遼寧瓦房店和山東蒙陰金伯利巖中鉻鐵礦成分特征及指示意義

遲廣成，李國武，肖 剛，伍 月，岳明新，郝原芳

（1.沈陽地質礦產研究所，遼寧沈陽110032；2.中國地質大學，北京100083）

鉻鐵礦是遼寧瓦房店及山東蒙陰金伯利巖中的主要指示礦物，顏色主要為黑色，壓碎后為褐紅色、棕色.金伯利巖中鉻鐵礦的顯著特征是渾圓形斑晶和形態復雜的八面體歪晶，渾圓形斑晶一般大于1mm，最大可達4～5mm，八面體歪晶一般0.2～0.7mm，呈顯微斑晶；而基質中的鉻鐵礦則為小于0.2mm的正八面體自形晶［1］.

鉻鐵礦在金伯利巖中按結晶形態和生成時間可分為3個世代：第一世代鉻鐵礦以斑晶形式出現，顆粒直徑一般為0.7～2.0mm，原始晶形為正八面體，部分為聚形晶，結晶顆粒粗大，晶體長期處于熔漿階段，八面體的晶棱和角頂均被熔蝕，其形狀多為渾圓狀、橢圓形、餅狀以及其他各種不規則形狀，有時晶體表面形成各種形狀的蝕象［2-4］；第二世代鉻鐵礦斑晶是在深成熱動力條件不甚穩定的情況下晶出的，結晶形態較為復雜，多為八面體的歪晶.第三世代的鉻鐵礦幾乎全部分布在金伯利巖的基質中，屬于巖漿晚期階段的結晶產物，結晶顆粒細小，粒徑為0.05～0.1 mm，晶體自形程度很高，形態多為小八面體，其晶棱和頂角保存完好，晶面平坦光滑，沒有渾圓化及其他各種熔蝕和磨蝕現象［5］.

含礦性不同的金伯利巖巖體中，三個世代鉻鐵礦的含量不同.富礦金伯利巖巖管中，以第一世代渾圓形大斑晶鉻鐵礦為主；中等含礦的金伯利巖巖管中，鉻鐵礦以第二世代八面體歪晶為主；貧礦金伯利巖巖管中，以第三世代小八面體鉻鐵礦為主［6］.鉻鐵礦這些特征對判別金伯利巖含礦性具有一定指導意義.

為了研究瓦房店和蒙陰礦區鉻鐵礦成分與金伯利巖含礦性關系，筆者在山東蒙陰及遼寧瓦房店金伯利巖中選取了100件鉻鐵礦樣品作電子探針成分分析.在蒙陰中等含礦金伯利巖體中選了28件鉻鐵礦樣品，富礦金伯利巖體中選了9件鉻鐵礦樣品，貧礦金伯利巖體中選了7件，無礦金伯利巖體中選了6件.在瓦房店42號中等含礦金伯利巖體中選了11件鉻鐵礦樣品，在50號富礦金伯利巖巖管中選了13件鉻鐵礦樣品，在51號貧礦金伯利巖巖管中選了19件鉻鐵礦樣品；在1號無礦金伯利巖巖管體中選了7件鉻鐵礦樣品.

1 鉻鐵礦化學成分及分子式特征

電子探針成分分析結果（表1）顯示：山東蒙陰和遼寧瓦房店金伯利巖中鉻鐵礦化學成分含量MgO為7.65%～12.59%，FeO 18.71%～26.67%，TiO20.21%～2.58%，Al2O31.86%～11.84%，MnO 0.05%～0.22%，Cr2O347.96%～64.17%，顯示了鉻鐵礦富鎂的特征.

根據電子探針成分分析結果計算鉻鐵礦的礦物晶體化學式［7］，計算結果顯示：瓦房店和蒙陰2個金剛石礦區金伯利巖中鉻鐵礦分子式的Mg、Fe離子數接近，在0.5左右，少量Mg＞Fe，其鉻鐵礦種屬為富鎂鉻鐵礦.鉻鐵礦的端員組分主要為 MgCr2O4、MgAl2O4、FeCr2O4，還含有少量的MgTi2O4和FeO分子.

利用蒙陰金剛石礦區勝利1號小巖管（富礦）、勝利1號大巖管（中等含礦）、紅旗6號管（貧礦）、坡里巖脈（無礦），瓦房店金剛石礦區1號巖脈（無礦）、42號巖管（中等含礦）、51號巖管（貧礦）、50號巖管（富礦）中鉻鐵礦分子中 3價配位（Al4+、Cr3+、Fe3+）離子數，以 3個離子含量為單元組分做三角圖解（圖1）.Cr-Fe-Al三角圖顯示金伯利巖中鉻鐵礦有以下特點.

1）瓦房店1號無礦金伯利巖管鉻鐵礦分子中3價配位離子成分投點多集中分布在Al4+10%～30%，Cr3+55%～85%，Fe3+5%～25%菱形區域內，投點比較分散；蒙陰坡里無礦金伯利巖脈鉻鐵礦分子中3價配位離子成分投點多集中分布在Al4+10%～20%，Cr3+70%～85%，Fe3+5%～15%三角形區域內，投點比較集中.

