陜西省商南縣松樹溝鉻礦
(1)概述
松樹溝鉻礦位於陜西省商南縣富水鎮以北10公裏處，xi市以西261公裏處。地理坐標:東經110 56' 00”，北緯33° 30 ' 00”。
1957，陜西省地質局地質測量隊發現巖體，同年冶金部西北冶金地質勘探公司第三地質隊發現鉻礦，在1963 ~ 1967作出初步評價，並組織冶金系統7個單位在1965打鉻礦，提交陜西商南縣松樹溝鉻礦地質總結。期間鉆井施工111822m，掩體勘探19956m，淺井246m，探槽364800m(姚培輝等，1996)。1970至1977，第三地質隊返回松樹溝，在巖體西部開展深部找礦工作，並提交總結報告。1990至1992，西北地質調查局對低品位鉻礦進行了地質研究，重新估算了儲量。從1966起，沈陽鋁鎂設計院和蘭州冶金有限公司累計生產鉻精礦為654.38+0.68萬噸。鎂橄欖石砂廠成立於1984，年產各類橄欖石砂3萬噸。
(2)礦床地質特征
1.區域地質背景
松樹溝鉻礦位於北秦嶺造山帶南緣商丹蛇綠混雜巖帶中。出露地層主要為秦嶺群和松樹溝群，出露巖石主要為新元古代二長花崗巖、輝長巖、閃長巖、花崗閃長巖和二長花崗巖。該斷裂屬於商丹構造帶。含礦巖石為晉寧超基性巖，屬於南秦嶺Au-p B- Zn-Fe-Hg-s B- RM-REE-ⅴ-青石棉-重晶石ⅲ成礦帶(ⅲ-66B)和王佳禾-豐背河金礦成礦亞帶(ⅴ-66b-4)(徐誌剛等，2008)。
2.松樹溝超基性巖體的地質特征
(1)巖石形狀和產狀
松樹溝超基性巖由數百個大小不壹的橄欖巖透鏡體組成，呈透鏡狀包裹在基性巖中。超基性巖主要由細粒橄欖巖糜棱巖和中粗粒橄欖巖組成，二者均以純橄欖巖為主，含少量輝長巖。基性巖主要由角閃石、石榴石角閃石和角閃石組成，含少量透鏡狀大理巖。近年來，有學者認為巖體經歷了約1000Ma的榴輝巖、榴輝巖至角閃巖的退變質作用和約485Ma的另壹次高壓碰撞事件(楊景穗，2002)，因此松樹溝巖體的時代存在爭議。
松樹溝巖體是秦嶺造山帶中最大的基性-超基性巖體，也是唯壹有鉻礦的巖體。巖體位於商南縣城東北約20公裏的松樹溝壹帶，向東延伸至河南省楊歧溝，向西至商南泥鰍坑，呈北西向分布。巖體表面平坦，呈透鏡狀(紡錘形)。巖體走向310 ~ 320，地表多傾向南方，傾角50 ~ 80，南側界面轉向北方。基性-超基性巖以韌性剪切帶為界，呈透鏡狀拼接在商丹斷裂北側的秦嶺雜巖或夏河群中，由高壓基性麻粒巖、長英質高壓麻粒巖和高壓不純大理巖組成。地表調查和鉆探資料表明，巖體傾向於向深部靠攏，為“向斜”。據推測，巖體形狀很可能是透鏡狀的，是壹種“無根”的構造巖片，由於侵蝕而呈圓錐形(圖3-55)。
(2)巖石類型和巖相分帶。
松樹溝超鎂鐵質巖體的主要巖石類型有:純橄巖、斜長橄欖巖、單輝橄欖巖和閃長巖。從體積上看，純橄欖巖占絕對優勢。礦石類型有浸染狀、塊狀、層狀或條帶狀、豆莢狀或透鏡狀四種，主要由不同比例的鉻尖晶石和橄欖石組成。
根據松樹溝超鎂鐵質巖體主要巖石類型的分布特征和巖石組合特征，將其劃分為三個巖相帶。這三個帶呈帶狀對稱分布，可能代表垂直巖層。從裏到外，是:
