郑文勤等 : 攀枝花岩体钛铁矿成分特征及其成因意义 1433 周期性变化 例如, 块状矿石中钛铁矿具有最高的 MgO 和 TiO 2 及最低的 FeO Fe 2 O 3 和 MnO, 而辉长岩中钛铁矿则具有相反的成分特征 同时, 钛铁矿的 MgO 含量与磁铁矿的 MgO 含量及橄榄石的 Fo 牌号具

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1 /2014/030(05) ActaPetrologicaSinica 岩石学报 攀枝花岩体钛铁矿成分特征及其成因意义 1 郑文勤 2 邓宇峰 1 宋谢炎 1 陈列锰 1 于宋月 1 周国富 1 刘世荣 3 向建新 ZHENGWenQin 1,DENGYuFeng 2,SONGXieYan 1,CHENLieMeng 1,YUSongYue 1,ZHOUGuoFu 1,LIUShiRong 1 andxiangjianxin 3 1 中国科学院地球化学研究所, 矿床地球化学国家重点实验室, 贵阳 合肥工业大学资源与环境工程学院, 合肥 攀钢集团矿业有限公司, 攀枝花 StateKeyLaboratoryofOreDepositGeochemistry,InstituteofGeochemistry,ChineseAcademyofSciences,Guiyang550002,China 2 SchoolofResourcesandEnvironmentalEnginering,HefeiUniversityofTechnology,Hefei230009,China 3 MineLimitedCompanyofthePanzhihuaGroup,Panzhihua617000,China 收稿, 改回 ZhengWQ,DengYF,SongXY,ChenLM,YuSY,ZhouGF,LiuSR andxiangjx 2014 Compositionandgenetic significanceoftheilmeniteofthepanzhihuaintrusion ActaPetrologicaSinica,30(5): Abstract ThePanzhihuaintrusionisthelayeredintrusionhostingFe TioxidedepositminedearliestintheEmeishanlargeigneous province,whichisthelargestore concentratedareaofv Timagnetitedepositsovertheworld Therefore,thepetrogenesisofthe Panzhihuaintrusionissignificantforunderstandingoftheformationoftheotherore bearingintrusionsinthearea ThePanzhihua intrusioncanbedividedintoupper,middleandlowerzones Thelithologiccycles,shownbyperiodicalydecreasesoftheFe Ti oxidesanddarksilicatemineralsfromthebotomupwards,areweldevelopedinthemiddleandlowerzones,inwhichmasivefe Ti oxideoreandmagnetitegabbrooccurinthebotom andlowerpartofeachcyclicunit However,althoughilmenitecanremainits originalcompositionalfeatureduetoweaksub solidusexsolutionrelativetomagnetite,thesignificancesofthecompositionalvariationof theilmenitehavenotbeenweladdresedyet Wefindthattheilmenitecompositionsaredistinguishableindiferenttypesofrocks, andperiodicalyvariableineachcyclicunitofthemiddleandlowerzones Forexample,theilmeniteofthemasiveoresisthehighest inmgo andtio 2 andthelowestinfeo,fe 2 O 3 and MnO,whereastheilmeniteofthegabbrohasoppositecompositional characteristics MgOcontentoftheilmeniteandmagnetitehasasignificantpositivecorelationwithforsteritecontent(Fo)ofolivine Suchregularvariationsineachcyclicunitrepresentobviousmagmareplenishmentandtheilmeniteandmagnetiteaswelasolivineis themineralscrystalizedearlyineachpulseofmagma Thisstudyalsorevealsthat,MgOcontentsinthePanzhihuailmenitearehigher thanthoseoftheskaergaardintrusion,indicatingthatthefe