陳列錳 易俊年，2 宋謝炎＊＊ 于宋月 佘宇偉，2 頡煒，2 欒燕，2 向建新

1.中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所礦床地球化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴陽 550002 2.中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049

3.攀鋼集團(tuán)礦業(yè)有限公司，攀枝花 617000

1 引言

峨眉山大火成巖省內(nèi)帶發(fā)育一系列基性-超基性層狀巖體中賦存著具有巨大經(jīng)濟(jì)價值的含F(xiàn)e-Ti氧化物礦床(圖1)，從北向南依次為太和(Hou et al.，2012a;She et al.，2014)、白馬 (Zhang et al.，2012，2013)、新街(Zhong et al.，2004，2011;趙莉等，2006)、紅格(Zhong et al.，2002;Bai et al.，2012;Luan et al.，2014)和攀枝花(宋謝炎等，1999;Zhou et al.，2005;Pang et al.，2008a，b;張曉琪等，2011;Song et al.，2013)。前人對這些巖(礦)體成因機(jī)制開展了大量的研究，取得的重要認(rèn)識包括:①巖體的成巖(礦)年齡與峨眉山玄武巖主噴發(fā)年齡(～260Ma)一致，是峨眉山地幔柱活動的產(chǎn)物(Zhou et al.，2002a，2008;宋謝炎等，2005;Zhong et al.，2005;Zhong and Zhu，2006;He et al.，2007;Hou et al.，2012b，2013;Zhang et al.，2014;張招崇等，2014);②含釩鈦磁鐵礦層狀巖體空間上與峨眉山高Ti玄武巖密切相連，地球化學(xué)特征表明二者具有內(nèi)在的成因聯(lián)系;巖體的母巖漿都為富Fe-Ti的玄武質(zhì)巖漿(Xu et al.，2003;胡瑞忠等，2005;宋謝炎等，2005;Qi et al.，2008;Zhou et al.，2008;Zhang et al.，2009，2013，2014;張招崇等，2014)，是高Ti苦橄質(zhì)巖漿在深部經(jīng)過分離結(jié)晶作用形成的(Zhang et al.，2006;Zhong et al.，2006;張招崇等，2007;Hou et al.，2011，2012b，2013;Kamenetsky et al.，2012;Howarth and Prevec，2013)。峨眉山大火成巖省內(nèi)帶Fe-Ti氧化物成礦機(jī)制存在兩種完全不同的觀點(diǎn):①Fe-Ti氧化物-硅酸鹽熔體不混溶作用(Zhou et al.，2005，2013;Wang and Zhou，2013);②Fe-Ti氧化物從玄武質(zhì)巖漿中分離結(jié)晶堆積成礦(Zhong et al.，2005;Pang et al.，2008a，b;Bai et al.，2012)。近年來，Song et al.(2013)及其課題組通過系統(tǒng)對比和研究，指出峨眉山大火成巖省內(nèi)帶的層狀巖體成礦的關(guān)鍵控制因素包括Fe-Ti氧化物從富鐵鈦的玄武質(zhì)巖漿中較早結(jié)晶、富Fe-Ti巖漿頻繁補(bǔ)充以及Fe-Ti氧化物重力分選作用(Zhang et al.，2012;Song et al.，2013;She et al.，2014;Luan et al.，2014)。

與峨眉山大火成巖省內(nèi)帶大型含釩鈦磁鐵礦的基性-超基性層狀巖體不同，黑谷田是一個小型的含釩鈦磁鐵礦層狀巖體，該巖體的發(fā)現(xiàn)表明小型層狀巖體也具有釩鈦磁鐵礦礦床的找礦潛力。本文通過對黑谷田層狀巖體巖相學(xué)特征分析，結(jié)合其鋯石SHRIMP U-Pb年代學(xué)、主量及微量元素地球化學(xué)及Sr-Nd同位素研究，系統(tǒng)探討了巖體的成因機(jī)制。研究結(jié)果表明黑谷田巖體與攀枝花等含釩鈦磁鐵礦層狀巖體一樣，都是峨眉山地幔柱主巖漿活動期的產(chǎn)物，與峨眉山高Ti玄武巖具有內(nèi)在成因聯(lián)系;巖體的上部和下部巖相帶是兩期巖漿侵入演化的產(chǎn)物，并且只經(jīng)歷弱的圍巖同化混染。這些研究對于更好認(rèn)識峨眉山大火成巖省內(nèi)帶含釩鈦磁鐵礦層狀巖體的成巖(礦)機(jī)制以及進(jìn)一步明確找礦方向具有重要意義。

2 區(qū)域地質(zhì)背景及黑谷田層狀巖體地質(zhì)特征

峨眉山大火成巖省(ELIP)廣泛分布于揚(yáng)子板塊西部三省(云南、四川和貴州)，向南延伸至越南北部，出露面積超過50萬平方千米，主要由峨眉山大陸溢流玄武巖、苦橄巖及鎂鐵—超鎂鐵質(zhì)侵入巖、花崗巖和堿性巖組成(圖1)(張云湘等，1988;從柏林，1988)，是晚二疊世(～260Ma左右)峨眉山地幔柱活動的結(jié)果(Chung and Jahn，1995;Xu et al.，2001;Zhou et al.，2002b，Zhang et al.，2014;張招崇等，2014)。峨眉山玄武巖根據(jù)其地球化學(xué)特征劃分為高鈦(Ti/Y＞500)和低鈦(Ti/Y＜500)兩個巖漿系列:高鈦玄武巖在ELIP的內(nèi)帶和外帶均有發(fā)育，是石榴子石地幔發(fā)生低程度部分熔融、經(jīng)歷弱的地殼物質(zhì)同化混染的產(chǎn)物;低鈦玄武巖主要分布在ELIP的內(nèi)帶，是地幔高程度部分熔融、經(jīng)歷不同程度地殼物質(zhì)同化混染的結(jié)果(Xu et al.，2001，2003;Xiao et al.，2004;Song et al.，2009)。其中，一般認(rèn)為高鈦玄武巖與大型的含F(xiàn)e-Ti氧化物層狀巖體(如攀枝花、白馬、紅格、太和等巖體)具有密切的成因聯(lián)系，而低鈦玄武巖主要與小型的含Ni-Cu硫化物基性-超基性侵入體(力馬河、朱布、金寶山、楊柳坪和白馬寨等巖體)有關(guān)(圖1;胡瑞忠等，2005;宋謝炎等，2005;Song et al.，2006;Tao et al.，2007，2009;Zhou et al.，2008)。但亦有一些學(xué)者對此提出不同的認(rèn)識，認(rèn)為它們之間不存在特定的聯(lián)系(Pang et al.，2008b;Shellnutt et al.，2009a;Hou et al.，2011)。

