四川省峨边地区峨眉山玄武岩...征及纤维用玄武岩矿特征分析_张旭平.pdf

四川省峨边地区峨眉山玄武岩岩石特征及纤维用玄武岩矿特征分析张旭平，代启林，徐小明，雷元，赵昌松（四川省煤田地质局地质测量队，四川成都610072）摘要：峨边地区出露的二叠纪峨眉山玄武岩组地层多以溢流相为主，岩石呈深灰色-灰绿色，根据其成因及结构组分特征，可将峨边地区峨眉山玄武岩划分为斑状玄武岩、致密玄武岩、气孔-杏仁玄武岩、凝灰质玄武岩四种岩石类型。并对玄武岩岩石、化学特征开展研究，研究表明区内存在符合拉丝的纤维用玄武岩，具有较好的开发利用前景。关键词：峨边地区；峨眉山玄武岩；纤维用玄武岩矿；岩石学特征doi:10.3969/j.issn.1000-6532.2023.01.003中图分类号:TD95文献标志码:A文章编号:1000-6532（2023）01001605二叠系峨眉山玄武岩广泛分布于川滇黔三省，总出露面积可达2.510km2，是扬子地台西缘峨眉山大火成岩省最重要的组成部分。主要为陆相裂隙式或裂隙-中心式溢出的基性岩流，以玄武岩为主。何斌等1利用峨眉山玄武岩下伏茅组灰岩地层生物对比，以及峨眉山玄武岩界面特征、地球化学特征等研究，将峨眉山组玄武岩分为外、中、内三个火山岩带，峨边地区位于中带背部。峨眉山玄武岩在峨边地区出露面积大于200km2（图 1），位于三个火山岩带的中岩带，主要受控于峨边-金阳大断裂带。本研究依托于四川省自然资源厅 2020 年度四川省政府性投资地质勘查项目“四川省峨边彝族自治县九龙纤维用优质玄武岩普查”成果，对峨眉山玄武岩峨边地区的岩石特征及纤维用矿石特征进行研究分析，探讨了该区域峨眉山玄武岩的岩石特征及纤维用前景。1区域地质背景研究区位于扬子地台西缘，属华南地层大区扬子地层区，上扬子地层分区，峨眉小区。该区从新元古代震旦纪中生代早侏罗世总体上属于大陆边缘沉积盆地，主要由海相的碳酸盐、陆源碎屑沉积岩组成。晚二叠世，受峨边-金阳大断裂带控制，喷发大量基性岩浆，形成了广泛分布的峨眉山玄武岩。玄武岩以火山熔岩为主，火山碎屑岩少量。熔岩宏观岩石类型主要有致密块状玄武岩、斑状玄武岩、杏仁状玄武岩。火山碎屑岩主要有玄武质凝灰岩、火山角砾岩。玄武岩呈多期次喷发。峨眉山玄武岩不整合于二叠系中统茅口组灰岩之收稿日期:2021-07-02基金项目:本文系四川省自然资源厅 2020 年度四川省政府性投资地质勘查项目“四川省峨边彝族自治县九龙纤维用优质玄武岩普查”研究成果作者简介:张旭平（1985-），男，工程师，研究方向为地质调查与矿产勘查。主要研究区采样点峨眉山玄武岩010 km图1研究区峨眉山玄武岩分布Fig.1DistributionofEmeishanbasaltinthestudyarea矿产综合利用16MultipurposeUtilizationofMineralResources2023 年上，上与二叠第上统宣威组平行不整合。2峨眉山玄武岩层序及岩石类型峨边地区峨眉山玄武岩呈深灰色-灰绿色，野外柱状玄武岩的大面积出露指示了其陆相特征。峨眉山玄武岩受喷发时期的古地形地貌、喷发远近等因素影响，研究区具有北部、西部较厚，向东侧逐渐减薄。研究区峨眉山玄武岩总体上可分为两段。下段为青灰色斜斑状玄武岩、灰色致密状、杏仁状玄武岩为主，底部常可见一套较为稳定浅灰色凝灰岩，多构成斜斑状玄武岩-致密块状玄武岩-杏仁状玄武岩-玄武质凝灰岩的喷发韵律。上段主要由深灰色斑状玄武岩、致密块状玄武岩、杏仁状玄武岩、火山角砾岩、玄武质凝灰岩组成，火山碎屑岩夹层较育；以斑状玄武岩连续出露为特征与一段相区分，底部部分区域可见一套含火山角砾、火山集块玄武岩，多构成凝灰质火山角砾岩-（斑状）致密块状玄武岩-杏仁状玄武岩-玄武质凝灰岩的喷发韵律。2.1斜斑状玄武岩斜斑状玄武岩：呈灰色、青灰色，斑状结构，块状构造，斑晶成分以斜长石为主，含量5%15%，基质呈间粒间隐结构，成分：斜长石约 50%，普通辉石约 20%，隐晶质 15%25%，金属矿物 2%5%。斑晶斜长石粒径 0.38mm，绢云母化发育，杂乱分布。部分含杏仁：粒径0.12mm 的不规则状，杏仁中充填绿泥石、石英，杂乱分布，含量小于 5%。2.2致密状玄武岩致密状玄武岩：呈灰色、青灰色，间粒间隐结构，基质具填隙结构、块状构造，岩石主要成分为斜长石含量 60%75%，辉石含量约 15%，玻璃质含量 15%20%，磁铁矿含量小于 5%，少量绿泥石。2.3杏仁状玄武岩杏仁状玄武岩：灰色、灰紫色，杏仁状构造、块状构造。斑晶含量小于 1%，为斜长石、辉石。基质占 70%80%，具间粒间隐结构，基质主要由微晶斜长石、微粒辉石和火山玻璃组成，粒度-0.2mm，含量 20%40%，杂乱分布，其间均匀填充。杏仁体含量 10%30%，直径 210mm，呈球状。