攀枝花米易地區白馬含礦巖體主量元素地球化學特征及其地質意義

歐何瓊, 陳友良, 郭濤, 郭彥宏 , 殷桂芹

(1.成都理工大學地球科學學院, 四川 成都 610059;2.成都理工大學地學與核技術四川省重點實驗室, 四川 成都 610059;3.核工業二○八大隊，內蒙 包頭 014000)

攀西地區位于揚子陸塊西緣，處于著名的攀西裂谷中部，是我國重要的成礦區帶之一，也是我國重要的黑色、有色、稀土—稀有等礦產品生產基地[1]。攀西地區層狀基性-超基性含礦巖體以賦存超大型釩鈦磁鐵礦礦床而聞名于世，是我國重要的鐵礦產地和釩鈦資源基地[2]。攀西地區屬于峨眉山大火成巖省內帶，是世界上最大的釩鈦磁鐵礦礦集區，其中太和、白馬、攀枝花、紅格、新街等幾大含礦巖體自北向南分布[3]。

白馬鐵礦為中國西南五大鐵礦山之一，鐘祥等研究認為白馬含礦巖體是一個大型的含釩鈦磁鐵礦鎂鐵質-超鎂鐵質雜巖體，其形成時間與峨眉山玄武巖噴發時間基本一致[4]。張招崇等、胡瑞忠等發現白馬鐵礦的巖體母巖漿都是Ti-Fe含量高的玄武質巖漿，是高鈦苦橄質巖漿分異結晶形成[5-6]。宋謝炎等認為含有釩鈦磁鐵礦的巖體與峨眉山高Ti玄武巖相關性極強，且兩者在地球化學特征上具有內在的成因聯系[7]。張曉琪等認為白馬鐵礦可能存在多次巖漿補充，每一次補充巖漿由于深部巖漿房分離結晶具有較高的Fe2O3含量和較高的Fe3+/Fe2+比值，使得Ti-Fe氧化物較早結晶[8]。本文在野外詳細調查和取樣分析的基礎上，對白馬含礦巖體的主量元素地球化學特征展開研究，以期為攀西地區釩鈦磁鐵礦的研究和白馬巖體的巖漿演化提供新的依據。

1 礦區地質特征

白馬鐵礦在大地構造位置上處于揚子陸塊西緣的康滇地軸中段的瀘定—米易臺拱之米易穹斷束上，位處元謀-綠汁江斷裂東側(圖1a)。礦區地處攀枝花市東北部的米易縣白馬鎮，距攀枝花市區東北方向約100 km(圖1b)。礦區出露的地層主要包括中元古界會理群天寶山組、震旦系觀音崖組與燈影組以及二疊系上統峨眉山玄武巖地層。會理群天寶山組為一套淺變質巖系，巖性主要由絹云母石英片巖、角閃片巖、花崗片麻巖、大理巖、變質砂巖等組成。震旦系觀音崖組與燈影組為一套碎屑巖-碳酸鹽巖建造。二疊系上統峨眉山玄武巖以玄武質熔巖為主，由熔巖夾火山角礫巖、凝灰巖組成，厚度大約1000 m。白馬巖體主要侵位于中元古界會理群天寶山組中。

礦區內巖漿巖十分發育，侵入巖主要為華力西早期-燕山期的各種酸性、基性-超基性以及堿性侵入巖類；噴出巖則主要為廣泛分布的晚二疊紀峨眉山玄武巖。白馬含礦巖體是礦區內分布最廣的基性-超基性層狀侵入巖體，大致呈南北向展布，長度為24 km，寬度為2～6 km，地表分布面積約100 km2，巖體延伸深度大于500 m，其形成時代為258.5±3.5 Ma[10]。經本次詳細的鏡下鑒定，白馬巖體的主體巖石類型為輝長巖類，包括角閃輝長巖，橄欖輝長巖以及偉晶狀輝長巖等。巖石的造巖礦物組合基本相似，均為“斜長石+含鈦普通輝石+橄欖石”組合，只是由于各種礦物含量的變化以及結構、構造的不同，從而形成比較復雜的、多種多樣的巖石類型，并進而構成若干個巖層。不同巖性的巖石加入不同含量的鈦鐵氧化物后又形成不同類型的礦石，進而構成若干個礦體及含礦層。其中磁鐵礦化橄欖輝長巖是最主要的礦石類型。礦區內斷裂構造較為發育，以NE向為主，將白馬含礦巖體由北向南切割為夏家坪、及及坪、田家村、青杠坪及馬檳榔等5個礦段(圖1c)[9]。本次選取白馬礦區中北部的及及坪礦段進行研究，該礦段約占白馬礦區總產量的80%。礦段巖體出露良好，分帶齊全，具有較好的代表性。含礦層狀輝長巖體總體上朝西傾斜，從東至西，依次分為IV、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ共4個礦層。

