福建潘田鐵礦床花崗巖巖石地球化學(xué)特征、鋯石U-Pb年代學(xué)及其與成礦的關(guān)系*

來守華　陳仁義　張達　狄永軍　龔勇　袁遠　陳良

1. 中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京　1000832. 國土資源部礦產(chǎn)勘查技術(shù)指導(dǎo)中心，北京　1001203. 中國五礦集團公司，北京　1000441.

潘田鐵礦床礦體主要賦存于潘田花崗巖體外接觸帶的“硅鈣巖性界面”中，其成礦與花崗巖侵入關(guān)系密切，是一個具有很大找礦潛力的富鐵礦床。但前人對該花崗巖的研究還很薄弱，本文對潘田鐵礦花崗巖進行了巖石地球化學(xué)特征、鋯石U-Pb定年研究，探討其巖石成因、形成時代、構(gòu)造環(huán)境、及其與成礦的關(guān)系。LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年獲得其結(jié)晶年齡為131.68±0.48Ma。該巖體為高鉀鈣堿性系列，屬弱過鋁質(zhì)-準鋁質(zhì)巖石；稀土元素總量較低，輕稀土相對于重稀土富集，具有明顯銪負異常，重稀土配分模式相對平坦，中稀土相對虧損。微量元素中相對富集大離子親石元素而虧損高場強元素。巖石地球化學(xué)特征表明潘田巖體為高分異I型花崗巖，形成于碰撞后拉張環(huán)境。潘田鐵礦床礦體與花崗巖體的空間分布規(guī)律與成因關(guān)系表明，花崗巖侵入作用是控制主成礦階段礦體空間定位的地質(zhì)作用，花崗巖是鐵礦床的成礦地質(zhì)體，林地組碎屑巖與黃龍組-棲霞組碳酸鹽巖的接觸界面是成礦有利部位，礦床類型屬于典型“硅鈣巖性界面”成礦，本礦床的成因類型屬于“多因耦合、臨界轉(zhuǎn)換、邊界成礦”的典型案例。

高分異I型花崗巖；鋯石U-Pb年代學(xué)；硅鈣巖性界面；鐵礦床；潘田

華南地塊位于太平洋西緣，是世界上主要火成巖省之一。中生代發(fā)生了大規(guī)模多期次巖漿活動，可能與古太平洋向歐亞大陸北西向俯沖有關(guān)(Zhou and Li, 2000; 胡瑞忠等, 2010)。與中生代巖漿作用伴生產(chǎn)出了大量內(nèi)生金屬礦床，構(gòu)成了環(huán)太平洋成礦帶的一個重要組成部分(毛景文等，2004，2008)。閩西南地區(qū)位于南嶺成礦帶東段，屬于東南沿海早白堊世巖漿巖帶的一部分。福建潘田鐵礦床是潘洛鐵礦田的重要組成部分，保有鐵資源儲量達中型規(guī)模，礦石品位極富，平均品位>50%，是福建省最重要的富鐵礦山之一，與福建馬坑鐵礦、洛陽鐵礦、陽山鐵礦等礦床構(gòu)成了一條重要的鐵多金屬成礦帶，屬于閩西南多金屬成礦區(qū)“馬坑式”鐵礦的重要組成礦床之一。前人對“馬坑式”鐵礦的主體-馬坑鐵礦相關(guān)的侵入體(如大洋和莒舟花崗巖)進行了深入研究(洪大衛(wèi)等，1980；趙一鳴等，1983；張承帥等，2012a，b)，鋯石U-Pb定年表明大洋和莒舟巖體均形成于早白堊世，年齡分別為132.6±1.3Ma(SHRIMP)和129.6±0.8Ma(LA-ICP-MS)(張承帥等，2012a)。但是對“馬坑式”鐵礦其他礦床的相關(guān)巖體研究較少，尤其是潘田鐵礦，前人僅對其地質(zhì)構(gòu)造特征和硫同位素特征進行過敘述(楊志，1982；程天枝，2009)，而對與成礦有關(guān)的花崗巖的巖石地球化學(xué)、年代學(xué)以及與成礦的關(guān)系的研究還很薄弱，這無疑影響了對其成礦機制的認識。因此本文重點對該花崗巖體進行了巖石地球化學(xué)和鋯石U-Pb定年研究，并探討其巖石成因、構(gòu)造環(huán)境、形成時代及其與成礦的關(guān)系，這一研究對該地區(qū)尋找隱伏-半隱伏礦床具有重要的指導(dǎo)意義。

