延边地区基性-超基性岩岩石化学及其成矿专属性

1 前言

二十余年来，在延边地区寻找铬、镍、钒、钛及磷灰石等矿产过程中，先后发现一百四十余个按带成群分布的基性-超基性岩侵入体。这些岩体，由于其原始熔浆成分及形成的深度、温度与压力和时代的不同，以及其成岩过程中所经历的同化-混染作用、液态熔离及结晶分异作用等的差异性，而具有不同的化学成分及成矿专属性。鉴于岩浆矿床的成矿专属性，归根结底是由母岩体的化学性质决定的，故本文旨在研究岩石化学特征的基础上，阐述延边地区基性-超基性岩的成矿专属性，以资找矿与科研工作参考。

2 区域地质背景

延边地区在大地构造上位于阴山-天山东西复杂构造带与长白山新华夏系隆起带交接处东部的北侧。

区内出露的地层有巨厚的太古界、元古界变质岩系;古生界主要为海陆交替相沉积，下部为前石炭纪变质岩系，上部为石炭二叠系;中、新生界为陆相堆积和火山岩系。

吕梁期、海西晚期及燕山期等侵入岩发育。吕梁期有超基性岩浆的侵入活动，主要侵位于东西向构造带中的太古界内。已知有两个岩群，约计二十余个岩体，其规模一般不大，均属铁质超基性岩类，具有磁铁矿及铂族元素矿化。海西晚期侵入活动分为3个侵入阶段:第一阶段侵入的中性、基性-超基性岩系，以小型岩体为多，主要产于山字型构造及华夏系与东西构造带的复合部位，是本区最发育的基性-超基性岩侵入期，为镁质超基性岩及铁质基性-超基性岩等，赋存有铬铁矿及硫化铜镍矿床;第二阶段是规模较大的中酸性侵入岩，以大型岩基形式产出;第三阶段为小规模中酸性脉岩的侵入。燕山期岩浆旋回，是本区波及最广的一次岩浆活动，第一阶段侵入的是小规模的中性-基性岩，其中基性岩主要产于华夏系与东西构造带、山字型和弧形构造的复合处，属偏碱性的富铁质中基性岩类，具磷灰石及钒钛磁铁矿矿化;第二阶段侵入的为弱碱性的钾长花岗岩，白岗质花岗岩、白岗岩及花岗斑岩，呈岩基状侵入于中—下侏罗统火山岩及古生界内。

区内各种构造形迹均有发育，可划分为纬向构造带、延边山字型构造(下称山字型构造)、沙河掌与明月镇弧型构造带、华夏系构造带、汪清经向构造带、新华夏系与华夏式构造带等。与成矿关系密切的是山字型与纬向构造带。

纬向构造带系阴山东西复杂构造带东延部分，由于受山字型构造的影响，略呈向南突出的弧型，即白金以西为北西西向，以东为北东东向，有官地———荏田、沙金沟———福兴、石人沟———海沟、西北岔———新合屯等岩群的侵位受该构造体系控制。

山字型构造分布广阔、展观完整，堪为本区纲要性构造，西翼起自敦化六棵松向东南经安图神仙洞、和龙獐项转向南东东，至福洞、白金一带近东西向的褶皱带构成弧顶。东翼由白金向北东方向经延吉开山屯、珲春北部的仁河洞，直至杜荒子地区。脊柱由发育在汪清百草沟一带的压性断裂带组成，长35km，宽50km。延吉盆地为马蹄型盾地，面积达1500km²。山字型构造控制了六棵松、长仁-獐项、开山屯及仁河洞等含铬镍的岩体群的产出，本区已知与基-超基性有关的铬铁矿与硫化铜镍矿床几乎均产于该构造体系内。

华夏系构造、北东向华夏系构造主要发育在安图两江—汪清白石砬子一带，它控制了南城子、青林子-宣羊砬子、西北岔新合屯等基-超基性岩体群。这些岩体群特点是偏碱性的富铁质的基性岩类，含矿专属性明显，几乎都含有磷灰石及钒钛磁铁矿矿化。

