陜南馬嶺關(guān)雜巖中斜長角閃巖的礦物學(xué)特征及其對Fe-Ti礦化的啟示

黃 杰，覃小鋒，王宗起，張英利，楊 文，朱安漢，宋 炯

(1. 桂林理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，廣西桂林 541004；2. 廣西隱伏金屬礦產(chǎn)勘查重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(桂林理工大學(xué))，廣西桂林 541004；3. 中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所，北京 100037)

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陜南馬嶺關(guān)雜巖中斜長角閃巖的礦物學(xué)特征及其對Fe-Ti礦化的啟示

黃 杰1,2，覃小鋒1,2，王宗起3，張英利3，楊 文1,2，朱安漢1,2，宋 炯1,2

(1. 桂林理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，廣西桂林 541004；2. 廣西隱伏金屬礦產(chǎn)勘查重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(桂林理工大學(xué))，廣西桂林 541004；3. 中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所，北京 100037)

陜南安康地區(qū)馬嶺關(guān)雜巖中分布有大量的變質(zhì)基性巖(斜長角閃巖)，其TiO2含量變化較大，在1.80%～5.95%之間，可劃分為低鈦與高鈦兩種類型。巖石學(xué)、礦物學(xué)、地球化學(xué)的詳細(xì)研究表明，有利于Fe-Ti成礦的是高鈦斜長角閃巖，其源巖為富Fe-Ti基性巖類。礦物化學(xué)研究表明，鈦鐵氧化物主要以鈦鐵礦形式存在，化學(xué)成分上具富錳貧鎂特征，與攀西地區(qū)巖漿型釩鈦磁鐵礦中鈦鐵礦的特征明顯不同，是海底基性火山活動(dòng)形成的產(chǎn)物后又經(jīng)區(qū)域變質(zhì)作用改造形成的，其Fe-Ti礦化作用經(jīng)歷了原巖的初始富集、板塊深俯沖過程中的進(jìn)變質(zhì)Fe-Ti礦化作用和后期退變質(zhì)Fe-Ti礦化作用三個(gè)主要成礦階段。

馬嶺關(guān)雜巖 斜長角閃巖 礦物學(xué)特征 Fe-Ti礦化 陜南

Huang Jie, Qin Xiao-feng, Wang Zong-qi, Zhang Ying-li, Yang Wen, Zhu An-han, Song Jiong. Mineralogical characteristics of the plagioclase amphibolites of the Malingguan complex in southern Shaanxi Province and their implications for Fe-Ti mineralization [J]. Geology and Exploration, 2015, 51(5):0907-0922.

馬嶺關(guān)雜巖(又稱為馬嶺關(guān)巖組)為1∶5萬馬池街等幅區(qū)調(diào)聯(lián)測①中創(chuàng)建的一個(gè)非正式組級構(gòu)造-巖石地層單位，創(chuàng)名地位于石泉縣北東馬嶺關(guān)一帶。鄧亞婷等(2005)根據(jù)該巖系已遭受強(qiáng)烈的構(gòu)造變形變質(zhì)作用，總體呈規(guī)模不等的透鏡狀、條帶狀、楔狀巖片、巖塊、巖楔產(chǎn)出的特征，將其改稱為“馬嶺關(guān)構(gòu)造混雜巖”，并認(rèn)為其可能代表勉略地區(qū)黑木林構(gòu)造蛇綠混雜巖帶的東延部分，是古勉略洋盆消減，兩側(cè)陸殼開始匯聚形成的產(chǎn)物。勉略構(gòu)造帶(或稱之為勉略縫合帶)(張國偉等，2003)是秦嶺造山帶中一重要礦化集中區(qū)，作為勉略構(gòu)造帶組成部分的馬嶺關(guān)構(gòu)造混雜巖帶北部石泉縣羊坪灣-漢陰縣黃龍-漢濱區(qū)流芳以及旬陽泗人溝-南沙溝-紅土坡-韓氏溝-小溝和柞水-山陽一帶已發(fā)現(xiàn)多種類型的鐵、銅、鉛、鋅、金和銀等多金屬礦床多達(dá)幾十處(李會民，1997；宋小文等，2003；白龍安，2005；楊本昭等，2010；李萬玲，2011；張西社，2012；龔銀杰等，2013；劉洪祺等，2013)。近年來，在該構(gòu)造混雜巖帶西段的石泉縣樹林里-安溝、略陽中壩子以及東段旬陽縣呂河至銅錢關(guān)一帶均發(fā)現(xiàn)了一系列與攀枝花釩鈦磁鐵礦成因相似的巖漿晚期分異型鈦磁鐵礦床(點(diǎn))(劉林等，2010；李方周，2012；陳劍祥等，2013)。在研究區(qū)內(nèi)的該構(gòu)造帶中，雖然至今還沒有發(fā)現(xiàn)相似的鈦磁鐵礦床，但近年來筆者在參加中國地質(zhì)調(diào)查局礦產(chǎn)資源評價(jià)項(xiàng)目《陜西紫陽-嵐皋地區(qū)鐵銅礦成礦環(huán)境與勘查研究》過程中，在馬嶺關(guān)雜巖中發(fā)現(xiàn)了大量的變質(zhì)基性巖塊，且這些變質(zhì)基性巖塊中鈦鐵礦、鉻鐵礦等礦物含量較高，局部已形成礦化點(diǎn)，表明本區(qū)具有良好的鈦磁鐵礦找礦前景。

