安徽廬江泥河鐵礦床賦礦閃長(zhǎng)玢巖地球化學(xué)特征研究

楊世學(xué),張靖怡,張贊贊,魏國(guó)輝

(安徽省地質(zhì)調(diào)查院,合肥 230001)

安徽廬江泥河鐵礦床賦礦閃長(zhǎng)玢巖地球化學(xué)特征研究

楊世學(xué),張靖怡,張贊贊,魏國(guó)輝

(安徽省地質(zhì)調(diào)查院,合肥 230001)

玢巖型鐵硫礦床是長(zhǎng)江中下游地區(qū)重要的礦床類型,與隱伏閃長(zhǎng)玢巖具有密切的成因聯(lián)系,研究賦礦閃長(zhǎng)玢巖的地球化學(xué)特征,對(duì)探討玢巖型鐵硫礦床的形成及演化、指導(dǎo)深部找礦具有重要意義。文章以廬樅盆地泥河玢巖型鐵硫礦床賦礦閃長(zhǎng)玢巖為研究對(duì)象,在對(duì)鉆孔詳細(xì)觀察的基礎(chǔ)上,研究賦礦閃長(zhǎng)玢巖的巖石地球化學(xué)特征。該賦礦閃長(zhǎng)玢巖具有中高硅含量,高鉀富堿,低鈦,高鋁,富集Sr、K、Rb、Th、Ce等大離子親石元素,虧損Nb、Ta、Ti、Zr、Hf等高場(chǎng)強(qiáng)元素,屬于橄欖玄粗質(zhì)系列巖石。結(jié)合Sr-Nd同位素特征,推測(cè)巖漿源區(qū)可能為富集型巖石圈地幔,分離結(jié)晶與同化混染共同影響巖漿的演化過(guò)程。

賦礦閃長(zhǎng)玢巖;地球化學(xué)特征;泥河鐵礦床；廬江;安徽

長(zhǎng)江中下游成礦帶是我國(guó)重要的多金屬成礦區(qū)帶,發(fā)育一系列與燕山期巖漿活動(dòng)有關(guān)的鐵、銅、鉛、鋅、鈾等多金屬礦床[1-3]。玢巖型鐵硫礦床是長(zhǎng)江中下游成礦帶內(nèi)重要的礦化類型,礦體賦存于閃長(zhǎng)玢巖與火山—潛火山巖系接觸帶附近,礦床與隱伏閃長(zhǎng)玢巖具有密切的成因聯(lián)系[4-7]。研究賦礦閃長(zhǎng)玢巖的成因,對(duì)探討玢巖型鐵硫礦床的形成及演化、指導(dǎo)深部找具有重要意義。

泥河鐵礦床是長(zhǎng)江中下游地區(qū)新發(fā)現(xiàn)的典型玢巖型鐵硫礦床。本文在對(duì)鉆孔詳細(xì)觀察的基礎(chǔ)上,對(duì)賦礦閃長(zhǎng)玢巖開展巖石地球化學(xué)研究,分析賦礦閃長(zhǎng)玢巖的主、微量元素含量及Sr-Nd同位素特征,探討巖漿巖的形成機(jī)制,為深入研究該礦床的成因提供參考。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

長(zhǎng)江中下游成礦帶位于揚(yáng)子板塊北緣,北臨華北板塊與大別造山帶,特提斯構(gòu)造域、古太平洋構(gòu)造域及中生代殼幔相互作用共同控制該區(qū)的地質(zhì)演化。燕山期以來(lái),強(qiáng)烈的構(gòu)造、巖漿作用形成了區(qū)域隆凹相間的構(gòu)造格局及鐵、銅、鉛、鋅、金等多金屬礦床[1-3,8-10]。

