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        四川拉拉IOCG礦床氣成-熱液成礦期磁鐵礦地球化學(xué)特征及其成礦意義

        2021-04-08 07:33:30張進(jìn)平黃從俊
        礦產(chǎn)與地質(zhì) 2021年1期
        關(guān)鍵詞:成因成礦

        張進(jìn)平,黃從俊

        (1.山東省第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院,山東 濰坊 261021;2.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局成都地質(zhì)調(diào)查中心,四川 成都 610081)

        0 引言

        磁鐵礦屬于尖晶石族,是常見的礦石礦物或副礦物,可形成于許多地質(zhì)環(huán)境,其化學(xué)成分中常含有少量或微量Co、Mg、Mn、Ni、V等元素,其性質(zhì)與Fe2+相似,常呈類質(zhì)同像置換Fe2+進(jìn)入磁鐵礦礦物晶格,不同成因磁鐵礦具有不同的元素組成特征,其變化的地球化學(xué)成分特征是一個(gè)重要的礦物成因指示劑[1-5]。對(duì)磁鐵礦進(jìn)行元素地球化學(xué)特征及成因類型方面的研究,可以為礦床的成因研究提供依據(jù)[6-7]。磁鐵礦是拉拉IOCG礦床主要的礦石礦物和Fe質(zhì)的載體之一,其成因類型是研究礦床成因的重要內(nèi)容,也是關(guān)鍵的突破口之一;氣成-熱液成礦期是拉拉IOCG礦床鐵-銅富礦石主要產(chǎn)出期;據(jù)此,本文選擇拉拉IOCG礦床中氣成-熱液成礦期磁鐵礦進(jìn)行電子探針分析,討論其元素地球化學(xué)特征及成因信息,并探討磁鐵礦結(jié)晶作用與Cu-Au硫化物成礦的聯(lián)系。

        1 礦床地質(zhì)特征

        拉拉Fe-Cu多金屬礦床是揚(yáng)子地塊西緣典型的鐵氧化物-銅-金(IOCG)礦床[8-11]。礦區(qū)主要出露有古元古代末期河口群綠片巖相-低角閃巖相變質(zhì)火山-沉積巖、中元古代末期會(huì)理群低綠片巖相變質(zhì)火山-沉積巖、新元古代輝綠巖和輝長(zhǎng)巖基性巖脈以及第四系(圖1)。河口群(Pt1Hk)由下至上包括長(zhǎng)沖組、落凼組和大營(yíng)山組,其中拉拉IOCG礦床賦存于落凼組中(圖2);落凼組主要為(石榴石)黑云母片巖、黑云母鈉長(zhǎng)片巖、鈉長(zhǎng)石變粒巖、結(jié)晶大理巖、(磁鐵礦±石英)鈉長(zhǎng)石巖及鈉長(zhǎng)石角礫巖。

        圖1 拉拉IOCG礦區(qū)區(qū)域地質(zhì)及礦產(chǎn)分布圖(底圖據(jù)文獻(xiàn)[11])Fig.1 Regional geology and mineral distribution map of Lala IOCG mining area[11]1—第四系 2—震旦系至顯生宙 3—會(huì)理群 4—河口群長(zhǎng)沖組 5—河口群落凼組 6—河口群大營(yíng)山 7—花崗斑巖侵入體 8—輝長(zhǎng)巖侵入體 9—地質(zhì)界線 10—斷層 11—礦體 12—采礦點(diǎn)

