河南鹤壁地区地幔捕虏体中铁质小球特征及其成因探讨_侯广顺.pdf

第 42 卷第 2 期2023 年 3 月Vol.42No.2Mar.2023JOURNAL OF HENAN POLYTECHNIC UNIVERSITY（NATURAL SCIENCE）河南理工大学学报（自然科学版）河南鹤壁地区地幔捕虏体中铁质小球特征及其成因探讨侯广顺1，2，张艳林1，姜江1，闫鑫洁1，齐永安1，向世红2，李英杰3（1.河南理工大学 资源环境学院，河南 焦作 454000；2.河南省有色金属地质勘查总院，河南 郑州 450052；3.河南理工大学 化学化工学院，河南 焦作 454000）摘要：为探究地幔捕虏体中铁质小球特征和成因，以河南鹤壁地区蒋家顶金伯利岩携带的橄榄岩捕虏体中铁质小球为研究对象，对小球进行体式显微镜照相、扫描电镜表面形态照相和化学成分能谱分析。结果表明：小球呈圆球形，直径 0.51 mm，部分小球带有乳状突起；小球成分以铁质为主，根据 Fe质量分数大致可分为低 Fe小球和高 Fe小球两组；随着小球中 Fe质量分数升高，Al，Si，Ca，Ti等亲石元素质量分数逐渐减少，O质量分数随 Fe质量分数变化关系不明显；低 Fe小球中 Mg质量分数随 Fe质量分数升高逐渐增加，高铁小球中 Mg质量分数随 Fe质量分数升高逐渐减少；根据铁质小球来源、形态和成分特征，推测小球为捕虏体中辉石绝热减压少量熔融的产物。小球记录了地幔捕虏体随金伯利岩侵位至近地表发生的减压熔融快速冷凝的短暂地质过程，对研究地幔非平衡熔融和初始岩浆的化学成分等基础地质问题具有重要意义。关键词：鹤壁地区；金伯利岩；地幔捕虏体；铁质小球；减压熔融中图分类号：P588.1文献标志码：A文章编号：1673-9787（2023）2-49-6Characters and genesis discussion on ferric small-balls in mantle xenoliths from Hebi kimberliteHOU Guangshun1，2，ZHANG Yanlin1，JIANG Jiang1，YAN Xinjie1，QI Yongan1，XIANG Shihong2，LI Yingjie3（1.Institute of Resources&Environment，Henan Polytechnic University，Jiaozuo 454000，Henan，China；2.General Institute of Non-ferrous Metals Geological Exploration，Zhengzhou 450052，Henan，China；3.College of Chemistry and Chemical Engineering，Henan Polytechnic University，Jiaozuo 454000，Henan，China）Abstract：In order to study the character and genesis of iron-rich small-balls in mantle xenoliths，the small-balls found in the peridotite xenoliths from Jiangjiading kimberlite in Heibi region was studied.The small-balls stereomicroscope photos，scanning electron microscope surface morphology photos，and the chemical compositions energy spectrum analysis were taken.The results showed that，these small-balls were sphere in shape with diameter sizes of 0.5 mm to 1 mm，and some small balls had milky bulge.The composition of 侯广顺，张艳林，姜江，等.河南鹤壁地区地幔捕虏体中铁质小球特征及其成因探讨 J.河南理工大学学报（自然科学版），2023，42（2）：49-54.doi：10.16186/ki.1673-9787.2020120094HOU G S，ZHANG Y L，JIANG J，et al.Characters and genesis discussion on ferric small-balls in mantle xenoliths from Hebi kimberlite J.Journal of Henan Polytechnic University（Natural Science），2023，42（2）：49-54.doi：10.16186/ki.1673-9787.2020120094收稿日期：2020-12-28；修回日期：2021-04-12基金项目：国家自然科学基金资助项目（41773024，21507145）；河南省科技厅 2017年科技攻关项目（172102210331）第一作者简介：侯广顺（1978），男，河南新乡人，博士，教授，主要从事岩石地球化学方面的教学和研究工作。