鑒于此，本文擬通過對馬嶺關(guān)雜巖中變質(zhì)基性(-超基性)巖塊(主要由斜長角閃巖組成)的礦物學(xué)特征的研究，以揭示本區(qū)Fe-Ti氧化物的形成機(jī)制，從而為本區(qū)鈦磁鐵礦的地質(zhì)找礦提供新的依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

馬嶺關(guān)雜巖主要分布于陜南安康市牛山地區(qū)北部的石泉縣馬嶺關(guān)、胡家寨，漢陰縣沈壩鎮(zhèn)以及安康市漢濱區(qū)大河鎮(zhèn)、譚壩鎮(zhèn)一帶，總體呈NWW走向，出露面積大于60km2(圖1)。鄧亞婷等(2005)認(rèn)為馬嶺關(guān)雜巖的分布區(qū)屬于古勉略構(gòu)造拼合帶的東延部分，由于經(jīng)歷了漫長、復(fù)雜的板塊俯沖-碰撞作用的改造，該套巖系實(shí)際上為一套由大小不等的元古界變質(zhì)中基性-酸性火山巖、變質(zhì)沉積巖、變質(zhì)古侵入巖及下古生界變質(zhì)沉積巖等巖片(塊)或巖楔組成的構(gòu)造混雜巖系。內(nèi)部脆性斷層、韌性剪切帶和推覆構(gòu)造發(fā)育，各巖片(塊)之間往往由多期、多級韌性剪切帶、脆性斷裂所分割(圖2)，巖石已發(fā)生強(qiáng)烈的塑性流變褶皺和強(qiáng)烈的構(gòu)造置換，并相伴有綠片巖相-角閃巖相區(qū)域變質(zhì)。其中變質(zhì)基性巖巖片(塊)出露寬窄不一，一般在幾米至數(shù)十米不等，個(gè)別達(dá)上百米，其中在沈壩鎮(zhèn)雙河口一帶出露的變質(zhì)基性巖巖片(塊)寬度最大，達(dá)181m。該類巖片(塊)的巖石類型也較復(fù)雜，在大河鎮(zhèn)廟坪、小河口一帶主要巖性為斜長角閃巖、黑云斜長角閃巖、角閃巖、(含)綠簾黑云斜長角閃巖等，有時(shí)見斜長角閃巖與凝灰質(zhì)千枚巖和長石二云石英片巖或斜長角閃巖與二云二長片麻巖呈旋回狀產(chǎn)出(圖3a、b)；在小河口一帶還發(fā)現(xiàn)一層厚度達(dá)8m的斜長角閃巖，其“上部”夾有厚度約0.6m～1.5m的發(fā)育有較典型“枕狀構(gòu)造”的含鈦鐵礦巖層(圖3c、d)，說明其原巖應(yīng)為海相基性火山巖(枕狀基性熔巖)類。

圖1 陜南安康地區(qū)馬嶺關(guān)雜巖分布略圖Fig.1 Sketch map showing distribution of the Malingguan complex in the Ankang area, southern Shaanxi province1-新生代地層；2-古生代地層；3-馬嶺關(guān)雜巖；4-隕西群和耀嶺河群；5-斜長角閃巖巖片；6-變質(zhì)基性火山巖；7-(輝長)輝綠巖；8-基 性-超基性巖漿雜巖；9-中生代巖體；10-新元古代巖體；11-斷層1-Cenozoic strata; 2-Paleozoic strata; 3-Malingguan complex; 4-Yunxi group and Yaolinghe group; 5-slice of plagioclase amphibolites; 6- Metamorphic basic volcanic rocks；7-(gabbro-)diabase；8- basic-ultrabasic igneous complex；9-Mesozoic pluton；10-Neoproterozoic pluton；11 -fault

圖2 安康市廟坪至大河口馬嶺關(guān)雜巖實(shí)測剖面Fig.2 Stratigraphic section of the Malingguan complex in Miaoping-Dahekou area, Ankang city1-浮土；2-白云母石英片巖；3-斜長角閃巖；4-黑云斜長角閃巖；5-角閃巖；6-含碳硅質(zhì)板巖；7-變質(zhì)泥灰?guī)r；8-變質(zhì)含碳泥 灰?guī)r；9-長石二云石英片巖；10-二云二長片麻巖；11-凝灰質(zhì)千枚巖；12-斷層面；13-分層號1-eluvial soil; 2-muscovite-quartz schist; 3-plagioclase amphibolite; 4-biotite-plagioclase amphibolite; 5-amphibolite; 6-carbonaceous siliceous slate; 7-metamorphic marl; 8-metamorphic carbonaceous marl; 9-feldspar-two mica-quartz schist; 10-two-mica monzogneiss; 11-tuffaceous phyllite; 12-fault plane; 13-layered number

