云南省麻栗坡县祖母绿矿区的地质特征及成因初探.doc

云南省麻栗坡县祖母绿矿区的地质特征及成因初探张世涛冯明刚王厚强吕伟杨明( 云南省地勘局区域地质调查所, 玉溪, 653100)摘要 云南祖母绿矿产出于南温河变质核杂岩的变质内核之中, 形成于白垩纪花岗岩岩浆活动晚期的残余岩浆和热液产生的伟晶作用和交代作用。其赋矿构造为: 北东向张剪裂隙 (已被伟晶岩脉充填) ; 次级韧性剪切滑脱带。前者矿体中 的祖母绿产量高, 晶型好, 但颜色稍差; 后者矿体中的祖母绿质量最好, 但产量不高, 宝石晶体中常含有电气石、白钨矿等固体包裹体和大量流体包裹体。 其形成时的温度为 325 372°C, 盐度 w (N aC l) 为 13% 18% , 压力为 6617 7719 M P a, 矿区 外围仍有很好的祖母绿找矿远景。关键词祖母绿矿床 伟晶岩 交代作用 云南省分类号P 619128云南省麻栗坡祖母绿宝石矿位于麻栗坡县城以南约 25 km处, 为 1992 年间当地农民开采钨矿时发现, 作为具有一定经济意义的祖母绿矿床,在国内尚属首例。 现将笔者研究成果介绍如下。1矿区地质特征矿区位于越北古陆北部的南温河变质核杂岩的变质核内 (图 1)。 该变质核杂岩是一个发生多 层拆离隆升形成的杂岩体, 可分为变质内核和盖层两大部分, 变质内核的构成十分复杂, 主要由前泥盆纪花岗片麻岩、元古界猛硐岩群和燕山期酸 性侵入岩及花岗伟晶岩构成。 祖母绿矿就赋存在 伟晶岩脉和猛硐岩群中; 盖层由寒武系和泥盆系组成。区内还发育一组北西向左行剪切走滑断层。 下面仅简要介绍与成矿有关的一些岩石类型。111 前泥盆纪花岗片麻岩前泥盆纪花岗片麻岩在内核构成中占有主体 地位, 按其结构、构造的不同可分为三种类型, 从上往下依次为眼球状花岗片麻岩、条痕状花岗片 麻岩和花岗片麻岩。 从下往上岩石变形程度逐渐 增强, 顶部发育花岗质糜棱岩。属于由混合岩化 局部熔融作用所形成的准原地型花岗岩。图 1 云南祖母绿矿区区域地质图F ig. 1 R eg iona l geo log ica l m ap of em era ld depo sit in Yunnan11 基底剥离断层; 21 正断层; 31 逆掩断层; 41 平移剪切断层; 51糜棱岩带; 61 不整合界线; 71 地质界线; 81 地层面理产状; 91 矿 区位置; P tm. 猛硐岩群; Gn 1 花岗片麻岩; 5. 燕山期花岗岩; 1 花岗斑岩; 1, 2 , 31 下、中、上寒武统; D 1 泥盆系; C 1 石炭系;P 1 二叠系; T 1 三叠系112元古界猛硐岩群元古界猛硐岩群是本矿区的主要含矿围岩,位于花岗片麻岩之上, 从下往上可划分为南秧田原地矿部 15 万都龙幅区调项目和云南省麻栗坡县大丫口祖母绿矿勘察项目成果第一作者简介: 张世涛, 男, 1965 年 9 月生, 高级工程师, 主要从事区域地质与矿产调查工作收稿日期: 1998205208编辑: 黄秉艳后期热液交代矿物。 洒西岩组位于南秧田岩组之上, 或直接与花岗片麻岩相接触, 与上覆岩系的关 系仍为韧性剪切滑脱断层或次生剪切面理, 主要 岩石类型有变粒岩类、片麻岩类、斜长角闪岩类和钙硅酸岩类。该岩组中顺层韧性剪切作用强烈, 剪 切带内普遍发生糜棱岩化和片理化, 并且沿这些 剪切带后期热液交代矿化作用强烈, 是本矿区优 质祖母绿产出的主要构造。113 燕山期酸性侵入岩燕山期酸性侵入岩主体侵位于变质内核西北 部, 岩石类型主要为中粗粒似斑状二云二长花岗岩。测得黑云母 K 2A r 法年龄值为 18612 M a 。此 外, 还有许多零散分布的同期或稍后的花岗细晶岩和花岗斑岩岩脉、岩株。它们是矿区内有益矿物 组分的主要来源, 尤其是铍的主要来源。