828 地质论评 2016 年 鉴 1 区域地质背景 北大巴山地区主要出露早古生界地层, 从南到北依次为寒武系鲁家坪组 箭竹坝组 毛坝关组 八卦庙组 黑水河组, 奥陶系高桥组 权河口组 芭蕉口组, 志留系陡山沟组和五峡河组, 其中毛坝关组和高桥组为区域矿床的赋矿地层, 其中柞木沟矿床就位于毛坝关组之

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1 第 62 卷第 4 期 年 7 月 地质论评 GEOLOGICALREVIEW Vol 62 No 4 July 2016 陕西紫阳柞木沟铁矿床岩石地球化学特征及成矿指示意义 王坤明, 王宗起, 张英利, 王刚, 武昱东 中国地质科学院矿产资源研究所国土资源部成矿作用与资源评价重点实验室, 北京, 内容提要 : 陕西紫阳县柞木沟矿床位于北大巴山腹地, 赋矿岩体岩性为辉绿岩, 从岩体的下盘到上盘, 未见大规模层状侵入体所具有的层状构造及堆晶结构 矿体赋存于岩体中部暗色含矿带内, 矿体的产状与赋矿辉绿岩体产状一致, 矿石为典型浸染状构造 矿石矿物为钛磁铁矿 钛铁矿, 脉石矿物为辉石 斜长石 角闪石 黑云母等, 蚀变矿物为绿泥石 绿帘石 钠长石及榍石等 本文运用全岩岩石地球化学分析, 对柞木沟矿床赋矿岩体和矿石分别进行主量元素和微量元素分析 赋矿辉绿岩与矿体具有相似的矿物组成, 微量元素 稀土元素及地幔源区特征相近, 二者具有相近的岩浆来源, 为同一岩浆作用下的产物 矿区的地幔源区性质为软流圈地幔与富集岩石圈地幔混合源区, 且指示矿区岩浆活动可能与俯冲消减作用存在着内在的成因联系 矿床地质特征 矿石结构构造特征以及岩石地球化学特征共同指示柞木沟矿床属于岩浆型铁矿床 矿床形成构造环境为弧后板内拉张环境, 早志留世弧后拉张作用导致下部岩浆上涌进而完成该矿床的成矿作用 关键词 : 南秦岭 ; 北大巴山 ; 柞木沟铁矿床 ; 辉绿岩 北大巴山地区位于南秦岭造山带的南段 城口断裂以北, 汉旺断裂以南的区域, 其中发育一系列区域性北西 南东走向基性岩墙群或岩脉 ( 王存智等,2009), 并向东出露于武当地块及湖北枣阳 随州一带, 构成在我国大陆造山带中少见的长达近千米的大规模岩墙群或岩脉 ( 张成立等,2002), 近年来, 在其中部分岩墙群中发现有官元铁矿 朱溪河铁矿和铁佛寺等少量铁矿床, 前人从岩相学 矿相学 矿石组构 ( 哉仲和等,1975; 高建利等,2008; 刘林等, 2010; 刘林,2010; 李方舟,2012; 刘林等,2012) 矿石矿物的矿物化学及年代学方面 ( 王坤明等,2014) 对区域矿床进行了部分研究, 但其研究成果尚不能系统阐明区域矿床的成矿作用, 特别是针对单一矿床内部岩浆作用与成矿作用关系研究薄弱, 表现为赋矿岩体的岩浆作用与矿体的成矿作用之间的成因联系缺少系统的地球化学验证, 而且矿体产于岩体中部, 矿体内部蚀变强烈而围岩几乎未有蚀变的特征不符合典型岩浆分异矿床的特征, 岩浆活动在成矿作用过程中的作用关系如何? 同时, 矿区的成矿构 造环境研究薄弱, 其是否与区域岩体的构造环境一致? 同样需要进一步验证 众所周知, 全岩地球化学方法目前仍然是岩石学研究的基本工具, 测试方法成熟, 结果可靠, 对于反演岩浆作用和成岩成矿构造环境方面, 得到了大范围应用 ( 邓晋福等,2015a,b) 同时, 柞木沟矿床位于北大巴山腹地, 矿区岩体及矿体出露情况较好, 矿石品位较好, 是进行区域相关矿床研究最具代表性以及最理想的矿床 因此, 选择柞木沟矿床进行系统全面的岩石地球化学研究以及相应的成矿指示研究对完善区域矿床的成矿作用及指导区域找矿工作都具有重要的科学意义及现实意义 本文试图在前人研究基础上重点针对柞木沟铁矿区内赋矿岩体及矿石进行系统的地球化学研究 考虑到微量元素受分离结晶作用和蚀变作用影响较弱, 重点从赋矿岩体与矿体微量元素地球化学角度对矿床的岩浆作用与成矿作用关系研究以及矿区的成矿构造环境进行深入探讨, 同时结合初步的矿床成因指示研究以期为区域相关矿床的成矿作用研究提供参考和借 注 : 文为中国地质调查局地质调查项目 ( 编号 : ;DD ) 国家自然科学基金资助项目 ( 编号 : ) 和中央级公益性科研院所基本科研业务费项目 ( 编号 :K1313) 的成果 收稿日期 : ; 改回日期 : ; 责任编辑 : 章雨旭 Doi: /j.georeview 作者简介 : 王坤明, 男,1984 年生 博士后 矿产普查与勘探专业 kunming @163.com 通讯作者简介 : 王宗起, 男,1960 年生 研究员, 博士生导师 主要从事大地构造与成矿学研究 kcwzq@vip.sina.com

