歐何瓊, 陳友良, 郭濤, 郭彥宏 , 殷桂芹

(1.成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院, 四川 成都 610059;2.成都理工大學(xué)地學(xué)與核技術(shù)四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 四川 成都 610059;3.核工業(yè)二○八大隊(duì)，內(nèi)蒙 包頭 014000)

攀西地區(qū)位于揚(yáng)子陸塊西緣，處于著名的攀西裂谷中部，是我國重要的成礦區(qū)帶之一，也是我國重要的黑色、有色、稀土—稀有等礦產(chǎn)品生產(chǎn)基地[1]。攀西地區(qū)層狀基性-超基性含礦巖體以賦存超大型釩鈦磁鐵礦礦床而聞名于世，是我國重要的鐵礦產(chǎn)地和釩鈦資源基地[2]。攀西地區(qū)屬于峨眉山大火成巖省內(nèi)帶，是世界上最大的釩鈦磁鐵礦礦集區(qū)，其中太和、白馬、攀枝花、紅格、新街等幾大含礦巖體自北向南分布[3]。

白馬鐵礦為中國西南五大鐵礦山之一，鐘祥等研究認(rèn)為白馬含礦巖體是一個(gè)大型的含釩鈦磁鐵礦鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)雜巖體，其形成時(shí)間與峨眉山玄武巖噴發(fā)時(shí)間基本一致[4]。張招崇等、胡瑞忠等發(fā)現(xiàn)白馬鐵礦的巖體母巖漿都是Ti-Fe含量高的玄武質(zhì)巖漿，是高鈦苦橄質(zhì)巖漿分異結(jié)晶形成[5-6]。宋謝炎等認(rèn)為含有釩鈦磁鐵礦的巖體與峨眉山高Ti玄武巖相關(guān)性極強(qiáng)，且兩者在地球化學(xué)特征上具有內(nèi)在的成因聯(lián)系[7]。張曉琪等認(rèn)為白馬鐵礦可能存在多次巖漿補(bǔ)充，每一次補(bǔ)充巖漿由于深部巖漿房分離結(jié)晶具有較高的Fe2O3含量和較高的Fe3+/Fe2+比值，使得Ti-Fe氧化物較早結(jié)晶[8]。本文在野外詳細(xì)調(diào)查和取樣分析的基礎(chǔ)上，對白馬含礦巖體的主量元素地球化學(xué)特征展開研究，以期為攀西地區(qū)釩鈦磁鐵礦的研究和白馬巖體的巖漿演化提供新的依據(jù)。

1 礦區(qū)地質(zhì)特征

白馬鐵礦在大地構(gòu)造位置上處于揚(yáng)子陸塊西緣的康滇地軸中段的瀘定—米易臺拱之米易穹斷束上，位處元謀-綠汁江斷裂東側(cè)(圖1a)。礦區(qū)地處攀枝花市東北部的米易縣白馬鎮(zhèn)，距攀枝花市區(qū)東北方向約100 km(圖1b)。礦區(qū)出露的地層主要包括中元古界會(huì)理群天寶山組、震旦系觀音崖組與燈影組以及二疊系上統(tǒng)峨眉山玄武巖地層。會(huì)理群天寶山組為一套淺變質(zhì)巖系，巖性主要由絹云母石英片巖、角閃片巖、花崗片麻巖、大理巖、變質(zhì)砂巖等組成。震旦系觀音崖組與燈影組為一套碎屑巖-碳酸鹽巖建造。二疊系上統(tǒng)峨眉山玄武巖以玄武質(zhì)熔巖為主，由熔巖夾火山角礫巖、凝灰?guī)r組成，厚度大約1000 m。白馬巖體主要侵位于中元古界會(huì)理群天寶山組中。

