磁鐵礦和鈦鐵礦成分對(duì)四川太和富磷灰石釩鈦磁鐵礦床成因的約束*

佘宇偉 宋謝炎 于宋月 陳列錳 魏宇 鄭文勤

1 引言

巖漿型的Fe-Ti氧化物礦床主要產(chǎn)于斜長(zhǎng)巖套中如挪威Rogaland斜長(zhǎng)巖省的Tellnes礦床(Duchesne，1999;Charlier et al.，2006)，也可以賦存于大型層狀巖體的上部如南非的Bushveld雜巖體、格陵蘭的Skaergaard巖體、加拿大的Sept Iles巖體(Tegner et al.，2006;McBirney，1996;Namur et al.，2010)。然而，有關(guān)巖漿Fe-Ti氧化物礦床的成因仍存在較大的爭(zhēng)議。一些學(xué)者認(rèn)為巖漿Fe-Ti氧化物礦床是由于硅酸鹽巖漿發(fā)生熔體不混溶導(dǎo)致分離Fe-Ti-(P)熔體結(jié)晶形成(Kolker，1982;Chen et al.，2013;Vantongeren and Mathez，2012;Jakobsen et al.，2005;Charlier and Grove，2012;Zhou et al.，2005)，另一些學(xué)者則認(rèn)為Fe-Ti氧化物可以從富鐵巖漿中結(jié)晶并通過重力分選堆積形成Fe-Ti氧化物礦床(Tegner et al.，2006;Tollari et al.，2008;Dymek and Owens，2001;Charlier et al.，2006;Pang et al.，2008a;Zhang et al.，2009;張招崇等，2014)。

峨眉山大火成巖省內(nèi)帶(攀西地區(qū))是世界上最大的Fe-Ti氧化物礦集區(qū)(Zhang et al.，2014)，超大型的 Fe-Ti氧化物礦床產(chǎn)于幾個(gè)鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)層狀巖體中，如攀枝花、白馬、紅格、太和巖體。厚層的Fe-Ti氧化物礦石主要賦存于攀枝花和白馬巖體的下部巖相帶和紅格巖體的中部巖相帶(Zhou et al.，2005;Song et al.，2013;Zhang et al.，2012;Zhong et al.，2002;Bai et al.，2012)。然而，攀枝花、白馬、紅格巖體的Fe-Ti氧化物礦石中都不含磷灰石，但太和巖體除了下部巖相帶頂部不含磷灰石的塊狀礦層，巖體中部巖相帶巨厚的磁鐵輝石巖中含有大量磷灰石(She et al.，2014)。之前的研究根據(jù)太和巖體硅酸鹽礦物成分、全巖地球化學(xué)以及Sr-Nd同位素地球化學(xué)暗示太和巖體的原始巖漿是源自于地幔柱的苦橄質(zhì)巖漿，這些苦橄質(zhì)巖漿在深部巖漿房中經(jīng)過廣泛的橄欖石和單斜輝石結(jié)晶分離形成富Fe-Ti的母巖漿，最后這種富Fe-Ti的母巖漿侵入到太和巖漿房中由于Fe-Ti氧化物的早期結(jié)晶和重力分選堆積形成下部巖相帶頂部的塊狀Fe-Ti氧化物礦層(Hou et al.，2012;She et al.，2014)。She et al.(2014)認(rèn)為太和中部巖相帶磷灰石磁鐵輝石巖是一種不尋常的富Fe-Ti-P巖漿分離結(jié)晶的產(chǎn)物，這種巖漿是由源自深部的富Fe-Ti巖漿與中部巖漿房中富P殘余巖漿混合形成。然而，該模式尚缺乏礦物學(xué)的證據(jù)。本文主要是通過對(duì)比太和巖體富磷灰石Fe-Ti氧化物礦石與攀枝花巖體不含磷灰石Fe-Ti氧化物礦石以及大廟斜長(zhǎng)巖套中富磷灰石Fe-Ti氧化物礦石中磁鐵礦和鈦鐵礦成分來探討太和中部巖相帶磷灰石磁鐵輝石巖的成因，為太和礦床的成因提供礦物學(xué)的約束。

