《Journal of African Earth Sciences》：Sedimentological, mineralogical and geochemical constraints on the sapphire-bearing alluvial sediments at Addi (Adamawa, Cameroon): Evidence for syenitic rather than basaltic origin of sapphire mineralization
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喀麦隆阿达迪地区蓝宝石沉积物经矿物学、地球化学分析及重矿物鉴定，证实其源自 Precambrian 老地层中的 syenite（伟晶岩）侵入体，后因火山活动被 basaltic flows（玄武岩流）携带至地表。沉积物化学特征显示中等风化、高成熟度硅铝酸盐矿物组合， geochemical proxies（地球化学指标）支持 felsic（酸性）岩源，与 basaltic（基性）岩源无关。研究为原生蓝宝石矿床勘探提供新依据。
Paola Raissa Ongboye Bassanak | Gouban Hamadjida | Franck Kevin Djokgoue Yonga | Bwamba Godicide Mbo-oh | Armel Zacharie Ekoa Bessa | Elisé Sababa
喀麦隆埃博洛瓦大学地球科学与环境系
摘要
沿喀麦隆火山带的蓝宝石矿床通常被认为与碱性玄武岩有基因联系；然而，其主要来源仍存在争议。冲积沉积物的地球化学特征可以限制其来源和形成条件。我们研究了位于喀麦隆亚当瓦地区的Addi地区的含蓝宝石冲积沉积物，以确定其成分、来源及蓝宝石源岩的性质。我们结合了沉积学分析、重矿物鉴定、X射线衍射以及主量/微量元素地球化学（X射线衍射、电感耦合等离子体质谱法）的方法。这些沉积物主要由粗砂组成，其中含有亚角状至亚圆形的蓝宝石颗粒（2-5毫米），表明其运输距离较短。成分以SiO2（42-69 wt%）、Al2O3（12-25 wt%）和Fe2O3（2-11 wt%）为主。化学风化指数表明在半干旱条件下发生了中等程度的风化。较高的LREE/HREE比值、正Eu异常以及高含量的Ba、Zr、Th等微量元素表明这些沉积物来源于长英质岩石，同时含有少量玄武岩成分（Cr含量异常高）。地球化学证据一致表明这些沉积物来源于长英质火成岩（正长岩、花岗岩）。这些沉积物在氧化性强、能量高的河流环境中沉积。本研究表明，亚当瓦地区的蓝宝石是在被玄武岩流抬升的正长岩侵入体中结晶形成的。现有数据不支持蓝宝石起源于玄武岩的观点。本研究对蓝宝石冲积矿床的勘探和源岩识别具有重要意义。
引言
刚玉是一种结晶氧化铝（Al2O3），主要分为红宝石和蓝宝石两种类型。蓝宝石的颜色变化是由于晶体结构中的Al被Fe、Ti、Cr、V、Ga等微量元素取代所致。其中，铁（Fe3+）和钛是导致蓝宝石呈现蓝色的主要原因（Flechet, 2007; Peucat et al., 2007）。某些绿色和黄色蓝宝石中的铁还会使其呈现绿色调（Fritsch and Rossman, 1987）。蓝宝石主要从冲积矿床中开采，这些矿床可能位于其原始岩体附近或远处（Limtrakun et al., 2001）。蓝宝石具有极强的抗风化性、高硬度（莫氏硬度9）和高密度（3.9-4.1），因此容易在冲积层中富集（Garnier et al., 2004）。它们也可能存在于古冲积层中，这些古冲积层由未固结的含刚玉沉积物形成（Garnier et al., 2004; Giuliani et al., 2007）。由于其极高的硬度、耐久性和美观性，蓝宝石是全球最受欢迎的宝石之一。
蓝宝石的形成与岩浆分异、变质作用和风化等地质过程密切相关，这些过程使其能够在次生矿床中形成（Hughes, 1997）。蓝宝石是一种伴生矿物，常见于火成岩（正长岩、花岗闪长岩）或变质岩（大理石、花岗岩、云母片岩、柯达岩、片麻岩、混合岩和变铝土矿）中（Hauzenberger et al., 2003; Giuliani et al., 2007; Peucat et al., 2007）。它还以包体或捕虏体的形式存在于某些玄武岩流中（Sutherland et al., 2002; Upton et al., 1999）。在结晶过程中，岩石会捕获流体、熔体和其他矿物，这些因素共同决定了蓝宝石的形成条件（Zaw et al., 2006）。蓝宝石在岩石圈深处、高压高温环境下形成。蓝宝石是一种非常稀有的氧化物，仅在富铝贫硅的岩石中稳定存在（Hauzenberger et al., 2003）。它们通过地幔产生的岩浆从地壳中提取并最终被带到地表（Flechet, 2007）。关于蓝宝石原始矿床的地质背景数据仍然十分有限（Mercier et al., 1999）。