TioxidesinthePanzhihuaintrusioncrystalizeearlierduringmagma evolution ComparedwithilmeniteoftheTelnesFe TioxidedepositinNorway,theilmeniteinthePanzhihuaintrusionishighinMgO andfeo,veryhighintio 2 andmno,butverylowinfe 2 O 3,suggestingthattheilmeniteformedinmantleplumeenvironmentis significantlydiferentfromthatintheanorthositemasif Keywords Ilmenite;Electronmicroprobe;Fractionalcrystalization;Panzhihuaintrusion 摘要峨眉大火成岩省是全球最大的钒钛磁铁矿床聚集区, 攀枝花岩体是其中的典型代表 根据岩性特点, 攀枝花岩体主体可划分为上 中 下三个岩相带, 其中中部岩相带和下部岩相带岩性旋回非常发育, 每个旋回从下向上铁钛氧化物和暗色硅酸盐矿物逐渐减少, 块状铁钛氧化物矿石或磁铁矿辉长岩都出现在每个旋回的底部和下部 然而, 尽管钛铁矿固相线以下固溶体出溶远弱于磁铁矿, 从而能更好地保留成因信息, 但其成分变化的成因意义没有受到足够重视 本次研究发现作为主要金属氧化物之一的钛铁矿的成分不仅在不同岩性中有明显差异, 同时, 中 下部岩相带的各岩性旋回中钛铁矿成分也具有 本文受国家 973 计划 (2012CB416804) 中科院国家外专局创新团队国际合作伙伴计划 (KZZD EW TZ 20) 国家自然科学基金项目 ( ) 和矿床地球化学国家重点实验 十二五 项目群 (SKLOG ZY125 06) 联合资助. 第一作者简介 : 郑文勤, 女,1965 年生, 高级工程师, 矿物学专业,E mail:zhengwenqin@vip.gyig.ac.cn 通讯作者 : 宋谢炎, 男,1962 年生, 研究员, 岩石与矿床地球化学专业,E mail:songxieyan@vip.gyig.ac.cn

2 郑文勤等 : 攀枝花岩体钛铁矿成分特征及其成因意义 1433 周期性变化 例如, 块状矿石中钛铁矿具有最高的 MgO 和 TiO 2 及最低的 FeO Fe 2 O 3 和 MnO, 而辉长岩中钛铁矿则具有相反的成分特征 同时, 钛铁矿的 MgO 含量与磁铁矿的 MgO 含量及橄榄石的 Fo 牌号具有显著的正相关关系 这种规律性变化说明每个旋回可以代表一次比较明显的岩浆补充, 每次新岩浆补充后, 钛铁矿和磁铁矿及橄榄石都是结晶较早的矿物 与 Skaergaard 岩体相比, 攀枝花岩体钛铁矿的 MgO 含量较高, 表明攀枝花岩体分离结晶过程中铁钛氧化物结晶较早 ; 与挪威 Telnes 斜长岩套铁钛矿床中的钛铁矿相比, 攀枝花岩体的钛铁矿不仅具有较高的 MgO 和 FeO, 还具有极高的 TiO 2 和 MnO, 但 Fe 2 O 3 却很低, 说明地幔柱背景下形成的钛铁矿与斜长岩套中钛铁矿的成分有显著的区别 关键词钛铁矿 ; 电子探针 ; 分离结晶 ; 攀枝花岩体中图法分类号 P575 1;P 钛铁矿是火成侵入岩体的主要氧化物之一, 尽管常常是以副矿物的形式出现, 但具有重要的成因指示意义 在镁铁 超镁铁侵入体中, 钛铁矿和磁铁矿都是主要的氧化物矿物, 甚至形成钒钛磁铁矿矿床 钒钛磁铁矿成矿主要产于大型层状岩体或斜长岩套, 前者如著名的南非 Bushveld 岩体 格陵兰 Skaergaard 岩体和加拿大 SeptIles 岩体等 (Klemmet al,1985;reynold,1985;hunterandsparks,1987;toplis andcarol,1996;cawthornandashwal,2009;namuretal, 2010), 后者如著名的挪威 Telnes 铁钛矿床 (Wilmartetal, 1989;Charlieretal,2006,2007) 钛铁矿不仅是钒钛磁铁矿矿床的主要氧化物矿物, 相对于磁铁矿而言, 其固相线以下的固溶体分离现象较弱, 能够更好地保留其结晶时的成分特点, 因此, 可以为矿床成因探讨提供重要信息 峨眉大火成岩省内带是世界上最大的钒钛磁铁矿聚集区, 巨厚的钒钛磁铁矿矿层赋存于几个大型镁铁 超镁铁层状岩体的中下部, 钛铁矿是仅次于磁铁矿的主要矿石矿物 近年来, 不少作者对这些矿床的磁铁矿成分及其成因意义进行了较多的探讨, 例如 Pangetal (2008,2009) 和 Songetal (2013) 在攀枝花岩体及其钒钛磁铁矿矿床的研究中, 都从磁铁矿的成分中获得了重要的成因信息, 但对钛铁矿成分的系统数据较少, 成因意义的关注不够 作者选择开采最早 剥露最充分的攀枝花岩体, 对其中 下部岩相带进行了系统采样和钛铁矿成分的电子探针分析, 试图阐明钛铁矿成分的变化规律及其与分离结晶过程及岩浆补充的关系 1 地质背景 峨眉大火成岩省 (ELIP) 指峨眉山玄武岩所覆盖的扬子板块西部的广大区域 近年来的研究表明峨眉火成岩省的西界应为青藏高原东缘金沙江缝合带 (Songetal,2004), 向东延伸到广西北部 ( 范蔚茗等,2004), 向南扩展至越南北部 SongDa 地块 (Hanskietal,2004) 考虑到中新生代以来松潘 甘孜造山带的剧烈褶皱 向东推覆和横向收缩, 峨眉火成岩省当时的面积应该超过 50 万平方千米 (Songetal, 2004), 