2 馬嶺關(guān)雜巖中斜長角閃巖的巖石學(xué)和地球化學(xué)特征

2.1 巖石學(xué)特征

馬嶺關(guān)雜巖變質(zhì)基性巖巖片(塊)的巖性主要以斜長角閃巖為主，局部巖石中尚見其礦物粒度和含量呈韻律性變化特征，表現(xiàn)為巖石礦物粒度由粗變細(xì)，或者暗色礦物(角閃石等)含量由多變少而淺色礦物(斜長石和石英)含量具逐漸增多趨勢。巖石一般具片麻狀構(gòu)造、細(xì)粒柱粒狀變晶結(jié)構(gòu)，主要由角閃石(52%～85%)、斜長石(8%～40%)及一定量的綠簾石、陽起石、黑云母、石英等礦物組成，有時(shí)含有少量的方解石，一些巖石中尚含有較多的鈦鐵礦(局部含量達(dá)3%～8%)及少量的榍石等礦物(圖4a)；但在一些具韻律性變化巖石的底部，角閃石含量更高(>90%)，而長英質(zhì)礦物含量非常少，并出現(xiàn)較多的鈦鐵礦等副礦物，巖性已向角閃巖類過渡(圖4b)。角閃石柱體多呈它形-半自形柱狀，往往具褐綠色-綠色多色性，其集合體分布具定向性，形成片麻狀構(gòu)造，有時(shí)見角閃石邊部具綠泥石化現(xiàn)象；斜長石和石英多呈不規(guī)則它形粒狀，不均勻地聚集分布于角閃石顆粒間；黑云母多呈鱗片狀零星分布于角閃石顆粒間，顯微鏡下多色性明顯，常見其斜切片麻理現(xiàn)象，表明其應(yīng)為晚期退變質(zhì)作用的產(chǎn)物；鈦鐵礦的產(chǎn)出狀態(tài)有兩種類型：(1)變形變質(zhì)作用相對較強(qiáng)烈的巖石中，其往往呈半自形板狀晶體與角閃石平衡共生，并沿片麻理方向定向分布，表明其應(yīng)為主期變質(zhì)作用過程中形成的產(chǎn)物(圖4a、b)；(2)在變形變質(zhì)作用相對較弱的巖石中，其往往呈他形粒狀分布在角閃石周圍或內(nèi)部，邊部往往有榍石的反應(yīng)邊，或者由榍石+綠簾石+綠泥石集合體組成的角閃石假晶環(huán)繞其分布，這種鈦鐵礦可能為巖漿階段形成的，但在巖漿作用的后期，其與角閃石發(fā)生反應(yīng)而退變?yōu)殚鞘?綠簾石+綠泥石(圖4c、d)。

在沈壩鎮(zhèn)石梯村一帶，還見有少量石榴斜長角閃巖(榴閃巖)呈不規(guī)則狀、似層狀或透鏡體狀沿石榴黑云(二云)鈉長片麻巖的面理方向分布。巖石具塊狀或片麻狀構(gòu)造、細(xì)粒柱粒狀變晶結(jié)構(gòu)。常見的變質(zhì)礦物有角閃石(62%～80%)、石榴石(5%～40%)及一定量的斜長石和石英等，局部巖石中還含有少量黑云母、綠簾石、斜黝簾石、綠泥石、方解石等變質(zhì)礦物。巖石以角閃石含量較多，出現(xiàn)較多的石榴石等特征變質(zhì)礦物為特征，并含有較多的鈦鐵礦和少量的榍石、磷灰石等副礦物。角閃石呈它形-半自形柱狀略具定向分布形成片麻理構(gòu)造；石榴石呈似圓-似橢圓外形，其內(nèi)包嵌有許多細(xì)小的綠簾石、石英、鈦鐵礦、榍石等礦物，形成篩狀變晶結(jié)構(gòu)(圖4e、f)，且邊緣也見有鈦鐵礦+綠簾石+綠泥石±石英±方解石集合體分布；石英和斜長石呈細(xì)小的它形顆粒，聚集分布于角閃石顆粒間。

圖3 馬嶺關(guān)雜巖中斜長角閃巖的宏觀特征Fig.3 Macro-scopic characteristics of plagioclase amphibolites in the Malingguan complexa-斜長角閃巖和二云二長片麻巖呈旋回性產(chǎn)出；b-斜長角閃巖和長石二云石英片巖呈旋回性產(chǎn)出；c、d-斜長角閃 巖中發(fā)育的枕狀構(gòu)造a- plagioclase amphibolite and two-mica monzogneiss show cyclicty; b- plagioclase amphibolite and feldspar-two mica- quartz schist show cyclicty; c、d- pillow structure of plagioclase amphibolite