2 828 地质论评 2016 年 鉴 1 区域地质背景 北大巴山地区主要出露早古生界地层, 从南到北依次为寒武系鲁家坪组 箭竹坝组 毛坝关组 八卦庙组 黑水河组, 奥陶系高桥组 权河口组 芭蕉口组, 志留系陡山沟组和五峡河组, 其中毛坝关组和高桥组为区域矿床的赋矿地层, 其中柞木沟矿床就位于毛坝关组之中 镁铁质岩体多呈脉状体分布, 其次有岩墙 岩床和岩席等, 岩体多数沿断裂 层间破碎带产出, 呈切层或顺层产出 脉状岩体长轴方向与区域构造线方向一致, 呈 NW SE 向产出, 主要岩石类型为辉绿岩 辉长岩 辉绿玢岩 辉长辉绿岩及辉石闪长岩等, 其中部分辉绿岩脉是区内矿床的赋矿岩体 近年来研究表明区内镁铁质岩体形成于板内拉张环境 ( 黄月华等,1992; 夏祖春等,1992; 张成立等,2002; 晏云翔,2005; 王存智等,2009; 王宗起等,2009; 李夫杰, 2009; 张欣,2010; 邹先武等,2011; 王刚,2014), 近年来 ShrimpU Pb 和 LA ICP MS 年代学测试证实成岩年代主要为早志留世 ( 张成立等,2002,2007; 晏云翔,2005; 王存智等,2009; 李夫杰,2009; 张欣,2010; 邹先武等,2011;WangKunmingetal.,2015) 2 矿区地质特征 矿区出露地层为寒武系中统毛坝关组, 岩性自下而上依次为深灰色薄层 中厚层状泥质灰岩夹深灰色薄层状钙质灰岩 炭质灰岩, 青灰 灰色中厚层灰岩夹深灰色薄层炭质灰岩和硅质灰岩以及灰黑色中薄层炭质灰岩夹泥质灰岩 偶夹炭质岩及硅质灰岩透镜体 地层呈一向南东倾伏的背斜, 核部为毛坝关组下段 ( 图 1) 矿区赋矿岩体的岩性为辉绿岩, 沿桃园 鲁家坪背斜近核部顺层侵入, 走向与区域构造线方向一致, 为北西西方向, 岩体长 <3000m, 厚为 100~200 m, 最厚可达 300m, 出露面积约 0 5km 2 岩体与两 图 1 秦岭造山带大地构造简图 (a)( 据王宗起等,2009 简编 ) 和紫阳柞木沟铁矿床矿区地质图?? ( 据高建利等和哉仲和等修编 ) Fig.1SimplifiedtectonicmapoftheQinlingOrogenicBelt(a)(ModifiedafterWangZongqietal.,2009&)andsimplified geologicalmapforzhamugouirondeposit,ziyangcounty(b)(modifiedaftergaojianlietal.? andzhaizhongheetal.? ).

3 第 4 期 王坤明等 : 陕西紫阳柞木沟铁矿床岩石地球化学特征及成矿指示意义 829 图 2 紫阳柞木沟铁矿区实测剖面图 Fig.2Thesurveycros sectionforzhamugouirondeposit,ziyangcounty 侧地层接触面平直 界面明显 ( 图 3a b), 可见明显冷凝边 岩体从边部到中部矿物粒度明显变粗, 根据颜色 结构及与矿化的关系, 自岩体边部到岩体中心可划分为边缘带 浅色非含矿带及暗色含矿带, 彼此之间呈渐变过渡, 从岩体的下盘到上盘未见大规模层状侵入体所具有的层状构造及堆晶结构 矿体赋存于辉绿岩中部的暗色含矿带内, 矿体展布与赋矿辉绿岩体走向大致平行, 赋矿岩体既是母岩又是矿体的围岩 ( 图 2), 矿体与赋矿围岩呈渐变过渡, 矿体分布稳定, 多呈透镜状或似层状, 为浸染型矿体, 矿石量为 万吨 矿体平均厚度 10 03m, 矿石铁品位较低 (TFe=15 52% ~23 90%; 平均为 19 65%), 钛品位较高 (TiO 2 =5 82% ~9 16%) 3 岩石学及矿相学特征 矿区赋矿岩体本身无明显的岩相分带和韵律构造, 从边部到中部仅表现为岩石粒度的变化及颜色变化 整体岩性主要为辉绿岩, 与区域上镁铁质岩的岩石类型多样性相区别 其中边缘带以细粒辉绿岩为主, 未见矿化, 浅色非含矿带岩性为辉绿岩, 含少量钛磁铁矿化 钛铁矿化, 暗色含矿带为主要赋矿层位, 钛磁铁矿 钛铁矿含量较浅色含矿相带明显增加, 表现为明显的浸染型矿体 赋矿岩体辉绿岩呈黑绿色 辉绿结构 块状构造 ( 图 3c), 主要矿物为单斜辉石 (35% ~40%) 和斜长石 (45% ~50%); 副矿物为少量铁钛氧化物 (~8%) 榍石 磷灰石 (~ 1%) 组成 辉石主要呈自形 半自形晶, 粒径集中为 1~2mm, 部分颗粒发生绿泥石化 ; 斜长石主要呈短长条状及板状, 粒径为 0 7~1 2mm, 部分发生钠长石化, 长石包含于辉石颗粒内部形成典型的嵌晶 含长结构, 另外, 可见少量长石穿插辉石颗粒现象, 可能说明这部分辉石来自深部岩浆房, 这是因为同源的镁铁质岩浆在深部可能是辉石先结晶, 在浅部则是斜长石先结晶, 也暗示着造岩矿物的形成可能存在着两期 铁钛氧化物主要为钛磁铁矿和钛铁矿, 粒径为 0 3~0 5mm, 部分蚀变为榍石 ; 磷灰石呈短柱状, 粒径 0 5~1 0mm 矿石类型为浸染状矿石, 表现为均匀浸染状的中 细粒矿石, 矿物粒度主要为 0 5~1 5mm 矿石矿物主要为钛磁铁矿 钛铁矿 ( 图 3e), 脉石矿物主要为辉石 斜长石, 少量角闪石 黑云母 磷灰石, 黄铁矿 黄铜矿, 蚀变矿物为绿泥石 绿帘石 钠长石 黝帘石 榍石 钛磁铁矿为主要含铁矿物, 呈半自形晶颗粒独立产出或与钛铁矿紧密共生, 且磁铁矿颗粒内部有叶片状钛铁矿出溶 ( 图 3f) 矿石结构主要为硅酸盐矿物包含铁钛氧化物形成的包含结构以及铁钛氧化物分布于造岩矿物颗粒内部或颗粒之间的嵌晶结构 ( 图 3e g), 分别表明铁钛氧化物结晶时间早于硅酸盐矿物和晚于硅酸盐矿物, 矿石构造主要为稀疏浸染状 浸染状 钛磁铁矿和钛铁矿粒度均匀, 一般粒径 0 3~0 8mm, 呈密度均等的浸染状分布, 未见明显定向性分布或沿裂隙分布 充填的钛磁铁矿和钛铁矿 矿床围岩蚀变主要表现为矿体内部蚀变强烈, 而赋矿岩体围岩没有蚀变, 蚀变类型主要有斜长石的钠长石化 ( 图 3g) 钠黝帘石化, 辉石 角闪石大量绿泥石化 少量阳起石化 ( 图 3h), 怀疑是由铁 镁硅酸盐矿物遭受后期热液蚀变所致 根据矿石组构和矿物共生组合特征, 划分为岩浆成矿期和热液蚀变期 岩浆成矿期, 早期为钛铁矿 + 钛磁铁矿组合, 中期为单斜辉石 + 斜长石 + 角

