攀西地區(qū)鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)巖體地球化學(xué)特征及其成因探討

攀西地區(qū)鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)巖體地球化學(xué)特征及其成因探討

峨眉大武義巖位于揚(yáng)子板塊西部。它是世界上最大的鈉鈦磁鐵礦礦床（如荔枝、紅格、太和、白馬等）。此外，還有中、小型銅硫氧化物和黃金礦床（如麗馬河、白馬寨、金寶山、楊梁坪等）。然而,和與其時(shí)代相近的西伯利亞大火成巖省相比(Lightfoodetal.,1997;Naldrettetal.,1995),其銅鎳硫化物和鉑族元素礦床的規(guī)模要小得多,那么是什么原因?qū)е铝藘蓚€(gè)大火成巖省成礦特征的差別?另一方面,兩種性質(zhì)相差迥異的礦床在時(shí)間和空間上的共生也是峨眉山大火成巖省的一大特色,也是世界唯一有這種特色的大火成巖省。那么自然就會(huì)引出這樣的問(wèn)題,這兩類(lèi)不同性質(zhì)的礦床的形成條件是什么?是與它們不同的源區(qū)有關(guān)?還是與巖漿上升或者巖漿房中的演化過(guò)程有關(guān)?目前,對(duì)于峨眉山大火成巖省內(nèi)的層狀鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)巖石以及相關(guān)礦床已經(jīng)進(jìn)行了大量的研究(如Zhouetal.,2002,2006;Zhongetal.,2003,2004;宋謝炎等,2005;ZhongandZhu,2006;Wangetal.,2006a,b),這為兩類(lèi)礦床成因的提供了重要約束,然而,系統(tǒng)的地球化學(xué)對(duì)比研究尚較缺乏,這在一定程度上限制了人們對(duì)兩類(lèi)礦床形成機(jī)制的認(rèn)識(shí)。本文試圖通過(guò)對(duì)含釩鈦磁鐵礦的攀枝花巖體、含銅鎳硫化物的力馬河巖體以及同時(shí)含釩鈦磁鐵礦和銅鎳硫化物的新街巖體等3個(gè)典型鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)巖石的主要元素、微量元素以及Sr-Nd同位素地球化學(xué)的系統(tǒng)研究,揭示其源區(qū)特征,為不同類(lèi)型礦床的形成機(jī)制以及相互關(guān)系提供重要信息。1代表性巖體金山組峨眉山大火成巖省由溢流玄武巖、鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)層狀巖體以及巖墻組成,已有的同位素測(cè)年結(jié)果表明,其形成時(shí)間較為接近,大致在262～259Ma(范蔚茗等,2004;Zhouetal.,2002,2005;Zhongetal.,2004;ZhongandZhu,2006;Guoetal.,2004;Loetal.,2002;Bovenetal.,2002;Hertogen,2002;Heetal;.,2007)。其中層狀巖體主要集中于攀西地區(qū),空間上受幾條近南北向的深大斷裂(自東向西有龍帚山、安寧河、磨盤(pán)山、金河、攀枝花斷裂)控制,形成了長(zhǎng)約200km的巖帶。鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)巖體的出露是由于新生代地殼抬升的結(jié)果,同時(shí)也由于地殼的抬升和斷裂的切割,使得峨眉山玄武巖呈不連續(xù)分布。