2.2 地球化學(xué)特征

本次研究總共選擇了18個(gè)新鮮的斜長角閃巖樣品進(jìn)行全巖主量元素分析，測試工作在中國科學(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Axios(PW4400)型X射線熒光光譜儀(XRF)上完成，測試結(jié)果見表1。從表1中可見，本區(qū)斜長角閃巖樣品的SiO2含量大多為46.02%～51.16%之間，屬基性巖類，少量樣品的SiO2含量較低，為42.00%～44.88%，屬超基性巖類，個(gè)別樣品SiO2含量高達(dá)55.45%，屬中性巖類。巖石的MgO、FeOT和CaO的含量較高，分別為2.41%～8.02%、11.34%～17.39%和5.01%～11.67%；而TiO2含量變化較大，介于1.80%～5.95%之間，根據(jù)徐義剛等(2001)提出的以TiO2含量劃分玄武巖類型的方案(TiO2含量高于2.8%的玄武巖定為高鈦型玄武巖，而低于2.8%的玄武巖定為低鈦型玄武巖)，本區(qū)的斜長角閃巖可劃分為高鈦和低鈦兩種類型。其中與本區(qū)Fe-Ti富集作用有密切關(guān)系的是高鈦型斜長角閃巖，顯微鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，該類巖石的樣品中往往含有較多的鈦鐵氧化物；而低鈦型斜長角閃巖中礦化作用不強(qiáng)，巖石中含鈦鐵氧化物較少；在TAS分類圖解(Irvineetal.，1971；Le Maitreetal.，2002)(圖5)中，大部分樣品的投點(diǎn)均落入玄武巖區(qū)，少量落入苦橄質(zhì)玄武巖和玄武質(zhì)安山巖區(qū)，低鈦型斜長角閃巖的投點(diǎn)全部落入亞堿性系列區(qū)內(nèi)，而高鈦型斜長角閃巖的投點(diǎn)則主要落入堿性系列區(qū)內(nèi)。微量和稀土元素的研究結(jié)果亦表明，高鈦型和低鈦型斜長角閃巖在地球化學(xué)特征上存在明顯區(qū)別，其中高鈦型斜長角閃巖在各種構(gòu)造環(huán)境判別圖解中主要落入洋島玄武巖(或地幔柱玄武巖)區(qū)，而低鈦型斜長角閃巖主要落入洋中脊玄武巖區(qū)②，表明二者的原巖在成因上存在明顯區(qū)別。

3 礦物化學(xué)特征

本次研究對斜長角閃巖中的各種礦物(角閃石、斜長石、石榴石、黑云母、綠泥石、綠簾石、榍石和鈦鐵礦等)進(jìn)行了大量的礦物化學(xué)成分分析，測試在桂林理工大學(xué)電子探針室的JEOL JXA-8230型電子探針儀上完成，定量分析的工作條件為：加速電壓20kV，電流20nA，束斑直徑5μm。其代表性結(jié)果見表2、表3、表4、表5和表6，具體的礦物成分特征描述如下：

表1 斜長角閃巖的全巖主量元素分析結(jié)果(%)

圖5 馬嶺關(guān)雜巖中斜長角閃巖的TAS分類圖解Fig.5 TAS classification diagram of plagioclase amphibolites from the Malingguan complex堿性與亞堿性系列分界線據(jù) Irvine and Baragar(1971)?！? 高鈦型斜長角閃巖；○-低鈦型斜長角閃巖The boundary between alkaline and subalkaline series is from Irvine and Baragar (1971). △- high-Ti plagioclase amphibolite； ○-low-Ti plagioclase amphibolite

3.1 角閃石

角閃石是斜長角閃巖和榴閃巖中的主要礦物之一，多呈它形-半自形長柱狀晶形，顯微鏡下一般呈綠色或褐綠色，具閃石式解理發(fā)育；其往往聚集定向分布于巖石中(圖4a、b)，應(yīng)屬變質(zhì)成因的產(chǎn)物，部分顆粒已退變?yōu)榫G泥石和綠簾石，以假晶的形式存在于巖石中。從表2中可以看出，其化學(xué)成分較復(fù)雜，其中斜長角閃巖中角閃石的SiO2和MgO含量分別在38.24%～52.15%和5.55%～9.62%，而榴閃巖中角閃石的SiO2和MgO含量分別在42.50%～44.62%和4.53%～5.79%，總體上前者中的角閃石相對比后者中的角閃石更富鎂和硅。其主要成分SiT介于6.011～7.564之間，(Na+K)A在6.011～7.564之間，CaB在1.672～1.810之間，按照IMACNMMN(1997)分類方案(Leakeetal.，1997)，均屬于鈣質(zhì)角閃石組，其中斜長角閃巖中的角閃石主要屬于鎂角閃石類，部分為鐵角閃石、鎂鈣閃石、陽起石和鐵陽起石；而榴閃石中的角閃石主要屬于鐵鎂鈣閃石和鎂鈣閃石類，部分為鎂角閃石和鐵角閃石(圖6)。

表2 斜長角閃巖和榴閃巖中角閃石電子探針分析結(jié)果(%)

表3 斜長角閃巖和榴閃巖中斜長石電子探針分析結(jié)果(%)

續(xù)表

表4 斜長角閃巖和榴閃巖中綠泥石和綠簾石電子探針分析結(jié)果(%)

續(xù)表

表5 斜長角閃巖和榴閃巖中石榴石和黑云母電子探針分析結(jié)果(%)

續(xù)表

表6 斜長角閃巖和榴閃巖中鈦鐵礦和榍石電子探針分析結(jié)果(%)