为晚二叠世地幔柱活动产物 (ChungandJahn,1995; Xuetal,2001;Zhangetal,2006,2008,2009) 根据峨眉山玄武岩系厚度 成分 岩性变化 以及侵入岩的岩石组合的规律性变化可以将峨眉火成岩省具分为内带 和外带 ( 图 1) 内带玄武岩厚度超过 2000m, 在云南宾川一带最厚达 5000m; 而在 ELIP 的边缘, 玄武岩减薄为数十至百余米 尽管峨眉大火成岩省的喷出岩以高钛玄武岩为主, 但在内带玄武岩系的中下部可以发现多层低 Ti 玄武岩, 而在外带的玄武岩系中低钛玄武岩较少 ( 徐义刚和钟孙霖, 2001;Songetal,2001,2009;Xuetal,2001,2004;Zhou etal,2002; 徐义刚等,2003; 肖龙等,2003;Heetal, 2003;Zhongetal,2003; 郝艳丽等,2004;Xiaoetal, 2004; 侯增谦等,2005; 宋谢炎等,2005) 由于中新生代以来的隆升, 内带攀西地区峨眉山玄武岩往往因后期强烈剥蚀而缺失, 从而使含 V Ti 磁铁矿矿床的大型层状岩体和含 Ni Cu (PGE) 硫化物矿床的小型镁铁 超镁铁岩体得以出露 ; 外带则仅发现了含铜镍硫化物矿床或矿化的镁铁 超镁铁杂岩体, 如火成岩省北缘四川丹巴地区和南缘云南金平 越南北部地区 ( 图 1)( 王登红,1998; 胡瑞忠等,2005; 宋谢炎等, 2005) 大型 超大型的 V Ti 磁铁矿矿床只出现在峨眉火成岩省内带, 从北向南包括太和 白马 新街 红格和攀枝花 ( 图 1), 这些岩体沿攀枝花断裂 磨盘山 元谋断裂和安宁河断裂等南北向深断裂分布, 如 : 攀枝花岩体位于攀枝花断裂东侧 多数岩体侵入于新元古代 ( 震旦系灯影组 ) 大理岩 云母石英片岩中 ( 如 : 攀枝花和红格岩体 ) 或古生代砂岩中 ( 如 : 白马岩体 ), 个别岩体侵入峨眉山玄武岩中 ( 如新街岩体 ) 近年来的锆石 U Pb 年代学研究表明这些岩体形成于 ~260Ma (Zhouetal,2002,2005;ZhongandZhu,2006,Houetal, 2012,2013), 是峨眉山大火成岩省的重要组成部分 (Zhanget al,2009,2014) 其中钒钛磁铁矿矿石总储量超过 100 亿吨,V 2 O 5 储量约 1580 万吨 TiO 2 约 8 7 亿吨,V 和 Ti 分别占世界储量的 11 6% 和 35 17%, 占我国总储量的 62 6% 和 90 54%( 攀西地质大队,1984) 2 攀枝花岩体基本地质特征 如图 2 所示, 攀枝花岩体侵入于新元古代白云质大理岩 片麻岩和片岩中, 倾向北西, 倾角约 40 ~60, 岩体顶部与三叠系陆相碎屑岩呈断层接触 ( 攀西地质大队,1984) 该岩体长约 19km, 岩体最厚处达 2000 余米, 被后期断层分为 7 个矿段 ( 图 2) 岩体的边缘相厚度介于几米至数十米,

3 １４３４ Ａｃ Ｐ ｃ Ｓ ｃ 岩石学报 ２ １ ４ ３ ５ 图 １ 峨眉大火成岩省玄武岩以及各种岩浆矿床分布图 据攀西地质大队 １ ９ ８ ４① 宋谢炎等 ２ ５ Ｓ ２ ９ 三个横贯内带近南北向断裂从西向东依次是攀枝花断裂 磨盘山 元谋断裂和安宁河断裂 Ｆ １ Ｄ ｂ ｕ ｆ ｂ ｄｍ ｍ ｃｄ ｐ Ｅｍ ｕ ｐ ｖ ｃ ｆ Ｓ ２ ４ ２ ９ Ｔ Ｎ Ｓ ｄ ｆ ｕ ｃ ｃ ｚ Ｐ ｚ ｕ Ｍ ｐ Ｙｕ ｍ ｕ ｄａ ｐ ｃ ｖ ｙｆ ｍ ｗ ① 攀西地质大队 １ ９８４ 攀枝花 西昌地区钒钛磁铁矿共生矿成矿规律与预测研究报告

4 郑文勤等 : 攀枝花岩体钛铁矿成分特征及其成因意义 1435 图 2 攀枝花岩体地质简图 ( 据攀西地质大队,1984;Songetal,2013) Fig.2 SimplifiedgeologicalsketchofthePanzhihuaintrusion(afterSongetal,2013) 个别地方缺失,Zhouetal (2005) 认为其成分可以大致代表攀枝花岩体的母岩浆成分 攀枝花岩体主体可分为上 中 下三个岩相带, 层状的钒钛磁铁矿矿层出现在中 下部岩相带, 它们的厚度从北向南有减薄的趋势 ( 图 2) 根据 Songetal (2013) 的观察和详细描述, 下部岩相带由 5 个旋回组成 (I V), 除旋回 I 外, 每个旋回都由下部的块状氧化物矿层和上部的中粗粒磁铁矿辉长岩构成, 其中, 旋回 I 和 V 块状矿层厚度达 40~60m( 图 3) 块状矿石含有 70% ~90% 的自形和半自形磁铁矿,3% ~15% 的半自形钛 铁矿和小于 10% 的橄榄石 单斜辉石和斜长石 ; 磁铁矿 / 钛铁矿比值介于 5~24, 多大于 10( 表 1 图 3) 磁铁矿辉长岩含 40% ~70% 的斜长石和单斜辉石, 半自形磁铁矿及钛铁矿的含量最高达 60%, 橄榄石 <10%; 磁铁矿 / 钛铁矿比值介于 4 ~11, 多小于 6 每一旋回从下至上不仅铁钛氧化物的含量减少, 磁铁矿 / 钛铁矿的比值也显著降低 磁铁矿中钛铁矿出溶叶片以及钛铁矿中磁铁矿出溶叶片发育, 单斜辉石席列构造非常发育 ( 图 4a,b), 斜长石和单斜辉石往往定向排列显示韵律层理 (Pangetal,2008;Songetal,2013) 岩石