圖3-55北秦嶺商南-松樹溝地區地質示意圖
(李奔等人，2010)
ⅰ(含輝綠巖帶)純橄欖巖相帶(Pt3s1)
巖相帶分布在巖體中部，占巖體面積的60% ~ 65%，平均寬度0.75km，主要由純橄欖巖組成，中部含少量中粗純橄欖巖體，呈透鏡狀或脈狀分布，大小不等，與巖體走向基本壹致，與純橄欖巖有漸變關系。巖石中有許多細小的輝綠巖條帶，寬1 ~ 4厘米，長幾十厘米至幾米。條帶的產狀與巖體的產狀和內部葉理基本壹致，與圍巖邊界清晰，總含量約為3% ~ 5%。該巖帶鉻礦礦化不發育，未發現工業礦體。從巖石的分布和與其他巖相帶的關系來看，這條巖相帶形成最早。
ⅱ閃長巖-閃長巖巖相帶(Pt3s2)
第二巖相帶斷續分布於第壹巖相帶兩側，出露寬度10 ~ 50m，出露面積占巖體總面積的5% ~ 10%。主要由透輝石、透輝石和純橄巖組成，呈脈群帶分布。其產狀與巖體的產狀和內部葉理壹致，除了巖體的南部和nave溝的西部外，其分布相對穩定。純橄欖巖產於透輝石或透輝石中捕虜體的圍巖中，表明該巖相帶在三個巖相帶中形成最晚。巖相帶與兩側巖相帶(ⅰ、ⅲ)呈漸變或突變的接觸關系，邊界清晰，鉻礦化極不發育。
ⅲ純橄欖巖-斜長石橄欖巖(鉻鐵礦)巖相帶(Pt3s3)
ⅲ巖相帶分布在巖體的南北邊緣，寬約0.2 ~ 0.35 km，占巖體總面積的30%。純橄欖巖和純橄欖巖糜棱巖構成背景巖相，其中有大量中粗粒純橄欖巖、輝長巖和鉻鐵礦體。各種巖石都有逐漸過渡的關系。除背景巖石外，其他大部分巖石以不連續的透鏡狀、條帶狀和板狀分布於純橄欖巖中。巖相帶是巖體中最重要的含鉻礦層位，該區60%以上的鉻礦體產出。根據各種巖石類型的分布和接觸關系，該巖石的形成序列晚於巖相帶ⅰ。野外可見閃長巖和閃長巖侵入純橄欖巖、斜長石橄欖巖、中粗粒純橄欖巖和鉻鐵礦(巖)中，表明它們形成的時間早於第二巖相帶。
因此判斷上述巖相帶的形成順序由早至晚為巖相帶ⅰ(pt3s 1)→巖相帶ⅲ(pt3s 3)→巖相帶ⅱ(pt3s 2)。上述三個巖相帶大多具有漸變或突變的接觸關系。變形變質組構普遍發育，部分巖石殘留火成巖結構和構造。
(3)巖石的物理和化學特征
1)流體包裹體
李肅等(2005)研究了松樹溝純橄欖石巖體中橄欖石、斜方輝石和尖晶石礦物的原生巖漿包裹體。夾雜物是孤立的，伴隨結晶收縮產生的小夾雜物也分布在大夾雜物周圍。單個包裹體多呈橢圓形、管狀、不規則狀，長度和直徑通常小於< 10mm，偶有可達25 mm，包裹體內相成分復雜，常含有多個亞礦物相，主要為矽酸鹽和不透明金屬礦物相，表明這些包裹體為捕獲的熔融漿珠。電子探針分析表明，這些不透明礦物主要是橄欖石(O1)、斜方輝石(Opx)、鉻鐵礦(Chr)和磁鐵礦(Mag)。
各種巖石中包裹體的均壹溫度範圍為1250 ~ 1300℃，其初始熔融溫度普遍較高，可達1000℃，表明寄主礦物橄欖石和斜方輝石結晶於高地溫梯度的巖石圈下部。
