峨眉山大火成巖省白馬層狀侵入體的成因*

湯慶艷 鮑堅(jiān) 黨永西 蘇天寶 許仕海

蘭州大學(xué)地質(zhì)科學(xué)與礦產(chǎn)資源學(xué)院，甘肅省西部礦產(chǎn)資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，蘭州 730000

峨眉山大火成巖省位于我國(guó)揚(yáng)子克拉通西部以及越南北部，其成因與二疊紀(jì)晚期的地幔柱作用有關(guān)(Chung and Jahn，1995；Xuetal.，2001；Xiaoetal.，2004)。區(qū)域內(nèi)賦存有攀枝花、紅格、白馬、太和和新街等數(shù)個(gè)大型-超大型Fe-Ti-V氧化物礦床和力馬河、金寶山、白馬寨、朱布等Cu-Ni-(PGE)硫化物礦床(Xuetal.，2001；宋謝炎等，2018)。由于礦床成礦條件具有專屬性，F(xiàn)e-Ti-V氧化物礦床通常形成于相對(duì)氧化的環(huán)境中，而Cu-Ni-(PGE)硫化物礦床形成于相對(duì)還原的環(huán)境。地幔柱巖漿體系起源于地幔深部較還原的環(huán)境，與此相關(guān)的硫化物礦床和氧化物礦床的成礦體系介質(zhì)環(huán)境的變化可能與殼幔相互作用和外來(lái)流體組分等物理化學(xué)條件的差異有關(guān)(Xiaoetal.，2004；Zhouetal.，2008；湯慶艷等，2013；Yuetal.，2014，2015；Tangetal.，2017a；黨永西，2018)。

峨眉山大火成巖省Fe-Ti-V氧化物礦床與全球范圍內(nèi)同類型礦床在成礦特征方面存在著明顯的差異。在與地幔柱成因有關(guān)的層狀雜巖體中，釩鈦磁鐵礦礦層一般賦存于巖體上部的輝長(zhǎng)巖-閃長(zhǎng)巖或斜長(zhǎng)巖中，且磁鐵礦礦層占巖體比例較小，例如南非Bushveld礦床磁鐵礦礦層厚度累積20.42m，而巖體厚達(dá)6500m(Tegneretal.，2006)。峨眉山大火成巖省內(nèi)Fe-Ti-V氧化物礦床大量的釩鈦磁鐵礦賦存于層狀巖體中下部的鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)巖(如輝石巖、橄輝巖、輝長(zhǎng)巖等)中，磁鐵礦礦層占巖體比例較大，總厚度達(dá)數(shù)百米(Xingetal.，2012)。母巖漿中富含TiO2，礦石中不存在鈦鐵磷灰?guī)r。具有這種類型和特征的礦床被稱為“攀枝花型”Fe-Ti-V氧化物礦床(Pangetal.，2010；Zhouetal.，2013)。

峨眉山大火成巖省Fe-Ti-V氧化物礦床的成因引起了學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注，尤其是成礦金屬大規(guī)模堆積的機(jī)制有待進(jìn)一步闡明。位于攀西地區(qū)(攀枝花-西昌)的白馬超大型Fe-Ti-V氧化物礦床是其典型代表之一。對(duì)白馬層狀巖體中Fe-Ti-V氧化物礦床的成因仍存在不同的認(rèn)識(shí)：一種觀點(diǎn)認(rèn)為是通過(guò)分離結(jié)晶作用形成的(Zhangetal.，2012；Chenetal.，2014；宋謝炎等，2018)；另一種觀點(diǎn)認(rèn)為是經(jīng)歷液相不混溶作用的氧化物礦漿形成的(Liuetal.，2014, 2015)。巖漿侵位過(guò)程中碳酸鹽圍巖與母巖漿之間是否存在同化混染作用以及如何影響成礦過(guò)程，在學(xué)術(shù)界仍存在較大爭(zhēng)議。Yuetal.(2015)通過(guò)對(duì)峨眉山大火成巖省含釩鈦磁鐵礦的基性-超基性層狀侵入巖體進(jìn)行Sr-Nd-O同位素研究認(rèn)為碳酸鹽圍巖的混染作用對(duì)攀枝花、太和和白馬侵入體母巖漿的影響相對(duì)較小。然而，Xingetal.(2012)通過(guò)礦物揮發(fā)份及C-H-O同位素研究認(rèn)為攀枝花、紅格和白馬侵入體存在較多碳酸鹽巖的混染。

本文通過(guò)對(duì)白馬侵入體開展主、微量元素及Sr-Nd同位素地球化學(xué)特征的研究，探討了白馬侵入體巖漿起源及演化過(guò)程，揭示了釩鈦磁鐵礦富集成礦的控制因素，進(jìn)而為了解峨眉山大火成巖省釩鈦磁鐵礦礦床成因提供重要信息。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