5 1436 ActaPetrologicaSinica 岩石学报 2014,30(5) 表 1 攀枝花岩体磁铁矿和钛铁矿含量统计 Table1 ModalabundancesofmagnetiteandilmeniteofthePanzhihuaintrusion 岩相带 旋回 采样高度 (m) 样品号 岩性 磁铁矿 (%) 钛铁矿 (%) 磁铁矿 / 钛铁矿 5 SP05 1 浸染状磁铁矿石 旋回 I 8 SP05 2 浸染状磁铁矿石 SP05 3 辉长岩 SP05 4 块状磁铁矿石 旋回 I 55 SP05 6 块状磁铁矿石 SP05 9 浸染状磁铁矿石 SP05 10 辉长岩 SP05 11 稠密浸染状磁铁矿石 旋回 I 下部岩相带 128 SP05 13 辉长岩 SP05 14 块状磁铁矿石 旋回 IV 138 SP05 15 辉长岩 SP05 17 浸染状磁铁矿石 SP05 18 浸染状磁铁矿石 SP05 19 块状磁铁矿石 旋回 V 190 SP05 20 块状磁铁矿石 SP05 21 块状磁铁矿石 SP05 22 辉长岩 中部岩相带 旋回 VI 旋回 VI 旋回 V I 旋回 IX 旋回 X 235 SP05 23 浸染状磁铁矿石 SP05 24 辉长岩 SP05 25 辉长岩 SP05 26 稠密浸染状磁铁矿石 SP05 27 辉长岩 SP05 28 浸染状磁铁矿石 SP05 31 浸染状磁铁矿石 SP05 32 辉长岩 SP05 34 辉长岩 SP05 36 浸染状磁铁矿石 SP05 39 辉长岩 SP05 40 浸染状磁铁矿石 SP05 41 辉长岩 SP05 42 辉长岩 图 3 攀枝花岩体中 下岩相带氧化物含量 比值及钛铁矿成分柱状图 Fig.3 StratigraphiccompositionvariationsoftheilmeniteoftheLowerandMiddlezonesofthePanzhihuaintrusion

6 郑文勤等 : 攀枝花岩体钛铁矿成分特征及其成因意义 1437 图 4 攀枝花矿床典型矿石结构 (a) 块状矿石, 显示高的磁铁矿 / 钛铁矿比值, 磁铁矿呈半自形粒状, 钛铁矿呈半自形或他形粒状或填隙状, 反光显微镜照片 ; (b) 稠密浸染状矿石中橄榄石和单斜辉石边缘不完整, 说明受到一定程度的熔蚀, 单斜辉石的席列构造发育 Ol 橄榄石 ;Cpx 单斜辉石 ;Oxieds 铁钛化物氧 ;Mt 磁铁矿 ;Ilm 钛铁矿 Fig.4 TypicallithologicalstructuresofthePanzhihua intrusion (a) masiveoreshowshighmagnetite/ilmeniteratioandsubhedral magnetitegraninsandsubhedraloranhedralorinterstitialilmenite grains;(b) olivineandclinopyroxenegrainswithmeltedmarginsin thedenselydiseminatedoreandtheclinopyroxenewithmagnetite exsolution lamina Ol olivine; Cpx clinopyroxene; Oxieds Fe Ti oxides;mt magnetite;ilm ilmenite 结构特征的研究表明每个旋回的下部铁钛氧化物的结晶往往较早, 稍晚于橄榄石, 早于或与斜长石和单斜辉石同时发生, 而在旋回的上部, 铁钛氧化物的结晶常晚于硅酸盐矿物 ; 中下部岩相带磁铁矿结晶稍早于钛铁矿, 而上部岩相带钛铁矿结晶稍早于磁铁矿 ; 块状和稠密浸染状矿石中的硅酸盐矿物常会因新岩浆的补充而发生一定程度的熔蚀 ( 图 4)(Song etal,2013) 中部岩相带有 6 个旋回 (VI XI), 每个旋回由中粗粒磁铁矿辉长岩和辉长岩构成 ( 图 3) 磁铁矿辉长岩的特征与下部岩相带的同类岩石相似, 但氧化物中钛铁矿的比例明显升高, 磁铁矿 / 钛铁矿比值多介于 1~6( 表 1 图 3) 辉长岩则以较低的铁钛氧化物含量 (10% ~20%), 以及更高的单斜辉石 (30% ~40%) 和斜长石 (40% ~50%) 为特征, 几乎不含橄榄石, 韵律层理也非常发育 上部岩相带由中粗粒磷灰石辉长岩构成, 该岩相带以磷灰石含量的突然增高 (3% ~ 5%), 铁钛氧化物含量一般低于 10%, 岩性旋回和韵律层理均不发育, 单斜辉石无铁钛氧化物出溶为突出特点 ( 图 3) (Songetal,2013) 图 5 攀枝花岩体钛铁矿 TiO 2 与其它氧化物相关图 Skaergaard 岩体和挪威 Telnes 铁钛矿床的钛铁矿成分数据分布据 JangandNaslund,2003 和 Charlieretal,2007 Fig.5 BinaryplotsofmajoroxideelementsversusTiO 2 ofilmenitefromthepanzhihuaintrusion DataoftheilmeniteoftheTelnesdepositandSkaergaardintrusionarefromJangandNaslund,2003andCharlieretal,2007,respectively