1　地質(zhì)背景及礦床特征

潘田鐵礦床位于永梅晚古生代凹陷帶的南東緣，政和-大埔大斷裂的南東側(cè)(圖1)。

區(qū)內(nèi)主體地層由老至新主要為中-上元古界龍北溪組(Pt2-3l)：主要巖性為角閃片巖、云母片巖、石英片巖；下石炭統(tǒng)林地組(C1l)：上部巖性主要為石英砂礫巖、粉砂巖，巖石多已蝕變?yōu)榧t柱石角巖，下部巖性主要為變質(zhì)含礫粗砂巖和中粗粒砂巖，巖石多已鉀長石化、矽卡巖化和磁鐵礦化，上、下部巖石均含褐鐵礦，鐵質(zhì)含量較高；中石炭統(tǒng)-下二疊統(tǒng)黃龍組-棲霞組(C2-P1q)：巖性主要為微?；?guī)r、大理巖化灰?guī)r、大理巖，局部為硅質(zhì)巖、泥灰?guī)r，底部多見有厚薄不一的磁鐵礦體，伴有鋅礦化；上三疊統(tǒng)文賓山組(T3w)：巖性主要為變質(zhì)砂礫巖和石英砂巖；下侏羅統(tǒng)梨山組(J1l)：巖性主要為粉砂巖、泥巖和細砂巖；以及少量第四系(Q)(圖1)。

區(qū)內(nèi)斷裂十分發(fā)育，以北西向、北北西向為主，北東向、北北東向次之，由擠壓破碎帶和逆斷層組成，傾向北東，傾角60°～70°，將龍北溪組推覆于林地組、黃龍組-棲霞組之上(圖2)。主要控礦構(gòu)造為F3正斷層，其為一層間斷裂，發(fā)育于林地組碎屑巖與黃龍-棲霞組灰?guī)r接觸界面及附近，長1.6km，走向300°～320°，傾向北東，傾角地表較陡(60°～85°)，深部變緩(0°～30°)。破碎帶寬窄不一，呈線狀，破碎帶較寬的地方常見礦體成群出現(xiàn)，且礦體厚度較大，呈似層狀、透鏡狀(圖2)。

侵入巖僅出露于礦區(qū)南東角，為長坑巖體，鉆孔深部揭露了隱伏花崗巖，呈淺灰-肉紅色，他形粒狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造；礦物主要由鉀長石、斜長石、石英和少量黑云母組成(圖3a-c)，其中鉀長石呈半自形短柱狀，他形不規(guī)則粒狀，粒徑0.5～3.0mm，具卡式雙晶，表面高嶺土化，含量40%；斜長石呈半自形柱狀、他形柱狀，粒徑0.5～2.0mm，聚片雙晶，含量15%；石英呈半自形-他形粒狀，粒徑0.5～2.0mm，含量30%；副礦物主要為榍石(圖3c)。

礦體主要賦存在花崗巖外接觸帶林地組(C1l)碎屑巖和黃龍組-棲霞組(C2-P1q)碳酸鹽巖的硅鈣巖性界面(指碳酸鹽類巖石和碎屑巖類巖石接觸界面，因界面巖石化學(xué)成分為CaCO3和硅鋁酸鹽，葉天竺和薛建玲(2007)稱為“硅鈣面”(圖2)，主礦體長約750m，延伸大于473m，平均厚21m。礦體產(chǎn)狀與“硅鈣面”產(chǎn)狀一致，呈似層狀，其上部及底部常有透鏡狀鋅礦層。主要金屬礦物為磁鐵礦，次為黃鐵礦、赤鐵礦、閃鋅礦、褐鐵礦、輝鉬礦等；非金屬礦物以石榴石、透輝石為主，次為方解石、石英、陽起石、綠泥石、方柱石等；磁鐵礦呈他形-半自形-自形粒狀結(jié)構(gòu)，部分呈不規(guī)則狀或八面體自形晶，以塊狀、斑雜狀、稠密浸染狀構(gòu)造為主，粒度為0.01～0.50mm(圖3d)。

2　樣品及分析方法

2.1　主微量元素分析

本文對礦區(qū)南東部長坑巖體2件代表性花崗巖樣品及鉆孔中1件花崗巖樣品進行了主量元素和微量元素測試，分析測試在中國地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所進行。FeO和燒失量(LOI)采用標準濕化學(xué)法進行分析，其它的主量元素采用熔片法X-射線熒光光譜法(XRF)進行分析。稀土和微量元素采用等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)進行分析。