114 伟晶岩脉伟晶岩脉普遍分布于变质核的各个部位, 平 面上呈斜列式或雁行式排列, 延伸方向多为北东 向或北北东向, 岩石类型主要有长英质伟晶岩脉和花岗质伟晶岩脉, 岩脉长一般数十至数百米, 少 数也有上千米者。厚度一般十几至几十厘米, 厚度1 m 以上者罕见。 它们是由区域上发育的一组左 行剪切平移断层派生出来的在张剪节理的基础上经岩浆热液充填贯入形成的, 这些张剪节理属于 北西向走滑断裂系的共轭体系1。 岩脉普遍具有钨、锡、绿柱石等矿化, 是矿区内的主要赋矿构造。可划分为三种类型: 细粒长英质伟晶岩, 组成矿 物以斜长石、石英为主, 次为小片状的白云母及少 量的细粒石榴石, 黑色电气石分异不明显, 看不到交代现象及稀有金属的富集, 大部分为细粒长英 状结构, 个别地方中部见有粗粒的石英微斜长石集合体, 化学分析 w (B eO ) 为 01005% 01040% ;块体准文象伟晶岩, 组成以钠长石 (w B 为 50% 80% ) 及石英为主, 次为微斜长石、白云母, 有时 可见绿柱石、电气石, 还有少量石榴石、黄铁矿、绿柱石及铜铀云母等, 此带受强烈的钠长石化、白云母化交代作用明显, 块状结构及准文象结构十分 发育, 可见到微斜长石带、准文象带石英、微斜长 石带 (含绿柱石) 石英、钠长石带块体 (含丰富的绿 柱石) ; 块状钠长石化伟晶岩, 组成矿物以钠长石、石英及绿色云母为主, 次为白云母及电气石、 石榴石、绿柱石、铜铀云母, 以大块状钠长石石英 交代集合体为主, 又由于绿云母的出现证明伟晶2矿床特征矿区内绿柱石的含矿构造主要有两种类型:一为充填在北北东向和北东向张剪裂隙中的伟晶 岩脉, 它是矿区内的主要含矿构造, 其中所产出的绿柱石占矿区绿柱石产出量的 80% 以上, 且绿柱 石颗粒大、晶型好, 但颜色稍浅; 第二种类型为顺 面理发育的次级滑脱断层, 矿区内高质量的祖母 绿多产于这种构造中, 为热液交代作用形成。211 伟晶岩脉型祖母绿含矿岩脉主要为长英质伟晶岩脉, 一般呈北 北东向和北东向延伸, 北西向倾斜, 雁行式排列,是矿区绿柱石的主要矿体, 主要矿物为石英 (w B为 75% 90% ) 和钠长石 (w B 为 5% 15% ) , 次 要矿物为钾长石 (w B 为 5% 10% )、电气石 (w B 为 2% 10% ) , 有用矿物为白钨矿 (w B 为 2%5% )、绿柱石 (w B 为 0 8% )。 此外还有毒砂、方 解石、萤石和白云母等矿物。在成因上矿体属于强烈钠长石、白云母交代的准文象或块状型伟晶岩,矿体薄, 长度大, 矿化普遍, 矿物分带性一般较差,有一定分带性者由外向内依次为白钨钾长石富集 带、含白钨绿柱石石英带、含绿柱石石英带, 外带和中心带不稳定, 中心带常呈囊状。 迄今为止, 矿 区内已发现较大的伟晶岩脉 30 余条。综合矿区岩 脉有如下交代方式及特点: 沿岩脉顶底板最易交 代, 因而在岩脉的两壁最易生成各种不同的交代集合体; 沿分异带的界面易于交代; 易于在较大的 石英、长石或它们的交代集合体周围和准文象的粗块边缘交代; 岩脉分枝、复合和尖灭处易于交代; 钠长石化强烈和块状或准文象结构发育的地 方绿柱石富集。岩脉中绿柱石的质量与数量与围岩性质有相 关性。一般说来, 在以花岗片麻岩作围岩的伟晶岩中, 绿柱石较少, 颜色也较差, 多为白色和灰绿色,往上到南秧田岩组围岩段则数量略有增加, 颜色 也变为淡绿色浅绿色, 而洒西岩组围岩的伟晶岩中绿柱石是最多的, 而且颜色艳丽, 为绿色翠绿色。另外, 绿柱石的质量和数量还与岩脉自身的云南地质局第二区测队 1120 万马关县幅区域地质调查报告 11976 冶金部 301 队 1 瓦渣铍矿勘察报告 11962地 质 科 技 情 报521999 年规模大小及分异程度有关, 岩脉宽大且分异好者绿柱石含量少, 颜色浅, 而在那些规模小、分异差 的岩脉中, 往往绿柱石含量多, 颜色好。