峨眉山大火成巖省主要位于揚(yáng)子板塊西緣和青藏高原東緣之間，還包括越南北部等區(qū)域(圖1)，是二疊紀(jì)晚期地幔柱作用活動(dòng)的產(chǎn)物(Chung and Jahn，1995)。峨眉山大火成巖省主要由廣泛分布的溢流玄武巖、鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)侵入體及長(zhǎng)英質(zhì)侵入體組成，并伴生有苦橄巖、粗面巖、流紋巖等，火山碎屑巖占的比重不大(Hanskietal.2010; Lietal.，2010；Kamenetskyetal.，2012)。玄武巖、安山巖及侵入體的鋯石U-Pb定年表明峨眉山大火成巖省形成時(shí)代為260Ma左右(Zhouetal.，2002，2008；Zhong and Zhu，2006；Zhongetal.，2011；Tangetal., 2015)。根據(jù)溢流玄武巖的厚度、成分等特征，可分為內(nèi)帶、過(guò)渡帶和外帶。賦存有攀枝花、紅格、太和和白馬等世界級(jí)超大型釩鈦磁鐵礦礦床的鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)侵入體產(chǎn)于內(nèi)帶(Xuetal.，2001)。攀枝花、紅格、白馬和太和的鐵礦石資源總儲(chǔ)量超過(guò)100億噸，鐵含量為25%～35%，鈦含量為4%～13%和釩含量為0.1%～0.45%(馬玉孝等，2001)。峨眉山大火成巖省除了形成大型-超大型Fe-Ti-V氧化物礦床以外，還形成了數(shù)量眾多但是規(guī)模相對(duì)較小的Cu-Ni-(PGE)硫化物礦床，如金寶山、朱布、白馬寨、力馬河等(陶琰等，2007，2010；王焰，2008；Tangetal.，2017a)。

圖1 峨眉山大火成巖省及相關(guān)的鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)侵入體的分布圖(據(jù)Song et al.，2009修改)白馬、攀枝花、紅格、太和和新街侵入體的鋯石年齡來(lái)自Zhou et al.(2002)和Zhong et al.(2011)Fig.1 Geological map of mafic-ultramafic intrusions in the Emeishan LIP (modified after Song et al., 2009)

2 白馬巖體地質(zhì)特征

白馬層狀鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)侵入體距攀枝花市區(qū)東北約100km，呈南北走向展布(鐘祥等，2018)，長(zhǎng)約24km，寬2～6km，厚度超過(guò)1km。巖體西傾，傾角50°～70°不等，局部巖體近于垂直。侵位于前寒武紀(jì)會(huì)理群的變質(zhì)砂巖、大理巖、千枚巖和板巖以及震旦系燈影組厚層狀白云巖夾白云質(zhì)灰?guī)r中(Liuetal.，2014)，接觸帶灰?guī)r已大理巖化。燈影組在白馬礦區(qū)西北部出露，厚度大于200m(鐘祥等，2018)。白馬巖體被晚二疊世正長(zhǎng)巖和花崗巖包圍和穿插(Zhangetal.，2012)。正長(zhǎng)巖的鋯石SIMS U-Pb年齡為258.5±2.3Ma和257.8±2.6Ma，花崗巖的鋯石SIMS U-Pb年齡為256.2±1.5Ma(Zhongetal.，2011)。白馬礦體的形態(tài)及產(chǎn)狀主要受安寧河斷裂構(gòu)造控制，后期被NE向斷裂切割，由北向南劃分為夏家坪、及及坪、田家村、青杠坪及馬檳榔5個(gè)礦段(陳富文，1990；鐘祥等，2018；圖2)。

圖2 白馬層狀侵入體地質(zhì)略圖及柱狀圖(據(jù)Chen et al.，2014)Fig.2 The geological map of Baima layered intrusion (after Chen et al.，2014)

白馬侵入體輝長(zhǎng)巖中鋯石SHRIMP U-Pb年齡為258±2Ma(李華芹等，2017)，與SIMS U-Pb年齡258.2±2.4Ma一致(Zhongetal.，2011)，表明白馬侵入體形成于二疊紀(jì)晚期。成巖年齡與峨眉山大火成巖省苦橄巖、玄武巖及其他侵入體的形成時(shí)代接近(Zhouetal.，2008；Zhongetal.，2011；Tangetal.，2015)，是峨眉山地幔柱巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物。