圖1 峨眉山大火成巖省內(nèi)帶峨眉山大火成巖省內(nèi)帶含F(xiàn)e-Ti氧化物層狀巖體及含Ni-Cu硫化物基性-超基性巖體分布示意圖據(jù)(據(jù)攀西地質(zhì)大隊，1984① 攀西地質(zhì)大隊.1984.攀枝花-西昌地區(qū)釩鈦磁鐵礦共生礦成礦規(guī)律與預(yù)測研究報告;Song et al.，2009，2013)黑谷田層狀巖體年齡為本次研究得到，其它各巖體年齡數(shù)據(jù)引自Zhou et al.(2002b，2005，2008)、Zhong and Zhu(2006)及Yu et al.(2014)Fig.1 Simplified regional geological map showing the distribution of the layered intrusions hosting giant Fe-Ti oxide deposits and the mafic-ultramafic bodies hosting Ni-Cu-(PGE)sulfide deposits in the central Emeishan large igneous province(modified after Song et al.，2009，2013)Ages of the Heigutian layered is dated from this study，and other intrusions are from Zhou et al.(2002b，2005，2008)，Zhong and Zhu(2006)and Yu et al.(2014)

黑谷田含釩鈦磁鐵礦層狀巖體產(chǎn)于ELIP內(nèi)帶，位于攀枝花巖體以北約50km(圖1)。黑谷田巖體長約3km，寬0.2～2km，呈NEE走向，傾向北，傾角50°～70°，巖體底板與二疊紀(jì)正長巖呈斷層接觸，頂板為峨眉山玄武巖(圖2，據(jù)四川省煤田地質(zhì)工程勘察設(shè)計院，2011)。巖體被近N-S向斷層錯斷，分為東、西兩段，F(xiàn)e-Ti氧化物礦體主要賦存于東段巖體底部(圖2)。根據(jù)巖體最近勘探資料，結(jié)合本次研究采集的樣品特征，將黑谷田巖體劃分下部、上部兩個巖相帶:前者主要由中粗粒的橄欖輝石巖及輝長巖組成，后者為細(xì)粒輝長巖，二者呈突變接觸關(guān)系。

圖2 黑谷田含釩鈦磁鐵礦層狀巖體礦區(qū)地質(zhì)及巖相剖面示意圖(據(jù)四川省煤田地質(zhì)工程勘察設(shè)計院，2011① 四川省煤田地質(zhì)工程勘察設(shè)計院.2011.四川省米易縣黑谷田釩鈦磁鐵礦普查報告.內(nèi)部資料)圖中標(biāo)記Zk1701、HG11-50及線段AB代表采樣位置Fig.2 Simplified geological map of the Heigutian Fe-Ti-V oxide layered intrusion and its stratigraphic column The labels of Zk1701，HG11-50 and line AB are the locations of the samples

下部巖相帶從底部往頂部依次為中粗粒結(jié)構(gòu)的橄欖輝石巖、磁鐵輝長巖、含磷灰石輝長巖及中粒輝長巖(圖2)。橄欖輝石巖主要由單斜輝石(60%～80%)和橄欖石(5% ～30%)組成，含少量斜長石(2% ～5%)、Fe-Ti氧化物(1% ～5%)及微量的鉻鐵礦(＜2%)和硫化物(＜0.5%)(圖3a)。橄欖石多為自形-半自形粒狀，中粒-中粗粒結(jié)構(gòu)，粒徑在2～8mm之間，部分橄欖石包含有細(xì)粒的渾圓狀鉻鐵礦顆粒(圖3a)。單斜輝石多為自形-半自形柱狀，與橄欖石緊密堆積形成堆晶結(jié)構(gòu)、或者包含顆粒較小的橄欖石形成包橄結(jié)構(gòu)。磁鐵礦輝長巖可見明顯的磁鐵礦和斜長石定向排列(圖3b)，含有大量磁鐵礦(40% ～70%)和鈦鐵礦(5% ～20%)為主要特征，以及含有10%～50%不等的硅酸鹽礦物(主要為單斜輝石和斜長石)及微量的硫化物(＜1%)(圖3c)。磁鐵礦呈自形粒狀，粒徑在1～3mm之間。鈦鐵礦呈半自形-他形粒狀，粒徑在1～2mm之間。磷灰石輝長巖以單斜輝石(30%～60%)和斜長石(30% ～50%)為主，含較多磷灰石(3% ～8%)及Fe-Ti氧化物(1% ～10%)(圖3d)。中粒輝長巖與磷灰石輝長巖結(jié)構(gòu)特征相似，二者主要差別表現(xiàn)在前者幾乎不含磷灰石(＜0.5%)(圖3e)。上述巖石結(jié)構(gòu)特征表明礦物結(jié)晶早晚順序?yàn)?鉻鐵礦→橄欖石+單斜輝石→單斜輝石+斜長石+Fe-Ti氧化物→單斜輝石+斜長石+磷灰石。上部巖相帶細(xì)粒輝長巖主要由單斜輝石(40%～60%)和斜長石(35% ～55%)組成，并且含量少量Fe-Ti氧化物(2% ～6%)(圖3f)。單斜輝石和斜長石均呈半自形-他形、細(xì)粒結(jié)構(gòu)，粒徑大部分小于0.5mm，二者緊密堆積。礦物結(jié)構(gòu)關(guān)系暗示單斜輝石和斜長石近同時結(jié)晶。部分樣品可見中粒結(jié)構(gòu)斜長石斑晶，呈自形結(jié)構(gòu)，長柱狀，與細(xì)粒單斜輝石與斜長石堆積。不規(guī)則狀Fe-Ti氧化物填隙在單斜輝石和斜長石顆粒之間。