212 顺层剪切面理矿体中的绿柱石此种类型的绿柱石多产于洒西岩组中的顺层 韧性剪切带内发育的石英脉内, 少量以变斑晶的 形式产出于剪切带旁侧的变粒岩中, 沿剪切带后期热液交代作用强烈, 顺面理形成条带状和浸染 状交代矿物集合体有石英、钠长石、钾长石、铬云 母、萤石、黝帘石、电气石、白钨矿、绿柱石、毒砂、 黄铁矿和绿泥石等, 局部还见有绿色尖晶石出现。 在这些剪切带中, 绿柱石一般呈束状、放射状晶簇出现, 少量呈它形块状。 绿柱石与铬云母化、电气 石化和白钨矿化关系最为密切, 一般呈正相关性。 这种类型的祖母绿颜色好, 透明度高, 但一般晶体 细小, 产量低, 是矿区内高档祖母绿的主要矿石类 型。型它型。晶面上平行 c 轴的纵纹很清晰。剪切带内的绿柱石粒度较细, 直径一般为 2 20 mm , 长5 210 mm 。 伟晶岩脉型矿体中的绿柱石粒度较 大, 直 径 5 60 mm , 长 20 300 mm , 最 长 可 达750 mm , 部分绿柱石晶体还发育以 c 轴为中心的 环带构造。312 颜色、透明度及光性特征研究表明祖母绿的颜色和透 明 度 与 C r, V , F e 等 微 量 元 素 的 含 量 直 接 相 关, C r3+ 易 于 替 代A l4+ 进入绿柱石矿物的晶格, 从而使绿柱石致色,而祖母绿颜色的艳丽程度及透明度则取决于氧化 铁的含量, 如果氧化铁含量少, 颜色就鲜艳, 透明度就高。采集不同档次的绿柱石作探针分析, 结果表 明深翠绿色绿柱石中 w (C r2O 3 ) 为 014% ; 翠绿色绿 柱石中 w (C r2O 3 ) 为 0122% ; 浅翠绿色绿柱石w (C r2O 3 ) 为 0111% ; 淡绿色绿柱石 w (C r2O 3 ) 为0104% 。丘志力的测试成果也显示 w (V 2O 5 ) 高达01775% , w (C r2O 3 ) 高达 01149% 2。 本矿区绿柱 石中的 w (C r2O 3 ) 和 w (V 2O 5 ) 普遍高于一般绿柱 石 的含量, 相当一部分绿柱石中的 w (C r2O 3 ) 和 w (V 2O 5 ) 达到或高于世界优质祖母绿的含量。 各样 品中 w (F e2O 3 ) 均不超过 0137% , 因此本矿区 的祖母绿一般颜色鲜艳, 透明度较高。一般说来, 本矿区中顺剪切带发育的矿体中 的绿柱石颜色及透明度均比伟晶岩矿体中所含的 绿柱石要好, 绿柱石含量较多的矿体中的绿柱石颜色普遍偏浅。 这与巴西祖母绿矿床的特征十分相似, 导致这种特征的原因可能有: 对祖母绿矿 化有利的围岩是各种片岩4、变粒岩, 它们有利于接触交代作用, 但不利于伟晶岩的充分分异; 伟晶岩或花岗岩派生的富 B e 流体从围岩中萃取的 C r 含量有限, 而剪切带易于接触交代作用, 围岩 中的 C r 可大量直接进入绿柱石晶格; 如果大量绿柱石的形成, 会使有限的 C r 分散, 不利于祖母 绿的形成3。313 祖母绿的瑕疵及包裹体特征裂隙发育是祖母绿的最大弱点, 在构造应力 的作用下或开采加工过程中稍有不慎, 极易沿垂直 c 轴的解理面0001形成裂隙或绵纹。 本矿区 的祖母绿同样具有这些弱点。祖母绿晶体内包裹体一般含量很少, 常见的 固体包裹体有黑色电气石、云母、磷灰石、榍石、锆3祖母绿的矿物学特征祖母绿乃绿柱石家族中的翠绿色者, 以其艳丽纯正的绿色被誉为“绿色之王”。 本矿区祖母绿 除具有世界其它地区祖母绿的共性外, 还具有其本身的特征, 经测定, 本矿区祖母绿平均比重为21702, 折光率 no 为 11573 11575, n e 为 1158011581, 查尔斯滤色镜下呈淡黄色, 紫外荧光下呈 淡红色, 晶胞参数 a 0 为 01924 6 01925 3 nm , c0为 01919 8 01923 3 nm 。这些特征与世界其它地 区的天然祖母绿相似。 