含蓝宝石沉积物的地球化学成分提供了关于其来源和沉积环境的宝贵信息（Rakotondrazafy et al., 2008）。在非洲，蓝宝石矿床主要与前寒武纪基底岩石和冲积系统相关，尤其是在马达加斯加、尼日利亚和喀麦隆等国家。喀麦隆的亚当瓦地区以其丰富的矿产资源而闻名，拥有大量的含蓝宝石冲积矿床（Boaka à Koul et al., 2010）。目前存在两种竞争性假说：（H1）蓝宝石在玄武岩岩浆或其源区地幔中结晶（Sutherland et al., 1998; Mbih et al., 2016）；（H2）蓝宝石形成于较古老的长英质或变质基底岩石中，随后被上升的玄武岩机械携带（Kanouo et al., 2012）。区分这两种情况对勘探策略和理解碱性地区的刚玉成因具有重要意义。由于含蓝宝石的原始岩石很少暴露在地表，我们利用含蓝宝石沉积物的地球化学成分来推断源岩的性质。如果蓝宝石来源于玄武岩，沉积物应显示出基性地球化学特征（高Sc、Cr、Ni含量和低LREE/HREE比值）；如果来源于长英质侵入体，沉积物应显示出演化特征（高SiO2、K2O、Ba、Th含量及正Eu异常）（Taylor and McLennan, 1985; Cullers, 2000）。然而，这种来源推断具有间接性，因为沉积物的整体特征可能受到母岩类型的影响，并在运输、分选和再循环过程中发生改变（Hayashi et al., 1997; Armstrong-Altrin et al., 2004）。本研究的主要目的是对喀麦隆亚当瓦地区的含蓝宝石冲积沉积物进行全面的沉积学、矿物学和地球化学研究，以确定其成分、来源和沉积环境。
地理与地质背景
研究区域位于喀麦隆的亚当瓦地区，纬度介于7°5′00″至7°15′00″之间，经度介于14°7′30″至14°15′00″之间（图1）。该地区位于亚当瓦山脉（N070°E）与喀麦隆火山带（N030°E）的交汇处（Fitton, 1987）。海拔高度使得该地区气候较为凉爽，年平均气温为22-25°C，年降水量为1476毫米。该地区地形呈块状，由不对称的地垒构成。
野外工作
野外工作分为两个阶段：首先对研究区域进行总体勘探，然后确定采样地点（表1）。共收集了10个来自冲积坑的沉积物样本（图1）。这些样本来自1米×1米的采样坑，挖掘至砾石层。对这一层进行了描述和采样，并多次清洗以寻找蓝宝石。上覆层被称为“废料层”。
沉积物的形态特征
采样坑的挖掘深度在3至4米之间。从顶部到底部的沉积物剖面和形态特征如下：（1）约25厘米厚的黑灰色覆盖层；（2）一层红黄色物质，厚度在50至100厘米之间，主要由含丰富植物根系的黏土组成；（3）100-150厘米厚的黄棕色层，质地为砂质壤土，含有有机物（如腐烂的叶子和木材）；（4）50-100厘米厚的砾石层。
沉积物成分与成熟度
氯铁矿、蓝晶石和针铁矿的存在表明这些沉积物中含有来自前寒武纪泛非片麻岩基底的低至中等级别变质岩的成分。然而，这些变质岩不太可能是蓝宝石的来源；因为在变质环境中，刚玉通常形成于高级别（如花岗岩相）的富铝原岩中，例如变铝土矿或尖晶石-柯达岩片麻岩（Giuliani et al., 2007）。
沉积物主要由SiO
2和Al
2O
3组成。
结论
对喀麦隆亚当瓦地区Addi地区含蓝宝石沉积物的综合沉积学、矿物学和地球化学研究表明以下五个主要结论：
- 亚当瓦地区的蓝宝石是在前寒武纪基底中的正长岩侵入体中结晶形成的。随后，喀麦隆火山带（CVL）的新生代玄武岩在喷发过程中将这些蓝宝石以包体形式携带出来。这在一定程度上反驳了蓝宝石起源于玄武岩的假说。
- 沉积物的特征表明...
作者贡献声明
Paola Raissa Ongboye Bassanak： 负责撰写初稿、资源收集、方法论设计和概念构建。
Gouban Hamadjida： 负责撰写初稿、软件开发、方法论设计和概念构建。
Franck Kevin Djokgoue Yonga： 负责撰写初稿、资源收集和调查工作。
Bwamba Godicide Mbo-oh： 负责撰写初稿和调查工作。
Armel Zacharie Ekoa Bessa： 负责审稿和编辑工作、方法论设计以及数据整理。
Elisé Sababa： 负责审稿和编辑工作、撰写初稿以及项目监督。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。
致谢
作者衷心感谢编辑Zakaria Hamimi博士、副编辑Amr Abdelnasser博士以及三位匿名审稿人的建设性评论和宝贵建议，这些意见极大地提高了最终稿件的质量。
