotite.The chemical characteristics of spinel minerals show that the kimberlite in Shizhuang area has the capability of carrying diamond, which is of great significance for the exploration of kimberlite type diamond deposits.

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  • 图 1  豫南史庄一带区域地质构造简图(据参考文献①修改)

    Figure 1. 

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    图 2  史庄一带金伯利岩特征

    Figure 2. 

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    图 3  史庄一带金伯利岩中尖晶石特征

    Figure 3. 

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    图 4  史庄一带金伯利岩中尖晶石分子Cr3+-Al3+-Fe3+三角图解(底图据参考文献[11])

    Figure 4. 

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    图 5  铬铁矿中Cr2O3-Al2O3(a)和MgO-FeO(b)关系图解

    Figure 5. 

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    图 6  史庄一带金伯利岩中铬铁矿Cr#分布频率图

    Figure 6. 

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    图 7  史庄一带金伯利岩中铬铁矿Fe2+/(Fe2++Mg)-Cr/(Cr+Al)关系图解

    Figure 7. 

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    图 8  山东和史庄铬铁矿中Cr2O3-Al2O3(a)和MgO-Cr2O3(b)图解(底图据参考文献[35])

    Figure 8. 

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    表 1  史庄一带金伯利岩中尖晶石电子探针分析结果及主要阳离子系数

    Table 1.  Electron microprobe analyses of spinel from kimberlite in Shizhuang area and calculation results of main cation coefficients %