除了上述的包裹體溫度，董雲鵬等人(1996)還發現橄欖石殘余物中同時發育了高溫位錯結構(位錯弓、位錯環、位錯壁和亞晶)和低溫位錯結構(線性自由位錯)。前者形成溫度壹般> 1000℃，後者形成溫度為600℃ ~ 900℃。
2)同位素地球化學
周定武等(1998)和李奔等(2010)對松樹溝巖體中的鉛、鍶、鈮進行了系統研究。但由於該區構造演化復雜，變質作用強烈，同位素地球化學難以解釋成礦物質來源。
A.鉛同位素
周定武等(1998)認為Pb源區具有富集地幔的特征，存在的DUPAL異常復雜，推測是DMM(虧損地幔端元)和EM(富集地幔)混合的結果。207Pb/204Pb比208Pb/204Pb更偏離NHRL(北半球參考線)，這可能是變質流體的反映。
李奔和NHRL (2010)擬合了松樹溝超鎂鐵質巖、鎂鐵質巖和鉻礦的(206Pb/204Pb)i-(207Pb/204Pb)i和(206Pb/204Pb)i-(208Pb/204Pb)i。
B.鍶和釹同位素
松樹溝橄欖巖和基性巖的Sr同位素特征見圖3-57。在(87Sr/86Sr)i-Rb/Sr圖中，大部分樣品落在1100 ~ 900 Ma海水的87Sr-86Sr比值範圍內，少數樣品同時接近地幔的87Sr-86Sr比值，反映出基性巖和超基性巖的Sr同位素受到海水的強烈汙染。
周定武等(1998)測得的Nd(t)比值在+4.2和+6.9之間，表明其來源於虧損地幔，但可能受到來自富集地幔物質的影響，導致Nd(t)值變化範圍較大。松樹溝橄欖巖和單礦物(143 Nd/144 Nd)I = 0.511498，ε nd (t) = 4.9 ~ 5.0(陳誌鴻等，2004)，基性巖(143Nd ε Nd (t) = 4.2 ~ 6.9(東等。A1 et al .，2007)，其壹致的nd同位素組成表明松樹溝地幔橄欖巖與基性巖(堆積巖系)具有相同的虧損地幔源區。
Pb、Sr和nd同位素特征表明，橄欖巖和基性巖由相同的地幔源區物質演化而來，這意味著橄欖巖和基性巖是松樹溝蛇綠巖的相同成分，鉻礦和橄欖巖也有相同的物質來源。
3)元素地球化學
A.主要元素的地球化學
董雲鵬等人(1996)發現，ⅰ型橄欖巖(中粗粒純橄欖巖和少量塊狀構造橄欖巖)比ⅱ型橄欖巖(糜棱巖橄欖巖)富含Cr2O3，在NiO-Cr2O3圖中，ⅰ型橄欖巖位於層狀超鎂鐵質堆積體範圍內，ⅱ型橄欖巖位於阿爾卑斯橄欖巖區，而方慧橄欖巖則兩者兼而有之。松樹溝鉻礦體中Fe3+/Fe2+的平均比值與圍巖蝕變純橄欖石中副礦物鉻礦的比值非常接近，表明二者的總體氧逸度是壹致的。塊狀礦體與浸染狀礦體的Fe3+/Fe2+比值有增大的趨勢，表明礦體不是在同樣的氧逸度條件下形成的(程等，1997)。在Cr #-Mg #圖(圖3-58)中，所有鉻礦均落入蛇綠巖中的鉻礦區，表明松樹溝橄欖巖產於與蛇綠巖有關的洋底環境中(李奔等，2010)。
圖3-56松樹溝橄欖巖、基性巖和鉻鐵礦的鉛同位素圖。
(據李奔等人2010)
NHRL-北半球參考線(Hart，1984)；NHRL(1074ma)的計算采用了MORB的238 u/204 Pb(μ)= 11.20和232Th/238U(κ)=2.67(白，1993)。