        圖2 河口群地層柱狀圖Fig.2 Histogram of the Hekou Group

        拉拉銅礦自西向東分為落凼、落東和石龍3個(gè)礦區(qū);礦區(qū)的構(gòu)造主要為EW向和SN向,EW向的F1斷層切錯(cuò)落東礦體,西端北西側(cè)為落凼礦體,東端南東側(cè)為石龍礦體,SN向的F29和F13斷層限制了F1斷層的延伸,分別構(gòu)成了礦區(qū)的東西邊界(圖1)。礦區(qū)北部有河口復(fù)式背斜南翼的軸向約NE20°的雙獅拜象背斜,其南部由一系列小型背斜和向斜組成。礦體呈層狀、似層狀、透鏡狀產(chǎn)出;礦石類型有黑云母片巖型、黑云母鈉長(zhǎng)片巖型、鈉長(zhǎng)石變粒巖型、磁鐵石英鈉長(zhǎng)巖型、鈉長(zhǎng)巖型、富螢石氣液角礫巖型以及熱液脈型;礦石構(gòu)造主要為條帶狀、浸染狀、塊狀、角礫狀及脈狀。

        前人研究表明,拉拉IOCG礦床經(jīng)歷了火山-沉積成礦期、變質(zhì)成礦期、氣成-熱液成礦期和熱液成礦期四期成礦作用(表1),其中氣成-熱液成礦期(~1097 Ma~907 Ma)為礦床的主要成礦期,亦即磁鐵礦+黃銅礦富礦石主要產(chǎn)出時(shí)期,以大量輝鉬礦+螢石熱液組合出現(xiàn)為標(biāo)志,發(fā)生廣泛白云母化、鈉長(zhǎng)石化、碳酸鹽化和綠泥石化等交代蝕變作用,碳酸鹽礦物交代鈉長(zhǎng)石呈碎布狀或篩狀,早期的片理已不清晰,礦石中殘留一些早期礦物的殘片或礦石的碎塊,呈角礫狀分布[11]。

        表1 拉拉IOCG礦床礦物生成順序簡(jiǎn)表[11]Table 1 The paragenetic sequence of minerals in Lala IOCG deposit[11]

        2 樣品與分析方法

        2.1 拉拉IOCG礦床中磁鐵礦巖相學(xué)特征

        根據(jù)手標(biāo)本及顯微鏡下礦相學(xué)觀察,拉拉IOCG礦床氣成-熱液成礦期粗粒自形晶磁鐵礦[Mt(Ⅳ)],產(chǎn)出于磁鐵石英鈉長(zhǎng)巖型富礦石中,呈稠密浸染狀分布(圖3a),Mt(Ⅳ)呈粗粒的自形的八面體單晶或集合體產(chǎn)出,與熱液黃銅礦、輝鉬礦、石英和磷灰石共生,粒徑為0.5~6 mm,鐵黑色,半金屬光澤(圖3b)。

        圖3 拉拉IOCG礦床中氣成-熱液成礦期磁鐵礦手標(biāo)本及礦相顯微照片F(xiàn)ig.3 Hand specimen and micrograph of magnetite of gas-hydrothermal mineralization phase in Lala IOCG deposit(a)塊狀磁鐵石英鈉長(zhǎng)巖型黃銅礦礦石,磁鐵礦Mt(Ⅳ)呈粗大的單顆粒自形—半自形晶或集合體,黃銅礦浸染狀分布;(b)粗粒自半形晶和自形晶集合體狀磁鐵礦Mt(IV),與石英、鈉長(zhǎng)石和黃銅礦共生。Ab—鈉長(zhǎng)石 Ccp—黃銅礦 Mt—磁鐵礦 Qz—石英

        2.2 磁鐵礦電子探針分析方法

        在礦相學(xué)顯微鏡下圈定光薄片中氣成-熱液成礦期磁鐵礦進(jìn)行電子探針成分分析測(cè)試。分析工作在中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局礦產(chǎn)綜合利用研究所電子探針實(shí)驗(yàn)室完成,測(cè)試儀器為EPMA-1720型電子探針儀,工作條件:加速電壓15 kV,電流20 nA,束斑直徑5 μm;采用ZAF3法校正數(shù)據(jù)。分析精度為0.01%,誤差范圍小于2%。分析結(jié)果見表2。