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5 第 4 期 王坤明等 : 陕西紫阳柞木沟铁矿床岩石地球化学特征及成矿指示意义 831 图 3 紫阳柞木沟铁矿床矿石镜下显微照片 Fig.3ThephotomicrographsoftheoreinZhamugouirondeposit,ZiyangCounty (a) 岩体与地层接触关系 ;(b) 岩体与地层接触关系 ;(c) 辉绿岩手标本 ;(d) 嵌晶含长结构, 单偏光 ;(e) 钛铁矿与钛磁铁矿共生, 单偏光 ;(f) 钛铁矿在钛磁铁矿内部叶片状出溶, 单偏光 ;(g) 铁钛氧化物产于辉石内部, 正交偏光 ;(h) 矿石内部阳起石化, 正交偏光 ;Ilm 钛铁矿 ;Tmn 钛磁铁矿 ;Cpx 单斜辉石 ;Pl 斜长石 ;Ab 钠长石 ;Act 阳起石 ;Spn 榍石 ; (a)thecontactofintrusionandstrata;(b)thecontactofintrusionandstrata;(c)diabasehandspecimen;(d)poikilophitictexture,crosed light;(e)intergrowthofilmeniteandtitaniummagnetite,plane polarizedlight;(f)theilmenitefoliatedsolubleintitanomagnetite,planepolarized light;(g)thefe Tioxideinpyroxene,crosedlight;(h)theactinoliteinore,crosedlight;Ilm ilmenite;tmn titanomagnetite;cpx clinopyroxene;pl plagioclase;ab albite;act actinolite;spn sphene 闪石, 其中单斜辉石呈半自形晶, 长石呈长条状包含于辉石颗粒内部, 晚期则为钛铁矿 + 钛磁铁矿 + 少量黑云母 热液蚀变期矿物组合为阳起石 钠长石 黝帘石 绿帘石 黄铁矿 黄铜矿 绿泥石等 早期中高温热液蚀变, 以辉石的阳起石化, 斜长石的钠长石 钠黝帘石化为特征, 晚期则为铁镁硅酸盐矿物的中低温热液蚀变 ( 绿泥石化 ) 以及金属硫化物 ( 黄铁矿 黄铜矿 ) 的结晶 4 地球化学特征 分别选取柞木沟矿床赋矿岩体内不含矿辉绿岩样品及暗色含矿带的矿石样品进行岩石地球化学测试 新鲜未蚀变的辉绿岩手标本从不含矿辉绿岩边部到中部依次选取, 矿石样品则从暗色含矿带边缘到中部依次选取, 其中部分矿石样品普遍存在蚀变现象 样品采样点地理坐标为 :N ,E 分析方法 首先将岩石样品送廊坊河北省区域地质矿产调查研究所实验室磨成 200 目以下的岩石粉末, 进而将其送国土资源部国家地质实验测试中心进行主量元素 微量元素和稀土元素分析测试 主量元素分析用 XRF(X 荧光光谱仪 PW4400) 方法测试,Fe 2 O 3 和 FeO 用湿化学法单独分析, 检测方法依据为 : Al 2 O 3 CaO Fe 2 O 3 K 2 O MgO MnO Na 2 O P 2 O 5 SiO 2 TiO 2 按 GB/T 标准,FeO 按 GB/ T 标准, 烧失量按 LY/T 标准 ; 微量元素 (Cu Pb Zn Th U Hf Ta Sc Cs V Co Ni Ba Cr Ga Nb Rb Sr Zr) 和稀土元素 (La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Y) 采用等离子体质谱仪 (ICP MS Excel) 测试, 检测方法依据为 DZ/T 标准 主量元素分析中 SiO 2 Al 2 O 3 FeO CaO MgO K 2 O Na 2 O 绝对误差为 1%,Fe 2 O 3 P 2 O 5 TiO 2 MnO 的分析绝对误差为 10%; 微量元素和稀土元素中含量大于 的元素相对误差为 5%, 而小于 的元素相对误差为 10% 4.2 主量元素特征 矿床的主量元素组成见表 1, 赋矿岩体主量元素含量明显高于矿石, 表现为 SiO 2 =42 26% ~ 45 42%,MgO=5 83% ~8 11%,Al 2 O 3 =12 3% ~ 14 06%, 表现高 TiO 2 (3 50% ~5 58%) 高 Fe 2 O 3 (14 18% ~17 03%) 低 K 2 O(0 67% ~1 42%) 低 Na 2 O(2 53% ~3 37%) 以及较高的全碱含量 (K 2 O+Na 2 O=3 56% ~4 79%) 特征, 样品 Mg# 变化范围为 39~59, 指示岩浆经过高度演化 矿石样品的主量元素组成可能受到矿床内部的矿化作用和蚀变作用影响, 导致 SiO 2 含量明显较低 ( 仅为 30% 表 1 紫阳柞木沟铁矿床主量元素组成 (%) Table1MajorelementconcentrationfortheZhamugouirondeposit,ZiyangCounty(%) 赋矿岩体 矿石 样品号 SiO 2 TiO 2 Al 2 O 3 TFe 2 O 3 MnO MgO CaO Na 2 O K 2 O P 2 O 5 烧失 总量 11ZMG ZMG ZMG ZMG ZMG ZMG ZMG