廬樅盆地為NE向展布的中生代火山巖盆地。盆地內(nèi)斷裂發(fā)育,呈網(wǎng)狀斷裂構(gòu)造格局(圖1)。盆地內(nèi)火山巖由老到新依次為龍門院組、磚橋組、雙廟組和浮山組,為一套橄欖玄粗質(zhì)巖列巖石[1,5,8,10-11],盆地內(nèi)還發(fā)育與火山巖同期形成的侵入巖,主要為閃長(zhǎng)巖、二長(zhǎng)巖、(石英)正長(zhǎng)巖及花崗巖等。廬樅盆地內(nèi)主要的礦化類型為與磚橋旋回火山巖—次火山巖有關(guān)的玢巖型鐵硫礦床、磚橋—雙廟旋回有關(guān)的脈狀銅鉛鋅礦床、與正長(zhǎng)質(zhì)巖漿活動(dòng)有關(guān)的鐵鈾礦床[5,8,11-12]。

圖1 廬樅礦集區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)略圖(據(jù)文獻(xiàn)[7]修改)Fig. 1 Geological sketch map of the Luzong ore cluster district1-早白堊世浮山旋回;2-早白堊世雙廟旋回;3-早白堊世磚橋旋回;4-早白堊世龍門院旋回;5-中侏羅世羅嶺組;6-閃長(zhǎng)巖類;7-二長(zhǎng)巖類;8-堿性正長(zhǎng)巖類;9-具A型花崗巖特征的正長(zhǎng)巖類;10-鉀長(zhǎng)花崗巖類;11-基底斷裂及編號(hào);12-鐵礦床;13-銅礦床;14-鉛鋅礦床;15-鈾礦床

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

泥河鐵礦床為一大型鐵硫礦床,并伴生中型硬石膏礦床[13]。礦床位于廬樅盆地西北緣,受NE向的基底隆起帶與羅河—缺口斷裂共同控制。礦體總體呈NE-SW走向,賦存于閃長(zhǎng)玢巖與磚橋組地層接觸帶之上,成礦作用以熱液交代充填閃長(zhǎng)玢巖為主,形成浸染狀、網(wǎng)脈狀磁鐵礦礦石,構(gòu)成泥河鐵礦床的主礦體(圖2),礦床成礦時(shí)代約為130.9±2.6 Ma[14]。

賦礦閃長(zhǎng)玢巖位于礦區(qū)深部-600 m標(biāo)高之下,呈穹窿狀產(chǎn)出(圖2)。新鮮的閃長(zhǎng)玢巖呈灰綠—灰黑色,斑狀—似斑狀結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造(圖3)。斑晶含量為20%～40%,多為斜長(zhǎng)石,少量輝石,偶見角閃石。斜長(zhǎng)石斑晶呈半自形—自形長(zhǎng)板柱狀,粒徑1～2 mm;輝石斑晶多為半自形短柱狀,粒徑為0.2～0.5 mm?；|(zhì)主要由微晶—隱晶質(zhì)斜長(zhǎng)石、輝石組成,副礦物主要為榍石、磷灰石和磁鐵礦。由于受后期強(qiáng)烈的熱液成礦作用影響,礦體內(nèi)部及接觸帶附近閃長(zhǎng)玢巖的成分和結(jié)構(gòu)均受改造,蝕變?yōu)橛彩嗷篙x石化閃長(zhǎng)玢巖、堿性長(zhǎng)石化閃長(zhǎng)玢巖等。前人對(duì)該區(qū)閃長(zhǎng)玢巖開展鋯石U-Pb同位素年齡測(cè)試,顯示其形成于132.4±1.5 Ma[14],為早白堊世巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物。

圖2 泥河鐵礦床Ⅰ線地質(zhì)剖面圖(據(jù)文獻(xiàn)[7]修改)Fig. 2 Geological cross section of exploration line I in the Nihe iron deposit1-早白堊世雙廟組;2-早白堊世磚橋組;3-正長(zhǎng)(斑)巖;4-輝石閃長(zhǎng)玢巖;5-粗安斑巖;6-斷裂;7-鐵礦體;8-硫鐵礦體;9-硬石膏礦體