椭球状，为绿泥石、方解石，石英充填。含少量钛铁矿、绿泥石等副矿物。2.4玄武质凝灰岩玄武质凝灰岩：呈灰色-浅灰色，凝灰结构、致密厚层块状构造。岩石由晶屑、玻屑和胶结物组成。颜色较浅，多见浅绿色，常见隐晶质构造。镜下观察，含有极少量斜长石斑晶小于 1%，基质由斜长石微晶含量 35%45%、辉石微晶和含量 8%15%、金属矿物含量 3%10%、玻璃质含量 15%30%及绿泥石化矿物构成，碎屑状，均匀分布，以-2mm 凝灰物质为主。裂隙发育，多被微小云母类矿物、绿泥石化矿物和铁质矿物充填。2.5火山角砾岩颜色灰紫色、灰色，火山角砾结构，块状构造，火山角砾含量 60%80%，以 1030mm 熔岩角砾为主；-2mm 的凝灰质占 20%40%，以岩屑为主，次为浆屑、晶屑。见绿泥石化，绿石化。3岩石地球化学特征3.1主量元素特征研究区峨眉山玄武岩主量元素分析结果见表 1。该地区玄武岩 SiO2含量在 47.08%51.72%，平均 48.94%；Al2O3含量在 12.29%14.18%，平均13.27%；Fe2O3含量在3.26%7.57%，平均5.88%；FeO 含量在 5.39%8.73%，平均 7.02%；CaO 含量在 5.84%9.35%，平均 7.47%；MgO 含量在3.08%4.89%，平均 4.39%；K2O 含量在 0.21%2.42%之间，平均 1.43%；Na2O 含量在 1.83%5.07%之间，平均 3.18%；TiO2含量在 2.58%4.96%，平均 3.81%；MnO 含量在 0.13%0.23%，平均 0.18%；P2O5含量在 0.25%0.55%，平均0.39%；H2O-含量在 0.12%1.07%，平均 0.57%；LOI 含量 1.57%2.88%，平均 1.98%。根据朱士飞等2研究，玄武岩可按氧化镁含量（MgO）划分为3 个系列：高镁（MgO12%）、低镁（MgO8%）和过渡系列（MgO介于 8%12%）。研究区内 MgO 含量在 3.08%4.89%，平均 4.39%，属于低镁玄武岩，受到较强的地壳混染作用的影响，显示出富集岩石圈地幔或地壳物质的参与，形成深度浅，熔融比例较大，可能有地壳物质混染。根据张招崇等3TiO2和 P2O5的含量关系，玄武岩为高磷高钛（HPT），且图 2 含量成线性关系，暗示了他们可能是同源岩浆分离结晶的产物。徐义刚等4将 TiO2质量分数大于 2.8%定为高钛玄武岩（HT），并认为它们能反映岩浆的源区特征。依据郝艳丽等5TiO2对 MgO 的关系（图 3），表现为随着 MgO 含量降低，TiO2含量增高，推测没有磁铁矿的分离结晶作用。第 1 期2023 年 2 月张旭平等：四川省峨边地区峨眉山玄武岩岩石特征及纤维用玄武岩矿特征分析170.10.20.30.40.50.60123456TiO2/%P2O5/%图2玄武岩的 P2O5和 TiO2变化关系Fig.2DiagramofP2O5vsTiO2ofbasalts1234560123456TiO2/%MgO/%图3玄武岩的 TiO2对 MgO 关系Fig.3DiagramofTiO2vsMgOofbasalts3.2痕量及稀有元素特征研究区峨眉山玄武岩痕量及稀有元素分析结果见表 2。研究区玄武岩富集 Rb、Sr、Ba 等大离子亲石元素；尤其是 Sr和 Ba 表现出高度的富集，同时也富集 Zr、Nb、Hf 和 Th 等高场强元素。研究区玄武岩的稀土总量较高，但变化范围较大，表现为较明显的轻重稀土分馏。玄武岩的 高场值表现为铕负异常，暗示其在岩浆岩演化过程中发生了斜长石分离结晶作用;常值表现为铈正异常，可能说明形成于氧化环境。4纤维用玄武岩矿前景陈兴芬等62018 年认为纤维用玄武岩矿生产的原料必须均质化，矿石原料成分的离散度是保证连续玄武岩纤维制品质量和性能稳定的关键。从玄武岩成分的均一性而言：杏仁玄武岩和气孔玄武岩由于成分波动太大，对纤维用玄武岩纤维的制造、纤维质量和性能稳定会带来困难。经过四川省纤维用调查与评价项目、四川省乐山市金口河区民政村纤维用玄武岩勘查等项目实施及结合前人研究分析表明，致密玄武岩、斑状玄武岩可作为玄武岩拉丝的岩石类型。要求样品新鲜，颜色均匀，外观呈细密紧致，风化蚀变弱，结晶程度较低，且满足一定的化学成分要求（表 3），才能成功拉丝。