3 采樣及分析方法

本研究樣品采自巖體西段鉆孔22件，包括上部巖相帶的細(xì)粒輝長巖及下部巖相帶的中粒輝長巖和含磷灰石輝長巖。由于西段巖體含礦性較差，本研究同時采集了巖體東段下部巖相帶的橄欖輝石巖和磁鐵輝長巖樣品10件。樣品經(jīng)顎式破碎機(jī)破碎，用瑪瑙研磨儀研磨至200目。此外，采集下部巖相帶中約50kg中粒輝長巖樣品，送廊坊地質(zhì)誠信服務(wù)公司進(jìn)行鋯石挑選。

鋯石U-Pb年齡分析在北京離子探針中心完成，分析儀器為SHRIMP II二次離子探針。年齡校正所用標(biāo)樣為TEM(417Ma)，U、Th、Pb含量由標(biāo)樣 M257(561.3Ma，U=840 ×10－6)來校正。數(shù)據(jù)處理采用 Ludwig(2001a，b)所設(shè)計的SQUID 1.03和 Isoplot/Ex2.49程序進(jìn)行計算，普通 Pb用204Pb進(jìn)行校正。具體分析方法見宋彪等(2002)。分析結(jié)果如表1所示。

圖3 黑谷田含釩鈦磁鐵礦層狀巖體礦物顯微結(jié)構(gòu)及手標(biāo)本照片依次分別為下部巖相帶底部(a)橄欖輝石巖、往上(b)磁體輝長巖中磁鐵礦和斜長石定向排列(手標(biāo)本)、(c)磁體輝長巖(顯微照片)、(d)含磷灰石輝長巖，及(e)頂部中粒輝長巖;(f)為上部巖相帶的細(xì)粒輝長巖.縮寫:Ol-橄欖石;Cpx-單斜輝石;Pl-斜長石;Mt-磁鐵礦;Ilm-鈦鐵礦;Chr-鉻鐵礦;Apt-磷灰石;Oxi-Fe-Ti氧化物;Sul-硫化物Fig.3 Lithological structures and textures of the Heigutian Fe-Ti-V oxide layered intrusion rocks Photos(a)-olivine-pyroxenite;(b)-lineation defined by orientation of magnetite and plagioclase in the magnetite-gabbro;(c)-magnetite-gabbro;(d)-apatite-gabbro and(e)-medium-grained gabbro from base upward of the Lower Zone，respectively;microphotograph(f)showing fine-grained gabbro in the Upper Zone.Ol-olivine;Cpx-clinopyroxene;Pl-plagioclase;Mt-magnetite;Ilm-ilmenite;Chr-chromite;Apt-apatite;Oxi-Fe-Ti oxide;Sul-sulfide

全巖主量元素分析送澳實(shí)分析檢測(廣州)有限公司采用X熒光光譜法完成。三價鐵和二價鐵含量測定采用濕化學(xué)方法分析，分析誤差范圍1%～5%。全巖微量元素在中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所礦床地球化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，測試儀器為Perkin-Elmer Sciex ELAN DRC-e電感耦合等離子體質(zhì)譜儀，分析精度優(yōu)于10%。具體方法見Qi et al.(2000)。樣品主微量元素測試結(jié)果見表2。

Sr-Nd同位素分析在中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所礦床地球化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室測定，分析儀器為Thermo Fisher公司TRITON熱離子質(zhì)譜儀。Sr、Nd同位素的質(zhì)量分餾分別基于86Sr/88Sr=0.1194和146Nd/144Nd=0.7219進(jìn)行校正。國際標(biāo)樣NBS-98786Sr/88Sr的測試值為0.710255±7(n=40)，國際標(biāo)樣 JNdi-1146Nd/144Nd測試值為0.512096±5(n=40)，標(biāo)樣結(jié)果與文獻(xiàn)報道值在誤差范圍內(nèi)一致(分別為0.710252±13和0.512115±7)。分析結(jié)果如表3所示。

表1 黑谷田巖體輝長巖中鋯石SHRIMP U-Pb年齡分析結(jié)果Table 1 SHRIMP U-Pb isotopic data for zircons from the Heigutian gabbro

4 分析結(jié)果

4.1 鋯石SHRIMP U-Pb定年

從分析結(jié)果(表1)中可以得到鋯石U含量在31×10－6～419×10－6之間，Th含量在 24×10－6～468 ×10－6之間，Th/U比值為0.62～1.15，具有典型巖漿鋯石的Th/U比值(Williams et al.，1996;Hoskin et al.，2000)。在諧和曲線年齡圖中(圖4)，樣品數(shù)據(jù)點(diǎn)成群分布，其206Pb/238U年齡的加權(quán)平均值為263±5Ma(n=17，MSWD=0.92)，即黑谷田層狀巖體侵位時代為晚二疊世。