圖3-57松樹溝橄欖巖和基性巖的(87Sr/86Sr)i-Rb/Sr圖解。
(據李奔等人2010)
圖3-58松樹溝橄欖巖中鉻礦的Mg #-Cr #圖
(據李奔等人2010)
B.稀土元素地球化學
對松樹溝巖體中稀土元素的研究較多，如張澤軍(1989)、顏瑜(1994)、董雲鵬(1996a、1996b)、李肅(2005)、劉俊峰(2008)。①中粗純橄欖巖稀土總量高，稀土元素分布曲線右偏，輕稀土富集，dCe弱正異常；細粒純橄欖石糜棱巖和輝長巖糜棱巖中稀土元素總量相對較低(大致為標準球粒隕石含量的0.01 ~ 0.1)，稀土元素分布曲線略偏左，輕稀土元素虧損微弱，dCe異常為負。②中粗粒純橄欖巖和細粒純橄欖石糜棱巖的稀土元素組成明顯不同，表明它們具有不同的成因。前者被認為是地幔橄欖巖殘余部分熔融結晶的產物；後者是經歷多次復雜變形和部分熔融的地幔橄欖巖的殘余。
4)同位素年齡
松樹溝巖體的同位素年齡測試很多。根據其地質過程，大致可分為以下幾個階段:
A.蛇綠巖形成的時代
松樹溝鉻礦的形成時代與中粗粒純橄欖巖壹致。董雲鵬等人(1997)測得基性巖的Sm-Nd等時線年齡為1030±46Ma，代表蛇綠巖的形成時代。Sm-Nd模式年齡為1271 ~ 1440 Ma，代表玄武質巖漿脫離地幔的時間。
B.俯沖後蛇綠巖塊的就位年齡
侵位時代很多。李曙光等人(1991)從石榴石、角閃石和壹個全巖樣品中獲得Sm-Nd礦物的內等時線年齡，代表超鎂鐵質巖的侵位時間。陳等(2002)用40Ar/39Ar快中子活化法對超鎂鐵質巖石中的輝石巨晶進行了定年，獲得了833.8±4ma的高溫坪年齡和848.2±4ma的等時線年齡，代表了超鎂鐵質巖石在高壓變質作用後開始隆升的冷卻時間。劉俊峰等(2005)采用LA-ICPMS鋯石U-Pb法對榴輝巖進行定年，206Pb/238U年齡為565，438+08±65，438+09 Ma，代表了構造侵位年齡。
3.松樹溝鉻礦體特征
松樹溝鉻礦是陜西省目前發現的最大的鉻礦床。根據勘探報告統計，全省已獲得鉻礦儲量202665噸，而松樹溝為小型鉻礦，規模為165萬噸，占全省鉻礦儲量的62%以上。90%以上的鉻礦體產於外部巖相帶，可圈出長度超過1m的鉻礦體172個，其中具有工業價值的礦體48個。礦體長度為0 ~ 70m，最長為140m，厚度為0.3 ~ 2m，最大厚度為5.37m，延深與延深之比壹般為1: 1 ~ 1: 3，最大為1: 5。礦體呈帶狀分布，成群集中在巖體邊緣的中粗粒純橄欖巖和條帶狀斜長橄欖巖中，也有少量礦體在細粒純橄欖巖中。礦體多分布於巖體邊緣、下盤及下盤凹陷、巖體轉折擴大部位。除少數礦體受原生斷裂控制外，主要受原生流動構造制約。礦體多呈脈狀、脈狀，少數呈不連續透鏡狀、扁豆狀，少數呈不規則串珠狀。大多數工業礦體與圍巖呈漸變或快速過渡關系，壹般沒有明確的邊界。
礦石礦物主要為鉻尖晶石，含鉑族礦物。主要脈石礦物包括橄欖石、輝石和透輝石。次要礦物為極少量的黃銅礦、黃鐵礦、磁黃鐵礦和鎳黃鐵礦。次生脈石礦物包括蛇紋石、鉻鐵礦、綠泥石、絹雲母、透閃石、滑石、蛭石、磁鐵礦和菱鎂礦。