各礦段巖石組成基本相似，主要由異剝橄欖巖、橄長(zhǎng)巖、橄欖輝長(zhǎng)巖和輝長(zhǎng)巖組成(圖2)。根據(jù)礦物組成、結(jié)構(gòu)構(gòu)造及含礦性可將白馬巖體劃分為底部巖相帶、下部巖相帶、中部巖相帶和上部巖相帶(Chenetal.，2014)。底部巖相帶主要由偉晶輝長(zhǎng)巖組成；下部巖相帶由含有大量鐵鈦氧化物的磁鐵異剝橄欖巖和磁鐵橄長(zhǎng)巖組成，并含有少量的橄長(zhǎng)巖和輝長(zhǎng)巖互層；中部巖相帶主要由橄欖輝長(zhǎng)巖和橄長(zhǎng)巖組成；上部巖相帶由磷灰石橄欖輝長(zhǎng)巖和磷灰石輝長(zhǎng)巖組成(Chenetal.，2014；宋謝炎等，2018)。

礦石礦物總體上以鈦磁鐵礦和鈦鐵礦為主，含少量的鎂鋁尖晶石和磁黃鐵礦、黃銅礦、黃鐵礦等硫化物礦物。脈石礦物主要有橄欖石、單斜輝石、斜長(zhǎng)石及少量的角閃石、黑云母等。礦石以浸染狀構(gòu)造、條帶狀構(gòu)造為主(Chenetal.，2014)。

3 樣品特征及分析方法

3.1 樣品特征

本文樣品采自白馬Fe-Ti-V氧化物礦床露天采場(chǎng)，包括橄欖輝長(zhǎng)巖和橄長(zhǎng)巖，中-粗粒結(jié)構(gòu)，以浸染狀構(gòu)造為主，單斜輝石和橄欖石自形程度較高。

橄長(zhǎng)巖主要由橄欖石(20%～35%)、斜長(zhǎng)石(8%～50%)和鐵鈦氧化物(15%～45%)等組成，并含有少量的單斜輝石等。橄欖石一般呈自形、半自形粒狀，多具熔蝕結(jié)構(gòu)；斜長(zhǎng)石呈自形、半自形板柱狀(圖3a，b)，可見(jiàn)斜長(zhǎng)石被橄欖石包裹(圖3b)，橄欖石被磁鐵礦包裹(圖3f)。

圖3 白馬侵入體樣品在正交偏光及反射光下的顯微照片Ol-橄欖石；Cpx-單斜輝石；Pl-斜長(zhǎng)石；Mt-磁鐵礦；Ilm-鈦鐵礦；Po-磁黃鐵礦Fig.3 Photomicrographs of the samples from the Baima intrusion under crossed-polarized and reflected light

橄欖輝長(zhǎng)巖主要由斜長(zhǎng)石(10%～35%)、單斜輝石(10%～20%)、橄欖石(5%～10%)以及鐵鈦氧化物(10%～40%)等組成(圖3c，d)。橄欖石呈自形、半自形的粒狀結(jié)構(gòu)(圖3c)；部分斜長(zhǎng)石呈自形、半自形被單斜輝石包裹(圖3d)；單斜輝石以自形、半自形柱狀為主，個(gè)別發(fā)育角閃石反應(yīng)邊。可見(jiàn)磁鐵礦被單斜輝石包裹，磁鐵礦中可見(jiàn)鈦鐵礦的出溶頁(yè)片，磁黃鐵礦被磁鐵礦包裹(圖3e)。

3.2 分析方法

樣品去除表面氧化層，經(jīng)過(guò)碎樣、清洗、烘干，最后研磨成200目的粉末，用于主量元素、微量元素和Sr-Nd同位素組成分析。全巖主量元素和微量元素組成分析在西安地質(zhì)礦產(chǎn)研究所實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心完成。主量元素用荷蘭帕納科Axios 4.0kW X熒光光譜儀(XRF)分析測(cè)試，其相對(duì)誤差小于0.05%，二價(jià)鐵用濕化學(xué)滴定法測(cè)定。微量元素用Thermo Fisher X Series II電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)測(cè)定，分析精度優(yōu)于1.5%。Sr-Nd同位素組成分析在武漢上譜分析科技有限責(zé)任公司采用Neptune Plus MC-ICP-MS完成。Sr-Nd同位素的分餾采用86Sr/88Sr=0.1194和146Nd/144Nd=0.7219進(jìn)行指數(shù)法校正，標(biāo)樣NBS SRM 987的87Sr/86Sr分析測(cè)試值為0.710242±13(2SD, n=9)，與推薦值0.710241±12(2SD)(Thirlwall，1991)在誤差范圍內(nèi)一致。JNdi-1的143Nd/144Nd分析測(cè)試值為0.512115±9(2SD，n=8)與推薦值0.512115±7(2SD)(Tanakaetal.，2000)在誤差范圍內(nèi)一致。

4 分析結(jié)果

4.1 主量和微量元素地球化學(xué)特征

白馬侵入體橄欖輝長(zhǎng)巖和橄長(zhǎng)巖樣品的全巖主量和微量元素組成分析結(jié)果見(jiàn)表1。燒失量(LOI)值較低(<3.1%)，表明樣品相對(duì)較新鮮。對(duì)全巖主要氧化物進(jìn)行LOI校正，即扣除LOI，換算為100%無(wú)水硅酸鹽氧化物組成。