2 地質(zhì)背景

峨眉山大火成巖省位于揚(yáng)子板塊西部，向西延伸至青藏高原東緣，向東延伸至廣西北部，向南延伸至越南北部，出露面積超過5 × 105km2(圖 1)(Xu et al.，2001;Xiao et al.，2004;Ali et al.，2005;Fan et al.，2008;Song et al.，2001，2004)。峨眉山大火成巖省主要由分布廣泛的二疊紀(jì)溢流玄武巖、鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)侵入體和長(zhǎng)英質(zhì)侵入體組成。一般認(rèn)為，峨眉山大火成巖省是峨眉山地幔柱巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物(如 Chung and Jahn，1995;Xu et al.，2001;Zhang et al.，2006，2008，2009)。鋯U-Pb定年表明峨眉山大火成巖省主要形成于約 260Ma的晚二疊世(Zhou et al.，2002，2005，2008;Zhong and Zhu，2006;Zhong et al.，2011)。根據(jù)溢流玄武巖的厚度、成分等特點(diǎn)可以將峨眉山大火成巖省分為內(nèi)帶和外帶。幾個(gè)賦存超大型巖漿Fe-Ti氧化物礦床的鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)層狀侵入體如攀枝花、紅格、白馬、太和巖體，沿著幾條南北走向的深大斷裂侵位于峨眉山大火成巖省的內(nèi)帶(攀西地區(qū))(圖1)。

3 太和巖體地質(zhì)特征

太和巖體位于攀西地區(qū)的北部，距四川省西昌市約12km(圖1)，巖體出露長(zhǎng)約3km，寬約2km，厚約1.2km，巖體呈層狀展布，傾向東南，傾角50°～60°(圖2)。巖體規(guī)模小于攀枝花、白馬、紅格巖體，含有大約810×107t礦石，全FeO平均品位約為33%，TiO2平均品位約為12%，V2O5平均品位約為0.3%(攀西地質(zhì)大隊(duì)，1984①攀西地質(zhì)大隊(duì).1984.攀枝花-西昌地區(qū)釩鈦磁鐵礦共生礦成礦規(guī)律與預(yù)測(cè)研究報(bào)告)。鋯石U-Pb年齡表明太和巖體的結(jié)晶年齡約為260Ma左右(She et al.，2014;Zhong et al.，2011)。而巖體被正長(zhǎng)巖所包圍和穿插則暗示正長(zhǎng)巖侵入時(shí)間晚于太和巖體(攀西地質(zhì)大隊(duì)，1984;鐘宏等，2009;魏宇等，2012)。根據(jù)巖石礦物組合和礦物含量變化，以及巖石結(jié)構(gòu)構(gòu)造和韻律層的發(fā)育等巖相特征，太和巖體自下而上可以劃分為下部巖相帶、中部巖相帶和上部巖相帶(圖2)。

圖1 攀西地區(qū)鎂鐵-超鎂鐵層狀侵入體分布圖(據(jù)Song et al.，2013修改)Fig.1 Distribution map of mafic-ultramafic layered intrusions in the Pan-Xi region，SW China(after Song et al.，2013)

下部巖相帶約200m厚，主要以橄欖輝石巖、(橄欖)輝長(zhǎng)巖、不含磷灰石的塊狀Fe-Ti氧化物礦石為主。橄欖輝石巖含有約60%單斜輝石、約30%橄欖石、約5%磁鐵礦、約1%鈦鐵礦。(橄欖)輝長(zhǎng)巖含有30% ～45%單斜輝石、45%～60%斜長(zhǎng)石、8%橄欖石和5% ～10%磁鐵礦和2% ～4%鈦鐵礦。塊狀礦層位于下部巖相帶的頂部，主要由40% ～70%磁鐵礦、15% ～40%鈦鐵礦以及小于30%的硅酸鹽礦物組成。磁鐵礦與鈦鐵礦顆粒邊緣平直，且常呈120°角(圖3a)。中部巖相帶厚約500m，韻律旋回發(fā)育，其中共有6個(gè)較大韻律旋回(I-VI)。除了旋回I底部由磁鐵輝石巖構(gòu)成，旋回II、III、IV、V和VI的底部均為磷灰石磁鐵輝石巖，而旋回上部都為(磷灰石)輝長(zhǎng)巖。磁鐵礦輝石巖含有約10%磁鐵礦、約8%鈦鐵礦、70% ～80%單斜輝石和少量斜長(zhǎng)石。磷灰石磁鐵輝石巖主要組成礦物為50% ～60%單斜輝石、5%～15%磁鐵礦、5% ～20%鈦鐵礦、5% ～12%磷灰石和少量的斜長(zhǎng)石和角閃石以及含量變化的橄欖石。自形的磷灰石常與半自形-他形的Fe-Ti氧化物和硅酸鹽礦物堆積在一起