礦區(qū)內(nèi)巖漿巖十分發(fā)育，侵入巖主要為華力西早期-燕山期的各種酸性、基性-超基性以及堿性侵入巖類；噴出巖則主要為廣泛分布的晚二疊紀(jì)峨眉山玄武巖。白馬含礦巖體是礦區(qū)內(nèi)分布最廣的基性-超基性層狀侵入巖體，大致呈南北向展布，長度為24 km，寬度為2～6 km，地表分布面積約100 km2，巖體延伸深度大于500 m，其形成時(shí)代為258.5±3.5 Ma[10]。經(jīng)本次詳細(xì)的鏡下鑒定，白馬巖體的主體巖石類型為輝長巖類，包括角閃輝長巖，橄欖輝長巖以及偉晶狀輝長巖等。巖石的造巖礦物組合基本相似，均為“斜長石+含鈦普通輝石+橄欖石”組合，只是由于各種礦物含量的變化以及結(jié)構(gòu)、構(gòu)造的不同，從而形成比較復(fù)雜的、多種多樣的巖石類型，并進(jìn)而構(gòu)成若干個(gè)巖層。不同巖性的巖石加入不同含量的鈦鐵氧化物后又形成不同類型的礦石，進(jìn)而構(gòu)成若干個(gè)礦體及含礦層。其中磁鐵礦化橄欖輝長巖是最主要的礦石類型。礦區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造較為發(fā)育，以NE向?yàn)橹?，將白馬含礦巖體由北向南切割為夏家坪、及及坪、田家村、青杠坪及馬檳榔等5個(gè)礦段(圖1c)[9]。本次選取白馬礦區(qū)中北部的及及坪礦段進(jìn)行研究，該礦段約占白馬礦區(qū)總產(chǎn)量的80%。礦段巖體出露良好，分帶齊全，具有較好的代表性。含礦層狀輝長巖體總體上朝西傾斜，從東至西，依次分為IV、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ共4個(gè)礦層。

圖1 白馬含礦巖體平面地質(zhì)簡圖(據(jù)陳富文等修改[9])

2 樣品采集與分析方法

本次研究在白馬鐵礦及及坪礦段含礦巖體中共采集了19件樣品，在進(jìn)行樣品統(tǒng)計(jì)分析時(shí)，將TFe含量≥25%以上的樣品作為礦石，TFe<25%的作為賦礦圍巖。礦石類型主要為橄欖輝長巖礦石和輝石橄長巖礦石，賦礦圍巖主要為角閃輝長巖，橄欖輝長巖以及偉晶狀輝長巖，所有樣品均進(jìn)行了詳細(xì)的巖礦鑒定。

樣品全巖主量元素含量分析由核工業(yè)二三○研究所分析測試中心實(shí)驗(yàn)室完成，主量元素的分析采用AB104L AL104 AxiosmAX X射線熒光光譜儀，測試方法和依據(jù)為GB/T 14506.14-2010(硅酸鹽巖石化學(xué)分析方法)。測試精度優(yōu)于1%，分析質(zhì)量監(jiān)控結(jié)果表明樣品分析質(zhì)量滿足研究要求。

3 分析結(jié)果

白馬鐵礦及及坪礦段含礦巖體中不同礦層礦石與賦礦圍巖樣品的主量元素含量見表1，各類巖、礦石主量元素組成特征分述如下：

3.1 角閃輝長巖

角閃輝長巖樣品主要采于Ⅳ礦層，Ⅱ、Ⅲ礦層各有1個(gè)。角閃輝長巖SiO2含量39.87%～46.49%，平均值44.39%；Al2O3含量11.65%～16.53%，平均值14.71%；Fe2O3含量范圍為3.06%～11.56%，平均值為6.13%；FeO含量范圍為6.21%～9.11%，平均值為7.74%；MgO含量范圍為5.56%～9.55%，平均值為7.67%；CaO含量范圍為8.00%～13.41%，平均值為10.39%；Na2O含量范圍為1.71%～3.07%，平均值為2.39%；K2O含量范圍為0.27%～1.47%，平均值為0.87%；TiO2含量范圍為1.75%～4.08%，平均值為2.60%；MnO含量范圍為0.154%～0.239%，平均值為0.187%；P2O5含量范圍為0.027%～0.529%，平均值為0.242%。樣品的鋁飽和指數(shù)范圍為0.504～0.714，堿飽和指數(shù)范圍0.230～0.424，屬于偏鋁質(zhì)巖石；鎂指數(shù)范圍為43.86～61.29，平均值為50.77，低于原始巖漿(68～75)，反應(yīng)巖漿可能經(jīng)歷了一定程度結(jié)晶分異作用或地殼同化混染作用。