表1 白馬侵入體全巖主量(wt%)、稀土和微量(×10-6)元素組成

在全巖主要氧化物與MgO的相關(guān)圖解中，SiO2、CaO、Al2O3、K2O+Na2O與MgO總體上呈較明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系， FeOT、TiO2與MgO總體上呈較顯著的正相關(guān)關(guān)系(圖4)，部分橄欖輝長(zhǎng)巖和橄長(zhǎng)巖樣品中具有較高的FeOT與TiO2含量，這與樣品中鐵鈦氧化物含量較高相一致。主量元素相關(guān)性表明白馬侵入體中橄長(zhǎng)巖的化學(xué)組成主要與橄欖石、斜長(zhǎng)石及鐵鈦氧化物的含量有關(guān)；橄欖輝長(zhǎng)巖的化學(xué)組成主要與斜長(zhǎng)石、單斜輝石、橄欖石、角閃石及鐵鈦氧化物的含量有關(guān)(圖4)。

圖4 白馬侵入體MgO與主要氧化物相關(guān)圖解實(shí)心的數(shù)據(jù)來(lái)自本文，空心的數(shù)據(jù)來(lái)自Zhang et al.(2012)和Liu et al.(2014)；圖5、圖8和圖9同. Ol-橄欖石；Cpx-單斜輝石；Pl-斜長(zhǎng)石；Hb-角閃石；Mt-磁鐵礦；Ti-Mt-鈦磁鐵礦；Ilm-鈦鐵礦. 礦物數(shù)據(jù)來(lái)自Shellnutt and Pang(2012)、Zhang et al.(2012)和Liu et al.(2014)Fig.4 Plots of whole-rock major oxides versus MgO contents from the Baima intrusion

白馬侵入體中V、Ni、Cr、Co和Cu的含量變化范圍較廣，橄欖輝長(zhǎng)巖和橄長(zhǎng)巖中V含量變化范圍為334×10-6～2020×10-6；Ni含量變化范圍為51.9×10-6～474×10-6；Cr含量變化范圍為24.2×10-6～ 8200×10-6； Co含量變化范圍為48.7×10-6～ 200×10-6；Cu含量變化范圍為68.9×10-6～ 463×10-6。V含量與FeOT、TiO2、Ni、Co和Cu等呈明顯的正相關(guān)關(guān)系(圖5)。除了1個(gè)樣品外，其余樣品的V含量均隨著P2O5含量的增加而減少(圖5f)，表明V含量變化可能與鐵鈦氧化物、橄欖石及硫化物含量有關(guān)。

圖5 白馬侵入體V與FeOT、TiO2、Ni、Co、Cu和P2O5的相關(guān)圖解Fig.5 Plots of whole-rock V vs. FeOT, TiO2, Ni, Co, Cu and P2O5 contents from the Baima intrusion

橄欖輝長(zhǎng)巖和橄長(zhǎng)巖具有相似的微量元素配分模式，樣品的原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線與二灘苦橄巖和玄武巖相似(圖6a)。除了1個(gè)橄欖輝長(zhǎng)巖樣品具有明顯的Sr負(fù)異常外，其余樣品均具有明顯的Sr和Ti正異常，Zr、Hf負(fù)異常，橄欖輝長(zhǎng)巖樣品中Nb和Ta既有正異常，也有負(fù)異常；而橄長(zhǎng)巖具有輕微的Nb、Ta正異常。硅質(zhì)大理巖圍巖基本表現(xiàn)為Nb、Ta、Sr和Ti負(fù)異常，Zr、Hf異常不明顯(Yuetal.，2015)。

圖6 白馬侵入體原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(a,標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Palme and O’Neill, 2014)和球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖(b,標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Sun and McDonough, 1989)硅質(zhì)大理巖樣品數(shù)據(jù)來(lái)自Yu et al.(2015)；二灘玄武巖和苦橄巖數(shù)據(jù)來(lái)自Chung and Jahn(1995)、Xu et al.(2001)、Hou et al.(2006)、Shellnutt and Jahn(2011)和 Li et al.(2012)Fig.6 Primitive mantle-normalized trace element spider diagrams (a, normalization values after Palme and O’Neill, 2014) and chondrite-normalized rare earth element patterns (b, normalization values after Sun and McDonough, 1989) for the Baima intrusion