圖1潘田礦區(qū)地質(zhì)簡圖(據(jù)福建省閩東南地質(zhì)大隊，2010*福建省閩東南地質(zhì)大隊. 2010. 福建省安溪縣潘田礦區(qū)大理巖礦地質(zhì)報告修繪)

Fig.1Geological map of the Pantian iron ore deposit

圖2　潘田鐵礦床101線勘查剖面圖(據(jù)福建省閩東南地質(zhì)大隊，2010修繪)Fig.2　Geological profile of the exploration line No.101 of the Pantian iron ore deposit

2.2　鋯石LA-ICP-MS U-Pb定年分析

選取礦區(qū)內(nèi)花崗巖1件樣品進行鋯石測年工作，樣品采于鉆孔ZK1204(326.2m處)花崗巖中。鉆孔ZK1204開孔GPS點位為x=39580406，y=2800511。巖石比較新鮮，蝕變較弱。首先將樣品送實驗室機械碎樣至200目后經(jīng)淘洗和磁選后，在雙目鏡下挑選出鋯石，再進行制靶和測試工作。

樣品碎樣和鋯石挑選在河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所實驗室完成，鋯石樣品制靶在中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所完成。鋯石的U-Pb同位素測試在天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所同位素實驗室的LA-MC-ICP-MS儀器(Thermo Fisher公司制造的Neptune)上完成，采用美國ESI公司生產(chǎn)的UP193-FX ArF準分子激光器(激光波長193nm，激光剝蝕的束斑直徑為35μm)。年齡計算時，采用TEMORA作為外部鋯石年齡標準。采用中國地質(zhì)大學(xué)劉永勝博士(Liuetal., 2010)研發(fā)的ICP-MS Data Cal程序和Ludwig(2012)的Isoplot程序進行數(shù)據(jù)處理，采用Andersen(2002)的方法進行普通鉛校正。利用NIST612玻璃標樣作為外標計算鋯石樣品的Pb、U、Th含量。

3　分析結(jié)果

3.1　主量、微量及稀土元素特征

礦區(qū)隱伏花崗巖(ZK1204-b1)和南東部地表出露的長坑花崗巖(PT-b6、PT-b7)的巖石化學(xué)參數(shù)列于表1。其結(jié)果表明，隱伏花崗巖與長坑巖體在主量元素組成上非常相似：(1)高硅，SiO2含量介于77.16%～77.68%，高的分異指數(shù)(DI)介于93.95%～97.18%，反映了礦區(qū)花崗巖經(jīng)過了高度的分異演化作用；在侵入巖CIPW標準礦物計算的Q′-ANOR分類圖解(圖4)中，位于堿長花崗巖和正長花崗巖區(qū)，與巖相學(xué)觀察特征一致。(2)富堿，K2O+Na2O介于8.00%～8.54%，且相對富鉀，K2O/Na2O介于1.19～1.63，K2O含量介于4.58%～4.96%，在SiO2-K2O圖(圖5a)上投影于高鉀鈣堿性系列。巖石的堿度率指數(shù)(AR值)介于4.30～5.43，堿鋁指數(shù)(AKI值)介于0.87～0.94，反映巖石堿含量較高。(3)樣品的鋁過飽和指數(shù)A/CNK值介于0.99～1.02，A/NK介于1.06～1.15，在鋁飽和指數(shù)圖解中位于弱過鋁質(zhì)-準鋁質(zhì)區(qū)(圖5b)。(4)TiO2、Fe2O3、FeO、MgO、P2O5的含量均很低，TiO2含量介于0.10%～0.14%，P2O5質(zhì)量分數(shù)僅介于0.01%～0.02%，反映出巖漿經(jīng)歷了顯著的磁鈦鐵礦和磷灰石等礦物的分離結(jié)晶作用。與馬坑鐵礦有關(guān)的大洋-莒舟花崗巖的主量元素特征基本相似(圖5)。