OSNOS 等72003 年在专利中提出适于制造连续纤维的玄武岩矿石要求符合氧化物三角图见图 4，玄武岩中基本氧化物和剩余氧化物间应满足以下关系式：1.7Al2O3+SiO2Fe2O3+FeO+CaO+MgO+K2O+Na2O+TiO23.2(1)当（1）中系数小于1.7 时，得到的纤维较短，适于做玄武岩短纤维；当系数大于3.2时，玄表1峨边地区峨眉山玄武岩样品主量元素分析成果Table1ResultsofmajorelementanalysisofEmeishanbasaltsamplesinEbianarea样品编号岩性计量单位/%总铁酸度系数/Ma黏度系数/MvSiO2Al2O3Fe2O3FeO CaO MgOK2O Na2O TiO2MnOP2O5H2O-L.O.IZK0-1-ZH1致密状玄武岩50.55 12.966.846.74 6.73 4.01 0.813.514.120.220.40 0.611.39 13.585.912.04ZK0-1-ZH2杏仁状玄武岩51.72 12.747.576.37 6.25 3.98 0.215.072.700.190.25 0.431.78 13.956.302.11ZK0-1-ZH3致密状玄武岩49.51 13.005.808.20 7.28 4.79 1.054.252.710.220.26 0.451.58 14.005.181.85ZK0-1-ZH4 含斜斑杏仁致密玄武岩 50.45 13.193.268.73 6.92 4.27 2.423.203.770.210.41 0.521.48 11.995.691.95ZK0-1-ZH5含杏仁致密玄武岩47.27 13.014.937.39 7.92 4.58 2.062.743.860.160.43 0.651.86 12.324.821.81ZK0-1-ZH6凝灰质角砾岩48.68 13.836.805.39 5.90 3.83 1.484.784.140.140.55 0.371.92 12.206.422.03ZK0-1-ZH7凝灰质玄武岩50.55 12.295.506.46 5.84 4.46 1.193.933.840.170.42 0.402.25 11.966.102.07ZK0-1-ZH8致密状玄武岩47.43 13.135.486.89 8.51 4.46 1.742.143.920.160.45 0.751.74 12.374.671.85ZK0-2-ZH1致密状玄武岩48.58 12.886.846.26 7.69 4.03 0.902.963.830.170.40 0.521.69 13.105.241.97ZK0-2-ZH2致密状玄武岩48.08 12.886.737.45 7.32 4.89 1.103.652.580.230.27 0.381.50 14.194.991.84ZK0-2-ZH3致密状玄武岩47.19 13.134.977.37 7.57 4.44 2.053.013.850.160.44 0.601.89 12.345.021.83EB2-H1青灰色杏仁玄武岩49.08 13.722.239.08 8.92 4.78 1.632.213.780.130.44 0.862.88 11.314.581.83EB2-H2灰绿色致密玄武岩50.46 13.854.037.47 6.15 4.64 2.393.353.710.190.38 1.072.62 11.505.962.03EB4-H1斜斑玄武岩48.75 14.034.887.94 8.24 4.22 1.782.084.590.170.370.82.512.825.041.88EB5-H1致密玄武岩47.70 13.575.158.57 8.96 4.77 1.061.834.960.180.43 0.122.413.724.461.73EB6-H1斜斑玄武岩47.08 14.185.329.02 9.35 4.14 1.002.114.540.20.39 0.522.19 14.344.541.73平均值48.94 13.275.407.46 7.47 4.39 1.433.183.810.180.39 0.571.98 12.855.311.9118矿产综合利用2023年武岩熔体的熔点和粘度会更高，这样大大增加了连续玄武岩纤维生产的难度。酸性模量对玄武岩熔化和拉丝温度有较大影响，进而最终影响连续玄武岩纤维的化学稳定性。酸性模量越高，矿石熔化温度以及熔融物的粘度越高，所制造出来的纤维的化学稳定性越高。玄武岩矿石的酸性模量应满足：4.2 SiO2+Al2O3CaO+MgO 6.5(2)统计以上参数要求后发现，有 ZK0-1-ZH8、ZK0-2-ZH3、EB2-H1、EB2-H2、EB4-H1、EB5-H1等 6 件样品符合所有参数要求，样品全部位于峨边彝族自治县新林镇和红花乡地区，具有较好的拉丝制备潜力。5结论根据峨边地区玄武岩岩石类型主要以斜斑状玄武岩、致密状玄武岩、杏仁状玄武岩、玄武质凝灰岩及火山角砾岩为主，属低镁玄武岩，形成于大陆拉张环境，与地幔柱活动有关，受到较强的地壳混染作用的影响，形成深度浅，在岩浆演化过程中，推测发生了斜长石分离结晶作用，而没有发生磁铁矿的分离结晶作用。