丘志力等2根据两个样品红外光谱的分子振动特征测出祖母绿中含有一定 量的结晶水 (图 2)。图 2 云南祖母绿红外吸收光谱2F ig. 2 Inf ra red ab so rp t ion sp ect rum of em era ld in Yunnan311形态及粒度特征本矿区的祖母绿一般自形程度极高, 绝大多 数呈六方柱状, 只有少量块状浸染状矿物呈半自 云 南地勘局区调所 1 云南省麻栗坡县大丫口绿柱石 ( 祖母绿) 矿产勘察报告 11996它地区的祖母绿中较为少见, 可作为本矿区祖母绿的一种识别标志。除上述固体包裹体外, 经昆明理工大学庄凤 良鉴定, 在绿柱石和矿脉中的石英晶体内还含有大量流体包裹体, 呈不规则状, 少量为负晶形。 部分晶体中有大量平行 c 轴的针柱状气液包裹体。 可划分为液体包裹 体、气 体 包 裹 体、含 液 体 CO 2 多相包裹体和含 N aC l 子矿物多相包裹体 4 种类型, 其中以液体包裹体为主, 而且在所选送的 5 件不同类型的样品中, 流体包裹体无论在发育程度 上还是在包裹体类型上以及气液比大小、包裹体 体积大小、数量和分布规律上都基本相似, 用均一 法测得的包裹体形成温度也基本一致, 反映了两 种类型的矿体可能都形成于同一时期。T ab le 1T em p e ra tu re and sa lin ity o f th e f lu id inc lu sio nin m ine ra l o f em e ra ld depo sit in Yunnan平均均一 平均盐度 校正温度样品号岩石类型 矿物名称w (N aC l) %温度°C°C650521 花岗伟晶岩650522 花岗伟晶岩石 英石 英 绿柱石绿柱石 石 英256273261282250108111015341363346372325大21大22大23变粒岩伟晶岩 顺层石英脉5矿床成因探讨据统计, 云南宝石中 90% 以上的来源于前寒武纪地层中, 主要赋存于其中的伟晶岩中6。世界 上最典型的祖母绿矿床均与酸性岩浆结晶分异作 用末期的残余岩浆形成的伟晶作用及后期的气成 热液作用和交代作用有关, 且必须具有富铍的地4成矿温度、盐度的测定和压力的估算3球化学背景, 都产于古老的变质结晶基底内 , 所有这些特征与本矿区都十分吻合。 通过对矿区内 不同类型岩石的微量元素测量 ( 表 2) , 可以看出,构成祖母绿的重要元素铍主要来源于花岗岩类,尤其是花岗斑岩。 而祖母绿的致色元素 C r 和 V经庄凤良在 1350 热台上采用均一法对 5 件样品中的液体包裹体进行测试, 分别得出其平均 均一温度范围在 250 287°C 之间。 根据 Po t te r等作出的均一温度与压力关系图5进行校正, 得出矿物形成温度在 325 372°C 之间。 在 KBL 21型 冷 热 台 上 用 冷 冻 法 测 得 其 成 矿 溶 液 的 盐 度w (N aC l) 为 8% 11% , 具 有 中 温、低 盐 度 的 特 征, 并推算出其形成压力为 7410 7719 M P a, 只有顺层石英脉中包裹体的盐度偏高, w (N aC l) 为13% 18% , 其中还见有含 N aC l 子矿物包裹体,证明成矿溶液早期盐度 w (N aC l) 可达 2613% 以 上, 具 有 中 温、高 盐 度 的 特 征, 形 成 压 力 也 较 小6617 M P a。 这些特征表明, 矿床主要形成于气成 热液交代作用, 且成矿深度较浅, 一般不会超过 3主要由变粒岩和斜长角闪岩等老变质岩系提供。这与矿区地质特征十分吻合, 即祖母绿矿体围岩多为洒西岩组, 矿区内花岗斑岩岩脉发育。 从区域地质情况和矿区特征推测: 白垩纪中晚期, 哀牢山缝合带复活, 扬子地块与思茅地块发 生左行斜向陆陆碰撞, 导致地壳重熔并发生大 规模花岗岩岩浆底辟上侵, 使南温河变质核杂岩进一步隆升, 变质内核顶部的韧性剪切剥离断层 再度处于活跃状态。