3 岩体类型及其特征

作者按岩体的岩相组合、岩石中矿物共生组合、岩石化学特征、岩体的含矿性及岩体产出条件等诸因素，将区内一百四十余个基性-超基性岩体分别划分为以下几种类型。

(1)纯橄岩-斜方辉橄岩型岩体:只见于开山屯地区，是区内已知唯一含铬铁矿的超基性岩体。岩相变化小，岩体分异不佳，含MgO>35%，属镁质超基性岩，可进一步分为纯橄岩与纯橄岩-斜方辉石橄榄岩两个岩相。

(2)斜方辉石橄榄岩型岩体:见于官地—荏田与沙金沟—福兴一带，是以斜方辉石橄橄岩为主的复式岩体。岩体强烈蚀变。除了含有Fe，Ti及Ni，Cu，Co外，尚有铂、钯，其含量在0.01～0.19g/t，最高达0.5g/t，含Cr₂O₃0.62%。岩体规模小，分异不好，m/f值在3.56～4.33之间，不利于铬矿生成。

(3)二辉橄榄岩型岩体:主要分布在长仁—獐项一带，共二十余个岩体，一般都具有铜镍矿化现象，已探明大、小型矿床各一处。工业矿体主要产在斜长二辉橄榄岩相及岩体边缘的辉长岩质混染岩相中。岩体规模小，形态复杂，产状变化大，多系由斜长二辉橄榄岩与橄榄二辉岩组成的复式岩体。m/f值变化在3.5～5.3之间，属铁质超基性岩。

在围岩与岩浆的同化-混染过程中，Mg，Fe⁺⁺与(OH)^－1离子带出，Si⁴⁺，Al³⁺，Ca²⁺与K¹⁺离子带入，这种作用有利于岩浆的熔离和镍的富集作用，可形成混染-熔离矿体。

(4)辉石-辉长岩型岩体:产于延边西部安图、敦化地区。该类岩体一般规模较大，岩石类型复杂、岩相变化大，多呈单斜状，侵位于上古生界地层中，尚未见工业矿化。

(5)闪长-辉长岩型岩体:这类岩体的共同特点是钒钛磁铁矿化普遍发育，如南城子、青林、宣羊砬子等岩体均较典型。岩相以辉长岩为主，闪长岩次之，是寻找P，V，Ti，Fe有望岩体。

4 岩石化学特征

实践表明，与基性-超基性岩有关的铬、镍、钒钛等正岩浆矿床同母岩侵入体的岩石化学成分有密切关系。本文计算、整理与分析了178个分布在十余个岩体群、几十个岩体上的岩石全分析资料，按岩体群及岩石类型分别论述了岩体的岩石化学类型，平均成分以及其他岩石化学特征，以作岩体含矿性研究的基础。

4.1 岩体的岩石化学类型

按A·H·Заварицкий(1950)的岩石化学分类，把延边主要岩体的岩石化学类型按查氏派生参数Q与a/c示于图1上。

图 1 延边含矿基-超基性岩的岩石化学类型

图1 表明，开山屯含铬纯橄榄岩-斜辉橄榄岩型岩体群主要分布在Ⅵ类、a/c =0. 5 ～ 5 左右的二十二与二十三族岩石类型内，例外者极少。长仁-柳水坪含镍二辉橄榄岩型岩体群岩石的分布较分散，可以想见，除岩相结晶分异变化外，与岩体的同化混染作用、热液蚀变作用等有一定关系。但总的看来，主要集中于V-Ⅵ类a∶c=0.1～2之间，而且在a∶c=0.1～0.3和a∶c=0.5～0.8之间有两条纵向散点密集带，其Q值变化在－10～－26之间，这样一来，含Cr与含Ni岩体在Q与a/c值方面的变化恰好相反，即开山屯含铬岩体Q值变化范围小，a/c变化范围大;而长仁-獐项含镍岩体则Q值变化大，a/c值相对变化范围小。含钛的南城子-胜利林场辉长岩型与和平营子-青林-宣羊砬子辉长-闪长岩型岩体群的岩石类型分布较为分散，表明这些岩体成因复杂，成分变化大。但有两个突出特点，一是Q值高，90%的岩石的Q值在－6以上，其中+Q占1/2左右;二是a∶c值变化在0.2～1.7之间，并主要集中在0.9～1.7之间(占70%以上)。此外，个别岩石落在富碱的十二族区内，该类岩石含P，Ti，V较高。