層狀鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)巖體按照其含礦類(lèi)型和巖石組合,大致分為二種類(lèi)型,即含銅鎳硫化物(鉑族元素)礦床的超鎂鐵質(zhì)巖體(以力馬河巖體為代表)和含釩鈦磁鐵礦的輝長(zhǎng)質(zhì)巖體(以攀枝花巖體為代表),另外還有兩種巖體的過(guò)渡類(lèi)型,即同時(shí)含有釩鈦磁鐵礦和銅鎳硫化物-鉑族元素礦床的鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)巖體(以新街巖體為代表)。3個(gè)代表性巖體在空間上分別受不同的近南北向深斷裂控制,從西向東分別為攀枝花巖體、新街巖體和力馬河巖體(圖1),而且這3個(gè)巖體在巖石組合和成礦環(huán)境上也存在一定差別:攀枝花巖體為一呈單斜產(chǎn)狀產(chǎn)出的鎂鐵-超鎂鐵層狀侵入體,其總體走向?yàn)楸睎|30°,向北西傾斜,其出露長(zhǎng)約19km,寬1.5～3km,平均厚約2km,順層侵入于震旦紀(jì)燈影組大理巖地層中,其邊部還有略晚的正長(zhǎng)巖體侵入(圖2a)。攀枝花巖體主要由輝長(zhǎng)巖組成。從下至上依次可以劃分為4個(gè)巖相帶:由細(xì)粒輝長(zhǎng)巖夾橄欖輝長(zhǎng)巖組成的邊緣相帶、含釩鈦磁鐵礦輝長(zhǎng)巖相帶、層狀輝長(zhǎng)巖相帶以及淺色輝長(zhǎng)巖相帶。其中層狀輝長(zhǎng)巖帶由淺色、中色輝長(zhǎng)巖和深色輝長(zhǎng)巖組成,這三者往往呈韻律構(gòu)造,但是它們?cè)诘V物組成上并沒(méi)有本質(zhì)的區(qū)別,均主要由普通輝石和斜長(zhǎng)石組成,呈輝長(zhǎng)結(jié)構(gòu),主要差別在于兩種主要礦物在巖石中的相對(duì)含量不同。另有少量的副礦物,如磷灰石和磁鐵礦,但是后者往往含量較高,尤其是在深色輝長(zhǎng)巖中。其上部有少量斜長(zhǎng)巖。除了橄欖輝長(zhǎng)巖中含有少量橄欖石外(5%～8%),其它巖石均不含橄欖石。釩鈦磁鐵礦體位于層狀巖體的底部,與輝長(zhǎng)巖有明顯的接觸界線。該巖體的SHRIMP鋯石U-Pb年齡為260Ma(Zhouetal.,2005)。新街巖體呈北西向延伸(圖2b),長(zhǎng)約7.5km,1千米至1.5km寬,約1200m厚;向南西方向傾斜,傾角約60°～70°。其頂、底板巖石均為峨眉山玄武巖。新街巖體可分為三個(gè)火成堆積旋回,包括六個(gè)巖相帶,分別為橄欖巖帶、斜長(zhǎng)橄欖巖帶、橄長(zhǎng)巖帶、橄輝巖帶、輝石巖帶以及流狀輝長(zhǎng)巖帶。各旋回下部主要由超鎂鐵巖組成,發(fā)育良好的二級(jí)以至三級(jí)韻律層。這些超鎂鐵巖具典型的火成堆積結(jié)構(gòu)。而各旋回上部主要由輝長(zhǎng)巖、橄長(zhǎng)巖等組成。兩個(gè)主要的鉑族元素礦化層出現(xiàn)在邊緣和巖體底部,與硫化物有較密切的關(guān)系。而釩鈦磁鐵礦礦體則出現(xiàn)在上部的流狀輝長(zhǎng)巖帶中。另外,晚期還見(jiàn)有正長(zhǎng)巖侵入。力馬河巖體位于安寧河深斷裂帶東側(cè),受安寧河深斷裂的次級(jí)構(gòu)造控制。其賦礦復(fù)式巖體沿南北向斷裂構(gòu)造侵位于前震旦紀(jì)會(huì)理群力馬河組石英巖、板巖和鳳山營(yíng)組薄層硅質(zhì)灰?guī)r中;南北長(zhǎng)約800m,寬約120～140m,最寬可達(dá)180m;平面形態(tài)呈豆莢狀(圖2c),剖面上呈橢圓形。巖體一般向下延深約200～500m,不整合地侵入于力馬河組和鳳營(yíng)山組中。