2）瓦房店51號貧礦金伯利巖管鉻鐵礦分子中3價配位離子成分投點多集中分布在Al4+5%～40%，Cr3+50%～85%，Fe3+5%～20%矩形區域內，點比較分散；蒙陰6號貧礦金伯利巖管鉻鐵礦分子中3價配位離子成分投點多集中分布在Al4+2%～5%，Cr3+80%～90%，Fe3+5%～15%小菱形區域內，點比較集中.

表1 鉻鐵礦電子探針波譜微區化學成分分析數據平均值Table1 Chem ical composition analysis for chrom ite by electronic probe spectrum m icro-area

圖1 蒙陰和瓦房店礦區金伯利巖中鉻鐵礦分子鋁-鉻-鐵三角圖解Fig.1 The Al-Cr-Fe triangle plotof chromites in Mengyin andWafangdian kimberlite ore fieldsD1—蒙陰勝利1號大巖管；M6—蒙陰紅旗6號巖管；P—蒙陰坡里巖脈；SX1—蒙陰勝利1號小巖管（富礦）；W1—瓦房店1號巖管；W42—瓦房店42號巖管；W50—瓦房店50號巖管；W51—瓦房店51號巖管；X1—蒙陰勝利1號小巖管

3）瓦房店42號中等含礦金伯利巖管鉻鐵礦分子中3價配位離子成分投點多集中分布在Al4+5%～35%，Cr3+50%～95%，Fe3+0～20%大矩形區域內，點比較分散；蒙陰勝利1號中等含礦大金伯利巖管和部分小金伯利巖管鉻鐵礦分子中3價配位離子成分投點多集中分布在Al4+2%～10%，Cr3+80%～95%，Fe3+0～15%小矩形區域內，點比較集中.

4）瓦房店50號富礦金伯利巖管鉻鐵礦分子中3價配位離子成分投點多集中分布在Al4+5%～40%，Cr3+50%～90%，Fe3+0～20%大矩形區域內，點比較分散；蒙陰勝利1號富礦小金伯利巖管鉻鐵礦分子中3價配位離子成分投點多集中分布在Al4+2%～12%，Cr3+78%～88%，Fe3+5%～15%小菱形區域內，點比較集中.

5）蒙陰無礦、貧礦、中等含礦和富礦金伯利巖中鉻鐵礦分子中3價配位離子成分投點多集中分布在Al4+0～20%，Cr3+70%～95%，Fe3+0～15%區域內，點比較集中，顯示了鉻鐵礦分子中3價配位離子成分高鉻、低鐵、低鋁的特征.

6）瓦房店無礦、貧礦、中等含礦和富礦金伯利巖中鉻鐵礦分子中3價配位離子成分投點多集中分布在Al4+5%～40%，Cr3+50%～90%，Fe3+0～20%區域內，點比較分散，顯示了鉻鐵礦分子中3價配位離子成分高鉻、低鐵、中等含鋁的特征.

2 鉻鐵礦中不同成分關系特征

2.1 鉻鐵礦中Al2O3-Cr2O3成分關系特征

從山東、遼寧兩地金伯利巖中鉻鐵礦的Al2O3-Cr2O3關系圖（圖 2）可以看出：Al2O3與 Cr2O3含量具有反消長關系，金伯利巖中鉻鐵礦的Cr2O3含量為45%～70%，Al2O3含量為1%～24%，變化范圍較大.就同一巖體而言，從粗晶到基質鉻鐵礦，具有Cr2O3含量降低，Al2O3含量增高的趨勢，說明金伯利巖巖漿演化朝Cr含量降低，Al含量升高的方向發展.蒙陰金伯利巖中鉻鐵礦顯示了Cr2O3含量高、Al2O3含量低的特點.

圖2 鉻鐵礦中Al2O3-Cr2O3成分關系圖Fig.2 Relationship between Al2O3 and Cr2O3 compositionsin chromites1—瓦房店50號巖管；2—瓦房店42號巖管；3—瓦房店1號巖管；4—瓦房店51號巖管；5—蒙陰勝利1號小巖管；6—蒙陰勝利1號大巖管；7—蒙陰紅旗6號巖管；8—蒙陰坡里巖脈

鉻鐵礦中的Al2O3含量和Cr2O3含量呈現的負相關關系反映了Cr和Al在八面體配位中存在完全類質同象現象，這是它們具有相似的地球化學性質造成的［8］.一般說來，金伯利巖的含礦性與鉻鐵礦中Cr2O3含量呈正相關，而與Al2O3含量呈負相關關系.

2.2 鉻鐵礦中FeO-Cr2O3成分關系特征

金伯利巖中鉻鐵礦的FeO含量變化范圍為14%～31%，變化范圍較大.FeO-Cr2O3關系圖（見圖3）顯示：鉻鐵礦中Cr2O3與FeO含量具有反消長關系，晶體化學成分計算表明Fe分別占據八面體位置和四面體位置，四面體位置中的Fe部分代替Cr使其形成反相關關系，Cr2O3與FeO2含量分布的區域特征不明顯，山東、遼寧產出的鉻鐵礦混雜分布，與含礦性的關系不顯著.