    编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
    Na2O 0.04 0.05 0.04 0.00 0.01 0.02 0.00 0.05 0.03 0.05 0.00 0.03 0.00 0.02 0.34 0.03 0.00 0.01 0.09
    MgO 15.33 11.60 10.48 10.61 10.59 14.11 11.49 10.90 10.92 12.57 15.25 10.11 13.16 13.89 7.14 11.89 11.33 10.84 13.97
    Al2O3 32.83 24.27 21.37 21.67 22.22 30.27 23.42 21.46 20.61 26.27 32.96 19.86 19.30 18.81 10.60 23.30 22.07 21.21 29.72
    SiO2 0.06 0.07 2.72 0.08 0.01 0.21 0.10 0.14 0.06 0.15 0.08 0.13 0.10 0.11 0.15 0.05 0.05 0.01 0.21
    K2O 0.04 0.01 0.01 0.00 0.00 0.01 0.01 0.01 0.02 0.03 0.01 0.01 0.00 0.00 0.22 0.01 0.00 0.00 0.00
    CaO 0.02 0.00 0.04 0.01 0.02 0.01 0.03 0.03 0.03 0.02 0.02 0.03 0.02 0.01 0.04 0.01 0.00 0.01 0.00
    TiO2 0.01 0.05 0.07 0.08 0.02 0.01 0.05 0.00 0.03 0.02 0.04 0.01 0.03 0.00 0.03 0.01 0.08 0.09 0.20
    Cr2O3 32.60 43.96 43.27 44.41 46.72 39.06 46.42 48.05 49.42 43.81 34.30 45.94 33.99 35.05 58.72 43.79 44.90 45.31 38.45
    MnO 0.22 0.29 0.21 0.33 0.37 0.22 0.31 0.25 0.30 0.27 0.21 0.33 0.18 0.22 0.50 0.31 0.25 0.37 0.24
    FeO 12.12 16.85 18.67 18.20 11.42 14.05 17.90 15.78 15.96 16.43 12.74 18.16 8.39 7.84 20.47 16.29 17.40 17.96 14.71
    Fe2O3 2.86 0.02 0.00 1.77 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1.06 1.45 4.34 6.04 1.77 1.59 1.62 2.34 0.88
    以4个氧原子为基础的阳离子数
    Mg2+ 0.69 0.54 0.50 0.51 0.53 0.63 0.53 0.52 0.52 0.57 0.68 0.49 0.74 0.76 0.36 0.56 0.54 0.52 0.63
    Al2+ 1.16 0.90 0.81 0.82 0.88 1.07 0.86 0.81 0.78 0.94 1.16 0.77 0.86 0.81 0.42 0.87 0.83 0.80 1.05
    Cr3+ 0.77 1.09 1.09 1.13 1.25 0.93 1.14 1.22 1.25 1.05 0.81 1.19 1.01 1.01 1.56 1.09 1.13 1.14 0.91
    Fe2+ 0.30 0.44 0.50 0.49 0.32 0.35 0.46 0.42 0.43 0.42 0.32 0.50 0.26 0.24 0.57 0.43 0.46 0.48 0.37
    Fe3+ 0.07 0.00 0.00 0.04 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.02 0.04 0.12 0.17 0.04 0.04 0.04 0.06 0.02
    Mg/(Mg+Fe2+) 55.84 40.77 35.96 36.84 48.11 50.11 39.08 40.85 40.62 43.34 54.50 35.76 61.07 63.91 25.86 42.19 39.43 37.65 48.71
    Fe2+/(Fe2++Mg) 44.16 59.23 64.04 63.16 51.89 49.89 60.92 59.15 59.38 56.66 45.50 64.24 38.93 36.09 74.14 57.81 60.57 62.35 51.29
    Cr/(Cr+Al) 49.83 64.43 66.94 67.21 67.77 56.34 66.46 69.13 70.57 62.52 51.00 69.81 63.79 65.07 84.70 65.28 67.04 68.11 56.41
    编号 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38
    Na2O 0.00 0.13 0.03 0.03 0.11 0.00 0.01 0.01 0.01 0.93 0.36 0.26 0.12 0.07 0.21 0.08 0.21 0.27 0.17
    MgO 9.89 12.08 10.11 13.24 13.23 11.63 14.01 8.24 14.71 9.23 12.61 15.16 12.34 8.50 12.09 5.57 14.13 10.26 11.40
    Al2O3 20.60 24.90 19.14 29.25 0.01 22.32 30.19 14.86 36.71 19.38 29.35 38.55 28.28 19.76 28.13 27.43 35.64 20.10 15.70
    SiO2 0.02 1.07 0.06 0.11 0.12 0.03 0.05 0.04 0.05 0.16 0.28 0.16 0.27 0.85 0.07 0.39 0.15 0.06 0.20
    K2O 0.00 0.03 0.01 0.00 0.14 0.01 0.00 0.00 0.00 0.08 0.23 0.02 0.02 0.01 0.05 0.02 0.05 0.05 0.06
    CaO 0.02 0.25 0.01 0.01 0.35 0.02 0.01 0.02 0.02 0.06 0.12 0.01 0.05 0.04 0.02 0.12 0.10 0.03 0.04