7 1438 ActaPetrologicaSinica 岩石学报 2014,30(5) 表 2 攀枝花岩体钛铁矿电子探针成分平均值 (wt%) Table2 AveragecompositionofmajorelementsofilmeniteinthePanzhihuaintrusion(wt%) 岩相带旋回采样高度 (m) 样品号岩性 MgO Al 2 O 3 TiO 2 Cr 2 O 3 MnO FeO NiO Fe 2 O 3 Total 下部岩相带 旋回 I 旋回 I 旋回 I 旋回 IV 旋回 V 5 SP05 01(5) 磁铁矿辉长岩 SP05 02(5) 磁铁矿辉长岩 SP05 03(5) 辉长岩 SP05 04(6) 块状矿石 SP05 06(5) 块状矿石 SP05 09(6) 磁铁矿辉长岩 SP05 10(5) 辉长岩 SP05 11(6) 块状矿石 SP05 13(5) 磁铁矿辉长岩 SP05 14(6) 块状矿石 SP05 15(5) 辉长岩 SP05 17(5) 磁铁矿辉长岩 SP05 18(6) 磁铁矿辉长岩 SP05 19(6) 块状矿石 SP05 20(6) 块状矿石 SP05 21(7) 块状矿石 SP05 22(6) 辉长岩 中部岩相带 旋回 VI 旋回 VI 旋回 V I 旋回 IX 旋回 X 235 SP05 23(5) 磁铁矿辉长岩 SP05 24(5) 辉长岩 SP05 25(6) 辉长岩 SP05 26(6) 磁铁矿辉长岩 SP05 27(6) 辉长岩 SP05 28(6) 磁铁矿辉长岩 SP05 31(5) 磁铁矿辉长岩 SP05 32(6) 辉长岩 SP05 34(5) 辉长岩 SP05 36(5) 磁铁矿辉长岩 SP05 39(5) 辉长岩 SP05 40(6) 磁铁矿辉长岩 SP05 41(5) 辉长岩 SP05 42(5) 辉长岩 注 : 样品号后面括号内数字代表电子探针实际测试的点数 ;FeO 与 Fe 2 O 3 的含量是根据钛铁矿的分子式和电价平衡原理计算得出的 3 分析方法及结果 本次研究样品采自攀枝花岩体的朱家包包矿段, 采样路径如图 2 所示 由于上部岩相带氧化物较少, 仅对中 下部岩相带的钛铁矿进行成分分析 钛铁矿的氧化物成分利用中国科学院地球化学研究所矿床地球化学国家重点实验室的 EPMA 1600 型电子探针仪分析, 束斑直径为 5μm, 电流为 25nA, 加速电压为 25kV 分析误差小于 5%, 分析结果列于表 2 如图 5 所示, 下部岩相带块状矿石中的钛铁矿具有最高的 MgO 和 TiO 2 含量, 最低的 FeO Fe 2 O 3 和 MnO 含量 ; 无论下部还是中部岩相带, 其磁铁矿辉长岩中钛铁矿这些氧化物的含量都基本相同, 而辉长岩中钛铁矿具有最低的 MgO 和 TiO 2 含量及最高的 FeO 含量 同时, 这些岩石和矿石中钛铁 矿的 TiO 2 都与 MgO 呈正比, 而与 FeO 和 Fe 2 O 3 及 MnO 呈反比 图 6 显示攀枝花岩体中 下部岩相带中钛铁矿的 FeO 含量随 MnO 的增加而增加, 随 MgO 的增加而降低, 而与 Fe 2 O 3 的关系不明显 此外, 钛铁矿中的 TiO 2 和 MgO 含量与磁铁矿中这两种氧化物的含量基本呈正比, 而与 Al 2 O 3 呈反比 ( 图 7) 块状矿石的钛铁矿和磁铁矿都具有较高的 MgO 和 TiO 2 含量, 辉长岩中这两种矿物的 MgO 和 TiO 2 均较低 另一方面, 钛铁矿的 MgO 含量更高, 而 Al 2 O 3 含量更低 ( 图 7b,c), 这说明铁钛氧化物结晶时 Mg 更趋向于进入钛铁矿, 而 Al 则趋于进入磁铁矿 此外, 钛铁矿 MgO 的含量与同一样品中橄榄石的镁橄榄石牌号 (Fo) 呈正比 ( 图 8) T 图 9 的投影表明钛铁矿的 TiO 2 含量还和全岩的 Fe 2 O 3 ( 全铁 ) 含量呈正比, 说明铁钛氧化物堆积越多, 钛铁矿的 TiO 2 含量越高 ; 钛铁矿的 MgO 含量与全岩 Al 2 O 3 /(K 2 O+

8 郑文勤等 : 攀枝花岩体钛铁矿成分特征及其成因意义 1439 图 6 攀枝花岩体钛铁矿 FeO 与 MnO(a) Fe 2 O 3 (b) 和 MgO(c) 的相关图 Skaergaard 岩体和挪威 Telnes 铁钛矿床的钛铁矿成分数据分布据 JangandNaslund,2003 和 Charlieretal,2007 Fig.6 BinaryplotsofMnO(a),Fe 2 O 3 (b)andmgo(c)vs FeOofilmenitefromthePanzhihuaintrusion DataoftheilmeniteoftheTelnesdepositandSkaergaardintrusionarefromJangandNaslund(2003)andCharlieretal (2007),respectively 图 7 攀枝花岩体钛铁矿和磁铁矿的 TiO 2 (a) MgO(b) 和 Al 2 O 3 (c) 的相关图 ( 磁铁矿成分据 Songetal,2013) Fig.7 BinaryplotsofTiO 2 (a),mgo(b)andal 2 O 3 (c)ofilmeniteandmagnetitefrom thepanzhihuaintrusion(dataofthe magnetiteaftersongetal,2013) 4 钛铁矿成因意义分析 图 8 钛铁矿 MgO 含量与橄榄石 Fo 牌号的关系橄榄石成分据张晓琪等,2011; 图中橄榄石和钛铁矿的数据均为同一样品中若干电子探针点的平均值 Fig.8 BinaryplotsofMgO ofilmenitevs Foofolivine fromthepanzhihuaintrusion DataoftheolivinecomponentarefromZhangetal,2011;thedata oftheolivineandilmenitearetheaveragesofseveralgrainsofthese mineralsinthesamesample Na 2 O) 比值大致呈正比, 特别是块状矿石中钛铁矿具有最高的 MgO 含量与全岩最高的 Al 2 O 3 /(K 2 O+Na 2 O) 比值相对应 ( 图 9b) 4 1 成矿背景及母岩浆成分特点图 5 和图 