        3 分析結(jié)果

        根據(jù)電子探針分析結(jié)果(表2),可將拉拉IOCG礦床中氣成-熱液成礦期磁鐵礦的元素組成分為主要成分和次要成分兩類。磁鐵礦的主要成分為TFeO,w(TFeO)變化于91.326%~92.541%之間,平均91.883%,占總成分的99.2%。次要成分包括Al2O3、CaO、MgO、TiO2、SiO2、Ga2O3、MnO、V2O5、Cr2O3和NiO,次要成分總量占成分總和的0.008%。

        表2 拉拉IOCG礦床磁鐵礦電子探針成分特征Table 2 Electron probe composition of magnetite of gas-hydrothermal mineralization phase in Lala IOCG deposit

        4 討論

        4.1 磁鐵礦的晶體化學(xué)式

        礦物的晶體化學(xué)式,除了能表示礦物化學(xué)組分的種類和數(shù)量比外,還能反映礦物中原子的結(jié)合情況,是礦物中各元素特征的直接顯示。要反映磁鐵礦的晶體化學(xué)特征,首先需對(duì)磁鐵礦晶體化學(xué)式進(jìn)行計(jì)算,但由于電子探針分析不能分辨Fe的價(jià)態(tài),所以要計(jì)算磁鐵礦的晶體化學(xué)式,首先要計(jì)算磁鐵礦中FeO和Fe2O3的含量。

        磁鐵礦化學(xué)通式為AB2O4[12],因知其Fe3+的存在形式,故直接采用電價(jià)平衡和質(zhì)量守恒方法進(jìn)行理想化學(xué)配比法計(jì)算其中FeO和Fe2O3的含量;以磁鐵礦化學(xué)式中的陽(yáng)離子總數(shù)保持不變、陽(yáng)離子的正電荷與陰離子負(fù)電荷始終相等為基礎(chǔ),近似地計(jì)算礦物中不同價(jià)態(tài)Fe離子的比例和各自的相對(duì)含量,計(jì)算結(jié)果見表2。

        由表2可見,磁鐵礦經(jīng)調(diào)整后的w[(FeO*)+(Fe2O3*)] 約占總量的99%,且有n(FeO*):n(Fe2O3*)≈1∶1(n為摩爾數(shù)),表明其為典型磁鐵礦。

        本文采用氧原子計(jì)算法來進(jìn)行磁鐵礦中陽(yáng)離子在單位晶胞中的數(shù)量,從而進(jìn)行磁鐵礦晶體化學(xué)式的相關(guān)計(jì)算。該方法的理論基礎(chǔ)是已知礦物成分通式,且礦物單位晶胞中所含的氧原子數(shù)是固定不變的,它不以陽(yáng)離子的類質(zhì)同像替代而改變。拉拉IOCG礦床中磁鐵礦晶體化學(xué)式計(jì)算結(jié)果見表3。

        表3 拉拉IOCG礦床中氣成-熱液成礦期磁鐵礦晶體化學(xué)式計(jì)算結(jié)果Table 3 Crystal chemical formula of magnetite of gas-hydrothermal mineralization phase in Lala IOCG deposit

        4.2 磁鐵礦的成因

        氣成-熱液成礦期磁鐵礦(Ⅳ)中w(V)為319.451×10-6~879.891×10-6(平均559.039×10-6),w(Ti)為126×10-6~2148×10-6(平均690.75×10-6),SiO2含量低(平均0.1%)(表2),均顯示其具有典型熱液成因磁鐵礦特征[2,13];各成分含量與綠片巖相區(qū)域變質(zhì)礦床中熱液磁鐵礦組成相似[1](表2)。

        同位素研究表明,與氣成-熱液成礦期磁鐵(Ⅳ)礦平衡的流體的δ18Ofluid值介于8.8‰~11.7‰之間[10],與澳大利亞的Starra、Ernest Hery及Olympic Dam礦床中同階段磁鐵礦流體特征一致,可能為巖漿水來源[14-15];而充填氣成-熱液成礦期磁鐵礦(Ⅳ)粒間空隙或交代磁鐵礦(Ⅳ)的他形黃銅礦(Ⅳ)的δ34S值變化于-3.2‰~+3.2‰之間,平均約為0.1‰,表明了巖漿硫的貢獻(xiàn)占主導(dǎo)[10];說明Mt(Ⅳ)為巖漿熱液成因磁鐵礦。