3.2 橄欖輝長巖

橄欖輝長巖樣品采自Ⅰ、Ⅱ礦層。樣品中SiO2含量在31.41%～42.93%之間，平均值為37.71%；Al2O3含量范圍為9.12%～19.67%，平均值為13.83%；Fe2O3含量范圍為6.42%～ 14.78%，平均值為11.33%；FeO含量范圍為6.40%～16.01%，平均值為10.70%；MgO含量范圍為6.09%～14.35%，平均值為9.64%；CaO含量范圍為5.30%～10.88%，平均值為8.50%；Na2O含量范圍為1.09%～3.23%，平均值為2.04%；K2O含量范圍為0.14%～0.28%，平均值為0.21%；TiO2含量范圍為2.42%～4.65%，平均值為3.80%；MnO含量范圍為0.152%～0.307%，平均值為0.232%；P2O5含量范圍為0.049%～0.089%，平均值為0.070%。鋁飽和指數(shù)范圍為0.489～0.914，堿飽和指數(shù)范圍0.213～0.283，屬于偏鋁質(zhì)巖石；鎂指數(shù)范圍為39.51～47.13，平均值為45.13，低于原始巖漿(68～75)，反應(yīng)巖漿可能經(jīng)歷了一定程度結(jié)晶分異作用或地殼同化混染作用。

3.3 偉晶狀輝長巖

偉晶狀輝長巖樣品采于Ⅰ、Ⅳ礦層。樣品中SiO2含量在29.64%～40.38%之間，平均值為35.81%；Al2O3含量范圍為6.30%～15.20%，平均值為10.85%，相對于前兩種賦礦圍巖來說，含量偏低；Fe2O3含量范圍為8.14%～19.88%，平均值為12.95%；FeO含量范圍為9.44%～12.70%，平均值為11.59%；MgO含量范圍為6.97%～9.78%，平均值為7.96%；CaO含量范圍為9.74%～11.32%，平均值為10.71%；Na2O含量范圍為0.51%～2.02%，平均值為1.39%；K2O含量范圍為0.13%～0.25%，平均值為0.20%；TiO2含量范圍為2.95%～6.75%，平均值為4.92%；MnO含量范圍為0.193%～0.282%，平均值為0.239%；P2O5含量范圍為0.129%～0.418%，平均值為0.232%。鋁飽和指數(shù)范圍為0.298～0.712，堿飽和指數(shù)范圍0.156～0.267，屬于偏鋁質(zhì)巖石；鎂指數(shù)范圍為35.7～43.16，平均值為37.91，低于原始巖漿(68～75)，反應(yīng)巖漿可能經(jīng)歷了一定程度結(jié)晶分異作用或地殼同化混染作用。

3.4 礦石

橄欖輝長巖礦石在4個(gè)礦層均有采集，且在Ⅳ礦層采集了一個(gè)輝石橄長巖礦石。礦石SiO2含量在15.25%～26.94%之間，平均值為20.30%，由于出現(xiàn)鐵元素異常富集，導(dǎo)致SiO2含量相對降低；Al2O3含量范圍為4.63%～11.57%，平均值為7.24%，相對賦礦圍巖來說明顯較低；Fe2O3含量范圍為22.20%～44.06%，平均值為28.66%；FeO含量范圍為7.12%～21.83%，平均值為17.56%；MgO含量范圍為5.49%～13.42%，平均值為10.46%；CaO含量范圍為1.17%～5.54%，平均值為3.05%；Na2O含量范圍為0.206%～1.36%，平均值為0.57%；K2O含量范圍為0.05%～0.74%，平均值為0.23%；TiO2含量范圍為6.30%～12.07%，平均值為8.48%；MnO含量范圍為0.286%～0.4%，平均值為0.345%；P2O5含量范圍為0.009%～0.065%，平均值為0.037%。鋁飽和指數(shù)范圍為1.073～1.902，堿飽和指數(shù)范圍0.082～0.263，所有礦石都屬于過鋁質(zhì)巖石；鎂指數(shù)范圍為17.3～39.15，平均值為30.08，低于原始巖漿(68～75)，反應(yīng)巖漿可能經(jīng)歷了一定程度結(jié)晶分異作用或地殼同化混染作用。對比橄欖輝長巖礦石與輝石橄長巖礦石，輝石橄長巖礦石中SiO2，Al2O3，CaO，Na2O，K2O含量相對偏低； FeO，MgO，P2O5與橄欖輝長巖礦石類似，而Fe2O3，TiO2含量比橄欖輝長巖礦石高。對比其他賦礦圍巖，礦石中SiO2含量明顯減少，鐵鈦含量顯著增加，CaO、Na2O、K2O、P2O5相對減少。