圖3 泥河鐵礦床賦礦閃長(zhǎng)玢巖照片(a)及鏡下特征照片(b)Fig. 3 Photo (a) and photomicrograph (b) of ore-bearing diorite porphyrite of the Nihe iron deposita-高嶺石化閃長(zhǎng)玢巖,原巖為似斑狀結(jié)構(gòu),受后期高嶺石化蝕變影響,斜長(zhǎng)石斑晶蝕變?yōu)榛野咨邘X石;b-閃長(zhǎng)玢巖鏡下特征,以拉長(zhǎng)石和鈉長(zhǎng)石為主，少量輝石,受后期硬石膏化蝕變影響,礦物表面有細(xì)小的硬石膏顆粒。Pl-斜長(zhǎng)石;Ab-鈉長(zhǎng)石;Px-輝石

3 巖石地球化學(xué)特征

對(duì)泥河鐵礦床勘探鉆孔深部較新鮮的閃長(zhǎng)玢巖樣品開展全巖主量元素、微量元素和Sr-Nd同位素分析測(cè)試。主量元素分析測(cè)試在核工業(yè)北京地質(zhì)研究所分析測(cè)試研究中心完成,分析方法為X射線熒光光譜分析法。微量元素分析測(cè)試在中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)地質(zhì)過(guò)程與礦產(chǎn)資源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成,分析方法為電感耦合等離子質(zhì)譜法。Sr-Nd同位素分析測(cè)試在核工業(yè)北京地質(zhì)研究所分析測(cè)試研究中心完成,采用ISOPROBE-T熱電離質(zhì)譜計(jì),可調(diào)多法拉第接收器接收。

3.1 主量元素地球化學(xué)特征

泥河鐵礦床賦礦閃長(zhǎng)玢巖主量元素分析結(jié)果見表1。閃長(zhǎng)玢巖SiO2含量為54.51%～63.17%, TiO2含量為0.80%～1.02%,Al2O3含量為18.22%～19.45%,MgO含量為1.02%～3.73%,Na2O含量為0.27%～4.77%,K2O含量4.21%～4.68%。

根據(jù)(Na2O+K2O)-SiO2分類圖解(圖4a),泥河鐵礦賦礦閃長(zhǎng)玢巖基本投點(diǎn)于二長(zhǎng)—閃長(zhǎng)巖區(qū),與鏡下定名一致。根據(jù)K2O-SiO2判別圖(圖4b),泥河鐵礦賦礦閃長(zhǎng)玢巖屬于鉀玄巖(橄欖玄粗巖)系列,與廬樅盆地早白堊世火山—次火山巖的巖石地球化學(xué)特征一致,說(shuō)明該閃長(zhǎng)玢巖可能是該期巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物。

表1泥河鐵礦床賦礦閃長(zhǎng)玢巖主量元素、微量元素分析結(jié)果

Table1Analysisresultsofmajorandtraceelementsofore-bearingdioriteporphyritefromtheNiheirondeposit

樣號(hào)NYQ22ZK0305?04ZK0305?06ZK0305?07SiO25451625663175721TiO2102080090092Al2O31822194518631847Fe2O3313569591093FeO451021027594MnO017005018048MgO373102260271CaO499307326523K2O443468431421Na2O477211027319P2O5052038050069Total9944999599929933Rb20318240382506016658Sr63868102784403770202476Y2545189718862138Nb204113571023682Ba35147303156332136230La4900448016413702Ce10094890934667547Pr1280996425898Nd4762371118553487Sm866622471664Eu182180154189Gd729449461525Tb108064064073Dy523348334396Ho098070064076Er284191176199Tm049028027031Yb286181163194Lu044027025028Ta251081066038Th170316051150483U564496778250Zr28171191411515310310Hf666474386269ΣREE2420520256932618009LREE2208418898801216486HREE2121135913141523LREE/HREE104113916101083LaN/YbN122917767241368δEu068099100094δCe097099099098