礦區(qū)內(nèi)的F2斷層將巖體截成兩段,北段呈單斜狀,向西傾;南段似盆狀。力馬河復(fù)式巖體主要由輝長(zhǎng)-閃長(zhǎng)巖體和含礦橄欖巖脈組成。輝長(zhǎng)-閃長(zhǎng)巖體呈南北向延伸,長(zhǎng)900米,延深200～500米,面積約0.1km2。從上至下大致可分為輝長(zhǎng)巖相和閃長(zhǎng)巖相兩個(gè)巖相帶,二者相互過(guò)渡,沒(méi)有明顯的界線。輝長(zhǎng)-閃長(zhǎng)巖體中不存在礦體。含礦橄欖巖脈橄欖巖脈大部分侵入于輝長(zhǎng)-閃長(zhǎng)巖體的西側(cè),呈南北向的透鏡狀連續(xù)分布,總長(zhǎng)700米,寬28～37米,產(chǎn)狀陡直(傾角75°～95°),總的趨勢(shì)略向西傾。它是銅鎳硫化物礦體的主要賦礦圍巖,礦體呈脈狀賦存于巖體的邊部。2稀土元素和微量元素全巖主要元素、稀土和微量元素分析在國(guó)家地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心分析,其中主要元素由XRF分析(Fe2O3和FeO由濕化學(xué)分析),稀土和微量元素由ICP-MS分析,部分元素含量高的樣品則由ICP-AES分析。Rb-Sr和Sm-Nd同位素由中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所同位素實(shí)驗(yàn)室分析,其中攀枝花和新街巖體是挑選出其中的單斜輝石單礦物進(jìn)行分析,而力馬河巖體則為全巖。2.1元素投影和巖石學(xué)特征3個(gè)巖體的主要元素分析結(jié)果見(jiàn)表1。由表1可以看出,攀枝花巖體的TiO2和全鐵含量較高,力馬河巖體的橄欖巖和新街巖體則以較高的MgO為特征。為了清楚地比較這3個(gè)巖體的主要元素特征,在此將相關(guān)的主要元素投影在同一個(gè)三角圖中(圖3、4和5)。由圖3可以看出,3個(gè)巖體分布在不同的區(qū)域,只有一部分重合。攀枝花巖體顯示出高的Al、Ca、Ti、Fe,而力馬河巖體的橄欖巖則顯示出高的Mg,新街巖體介于兩者之間。力馬河巖體的輝長(zhǎng)-閃長(zhǎng)巖則表現(xiàn)為高的Ca和Al,這與其具有高含量的單斜輝石和斜長(zhǎng)石特點(diǎn)一致。圖4也顯示出類(lèi)似的特點(diǎn),新街巖體介于力馬河巖體的橄欖巖和攀枝花巖體之間。由圖5可以看出,3個(gè)巖體也具有各自不同的特征,他們分布在不同的區(qū)域,以力馬河巖體最富集Mg,新街巖體次之,攀枝花巖體則貧Mg富Fe。在堿度(Na2O+K2O)上則相對(duì)以攀枝花巖體最高,新街巖體次之,力馬河巖體最低。2.2稀土元素特征微量元素分析結(jié)果見(jiàn)表2。由表2可以看出,攀枝花、新街和力馬河3個(gè)巖體的稀土元素特征沒(méi)有太明顯的區(qū)別,其稀土總量分別為10～227×10-6、35～126×10-6、69～134×10-6,但總體上攀枝花巖體的稀土總量變化大,其低的稀土總量主要是由于其含有較高的釩鈦磁鐵礦的緣故,其高的稀土元素含量則可能與上部含較高的磷灰石有關(guān)。反映輕、重稀土比值的(La/Yb)n比值,3個(gè)巖體也差別不大,其中攀枝花巖體為2.4～11.9,但總體上可以分為2組,早期的巖石的(La/Yb)n比值較低,為2.4～5.0,晚期巖石為6.9～11.9。新街巖體的(La/Yb)n為3.92～9.75;力馬河巖體為7.82～11.78,相對(duì)較高。