    TiO2 0.00 0.12 0.30 0.07 1.60 0.12 0.00 0.05 0.03 0.06 0.01 0.00 0.01 0.12 0.00 0.05 0.01 0.31 0.02
    Cr2O3 46.59 40.28 46.76 36.82 61.74 45.97 37.45 51.34 30.32 45.29 37.05 30.12 38.83 46.77 38.32 34.11 32.92 44.30 53.07
    MnO 0.27 0.25 0.38 0.23 0.31 0.32 0.26 0.48 0.22 0.36 0.24 0.21 0.24 1.21 0.22 0.99 0.24 0.28 0.28
    FeO 16.60 17.15 18.97 15.41 9.96 17.22 14.23 20.41 14.32 15.64 13.85 13.33 15.20 21.57 15.34 25.80 14.14 17.58 13.67
    Fe2O3 0.00 1.48 2.56 2.04 6.45 1.21 0.87 1.44 1.00 5.41 1.63 0.78 0.00 0.36 0.88 1.72 0.18 4.19 0.00
    以4个氧原子为基础的阳离子系数
    Mg2+ 0.49 0.56 0.49 0.60 0.71 0.54 0.63 0.41 0.64 0.45 0.58 0.65 0.58 0.41 0.57 0.27 0.62 0.49 0.57
    Al2+ 0.81 0.91 0.73 1.05 0.00 0.82 1.08 0.59 1.27 0.75 1.07 1.31 1.04 0.75 1.04 1.06 1.24 0.77 0.62
    Cr3+ 1.23 0.99 1.19 0.89 1.75 1.14 0.90 1.37 0.70 1.17 0.91 0.68 0.96 1.19 0.95 0.88 0.77 1.13 1.40
    Fe2+ 0.46 0.45 0.51 0.39 0.30 0.45 0.36 0.58 0.35 0.43 0.36 0.32 0.40 0.58 0.40 0.70 0.35 0.48 0.38
    Fe3+ 0.00 0.03 0.06 0.05 0.18 0.03 0.02 0.04 0.02 0.14 0.04 0.02 0.00 0.01 0.02 0.04 0.00 0.10 0.00
    Mg/(Mg+Fe2+) 37.33 41.33 34.76 46.21 57.05 40.31 49.61 28.75 50.68 37.12 47.66 53.22 44.82 28.26 44.08 17.74 49.97 36.85 45.47
    Fe2+/(Fe2++Mg) 62.67 58.67 65.24 53.79 42.95 59.69 50.39 71.25 49.32 62.88 52.34 46.78 55.18 71.74 55.92 82.26 50.03 63.15 54.53
    Cr/(Cr+Al) 69.34 61.80 70.96 55.73 100.00 67.32 55.36 77.55 45.24 70.04 55.80 43.86 57.87 70.30 57.67 55.43 48.02 68.79 77.17
    编号 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57
    Na2O 0.21 0.49 0.54 0.58 0.58 0.46 0.47 0.18 0.44 0.38 0.14 0.19 0.11 0.40 0.67 0.87 0.06 0.04 0.05
    MgO 10.98 9.95 11.34 13.96 8.81 13.04 11.51 10.97 6.49 10.50 12.86 10.09 14.20 10.58 10.55 12.27 9.97 12.75 12.19
    Al2O3 25.74 21.95 31.40 31.68 16.69 27.74 20.55 17.54 9.61 22.37 13.04 21.27 39.07 24.30 25.49 24.92 14.46 30.39 28.26
    SiO2 0.17 0.26 0.38 1.29 0.39 0.14 0.99 0.12 0.06 0.33 0.10 0.14 0.07 0.43 0.44 0.24 0.05 0.04 0.05
    K2O 0.07 0.10 0.17 0.16 0.10 0.07 0.15 0.05 0.06 0.14 0.07 0.07 0.09 0.10 0.20 0.12 0.04 0.03 0.02
    CaO 0.95 0.10 0.13 0.19 0.13 0.07 0.28 0.04 0.09 0.11 0.03 0.06 0.03 0.15 0.14 0.15 0.02 0.13 0.02
    TiO2 0.07 0.09 0.10 0.11 0.11 0.05 0.03 0.03 0.04 0.04 0.05 0.08 0.07 0.18 0.07 0.03 0.00 0.05 0.01
    Cr2O3 35.07 42.39 31.97 32.56 47.08 39.26 42.82 50.19 56.09 42.24 42.62 44.82 27.51 39.15 36.33 40.06 54.09 35.96 37.83
    MnO 0.27 0.29 0.25 0.22 0.44 0.27 0.27 0.33 0.52 0.30 0.25 0.35 0.23 0.27 0.32 0.25 0.32 0.20 0.27
    FeO 14.16 16.33 14.83 12.22 16.93 13.15 13.04 16.00 20.19 15.79 9.30 17.81 15.41 16.27 13.97 11.23 17.71 15.44 16.46
    Fe2O3 2.96 2.88 1.84 1.13 3.63 2.38 0.64 1.44 3.26 2.25 8.11 1.85 2.24 2.63 3.28 4.05 0.86 0.55 1.87
    以4个氧原子为基础的阳离子系数
    Mg2+ 0.54 0.49 0.53 0.64 0.44 0.60 0.58 0.53 0.34 0.51 0.70 0.49 0.61 0.51 0.52 0.58 0.49 0.59 0.56
    Al2+ 1.01 0.85 1.17 1.14 0.66 1.01 0.81 0.67 0.39 0.86 0.56 0.81 1.33 0.93 0.99 0.94 0.56 1.11 1.03