表1潘田礦區(qū)花崗巖主量元素(wt%)、微量和稀土元素(×10-6)分析結(jié)果

Table 1Major (wt%), trace elements and REE (×10-6) contents of Pantian granite

樣品號PT-b6PT-b7ZK1204-b1樣品號PT-b6PT-b7ZK1204-b1SiO277.6877.5277.16Ho0.550.550.55TiO20.100.100.14Er1.891.791.87Al2O312.0712.1011.91Tm0.380.330.40Fe2O30.580.430.52Yb2.742.503.04FeO0.150.300.38Lu0.420.400.51MnO0.020.020.03Y15.5715.4117.65MgO0.070.080.16ΣREE109.6122.4143.9CaO0.330.300.93LREE98.90111.6132.3Na2O3.853.803.04HREE10.7010.8011.62K2O4.584.744.96LREE/HREE9.2410.3311.38P2O50.010.010.02(La/Yb)N6.959.119.71燒失量0.290.310.48(La/Sm)N8.748.3810.11Total99.7299.7199.74(Gd/Yb)N0.600.800.68A/NK1.071.061.15δEu0.510.520.63A/CNK1.021.010.99δCe1.110.960.88K2O/Na2O1.191.251.63Rb133.1131.2128.7AKI0.940.940.87Ba112121373K2O+Na2O8.438.548.00Th23.6726.3031.55AR5.255.434.30U3.264.096.90DI97.0897.1893.95K380483936441177La26.5131.7041.11Ta1.741.451.99Ce53.1655.7563.78Nb25.4424.5326.60Pr4.295.316.14Pb12.814.915.3Nd12.6515.9518.13Sr2026138Sm1.962.442.63P45.8345.1297.05Eu0.340.420.53Zr105.6106.873.8Gd1.982.432.49Hf4.514.642.92Tb0.370.410.40Ti582577856Dy2.372.392.37

注：A/NK=Al2O3/(K2O+Na2O)(molar/molar)；A/CNK=Al2O3/(K2O+Na2O+CaO)(molar/molar)；AKI=(K2O+Na2O)/Al2O3(molar/molar)；DI-分異指數(shù)；AR-堿度率

圖3　潘田礦區(qū)內(nèi)花崗巖和礦石的標本及顯微照片(a)-花崗巖與磁鐵礦化矽卡巖接觸界線；(b)-花崗巖，樣品ZK1204-b1；(c-e)-花崗巖的顯微照片，樣品ZK1204-b1；(f)-礦石顯微照片，樣品ZK1204-b12.Kfs-鉀長石；Pl-斜長石；Qtz-石英；Bi-黑云母；Sph-榍石；Gr-石榴子石；Mag-磁鐵礦；Sp-閃鋅礦Fig.3　Photographs and microscopic images of granite and iron ore from Pantian deposit(a)-the contact boundary between granite and magnetite skarn; (b)-granite, sample ZK1204-b1; (c-e)-microphotographs of granite, sample ZK1204-b1; (f)-microphotograph of ore, sample ZK1204-b12. Kfs-K-feldspar; Pl-plagioclase; Qtz-quartz; Bi-biotite; Sph-sphene; Gr-garnet; Mag-magnetite; Sp-sphalerite

圖4　Q′-ANOR侵入巖分類圖解(底圖據(jù)Streckeisen and Le Maitre, 2002)Fig.4　Q′-ANOR classification diagram (after Streckeisen and Le Maitre, 2002)

圖5　潘田花崗巖和莒舟-大洋巖體的SiO2-K2O(a, 底圖據(jù)Le Maitre, 2002; Rickwood, 1989)和含鋁指數(shù)(b,底圖據(jù)Peccerillo, 1976)圖解大洋-莒舟巖體數(shù)據(jù)據(jù)趙一鳴等, 1983; 張承帥等, 2012a.圖6、圖8和圖9數(shù)據(jù)來源同此圖Fig.5　SiO2-K2O (a, after Le Maitre, 2002; Rickwood, 1989) and A/CNK-A/NK (b, after Peccerillo, 1976) diagrams for Pantian granite and Dayang-Juzhou granitesData of Dayang-Juzhou granites after Zhao et al., 1983; Zhang et al., 2012a; data source of Fig.6, Fig.8 and Fig.9 same as in this figure

潘田花崗巖稀土元素組成特征總體表現(xiàn)為稀土總量較低，稀土總量(∑REE)介于109.6×10-6～143.9×10-6；輕重稀土比值(LREE/HREE)介于9.24～11.38，(La/Yb)N介于6.95～9.71，變化范圍不大，反映出潘田隱伏巖體和南部出露的花崗巖都是巖漿演化到同一階段的產(chǎn)物，屬于輕稀土富集型，且重稀土分異不明顯，(La/Sm)N介于8.38～10.11，(Gd/Yb)N介于0.60～0.80；具有中等Eu負異常，δEu值介于0.51～0.63，表現(xiàn)為向右中等傾斜、明顯銪負異常的稀土配分模式(圖6a)，與大洋-莒舟花崗巖的稀土配分模式相比，后者具有較強的Eu負異常，呈明顯的略右傾“V”型稀土配分模式，表明巖漿分異更徹底(圖6c)。