图2 延边基-超基性岩m/f比值变化范围(岩体群名称同表1)

按m/f值(吴利仁，1963)的分类见图2。应当指出的是开山屯含铬超基性岩体群的m/f值均>6.5，即属于镁质超基性岩。长仁-獐项含镍二辉橄榄岩体群的m/f值变化在2～6.5之间，但主要集中在4～6之间，均属铁质超基性岩。至于含P，Ti的一些岩体的m/f值变化在0.1～3之间，属铁质基性岩类。其中m/f值<0.5偏碱性富铁质基性岩含P，Ti较好。

4.2 岩体的平均化学成分

鉴于岩体的平均化学成分不仅用以岩石对比、确定岩石类型，甚至可以反映区域或地段的地球化学场或背景值，特别是直接与岩体含矿性有密切关系。所以，将所获得的岩石化学分析资料，按一定原则、用一定方法进行了计算，分别求得本区基性、超基性岩体群的平均成分和不同岩石类型的平均成分以及基性、超基性岩的总的平均成分。

以加权法计算得的岩群的平均成分列表1中。按岩相及其所占面积比率不同，计算的基性、超基性岩的总平均成分列入表2中。按此平均成分，分别计算了基性、超基性岩元素的重量与原子百分含量平均值列入表3中。同时，为反映延边地区基-超基性岩的地球化学场，采用了岩石的组合量式，算出了造岩与造矿元素间的定量关系如下:

超基性岩

傅德彬地质学论文选集

表1 延边基性-起基性岩群的平均化学成分

1-1 为官地在田岩群; 1-2 为沙金沟福兴岩群; 11-1 为开山屯岩群; 11-2 为长仁猪项岩群; 11-3 为仁河洞岩群; 11-4 为六棵松岩群; 11-5 为土山子广德岩群，皿1 为烟筒硅子五道沟岩群; N-l 为和平营子宣羊硅子岩群; N-2 为南城子岩群; N-3 为石人沟海沟岩群; N-4 为西北岔新合屯岩群; N-5 为苇子沟岩群。

表2 延边基性与超基性岩的平均成分

*岩群名称同表10

表3 延边基性与超基性岩化学元素平均含量

基性岩Si₂₂

傅德彬地质学论文选集

4.3主要岩石化学特征

众所周知，所谓成矿专属性，即由于不同深度的地幔成分不同，形成原始熔浆的温度不一，尤其经过各种分异作用，导致不同组分的岩浆含有不同的矿产。对于铬、镍、钒、钛、铂等正岩浆矿床来说，在其成矿专属性诸因素中尤以化学成分的专属性最为重要。基此原因，根据作者迄今已有资料所及，对延边地区基-超基性岩最主要的岩石化学特征论述如下:

如上所述，延边地区基-超基性岩按m/f比值分为镁质、铁质超基性岩和铁质、富铁质基性岩。此外，基于该区的实际情况，作者划分出了镁质基性岩，即m/f>2。矿物组合为辉长岩的岩石，在吴利仁(1963年)^［1］的分类中没有这类岩石的位置，笔者建议增加这一岩石化学类型。

前以叙及，超基性岩中镁质者除主要的镁橄榄石或贵橄榄石外，于辉石中斜方晶系者占绝对优势，而单斜辉石含量甚微，常常含有铬铁矿;铁质者，除贵橄榄石外，单斜与斜方辉石二者兼而有之，构成橄榄二辉岩或二辉橄榄岩。其中所含硫化铜镍矿较好者，显然以含斜方辉石为主，单斜辉石为次。否则，铜镍矿化不佳，磁铁矿化多有出现。同时，其分异的基性岩多为镁质的。