注：主量元素單位wt%;微量元素單位×10-6。

圖4 泥河鐵礦床賦礦閃長(zhǎng)玢巖(Na2O+K2O)-SiO2分類圖(a)(底圖據(jù)文獻(xiàn)[15])和K2O-SiO2判別圖(b)(底圖據(jù)文獻(xiàn)[16])Fig. 4 (Na2O+K2O)vs. SiO2 classification diagram (a) and K2O vs. SiO2 diagram (b) of ore-bearing diorite porphyrite of the Nihe iron deposit1-橄欖輝長(zhǎng)巖;2a-堿性輝長(zhǎng)巖;2b-亞堿性輝長(zhǎng)巖;3-輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖;4-閃長(zhǎng)巖;5-花崗閃長(zhǎng)巖;6-花崗巖;7-硅英巖;8-二長(zhǎng)輝長(zhǎng)巖;9-二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖;10-二長(zhǎng)巖;11-石英二長(zhǎng)巖;12-正長(zhǎng)巖;13-副長(zhǎng)石輝長(zhǎng)巖;14-副長(zhǎng)石二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖;15-副長(zhǎng)石二長(zhǎng)巖;16-副長(zhǎng)石正長(zhǎng)巖;17-副長(zhǎng)巖;18-粗白榴巖;Ir-堿性與亞堿性界線

泥河賦礦閃長(zhǎng)玢巖的固結(jié)指數(shù)(SI=7.63～20.09)遠(yuǎn)小于由地幔巖漿直接結(jié)晶形成的侵入巖的固結(jié)指數(shù)(SI≈40),其DI指數(shù)為57.35～71.04,說(shuō)明其形成過(guò)程中可能經(jīng)歷了一定程度的分異。

圖5 泥河鐵礦床賦礦閃長(zhǎng)玢巖主量元素哈克圖解Fig. 5 Harker diagrams showing major elements of ore-bearing diorite porphyrite in the Nihe iron deposit

在主量元素哈克圖解(圖5)中可知,泥河賦礦閃長(zhǎng)玢巖CaO、MgO、Fe及TiO2與SiO2呈負(fù)相關(guān),K2O、Al2O3與SiO2呈正相關(guān),說(shuō)明巖漿在演化過(guò)程中可能存在橄欖石、輝石、鈦鐵礦、基性長(zhǎng)石的分離結(jié)晶作用。

3.2 微量元素地球化學(xué)特征

圖6 泥河鐵礦床賦礦閃長(zhǎng)玢巖原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(a)和球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分曲線(b)(標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)文獻(xiàn)[17])Fig. 6 Primitive mantle-normalized trace element spider pattern (a) and chondrite-normalized rare earth element distribution pattern (b) of ore-bearing diorite porphyrite in the Nihe iron deposit

泥河鐵礦床賦礦閃長(zhǎng)玢巖微量元素分析結(jié)果見表1。在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(圖6a)上,相對(duì)富集Sr、K、Rb、Th、Ce等大離子親石元素,相對(duì)虧損Nb、Ta、Ti、Zr、Hf等高場(chǎng)強(qiáng)元素;其稀土元素總量ΣREE為(93.26～242.05)×10-6,平均為179.49×10-6,具有較高的稀土元素總量;LREE為 (80.12～220.84)×10-6,HREE為(13.14～21.21)×10-6,輕稀土元素較重稀土元素含量高。LREE/HREE為6.10～13.91,LaN/YbN為7.24～17.76。球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分曲線(圖6b)上,輕稀土相對(duì)富集,重稀土相對(duì)虧損,輕稀土曲線右傾程度大于重稀土曲線的右傾程度,輕稀土具有更強(qiáng)的分餾特征。

3.3 Sr-Nd同位素特征

表2 泥河鐵礦床賦礦閃長(zhǎng)玢巖Rb-Sr、Sm-Nd同位素組成

Table 2 Rb-Sr and Sm-Nd isotopic compositions of ore-bearing diorite porphyrite from the Nihe iron deposit

樣品號(hào)C1004?06C2201?9C1004?04C1004?07Rb(×10-6)957282255252Sr(×10-6)49935739626487Rb/86Sr0555222896186192766187Sr/86Sr0708299071085407095240711690εSr(0)5399027131021εSr(t)413310236301(87Sr/86Sr)i070725070653070600070646Sm(×10-6)109104736436Nd(×10-6)631665395231147Sm/144Nd01043009500112401143143Nd/144Nd0512130051234305123140512240εNd(0)-99-58-63-78εNd(t)-83-40-49-64TDM(Ma)1422103812591396T2DM(Ma)1605125513251445(143Nd/144Nd)i0512039051226005122160512141