白馬巖體球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分曲線也與二灘苦橄巖和玄武巖相似(圖6b)；巖體的稀土元素含量總體較高，∑REE=16.46×10-6～272.4×10-6，平均68.67×10-6。在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分曲線上，橄欖輝長(zhǎng)巖和橄長(zhǎng)巖總體呈右傾型，富集輕稀土元素，略微虧損重稀土元素。除了1個(gè)橄欖輝長(zhǎng)巖樣品具有明顯的Eu負(fù)異常(δEu=0.73)外，其余橄欖輝長(zhǎng)巖和橄長(zhǎng)巖具有明顯的Eu正異常(δEu=1.11～4.18)。硅質(zhì)大理巖圍巖Eu異常變化較大，從明顯的Eu負(fù)異常到略微的Eu正異常(δEu=0.44～1.10)(Yuetal.，2015)。

4.2 Sr-Nd同位素地球化學(xué)特征

白馬侵入體Sr-Nd同位素?cái)?shù)據(jù)見(jiàn)表2。橄欖輝長(zhǎng)巖和橄長(zhǎng)巖(87Sr/86Sr)i=0.704232～0.704855，平均值為0.704706；εNd(t)=1.40～3.94，平均值為2.41。與白馬侵入體相比，硅質(zhì)大理巖圍巖具有相對(duì)較高的(87Sr/86Sr)i和較低的εNd(t)值，(87Sr/86Sr)i=0.705787～0.707833，平均值為0.706767；εNd(t)=-2.92～-0.64，平均值為-1.30(Yuetal.，2015)。白馬樣品Sr-Nd同位素組成總體分布范圍較窄，全部落于峨眉山苦橄巖和高鈦玄武巖的范圍內(nèi)(圖7)。與攀西地區(qū)其他幾個(gè)賦存有世界級(jí)Fe-Ti-V氧化物礦床的典型侵入體進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，攀枝花侵入體(87Sr/86Sr)i與εNd(t)值與白馬侵入體相近(Zhouetal.，2005，2008；Zhangetal.，2009；Howarth and Prevec，2013；Yuetal.，2015)；太和侵入體與白馬侵入體具有相似的(87Sr/86Sr)i，但εNd(t)值相對(duì)較低(Houetal.，2012；Sheetal.，2014；Yuetal.，2015)；而紅格侵入體(87Sr/86Sr)i相對(duì)較高，εNd(t)值相對(duì)較低(Zhongetal.，2003；Yuetal.，2015)。

圖7 白馬侵入體(87Sr/86Sr)i與εNd(t)協(xié)變圖解(據(jù)DePaolo and Wasserburg，1979)地幔排列數(shù)據(jù)來(lái)自DePaolo and Wasserburg(1979)；峨眉山苦橄巖數(shù)據(jù)來(lái)自Chung and Jahn(1995)、Xu et al.(2001)、Zhang et al.(2006，2008)和Li et al.(2012)；峨眉山高鈦玄武巖數(shù)據(jù)來(lái)自Xu et al.(2001)、Xiao et al.(2004)和Zhang et al.(2008)Fig.7 Plot of εNd(t) vs. (87Sr/86Sr)i in the Baima intrusion (after DePaolo and Wasserburg，1979)

5 討論

5.1 母巖漿性質(zhì)

計(jì)算母巖漿熔體成分的方法目前主要有以下幾種：通過(guò)冷凝邊成分估算巖體侵位時(shí)母巖漿的成分；當(dāng)巖體堆晶相主要為橄欖石時(shí)，根據(jù)橄欖石-熔體平衡原理(Roeder and Emslie，1970)和質(zhì)量平衡原理獲得成礦母巖漿的組成成分(Roeder and Emslie，1970)，或者利用巖體的微量元素和鉑族元素比值來(lái)估算成礦母巖漿性質(zhì)(Barnesetal.，1997)。由于白馬巖體侵位之后受到花崗巖及正長(zhǎng)巖侵入和包圍，很難找到能夠代表成礦母巖漿侵位時(shí)的冷凝邊成分；而且白馬侵入體在堆晶演化過(guò)程中受鐵鈦氧化物的影響較大，所以通過(guò)上述方法獲得成礦母巖漿性質(zhì)的難度較大(黨永西，2018)。然而，Sr-Nd同位素及微量元素組成特征表明白馬巖體與峨眉山高鈦玄武巖具有同源性(Zhouetal.，2008)。與幔源橄欖巖(Fo>89)相比，白馬巖體的橄欖石具有較低的Fo值(Fo=55～76.2；Zhangetal.，2012；Shellnutt and Pang，2012)，表明母巖漿在侵位之前發(fā)生過(guò)較高程度的結(jié)晶分異。Ni比Cu在橄欖石中具有更好的相容性，隨著巖漿演化過(guò)程中橄欖石的結(jié)晶分異，殘余巖漿中Ni會(huì)逐漸虧損(Keays，1995；Lietal.，2007)。與原始地幔(Cu/Ni=0.01)相比，白馬巖體Cu/Ni比值(0.5～2.5)相對(duì)較高，暗示母巖漿早期經(jīng)歷過(guò)橄欖石的結(jié)晶分異(Zhangetal.，2012；黨永西，2018)。在白馬樣品中存在角閃石，暗示母巖漿中水含量較高。根據(jù)礦物之間的包裹關(guān)系和自形程度等顯微特征，可認(rèn)為橄欖石和斜長(zhǎng)石結(jié)晶較早，單斜輝石和角閃石結(jié)晶較晚(Liuetal.，2014)。