        Dupuis and Beaudoin(2011)通過對(duì)世界上不同成因類型礦床中磁鐵礦和赤鐵礦的測(cè)試總結(jié)研究,建立了針對(duì)各種類型礦床的磁鐵礦-赤鐵礦成因分類的圖解[5](圖4),認(rèn)為該圖解能很好的區(qū)分IOCG型、矽卡巖型、斑巖型、Kiruna型、BIF型和釩鈦-鐵型礦床中磁鐵礦。將氣成-熱液成礦期磁鐵礦(Ⅳ)相應(yīng)成分投在圖4中,Mt(Ⅳ)絕大多數(shù)則投在了IOCG型磁鐵礦區(qū)域,表明其應(yīng)為巖漿/熱液成因IOCG型磁鐵礦。

        圖4 磁鐵礦(Ca+Al+Mn)-(Ti+V)成因分類圖解 (底圖據(jù)文獻(xiàn)[5])Fig.4 Genesis classification diagram of (Ca+Al+Mn) -(Ti+V) of magnetite[5]

        林師整(1982)根據(jù)3000多個(gè)磁鐵礦化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)建立了TiO2- Al2O3- (MgO+ MnO) 磁鐵礦成因三角圖解[3](圖5),將磁鐵礦成因分為6種:侵入巖中副礦物型及巖漿型、火山巖型、接觸交代型、矽卡巖型和沉積變質(zhì)型;并提出自然界產(chǎn)出的磁鐵礦從內(nèi)生作用到外生作用,從巖漿階段到巖漿期后階段,總是由富Ti向相對(duì)富Mg、Mn演化,而這種規(guī)律同時(shí)也表明礦物在各種地質(zhì)作用中具有一定的發(fā)展繼承關(guān)系。將拉拉IOCG礦床中氣成-熱液成礦期磁鐵礦(Ⅳ)的相應(yīng)成分投在該圖中,可見數(shù)據(jù)點(diǎn)幾乎都不在既定的6種磁鐵礦成因區(qū)域內(nèi),可見IOCG型礦床中磁鐵礦成因類型在該圖解中尚為空白,基于前述研究結(jié)論,筆者在此將圖解中Ⅶ區(qū)域定義為為巖漿-熱液成因IOCG型磁鐵礦(圖5)。

        4.3 磁鐵礦結(jié)晶與Cu(Au)-Fe硫化物成礦關(guān)系

        從礦物共生關(guān)系研究結(jié)果(表1、圖3)可知,在拉拉IOCG礦床中,各階段磁鐵礦的結(jié)晶開始和結(jié)束總是先于含金黃銅礦,兩者為先后生成或超覆生成關(guān)系,這是為什么呢?

        5 結(jié)論

        1)氣成-熱液成礦期粗粒自形晶磁鐵礦為巖漿熱液成因,為典型IOCG型磁鐵礦。

        2)磁鐵礦的結(jié)晶作用所伴隨的硫酸鹽還原作用,是隨后的含Cu-Au硫化物先決條件;初始的高氧氧逸度可使大規(guī)模Cu-Au元素進(jìn)行有效的遷移聚集,是礦床形成的必要條件;降低氧化還原電位是形成拉拉IOCG礦床的最關(guān)鍵和最直接原因之一。

        3)研究結(jié)果補(bǔ)充了林師整(1982)建立的磁鐵礦成因判別圖解空白部分,可作為今后磁鐵礦成因判別研究的參考。

        致謝:感謝中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局礦產(chǎn)綜合研究所盧文全高級(jí)工程師在磁鐵礦電子探針分析方面的幫助;感謝審稿人的建設(shè)性意見和建議。

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