(圖3c)。(磷灰石)輝長(zhǎng)巖主要含有30% ～50%斜長(zhǎng)石、30% ～40%單斜輝石、5% ～10%的Fe-Ti氧化物、小于8%的磷灰石和角閃石。值得注意的是旋回VI的底部含有大量的角閃石(約20%左右)。另外，中部巖相帶樣品中半自形的橄欖石常包裹一些他形的Fe-Ti氧化物(圖3d)。上部巖相帶主要巖石類型為磷灰石輝長(zhǎng)巖，主要組成為50%～70%斜長(zhǎng)石、15% ～35%單斜輝石、1% ～5%的鈦鐵礦、2% ～5%磁鐵礦、5%～8%的磷灰石和角閃石。不規(guī)則的晶間角閃石主要分布在大顆粒的硅酸鹽礦物和Fe-Ti氧化物邊緣(圖3b)。

表1 太和巖體磁鐵礦主要氧化物組成(wt%)Table 1 Analyses of magnetite from the Taihe intrusion(wt%)

續(xù)表1Continued Table 1

圖2 太和巖體地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig.2 Simplified geological map of the Taihe intrusion，SW China

4 樣品及其分析方法

本次研究的樣品主要來自勘探鉆孔ZK1707。樣品分析之前，首先選取樣品新鮮面制作成巖石切片，然后在偏光顯微鏡下觀察礦物的組成、結(jié)構(gòu)、含量等特征，并選取具有代表性的礦物顆粒進(jìn)行電子探針分析。磁鐵礦和鈦鐵礦以及橄欖石中磁鐵礦成分分析工作是在中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所礦床地球化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的EPMA-1600型電子探針實(shí)驗(yàn)室完成。分析條件為:加速電壓25kV，電流10nA，分析束斑直徑為10μm。分析精度為0.01%，誤差范圍小于2%。磁鐵礦與鈦鐵礦中Fe2O3與FeO含量根據(jù)其分子式正負(fù)電價(jià)平衡法則計(jì)算。磁鐵礦和鈦鐵礦成分以及包裹在橄欖石中的磁鐵礦成分分別見表1、表2、表3。

表2 太和巖體鈦鐵礦主要氧化物組成(wt%)Table 2 Analyses of ilmenite from the Taihe intrusion(wt%)

續(xù)表2Continued Table 2

表3 太和巖體橄欖石中磁鐵礦包裹體主要氧化物組成(wt%)Table 3 Analyses of magnetite inclusions in olivine from the Taihe intrusion(wt%)

圖3 太和巖體礦物組合以及結(jié)構(gòu)特征(a)-下部巖相帶的塊狀Fe-Ti氧化物礦石(單偏光);(b)-上部巖相帶Fe-Ti氧化物和單斜輝石顆粒邊緣的角閃石反應(yīng)邊(單偏光);(c)-中部巖相帶磷灰石磁鐵輝石巖中大量的磁鐵礦和鈦鐵礦與自形-半自形磷灰石堆積共存(背散射圖像);(d)-磷灰石橄欖輝長(zhǎng)巖中橄欖石包裹他形的磁鐵礦和鈦鐵礦顆粒(背散射圖像).Ol-橄欖石;Cpx-單斜輝石;Pl-斜長(zhǎng)石;Mt-磁鐵礦;Ilm-鈦鐵礦;Ap-磷灰石;Hbl-角閃石Fig.3 Mineral compositions and textures in rocks of the Taihe intrusion(a)-massive Fe-Ti oxide ore from the Lower Zone(plant-polarized light photo);(b)-hornblende almost exclusively occurs as reaction rims surrounding Fe-Ti oxides and clinopyroxene from the Upper Zone(plant-polarized light photo);(c)-abundant magnetite and ilmenite are coexisting to subhedral-euhedral apatite host in the apatite magnetite olivine clinopyroxenite from the Middle Zone(plant-polarized light photo);(d)-magnetite and ilmenite inclusions host in olivine from apatite olivine gabbro(Backscattered electron images).Ol-olivine;Cpx-clinopyroxene;Pl-plagioclase;Mtmagnetite;Ilm-ilmenite;Ap-apatite;Hbl-hornblende