6 832 地质论评 2016 年 左右 ), 而 TFe 2 O 3 与 CaO 含量之和则大于 30% 4.3 微量元素 稀土元素特征考虑到微量元素受分离结晶作用和蚀变作用影响较弱, 对柞木沟矿床内赋矿岩体及矿石的微量元素进行测试及标准化计算 稀土元素总体总量较低, 轻稀土元素富集, 轻重稀土存在明显的分异 ( 赋矿岩体 :ΣLREE = μg/g ~ μg/g, ΣHREE=19 31μg/g~22 76μg/g,ΣLREE/ΣHREE =6 18 ~7 09; 矿石 :ΣLREE =80 06μg/g ~ 92 88μg/g,ΣHREE = 11 49μg/g ~ 13 4μg/g, ΣLREE/ΣHREE=6 91~6 97), 且轻稀土分异程度弱于重稀土分异 ( 赋矿岩体 :La N /Sm N =1 99~ 2 36;Gd N /Lu N =3 24~3 52; 矿石 :La N /Sm N =2 25 ~2 30;Gd N /Lu N =3 55~3 80), 在稀土元素球粒陨石标准化的配分曲线上 ( 图 4), 两者均呈明显右倾模式, 赋矿辉绿岩相对矿石明显富集稀土元素, 二者均呈现弱 Eu 正异常 ( 赋矿岩体 :δeu=1 0~ 1 15; 矿石 δeu=1 28~1 33), 指示矿床内斜长石整体的结晶作用不明显, 与辉绿岩为快速就位结晶的特征相一致 在微量元素及稀土元素标准化图解上 ( 图 4), 赋矿岩体及矿石配分曲线近于平行, 且二者都表现为类 OIB 的配分曲线模式, 暗示二者可能具有一致的岩浆来源, 赋矿岩体呈现明显的 Ba Ti 正异常, 尤其是具有明显的 Ti 异常, 表明具有一定的成矿物质基础 赋矿岩体 Sr 亏损, 而矿石 Sr 正异常, 则说明岩体内长石分离结晶程度较矿石明显 岩体内 P 正异常, 而矿石 P 负异常明显, 指示矿石内部磷灰石分离结晶程度较岩体明显, 与矿石内磷灰石含量较高的特征相一致 赋矿岩体相对矿石具有明显的 Zr 正异常, 说明赋矿辉绿岩锆饱和度强于矿石 5 讨论 5.1 岩浆成因及源区矿区辉绿岩既是矿床的母岩又是围岩, 矿体与赋矿岩体围岩呈渐变过渡状态, 而且岩相学研究表明柞木沟矿床的赋矿辉绿岩与矿体在矿物组成方面具有明显的成因联系, 主要表现为矿石矿物为赋矿辉绿岩的副矿物, 而主要脉石矿物 ( 辉石和长石 ) 为赋矿辉绿岩的主要造岩矿物 赋矿岩体及矿石的微量元素及稀土配分曲线与典型 OIB 近于一致, 指示二者具有相近的岩浆来源 区域岩浆在上侵过程中没有经历显著的地壳物质混染 ( 张成立等,2002), 其地球化学特征可以指示地幔源区的性质 矿床所有样品较低的 Th/Ce 比值 ( 赋矿岩体 :0 040~ 0 044; 矿石 :0 033~0 034) 相对于 MORB(0 016) 和 OIB(0 052) 提供了类似 OIB 的富集地幔源区的证据 (TaylorandMcLennan,1981) 在 Nb/Th Zr/Nb 图解和 Zr/Nb Nb/Y 图解中 (Condie, 2005), 赋矿岩体及矿石落于 HIMU EMI 和 EMI 地幔混合区域 ( 图 5), 总体显示明显的富集地幔特征, 指示二者可能为同一岩浆来源 矿床的地质特征以 图 4 紫阳柞木沟铁矿床微量元素原始地幔标准化 (a) 及稀土元素球粒陨石标准化 (b) 图解 Fig.4Primitivemantlenormalizedtraceelementpaterns(a) andchondrite normalizedrareearthelementpaternsofthe Zhamugouirondeposit,ZiyangCounty(b).NormalizationvaluesandoceanislandbasaltsarefromSunandMcDonough(1989)

7 第 4 期 王坤明等 : 陕西紫阳柞木沟铁矿床岩石地球化学特征及成矿指示意义 833 图 5 紫阳柞木沟矿床 Nb/Th Zr/Nb(a) 和 Zr/Y Nb/Y(b) 图解 ( 据 Condie,2005) Fig.5Nb/Thvs.Zr/Nb(a)andZr/Yvs.Nb/Y(b)binarydiagramsforZhamugouirondeposit, ZiyangCounty(afterCondie,2005) PM 原始地幔 ;UC 上地壳 ;DM 亏损地幔 ;HIMU 高 (U/Pb) 地幔源 ;EM1 和 EM2 富集地幔 ;ARC 弧相关玄武岩 ; N MORB 亏损大洋中脊玄武岩 ;DEP 深部亏损地幔 ;EN 富集组分 ;REC 循环组分 PM primarymantle;uc uppercrust;dm depletedmantle;himu highmu(u/pb)mantlesource;em1 