单一的基性岩体，绝大多数是偏铁质的镁质基性岩;镁质基性岩一般分异不佳，常为辉长岩、辉长-辉绿岩、辉长-闪长岩等类型岩体。无论是镁质或铁质的基性岩中迄今尚未发现较好的硫化铜镍矿化。而在富铁质的基性岩中常含有钒钛磁铁矿及磷灰石矿化，特别是偏碱性者尤其如此。

从岩石的Q值与m/f值相关图(图3)可以明显看出，大约以m/f=2为界，右边的镁质基性、超基性岩及铁质与富铁质超基性岩。随着m/f值的增加，Q值仅变化在－12～－22之间，即减少的很少。左边的铁质和富铁质基性岩则随m/f值的升高，Q值剧降，由+6降低到－12左右，显然，左、右两部分变化速率不一。

图 3 Q 值与 m/f 值间的相互关系

在XYZ重心三角图解(图4)上，有4个突出特点:①无论是镁质抑或铁质超基性岩，其标准矿物橄榄石的含量几乎均在40%以上。②其中镁质超基性岩含单斜辉石标准矿物<10%，故主要分布在橄榄石与斜方辉石二元系内。③铁质超基性岩，当含标准橄榄石60%以上时，斜方辉石含量可达30%;小于60%时，则斜方辉石含量<5%。④富铁质超基性岩中几乎不含斜方辉石，主要分布在橄榄石-单斜辉石二元系内。

图 4 延边各类超基性岩硅酸盐相的标准暗色矿物组分

各类岩石中Al，Ca，Na，K，Ti的原子数随m/f值的增加而降低的规律十分明显。其中分为两种情况，一是Al的变化稳定，在各类岩石均以相似的速率随m/f值增加而下降(图5(a));另一是Ca，Na，K和Ti，它们的变化共性是以m/f值≈2(或2～3)为界，m/f值<2时，Ca，Na，K，Ti随m/f值增加是急骤下降，即曲线斜率大;当m/f值>2时，随m/f值的增加，Na，Ca，K，Ti则缓慢下降，即斜率变小。以Ca为例见图5(b)。

图5 延边基-超基性岩Al与m/f值及Ca与m/f值的相关图

Cr与Ni在各类岩石中随m/f值的增加而增加，呈正消长关系。这表明Cr主要赋存于镁质超基性岩中;Ni与Mg呈类质同象形式存在，故愈富镁的超基性岩中NiSiO₃含量愈高(图6)。

图6 延边基-超基性岩中Cr₂O₅接m/f值与NiO接m/f值分配情况

5 岩石化学特征与成矿专属性的关系

综上所述，延边地区镁质超基性岩含铬铁矿，铁质超基性岩(特别是m/f值>4时)含硫化铜镍矿床，偏碱性富铁质基性岩中钒钛及磷矿化较好。这些事实再次表明，按m/f值划分的不同类型的岩石，其化学成分与成矿作用机制不同会导致含矿性的差异。为了找矿，阐明这些不同和差异的原因，探索含矿性与岩石成分的内在联系十分必要，势在必行。

当地幔局部熔融时，出于产生原始熔浆的深度、温度、压力的不同，以及局部熔融区的热力条件和物质成分的不同、而产生了不同成分的原始熔浆。按A·П·Лихачев等人^{［3］［4］}的研究，把自然界中已知的基性-超基性系列的岩浆，按其形成温度及成分分为3种类型:高温无硫化物岩浆、含硫化物的中温岩浆及不含硫化物或含硫化物极少的低温岩浆。高温岩浆含MgO>30%(重量)，为主要含硅酸镍、铬铁矿岩Pt族的镁质岩浆;中温岩浆含MgO=8%～30%(重量)，是以含金属硫化物为主的铁质岩浆;低温岩浆含MgO≤8%(重量)，是主要含V-Ti-P矿产的钙铁质岩浆。这些岩浆形成机理示于图7。

图 7 基性-超基性岩浆熔化略图( 按 А. ЛИХАЧЕВ、1978)