5 分析結(jié)果

太和巖體不同巖相帶磁鐵礦成分變化較大，下部巖相帶磁鐵 礦 的 成 分 特 征 為:TiO2(2.24% ～ 13.58%)、FeO(33.13% ～43.59%)、MnO(0.08% ～ 0.39%)、MgO(0.00%～ 1.12%)、Fe2O3(40.99% ～ 62.65%)、Al2O3(0.07% ～2.78%)。中部巖相帶的磁鐵礦含有高 TiO2(0.61% ～15.14%)、FeO(30.96% ～ 42.17%)、MnO(0.02% ～0.82%)、MgO(0.02% ～ 2.05%)、Al2O3(0.36% ～ 5.32%)，而含有相對(duì)低Fe2O3(34.10% ～66.29%)。而上部巖相帶含有最低 TiO2(0.10% ～ 0.38%)、FeO(30.63% ～ 31.84%)、MnO(0.00%)、MgO(0.00% ～ 0.07%)、Al2O3(0.02% ～1.90%)，但是卻含有最高 Fe2O3(65.92% ～ 67.79%)。此外，磁鐵礦TiO2分別與FeO、MnO和MgO都呈正相關(guān)關(guān)系，TiO2與Fe2O3呈負(fù)相關(guān)關(guān)系(圖4)，磁鐵礦MgO與Al2O3呈正相關(guān)關(guān)系(圖5a)。鈦鐵礦成分在不同的巖相帶中也變化較大，下部巖相帶鈦鐵礦含有相對(duì)高 TiO2(49.57% ～52.50%)、FeO(39.17% ～ 44.92%)、MnO(0.86% ～1.57%)、MgO(0.29% ～2.91%)，和相對(duì)低 Fe2O3(2.55% ～6.36%)。中 部 巖 相 帶 鈦 鐵 礦 含 有 TiO2(50.07% ～53.18%)、FeO(37.38% ～ 43.28%)、MnO(0.81% ～2.43%)、MgO(0.18% ～ 5.20%)、Fe2O3(1.53% ～ 4.96%)。上部巖相帶鈦鐵礦顯示低 TiO2(48.53% ～50.04%)、FeO(41.37% ～ 42.86%)、MgO(0.00% ～ 0.03%)，而含有高M(jìn)nO(1.61% ～2.25%)和 Fe2O3(4.23% ～7.40%)。鈦鐵礦的FeO與TiO2和MgO呈負(fù)的相關(guān)關(guān)系，而FeO與Fe2O3和MnO呈正的相關(guān)關(guān)系(圖6)。鈦鐵礦MgO與MnO顯示負(fù)的相關(guān)性(圖5b)。太和巖體橄欖石中磁鐵礦Cr2O3含量變化范圍較大，下部巖相帶包裹在橄欖石中磁鐵礦含有最高Cr2O3(0.07% ～0.21%)，然而中部巖相帶包裹在橄欖石中的磁鐵礦Cr2O3(0.00% ～0.03%)顯著降低。此外，這些包裹在橄欖石中的磁鐵礦Cr2O3都與斜長(zhǎng)石的An牌號(hào)與單斜輝石Cr含量呈正相關(guān)關(guān)系(圖7)。

圖4 太和巖體磁鐵礦TiO2分別與MgO、MnO、FeO、Fe2O3的相關(guān)圖攀枝花巖體磁鐵礦數(shù)據(jù)源自Song et al.(2013);大廟Fe-Ti-P礦石磁鐵礦數(shù)據(jù)源自Chen et al.(2013).圖5、圖6的圖例同此圖Fig.4 Plots of TiO2versus MgO，MnO，F(xiàn)eO and Fe2O3for magnetite in the Taihe intrusion，respectivelyThe data of the Panzhihua intrusion are after Song et al.(2013);the data of the Damiao Fe-Ti-(P)ores are after Chen et al.(2013).Symbols in Fig.5 and Fig.6 are the same as in this figure

圖5 太和磁鐵礦MgO和Al2O3的相關(guān)圖(a)和鈦鐵礦MnO與MgO的相關(guān)圖(b)Fig.5 Plot of MgO versus Al2O3for magnetite(a)and plot of MnO versus MgO for ilmenite(b)in the Taihe intrusion

6 討論

太和巖體最重要的特點(diǎn)是在中部巖相帶厚層磁鐵輝石巖中出現(xiàn)大量的磷灰石(5%～12%)。這些磷灰石磁鐵輝石巖產(chǎn)于每個(gè)韻律旋回的底部，而旋回上部的磷灰石輝長(zhǎng)巖中Fe-Ti氧化物的含量明顯減少。由于大量的磷灰石和Fe-Ti氧化物出現(xiàn)，因此形成中部巖相帶的母巖漿不僅富集Fe和Ti，也富集P。然而，攀西地區(qū)同時(shí)期的幾個(gè)Fe-Ti氧化物礦床如攀枝花、白馬、紅格，其Fe-Ti氧化物礦石中卻沒有磷灰石(攀西地質(zhì)大隊(duì)，1984)。此外，太和中部巖相帶磷灰石磁鐵輝石巖的礦物組成與產(chǎn)于斜長(zhǎng)巖套中的鈦鐵磷灰?guī)r(nelsonite)有相似之處。因此，下文主要是通過對(duì)比太和富磷灰石Fe-Ti氧化物礦石與攀枝花不含磷灰石礦石及其大廟鈦鐵磷灰?guī)r中的磁鐵礦和鈦鐵礦成分來探討太和富磷灰石礦層的成因約束。