潘田花崗巖的微量元素分布比較一致，均表現(xiàn)為富集K、Rb、Th、Yb、Y，貧Sr、Ba、Ti、P；在微量元素蛛網(wǎng)圖中，Sr、Ba、Ti、P呈明顯的“V”型谷(圖6b)，與大洋-莒舟花崗巖的微量元素蛛網(wǎng)圖相比，后者更加虧損Sr、Ba、Ti和P(圖6d)，表明其經(jīng)歷了鈦鐵礦、磷灰石等的分離結(jié)晶作用(趙希林等，2013)。具典型的低Ba-Sr高Y花崗巖的特征；U、Th含量也顯著偏高。上述特征表明巖體的成巖過程經(jīng)歷了高度的分異演化作用。

3.2　鋯石LA-ICP-MS U-Pb定年結(jié)果

圖6　潘田、大洋-莒舟花崗巖稀土元素模式圖(a、c)和原始地幔標準化微量元素蛛網(wǎng)圖(b、d)(標準化值據(jù)McDonough and Sun, 1995)Fig.6　Chondrite-normalized REE patterns (a, c) and primitive-mantle-normalized trace elements patterns (b, d) for Pantian granite and Dayang-Juzhou granites (normalizing values after McDonough and Sun, 1995)

圖7　潘田花崗巖ZK1204-b1樣品的鋯石U-Pb年齡圖Fig.7　Zircon U-Pb age and its diagram of sample ZK1204-b1 from Pantian granite

潘田隱伏花崗巖樣品ZK1204-b1中的鋯石主要呈長柱狀、短柱狀，無色、透明，內(nèi)見細小的包裹體及裂紋。陰極發(fā)光圖像顯示鋯石具有巖漿震蕩環(huán)帶結(jié)構(gòu)和扇形環(huán)帶(圖7)，應(yīng)該為巖漿成因(原巖結(jié)晶鋯石)(Hanchar and Miller, 1993)。鋯石Th/U值變化范圍為0.06～1.21，表明鋯石具有巖漿成因的特征。樣品ZK1204-b1鋯石共測試了33個點(表2)，其中測試點14、25、28、29、30、31均位于諧和線的下方(圖7)，諧和度低，是Pb擴散丟失的結(jié)果，其鋯石年齡不可靠，不能參與加權(quán)平均年齡的計算；測試點26的206Pb/238U年齡為172Ma，明顯高于大多數(shù)鋯石年齡，未參與加權(quán)平均年齡的計算，但該測試點落在諧和線上，其鋯石也具有清晰的震蕩環(huán)帶結(jié)構(gòu)(圖7)，Th/U值為0.84，具有巖漿鋯石的特征，可能是被捕獲的燕山早期巖漿鋯石，與附近區(qū)域出現(xiàn)燕山早期花崗巖(如湯泉巖體和紫金山巖體)的現(xiàn)象相吻合。剩余25粒鋯石的26個測試點206Pb/238U年齡值介于130～134Ma之間，變化范圍較小，諧和度較高(大于95%)，具有非常一致的年齡，說明鋯石保持了良好的U-Pb封閉體系，基本沒有U、Pb同位素的丟失或加入，其206Pb/238U加權(quán)平均年齡為131.68±0.48Ma，MSWD=1.3，屬于早白堊世。

4　討論

4.1　巖石成因類型

圖8　Zr+Nb+Ce+Y對FeOT/MgO圖解(底圖據(jù)Whalen et al., 1987)Fig.8　Diagram of Zr+Nb+Ce+Y vs. FeOT/MgO (after Whalen et al., 1987)