6 的投影表明, 攀枝花岩体和格陵兰 Skaergaard 岩体的钛铁矿氧化物成分的变化具有相似的趋势, 暗示在成因上的相似性 (JangandNaslund,2003) 研究表明 Skaergaard 岩体是冰岛热点地幔柱幔源岩浆活动的产物 (Tegneretal,1998), 而攀枝花等层状岩体与峨眉地幔柱的活动密切相关 (Songetal,2001;Xuetal,2001,2004; 侯增谦等,2005) 图 5 和图 6 的对比表明与地幔柱有关的幔源岩浆演化特征的相似性也反映在钛铁矿成分的变化中 另一方面, 与挪威斜长岩套有关的 Telnes 铁钛矿床钛铁矿的 TiO 2 含量远低于攀枝花岩体和 Skaergaard 岩体的钛铁矿, 同时, 其 MgO FeO 和 MnO 含量也相对较低 ( 图 5 图 6), Charlieretal (2006,2007) 认为 Telnes 岩体的母岩浆是特殊的富铁钛的闪长质岩浆, 钛铁矿和斜长石 ( 钙长石比例 An 牌号小于 50, 低于攀枝花岩体斜长石的 An 牌号 =49~66, 张晓琪等,2011) 是主要堆积矿物, 结晶早于磁铁矿, 但由于母岩浆基性程度很低, 钛铁矿不仅具有低的 MgO 含量, 其 TiO 2 含量也较低, 而 Fe 2 O 3 含量非常高 ( 图 5 图 6) 这不仅

9 1440 ActaPetrologicaSinica 岩石学报 2014,30(5) 图 9 攀枝花岩体钛铁矿 TiO 2 全岩 Fe 2 O 3 (a) 和钛铁矿 MgO 全岩 Al 2 O 3 /(K 2 O+Na 2 O)(b) 的相关图 ( 全岩成分据 Songet al,2013) Fig.9 BinaryplotsTiO 2 ofilmenitevs Fe 2 O 3 ofwholerocks(a)andmgoofilmenitevs Al 2 O 3 /(K 2 O+Na 2 O)ofwholerocks (b)fromthepanzhihuaintrusion(dataofthecomponentofwholerocksaftersongetal,2013) 说明 Telnes 岩体母岩浆的成分与攀枝花岩体和 Skaergaard 岩体有很大差异, 也说明母岩浆成分对岩浆的结晶顺序和矿物的成分都有决定性影响 一般认为斜长岩套形成与碰撞后伸展背景下的地幔或下地壳熔融有关, 其岩浆的起源和演化过程及其成分特点与地幔柱背景有很大差异 攀枝花和 Skaergaard 岩体的钛铁矿与 Telnes 铁钛矿床钛铁矿成分的差异, 说明不同构造背景镁铁 超镁铁岩浆活动形成的铁钛氧化物矿床, 其母岩浆成分有较明显的区别 另一方面, 尽管攀枝花岩体和 Skaergaard 岩体的钛铁矿氧化物成分的变化具有相似的趋势, 但前者的 TiO 2 和 MgO 含量显著高于后者, 而 FeO 和 Fe 2 O 3 的含量较低 研究表明 Skaergaard 岩体的氧化物包括钛铁矿结晶明显晚于硅酸盐矿物, 因此, 富铁钛氧化物层产于岩体上部, 说明钛铁矿的结晶发生于分离结晶作用的晚期阶段 (Jangetal,2001) 攀枝花岩体钒钛磁铁矿矿层产于岩体中 下部岩相带的宏观现象 钛铁矿较高的 MgO 含量以及钛铁矿 MgO 含量与橄榄石 Fo 牌号的正相关关系, 都说明铁钛氧化物的结晶发生于分离结晶较早的阶段, 而其较高的 TiO 2 含量表明攀枝花岩体的母岩浆是一种特殊的富铁钛的岩浆 这与 Songetal (2013) 的研究结果相吻合, 他们的研究表明攀枝花岩体的母岩浆是由高钛苦橄质岩浆经深部岩浆房硅酸盐矿物分离结晶产生的独特的富铁钛的岩浆 攀枝花岩体钛铁矿较低的 FeO 和 Fe 2 O 3 含量与磁铁矿结晶稍早于钛铁矿有关 4 2 钛铁矿分离结晶特点图 4 表明尽管中 下部岩相带的每个旋回从下至上钛铁矿含量的变化较为复杂, 但磁铁矿含量及磁铁矿 / 钛铁矿比值总体上是逐渐降低的 每个旋回从块状矿石或磁铁矿辉长岩到辉长岩, 钛铁矿的 TiO 2 和 MgO 含量有规律地逐渐降低, 而 FeO 和 Fe 2 O 3 含量则逐渐增高 尽管岩石结构关系及 MELTs 计算都表明攀枝花岩体钛铁矿开始结晶晚于橄榄石 和磁铁矿 (Songetal,2013), 但钛铁矿 MgO 含量与磁铁矿 MgO 含量及橄榄石 Fo 牌号的正相关关系 ( 图 7 图 8) 都表明, 它们结晶的温度区间是有较大重叠的 块状矿石中个别磁铁矿样品较低的 MgO 含量可能与磁铁矿与橄榄石之间的 Fe Mg 交换有关 钛铁矿的 MgO 含量与全岩 Al 2 O 3 /(K 2 O+ Na 2 O) 比值的正相关关系指示钛铁矿的 MgO 含量与斜长石的 An 牌号呈正相关关系, 也表明钛铁矿结晶较早 ( 图 9b) 这些特点反映出每个旋回的岩浆分异过程中氧化物结晶较早, 随着氧化物的结晶, 岩浆中 TiO 2 和 MgO 的含量逐渐降低 每个旋回从下至上磁铁矿 / 钛铁矿比值逐渐降低的特点 ( 图 3) 表明分离结晶过程中钛铁矿的结晶比例逐渐增高 4 3 多次岩浆补充在钛铁矿成分上的反映中 下部岩相带每个旋回钛铁矿成分的韵律式变化, 特别是每个旋回底部钛铁矿成分的相似性 ( 图 2), 都暗示旋回的形成与新的岩浆的周期性补充有着密切的关系 下部岩相带每个旋回底部钛铁矿更高的 TiO 2 和 MgO 含量和较低的 FeO 含量, 特别是块状矿石中钛铁矿和磁铁矿很高的 MgO 含量 ( 图 3 图 5 表 2), 表明与中部岩相带相比, 下部岩相带母岩浆演化程度更低 结合块状矿石极高的铁钛氧化物含量以及极高的磁铁矿 / 钛铁矿比值的特征 ( 图 3), 下部岩相带母岩浆还具有更高的 TiO 2 FeO 和 Fe 2 O 3 含量 此外,I 和 V 旋回底部块状矿石中钛铁矿较稳定的成分还暗示富铁钛岩浆非常频繁的补充为巨厚块状矿石层的形成提供了充足的物质条件 5 结论 攀枝花岩体中 下部岩相带钛铁矿成分特征和变化说明每个旋回从下至上钛铁矿的成分具有规律性变化, 这种规律性变化说明每个旋回可以代表一次比较明显的岩浆补充