和 EM2 enrichedmantle; ARC arc relatedbasalt;n MORB normalmid oceanbasalt;dep deepdepletedmantle;en enrichedcomponent;rec recycled component 及二者岩石地球化学特征相似性指示矿区岩浆作用与成矿作用为同一岩浆作用下的产物 微量元素蛛网图及稀土配分曲线样式显示类 OIB 地球化学特征, 指示亏损的软流圈物质参与到地幔源区的演化, 如果是单纯的软流圈地幔上涌并部分熔融引起镁铁质岩浆作用, 其产物必然具有 MORB 型微量元素分布 (SaltersandStracke,2004; WorkmanandHart,2005) 结合微量元素蛛网图及稀土配分曲线样式明显区别于 MORB 型曲线样式且地幔源区具有富集地幔混合的特征, 对于矿床的地球化学特征合理的解释应该是存在着下部上涌的亏损软流圈与上部富集岩石圈地幔的混合, 矿区岩体的地幔源区应该是由软流圈地幔与富集岩石圈地幔混合而成 同时考虑到 EMI 富集地幔端元主要是由洋脊玄武岩地幔与俯冲带入的洋壳 ( 深海 ) 沉积物熔融交代作用而形成的, 而 EMI 地幔端元组分为古板块俯冲带入的陆源沉积物, 进而通过壳幔流体交代作用而形成的 (Hart,1988;Menzies,1989; Weaver,1991),HIMU 地幔端元则可能是由脱水洋壳循环作用形成的 (Saltersetal.,1998;Woodhead, 1996) 综合研究区表现为 HIMU EMI 和 EMI 地 幔混合富集地幔的特征, 表明矿区岩浆活动可能与俯冲消减作用存在着内在的成因联系 5.2 矿床成因指示意义与 Busheveld 攀枝花及河北大庙等典型典型岩浆分异矿床和矿浆贯入型铁矿相比, 该矿区赋矿辉绿岩规模较小 ( 出露面积约 0 5km 2 ) 岩性单一 矿体产于岩体中部的暗色含矿带, 而且从岩体的下盘到上盘都不具备典型岩浆分异矿床赋矿岩体 ( 层状侵入体 ) 所具有的韵律结构 堆晶结构及层状构造等诸多地质特征, 基本排除其属于岩浆分异矿床的可能性 与同样产出于辉绿岩体内的新疆磁海铁矿床相比, 柞木沟矿区岩石组合单一, 而磁海铁矿的岩石组合为一套辉绿岩 辉长岩 橄榄辉长岩 同时磁海矿床的围岩除了黑云母辉绿岩外还有为石榴子石透辉石矽卡岩, 且围岩整体多呈矽卡岩化, 主要表现为由辉绿岩侵入产生的矽卡岩 热液矿化, 总体为岩浆期后热液交代充填成矿, 与此相反, 柞木沟矿区地层为一套炭质板岩及泥质灰岩, 且地层与岩体接触部位未见矽卡岩化等明显的蚀变作用, 不具备形成矽卡岩及热液交代的条件, 使得其形成过程与磁海铁矿床亦不相同

8 1 表 2 陕西紫阳柞木沟矿床微量元素组成 (μg/g) Table2Traceelementconcentration(μg/g)ofZhamugoumineraldeposit,Ziyang,Shaanxi 岩石矿石岩石矿石岩石矿石 样品号 La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Y Zr 11ZMG ZMG ZMG ZMG ZMG ZMG ZMG 样品号 Hf Li V Sc Cr Co Ni Cu Ga Rb Sr Nb Cs Ba Ta Pb 11ZMG ZMG ZMG ZMG ZMG ZMG ZMG 样品号 Th U REE LREE HREE LREE/ HREE (La/Sm) N(Gd/Lu) N δeu Zr/Nb Nb/Th Nb/Y Zr/Y Rb/10 3 Ta La/Nb 11ZMG ZMG ZMG ZMG ZMG ZMG ZMG

9 ８３４ 地 质 论 评 ２ ０ １ ６年 如前所述 柞木沟矿床 赋矿岩体岩浆活 动 与 矿 体 的成矿作用为同 一 岩 浆 作 用下的产物 而且钛磁铁矿 和钛铁矿呈半自 形 晶 颗 粒 且紧密共生 钛磁铁矿颗粒 内部含有叶片状 钛 铁 矿 出 溶 图 ３ｆ 指示其明显的岩 浆成 因 钛 磁 铁 矿 和 钛 铁 矿粒度较小且呈 密 度 均 等 的浸染状分布 未见明显定 向性分布或沿裂 隙 充 填 的 钛磁铁矿和钛铁矿 进一步 排除了其热液成 因 的 可 能 性 而 且 矿 石 的 浸 染 状 构 造和显微镜下可 见 的 含 金 属矿物的共结结构 图 ３ｇ 是正岩浆矿床所 特 有 的 结 构构造 同时也是确定含矿 流体通道的可靠 岩 石 学 标 志 罗照华等 ２ ０１０ 辉绿 岩初始岩浆富水 以明显的 含水 矿 物 角 闪 石 为 标 志 具有析出含矿流体的 条件 同时大量流体组分的 存在能够有效降 低 岩 浆 的 粘度 和 密 度 Ｇｉ ｏ ｒ ｄａ ｎｏａ ｎｄ Ｄｉ ｎｇ ｗｅ ｌ ｌ ２ ００３ Ｈｕｉ ａ ｎｄ Ｚｈａ ｎｇ ２ ００ ７ Ｗｈｉ ｔ ｔ ｉ ｎ ｇ ｔ ｏ ｎｅ ｔ ａ ｌ ２ ００９ 从 而 成 为 流 体 进一步注入的通道 罗照华 等 ２ ０１０ 考 虑 到 矿 区 岩 体规模中等 矿体产于辉绿 岩床的中间部位 两侧辉绿 岩围岩未见矿化的特征 合 理的解释就是岩 体 边 部 因 与地层相接触而快速固结 而岩体中部相对 边 部 固 结 速度较慢 矿区早期辉绿岩 初始岩浆析出的 大 量 含 矿 流体组分又使得 岩 体 中 部 熔融岩浆的粘度降低 Ｓｉ Ｏ２ ４ ２ ２ ６ ４５ ４２ 为 后期含矿流体进 一 步 注 入