注：Ilm-鈦鐵礦；Sph-榍石

3.2 斜長石

斜長石往往呈不規(guī)則它形粒狀，與石英一起不均勻地聚集分布于角閃石顆粒間，一些顆粒由于后期退變質(zhì)作用，常具鈉長石化現(xiàn)象。電子探針分析結(jié)果(表3)和Or-Ab-An三組分分類圖解(Ayersetal.，1993)(圖7)表明，總體上斜長石的K2O含量甚微(0.04%～0.58%)，但榴閃巖的斜長石相對富鈣(CaO=4.22%～7.36%)、貧鈉(Na2O=4.44%～6.60%)，An=27.4～44.8，屬于中長石或更長石類；而斜長角閃巖的斜長石相對貧鈣(CaO=3.79%～4.06%)、富鈉(Na2O=6.81%～7.35%)，An=22.1～24.4，屬于更長石類。

圖6 角閃石分類圖解(Leake et al.，1997)Fig.6 Classification diagram of amphiboles

圖7 長石分類圖解(Ayers and Watson，1993)Fig.7 Classification diagram of feldspars

3.3 綠泥石和綠簾石

二者往往以包裹體的形式包嵌于石榴石晶體內(nèi)，或者與榍石或石英和方解石等呈集合體狀分布于石榴石、角閃石或鈦鐵礦的邊緣，或者以角閃石假晶的形式存在。電子探針分析結(jié)果(表5)表明，相對于綠簾石，綠泥石的MgO和FeO含量普遍較高，MgO=10.65%～15.51%，F(xiàn)eO=23.28%～29.74%， XMg=0.39～0.54，個(gè)別樣品還含有較高的Cr2O3(最高達(dá)2.52%)；而綠簾石以富Al2O3(22.62%)、CaO(22.95%)而相對貧FeO(12.42%)為特征。

3.4 石榴石

石榴石呈似圓-似橢圓狀沿片麻理方向零星分布，其內(nèi)包嵌有許多細(xì)小的綠簾石、石英、鈦鐵礦、榍石等礦物，說明這種石榴石應(yīng)為同構(gòu)造形成的產(chǎn)物。電子探針分析結(jié)果(表5)表明，其XMg值非常小(0～0.077)，以鐵鋁-鈣鋁-錳鋁榴石為主，而鎂鋁榴石含量小于10%，相應(yīng)的Ald為21.1%～71.6%，Gro為13.9%～78.5%，Spe為0.4%～20.9%；Pyp為0%～5.6%，屬于鐵鋁榴石系列。在(Gr+Ad+Uv)-(Al+Sp)-Py圖解(靳是琴等，1986)上投影，石榴石核部的投影點(diǎn)主要落在麻粒巖相區(qū)，而邊部的投影點(diǎn)均落入角閃巖相和綠簾角閃巖相的重疊區(qū)內(nèi)(圖8)。說明石榴石是在峰期麻粒巖相→晚期綠簾角閃巖相的退變質(zhì)作用過程中形成的。

圖8 石榴石(Gr+Ad+Uv- (Al+Sp)-Py圖解Fig.8 (Gr+Ad+Uv-(Al+Sp)-Py diagram of garnets1-榴輝巖相；2-麻粒巖相；3-角閃巖相；4-綠簾角閃巖相和角 巖相1-eclogite facies；2-granulite facies；3-Amphibolite facies；4-epi dote-amphibolite facies and hornfels facies

3.5 黑云母

黑云母多呈鱗片狀零星分布于角閃石顆粒間，粒度相對較粗，且其長軸方向明顯斜切片麻理，應(yīng)為晚期退變質(zhì)作用的產(chǎn)物。電子探針分析結(jié)果(表5)表明，其XMg=0.33～0.59，在Mg-(AlⅥ+Fe3++Ti)-(Fe2++Mn)圖解(Foster，1960)上落入鐵質(zhì)黑云母區(qū)(圖9)。

圖9 黑云母分類圖解Fig.9 Classification diagram of biotites

3.6 鈦鐵礦

巖石中鈦鐵礦的產(chǎn)出狀態(tài)較為復(fù)雜，總體上可分為三種：(1) 呈他形粒狀分布在角閃石周圍或內(nèi)部，邊部往往有榍石的反應(yīng)邊，或者由榍石+綠簾石+綠泥石集合體組成的角閃石假晶環(huán)繞其分布(4c、d)；(2) 呈半自形板狀晶體與角閃石平衡共生，沿角閃石面理方向定向分布(圖4a、6b)；(3) 呈他形粒狀包嵌于石榴石內(nèi)或與綠簾石+綠泥石+石英呈集合體狀分布于其邊緣(圖4e、f)。其中前者應(yīng)屬于巖漿成因，而后兩者應(yīng)為變質(zhì)成因，產(chǎn)出狀態(tài)以第二種最為常見。電子探針分析結(jié)果(表6)表明，巖漿成因的鈦鐵礦(表6中的樣品12XHK1-5)相對富鈦而貧鉻：TiO2=51.18%～53.67%，Cr2O3=0.04%～0.77%；而變質(zhì)成因的鈦鐵礦(表6中的樣品13MP1-3、13SB1-10、13SB1-11、13SB1-13)則相對貧鈦而富鉻：TiO2=48.24%～52.85%，Cr2O3=0.68%～9.45%。本區(qū)的鈦鐵礦均具貧鎂(MgO=0.06%～0.49%)而較富錳(0.83%～1.74%)的特征，與攀西地區(qū)攀枝花、紅格等巖漿型釩鈦磁鐵礦中具富鎂(MgO=1.15%～11.41%)而貧錳(MnO=0.34%～1.20%)③(羅金華等，2013)的鈦鐵礦明顯不同。