根據(jù)橄欖石成分及橄欖石Mg-Fe分配系數(shù)Kd，可以估算與橄欖石成分平衡的熔體成分。我們選用拉斑玄武質(zhì)巖漿中不同組成和溫度下獲得的實(shí)驗(yàn)分配系數(shù)Kd=(FeO/MgO)橄欖石/(FeO/MgO)液相=0.34±0.012(Matzenetal.，2011)，計(jì)算出與橄欖石成分平衡的熔體成分。在MgO與FeO相關(guān)圖解中(圖8a)，白馬侵入體大部分橄長(zhǎng)巖、橄欖輝長(zhǎng)巖及輝長(zhǎng)巖位于與橄欖石Fo=55～77平衡的液相組成之間，而一些橄欖輝長(zhǎng)巖和橄長(zhǎng)巖樣品組成與橄欖石Fo=77平衡的液相組成相比，具有較高的MgO/FeO比值。平衡的液相與礦物組成的差異表明橄欖石和單斜輝石等含鐵鎂的硅酸鹽礦物是導(dǎo)致這種不平衡的主要礦物相。在Fe2O3與FeO相關(guān)圖解中(圖8b)，假設(shè)白馬巖體母巖漿具有與二灘玄武巖相同的組成，在壓力為2kbar、溫度為1300℃、QFM+1.5條件下根據(jù)Fe3+/Fe2+-fO2-T組成模型(Kress and Carmichael，1991)計(jì)算得出Fe2O3/FeO比值。白馬樣品中僅出現(xiàn)巖漿硫化物，無(wú)硫酸鹽。由于硫酸鹽出現(xiàn)在氧逸度相對(duì)更高的條件下，所以QFM+1.5應(yīng)該為白馬侵入體的氧逸度上限(Jugoetal.，2005)。然而，白馬樣品的Fe2O3/FeO比值均超出了液相線在QFM+1.5的范圍(圖8b)。

圖8 白馬侵入體FeO-MgO(a)及Fe2O3-FeO(b)相關(guān)圖解液相中FeO/MgO以及橄欖石的組成根據(jù)Kd=(FeO/MgO)橄欖石/(FeO/MgO)液相=0.34 (Matzen et al.，2011)進(jìn)行計(jì)算. 液相組成與二灘玄武巖的組成相同，F(xiàn)e2O3/FeO 比值是根據(jù)Kress and Carmichael(1991)的模型在P=2kbar、T=1300℃和QFM=+1.5條件下計(jì)算獲得的. 二灘玄武巖和苦橄巖的數(shù)據(jù)來(lái)自Chung and Jahn(1995)、Xu et al.(2001)、Hou et al.(2006)、 Shellnutt and Jahn(2011)和Li et al.(2012)Fig.8 Plots of FeO vs. MgO (a) and Fe2O3 vs. FeO (b) of the Baima intrusion

5.2 結(jié)晶分異作用

在磁鐵礦中，高場(chǎng)強(qiáng)元素Ti為強(qiáng)相容元素，Nb和Ta為中等相容元素，而在橄欖石、單斜輝石、斜長(zhǎng)石等礦物相中，Ti、Nb和Ta等高場(chǎng)強(qiáng)元素均為強(qiáng)不相容元素。REE在單斜輝石中為中等不相容元素，在磁鐵礦中為強(qiáng)不相容元素(陳列錳等，2014)。因此，單斜輝石的堆晶演化過(guò)程可能會(huì)導(dǎo)致橄欖輝長(zhǎng)巖和輝長(zhǎng)巖中REE的富集，即橄欖輝長(zhǎng)巖和輝長(zhǎng)巖比橄長(zhǎng)巖中含有更高的REE含量，而磁鐵礦堆晶過(guò)程會(huì)造成鐵鈦氧化物含量較高的橄欖輝長(zhǎng)巖和橄長(zhǎng)巖中Ti的強(qiáng)烈富集，從而表現(xiàn)出明顯的Ti正異常，以及弱的Nb、Ta正異常(圖6)。Sr和Eu在斜長(zhǎng)石中為相容元素，所以斜長(zhǎng)石的堆晶過(guò)程使得Sr和Eu在大多數(shù)橄欖輝長(zhǎng)巖和橄長(zhǎng)巖中富集，從而表現(xiàn)出正異常(圖6)。在磷灰石中REE為強(qiáng)相容元素(Nakamuraetal.，1986)，磷灰石結(jié)晶堆積過(guò)程就是REE富集的過(guò)程。因而含磷灰石的輝長(zhǎng)巖中具有較高的REE含量，并造成Sr在輝長(zhǎng)巖中表現(xiàn)出弱的負(fù)異常(黨永西，2018)。因此，P2O5含量最高的橄欖輝長(zhǎng)巖樣品(BM15-01)具有最高的REE含量以及弱的Sr和Eu負(fù)異常(圖6)。