圖4 黑谷田層狀巖體輝長巖(HG11-50)中鋯石SHRIMP U-Pb諧和曲線圖Fig.4 SHRIMP zircon U-Pb concordia diagram of a gabbro(HG11-50)from the Heigutian layered intrusion

4.2 主量元素

如圖5所示，下部巖相帶底部橄欖輝石巖富 MgO(15.3% ～20.4%)及 CaO(10.9% ～13.2%)，貧 Fe2O3T(全Fe2O3，14.4% ～ 17.1%)、TiO2(1.52% ～ 2.44%)及 Al2O3(4.59% ～8.13%)。磁鐵輝長巖以富 Fe2O3T(58.7%～66.6%)、TiO2(13.6% ～15.1%)，貧 CaO(1.83% ～3.51%)及MgO(4.30%～4.83%)為主要特征。含磷灰石輝長巖及中粒輝長巖則富Al2O3(8.15% ～12.3%)及CaO(8.37% ～12.8%)，貧 Fe2O3T(14.8% ～29.3%)、TiO2(3.34% ～11.2%)及 MgO(4.39% ～7.64%)。下部巖相帶巖石的Fe2O3T、TiO2與SiO2呈明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系。相反，除底部橄欖輝石巖外，其它巖石的Al2O3、CaO與SiO2呈明顯正相關(guān)性(圖5a-d)。主量元素之間的變化與Fe-Ti氧化物巖體樣品變化范圍一致，而與含Ni-Cu硫化物巖體的差別顯著(圖5)。

表2 黑谷田巖體巖石中主量(wt%)、微量元素(×10－6)含量分析結(jié)果Table 2 Major oxide(wt%)and trace element(×10－6)concentrations of the rocks of the Heigutian i ntrusion

續(xù)表2Continued Table 2

續(xù)表2Continued Table 2

與下部巖相帶相比，上部巖相帶的細(xì)粒輝長巖的主量元素含量變化很小，主要表現(xiàn)為富 SiO2(42.1% ～48.7%)、Al2O3(12.3% ～14.7%)，貧 Fe2O3T(12.1% ～16.7%)、TiO2(1.82% ～3.10%)，CaO及 MgO的含量分別在10.0% ～13.5%及6.34% ～9.74%之間(表2、圖5)。這些主量元素與SiO2(42.1% ～48.7%)無明顯的相關(guān)關(guān)系(圖5)。

4.3 微量及稀土元素

從微量元素元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化圖中(圖6a-c)可以得到，下部巖相帶橄欖輝石巖以Nb、Ta及Ti明顯富集、Th強(qiáng)烈虧損為主要特征。磁鐵輝長巖、及中粒輝長巖也表現(xiàn)為Nb、Ta、Ti明顯富集及Sr弱正異常、Th強(qiáng)烈虧損以及Zr、Hf輕微虧損，這些特征與攀枝花巖體下部巖相帶的微量元素元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化模式一致(圖6a，b)。含磷灰石輝長巖則表現(xiàn)為明顯的P正異常、Sr負(fù)異常，與攀枝花巖體上部巖相帶含磷灰石輝長巖的微量元素標(biāo)準(zhǔn)化配分模式特征(Song et al.，2013)相似。上部巖相帶細(xì)粒輝長巖出現(xiàn)Eu、Ti微弱富集、Zr、Hf輕微虧損、以及Th強(qiáng)烈負(fù)異常，此外，部分樣品出現(xiàn)弱的Sr正異常(圖6c)。

從稀土元素球粒隕石蛛網(wǎng)圖中(圖6d-f)可以發(fā)現(xiàn)，下部巖相帶橄欖輝石巖出現(xiàn)微弱的中REE富集、重REE虧損。磁鐵輝長巖及輝長巖的REE總量明顯少于橄欖輝石巖，整體表現(xiàn)為右傾趨勢，重REE虧損，有弱的Eu正異常，與攀枝花巖體下部巖相帶的稀土元素標(biāo)準(zhǔn)化配分模式特征相似(Song et al.，2013)。含磷灰石輝長巖的REE總量明顯高于其它巖石，暗示REE主要富集在磷灰石中，并且表現(xiàn)為明顯的右傾、重REE虧損特征。上部巖相帶細(xì)粒輝長巖的REE配分模式較為一致，以LREE富集、HREE虧損右傾為主要特征。

圖5 黑谷田層狀巖體全巖SiO2與Fe2O3T、TiO2、Al2O3、CaO、MgO 二元相關(guān)圖攀枝花巖體數(shù)據(jù)引自Song et al.(2013)，其它巖體數(shù)據(jù)引自Zhou et al.(2008)Fig.5 Plots of SiO2versus Fe2O3T， TiO2， Al2O3， CaO， and MgO for the whole rock of the Heigutian layered intrusion，respectivelyThe data of the Panzhihua intrusion are after Song et al.(2013);the data of other intrusions are after Zhou et al.(2008)

4.4 Sr-Nd同位素

Sr、Nd同位素初始值以263Ma計算得到(表3)。盡管巖體全巖的初始Sr同位素比值 (87Sr/86Sr)263Ma較為均一，但上部、下部巖相帶存在一定差別。下部巖相帶全巖的 (87Sr/86Sr)263Ma在 0.7041～0.7051之間，εNd(263Ma)值在 2.12～4.44之間(除HG11-17為0.52外);而上部巖相帶全巖的(87Sr/86Sr)263Ma在 0.7050～0.7056之間，εNd(263Ma)值在0.62～1.27之間。從(87Sr/86Sr)263Ma與εNd(t)相關(guān)圖中可以看出，黑谷田巖體的樣品落在ELIP高Ti玄武巖投影區(qū)域內(nèi)，與攀枝花、白馬、太和等含F(xiàn)e-Ti氧化物層狀巖體的樣品的投影范圍一致(圖7)。