    Cr3+ 0.92 1.10 0.80 0.79 1.26 0.96 1.14 1.29 1.55 1.09 1.22 1.15 0.63 1.00 0.95 1.01 1.42 0.88 0.93
    Fe2+ 0.39 0.45 0.39 0.31 0.48 0.34 0.37 0.44 0.59 0.43 0.28 0.48 0.37 0.44 0.39 0.30 0.49 0.40 0.43
    Fe3+ 0.07 0.07 0.04 0.03 0.09 0.06 0.02 0.04 0.09 0.06 0.23 0.05 0.05 0.06 0.08 0.10 0.02 0.01 0.04
    Mg/(Mg+Fe2+) 43.67 37.85 43.33 53.33 34.22 49.80 46.90 40.67 24.34 39.93 58.02 36.17 47.96 39.41 43.01 52.21 36.01 45.23 42.55
    Fe2+/(Fe2++Mg) 56.33 62.15 56.67 46.67 65.78 50.20 53.10 59.33 75.66 60.07 41.98 63.83 52.04 60.59 56.99 47.79 63.99 54.77 57.45
    Cr/(Cr+Al) 57.67 65.88 50.44 50.69 73.82 58.60 67.57 74.11 85.38 65.38 76.57 67.82 41.32 61.71 58.77 61.65 78.90 54.20 57.23
    编号 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75
    Na2O 0.03 0.07 0.07 0.14 0.17 0.10 0.05 0.36 0.03 0.03 0.00 0.01 0.02 0.00 0.07 0.09 0.00 0.02
    MgO 10.68 12.01 11.68 12.16 9.50 15.87 12.97 12.04 12.09 11.24 11.56 15.00 11.01 13.40 13.32 11.87 10.19 12.04
    Al2O3 16.22 22.28 24.49 23.50 20.15 35.83 30.38 30.20 25.53 32.28 21.87 28.18 22.24 29.99 27.10 20.59 16.19 23.42
    SiO2 0.03 0.18 0.03 0.10 0.06 0.08 0.07 0.11 0.04 1.55 0.08 0.04 0.04 0.06 0.09 0.25 0.08 0.06
    K2O 0.04 0.09 0.06 0.07 0.08 0.08 0.03 0.21 0.02 0.10 0.01 0.01 0.03 0.03 0.09 0.07 0.02 0.02
    CaO 0.03 0.07 0.03 0.06 0.03 0.05 0.08 0.10 0.08 0.05 0.04 0.01 0.02 0.07 0.04 0.06 0.02 0.02
    TiO2 0.00 0.01 0.02 0.00 0.03 0.01 0.00 0.02 0.14 0.04 0.05 0.03 0.10 0.04 0.04 0.11 0.07 0.05
    Cr2O3 51.22 44.54 42.65 43.53 44.93 31.39 35.64 35.03 40.47 28.47 45.01 31.80 44.22 38.50 41.45 45.50 51.35 43.84
    MnO 0.33 0.27 0.28 0.30 0.37 0.20 0.21 0.25 0.22 0.47 0.29 0.24 0.27 0.26 0.27 0.30 0.41 0.33
    FeO 16.38 15.11 16.11 14.84 17.97 11.36 14.57 14.76 16.72 18.92 16.65 10.22 16.95 15.05 14.55 14.79 17.81 16.03
    Fe2O3 0.76 0.87 0.77 1.20 1.89 1.08 0.00 2.71 2.80 0.21 1.38 4.65 0.47 0.00 0.73 0.67 0.92 1.14
    以4个氧原子为基础的阳离子系数
    Mg2+ 0.53 0.58 0.55 0.58 0.47 0.70 0.60 0.56 0.56 0.53 0.55 0.72 0.53 0.61 0.61 0.58 0.50 0.57
    Al2+ 0.64 0.84 0.92 0.88 0.79 1.25 1.12 1.10 0.93 1.19 0.82 1.07 0.85 1.07 0.98 0.79 0.63 0.87
    Cr3+ 1.35 1.13 1.07 1.10 1.18 0.73 0.88 0.86 0.99 0.71 1.14 0.81 1.13 0.92 1.00 1.18 1.34 1.10
    Fe2+ 0.46 0.41 0.43 0.40 0.50 0.28 0.38 0.38 0.43 0.50 0.44 0.28 0.46 0.38 0.37 0.40 0.49 0.42
    Fe3+ 0.02 0.02 0.02 0.03 0.05 0.02 0.00 0.06 0.07 0.00 0.03 0.11 0.01 0.00 0.02 0.02 0.02 0.03
    Mg/(Mg+Fe2+) 39.48 44.28 42.03 45.03 34.58 58.27 47.10 44.92 41.97 37.28 40.99 59.46 39.37 47.09 47.79 44.53 36.39 42.88
    Fe2+/(Fe2++Mg) 60.52 55.72 57.97 54.97 65.42 41.73 52.90 55.08 58.03 62.72 59.01 40.54 60.63 52.91 52.21 55.47 63.61 57.12
    Cr/(Cr+Al) 75.94 66.65 63.53 64.94 69.04 46.70 53.98 53.70 61.32 46.87 67.29 53.01 66.53 56.21 60.47 68.85 76.03 65.18
      注：表中FeO、Fe2O3含量为铁离子电价调整后的含量[6]
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    表 2  十二组铬尖晶石四元素氧化物平均百分含量[23]