泥河鐵礦床賦礦閃長(zhǎng)玢巖Rb-Sr、Sm-Nd同位素組成見表2。(87Sr/86Sr)i為0.706 00～0.707 25,平均值為0.706 56;(143Nd/144Nd)i為0.512 039～0.512 260,平均值為0.512 164;εNd(t)為-8.3～-4.0,平均值為-5.9。

4 討 論

4.1 巖石系列

前人對(duì)廬樅盆地早白堊世火山—次火山—侵入巖開展了大量地球化學(xué)研究工作,認(rèn)為其屬于橄欖玄粗質(zhì)巖石[5,18-21]。Morrison(1980)[22]、Gill等(2004)[23]認(rèn)為橄欖玄粗質(zhì)巖石具有高鋁、高氧化、硅近飽和、低鈦、貧鐵、富集大離子親石元素、虧損Nb、Ta、Ti等高場(chǎng)強(qiáng)元素的地球化學(xué)特征。

泥河賦礦閃長(zhǎng)玢巖具有中高硅含量、高鉀富堿,低鈦、高鋁,富集Sr、K、Rb、Th、Ce等大離子親石元素,相對(duì)虧損Nb、Ta、Ti、Zr、Hf等高場(chǎng)強(qiáng)元素的地球化學(xué)特征,與橄欖玄粗質(zhì)巖石的地球化學(xué)特征相似。在K2O-SiO2圖解中(圖4b),巖石均位于橄欖玄粗巖(鉀玄巖)系列區(qū)域,說(shuō)明泥河賦礦閃長(zhǎng)玢巖可能屬于橄欖玄粗質(zhì)系列巖石。

4.2 巖石成因

圖7 泥河鐵礦床賦礦閃長(zhǎng)玢巖εNd(t)-(87Sr/86Sr)i圖解(底圖據(jù)文獻(xiàn)[20])Fig. 7 εNd(t) vs. (87Sr/86Sr)i diagram of ore-bearing diorite porphyrite of the Nihe iron deposit

Nb/U和Ta/U是判別巖漿源區(qū)的重要標(biāo)志,泥河賦礦閃長(zhǎng)玢巖Nb/U為1.31～3.62,Ta/U為0.08～0.45,遠(yuǎn)低于MORB和OIB的相對(duì)平均值(Nb/U為74,Ta/U為2.7),甚至低于地殼的相對(duì)平均值[24],說(shuō)明其原始巖漿中具有較高的地幔組分。泥河賦礦閃長(zhǎng)玢巖微量元素選擇性富集或虧損,暗示其巖漿源區(qū)可能為富集型巖石圈地幔;它們具有高(87Sr/86Sr)i(平均值為0.706 56)、低εNd(t)(平均值為-5.9)的特征,說(shuō)明巖漿源區(qū)不可能為原始地幔,而可能為受殼源物質(zhì)影響的交代地幔。在εNd(t)-(87Sr/86Sr)i圖解(圖7)中,樣品主要位于揚(yáng)子板塊巖石圈地幔附近,且較接近EMI型富集地幔,說(shuō)明巖石源區(qū)可能為富集型揚(yáng)子板塊巖石圈地幔,前人研究成果也證實(shí)廬樅地區(qū)的橄欖玄粗巖起源于EMI型富集地幔[21,25-26]。

在K/Rb-SiO2圖解(圖8a)中,隨巖漿向酸性演化,K/Rb值呈下降趨勢(shì),在巖漿演化中K和Rb具有相似的地球化學(xué)行為,但在角閃石中其配分?jǐn)?shù)具有較大差異(K配分系數(shù)為1,Rb配分系數(shù)為0.3),說(shuō)明泥河閃長(zhǎng)玢巖原始巖漿在演化過(guò)程中可能存在角閃石的分離結(jié)晶作用。Ca、Mg、Fe、Ti與Si之間呈負(fù)相關(guān),指示巖漿演化過(guò)程中可能存在橄欖石、輝石、鈦鐵礦、基性長(zhǎng)石的分離結(jié)晶作用,Eu的虧損也支持巖漿演化過(guò)程中存在長(zhǎng)石的分離結(jié)晶。在Ta/U-Nb/U圖解中(圖8b),隨巖漿演化,Nb和Ta含量均表現(xiàn)出下降的趨勢(shì),但Nb含量下降突然加劇,這可能代表巖漿演化過(guò)程中存在地殼物質(zhì)的同化混染[21,24]。