5 討論

如前所述，與峨眉山大火成巖省內(nèi)帶含F(xiàn)e-Ti氧化物層狀巖體如攀枝花、白馬、紅格等相比，黑谷田巖體的巖性簡單且?guī)r相旋回不發(fā)育，下部、上部巖相帶的巖石組合、元素及同位素地球化學(xué)差別明顯，表明二者成巖過程不同。以下我們主要探討黑谷田巖體的成因機(jī)制。

表3 黑谷田巖體巖石中Sr、Nd同位素成分Table 3 Sr and Nd isotopic compositions of the rocks of the Heigutian intrusion

5.1 巖體侵位年齡及其與峨眉山地幔柱的聯(lián)系

確定巖體侵位年齡是探討巖體成因機(jī)制的一個關(guān)鍵科學(xué)問題。已有大量的年代學(xué)研究表明峨眉山大火成巖省內(nèi)帶的含F(xiàn)e-Ti氧化物礦床大型層狀巖體(如攀枝花為263±3Ma，Zhou et al.，2005;紅格巖體為 259 ±1.3Ma，Zhong and Zhu，2006;白馬巖體為261±2Ma，Zhou et al.，2008)、含 Ni-Cu硫化物礦床小型超基性巖體(如力馬河巖體263±3Ma，朱布巖體為261±2Ma，Zhou et al.，2008)、以及與之在空間上緊密伴生的堿性侵入巖和花崗巖(白馬花崗巖為262±2Ma，Shellnutt et al.，2009b)的侵位年齡集中在 259～263Ma，與峨眉山玄武巖主噴發(fā)年齡一致(～260Ma，Zhou et al.，2002b)，是峨眉山地幔柱活動的產(chǎn)物。但是，也有個別小型巖體侵位年齡較晚，如茨達(dá)超基性巖體(243±0.8Ma，Luo et al.，2013)和安益堿性巖體(245 ±3.5Ma，Yu et al.，2014)，可能代表了峨眉山大火成巖省巖漿活動的晚期階段。

本研究獲得黑谷田層狀巖體的中粒輝長巖中鋯石SHRIMP U-Pb年齡為263±5Ma(圖4)，與峨眉山大火成巖省內(nèi)帶含F(xiàn)e-Ti氧化物礦床大型層狀巖體侵位年齡一致，并且空間上與峨眉山玄武巖空間上密切共生(圖2)，表明黑谷田巖體也是峨眉山地幔柱巖漿主活動期的產(chǎn)物。

5.2 與峨眉山高鈦玄武巖的成因聯(lián)系

峨眉山大火成巖省內(nèi)帶含F(xiàn)e-Ti氧化物層狀巖體是峨眉山地幔柱活動導(dǎo)致石榴石二輝橄欖巖地幔經(jīng)過低程度部分熔融形成的高Ti苦橄質(zhì)巖漿，經(jīng)歷分離結(jié)晶、及微弱地殼物質(zhì)同化混染堆積的產(chǎn)物;而含Ni-Cu硫化物基性-超基性巖體則是尖晶石二輝橄欖巖地幔經(jīng)過高程度部分熔融產(chǎn)生的低Ti高鎂玄武巖或苦橄質(zhì)巖漿，發(fā)生不同程度同化混染及分離結(jié)晶的結(jié)果(Xu et al.，2001;Xiao et al.，2004;Zhou et al.，2008;Song et al.，2009)。如前所述，黑谷田巖體侵入年齡也表明其是峨眉山地幔柱巖漿主活動期的產(chǎn)物。那么，一個重要問題是該巖體與哪個系列的玄武巖具有內(nèi)在成因聯(lián)系?

黑谷田層狀巖體主要以輝長巖、磁鐵輝長巖為主，含少量橄欖輝石巖，并且賦存有Fe-Ti氧化物礦體。巖體的巖石組合特征與峨眉山大火成巖省內(nèi)帶的典型的含F(xiàn)e-Ti氧化物層狀巖體一致，暗示二者可能具有相同性質(zhì)的母巖漿。類似地，黑谷田巖體與含F(xiàn)e-Ti氧化物層狀巖體相同的主量元素演化趨勢、以及與攀枝花巖體相似的微量元素、REE標(biāo)準(zhǔn)化配分模式(圖5、圖6)，一致表明黑谷田巖體可能與富Fe的高Ti玄武巖具有內(nèi)在成因聯(lián)系。與低Ti玄武巖相比，高Ti玄武巖具有低的輕REE/中REE比值及較高的中REE/重REE/比值(Xu et al.，2001，Xiao et al.，2004，Song et al.，2009，He et al.，2010)，因此，利用REE比值可以討論巖石成因類別。在Sm/Yb-La/Sm圖解中，上部巖相帶絕大部分未發(fā)生明顯堆晶作用的樣品(見下文5.3.2節(jié))投影在高Ti玄武巖區(qū)域內(nèi)，而下部巖相帶樣品由于礦物發(fā)生堆晶(見下文5.3.1節(jié))導(dǎo)致其La/Sm比值顯著降低，與攀枝花巖體的巖石投影范圍相同(圖8)。特別是，黑谷田巖體樣品在(87Sr/86Sr)263Ma與εNd(263Ma)相關(guān)圖上的投影區(qū)域與攀枝花、白馬巖體及紅格等含F(xiàn)e-Ti氧化物層狀巖體等高度吻合，落在高Ti玄武巖范圍內(nèi)，而與低Ti玄武巖及其具有密切成巖聯(lián)系的含Ni-Cu硫化物基性-超基性巖體(如力馬河、金寶山巖體)差異明顯(圖7)。黑谷田層狀巖體的巖石組合、元素地球化學(xué)、及Sr-Nd同位素特征一致表明黑谷田巖體與峨眉山高Ti玄武巖具有密切的內(nèi)在成因聯(lián)系。