礦石結構簡單，多為浸染狀構造，以中密均勻浸染狀構造和浸染狀條帶狀構造為主，其次為似塊狀構造和網狀浸染狀構造。偶爾可見雜色結構(包括反雜色結構)。
大部分礦石屬於需要選礦的浸染型貧礦，少數為不需要選礦的低富礦。礦石中Cr2O3含量最高為51.31%，壹般為12% ~ 20%。精礦中Cr2O3最高為61.82%，最低為36.51%，壹般為50% ~ 59%。精礦Cr/Fe比最高為3.1，最低為1.2，壹般為1.7 ~ 2。礦石中其他成分的含量為:SiO 214.10% ~ 32.56%，S 0.03% ~ 0.05%，P 0.002% ~ 0.005%，Cao 0.46% ~ 1.38%，MgO 37.37% ~ 100%。
(三)環境分析的形成
松樹溝蛇綠巖的Pb、Sr、nd同位素特征表明了相同的地幔物質來源，即鉻礦來自高虧損的大洋上地幔。
松樹溝鉻礦形成於新元古代秦嶺洋中脊，經歷了新元古代末向秦嶺島弧的俯沖，進壹步深俯沖達到早古生代高壓超高壓基性麻粒巖相環境。之後不可避免地經歷了晚三疊世的陸內俯沖，之後又經歷了構造擠壓、推覆隆升、斷塊隆升等復雜的構造過程，最終定位於南北秦嶺縫合帶的蛇綠巖片中。
有學者認為松樹溝鉻礦可能形成於與還原無關的小洋盆環境(周定武等，1995)。
近年來，有學者認為中央造山帶存在超高壓變質帶，西起阿爾金，東至蘇魯，近4000km。該帶有兩期超高壓變質作用，第壹期為加裏東期，第二期為印支期。加裏東期超高壓變質事件從西部阿爾金-柴達木北緣壹直延伸到東部大別-蘇魯高壓變質帶(南部阿爾金-柴達木北緣490-440 Ma)。大別西北部熊店和楚灣早古生代榴輝巖(420 ~ 400Ma)；大別西部未發現印支期超高壓變質作用。因此，中央造山帶應該是壹個多期活動的造山帶。更早形成羅得西亞大陸的格林維爾造山運動可能留下了約6543.8+0億年的構造巖漿事件記錄(如中央造山帶約6543.8+0億年的大量花崗巖和基性超基性巖)，羅得西亞大陸之後的第壹次裂解可能發生在約8億年前，之後是早古生代加裏東洋盆裂解。蛇綠巖和超高壓變質巖的出現是壹個很強烈的板塊構造事件，沿中央造山帶自東向西分布。加裏東造山運動後，印支期沿造山帶又發生了壹次大的板塊裂解和俯沖碰撞，表現為勉略蛇綠巖洋殼和大別-蘇魯印支期超高壓變質帶的存在。中央造山帶保存和記錄了多期裂解和匯聚事件，通過對其解剖可以了解中國大地構造格局(楊景穗等，2002，2004)。因此，他們認為松樹溝、楊旗溝等鉻礦應形成於加裏東期，與玉石溝、道爾吉為同壹產物。
(4)成礦模式
總之，賦存於松樹溝鉻鐵礦中的超鎂鐵質巖石屬於蛇綠巖結構片，由新元古代洋殼底部的虧損橄欖巖和巖石上部莫霍面的超基性巖堆積巖組成。除了地幔巖石的局部熔融產物外，超基性巖堆積橄欖巖底部還有部分含橄欖石的鉻鐵礦沈積，形成巖漿房結晶分異鉻鐵礦(圖3-59)。
圖3-59松樹溝-楊旗溝鉻礦成礦模式
(根據河南省成礦規律組，2012)