10 第 4 期 王坤明等 : 陕西紫阳柞木沟铁矿床岩石地球化学特征及成矿指示意义 835 提供了通道, 而且结合矿物共结结构确定含矿流体通道的认识, 进一步确定辉绿岩岩体中部应该为该矿区含矿流体注入的通道 考虑到辉石 长石等造岩矿物以及钛钛氧化物都形成于两个阶段, 更为重要的是通过共生磁铁矿和钛铁矿矿物对计算的主成矿温度均明显低于岩浆中主要脉石矿物和早期矿石矿物的结晶温度近 300 ( 王坤明等,2014), 进一步指示成矿过程中可能存在一期富铁质流体的注入 而热液蚀变与成矿作用关系表现为赋矿岩体规模较小, 未有明显的围岩蚀变分带现象, 蚀变类型与矿化的富集没有成因联系 ; 矿石内部钛磁铁矿为岩浆成因, 未见热液成因钛磁铁矿产出 ; 后期热液作用导致脉石矿物和矿石矿物部分发生蚀变, 表现为脉石矿物的绿泥石化 钠黝帘石化 阳起石化, 钛磁铁矿的边部或裂隙被交代形成榍石, 共同指示矿体内的热液蚀变作用与成矿作用无成因联系 综上所述, 综合野外地质特征 铁钛氧化物产出状态 钛磁铁矿颗粒内叶片状钛铁矿出溶 含金属矿物的共结结构和浸染状构造以及岩石地球化学特征共同指示柞木沟矿床属于与辉绿岩相关的岩浆型矿床, 同时结合矿体产出位置 矿石结构构造以及钛磁铁矿和钛铁矿形成于两个阶段, 则暗示成矿过程中存在着一期富铁质流体的注入, 并且成矿后期热液蚀变作用对成矿作用起着明显的破坏作用 5.3 成矿构造环境及成矿过程探讨鉴于微量元素受分离结晶作用和蚀变作用影响较弱, 在判别构造环境方面更有优势, 因此, 尝试从 赋矿岩体及矿石微量元素角度进行矿区构造环境的判别 在 Zr/Y Zr 图解中所有样品落于板内环境, 然而 Pearce(1983) 提出大陆弧也可落于 Zr/Y Zr 图的板内环境 ( 图 6a), 同时邓晋福等 (2015a) 也强调这种情况的前提必须首先鉴别和确认样品本身为火山弧特征 但是, 该区所有样品在 Nb/Th Zr/ Nb 和 Zr/Y Nb/Y 图解 ( 图 5a b) 中都没落于火山弧区域, 基本排除了其具有火山弧特征的可能, 而且在 La/Nb La 图解中所有样品都落于洋岛玄武岩区域 ( 图 6b), 因此, 种种证据显示矿区赋矿岩体及矿石都形成于板内环境 目前岩浆铁矿床主要的产出环境主要为大陆裂解拉张环境 ( 王正允等,1982; 李德慧等,1982; 卢纪仁等,1988; 宋谢炎等,2005; 王玉往等,2013), 具体细分为大陆裂谷 大陆边缘裂谷以及大火成岩省, 而且矿床类型以岩浆分异型铁矿床 ( 代表的矿床主要有南非 Busheveld 中国攀枝花铁矿床 ) 和矿浆贯入型铁矿 ( 河北大庙铁矿 ) 最为典型 近年来研究表明在后碰撞结束 ( 或克拉通化 ) 环境下也产有岩浆铁矿床, 主要代表为新疆磁海铁矿床等 ( 王玉往等,2005,2013), 可能是受到地幔柱 ( 宋谢炎等,2001) 或地幔柱的远程力学效应影响 (Sharma,1997) 柞木沟矿床地质特征区别于 Busheveld 攀枝花等典型岩浆分异矿床和矿浆贯入型铁矿进而基本排除大陆裂谷 大陆边缘裂谷以及大火成岩省等构造环境的可能性 柞木沟矿床成因区别于新疆磁海铁矿床, 而且区域上缺乏早古生代与地幔柱有关的沉 图 6 紫阳柞木沟铁矿床构造环境判别图解 (PearceandNory,1979) Fig.6ThetectonicsetingdiscriminationdiagramsforZhamugouirondeposit,ZiyangCounty(afterPearceandNory,1993)

11 836 地质论评 2016 年 积一岩浆一构造响应的记录 ( 张欣,2010), 使得柞木沟铁矿形成环境又区别于与地幔柱或地幔柱的远程力学效应影响有关的后碰撞结束 ( 或克拉通化 ) 环境 更为重要的是柞木沟矿床成矿时代早志留世 ( 王坤明等,2014), 矿区岩体形成于板内环境, 矿区岩浆活动与俯冲消减作用存在着内在的成因联系 同时结合前人提到的研究区北侧存在安康 平利古岛弧, 同时岛弧北侧的古秦岭洋在志留纪时期发生了南向俯冲, 此时的北大巴山地区为弧后盆地且发生了明显弧后拉张作用 ( 王宗起等,2009) 的认识, 本文综合认为柞木沟矿床形成环境应该为与俯冲消减作用相关的弧后板内拉张环境 考虑到赋矿岩体岩浆作用与矿体的成矿作用为同一岩浆作用下的产物, 且区域镁铁质岩体的形成环境同样为与俯冲相关的弧后拉张环境 (WangKunmingetal.,2015), 二者相互验证, 共同说明早志留纪古秦岭南向俯冲引起的北大巴山弧后拉张作用对区域成岩成矿作用的控制作用 北大巴山地区早志留世弧后拉张作用导致矿区下部幔源岩浆沿着断裂上涌, 早期结晶出少量铁钛氧化物以及辉石 长石 角闪石等铁镁硅酸盐矿物, 其中铁镁硅酸盐矿物包含铁钛氧化物形成典型的包含结构 随着拉张作用的加剧, 下部富铁质岩浆随之沿断裂大规模上涌, 随着温度降低, 辉石 长石 角闪石等铁镁硅酸盐矿物才开始大量结晶 早期初始岩浆析出的流体对熔体的强相互作用可以降低熔体的黏度以及降低液相线和固相线温度, 导致岩浆具有快速运动的能力, 表现为与熔体耦合在一起形成熔体 流体流 ( 