在纤维用方面，斑状玄武岩和致密玄武岩满足连续拉丝要求，杏仁状、气孔状玄武岩及其他玄武岩不满足。从评价参数方面，化学成分氧化物含量、酸度系数、黏度系数等参数的分析对比来看，峨边地区存在适宜拉丝的纤维用玄武岩，主要位于峨表2峨边地区峨眉山玄武岩痕量及稀有元素分析成果/（gt-1）Table2ResultsoftraceandrareelementanalysisofEmeishanbasaltinEbianarea样品号元素ZK0-1-ZH1ZK0-1-ZH2ZK0-1-ZH3ZK0-1-ZH4ZK0-1-ZH5ZK0-1-ZH6ZK0-1-ZH7ZK0-1-ZH8ZK0-2-ZH1ZK0-2-ZH2ZK0-2-ZH3S107.00106.00115.00139.00120.0085.20106.00120.00116.00115.00124.00Cl71.30129.00127.0071.1072.0072.90107.0056.0087.80110.0088.00Ni37.6045.3045.7039.5062.6057.7062.2063.1038.4046.7052.70Cu225.00220.00238.00264.00240.00188.00155.00238.00256.00279.00266.00Rb28.406.1334.9056.3059.7028.0032.5051.1029.0039.8078.80Sr502.00266.00444.00424.00540.00521.00361.00513.00540.00502.00569.00Y41.7028.9029.4036.9034.8036.4034.7036.3041.6031.8038.90Zr369.00206.00208.00369.00383.00392.00373.00394.00370.00216.00387.00Nb36.2025.2023.2036.0041.9044.2040.6043.2039.7026.2040.50Ba420.0065.40498.00831.00640.00285.00362.00555.00571.00476.00528.00La46.6029.9027.4047.5055.0058.0042.9052.6050.0028.4051.30Ce99.1061.2057.40100.00114.00117.0097.90113.00103.0057.60109.00Pr13.107.777.1913.3014.6014.8013.1014.5013.807.6813.90Nd56.8032.9031.0056.0060.7060.5056.1061.2058.9033.0059.80Sm12.907.537.2812.2012.6013.0011.9012.6013.207.7413.10Eu3.462.172.163.243.473.543.183.463.582.243.45Gd11.807.367.0710.8011.0011.2010.3011.2012.007.7111.70Tb1.781.111.071.571.591.611.541.621.791.191.71Dy9.396.056.218.198.158.277.958.359.526.838.79Ho1.841.281.281.591.591.591.541.621.871.401.69Er4.713.453.464.114.004.103.964.174.743.744.40Tm0.640.470.480.560.530.530.530.550.650.540.58Yb3.893.053.173.563.263.243.263.413.963.413.68Lu0.550.450.480.500.490.470.450.480.570.510.53Hf9.185.677.278.839.4311.0010.209.5210.305.5710.00Ta2.541.561.942.492.832.992.783.072.951.622.71Th7.594.494.249.597.247.587.107.317.614.357.40U1.651.020.992.081.651.601.381.681.750.971.60REE266.56164.69155.65263.12290.98297.85254.61288.76277.57161.99283.63LREE231.96141.47132.43232.24260.37266.84225.08257.36242.48136.66