同时, 在区域上形成一组北西 向走滑断裂系。到了白垩纪末期或第三纪早期, 岩浆活动已接近尾声, 富 B e 的残余岩浆和热液沿表 2 云南祖母绿矿区不同类型岩石的微量元素分析结果T ab le 2 T race e lem en t s ana ly se s f rom d iffe ren t typ e ro ck s o f em e ra ld depo sit in Yunanw B 10- 6样 号岩 性Zr ZnVC rC uB aA sWA gSnB eC eE u108323124726211249213184211253184213211170211195227612 611996. 6 143. 0217 11810 251503. 7 165. 0 98. 809. 4 192. 0 11. 0027. 8 171. 0 14. 002. 0 91. 9 68. 6021393. 387. 323. 382. 723. 5464. 50101108. 967. 415. 4719. 401. 4210. 1001087 341800. 138 25. 800. 055 14. 800. 103 11. 700. 123 27. 000. 422 1. 660. 028 1. 803318 4117012. 3 47. 2817. 1 59. 594. 9 53. 548. 5 7. 692. 7 20. 545. 0 32. 8601340. 320. 340. 600. 091. 171. 67花岗斑岩中粒花岗岩粗粒花岗岩眼球状片麻岩片麻状花岗岩斜长角闪岩斜长角闪岩165150199319516710490. 4102. 066. 950. 062. 837. 899. 2 105. 0 242. 0 91. 3 27. 00144. 0 60. 4 254. 0 131. 0 8. 87 107 黑云变粒岩119. 0 129. 0 743. 0 429. 0 49. 60 9093 6122. 00 1814. 00 0. 352 80. 00 41. 1 58. 70 1. 40 测试单位: 中国地质大学 ( 武汉) 测试中心地 质 科 技 情 报541999 年地质科技情报, 1994, 13 ( 2) : 75- 80丘志力, 秦社彩, 梁奕光 1 中国云南某地祖母绿的基本特征,地学探索 11994, ( 10) : 59- 63袁心强 1 巴西典型祖母绿矿床介绍 1 地质科技情报, 1994, 13 ( 2) : 70- 74C h e illtz A. T h e gene sis o f Co lom b ian em e ra ld: a re sta tem en t.M inera l ium D ep osita , 1996, 31 ( 5) : 359- 364张文淮, 陈紫英 1 流体包裹体地质学 1 武汉: 中国地质大学出 版社, 19931154- 156孙克祥 1 赋存于云南前寒武系中的宝石伟晶岩 1 云南地质,1993, 12 ( 1) : 92- 100左行走滑构造派生的张剪裂隙贯入, 形成了伟晶岩, 同时岩浆热液进一步交代伟晶岩并沿活动的 顺层剪切带发生交代作用, 萃取了围岩中的 C r,23等致色元素, 从而形成祖母绿矿床。地质资料和地球化学资料显示, 在中越边界 附近的南温河变质核杂岩范围内, 有着很好的祖 母绿找矿远景。