10 郑文勤等 : 攀枝花岩体钛铁矿成分特征及其成因意义 1441 尽管每次有新岩浆的补充, 钛铁矿和磁铁矿及橄榄石都是结晶较早的矿物 此外, 通过与挪威 Telnes 铁钛矿床的钛铁矿成分比较说明地幔柱成因的幔源岩浆中结晶出的钛铁矿成分与元古宙斜长岩套中钛铁矿的成分有显著区别 因此, 钛铁矿的成分对于分析岩体形成的地质背景以及岩浆结晶过程有重要的指示意义 致谢攀枝花集团有限公司张加飞高工等对于野外工作给予了大力支持和协助 ; 戚华文研究员和官建祥参与了部分采样和测试工作 ; 审稿人提出了宝贵的修改意见 ; 在此一并感谢 References CawthornRGandAshwalLD.2009.Originofanorthositeandmagnetitite layersin thebushveld Complex, constrained bymajorelement compositionsofplagioclase.journalofpetrology,50(9): CharlierB,DuchesneJCandVanderAuweraJ.2006.Magmachamber procesesinthetelnesilmenitedeposit(rogaland Anorthosite Province,SW Norway)andtheformationofFe Tioresinmasif typeanorthosites.chemicalgeology,234(3-4): CharlierB,Sk r,korneliusena,duchesnejc andauwerajv Ilmenite composition in the TelnesFe Tideposit, SW Norway: Fractional crystalization, postcumulus evolution and ilmenite zirconrelation.contributiontomineralogyandpetrology, 154(2): Chung SL and Jahn BM Plume lithosphere interaction in generationoftheemeishanfloodbasaltsatthepermian Triasic boundary.geology,23(10): FanWM,WangYJ,PengTP,MiaoLCandGuoF.2004.Ar ArandU PbgeochronologyofLatePaleozoiebasahsinwesternGuangxiandits constraintson theeruption ageofemeishan basaltmagmatism. 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11 1442 ActaPetrologicaSinica 岩石学报 2014,30(5) lithosphereinteraction:sr NdandOisotopicevidencesfrom low Ti andhigh Tibasalts.GeologicalJournalofChinaUniversities,9(2): (inChinesewithEnglishabstract) XiaoL,XuYG,MeiHJ,ZhengYF,HeB andpirajnof Distinctmantlesourcesoflow Tiandhigh Tibasaltsfromthewestern Emeishan large igneousprovince, SW China: Implicationsfor plume lithosphereinteraction.earthandplanetaryscienceleters, 228(3-4): XuYG andzhongsl.2001.theemeishanlargeigneousprovince: Evidence for mantle plume activity and melting conditions. Geochimica,30(1):1-9(inChinesewithEnglishabstract) XuYG, ChungSL, Jahn BM and Wu GY Petrologicand geochemicalconstraintson the petrogenesis ofpermian Triasic EmeishanfloodbasaltsinsouthwesternChina.Lithos,58(3-4): XuYG,MeiHJ,XuJF,HuangXL,WangYJandChungSL OriginoftwodiferentiationtrendsintheEmeishanfloodbasalts. ChineseScienceBuletin,48(4): (inChinese) XuYG,HeB,ChungSL,MenziesMAandFreyFA.2004.Geologic, geochemical,andgeophysicalconsequencesofplumeinvolvementin