3.7 榍石

巖石中榍石主要以鈦鐵礦的反應(yīng)邊的形式產(chǎn)出，局部見其與綠簾石+綠泥石+石英呈集合體狀分布于石榴石或鈦鐵礦邊緣。電子探針分析結(jié)果(表6)表明，其TiO2=36.75%～41.38%，SiO2=25.05%～31.78%，CaO=17.77%～27.75%，其它組分含量都很低。與鈦鐵礦相比，其TiO2含量明顯較低。

4 討論

4.1 斜長角閃巖的原巖成因類型

本區(qū)馬嶺關(guān)雜巖中的斜長角閃巖和石榴斜長角閃巖(榴閃巖)雖然已發(fā)生較強(qiáng)烈的變形變質(zhì)作用，但前述巖相學(xué)研究表明，在受變形變質(zhì)作用改造相對較弱部位尚見其發(fā)育有較典型“枕狀構(gòu)造”(圖3c、d)，說明其原巖應(yīng)為海相基性火山巖(枕狀基性熔巖)類；另外一些巖石則在礦物粒度和含量上顯示出韻律性變化特征，推測其原巖可能為一些具堆晶結(jié)構(gòu)的輝石巖-輝長巖類。前面已提及，本區(qū)Fe-Ti礦化作用較強(qiáng)的高鈦型斜長角閃巖和礦化作用不強(qiáng)的低鈦型斜長角閃巖在地球化學(xué)特征上存在明顯區(qū)別，其中高鈦型斜長角閃巖在各種構(gòu)造環(huán)境判別圖解中主要落入洋島玄武巖(或地幔柱玄武巖)區(qū)，而低鈦型斜長角閃巖主要落入洋中脊玄武巖區(qū)②，表明二者的原巖在成因上存在明顯區(qū)別。此外，鈦鐵礦(FeTiO3)的礦物化學(xué)研究結(jié)果表明，其與攀西地區(qū)基性-超基性侵入巖漿型釩鈦磁鐵礦中鈦鐵礦表現(xiàn)為富鎂貧錳的特征明顯不同，而是表現(xiàn)為富錳貧鎂特征，這可能是由于其形成于海洋環(huán)境，玄武質(zhì)巖漿海底噴發(fā)，海水被加熱，與海底富錳熱水流體發(fā)生水-巖反應(yīng)，使其化學(xué)成分發(fā)生變化，后又經(jīng)區(qū)域變質(zhì)作用形成的(趙一鳴等，2008)。

綜合上述特征表明，本區(qū)Fe-Ti礦化作用較強(qiáng)的高鈦型斜長角閃巖的原巖應(yīng)屬于洋島或海山環(huán)境形成的堆晶輝石巖-輝長巖類和枕狀玄武巖類。

4.2 斜長角閃巖的Fe-Ti成礦模式

綜合礦物學(xué)、巖石學(xué)和地球化學(xué)等的研究表明，斜長角閃巖的Fe-Ti礦化作用應(yīng)該經(jīng)歷了三個(gè)主要成礦階段：

4.2.1 斜長角閃巖中Fe-Ti的原始富集

根據(jù)前人的研究表明，由于Fe-Ti的化學(xué)性質(zhì)比較惰性，在變質(zhì)流體中的溶解度非常低(Ayersetal.，1993；Tropperetal.，2005)，在變質(zhì)作用過程中往往只是就近重新組合生成新的礦物或產(chǎn)生礦物相變，但沒有發(fā)生明顯的遷移活動(dòng)。因此，變質(zhì)巖中的Fe-Ti礦床的形成主要受源巖因素制約(邱檢生等，2006；王汝成等，2006)。而馬嶺關(guān)雜巖中的變質(zhì)基性巖在地球化學(xué)特征上存在低鈦與高鈦(TiO2含量最高者達(dá)5.95%)兩種類型，在各種構(gòu)造環(huán)境判別圖解上分別落入洋中脊玄武巖區(qū)和洋島玄武巖(或地幔柱玄武巖)區(qū)②。野外和室內(nèi)顯微鏡下觀察均表明，其中洋中脊型斜長角閃巖中含鈦鐵礦、榍石等鈦鐵氧化物很少，而洋島型或地幔柱成因的斜長角閃巖中往往含有較多鈦鐵氧化物。由此表明，本區(qū)富含F(xiàn)e-Ti斜長角閃巖的源巖應(yīng)為起源深度較深的富Fe-Ti基性巖，其源巖具有洋島或地幔柱玄武巖性質(zhì)，應(yīng)為大洋背景下深部地幔柱活動(dòng)形成的基性巖漿巖。從本區(qū)一些變形變質(zhì)作用相對較弱的巖石中可以看到，鈦鐵礦往往呈他形粒狀分布在角閃石周圍或內(nèi)部，邊部往往有榍石的反應(yīng)邊，或者由榍石+綠簾石+綠泥石集合體組成的角閃石假晶環(huán)繞其分布。王玉往等(2009)、侯明才等(2011)認(rèn)為，這種狀態(tài)產(chǎn)出的榍石可能是巖漿中早期析出的鈦鐵礦等礦物在巖漿后期蝕變階段的水化作用和氧化作用的產(chǎn)物。表明在巖漿作用階段本區(qū)斜長角閃巖的原巖有鈦鐵氧化物的晶出和富集過程。