6.1 太和中部巖相帶磷灰石磁鐵輝石巖成因

鈦鐵磷灰?guī)r是一種由約30%磷灰石和約60%Fe-Ti氧化物構(gòu)成的巖石，硅酸鹽礦物很少(小于10%)，他們常產(chǎn)于斜長(zhǎng)巖套中(Philpotts，1967;Kolker，1982)。大廟斜長(zhǎng)巖套中鈦鐵磷灰?guī)r含有變化含量磷灰石(10% ～60%)和Fe-Ti氧化物(40% ～80%)以及含量較低的硅酸鹽礦物(小于10%)(陳偉等，2008;Zhao et al.，2009;Chen et al.，2013)。礦石中磷灰石含量變化較大被認(rèn)為是不混溶富Fe-Ti-P熔體內(nèi)部分異的結(jié)果(Chen et al.，2013)。宏觀上看，這些Fe-Ti-P礦石多呈脈狀或者透鏡狀貫入斜長(zhǎng)巖中，硅酸鹽礦物被Fe-Ti氧化物和磷灰石切割和穿插，礦石普遍發(fā)育網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，礦石的礦物組成和含量基本符合鈦鐵磷灰?guī)r特征，這些特征強(qiáng)烈暗示Fe-Ti-P礦石形成于不混溶的富Fe-Ti-P熔體(Kolker，1982)。然而，太和中部巖相帶磷灰石磁鐵輝石巖含有50% ～60%硅酸鹽礦物，5% ～12%磷灰石，25% ～35%Fe-Ti氧化物，這些磷灰石磁鐵輝石巖在礦物含量上與典型的鈦鐵磷灰?guī)r存在明顯的區(qū)別。此外，太和磷灰石磁鐵輝石巖中大量硅酸鹽礦物與磷灰石和Fe-Ti氧化物顆粒都呈堆積結(jié)構(gòu)(圖3c)，且礦層都位于每個(gè)旋回的下部，這暗示磷灰石和Fe-Ti氧化物可能較早地從巖漿中飽和結(jié)晶并堆積下來。太和磷灰石磁鐵輝石巖中相對(duì)較高的斜長(zhǎng)石An(52～62)牌號(hào)和橄欖石Fo(62～75)牌號(hào)也表明磷灰石可以在相對(duì)較高的溫度下飽和結(jié)晶(She et al.，2014)。

圖6 太和巖體鈦鐵礦FeO分別與MgO、MnO、TiO2、Fe2O3的相關(guān)圖攀枝花巖體鈦鐵礦數(shù)據(jù)源自鄭文勤等(2014);大廟Fe-Ti-P礦石鈦鐵礦數(shù)據(jù)源自Chen et al.(2013)Fig.6 Plots of FeO versus MgO，MnO，TiO2and Fe2O3for ilmenite in the Taihe intrusion，respectivelyThe data of the Panzhihua intrusion are after Zheng et al.(2014);the data of the Damiao are after Chen et al.(2013)

圖7 太和巖體包裹在橄欖石中的磁鐵礦Cr2O3分別與斜長(zhǎng)石An牌號(hào)以及單斜輝石中Cr含量的相關(guān)圖斜長(zhǎng)石和單斜輝石數(shù)據(jù)源自于She et al.(2014)Fig.7 Plots of Cr2O3of magnetite inclusions hosted in olivine versus An of plagioclase and Cr content of clinopyroxene in the Taihe intrusion，respectivelyThe data of plagioclase and clinopyroxene compositions are after She et al.(2014)