由上所述，不同类型或成分的岩浆含有不同矿产。至于矿化富集程度及规模，除了与含矿原始岩浆的矿化程度有关外，尚决定于成矿过程中若干其他因素，诸如深渊液态熔离作用发育程度，就地结晶分异作用好坏等。同一类型含矿岩浆一次或多次地侵入岩浆房，由于熔离作用、结晶分异作用以及同化-混染作用等因素的差别，矿化部位与富集程度往往不同，这种差异通常受含矿岩浆成分的制约。

众所周知，同 V，Ti 一样，Cr 亦为亲石元素。诚然，当硫化物熔融体同硅酸盐分离时，Cr 自然归宿于硅酸盐岩浆中，又因离子半径 Cr ( 0. 64) 、V ( 0. 65) 、Fe ( 0. 67)及Ti ( 0. 69) 皆小，故 Cr 不富集于早期矿物类质同象系列中。例如，本区开山屯岩体，铬富集于晶出较橄榄石晚的造矿尖晶石中即为佐证。尽管如此，由于尖晶石类矿物属于共价键和离子键化合物，氧的极化程度高，加之铬铁矿的晶格能 ( 4. 6 × 103) 与橄榄石( 4. 2 × 103) 、辉石 ( 4. 1 × 103) 的晶格能相近，故这些组分在高温阶段常相共存。此即铬与镁质超基性岩有关的内在联系。

需要指出，Cr3 +是不易呈类质同象混入物形式寄存在橄榄石晶格中的。因为类质同象混入物形式存在于超基性岩早期晶体中的铬，除了以六次配位形成独立矿物尖晶石分布在纯橄榄岩和斜辉橄榄岩中外，尚以四次配位置换硅酸盐矿物(主要是辉石类)中的Al³⁺、Fe³⁺而存在副成分尖晶石及辉石等载体矿物中。这显然是因为辉石类矿物中的Al³⁺可以相当大的数量类质同象置换晶体结构中四次配位的Si⁴⁺。正电荷的减少需要通过Cr³⁺置换Mg²⁺与Fe²⁺而得到补偿，从而进入辉石，特别是单斜辉石内。所以，随橄榄石固相从岩浆熔体中不断析出，残浆熔体内铬逐渐富集，因而在橄榄石晶析出末期，当铬达到形成独立矿物所必需的浓度时，铬以铬铁矿形式大量析出，形成矿床。

区内开山屯镁质超基性岩中同生分异铬铁矿体的下述特征是上述论点的有利证据。

(1)矿体多呈囊状、巢状、似脉状等分布于纯橄榄岩体中，母岩与矿体间为渐变过渡关系。

(2)造矿镁质富铬尖晶石分布于橄榄岩集晶的间隙内，呈半自形—他形粒状结构，浸染状及条带状构造。

(3)含矿的纯橄岩的m/f值较非含矿的岩石低。矿化带的m/f值平均为7.9，两侧围岩一般大于8.6。

(4)含矿纯橄岩中富铝，一般Al₂O₃在10.19%～27.38%区间。

20世纪60年代初，作者通过对长仁-獐项岩体群中№.6岩体的解剖，查明镍有两种赋有状态。一种是镍等价置换镁与铁呈类质同象混入物形式存在;另一种是呈硫化物形式存在。而且研究表明，镍在超基性岩浆早期结晶的矿物中的含量，是按照橄榄石-斜方辉石-单斜辉石的序列，即晶格能与极化程度降低，矿物单位晶胞体积增大的序列，随着温度的降低和铁镁含量的减少而降低。

同时，化学分析表明，于岩浆早期结晶阶段，在fo₂不高的条件下形成的少量硫化物中Ni²⁺尚等价置换Fe²⁺，而赋存在黄铁矿［(Cu0.008Ni0.006Fe)S₂］和［(Cu0.002Ni0.33Fe7)S₈］中。但是，无论是№.6岩体抑或长仁№.11岩体，有实际经济价值的镍矿体，主要是含硫化物硅酸盐矿浆与纯硫化物矿浆后期沿岩体边部接触带或岩体中的破碎裂隙贯入成因的。它们的形成与硫的富集和过饱和有密切关系。