從上述主量元素分析結(jié)果可以看出，賦礦圍巖均屬于偏鋁質(zhì)巖石，僅礦石屬于過鋁質(zhì)巖石，推測其是受礦化影響所致，總體上白馬含礦巖體應(yīng)屬于偏鋁質(zhì)巖體。且所有樣品的Na2O>K2O，含礦巖體具有富鈉的特征，說明白馬巖體為富鈉偏鋁質(zhì)巖體。

4 討論

4.1 主量元素地球化學(xué)特征

從表1數(shù)據(jù)中可以看出，白馬含礦巖體具有較高的FeO、Fe2O3、TiO2、Na2O、K2O，且含量變化較大，依次為6.21%～21.83%，3.06%～31.95%，1.75%～12.07%，0.206%～3.23%，0.05%～1.47%。其中TiO2含量除兩個(gè)樣品小于2.1外，大部分樣品均大于2.1，暗示其源區(qū)與峨眉山高鈦玄武巖類似(張招崇等認(rèn)為TiO2含量在2.1%以上)[11]。Na2O含量普遍高于K2O，呈現(xiàn)明顯的富鈉特征。樣品具有較低的SiO2、MgO，含量變化范圍較大，依次分別為15.25%～46.49%，5.56%～14.35%，其中SiO2含量表明白馬含礦巖體屬于超基性—基性巖范疇，較低的MgO含量和鎂指數(shù)暗示了巖漿可能經(jīng)歷了一定程度的結(jié)晶分異作用或地殼同化混染作用。Al2O3、CaO、MnO含量變化范圍分別為4.63%～19.67%，1.17%～13.41%，0.152%～0.4%。對各類樣品進(jìn)行TAS投點(diǎn)(圖2)，由于部分樣品Fe含量太高，導(dǎo)致SiO2所占比例偏低，該部分樣品無法投到圖內(nèi)，而符合投圖條件的樣品大部分落在玄武巖區(qū)域，偶有樣品落在苦橄玄武巖和副長石巖區(qū)域，且樣品散落分布在堿性和亞堿性的區(qū)域內(nèi)。

圖2 白馬含礦巖體賦礦圍巖及礦石TAS圖解(底圖據(jù)Irvinet n BWRA[12]; 據(jù)路遠(yuǎn)發(fā)[13])Pc-苦橄玄武巖；B-玄武巖；O1-玄武安山巖；O2-安山巖；O3-英安巖；R-流紋巖；S1-粗面玄武巖；S2-玄武質(zhì)粗面安山巖；S3-粗面安山巖；T-粗面巖、粗面英安巖；F-副長石巖；U1-堿玄巖、碧玄巖；U2-響巖質(zhì)堿玄巖；U3-堿玄質(zhì)響巖；Ph-響巖；Ir-Irvine 分界線，上方堿性，下方為亞堿性。