由此表明，本區(qū)斜長角閃巖的Fe-Ti礦化作用與初始富Fe-Ti基性巖漿的源巖具有密切的關(guān)系；同時(shí)，其原巖基性巖漿的結(jié)晶分異作用也是導(dǎo)致Fe-Ti進(jìn)一步富集的重要因素。

4.2.2 斜長角閃巖進(jìn)變質(zhì)作用過程中Fe-Ti礦化作用

顯微鏡下觀察表明，本區(qū)斜長角閃巖中含Ti礦物主要呈鈦鐵礦形式存在，局部有榍石(以反應(yīng)邊的形式存在)和金紅石(以包裹體的形式存在)。其中多數(shù)鈦鐵礦呈半自形板狀晶體與角閃石平衡共生，沿角閃石面理方向定向分布，說明鈦鐵氧化物主要為主期進(jìn)變質(zhì)作用過程中形成的產(chǎn)物。任有祥等(1991)在牛山地區(qū)南部富強(qiáng)鎮(zhèn)青木溝一帶發(fā)現(xiàn)有低溫高壓變質(zhì)相系的藍(lán)片巖(鈉鈣閃石綠片巖)出露，認(rèn)為它們是在華北板塊與揚(yáng)子板塊在早古生代末期碰撞拼合后，揚(yáng)子板塊繼續(xù)向東北方向移動(dòng)，造成陸內(nèi)俯沖碰撞造山、上覆地層加厚而形成的。筆者在牛山地區(qū)北部沈壩鎮(zhèn)南部的馬嶺關(guān)雜巖中亦發(fā)現(xiàn)了大量的榴閃巖(石榴斜長角閃巖)透鏡體，這些巖石往往含有較高的鈦鐵氧化物，并沿面理方向定向分布。礦物學(xué)研究表明，石榴石內(nèi)部含有較多的鈦鐵礦、金紅石等包裹體，核部成分形成于麻粒巖相環(huán)境，而邊部成分形成于綠簾角閃巖相-角閃巖相環(huán)境；利用Blundyetal.(1990)的角閃石-斜長石地質(zhì)溫度計(jì)和Hollisteretal.(1987)的角閃石全鋁壓力計(jì)，計(jì)算得到榴閃巖峰期變質(zhì)溫壓條件在667.55℃～732.52℃和11.44×108Pa～12.46×108Pa之間(表7)。表明馬嶺關(guān)雜巖中的榴閃巖及其圍巖的原巖曾發(fā)生進(jìn)變質(zhì)至峰期高壓變質(zhì)作用過程，期間導(dǎo)致了鈦鐵礦化作用。

本區(qū)榴閃巖中峰期變質(zhì)作用形成的石榴石核部成分TiO2含量較高(0.21%～0.39%)，而退變質(zhì)作用形成的邊部成分TiO2含量較低(0.06%～0.15%)，與Zhangetal.(2003)的實(shí)驗(yàn)研究證明，在高壓條件下鈦在石榴石中的溶解度顯著增加，部分鈦會進(jìn)入石榴石中的結(jié)果相一致。此外，本區(qū)的變質(zhì)基性巖中，鈦鐵礦和峰期變質(zhì)作用形成的角閃石平衡共生，石榴石內(nèi)部含有較多的鈦鐵礦和金紅石包裹體的特征亦表明，在本區(qū)陸殼物質(zhì)的深俯沖過程中，變質(zhì)基性巖的原巖中部分含鈦礦物(榍石等)發(fā)生變質(zhì)反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)殁佽F礦和金紅石，部分鈦則以類質(zhì)同象形式進(jìn)入石榴石或角閃石等礦物中。

4.2.3 斜長角閃巖退變質(zhì)作用過程中Fe-Ti礦化作用

利用ПеpЧукЛ.Л.(1983)的石榴石-黑云母地質(zhì)溫度計(jì)計(jì)算得到榴閃巖邊部形成變質(zhì)溫度在411℃～434℃之間(表8)，表明其邊部成分是在綠簾角閃巖相退變質(zhì)作用過程中形成。而石榴石退變質(zhì)作用形成的邊部成分TiO2含量明顯降低，且在石榴石和角閃石之間及其邊緣出現(xiàn)由榍石+綠簾石+綠泥石或榍石+綠簾石+綠泥石±鈦鐵礦±石英±方解石組成的集合體的特征表明，在綠簾角閃巖相退變質(zhì)作用過程中，金紅石和鈦鐵礦退變成榍石，并導(dǎo)致TiO2從石榴石和角閃石中出溶，而進(jìn)一步發(fā)生鈦礦化和富集作用。