對(duì)比太和磷灰石磁鐵輝石巖和大廟Fe-Ti-P礦石中磁鐵礦成分發(fā)現(xiàn):大廟磁鐵礦不僅顯示較低的TiO2，而且FeO、MnO、MgO也較低，而Fe2O3較高(圖4)，這可能是由于不混溶的富Fe-Ti-P熔體形成于巖漿演化的晚期，巖漿中大量含F(xiàn)e2+和Mg2+硅酸鹽礦物分離結(jié)晶(如橄欖石和單斜輝石)導(dǎo)致分離出的Fe-Ti-P熔體富集Fe3+和虧損Mg。大廟的斜長(zhǎng)石 An(34.3 ～51.3)牌號(hào)和橄欖石 Fo(22.9 ～17.9)牌號(hào)也暗示著不混溶的Fe-Ti-P熔體可能是從高度演化的巖漿中分離出來。這與Chen et al.(2013)估算的母巖漿相對(duì)虧損MnO(0.13%)和MgO(1.07%)也是一致的。然而，太和磷灰石磁鐵輝石巖的磁鐵礦則顯示相對(duì)較高的 TiO2、FeO、MnO、MgO，而且這些元素的含量與攀枝花巖體變化趨勢(shì)一致(圖4)，暗示太和磁鐵礦飽和機(jī)制與攀枝花磁鐵礦形成機(jī)制可能是相似的。早期研究結(jié)果顯示攀枝花的主要Fe-Ti氧化物礦層位于巖體下部，F(xiàn)e-Ti氧化物結(jié)晶早于硅酸鹽礦物，說明Fe-Ti氧化物結(jié)晶發(fā)生于巖漿分離結(jié)晶的早期階段 (Pang et al.，2008a;張曉琪等，2011;Song et al.，2013)。攀枝花巖體下部巖相帶的橄欖石包裹大量Fe-Ti氧化物也暗示著磁鐵礦和鈦鐵礦是早期的結(jié)晶相(Pang et al.，2008b)。太和中部巖相帶和下部巖相帶橄欖石中也發(fā)現(xiàn)大量Fe-Ti氧化物包裹體(圖3d)，這些現(xiàn)象與攀枝花巖體是相似的，暗示太和Fe-Ti氧化物在巖漿演化的早期階段就開始成為液相線礦物。此外，大廟磁鐵礦Al2O3與MgO沒有相關(guān)性，而太和磁鐵礦顯示正的相關(guān)性(圖5a)，這是由于Al和Mg都不相容于磁鐵礦，而大廟富Fe-Ti-P熔體中幾乎沒有硅酸鹽礦物結(jié)晶，因而對(duì)熔體中Al和Mg含量變化影響較小。而太和磁鐵礦伴隨大量硅酸鹽礦物從富Fe-Ti-P的玄武質(zhì)巖漿中結(jié)晶出來，導(dǎo)致巖漿中Al和Mg含量降低。

太和磷灰石磁鐵輝石巖和大廟Fe-Ti-P礦石中的鈦鐵礦成分也存在較大差異。大廟Fe-Ti-P礦石中鈦鐵礦TiO2與FeO顯示正相關(guān)，F(xiàn)e2O3與FeO顯示負(fù)相關(guān)，同時(shí)鈦鐵礦MnO與FeO較高和MgO較低(圖6)，這些特征可能是由于鈦鐵礦從成分變化較小的高度富Fe-Ti-P熔體中直接結(jié)晶導(dǎo)致的。然而，太和磷灰石磁鐵輝石巖的鈦鐵礦FeO分別與TiO2、MgO顯示負(fù)的相關(guān)性，而與Fe2O3、MnO則呈正相關(guān)，而且太和鈦鐵礦成分在不同巖相帶中變化較大(圖6)，這些特征暗示太和鈦鐵礦伴隨硅酸鹽礦物如橄欖石和單斜輝石從玄武質(zhì)巖漿中分離結(jié)晶。因此，磁鐵礦和鈦鐵礦成分特征暗示太和磷灰石磁鐵輝石巖是從富Fe-Ti-P的玄武質(zhì)巖漿中結(jié)晶出來，然后通過重力分選和堆積形成富磷灰石Fe-Ti氧化物礦層。