3個(gè)巖體的δEu值略有差別,攀枝花巖體的δEu為0.97～2.10,基本上以正異常為主;新街巖體的δEu為0.73～1.39,表明既存在正異常也存在負(fù)異常;力馬河巖體的δEu為0.77～0.96,全部為負(fù)異常。所以從稀土元素特征來(lái)看,新街和力馬河巖體的稀土總量和輕重稀土比值均落在攀枝花巖體的范圍內(nèi)。但總體上新街巖體的所有稀土元素特征參數(shù)均介于攀枝花巖體和力馬河巖體之間。由稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖解(圖6)可以看出,3個(gè)巖體總體上展示出相似的特征,均表現(xiàn)為輕稀土的低度富集。并且總體上也與代表原始巖漿成分的麗江地區(qū)苦橄巖相似,后者的稀土曲線均位于3個(gè)巖體的稀土曲線之間。在微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化圖解(圖7)上,3個(gè)巖體總體上具有相似性,即顯示出隨著微量元素不相容性的降低,其標(biāo)準(zhǔn)化值也降低,展示出右傾的曲線,并且均與OIB具有一定的相似性,而且麗江苦橄巖也均分布在3個(gè)巖體的范圍內(nèi)。但是這3個(gè)巖體的原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化曲線也存在著明顯的區(qū)別,并且總體上表現(xiàn)為新街巖體介于攀枝花和力馬河巖體之間的特點(diǎn):攀枝花巖體具有明顯的Ti正異常,而力馬河巖體則出現(xiàn)負(fù)異常,新街巖體既有正異常也有負(fù)異常;攀枝花巖體不存在Nb、Ta的負(fù)異常,而力馬河巖體則存在明顯的Nb、Ta正異常,新街巖體既有正異常,也有負(fù)異常。另外,Zr在這3個(gè)巖體的含量也具各自不同的特點(diǎn),即攀枝花巖體具有明顯的負(fù)異常,力馬河巖體具有輕微的正異常,而新街巖體則有輕微的負(fù)異常。2.3sr-nd維度3巖體地球化學(xué)特征二十紀(jì)八十年代,由于受同位素測(cè)年技術(shù)的限制,攀西地區(qū)的層狀鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)巖體普遍偏老,一般認(rèn)為其形成于石炭紀(jì)-早二疊世,比峨眉山玄武巖要老得多(如張宗清等,1999;馮本智等,1985;袁海華,1981),所以很少將兩者在成因上聯(lián)系起來(lái),只有少數(shù)學(xué)者認(rèn)為峨眉山玄武巖、層狀巖體以及與層狀巖體共生的堿性巖具有成因聯(lián)系的“三位一體”(張?jiān)葡娴?1988),但沒(méi)有更多的年代學(xué)和同位素方面的證據(jù)。直到二十一世紀(jì),隨著同位素測(cè)年技術(shù)的提高,以及地幔柱理論的引入,人們逐漸認(rèn)識(shí)到層狀巖體和峨眉山玄武巖均形成于晚二疊世,兩者具有成因上的聯(lián)系(范蔚茗等,2004;Loetal.,2002;Zhouetal.,2002,2005;Zhongetal.,2003,2004;ZhongandZhu,2006;Wangetal.,2006a,b)。但是,在對(duì)層狀巖體的研究上,大多偏重于其年代學(xué)和礦床的形成機(jī)制以及與礦床形成過(guò)程有直接關(guān)系的巖漿演化過(guò)程(Zhongetal.,2003,2004;Songetal.,2006;Zhouetal.,2005),很少?gòu)脑磪^(qū)的角度來(lái)探討不同類(lèi)型巖體之間的源區(qū)特征以及巖體與峨眉山玄武巖之間在源區(qū)上的關(guān)系。從3個(gè)巖體的主要元素特征來(lái)看,它們?cè)?