Cr在磁鐵礦和鈦鐵礦中是相容元素，DCr磁鐵礦/熔體=50～230；DCr鈦鐵礦/熔體=3～40 (Leemanetal.，1978；Nakamuraetal.，1986；Klemmeetal.，2006)。橄欖輝長(zhǎng)巖和橄長(zhǎng)巖中Cr的正異?？赡芘c磁鐵礦和鈦鐵礦的堆積作用過(guò)程有關(guān)(黨永西，2018)。在MgO與Cr含量的相關(guān)圖中(圖9a)，白馬樣品Cr與MgO呈明顯的正相關(guān)關(guān)系，表明磁鐵礦、鈦鐵礦與橄欖石堆晶造成橄欖輝長(zhǎng)巖和橄長(zhǎng)巖中Cr的富集。隨著成礦母巖漿中磁鐵礦和鈦鐵礦的結(jié)晶分異過(guò)程，殘余巖漿中Cr的含量逐漸虧損，導(dǎo)致后期結(jié)晶的輝長(zhǎng)巖中Cr含量偏低。在橄欖石和磁鐵礦中Ni為相容元素，DNi橄欖石/熔體=1.35～13.6，DNi磁鐵礦/熔體=31～65(Nielsenetal.，1992)，橄欖石與磁鐵礦的早期結(jié)晶堆積過(guò)程可以導(dǎo)致殘余巖漿中Ni虧損。因此，早期結(jié)晶分異形成的橄欖輝長(zhǎng)巖和橄長(zhǎng)巖中Ni的含量明顯高于較晚形成的輝長(zhǎng)巖(圖9b)。相比之下，在橄欖石、單斜輝石及鐵鈦氧化物中，由于P是不相容元素，分配系數(shù)較低(Bindemanetal.，1998)，隨著橄欖石、單斜輝石及鐵鈦氧化物分離結(jié)晶作用的進(jìn)行，殘余巖漿中P不斷富集，最終導(dǎo)致巖體中磷灰石的結(jié)晶堆積(圖9c)。在鐵鈦氧化物中Ti和Y為相容元素，Ti/Y比值很大程度上受鐵鈦氧化物堆晶作用的影響，而Sr含量主要與斜長(zhǎng)石堆晶作用有關(guān)(圖9d)。因此，橄長(zhǎng)巖、橄欖輝長(zhǎng)巖和輝長(zhǎng)巖中MgO與Cr、Ni及P等元素之間的相關(guān)性進(jìn)一步表明這些巖石在成因上具有一定的聯(lián)系，即橄長(zhǎng)巖、橄欖輝長(zhǎng)巖和輝長(zhǎng)巖由母巖漿經(jīng)歷了侵入演化堆晶而形成。

圖9 白馬侵入體全巖MgO與Cr、Ni、P (a-c)以及Sr與Ti/Y比值(d)二元相關(guān)圖解(據(jù)陳列錳等，2014)Fig.9 Plots of whole-rock MgO contents versus Cr, Ni and P (a-c), and Sr contents versus Ti/Y ratio (d) for the Baima intrusion (after Chen et al.，2014)