罗照华,2011), 而且快速上升的熔体 流体流具有更大的成矿潜力 ( 罗照华等, 2010) 随后, 岩浆成矿系统在地壳浅部就位, 岩浆与地层接触带迅速形成冷凝边, 在岩浆体边部形成流体阻隔层, 而岩体中部因为固结较慢和粘度较低, 其作为含矿流体注入的通道, 使得后续含矿流体从岩体中部进一步注入 鉴于岩浆体的体积较小, 随着整个岩体从边缘向中部逐渐冷却固结, 使得部分注入的富铁质流体被圈闭在岩浆体中部, 同时发生强烈的相分离, 进而导致铁钛氧化物的大规模结晶, 分布于造岩矿物颗粒之间或内部 卸载成矿金属之后的无矿流体引起热液蚀变作用, 早期发生阳起石化 钠长石化 钠黝帘石化 晚期发生绿泥石化, 最后随着黄铁矿等低温硫化物结晶, 最终完成该区的成矿作用 6 结论 (1) 赋矿岩体岩性为辉绿岩, 矿体赋存于岩体中部暗色含矿带内, 二者产状一致, 矿石矿物主要为钛磁铁矿 钛铁矿, 脉石矿物主要为辉石 斜长石 含少量角闪石 黑云母 磷灰石 黄铁矿和黄铜矿, 蚀变矿物为绿泥石 绿帘石 钠长石 黝帘石和榍石 (2) 赋矿辉绿岩与矿石的岩石及矿物组成相似, 微量元素 稀土元素及地幔源区特征相近, 共同指示二者为同源岩浆作用的产物 地幔源区组成指示矿区岩浆活动可能与俯冲消减作用存在着内在的成因联系 (3) 矿床地质特征 矿石结构构造特征以及地化特征共同指示柞木沟矿床属于岩浆型铁矿床, 矿床形成构造环境为弧后板内拉张环境, 早志留世古秦岭洋南向俯冲引起的弧后拉张作用导致下部岩浆上涌进而完成该区成矿作用 注释 / Notes? 高建利, 史兴智, 苏保龙 陕西省紫阳县桃园 大柞木沟钛磁铁矿详查地质报告. 陕西 : 陕西泰升达矿业有限公司,1~ 40.? 哉仲和, 朱祖成, 马仲林 紫阳铁佛大柞木沟钛磁铁矿详查评价报告及桃园钛磁铁矿普查报告. 陕西 : 陕西省地质局 :1 ~20. 参考文献 / References (Theliteraturewhosepublishingyearfolowedbya & isinchinese withenglishabstract;theliteraturewhosepublishingyearfolowedbya # isinchinesewithoutenglishabstract) 邓晋福, 刘翠, 冯艳芳, 肖庆辉, 狄永军, 苏尚国, 赵国春, 段培新, 戴蒙.2015a. 关于火成岩常用图解的正确使用 : 讨论与建议. 地质论评,61(4):717~734. 邓晋福, 冯艳芳, 狄永军, 刘翠, 肖庆辉, 苏尚国, 赵国春, 孟斐, 马帅, 姚图.2015b. 岩浆弧火成岩构造组合与洋陆转换. 地质论评,61 (3):473~485. 黄月华, 任有祥, 夏林圻, 夏祖春, 张诚 北大巴山古生代双模式火成岩套 以高滩辉绿岩和蒿坪粗面岩为例. 岩石学报,8(3):243~256. 李方舟 陕西省紫阳县朱溪河钛磁铁矿地质特征. 陕西地质, 30(1):35~40. 李夫杰 陕南镇巴东部地区基性岩墙群和正长斑岩脉的岩石地球化学特征及其构造意义. 导师 : 裴先治. 西安 : 长安大学硕士学位论文,1 ~64. 李德惠, 茅燕石 四川攀西地区含钒钛磁铁矿层状侵入体的韵律层及形成机理. 矿物岩石,2(1):29~41. 刘林 岚皋县官元钛矿地质特征及找矿前景. 硅谷,(19): 130. 刘林, 高建利, 尚小社 陕西铁佛寺钛磁铁矿地质特征及找矿前景. 矿产勘查,3(5):638~643. 刘林, 杨旭周 紫阳县朱溪河钛磁铁矿地质特征及成因. 矿业

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14 第 4 期 王坤明等 : 陕西紫阳柞木沟铁矿床岩石地球化学特征及成矿指示意义 839 PetrochemicalCharacteristicsandItsImplicationforMetalogeny ofzhamugouirondeposit,ziyangcounty,shaanxiprovince WANGKunming,WANGZongqi,ZHANGYingli,WANGGang,WUYudong MLRKeyLaboratoryofMetalogenyandMineralAsesment,InstituteofMineralResources, ChineseAcademyofGeologicalSciences,Beijing,100037,China Objectivest:TheZhamugoudepositlocatedincenterofDabaMountain,andtheore bearingbodyisdiabase. AchievementsweremainlyonlithofaceandgeologicalfeatureofZhamugoudeposit.Itsmagmaactivityandtectonic environmentsarenotunderstood.baseonthegeologicalfeatureofdeposit,wefocusonthegeochemistryanalysisof ore