個(gè)不同的三角圖(圖3、4、5)中分別落在不同的區(qū)域,暗示著它們不是由同一母巖漿演化形成的,因?yàn)橥磶r漿演化形成的巖石則在圖上應(yīng)是連續(xù)變化的。從3個(gè)巖體的稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖解(圖6)和微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化圖解(圖7)上,它們總體上具有相似性,也有明顯的區(qū)別。這些相似性特點(diǎn)暗示了可能有部分成巖物質(zhì)來(lái)源來(lái)自于相同的源區(qū)。那么,它們這種共同的源區(qū)又是什么呢?3個(gè)巖體的稀土和微量元素的標(biāo)準(zhǔn)化圖解(圖6、7)顯示出與麗江苦橄巖具有相似性,同樣其不相容元素比值也與麗江苦橄巖也有一定的相似性(圖10),并且其Sr-Nd同位素圖解(圖8)也顯示出,它們均與峨眉山玄武巖以及洋島玄武巖(OIB)也具有相似性(力馬河巖體有部分樣品落在OIB范圍內(nèi),其它2個(gè)巖體則基本上落在OIB范圍內(nèi))。一般認(rèn)為,OIB來(lái)自于地幔柱,峨眉山玄武巖因?yàn)槠渑cOIB具有相似的地球化學(xué)特征也被認(rèn)為與地幔柱有關(guān)(Xiaoet.,2004;Xuetal.,2001;Songetal.,2001;Zhangetal.,2006),而麗江苦橄巖則被認(rèn)為是地幔柱直接熔融的產(chǎn)物(Zhangetal.,2005,2006),所以由此推測(cè),3個(gè)巖體總體相似的地球化學(xué)特征所反映的共同的源區(qū)可能是地幔柱。另一方面,3個(gè)巖體在主要元素、稀土和微量元素以及Sr-Nd同位素又具有不同的特征,這種不同的特征可能反映了不同的源區(qū),盡管這種不同的地球化學(xué)特征可能是由巖漿不同的演化過(guò)程造成的。在微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化圖解(圖7)上,力馬河巖體具有明顯的負(fù)Nb、Ta異常,說(shuō)明它們可能有地殼物質(zhì)的混染;新街巖體部分巖石存在Nb、Ta的負(fù)異常,也暗示了新街巖體可能存在地殼的混染,而攀枝花巖體不存在Nb、Ta的負(fù)異常則說(shuō)明其沒(méi)有受到地殼物質(zhì)的混染,這一點(diǎn)也為它們的同位素組成進(jìn)一步證實(shí)。力馬河巖體具有明顯高的(87Sr/86Sr)t以及低的εNd(t)值并向上地殼靠近的趨勢(shì),說(shuō)明力馬河巖體可能有上地殼物質(zhì)的混染。新街巖體相對(duì)高的(87Sr/86Sr)t(～0.706)和近原始的εNd(t)并有向下地殼靠近的趨勢(shì),可能暗示了有下地殼物質(zhì)的混染,這一點(diǎn)也與其O同位素特征一致,即部分樣品的δO(‰)>6(趙莉等,2006)。攀枝花巖體低的(87Sr/86Sr)t、高的εNd(t)值(圖8)以及低的δO(‰)(<6,艾羽等,2006)說(shuō)明其沒(méi)有地殼物質(zhì)的混染。然而,圖9顯示,攀枝花巖體的部分樣品有些具有很高的(Tb/Yb)p比值,說(shuō)明它們不僅僅是地幔柱,而是除了地幔柱物質(zhì)外,還有其它來(lái)源物質(zhì)的加入。如前所述,既然攀枝花巖體沒(méi)有地殼物質(zhì)的混入,那么又是什么物質(zhì)加入到源區(qū)的呢?