theemeishanflood basaltprovince.geology,32(10): ZhangXQ,ZhangJF,SongXY,DengYF,GuanJXandZhengWQ Implicationsofcompositionsofplagioclaseandolivineonthe formation of the Panzhihua V Ti magnetite deposit, Sichuan Province.ActaPetrologicaSinica,27(12): (in ChinesewithEnglishabstract) ZhangZC,Mahoney J,MaoJW andwangfs.2006.geochemistryof picriticandasociatedbasaltflowsofthewesternemeishanflood basaltprovince,china.journalofpetrology,47(10): ZhangZC,ZhiXC,ChenL,SaundersAD.andReichowMK Re Osisotopiccompositionsofpicritesfrom theemeishan flood basaltprovince,china.earthandplanetaryscienceleters,276(1-2):30-39 ZhangZC,MaoJW,SaundersAD,AiY,LiY andzhaol Petrogeneticmodelingofthreemafic ultramaficlayeredintrusionsin theemeishanlargeigneousprovince,sw China,basedonisotopic andbulkchemicalconstraints.lithos,113(3-4): ZhangZC,HouT,SantoshM,LiHM,LiJW,ZhangZH,SongXYand WangM.2014.Spatio temporaldistributionandtectonicsetingsof themajoriron depositsin China: An overview. Ore Geology Reviews,57: ZhongH,YaoY,HuSF,ZhouXH,LiuBG,SunM,ZhouMFand ViljeonMJ.2003.Trace elementandsr Ndisotopicgeochemistryof thepge bearinghonggelayered intrusion, southwestern China. InternationalGeologyReview,45(4): ZhongHandZhuWG.2006.Geochronologyoflayeredmaficintrusions fromthepan XiareaintheEmeishanlargeigneousprovince,SW China.MineraliumDeposita,41(6): ZhouMF,MalpasJ,SongXY,RobinsonPT,SunM,KennedyAK, LesherCM andkeaysrr.2002.a temporallinkbetweenthe Emeishan large igneous province (SW China) and the end Guandalupianmasextinction.EarthandPlanetaryScienceLeters, 196(3-4): ZhouMF,RobinsonPT,LesherCM,KeaysRR,ZhangCJandMalpas JM.2005.Geochemistry,petrogenesisandmetalogenesisofthe PanzhihuagabbroiclayeredintrusionandasociatedFe Ti V oxide deposits,sichuanprovince,sw China.JournalofPetrology,46 (11): 附中文参考文献 范蔚茗, 王岳军, 彭头平, 苗来成, 郭锋 桂西晚古生代玄武岩 Ar Ar 和 U Pb 年代学及其对峨眉山玄武岩省喷发时代的约束. 科学通报,49(18): 郝艳丽, 张招崇, 王福生,MahonetJ 峨眉山大火成岩省 高钛玄武岩 和 低钛玄武岩 成因探讨. 地质论评,50(6): 侯增谦, 卢记仁, 林盛中 峨眉地幔柱轴部的榴辉岩 地幔岩源区 : 主元素 痕量元素及 Sr Nd Pb 同位素证据. 地质学报,79 (2): 胡瑞忠, 陶琰, 钟宏, 黄智龙, 张正伟 地幔柱成矿系统 : 以峨眉山地幔柱为例. 地学前缘,12(1):42-54 宋谢炎, 胡瑞忠, 张成江, 钟宏, 周美夫, 马润则, 李佑国 峨眉火成岩省岩浆矿床成矿作用与地幔柱动力学过程的耦合关系. 矿物岩石,25(4):35-44 王登红 地幔柱及其成矿作用. 北京 : 地震出版社,1-160 肖龙, 徐义刚, 何斌 峨眉地幔柱 岩石圈的相互作用 : 来自低钛和高钛玄武岩的 Sr Nd 和 O 同位素证据. 高校地质学报,9 (2): 徐义刚, 钟孙霖 峨眉山大火成岩省 : 地幔柱活动的证据及其熔融条件. 地球化学,30(1):1-9 徐义刚, 梅厚钧, 许继峰, 黄小龙, 王岳军, 钟孙霖 峨眉山大火成岩省两类岩浆分异趋势及其成因. 科学通报,48(4): 张晓琪, 张加飞, 宋谢炎, 邓宇峰, 官建祥, 郑文勤 斜长石和橄榄石成分对四川攀枝花钒钛磁铁矿床成因的指示意义. 岩石学报,27(12):