    Table 2.  Spinel which can be divided into twelve groups according to the average content of four oxides

    分组 化学成分特征 Cr2O3/% MgO/% TiO2/% Al2O3/% 产状
    S1 无—贫钛贫铝富镁 64.00 12.72 0.12 5.29 金刚石包体(及连生体)、含矿金伯利岩、含矿钾镁煌斑岩
    S2 含钛贫铝富镁 64.63 11.07 0.42 4.29
    S3 高镁高铬 67.37 15.43 0.36 6.54 金刚石包体、含矿金伯利岩及少数陨石
    S4 贫钛富镁富铝 52.81 11.69 0.48 12.17 TiO2＞0.5%为金伯利岩，TiO2＞1.1%为钾镁煌斑岩，TiO2 < 0.5%为非金伯利岩和非钾镁煌斑岩
    S5 贫钛富镁高铝 47.21 13.04 0.43 21.67
    S6 富钛贫铝镁 57.52 10.89 3.14 3.87 金伯利岩、钾镁煌斑岩
    S7 高钛富铝镁 48.43 10.32 4.08 10.25 钾镁煌斑岩、二型金伯利岩
    S8 贫铝富铁 54.51 5.91 0.28 3.35 二辉橄榄岩、金伯利岩
    S9 低钛贫镁 60.71 3.56 0.68 6.17 陨石、铬铁矿床
    S10 低钛富镁高铝 35.38 14.40 0.13 34.14 煌斑岩、不含金刚石的钾镁煌斑岩及金伯利岩
    S11 含铬镁铝 14.35 18.56 0.06 52.50 玄武岩
    S12 高钛富铁 41.77 0.72 9.15 6.49 陨石
    鄄城陨石中铬铁矿 含镁铝富钛 55.47 3.56 2.25 6.72 据“山东国土资源”[24]
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出版历程
收稿日期:  2019-07-20
修回日期:  2020-03-28
刊出日期:  2020-10-15

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