V456参 考 文 献1 刘凤山, 石准立 1 国外岩浆热液成矿理论研究现状与进展 1GEOLO G ICALFEA TURESA NDGENES ISO FEM ERALDD EPO S IT IN M AL IPO CO UNTY , Y UNNA N PRO V INCE, CH INAZh an g Sh itaoF en g M in ggan g W an g H o u q ian g L u W e i Y an g M in g(R eg ion a l G eolog ica l I n s t. , G eolog ica l a n d M in e ra l E x p lora t ionD ep a rtm en t of Y u n n a n , Y u x i, 653100)A bstra c tT h e Y u n n an em e ra ld o ccu r s in N anw en h e m e tam o rp h ic co re com p lex. So fa r, it is th e o n lyem e ra ld depo sit fo u n d in C h in a. It w a s th e p ro du c t io n o f th e p egm a t it iza t io n an d rep lacem en t o f re sidu a l m agm a an d h yd ro th e rm a l in L a te C re taceo u s. It h a s tw o k in d s o f o re b ea r in g st ru c tu re, o n e is th e ve in o f p egm a t ite an d th e o th e r is th e du c t ile sh ea r b e lt. T h e em e ra ld in th e fo rm e r is r ich e r in qu an t ity an d th e c ry sta l fo rm is b e t te r, b u t th e co lo u r is a b it ligh te r. T h e em e ra ld in th e la t te r is b e t te r in qu a lity, b u t th e p ro du c t io n is low e r. T h e em e ra ld c ry sta l o f ten co n ta in s som e so lid an d f lu idin c lu sio n , su ch a s to u rm a lin e, sch ee lite, H 2O , CO 2 e tc. . T h e co n ten t o f V 2O 5 in m in e ra l is 0. 775% an dth e C r2O 3 is 0. 4% f rom E P TA & CCA. T h e fo rm a t io n tem p e ra tu re o f th e em e ra ld depo sit is 325 372°C , th e sa lin ity w (N aC l) is 13% 18% an d th e p re ssu re is abo u t 66. 7 77. 9 M P a. T h e geo lo g ica l an dgeo ch em ica l in fo rm a t io n show s th a t th is a rea h a s a ve ry goo d p ro sp ec t o f exp lo r in g h igh 2g rade em e ra ld.Key word s em e ra ld depo sit, p egm a t ite, rep lacem en t, Y u n n an P ro v in ce