潘田花崗巖和馬坑鐵礦相關(guān)的大洋-莒舟花崗巖的巖石地球化學(xué)特征、年代學(xué)特征非常相似，均形成于早白堊世，且都具有高硅、富堿、貧鈣鎂鐵和高分異指數(shù)等特點，屬于弱過鋁質(zhì)-準鋁質(zhì)花崗巖；稀土元素總量較低，呈明顯銪負異常的中等右傾配分模式；微量元素以富集大離子親石元素和虧損髙場強元素為特征。這些相似的特征暗示了與“馬坑式”鐵礦有關(guān)的巖體有著相似源區(qū)，形成于同一巖漿-構(gòu)造熱事件(林東燕，2011)。潘田、大洋、莒舟花崗巖中均不含過鋁質(zhì)礦物如白云母、堇青石等，且它們的鋁飽和指數(shù)ACNK<1.1，排除S型花崗巖這種可能性。此外，這些巖體盡管富堿，有著高的K2O+Na2O含量，但是它們的高場強元素含量偏低，Zr+Ce+Nb+Y均小于350×10-6、10000×Ga/Al比值也小于2.6，并且所有樣品中均未發(fā)現(xiàn)堿性暗色礦物霓石、鈉閃石等，暗示了這些花崗巖不屬于A型花崗巖(Eby, 1992; 許保良等, 1998; 魏春生, 2000; 蔣少涌等, 2008; Jiangetal., 2011; Yangetal., 2012; Wangetal., 2013)。三個巖體的地球化學(xué)特征反應(yīng)了它們可能是I型花崗巖。在稀土配分曲線圖中，中稀土(MREE)相對虧損，Eu負異常較明顯，暗示了角閃石的分異(Zhaoetal., 2007)?；◢弾r樣品均具有極高的SiO2含量和極低的MgO、Fe2O3含量，在Zr+Nb+Ce+Y vs. FeOT/MgO圖解上(圖8)，除了莒舟花崗巖兩個樣品外，均投影于高分異型花崗巖區(qū)域，所有樣品的Zr+Ce+Nb+Y值均小于350×10-6，F(xiàn)eOT/MgO比值絕大多數(shù)介于4～16之間，也進一步反映了巖漿在后期經(jīng)歷過分異演化(Whalenetal., 1987; Chappell, 1999; Lietal., 2007; 吳福元等, 2007)。綜上所述，我們認為這些與馬坑鐵礦相關(guān)的巖漿巖屬于高分異I型花崗巖，很可能由下地殼中變質(zhì)火成巖部分熔融形成的熔體在巖漿房中進一步分異演化形成的，并提供了部分成礦物質(zhì)。

4.2　大地構(gòu)造背景

圖9　Rb-(Y+Nb)花崗巖判別圖解(底圖據(jù)Pearce, 1996)Fig.9　Tectonic distinction diagram of Rb vs. (Y+Nb) for granites (after Pearce, 1996)

在華南地塊東南緣廣泛的殼幔相互作用形成了晚中生代巖漿作用(Zhou and Li, 2000; 胡瑞忠等, 2010; Mengetal., 2012)。侏羅-白堊紀巖漿作用從內(nèi)陸向沿海逐漸變年輕(Lietal., 2014)。在華南東南沿海地區(qū)，巨量的早白堊紀火山-侵入雜巖體構(gòu)成了一個鈣堿性巖漿巖帶。這些火成巖侵位的年齡主要集中于135～90Ma，主要包括I型和A型花崗巖類以及少量的雙峰式巖漿巖。潘田鐵礦位于閩西南坳陷的南東緣。受西太平洋大陸邊緣構(gòu)造活動的影響，本區(qū)在中生代產(chǎn)生了北東向為主的構(gòu)造，并與晚古生代北東向構(gòu)造復(fù)合，使斷陷-斷裂活動進一步加強，燕山早期巖漿活動強烈，伴隨大規(guī)模的成礦作用(裴榮富等, 1987; 李建康等, 2013; Maoetal., 2013)。晚侏羅世東南大陸已經(jīng)有伸展構(gòu)造的巖漿活動記錄，如閩西南地區(qū)湯泉花崗閃長巖形成于183～158Ma，是該區(qū)開始巖石圈伸展的巖石學(xué)記錄(毛建仁等，2004)。晚侏羅世-早白堊世，由于閩西南地區(qū)政和-大浦斷裂NNE走向與古太平洋板塊的俯沖縫合線走向一致；135Ma古太平洋板塊俯沖方向發(fā)生轉(zhuǎn)向，造成大陸巖石圈處于伸展背景，同時導(dǎo)致政和-大浦斷裂重新拉張活化，在閩西南地區(qū)形成較大規(guī)模的火山-巖漿作用，如大洋-莒舟巖體(張承帥等，2012a)。潘田鐵礦與馬坑鐵礦、洛陽鐵礦具有相似的成礦地質(zhì)條件和巖石地球化學(xué)特征。在花崗巖類構(gòu)造判別圖解中(圖9)，大洋和莒舟巖體的樣品均落于板內(nèi)花崗巖范圍內(nèi)，反映其具有板內(nèi)拉張環(huán)境的特征；潘田花崗巖的樣品均落于碰撞后花崗巖區(qū)域，可能也暗示具有拉張環(huán)境的特征。與此同時，福建省在早白堊世發(fā)育的大量A型花崗巖，同樣投在板內(nèi)花崗巖區(qū)域，支持早白堊世福建省處于較明顯的板內(nèi)拉張環(huán)境。因此，本文認為潘田巖體可能就是在這時期的碰撞后拉張構(gòu)造環(huán)境下形成的。