5.3 圍巖混染

碳酸鹽圍巖的混染對(duì)于成礦作用的影響尚有不同的認(rèn)識(shí)。Yuetal.(2015)通過(guò)Sr-Nd-O同位素研究認(rèn)為碳酸鹽圍巖直接混染攀西地區(qū)含礦巖體母巖漿的可能性極小。然而Xingetal.(2012)通過(guò)礦物的揮發(fā)份和C-O-H同位素組成研究認(rèn)為白馬巖體存在較多的來(lái)自燈影組灰?guī)r的貢獻(xiàn)。Ganinoetal.(2013)和Pêcheretal.(2013)認(rèn)為攀枝花和紅格侵入體加入了較高比例的碳酸鹽圍巖(8%～13.7%)。Tangetal.(2017b)對(duì)攀枝花巖體苦橄質(zhì)巖墻的研究認(rèn)為玄武質(zhì)巖漿混染碳酸鹽巖能夠造成與磁鐵礦共存的橄欖石中富Mg的特征。由于泥巖和白云巖Sr含量較低(Ganinoetal.，2013)，即使有大量的圍巖加入也不足以顯著改變巖漿的Sr同位素組成。然而白馬侵入體硅質(zhì)大理巖圍巖中Sr含量較高，變化范圍為161×10-6～337×10-6，平均值為258×10-6(Yuetal.，2015)。白馬侵入體Sr-Nd同位素全部落于峨眉山苦橄巖和高鈦玄武巖的范圍內(nèi)(圖7)，表明白馬侵入體與峨眉山苦橄巖和高鈦玄武巖具有密切的內(nèi)在成因聯(lián)系(Zhouetal.，2008；黨永西，2018)。因此，我們選取苦橄巖作為起始端元，硅質(zhì)大理巖圍巖作為混合端元，通過(guò)Sr-Nd同位素混合模擬計(jì)算得到白馬母巖漿經(jīng)歷了10%～30%的硅質(zhì)大理巖的混染(圖7)。同化混染過(guò)程可能涉及圍巖的分解、與碳酸鹽熔體的混合或者是與白云巖去碳酸鹽化作用產(chǎn)生的富CO2流體的交換(Ganinoetal.，2008，2013；Pêcheretal.，2013)。大理巖圍巖的同化混染作用可以產(chǎn)生CO2流體，增加巖漿中CO2/CO比值，促使巖漿更加氧化，有利于硫化物、磁鐵礦和鈦鐵礦的結(jié)晶(Xingetal.，2012；Ripley and Li，2013；Tangetal.，2018)。這與Liuetal.(2015)應(yīng)用磁鐵礦和鈦鐵礦的成分估算的白馬侵入體具有較高的氧逸度相一致。

5.4 成礦控制因素

白馬層狀巖體鐵鈦氧化物的成礦作用除了與碳酸鹽圍巖的混染有關(guān)外，還受到其他因素的制約。成礦母巖漿氧逸度的高低對(duì)于控制鐵鈦氧化物飽和時(shí)間的早晚以及分異結(jié)晶過(guò)程持續(xù)的時(shí)間具有重要的作用(柏中杰等，2019)。白馬Fe-Ti-V氧化物礦床鐵鈦氧化物分異結(jié)晶形成于相對(duì)氧化的環(huán)境中，所需氧逸度較高。起源于地幔柱深部的成礦母巖漿遭受一定程度的圍巖大理巖的混染作用，能夠提高氧逸度，促進(jìn)鐵鈦氧化物的分離結(jié)晶(Toplis and Carroll，1995；黨永西，2018)。白馬侵入體橄欖輝長(zhǎng)巖和橄長(zhǎng)巖相對(duì)較高的Cu/Ni比值暗示母巖漿早期經(jīng)歷過(guò)橄欖石的結(jié)晶分異，全巖MgO與Cr、Ni的相關(guān)性表明白馬母巖漿經(jīng)歷了較高程度的分離結(jié)晶作用。樣品中存在角閃石，暗示母巖漿中水含量較高。Sr-Nd同位素混合模擬計(jì)算表明白馬母巖漿經(jīng)歷了10% ～ 30%硅質(zhì)大理巖圍巖的混染。全巖Cr含量和斜長(zhǎng)石牌號(hào)An突變及斜長(zhǎng)石Sr同位素不平衡表明白馬巖體經(jīng)歷了多次的巖漿補(bǔ)給(Zhangetal.，2012；Liuetal.，2014)。因此，白馬Fe-Ti-V氧化物礦床的形成不僅受母巖漿的組成、分離結(jié)晶作用、巖漿多次補(bǔ)給等因素的制約(Shellnuttetal.，2011；Zhangetal., 2012; Liuetal.，2014，2015)，還受到大理巖圍巖的影響(Xingetal.，2012)。

6 結(jié)論

峨眉山大火成巖省白馬Fe-Ti-V氧化物礦床的主量、微量元素及Sr-Nd同位素組成特征表明：

(1)白馬侵入體中MgO含量與Cr、Ni和P元素含量特征表明這些巖石是母巖漿堆晶演化的產(chǎn)物。

(2)白馬侵入體微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線和稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線具有Sr、Eu和Ti正異常，Zr-Hf負(fù)異常。Sr-Nd同位素混合模擬計(jì)算表明白馬母巖漿經(jīng)歷了10%～30%圍巖硅質(zhì)大理巖的混染。

(3)白馬Fe-Ti-V氧化物礦床的形成受母巖漿的組成、分離結(jié)晶作用、大理巖圍巖的混染等多種因素共同制約。

致謝樣品采集和分析過(guò)程中Chusi Li、張加飛、陳思童等給予了很大的幫助；邱檢生教授、李永軍教授、賴紹聰教授、侯通教授和編輯部同志對(duì)文稿的修改提出了建設(shè)性的意見(jiàn)和建議；在此一并表示衷心的感謝。