張招崇等曾研究了攀西地區(qū)的攀枝花、新街和力馬河三個(gè)鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)巖體的主量元素地球化學(xué)特征，認(rèn)為在MgO-FeO-Na2O+K2O圖解上(圖3)，3個(gè)巖體表現(xiàn)出各自不同的特征，他們分布在不同的區(qū)域，其中力馬河巖體最富集Mg，新街巖體次之，而攀枝花巖體則貧Mg富Fe[14]。在全堿含量(Na2O+K2O)上則以攀枝花巖體最高，新街巖體次之，力馬河巖體最低。從圖3可以看出，白馬含礦巖體的所有投點(diǎn)分布范圍與攀枝花巖體的分布范圍具有較大的相似性，且其演化趨勢亦較為一致，可能反映白馬含礦巖體的原始巖漿與攀枝花巖體同源。

圖3 白馬含礦巖體賦礦圍巖及礦石MgO- FeO-Na2O+K2O圖解(底圖據(jù)張招崇等[14])

圖4為白馬含礦巖體主要氧化物含量變化趨勢圖，從該圖可以看出，由角閃輝長巖—橄欖輝長巖—偉晶狀輝長巖—礦石中的鐵含量逐漸增加，且隨著鐵含量的增加，MgO、TiO2的含量也明顯增加，SiO2、Al2O3、CaO、Na2O、K2O含量則明顯減少，P2O5的變化不明顯。這些主量元素氧化物含量的變化規(guī)律反映從賦礦圍巖到礦石形成的巖漿演化過程中，含礦巖漿有隨著鐵元素富集，去硅堿去鋁鈣，富鎂鈦的趨勢。由哈克圖解(圖5)可以更直觀地看出，隨著SiO2含量增加，Al2O3、CaO、Na2O、K2O含量也增加，成正相關(guān)關(guān)系； MgO、MnO、TiO2、FeO、Fe2O3含量降低，呈現(xiàn)明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系。

圖4 白馬含礦巖體賦礦圍巖及礦石樣品主要氧化物含量變化趨勢圖(縱坐標(biāo)單位%)

4.2 主量元素氧化物含量指示意義

在白馬含礦巖體中，由于各類賦礦圍巖、礦石具有異常的Fe含量，導(dǎo)致其化學(xué)組分，尤其是SiO2含量的占比相對較低，其指示意義可能相對較差。而其中的角閃輝長巖鐵含量趨近于正常值，其化學(xué)組成相對具有代表性。表2為白馬含礦巖體角閃輝長巖與各類典型基性巖類、地幔以及地殼的主要主量元素氧化物值含量對比表，從該表可以看出，白馬角閃輝長巖的SiO2平均含量為44.39%，低于夏威夷拉斑玄武巖、大西洋洋中脊玄武巖和虧損型大洋中脊玄武巖(N-MORB)，與整個(gè)虧損地幔(DMM)以及原始上地幔(PUM)相近；TiO2值為2.60%，遠(yuǎn)高于整個(gè)虧損地幔(DMM)和原始上地幔(PUM)，略高于大西洋洋中脊玄武巖，與夏威夷拉斑玄武巖相近；Al2O3值為14.71%，遠(yuǎn)高于整個(gè)虧損地幔(DMM)和原始上地幔(PUM)，低于大西洋洋中脊玄武巖和虧損型大洋中脊玄武巖(N-MORB)，與夏威夷拉斑玄武巖最為接近；TFeO值為14.73，高于各典型基性巖類，與夏威夷拉斑玄武巖最為接近；CaO平均值為10.39%，遠(yuǎn)高于整個(gè)虧損地幔(DMM)和原始上地幔(PUM)，低于虧損型大洋中脊玄武巖(N-MORB)，介于夏威夷拉斑玄武巖與大西洋洋中脊玄武巖之間；MgO值為7.67%，遠(yuǎn)低于整個(gè)虧損地幔(DMM)和原始上地幔(PUM)，與大西洋洋中脊玄武巖、虧損型大洋中脊玄武巖(N-MORB)和夏威夷拉斑玄武巖接近；Na2O值為2.39%，遠(yuǎn)高于整個(gè)虧損地幔(DMM)和原始上地幔(PUM)，介于夏威夷拉斑玄武巖和虧損型大洋中脊玄武巖(N-MORB)之間；K2O含量值為0.87%，均高于各典型基性巖類；P2O5平均值為0.242%，遠(yuǎn)高于整個(gè)虧損地幔(DMM)、原始上地幔(PUM)以及虧損型大洋中脊玄武巖(N-MORB)，與夏威夷拉斑玄武巖及大西洋洋中脊玄武巖相近。總體來看，白馬角閃輝長巖的主量元素含量和夏威夷拉斑玄武巖較為類似。從白馬含礦巖體主要氧化物的AFM圖解(圖6)亦可以看出，所有樣品均投于拉斑玄武巖類，進(jìn)一步證實(shí)該巖體的原始巖漿為拉斑玄武巖系列。