4.3　巖漿作用與成礦的關(guān)系

圖10　潘田鐵礦床成礦預(yù)測模式圖Fig.10　Mineralization model of Pantian iron ore deposit

雖然前人對“馬坑式”鐵礦做了較為系統(tǒng)的研究，但其礦床成因一直存在較多爭議，主要觀點有：“海相火山沉積-熱液改造礦床說”(鄒天人等，1981；葛朝華等，1981；梁祥濟和曲國林，1982；韓發(fā)和葛朝華，1983a，b)、“復(fù)合疊生層狀礦床說”(潘廓祥等，1982)和“層控鈣矽卡巖型鐵礦床說”(趙一鳴等，1982，1983)，“馬坑式”鐵礦床與后期巖漿作用關(guān)系密切，髙演化的中生代花崗巖對鐵礦成礦作用的后期富集起到了重要作用(趙希林等，2013)，顯然研究成礦成巖的時代關(guān)系是確定礦床成因的一個重要依據(jù)。

馬坑鐵礦與礦體共生的輝鉬礦Re-Os等時線年齡為130.50±0.92Ma(王登紅等，2010)至133Ma(張承帥等，2012c)，與成礦有關(guān)的莒舟花崗巖單顆粒鋯石U-Pb年齡為136Ma和133.9Ma(毛建仁等，2006)，莒舟花崗巖和大洋花崗巖鋯石U-Pb年齡分別為129.6±0.8Ma和132.6±1.3Ma(張承帥等，2012a)；洛陽鐵礦與礦體共生的輝鉬礦Re-Os同位素模式年齡為133.0±1.9Ma～134.0±4.2Ma，與成礦有關(guān)的花崗斑巖和中細粒斑狀花崗巖的鋯石U-Pb年齡分別為131±1Ma和131.64±0.62Ma(張達等，2012)；本文測得與潘田鐵礦床成礦有關(guān)的花崗巖的鋯石U-Pb年齡為131.68±0.48Ma。這些年齡數(shù)據(jù)說明“馬坑式”鐵礦的巖體年齡與輝鉬礦年齡一致，均形成于早白堊世，而且輝鉬礦與磁鐵礦共生，證實了成巖成礦時空關(guān)系密切。

馬坑鐵礦的成礦物質(zhì)來源可能是多方面的。趙一鳴等(1983)對區(qū)域上出露較好的黃龍組、林地組地層進行了含鐵量測定，發(fā)現(xiàn)碎屑巖層中的粉砂巖和細砂巖含鐵偏高，累積厚度較大，全鐵平均含量可達5%～7%，可能是原始的富鐵層位；馬坑礦區(qū)內(nèi)的輝綠巖含鐵量也較高，實驗研究證實了其在一定的條件下相互交代形成了鐵礦(梁祥濟和曲國林，1982)，但其規(guī)模較小，提供鐵質(zhì)有限；馬坑鐵礦硫同位素研究(張承帥，2012；張承帥等，2012c)也表明礦化硫源主要來源于巖漿硫，部分混染了圍巖中的硫。潘田鐵礦中沒有發(fā)現(xiàn)輝綠巖，硫同位素研究表明其硫化物的硫源主要來源于深源巖漿(楊志，1982)。因此，本文認為花崗巖是潘田鐵礦床成礦地質(zhì)作用的實物載體-成礦地質(zhì)體。