250.55HREE34.6023.2223.2230.8830.6131.0129.5331.4035.0925.3333.08LREE/HREE6.706.095.707.528.518.617.628.206.915.407.57Eu40.280.290.300.280.290.290.290.290.280.290.28Ce53.323.253.323.293.283.213.503.373.233.193.34表3纤维用玄武岩矿化学成分指标/%Table3Chemicalcompositionindexofbasaltoreforfiber元素SiO2Al2O3Fe2O3+FeOK2ONa2OCaOMgOTiO2L.O.I范围475313189140.53.524693615第 1 期2023 年 2 月张旭平等：四川省峨边地区峨眉山玄武岩岩石特征及纤维用玄武岩矿特征分析19边彝族自治县的新林镇和红花乡。参考文献:1何斌,徐义刚,肖龙,等.峨眉山大火成岩省的形成机制及空间展布:来自沉积地层学的新证据J.地质学报,2003,77(2):194-202.HEB,XUYG,XIAOL,etal.Theformationmechanismandspatial distribution of the Emeishan large igneous province:newevidencefromsedimentarystratigraphyJ.ActaGeologicaSinica,2003,77(2):194-202.2朱士飞,秦勇,钱壮志,等.云南省丽江-宾川地区二叠纪玄武岩地球化学特征及其构造背景研究J.矿物岩石,2008(3):64-71.ZHUSF,QINY,QIANZZ,etal.StudyontheGeochemicalCharacteristicsandTectonicBackgroundofPermianBasaltinLijiang-BinchuanArea,YunnanProvinceJ.MineralPetrology,2008(3):64-71.3张招崇,王福生,范蔚茗,等.峨眉山玄武岩研究中的一些问题的讨论J.岩石矿物学杂志,2001,20(3):239-246.ZHANGZC,WANGFS,FANYM,etal.DiscussiononsomeproblemsintheresearchofEmeishanbasaltJ.JournalofRockandMineralogy,2001,20(3):239-246.4徐义刚,钟孙霖.峨眉山大火成岩省:地幔柱活动的证据及其熔融条件J.地球化学,2001,30(1):l-9.XU Y G,ZHONG S L.Emeishan Great Igneous Province:Evidence of Mantle Plume Activity and Its 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and structural compositioncharacteristics,theEmeishanbasaltsintheEbianareacanbedividedintoporphyryTherearefourrocktypes:compactbasalt,porphyriticbasalt,stomata-almondbasalt,andtuffaceousbasalt.Researchontherockandchemicalcharacteristicsofbasalthasbeencarriedout,andtheresearchshowsthatthereisfiber-usedbasaltintheareathatissuitablefordrawing,whichhasagooddevelopmentandutilizationprospect.Keywords:Ebianarea;Emeishanbasalt;Fiber-producedbasaltdeposit;PetrologicalcharacteristicsRO 的含量/%RO 的含量/%：max=28,min=13.5RO=CaO+MgO+Na2O+K2O+FeORO2 的含量/%：max=59,min=45RO2=SiO2+TiO2R2O3 的含量/%：max=28,min=15R2O3=Al2O3+Fe2O3RO2 的含量/%R2O3 的含量/%403530252015106560555045401015202530403535图4玄武岩氧化物三角Fig.4Oxidetrianglesofbasalts20矿产综合利用2023年