bearingbodyandoretoevaluatemagmasourceandtectonicenvironmentsofzhamugoudeposit. Methods:Wholerockgeochemistryanalysiswasconductedontheore bearingdiabaseandoresamplesatthe AnalyticalLaboratory,BeijingResearchInstituteofUraniumGeology(ALBRIUG).Thesampleswerecrushedand thenpulverizedinanagatemiltofitthrougha200 meshscreen.wholerockmajorelementswereanalyzedbyx rayfluorescence(xrf)onfusedglasbeads,andthefeo contentwasanalyzedbythewetchemicalmethod. TraceelementswereanalyzedbytheFinniganMAThigh resolutioninductivelycoupledplasmamasspectrometer (HR ICPMS).Approximately50mgofpowderfrom eachsamplewasdisolvedinhigh presureteflonbombs usingahf + HNO3mixture.Aninternalstandardsolutioncontainingsingle elementrhodium wasusedfor monitoringsignaldriftduringioncounting.within runanalyticalprecisionformostelementswasgeneralybeter than2% ~5%. Results:Ore bearingdiabaseandorehavesimilarmineralcomposition,andhavesimilartraceelements,rare earthandmantlesource,indicatingsimilarmagmasource.mantlesourceforore bearingdiabaseandoreshouldbe mixedbytheasthenosphereandenrichedlithosphericmantle,andindicatingmagmaactivityfordepositmaybehave potentialrelationtosubduction.thegeologicalfeaturesofdeposit,structureandformationofore,andgeochemistry features,alindicatingthezhamugouirondepositbelongtothemagma typemineraldeposit. Conclusions:Comprehensivegeochemistryanalysishasbeensuccesfulyindicateore bearingdiabaseandore havesimilarmagmasourceandproductofidenticaloriginalmagma.thetectonicenvironmentofdepositwhich resultfromextensionoftheback arcbasinrelatedtosubduction,theextensionoftheback arcbasincausethe upliftofmagmaandachievethemetalogenesis. Keywords:SouthernQinling,NorthDabaMountains,Zhamugouirondeposit,diabase Acknowledgements:ThisworkisgrantedbyChinaStateGeologicalInvestigationProgram (GrantNo ;DD );theNaturalSciencesFoundationofChina(GrantNo ),andthe FoundamentalResearchFundsforCentralPublicWelfareResearchInstitutes(GrantNo.K1313). Firstauthor:WANGKunming,male,bornin1984,Postdoctor,Majorinmineralresourceprospectingand exploration.addres:no.26,baiwanzhuangstreet,xichengdistrict,beijing;postcode: kunming @163.com Correspondingauthor:WANG Zongqi,male,bornin1960.Profesor.Mainlyengagedintectonicsand metalogenesisresearch. kcwzq@vip.sina.com Manuscriptreceivedon: ;Acceptedon: ;Editedby:ZHANGYuxu. Doi: /j.georeview