在(Ta/Th)p-(Th/Yb)p圖解(圖10)上,3個(gè)巖體顯示出線型變化的趨勢(shì),其中力馬河巖體具有高的(Th/Yb)p和低的(Ta/Th)p比值,且靠近上地殼變化;而攀枝花巖體則具有相反的特征,即低的(Th/Yb)p和高的(Ta/Th)P比值,且具有向大陸巖石圈地幔變化的趨勢(shì),這可能暗示了其可能有大陸巖石圈地幔的混入。新街巖體介于兩個(gè)巖體之間,而苦橄巖和下地殼均落在新街巖體的范圍內(nèi),這可能暗示著新街巖體有下地殼物質(zhì)的混染。前已述及,新街巖體和力馬河巖體均有地殼物質(zhì)的混染,因此由圖10可以進(jìn)一步推測(cè),兩個(gè)巖體不同的地球化學(xué)性質(zhì)可能是由不同的地殼物質(zhì)混染造成的,即新街巖體被混染的是下地殼物質(zhì),而力馬河巖體被混染的則是上地殼物質(zhì),這一點(diǎn)與同是含銅鎳硫化物礦床的云南白馬寨巖體非常相似(Wangetal.,2006a,2006b)。通過(guò)以上討論,筆者認(rèn)為本文研究的3個(gè)巖體具有不同的源區(qū):攀枝花巖體的源區(qū)是地幔柱+巖石圈地幔;新街巖體是地幔柱+下地殼;力馬河巖體是地幔柱+上地殼。如果考慮到這3個(gè)巖體的空間位置,那么它們的源區(qū)從西向東分別從地幔柱+巖石圈地?！蒯Ｖ?下地殼→地幔柱+上地殼,即源區(qū)有逐漸變淺的趨勢(shì)。Zhangetal.(2006)對(duì)苦橄巖和玄武巖的研究表明,麗江苦橄巖代表了巖石圈減薄前地幔柱熔融的產(chǎn)物,并且隨著時(shí)間的演化,巖石圈地幔由于地幔柱的不斷撞擊而逐漸減薄。這樣,本區(qū)3個(gè)代表性巖體的源區(qū)特征可能反映了地幔柱熔體上升過(guò)程中與巖石圈地幔、下地殼和上地殼相互作用的產(chǎn)物:當(dāng)?shù)蒯Ｖ仙綆r石圈地幔底部時(shí),發(fā)生熔融,其形成的熔體首先被巖石地?；烊?混染后的熔體在巖漿房中發(fā)生演化形成攀枝花巖體;當(dāng)?shù)蒯Ｖ垠w在上升過(guò)程中被下地殼混染時(shí),其在巖漿房演化過(guò)程的產(chǎn)物形成了新街巖體;當(dāng)?shù)蒯Ｖ垠w上升到上地殼被上地殼物質(zhì)混染時(shí),其混染后的巖漿在巖漿房發(fā)生演化形成的產(chǎn)物形成了力馬河巖體。然而,值得注意的是,盡管這3個(gè)巖體均有較好的測(cè)年數(shù)據(jù),但根據(jù)其測(cè)年結(jié)果尚無(wú)法判斷其形成先后順序,因?yàn)槠淠挲g差值均在同位素測(cè)年誤差范圍內(nèi),且對(duì)于大火成巖省而言,巖漿作用過(guò)程是在短時(shí)間內(nèi)完成的。因此,上述3個(gè)巖體的源區(qū)變化過(guò)程尚需進(jìn)一步驗(yàn)證。4個(gè)巖體sr-nd同位素組成特征攀西地區(qū)以攀枝花、新街和力馬河3個(gè)巖體為代表的層狀鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)巖體在地球化學(xué)特征上存在著明顯區(qū)別,其中新街巖體在主要元素、微量元素以及Sr-Nd同位素地球化學(xué)特征上均介于攀枝花巖體和力馬河巖體之間。在主要元素特征上,攀枝花巖體相對(duì)富Fe、Ti、Ca、Al,而力馬河巖體則相對(duì)富Mg。稀土和微量元素標(biāo)準(zhǔn)化曲線均與麗江苦橄巖相似,均顯示出LREE和LILE的相對(duì)富集,但是力馬河巖體有明顯的負(fù)Nb、Ta異常,而攀枝花巖體則不存在Nb、Ta的負(fù)異常。Sr-Nd同位素特征上,攀枝花巖體具有低的(87Sr/86Sr)t和高的εNd(t)值,而攀枝花巖體則剛好相