Email：O S I D2023 年第 42 卷河南理工大学学报（自然科学版）the small balls was mainly iron.According to the iron content，they could be roughly classified into two groups：low iron content group and high iron content group.With the increase of iron content in different samples，the lithosphere elements Al，Si，Ca，and Ti content were accordingly decreased.The O content was independent on the Fe content.In the low iron content group，the Mg content was positive correlation with that of Fe；While in the high iron content group，their correlation became negative.According to the source，shape and chemical characters of the small-balls，it was inferred that the small-balls were formed by partial of melt of pyroxene in mantle xenolith through thermal isolation and decompression forms when erupting to surface.These small-balls recorded this rapid and transient geological process.This was significant for us to understand the mantle partial non-equilibrium melt process and the primary magma composition.Key words：Hebi region；kimberlite；mantle xenolith；ferric small-ball；decompression melting0引言熔离小球是一种罕见的来自于金伯利岩的深源样品，国内仅有两篇文献报道1-2，国外也鲜有报道3，其研究极为薄弱。赵磊等1首次报道了从山东胜利一号金伯利岩管人工重砂样品中分选出的多粒球状体，其中一粒为含硅碳自然铁球体，由于该粒球体成分与地核相似，推测其可能为核幔分异产物。路凤香等2报道了从我国山东蒙阴、辽宁复县和铁岭等金伯利岩人工重砂中分选出的小球，根据其形态和成分特征，将其划分为高铁钛小球、硫铁镍小球和浅色硅铝质小球 3类，并认为小球是金伯利岩浆熔离作用产物。从前人报道看，此类小球均从金伯利岩人工重砂中分选而出。研究表明，金伯利岩为含有幔源矿物和熔浆冷凝结晶物的混合物，往往还携带有地幔捕虏体4。因此，小球来自于金伯利岩浆还是地幔捕虏体对其成因解释至关重要。赵磊等1根据 Fe 质量分数超高认为小球是核幔分异产物，为超深来源。而路凤香等2认为小球为金伯利岩浆不混融的结果，是浅部低压状态产物，故称熔离小球。由于样品稀少，此类小球研究非常薄弱，其成因机理也无从定论。除金伯利岩中存在小球外，LIU J J 等5在我国四川卡林型金矿中也发现了铁质小球，并认为这些小球由宇宙尘埃形成。球粒陨石证据表明，小行星形成过程中星胚碰撞汇聚升温并迅速冷却可形成大量球粒。因此，小球在不同极端地质和天体过程中均有出现。探讨其成因具有重要的理论价值。河南鹤壁地区沿太行山东麓深大断裂带有多处金伯利岩席出露点，这些金伯利岩席携带有大量的地幔橄榄岩捕虏体6。笔者从橄榄岩捕虏体的人工重砂中首次分选出数粒小球颗粒。与文献1-2 相比，此次获得的小球来源非常明确。通过分析这些小球的形态和成分特征，探讨其可能的成因机理。1区域地质概况河南鹤壁地区位于太行山构造带上6，东侧以太行山深断裂为界限，紧接华北坳陷区，西侧为太行山隆起，与鄂尔多斯地块相邻（图 1）。区内出露地层主要为奥陶系石灰岩、泥质灰岩、白云质灰岩和页岩。地层产状较平缓，多以单斜岩层产出。区域内断裂构造较发育，有北北东向，北西西向等多组小断层。北北东向为断裂的主构造方向，金伯利岩的分布也主要受北北东向断裂控制。鹤壁地区现已发现 76个金伯利岩露头点，主要分布在化象村、蒋家顶村、土门村和大河涧村等地点6-7。蒋家顶村金伯利岩以岩席形式侵入于奥陶系马家沟组白云质灰岩与页岩之间，岩席厚 34 m。金伯利岩强烈蚀变，呈灰绿色，具斑状结构，斑晶为金云母、橄榄石和辉石等。绝大部分橄榄石已蚀变为蛇纹石、滑石和绿泥石等矿物，辉石蚀变为绿泥石和滑石，金云母蚀变为蛇纹石、水云母和绿泥石等。金伯利岩基质中的原生矿物均已难以辨认。2样品来源及处理方法地幔捕虏体样品采自鹤壁地区姬家山镇蒋家顶 村 金 伯 利 岩 露 头 点（图 2），地 理 坐 标 为 3558 10.37 N，11404 43.05 E。蒋家顶金伯利岩中携带有大量二辉橄榄岩捕虏体，捕虏体呈椭球状，大小一般为 210 cm，少数可达 40 cm。二辉橄榄岩捕虏体强烈风化，绝大多数橄榄石已蚀变50第 2 期侯广顺，等：河南鹤壁地区地幔捕虏体中铁质小球特征及其成因探讨为蛇纹石和滑石类矿物，但仍有少量橄榄石残留，辉石矿物很少残留。捕虏体外部为蚀变矿物构成的外壳，呈灰绿、黄绿色（图 3）。从蒋家顶金伯利岩的地幔捕虏体中分选出铁质小球。为避免金伯利岩对捕虏体造成混染，剥离捕虏体外壳。将捕虏体通过破碎、筛选、淘洗、跳汰等步骤，得到人工重砂矿物，再在体式镜下挑选出地幔重砂矿物。笔者在同一捕虏体样品重砂矿物中发现了熔离小球，熔离小球与镁铝榴石、橄榄石和辉石等重砂矿物伴生。首先对小球进行体式显微镜照相，然后用FEI Quanta 250 FEG-SEM 对小球进行表面形态照相和化学成分能谱分析。测试工作在河南理工大学生物遗迹与成矿重点实验室完成。3样品形态特征3.1体式显微镜下小球形态特征挑选部分小球在体式显微镜下进行照相（图4），由图 4 可知，小球呈圆球形，大小不均匀，圆球粒径 0.51.0 mm。部分小球表面有小凹坑，可能由后期冷凝时体积收缩导致。大多数小球呈灰黑色至黑色，表面新鲜；部分熔离小球