表7 角閃石-斜長石地質(zhì)溫度計(jì)和角閃石全鋁壓計(jì)計(jì)算結(jié)果

注：P1據(jù)Hollisteretal. (1987)；P2據(jù)Schmidt(1992)(其中溫度以Schmidt的壓力計(jì)算)。

表8 石榴石-黑云母地質(zhì)溫壓計(jì)計(jì)算結(jié)果

5 結(jié)論

通過以上對馬嶺關(guān)雜巖中斜長角閃巖類的巖石學(xué)、地球化學(xué)和礦物化學(xué)的研究，我們得出以下幾點(diǎn)初步認(rèn)識：

(1) 馬嶺關(guān)雜巖中斜長角閃巖類巖石的TiO2含量變化較大，在1.80%～5.95%之間，可劃分為低鈦與高鈦兩種類型。

(2) 巖石學(xué)、地球化學(xué)和礦物化學(xué)的研究結(jié)果表明，本區(qū)Fe-Ti礦化作用較強(qiáng)的高鈦型斜長角閃巖和礦化作用不強(qiáng)的低鈦型斜長角閃巖在成因上存在明顯區(qū)別，表明本區(qū)斜長角閃巖的Fe-Ti礦化作用與初始富Fe-Ti基性巖漿的源巖具有密切的關(guān)系，其源巖應(yīng)為起源深度較深的富Fe-Ti基性巖類。

(3) 斜長角閃巖中鈦鐵礦的礦物化學(xué)研究結(jié)果表明，其與攀西地區(qū)基性-超基性侵入巖漿型釩鈦磁鐵礦中鈦鐵礦的特征明顯不同，表現(xiàn)為富錳貧鎂特征，這是由于其形成于海洋環(huán)境，玄武質(zhì)巖漿與海底富錳熱水流體發(fā)生水-巖反應(yīng)，使其化學(xué)成分發(fā)生變化，后又經(jīng)區(qū)域變質(zhì)作用形成的。

(4) 綜合礦物學(xué)、巖石學(xué)和地球化學(xué)等的研究結(jié)果表明，斜長角閃巖的Fe-Ti礦化作用經(jīng)歷了原巖的初始富集、板塊深俯沖過程中的進(jìn)變質(zhì)Fe-Ti礦化作用和后期退變質(zhì)Fe-Ti礦化作用等三個(gè)主要成礦階段。

[注釋]

① 陜西省地質(zhì)調(diào)查院. 2000. 1∶5萬馬池街幅、漢王城幅、瓦房店幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告[R].

② 中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所. 2014. 陜西紫陽-嵐皋地區(qū)鐵銅礦成礦環(huán)境與勘查研究報(bào)告[R].

③ 四川省地質(zhì)局攀枝花地質(zhì)綜合研究隊(duì)和中國地質(zhì)科學(xué)院礦床地質(zhì)研究所. 1980. 攀枝花-西昌地區(qū)釩鈦磁鐵礦共生礦物成分研究報(bào)告[R].

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[附中文參考文獻(xiàn)]

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Mineralogical Characteristics of the Plagioclase Amphibolites of the Malingguan Complex in Southern Shaanxi Province and Their Implications for Fe-Ti Mineralization

HUANG Jie1,2, QIN Xiao-feng1,2, WANG Zong-qi3, ZHANG Ying-li3, YANG Wen1,2, ZHU An-han1,2, SONG Jiong1,2

(1.CollegeofEarthScience,GuilinUniversityofTechnology,Guilin,Guangxi541004; 2.GuangxiKeyLaboratoryofHiddenMetallicOreDepositsExploration(GuilinUniversityofTechnology),Guilin,Guangxi541004; 3.InstituteofMineralResources,ChineseAmdemyofGeologicalSciences，Beijing100037)

There exist many metabasic rocks (plagioclase amphibolites) in the Malingguan complex in the Ankang area, southern Shaanxi Province. Their TiO2contents are highly variable, ranging 1.80%～5.95%. They can be divided into two types of high-Ti and low-Ti plagioclase amphibolites. Detailed petrological, mineralogical and geochemical studies show that Fe-Ti mineralization is favorably related to Ti-high plagioclase amphibolites. The results of electronic probe show that Fe-Ti oxides consist mostly of ilmenite with higher content of MnO and lower MgO，and are obviously different from that of ilmenite in the vanadium-titanium-magnetite ore deposits of the magmatic type in the Panzihua area. They formed in a marine environment that was genetically related to basic volcanism and later were subjected to regional metamorphism. The Fe-Ti mineralization of plagioclase amphibolites experienced three stages: primary Fe-Ti enrichment in protolithes of plagioclase amphibolites, Fe-Ti mineralization during prograde metamorphism of plate deep subduction and Fe-Ti mineralization during the later retrograde metamorphism.

Malingguan complex，plagioclase amphibolite，mineralogical characteristics，F(xiàn)e-Ti mineralization，southern Shaanxi Province

2014-08-25；

2015-07-27；[責(zé)任編輯]陳偉軍。

國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2006BAB01A11)、廣西自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2013GXNSFAA019272)、桂林理工大學(xué)人才引進(jìn)科研啟動(dòng)基金項(xiàng)目(002401003364)、中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查評價(jià)項(xiàng)目(1212011121091)聯(lián)合資助。

黃杰(1989年-)，男，在讀碩士研究生，主要從事構(gòu)造-巖漿作用與成礦研究。E-mail: crhuangjie@163.com。

覃小鋒(1969年-)，男，教授，博士，主要從事構(gòu)造地質(zhì)和巖石學(xué)研究。E-mail: qxf@glut.edu.cn。

P578.4+4；P588.12+4

A

0495-5331(2015)05-0907-16