6.2 太和中部帶富Fe-Ti-P母巖漿形成機(jī)制

太和中部巖相帶厚層的磷灰石磁鐵輝石巖全巖成分顯示高 P2O5(1.5% ～4.8%)和全 Fe2O3(24% ～47%)，然而太和下部巖相帶的全巖P2O5含量一般都低于0.186%，且在下部巖相帶的頂部形成不含磷灰石的Fe-Ti氧化物塊狀礦層(She et al.，2014)，這些特征暗示形成中部巖相帶和下部巖相帶的母巖漿存在顯著差異。之前的研究暗示攀西地區(qū)賦存Fe-Ti氧化物礦石的層狀巖體的母巖漿可能是幔源的苦橄質(zhì)巖漿在深部巖漿房中經(jīng)歷橄欖石、單斜輝石、鉻鐵礦等礦物分離結(jié)晶之后形成的富集Fe和Ti的殘余巖漿。這些殘余巖漿再侵入到淺部巖漿房形成Fe-Ti氧化物礦床如攀枝花、白馬、紅格巖體(Pang et al.，2008a;Song et al.，2013;Zhang et al.，2012;Bai et al.，2012)。She et al.(2014)提出太和下部巖相帶的母巖漿可能源自深部巖漿房富Fe-Ti巖漿，這與攀西地區(qū)其他巖體的母巖漿來源是相似的。然而太和中部巖相帶富Fe-Ti-P母巖漿可能是由深部富Fe-Ti巖漿上升侵入到中部巖漿房中混合了高度演化而富P的殘余巖漿，最后這種混合的富Fe-Ti-P巖漿再侵入到太和巖漿房中形成了中部巖相帶磷灰石磁鐵輝石巖。在混合的過程中，中部巖漿房中一些已結(jié)晶的低熔點(diǎn)礦物如磷灰石、磁鐵礦、鈦鐵礦可能被熔蝕吸收導(dǎo)致了混合巖漿更富集Fe、Ti、P。

太和中部巖相帶磁鐵礦MnO比攀枝花高，但MgO卻比攀枝花低(圖4c，d)，這可能是由于中部巖漿房的混合巖漿熔融并重吸收了部分Fe-Ti氧化物，太和磁鐵礦中低MgO暗示這種混合巖漿比攀枝花母巖漿更演化。相似地，太和鈦鐵礦比攀枝花含有更高M(jìn)nO與更低MgO含量(圖6c，d)。由于Cr強(qiáng)烈相容于磁鐵礦和鈦鐵礦(DCrMt/liq=50～230，DCrIlm/liq=11 ～43;Klemme et al.，2006;Namur et al.，2010)，巖漿中的Cr2O3含量容易受到大量磁鐵礦和鈦鐵礦分離結(jié)晶的影響。然而，包裹在早期結(jié)晶的橄欖石中的磁鐵礦成分能更好地反映母巖漿中初始Cr2O3含量。如圖7所示，橄欖石中的磁鐵礦Cr2O3含量分別與斜長(zhǎng)石的An牌號(hào)和單斜輝石的Cr含量都成正相關(guān)關(guān)系。下部巖相帶的橄欖輝長(zhǎng)巖和橄輝巖中顯示相對(duì)較高的斜長(zhǎng)石An牌號(hào)(79～80)和單斜輝石Cr含量(76×10-6～263 ×10-6)(She et al.，2014)，同時(shí)橄欖石中磁鐵礦含有相對(duì)較高的 Cr2O3(0.07% ～0.21%)，這暗示形成下部巖相帶巖石的母巖漿演化程度相對(duì)較低。然而，中部巖相帶斜長(zhǎng)石An(52～62)牌號(hào)和單斜輝石Cr(1.3×10-6～10.5×10-6)含量以及橄欖石中磁鐵礦 Cr2O3(0%～0.03%)含量相比下部巖相帶都突然顯著降低，這種明顯的成分間斷可能是由于后期補(bǔ)充了演化程度更高的富Fe-Ti-P巖漿導(dǎo)致的。這些特征印證了She et al.(2014)提出的中部巖相帶的母巖漿是由富Fe-Ti巖漿和富P殘余巖漿混合而形成。

圖8 太和巖體磁鐵礦的Ni/(Cr+Mn)比值與Ti+V的相關(guān)圖不同礦床類型范圍根據(jù)Dupuis and Beaudoin(2011).BIF=條帶狀鐵建造;IOCG=鐵、銅、金礦床;Fe-Ti-V=巖漿Fe-Ti-V氧化物礦床.攀枝花數(shù)據(jù)源自Song et al.(2013)Fig.8 Plots of Ni/(Cu+Mn)ratios versus Ti+V for magnetite from the Taihe intrusionThese deposit types are after Dupuis and Beaudoin(2011).BIF=banded iron formation;IOCG=iron oxide-copper-gold deposits;Fe-Ti-V=magmatic Fe-Ti-V oxide deposits.The data of the Panzhihua intrusion is after Song et al.(2013)