圖6 黑谷田層狀巖體微量元素標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖和稀土元素標(biāo)準(zhǔn)化配分圖(標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Sun and McDonough，1989)攀枝花巖體數(shù)據(jù)引自Song et al.(2013);峨眉山高Ti和低Ti玄武巖數(shù)據(jù)引自Xu et al.(2001)，Xiao et al.(2004)，Song et al.(2009)，He et al.(2010)Fig.6 Primitive mantle normalized trace element patterns and chondrite normalized rare earth element patterns of rocks from the Heigutian layered intrusion(normalization values after Sun and McDonough，1989)The data of the Panzhihua intrusion are after Song et al.(2013);the data of the Emeishan low-Ti and high-Ti basalts are from Xu et al.(2001)，Xiao et al.(2004)，Song et al.(2009)and He et al.(2010)

5.3 巖漿演化及成巖機(jī)制

5.3.1 下部巖相帶

巖相學(xué)研究表明黑谷田巖體下部巖相帶從底部至頂部依次為橄欖輝石巖、磁鐵輝長巖、含磷灰石輝長巖及中粒輝長巖(圖2)，指示了橄欖石、單斜輝石、斜長石、Fe-Ti氧化物及磷灰石的堆晶作用是導(dǎo)致巖性變化的主要因素。如前所述，巖石結(jié)構(gòu)特征說明主要礦物結(jié)晶順序?yàn)?鉻鐵礦→橄欖石+單斜輝石→單斜輝石+斜長石+Fe-Ti氧化物→單斜輝石+斜長石+磷灰石。這種堆晶作用也反映在SiO2與主量元素的Harker圖解中(圖5)，導(dǎo)致Fe2O3T、TiO2與 SiO2呈明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系，Al2O3、CaO與SiO2呈明顯正相關(guān)性，以及橄欖輝石巖較高的MgO、CaO含量。Ti以及高場強(qiáng)元素如Nb、Ta等分別是磁鐵礦的強(qiáng)相容和中等相容元素，而在單斜輝石、橄欖石、斜長石等礦物中為強(qiáng)不相容元素。相反，REE是單斜輝石的中等不相容元素，而在磁鐵礦中為強(qiáng)不相容元素。因此，單斜輝石堆晶導(dǎo)致巖體底部橄欖輝石巖比磁鐵輝長巖含有較高的REE含量，并且出現(xiàn)弱的中REE正異常;而磁鐵礦堆晶造成磁鐵輝長巖表現(xiàn)出強(qiáng)烈的Ti正異常，及弱的Nb、Ta正異常(圖6a，d)。Sr、Eu是斜長石的相容元素，因此，斜長石堆晶使得二者在磁鐵輝長巖、中粒輝長巖都表現(xiàn)出正異常(圖6a，b，d，e)。類似地，由于REE在磷灰石中為強(qiáng)相容元素 (Fujimaki，1986)，所以磷灰石堆晶導(dǎo)致含磷灰石輝長巖中具有最高的REE含量，并因此造成Sr表現(xiàn)出弱的負(fù)異常(圖6b，e)。

圖7 黑谷田層狀巖體全巖初始(86Sr/87Sr)263Ma-εNd(263Ma)關(guān)系圖含Ni-Cu硫化物巖體數(shù)據(jù)引自Tao et al.(2007，2008);含F(xiàn)e-Ti氧化物層狀巖體數(shù)據(jù)引自Zhou et al.(2005，2008)，Shellnutt et al.(2009b)，Zhang et al.(2009)，Song et al.(2013)，Luan et al.(2014)，She et al.(2014);峨眉山高 Ti和低 Ti玄武巖數(shù)據(jù)引自 Xu et al.(2001)，Xiao et al.(2004)，Song et al.(2009)，He et al.(2010)Fig.7 Plot of the initial(86Sr/87Sr)263Maratios versus εNd(263Ma)values of rocks from the Heigutian layered intrusionThe data of the sulfide-bearing intrusions are from Tao et al.(2007，2008);the data of the oxide-bearing intrusions refer to Zhou et al.(2005，2008)，Shellnutt et al.(2009b)，Zhang et al.(2009)，Song et al.(2013)，Luan et al.(2014)，She et al.(2014);The data of the Panzhihua intrusion are after Song et al.(2013);the data of the Emeishan low-Ti and high-Ti basalts are from Xu et al.(2001)，Xiao et al.(2004)，Song et al.(2009)and He et al.(2010)

圖8 黑谷田層狀巖體全巖Sm/Yb與La/Sm比值相關(guān)圖Song et al.(2013);TiTi攀枝花巖體數(shù)據(jù)Xu引 e自t al.(2001)，Xiao et a峨l.眉(2山00高4)，S和on低g et a玄l.武(2巖00數(shù)9)據(jù)，H引e 自et al.(2010)Fig.8 Plot of Sm/Yb versus La/Sm ratios for the whole rock of the Heigutian layered intrusion The data of the Panzhihua intrusion are after Song et al.(2013);the data of the Emeishan low-Ti and high-Ti basalts are from Xu et al.(2001)，Xiao et al.(2004)，Song et al.(2009)and He et al.(2010)