上述表明，镁与硫控制着镍的分散与集中。当高温(1500－1100℃)时，fo₂高，硫的作用不强，而NiO的热效应又远高于NiS，硫显示了亲石性，加以Ni²⁺与Mg²⁺离子半径(0.78)相等，与Fe²⁺(0.83)相近，故常进入镁含量高的橄榄石及辉石等矿物格架内。但钙多镁少时，因Ni²⁺不能代替Ca⁺⁺(1.08)进入晶格，而在岩浆中累积，有利于硫化物从岩浆中熔离出来形成矿床。看来如果镁过多(<25%～30%)会使镍分散，不利于成矿，故镁质基-超基性岩不含硫化物镍矿。

当硫化物与硅酸盐熔体于深部分离时，显因Ni²⁺的外层电子构造(3d⁸4S²)之故使其进入硫化物相。同时，因Mg²⁺具稀有气体型电子层，故在分离时进入硅酸盐相中，以至成为深成矿浆贯入成因硫化铜镍矿床的基础。

吴利仁(1963)^［1］曾指出:“镍的亲硫性只在熔体或熔液中硫及铁的浓度增加时才显示出来”。即是说，随着岩浆的演化，当含镁硅酸盐矿物大量晶出，Fe，S相对富集时，Ni更利于硫化就地熔离成矿。不过，作者认为这种成因矿床一般经济价值不大，多为贫矿，至少我国的矿床实例如此。

总之，可以得出这样的结论，若岩浆高温富镁(MgO>30%)、乏硫、镍则以硅酸盐(NiSiO₃)形式分散，不利于成矿;中温铁质超基性岩浆中的镍，当有硫存在时，易于形成硫化物矿床。但必须指出，若此时岩浆Al₂O₃，CaO，SiO₂含量过高也不利于成矿。辉长岩、闪长岩中缺乏同生硫化铜镍矿床即其例证。当然，后生矿体该当别论。

关于钛，根据氧化电位理论Ti⁴⁺只能存在于氧化电位较强的环境中，或存在于K⁺，Na⁺，Fe³⁺等相对富集的环境内。这就决定了钒钛磁铁矿或钛磁铁矿、钛铁矿与偏碱性富铁质基性辉长岩或辉长-辉绿岩、富铁质超基性辉石岩有关。区内青林子钒钛磁铁矿即为此例。

表4 含不同矿产岩体的岩石化学扎氏值范围

6 含矿岩体的岩石化学规律

综上所述，对铬、镍、钒钛等正岩浆矿床而言，在其成矿专属性诸因素中，尤以岩石化学成分的专属性最为重要。简言之，不同成分的岩浆含有不同的矿产。兹将含不同矿产的岩石化学规律(扎氏值的变化域)总结在表4中，以资在找矿及岩体评价工作中参考。

对表4尚需作以下说明:

(1)对含铬岩体，除表4所列扎氏值外，原始熔浆中少钙、低铝、贫硅、富铁对成矿有利，按Й·A·马拉霍夫资料，铬尖晶石>1%，其中Cr₂O₃>0.4%时，对成矿较有利，此外，Al₂O₃/Cr₂O₃=1.15～3.83(个别到45);MgO/MgO+TFe+MnO<1;RO″/SiO₂=1～2;H₂O⁺/SiO₂<1.2者有利于含铬矿。

(2)对于含镍岩体，b与m'偏大，a/c与n，t值偏小对成矿有利。

(3)对于含钛岩体，a，s，f'，φ，t与a/c愈接近上限，c，b，m'，c'，n，Q，m/f愈接近下限对成矿愈有利，尤以 c 值高，m/f 值低最为特征。

主要参考文献

［1］ 吴利仁 . 论中国基性岩、超基性岩成矿专属性 . 地质科学，1963 ( 1)

［2］ Tyrrell G W. The principles of petrology，1929

［3］ Лихачев A П. о природе магматических месторождений советская геология，1973 ( 9)

［4］ Γодлевский М Н，Лихачев А П. Экспериментальные и Физикохимические данные о Формировании медно—Никелевых месторождений， в книге: Проьлемы петрололии в связи с сулъфидным медноникелевымрудооьразоъанием，Изд· “Наука”.