6.3 太和上部巖相帶磁鐵礦成分的影響因素

太和巖體上部巖相帶磷灰石輝長(zhǎng)巖中的磁鐵礦顯示較低的 TiO2、FeO、MnO、MgO、Al2O3含量(圖 4、圖 5)，而鈦鐵礦顯示較低的TiO2、MgO含量和較高的MnO、Fe2O3含量(圖6)，這些特征都顯著區(qū)別于太和中部巖相帶和下部巖相帶樣品，暗示上部巖相帶Fe-Ti氧化物的成分可能受到其它因素的影響。

磁鐵礦可以形成于多種地質(zhì)過程，基于不同成因的磁鐵礦具有不同的成分特點(diǎn)。Dupuis and Beaudoin(2011)提出磁鐵礦Ni/(Cr+Mn)與Ti+V判別圖解來判定磁鐵礦的成因類型。一般地，巖漿磁鐵礦含有相對(duì)較高Ti+V和變化Ni/(Cr+Mn)，而熱液磁鐵礦(如斑巖和矽卡巖)含有較低Ti+V。如圖8所示，雖然太和下部巖相帶和中部巖相帶大多數(shù)磁鐵礦與攀枝花磁鐵礦一起投影在巖漿型磁鐵礦區(qū)域，但是太和中部巖相帶磁鐵礦Ni/(Cr+Mn)比值明顯低于下部巖相帶，這是因?yàn)橹胁繋r相帶的母巖漿是由源自深部的富Fe-Ti巖漿與中部巖漿房中富P殘余巖漿混合而形成，這種演化的混合巖漿相對(duì)虧損Ni和Cr(She et al.，2014)。太和巖體上部巖相帶和中部巖相帶少數(shù)磁鐵礦具有較低的Ti+V，它們投影在斑巖型和Kiruna型磁鐵礦區(qū)域。而Kiruna型礦床中鐵的氧化物主要是磁鐵礦和赤鐵礦，而缺失鈦鐵礦。這種礦床一般與鈣堿性-堿性火成巖和熱液蝕變有關(guān)(Foose and McLelland，1995;Barton and Johnson，1996)。因此，太和巖體上部巖相帶磁鐵礦和中部巖相帶頂部的少量磁鐵礦顯示熱液特征可能與熱液蝕變有關(guān)。值得注意的是太和巖體上部巖相帶和中部巖相帶頂部旋回VI存在大量巖漿角閃石(She et al.，2014)，這暗示母巖漿含有較高的水含量。另一方面，Sr-Nd同位素地球化學(xué)顯示太和巖體地殼混染程度較低，暗示這些水可能并不是來源于地殼混染(She et al.，2014)。因此，我們推斷在巖漿演化后期，隨著無水礦物分離結(jié)晶程度增加，太和巖體上部富集大量巖漿熱液，這些巖漿水可能與早期結(jié)晶的礦物如硅酸鹽礦物和Fe-Ti氧化物反應(yīng)，這與上部巖相帶常見角閃石反應(yīng)邊是一致的(圖3b)。這些累積的巖漿熱液可能使得Ti從磁鐵礦中擴(kuò)散-遷移出來形成鈦鐵礦。太和巖體上部巖相帶和中部巖相帶頂部的磁鐵礦較低Ti+V含量可能代表了早期結(jié)晶的磁鐵礦顆粒受到巖漿演化晚期累積巖漿熱液改造。另一種可能的因素是上部巖相帶是中部巖相帶殘余巖漿結(jié)晶的產(chǎn)物，由于中部巖相帶Fe-Ti氧化物的大量結(jié)晶導(dǎo)致了殘余巖漿中Ti含量降低，同時(shí)也使得巖漿的氧逸度降低，因此，上部巖相帶的磁鐵礦結(jié)晶可能比鈦鐵礦稍晚，使得磁鐵礦的Ti含量較低。

7 結(jié)論

太和巖體中部巖相帶磷灰石磁鐵輝石巖的成因是Fe-Ti氧化物和磷灰石伴隨單斜輝石較早地從富Fe-Ti-P玄武質(zhì)巖漿中結(jié)晶并通過重力分選和堆積而形成。而這種富Fe-Ti-P母巖漿的形成是由于源自深部巖漿房的富Fe-Ti巖漿上升侵入到中部巖漿房中混合了高度演化富P殘余巖漿，同時(shí)熔蝕了部分低熔點(diǎn)的礦物，最后這種混合巖漿侵入太和巖漿房形成了中部巖相帶。太和上部巖相帶磁鐵礦和中部巖相帶的頂部少量磁鐵礦可能被巖漿演化晚期累積的巖漿熱液所改造。

致謝 電子探針分析得到了中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所礦床地球化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室周國富研究員和劉世榮副研究員的幫助和指導(dǎo)，在此表示感謝。

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