下部巖相帶一個重要的特征是巖體底部橄欖輝石巖具有高的Cr、Ni含量，特別是其中 Cr的含量(1110×10－6～1730×10－6)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于磁鐵輝長巖中的 Cr(42.9×10－6～53.6×10－6)。Cr在鉻鐵礦中是強(qiáng)相容元素，DCrChr/melt(Cr在鉻鐵礦與巖漿中的分配系數(shù))高達(dá)500(Pearce and Parkinson，1993)。橄欖輝石巖中Cr的富集可能由鉻鐵礦的分離結(jié)晶而導(dǎo)致的。橄欖輝石巖中鉻鐵礦通常被橄欖石包含其中(圖3a)，說明鉻鐵礦早于橄欖石結(jié)晶。在MgO與Cr的相關(guān)圖解中(圖9a)，Cr與MgO呈明顯的正相關(guān)關(guān)系表明鉻鐵礦與橄欖石堆晶造成橄欖輝石巖富集Cr元素。隨著鉻鐵礦的分異，殘余巖漿中Cr含量強(qiáng)烈虧損，導(dǎo)致之后結(jié)晶的磁鐵礦中Cr含量偏低。類似地，盡管Ni在橄欖石和磁鐵礦中都為相容元素(DNiOl/melt=1.35 ～13.6，DNiMt/melt=31～65，Nielsen，1992;Righter et al.，2004)，橄欖石較早結(jié)晶堆積導(dǎo)致殘余巖漿中Ni虧損，因此，底部橄欖輝石巖的Ni含量高于磁鐵輝長巖(圖9b)。相反，由于P在橄欖石、單斜輝石及Fe-Ti氧化物中都為不相容元素 (Jones，1995;Bindeman et al.，1998)，隨著這些礦物分離結(jié)晶的進(jìn)行殘余巖漿中P含量不斷增大，促使磷灰石結(jié)晶堆積(圖9c)。下部巖相帶巖性從底部到頂部簡單變化且?guī)r相旋回不發(fā)育，以及不同巖石中Cr、Ni及P等元素在變化特征表明這些巖石具有成因聯(lián)系，是同一期母巖漿侵入演化堆晶的產(chǎn)物。

圖9 黑谷田層狀巖體全巖MgO與Cr、Ni、Y以及Sr與Ti/Y比值二元相關(guān)圖Fig.9 Plots of MgO versus Cr，Ni，and Y，Sr versus Ti/Y ratios for the whole rock of the Heigutian layered intrusion

已有大量研究發(fā)現(xiàn)峨眉山大火成巖省內(nèi)帶含釩鈦磁鐵礦層狀巖體經(jīng)歷不同程度的地殼同化混染。基于攀枝花巖體的Sr-Nd同位素特征(εNd(t)=0～4，(87Sr/86Sr)t=0.7039～0.7053)，Zhou et al.(2008)和Song et al.(2013)認(rèn)為巖體母巖漿演化成巖過程中沒有發(fā)生明顯的地殼混染。類似地，白馬和太和巖體高的εNd(t)值(分別為1～5及0.3～3.6)和低 (87Sr/86Sr)t值(分別為0.7047～0.7052及0.7049～0.7056)也說明成巖時沒有經(jīng)歷顯著的地殼混染 (Zhou et al.，2008)。相反，紅格巖體比其它巖體具有相對富集的εNd(t)值(－2.8～ －0.1)和高的 (87Sr/86Sr)t值(0.7057～0.7076)，表明其經(jīng)歷了約10%的圍巖變質(zhì)砂巖同化混染(Luan et al.，2014)。黑谷田層狀巖體下部巖相帶各巖性非常低的 Th/Nb(0.01～0.08)、Zr/Nb(3.07～8.68，除一個樣品為13.3外)與OIB的這些元素比值相似(Th/Nb=0.06，Zr/Nb=4.15;Sun and McDonough，1989)，暗示下部巖相帶的同化混染作用并不顯著。特別是，巖石較虧損的 εNd(263Ma)值(2.12～4.44，除HG11-17為0.52外)和較低的(87Sr/86Sr)263Ma值(0.7041～0.7051)一致說明母巖漿演化成巖過程中地殼同化混染作用并不強(qiáng)烈。

5.3.2 上部巖相帶

與下部巖相帶不同，上部巖相帶的除3個樣品(HG11-8，-9，-19)含有少量中粒斜長石外，其它巖石均為細(xì)粒輝長巖。上部巖相帶局部與直接玄武巖接觸(圖2)，暗示巖漿房位置較淺。細(xì)粒輝石、斜長石及Fe-Ti氧化物均勻的緊密堆積(圖3f)表明上部巖相帶是巖漿侵入后快速降溫、沒有經(jīng)歷充分的分離結(jié)晶、尚未發(fā)生顯著堆晶作用固結(jié)的產(chǎn)物。因此，巖石的主量元素含量變化很小，除個別樣品表現(xiàn)弱的Sr正異常，大部分樣品的微量與稀土元素標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖配分模式極其相似(圖5、圖6)。在MgO與Cr、Ni及Y等微量元素相關(guān)圖解中，上部巖相帶的巖石中這些元素的含量落在下部巖相帶不同巖性的樣品之間(圖9a-c)，暗示上部細(xì)粒輝長巖并非下部巖相帶殘余巖漿演化分離結(jié)晶的產(chǎn)物，而是不同期次的巖漿侵入演化的結(jié)果。

上部巖相帶細(xì)粒輝長巖的Th/Nb(0.01～0.02)、Zr/Nb(2.91～5.00)比值很低，暗示其成巖過程中也未經(jīng)歷強(qiáng)烈的地殼物質(zhì)同化混染作用。然而，與下部巖相帶相比，細(xì)粒輝長巖具有低的εNd(263Ma)值(0.62～1.27)及高的(87Sr/86Sr)263Ma值(0.7041 ～ 0.7051)。從(87Sr/86Sr)263Ma與 εNd(263Ma)相關(guān)圖上得到，上部巖相帶巖石投影落在攀枝花、白馬巖體與紅格巖體之間，表明上部巖相帶成巖過程中經(jīng)歷了比下部巖相帶相對較為強(qiáng)烈的圍巖同化混染作用。