白馬含礦巖體主量元素氧化物含量與地殼、地幔對比(表2)，總體上Fe2O3、FeO、TiO2以及CaO表現(xiàn)為明顯的富集，這意味著研究區(qū)內(nèi)鈦、鐵元素具有很高的豐度，較易富集成礦，并且鈣元素也可能與鈦、鐵元素的富集成礦過程密切相關(guān)；Al2O3、P2O5、Na2O、K2O相對于地殼虧損，相對于地幔富集，說明這些元素在地幔巖漿往上運(yùn)移時(shí)發(fā)生了殼?；烊净蛘呓淮饔茫襈a2O含量普遍大于K2O含量，說明賦礦巖體與鐵相關(guān)的鈉質(zhì)交代作用比較發(fā)育；MgO相對于地殼富集，相對于地幔虧損；結(jié)合樣品的鎂指數(shù)分析，區(qū)內(nèi)的原始巖漿經(jīng)歷了一定程度的地殼同化混染作用。

圖5 白馬含礦巖體賦礦圍巖及礦石主量元素德主要氧化物哈克圖解

表2 白馬含礦巖體角閃輝長巖與各典型基性巖類、地幔及地殼主量元素氧化物值對比表(%)

圖6 白馬含礦巖體賦礦圍巖及礦石AFM圖解A-全鐵含量TFeO；F-全堿含量Na2O+K2O；M-MgO含量

5 結(jié)論

本文通過對白馬鐵礦及及坪礦段含礦巖體各類巖、礦石的主量元素地球化學(xué)特征研究，得出以下主要認(rèn)識：

(1)白馬含礦巖體具有高鐵、鈦、鉀、鈉，低硅、鎂的特征。賦礦圍巖的A/CNK為0.298～0.914，NK/A為0.156～0.424，Na2O>K2O，表明白馬含礦巖體為富鈉偏鋁質(zhì)巖體。其MgO-FeO-Na2O+K2O分布圖解與攀枝花巖體相似，且演化趨勢亦較為一致，反映其原始巖漿可能與攀枝花巖體同源。

(2)巖礦石中隨著鐵含量的增加，SiO2、Al2O3、CaO、Na2O、K2O含量明顯減少，MgO、TiO2的含量明顯增加。反映成巖過程中隨著含礦巖漿中鐵元素的富集，成礦巖漿有著去硅堿，去鋁鈣，而富鎂鈦的演化趨勢。巖礦石中隨著SiO2含量增加，Al2O3、CaO、Na2O、K2O含量也增加，成正相關(guān)關(guān)系； MgO、MnO、TiO2、FeO、Fe2O3含量降低，呈現(xiàn)明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系。

(3)白馬含礦巖體屬拉斑玄武巖系列巖石，其TiO2含量普遍較高，除個(gè)別樣品外，一般大于2.1%，其成礦母巖漿可能來源于峨眉山大火成巖省中的高鈦玄武巖漿。與地幔、地殼的氧化物值對比表明，含礦巖體明顯富集Fe2O3、FeO、TiO2；Al2O3、P2O5、Na2O、K2O相對于地殼虧損，相對于地幔富集，MgO相對于地殼富集，相對于地幔虧損，反映白馬含礦巖體為原始地幔巖漿向上運(yùn)移過程中發(fā)生殼?；烊净蛘呓淮饔玫漠a(chǎn)物。