閩西南地區(qū)在早白堊世由于下地殼中變質(zhì)火成巖部分熔融形成花崗質(zhì)熔體，在拉張環(huán)境下向上侵位，到達潘田礦區(qū)淺部時發(fā)生固液分離，花崗巖結(jié)晶的同時分異出富含揮發(fā)分、攜帶大量鐵等金屬絡(luò)合劑的超臨界流體。超臨界流體繼續(xù)向上遷移，經(jīng)過林地組碎屑巖層時，SiO2大量加入流體，流體為酸性，并萃取了其中部分鐵質(zhì)并繼續(xù)遷移，經(jīng)過林地組(C1l)碎屑巖類巖石和黃龍組-棲霞組(C2-P1q)碳酸鹽類巖石接觸界面(硅鈣面)時，由于接觸面巖石化學(xué)成份為CaCO3和硅鋁酸鹽，同時又是構(gòu)造薄弱部位，成為十分重要的成礦地球化學(xué)障。因此，超臨界流體很容易直接順層灌入，在高溫高壓條件下，首先與碎屑巖交代形成紅柱石等角巖化，同時與碳酸鹽巖發(fā)生交代作用，形成石榴石、透輝石等矽卡巖化，碳酸鹽巖中的大量CaCO3轉(zhuǎn)為Ca2+和HCO3-溶入流體，同時分解出OH-(即：CaCO3+H2O→Ca2++HCO3-+OH-)，流體為堿性介質(zhì)。堿性流體與碎屑巖發(fā)生交代作用，形成陽起石Ca2(Mg, Fe)5Si8O22(OH)2、綠泥石AlSi3O10(OH)8等羥基礦物。流體中的OH-隨之減少，pH降低，流體性質(zhì)由堿性向酸性轉(zhuǎn)化。含礦流體中的金屬絡(luò)合物開始大量沉淀，導(dǎo)致鐵、鋅、鉬、硫等成礦物質(zhì)發(fā)生了大規(guī)模的卸載、沉淀，沿“硅-鈣巖性界面”就位成礦(葉天竺和薛建玲，2007；葉天竺等，2007；葉天竺，2013)(圖10)，形成順層產(chǎn)出的礦體。

根據(jù)礦體產(chǎn)出的空間地質(zhì)特征，本文認為該礦床屬于隱伏-半隱伏花崗巖成礦，礦床成因上屬于“多因耦合、臨界轉(zhuǎn)換、邊界成礦”(翟裕生等，2009；翟裕生，2014)的典型案例。潘田鐵礦主要成礦要素除花崗巖外，還有巖性界面、物理化學(xué)轉(zhuǎn)換面、層間破碎帶等，以及提供不同成礦物質(zhì)的地層等共同構(gòu)成了多因耦合的重要因素?！肮桠}巖性界面”是該礦床尋找隱伏礦體的重要依據(jù)，此外，通過野外踏勘，本文認為花崗巖的“超覆部位”也是潘田鐵礦床的成礦有利地段，加強巖體“超覆部位”和“硅鈣巖性界面”的研究是下一步找礦的重要方向。

5　結(jié)論

(1)潘田鐵礦床內(nèi)鉆孔揭露的隱伏花崗巖與礦區(qū)南東部出露的長坑花崗巖為同一巖體；利用LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年法測得礦區(qū)花崗巖的年齡為131.68±0.48Ma(MSWD=1.3)，巖體形成于早白堊世古太平洋板塊碰撞后拉張構(gòu)造環(huán)境。

(2)巖石地球化學(xué)特征表明潘田礦區(qū)內(nèi)花崗巖為高鉀鈣堿性系列，屬弱過鋁質(zhì)-準鋁質(zhì)花崗巖，稀土元素總量較低，富集輕稀土，輕稀土分餾程度高于重稀土，具有明顯銪負異常，呈中等右傾的稀土配分模式。礦區(qū)內(nèi)花崗巖的微量元素特征也表明巖體的成巖過程經(jīng)歷了高度的分異演化作用。潘田巖體應(yīng)為高分異I型花崗巖。

(3)通過分析潘田鐵礦床礦體與相關(guān)花崗巖的空間分布規(guī)律與成因關(guān)系，結(jié)合前人的研究，本文認為花崗巖侵入作用是控制主成礦階段礦體空間定位的地質(zhì)作用，花崗巖是潘田鐵礦床的成礦地質(zhì)體，礦床成因?qū)儆诘湫汀肮桠}巖性界面”成礦，礦體一般呈順層產(chǎn)出，林地組碎屑巖與黃龍組-棲霞組碳酸鹽巖的接觸界面是成礦有利部位?；◢弾r體的“超覆”部位是下一步找礦的有利地段。

(4)潘田鐵礦成因類型上屬于“多因耦合、臨界轉(zhuǎn)換、邊界成礦”的典型案例。該礦床屬于隱伏-半隱伏花崗巖成礦，為下一步深部找礦工作的開展以及同區(qū)域同類型礦床的找尋提供了科學(xué)依據(jù)。

致謝野外工作中得到了福建省閩東南地質(zhì)大隊的幫助；鋯石U-Pb定年得到天津地質(zhì)調(diào)查中心耿建珍老師的幫助；在論文撰寫過程中得到了國土資源部礦產(chǎn)勘查技術(shù)指導(dǎo)中心呂志成研究員、李永勝博士和賈儒雅碩士以及中國地質(zhì)大學(xué)(北京)杜澤忠博士和趙婕博士的幫助；審稿人提出了寶貴的修改意見；在此一并表示誠摯的感謝！

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