5.4 Fe-Ti氧化物成礦機(jī)制及對找礦的指示意義

最新研究表明峨眉山大火成巖省內(nèi)帶層狀巖體Fe-Ti氧化物成礦與巖漿通道系統(tǒng)密切關(guān)聯(lián)，含礦層狀巖體可能處于大量玄武巖漿向上運(yùn)移的通道部位。對攀枝花、白馬、紅格、太和等巖體的巖相學(xué)、礦物學(xué)、及元素地球化學(xué)的綜合研究和對比，表明Fe-Ti氧化物是苦橄質(zhì)巖漿在深部巖漿房經(jīng)歷硅酸巖礦物分離結(jié)晶形成高氧逸度富鐵鈦的玄武質(zhì)巖漿上侵、磁鐵礦較早分離結(jié)晶的產(chǎn)物;釩鈦磁鐵礦礦層是巖漿通道內(nèi)巖漿多次補(bǔ)充、流動過程Fe-Ti氧化物經(jīng)重力作用分選堆積等一系列過程的耦合(Zhang et al.，2012;Song et al.，2013;Luan et al.，2014;She et al.，2014)。

黑谷田巖體下部巖相帶從底部向上依次為橄欖輝石巖、磁鐵輝石巖、含磷灰石輝長巖及中粒輝長巖(圖2)，頂部未見峨眉山大火成巖省內(nèi)巖漿演化晚期形成的正長巖和/或花崗巖(Zhong et al.，2011)。這種巖相特征表明黑谷田巖體處于巖漿通道系統(tǒng)上，形成下部巖相帶的殘余巖漿通過巖漿通道運(yùn)移到地表或其它地方。巖體底部的橄欖輝石巖與上覆的磁鐵輝長巖之間的Cr和Ni含量以及二者與MgO的相關(guān)關(guān)系，表明磁鐵輝長巖是形成橄欖輝石巖之后的殘余巖漿發(fā)生磁鐵礦(以及單斜輝石和/或斜長石)分離結(jié)晶堆積的產(chǎn)物。由于下部巖相帶成巖過程中沒有經(jīng)歷明顯的圍巖同化混染作用(見5.3.1)，因此，母巖漿發(fā)生橄欖石和單斜輝石的分離結(jié)晶可能導(dǎo)致殘余巖漿在對氧封閉的體系下氧逸度逐漸升高，促使Fe-Ti氧化物從巖漿中分離結(jié)晶。峨眉山大火成巖省內(nèi)帶其它巖體(如攀枝花、白馬)的MELTS模擬計算得到Fe-Ti氧化物總是與硅酸鹽礦物共結(jié)，并且前者的量通常少于后者 (Zhang et al.，2012;Song et al.，2013)。黑谷田巖體磁鐵輝長巖中磁鐵礦的含量明顯高于硅酸鹽礦物(圖3b，c)，并且較厚的釩鈦磁鐵礦氧化物礦體主要賦存在東段巖體底部下凹部位(圖2)，以及磁鐵輝長巖出現(xiàn)顯著的磁鐵礦和斜長石定向排列特征(圖3b)，表明經(jīng)歷了磁鐵礦的流動分異作用，F(xiàn)e-Ti氧化物在巖漿流動過程中由于重力分選堆積成礦。

黑谷田巖體Fe-Ti氧化物成礦對鐵礦的勘探找礦具有重要指示意義。由于峨眉山大火成巖省內(nèi)帶目前發(fā)現(xiàn)的大型-超大型釩鈦磁鐵礦通常賦存在大型層狀巖體中，對小型層狀巖體的成礦潛力研究以及勘探找礦工作較為薄弱。黑谷田巖體賦存有良好的釩鈦磁鐵礦體這一發(fā)現(xiàn)表明小型層狀巖體也具有一定的成礦潛力。因此，在勘探找礦時小型基性-超基性層狀巖體是不可忽視的對象。

6 結(jié)論

黑谷田含釩鈦磁鐵礦層狀巖體的鋯石SHRIMP U-Pb年齡為263±5Ma，表明其是峨眉山地幔柱巖漿主活動期的產(chǎn)物，并且與峨眉山高Ti玄武巖具有內(nèi)在的成因聯(lián)系。巖體上部和下部巖相帶是兩期巖漿侵入演化的產(chǎn)物:下部巖相帶是富Fe-Ti玄武質(zhì)巖漿上侵后經(jīng)歷橄欖石、單斜輝石、磁鐵礦、及斜長石等礦物分離結(jié)晶、堆積的產(chǎn)物;上部巖相帶是同源不同期次的富Fe-Ti玄武質(zhì)巖漿未發(fā)生充分的礦物分離結(jié)晶作用、相對快速固結(jié)的結(jié)果。黑谷田巖體母巖漿經(jīng)過橄欖石和單斜輝石分離結(jié)晶導(dǎo)致殘余巖漿氧逸度增加，并促使磁鐵礦分離結(jié)晶，是氧化物成礦的先決條件，巖漿流動過程中Fe-Ti氧化物重力作用堆積形成釩鈦磁鐵礦體。黑谷田巖體釩鈦磁鐵礦成礦與巖漿通道系統(tǒng)密切相關(guān)，表明小型基性-超基性層狀巖體也具有釩鈦磁鐵礦礦床的找礦潛力。

致謝 野外工作得到四川省煤田地質(zhì)工程勘察設(shè)計院的大力協(xié)助;微量元素分析得到中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所礦床地球化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室胡靜和黃艷工程師的幫助;Sr-Nd同位素分析得到礦床地球化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室李曉彪高級工程師和肖芳工程師的指導(dǎo);兩位匿名審稿人對本文提出了具有建設(shè)性的意見和建議;在此一并謹(jǐn)致謝意。

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