綜上,泥河鐵礦床賦礦閃長(zhǎng)玢巖起源于早白堊世富集型巖石圈的部分熔融,形成的基性巖漿沿深大斷裂上升的過(guò)程中,經(jīng)歷了分離結(jié)晶作用及地殼物質(zhì)的混染,演化成中性巖漿并在淺部地殼定位。

圖8 泥河鐵礦床賦礦閃長(zhǎng)玢巖K/Rb-SiO2圖解(a)和Ta/U-Nb/U圖解(b)Fig. 8 K/Rb vs. SiO2 diagram (a) and Ta/U vs. Nb/U diagram (b) of ore-bearing diorite porphyrite of the Nihe iron deposit

5 結(jié) 論

(1)泥河鐵礦床賦礦閃長(zhǎng)玢巖具有中高硅含量,高鉀富堿,低鈦,高鋁,相對(duì)富集Sr、K、Rb、Th、Ce等大離子親石元素,相對(duì)虧損Nb、Ta、Ti、Zr、Hf等高場(chǎng)強(qiáng)元素的地球化學(xué)特征,屬于橄欖玄粗巖系列。

(2)泥河鐵礦賦礦閃長(zhǎng)玢巖的巖漿源區(qū)可能為富集型巖石圈地幔,巖漿演化過(guò)程中可能存在橄欖石、輝石、鈦鐵礦、基性長(zhǎng)石的分離結(jié)晶。巖漿在上升定位過(guò)程中,可能受地殼物質(zhì)的混染。

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Geochemicalcharacteristicsofore-bearingdioriteporphyriteoftheNiheironoredepositinLujiang,AnhuiProvince

YANG Shi-xue, ZHANG Jing-yi, ZHANG Zan-zan, WEI Guo-hui

(GeologicalSurveyofAnhuiProvince,Hefei230001,China)

Porphyry-like type iron deposits are one important type of polymetallic deposits in the Middle-Lower Reaches of Yangtze River, and have genetic relationship with concealed diorite porphyrite. The geochemistry study of ore-bearing diorite porphyrite is of significance for investigating deposit genesis and deep exploration. This study carried out lithogeochemical analysis of the ore-bearing diorite porphyrite in conjunction with detailed observation of drilling cores. The ore-bearing diorite porphyrite of the Nihe iron deposit is characterized by high SiO2, K and alkali, low TiO2, relatively high in LILEs such as Sr, K, Rb, Th, Ce, and depleted in HSFEs such as Nb, Ta, Ti, Zr, Hf, suggesting that it belongs to shoshonitic rock. Based on the Sr-Nd isotopic features, it can be inferred that magmatic source region should be enriched mantle, and evolution process of the magma was affected jointly by assimilation and fractional crystallization.

ore-bearing diorite porphyrite; geochemical characteristics; Nihe iron ore deposit; Lujiang; Anhui Province

10.16788/j.hddz.32-1865/P.2017.04.001

2016-10-09

2016-12-28責(zé)任編輯譚桂麗

中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局“安徽廬樅地區(qū)構(gòu)造、巖漿演化與成礦作用的關(guān)系(編號(hào):1212011120862)”、“安徽廬樅地區(qū)隱伏及深部礦資源潛力調(diào)查(編號(hào):12120114038001、)”,安徽省公益性地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目“安徽省稀有、稀散元素礦產(chǎn)遠(yuǎn)景調(diào)查(編號(hào):2016-g-2-16)”、“安徽省廬樅地區(qū)與堿性巖有關(guān)的鈾(釷)礦調(diào)查評(píng)價(jià)(編號(hào):2016-g-1-7)”聯(lián)合資助。

楊世學(xué),1969年生,男,工程師,主要從事地質(zhì)礦產(chǎn)勘查及礦權(quán)維護(hù)工作。

P611.1

A

2096-1871(2017)04-241-09