圖3 鉻鐵礦中FeO-Cr2O3成分關系圖Fig.3 Relationship between FeO and Cr2O3 compositionsin chromites1—瓦房店50號巖管；2—瓦房店42號巖管；3—瓦房店1號巖管；4—瓦房店51號巖管；5—蒙陰勝利1號小巖管；6—蒙陰坡里巖脈；7—蒙陰勝利1號大巖管；8—蒙陰紅旗6號巖管

2.3 鉻鐵礦中MgO-Cr2O3成分關系特征

山東、遼寧金伯利巖中鉻鐵礦的Cr2O3-MgO含量圖（圖4）顯示：MgO含量主要分布在6.5%~15.0%之間，變化范圍較寬，Cr2O3與MgO含量具有反消長關系，但不太顯著.鉻鐵礦中Mg成分在山東及遼寧鉻鐵礦中有很大程度的重合混雜.同樣，云煌巖、鉀鎂煌斑巖及不含礦的金伯利巖中鉻鐵礦成分也呈混雜分布［9］.這說明各種產狀的鉻鐵礦都存在廣泛的Mg、Fe完全類質同象，因此不能用鉻鐵礦中Mg-Cr含量關系判別金剛石的含礦性.

2.4 鉻鐵礦中TiO2-Cr2O3成分關系特征

鉻鐵礦TiO2-Cr2O3含量散點圖（圖5）顯示：TiO2含量較低，與Cr2O3含量無相關關系.Soblev［10］研究前蘇聯雅庫特、和平、艾哈爾、國際、成功等重要巖管的金剛石包裹體中的鉻鐵礦720個樣品，其成分特征：Cr2O3含量 62%~67%，TiO2＜0.7%，MgO含量 10%～15.5%.本區的投點顯示鉻鐵礦大多位于Cr2O3含量62%～67%、TiO2＜0.7%區域內.

圖4 鉻鐵礦中MgO-Cr2O3成分關系圖Fig.4 Relationship between MgO and Cr2O3 compositionsin chromites1—瓦房店50號巖管；2—瓦房店42號巖管；3—瓦房店1號巖管；4—瓦房店51號巖管；5—蒙陰勝利1號小巖管；6—蒙陰坡里巖脈；7—蒙陰勝利1號大巖管；8—蒙陰紅旗6號巖管

金伯利巖巖漿結晶的鉻鐵礦以富鈦為特征，捕虜晶鉻鐵礦則以低鈦為特征.據此標準，大部分的鉻鐵礦為捕虜晶，少量為金伯利巖巖漿結晶產物 .

遼寧瓦房店和山東蒙陰金伯利巖中鉻鐵礦的TiO2含量為0.1%～4.0%.粗晶比基質中鉻鐵礦的MgO、TiO2含量低，FeO、Cr2O3含量高，說明鉻鐵礦在結晶過程中朝著MgO、TiO2含量增加，Cr2O3、FeO含量降低的方向進行，這也反映了金伯利巖漿向氧逸度增高的方向演化［12-13］.

3 結語

1）山東蒙陰和遼寧瓦房店金伯利巖中鉻鐵礦的Cr與Al、Mg與Fe的類質同象替代普遍，鉻鐵礦的主要端員組分為 MgAl2O4、MgCr2O4、FeCr2O4分子，含有少量的MgO、TiO2和 FeO分子.含MgCr2O4分子高、MgAl2O4分子低的金伯利巖含礦性好.

2）產于蒙陰和瓦房店金剛石礦區金伯利巖中的鉻鐵礦具有高鉻、富鎂的特征，通常認為高Cr2O3、富MgO、低TiO2、低Al2O3的鉻鐵礦是來自含金剛石原生礦的指示礦物.

3）金伯利巖中不同世代的鉻鐵礦的化學成分不同，主要體現在鉻和鋁2個元素上.第一世代渾圓形斑晶鉻鐵礦Cr2O3含量多為56.0%～59.0%，Al2O3含量多為5.0%～7.0%；第二世代歪晶鉻鐵礦Cr2O3含量多為53.0%～57.0%，Al2O3含量多為6.0%～10.0%；第三世代鉻鐵礦Cr2O3含量多為47.0%～52.0%，Al2O3含量多為7.0%～15.0%.如果用Cr/（Cr+Al）=Cr′來表示鉻鐵礦與金伯利巖含礦性的關系，那么金剛石包裹體中鉻鐵礦的Cr′值為89.75%；富礦金伯利巖中的第一世代斑晶鉻鐵礦Cr′值為89.47%；中等含礦金伯利巖巖體中第一世代鉻鐵礦Cr′值為86.83%，第二世代鉻鐵礦Cr′值為82.74%；貧礦金伯利巖巖體中鉻鐵礦Cr′值為68.98%.金伯利巖巖體中含金剛石由富到貧，對應金伯利巖體中鉻鐵礦Cr′值依次變低.研究認為，高鉻、低鋁的粗晶鉻鐵礦是金剛石找礦指示礦物.金伯利巖中鉻鐵礦Cr′值可作為判定金伯利巖巖體含礦與否的重要指標之一.

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