圖1 白馬含礦巖體平面地質簡圖(據陳富文等修改[9])

2 樣品采集與分析方法

本次研究在白馬鐵礦及及坪礦段含礦巖體中共采集了19件樣品，在進行樣品統計分析時，將TFe含量≥25%以上的樣品作為礦石，TFe<25%的作為賦礦圍巖。礦石類型主要為橄欖輝長巖礦石和輝石橄長巖礦石，賦礦圍巖主要為角閃輝長巖，橄欖輝長巖以及偉晶狀輝長巖，所有樣品均進行了詳細的巖礦鑒定。

樣品全巖主量元素含量分析由核工業二三○研究所分析測試中心實驗室完成，主量元素的分析采用AB104L AL104 AxiosmAX X射線熒光光譜儀，測試方法和依據為GB/T 14506.14-2010(硅酸鹽巖石化學分析方法)。測試精度優于1%，分析質量監控結果表明樣品分析質量滿足研究要求。

3 分析結果

白馬鐵礦及及坪礦段含礦巖體中不同礦層礦石與賦礦圍巖樣品的主量元素含量見表1，各類巖、礦石主量元素組成特征分述如下：

3.1 角閃輝長巖

角閃輝長巖樣品主要采于Ⅳ礦層，Ⅱ、Ⅲ礦層各有1個。角閃輝長巖SiO2含量39.87%～46.49%，平均值44.39%；Al2O3含量11.65%～16.53%，平均值14.71%；Fe2O3含量范圍為3.06%～11.56%，平均值為6.13%；FeO含量范圍為6.21%～9.11%，平均值為7.74%；MgO含量范圍為5.56%～9.55%，平均值為7.67%；CaO含量范圍為8.00%～13.41%，平均值為10.39%；Na2O含量范圍為1.71%～3.07%，平均值為2.39%；K2O含量范圍為0.27%～1.47%，平均值為0.87%；TiO2含量范圍為1.75%～4.08%，平均值為2.60%；MnO含量范圍為0.154%～0.239%，平均值為0.187%；P2O5含量范圍為0.027%～0.529%，平均值為0.242%。樣品的鋁飽和指數范圍為0.504～0.714，堿飽和指數范圍0.230～0.424，屬于偏鋁質巖石；鎂指數范圍為43.86～61.29，平均值為50.77，低于原始巖漿(68～75)，反應巖漿可能經歷了一定程度結晶分異作用或地殼同化混染作用。

3.2 橄欖輝長巖

橄欖輝長巖樣品采自Ⅰ、Ⅱ礦層。樣品中SiO2含量在31.41%～42.93%之間，平均值為37.71%；Al2O3含量范圍為9.12%～19.67%，平均值為13.83%；Fe2O3含量范圍為6.42%～ 14.78%，平均值為11.33%；FeO含量范圍為6.40%～16.01%，平均值為10.70%；MgO含量范圍為6.09%～14.35%，平均值為9.64%；CaO含量范圍為5.30%～10.88%，平均值為8.50%；Na2O含量范圍為1.09%～3.23%，平均值為2.04%；K2O含量范圍為0.14%～0.28%，平均值為0.21%；TiO2含量范圍為2.42%～4.65%，平均值為3.80%；MnO含量范圍為0.152%～0.307%，平均值為0.232%；P2O5含量范圍為0.049%～0.089%，平均值為0.070%。鋁飽和指數范圍為0.489～0.914，堿飽和指數范圍0.213～0.283，屬于偏鋁質巖石；鎂指數范圍為39.51～47.13，平均值為45.13，低于原始巖漿(68～75)，反應巖漿可能經歷了一定程度結晶分異作用或地殼同化混染作用。

3.3 偉晶狀輝長巖

偉晶狀輝長巖樣品采于Ⅰ、Ⅳ礦層。樣品中SiO2含量在29.64%～40.38%之間，平均值為35.81%；Al2O3含量范圍為6.30%～15.20%，平均值為10.85%，相對于前兩種賦礦圍巖來說，含量偏低；Fe2O3含量范圍為8.14%～19.88%，平均值為12.95%；FeO含量范圍為9.44%～12.70%，平均值為11.59%；MgO含量范圍為6.97%～9.78%，平均值為7.96%；CaO含量范圍為9.74%～11.32%，平均值為10.71%；Na2O含量范圍為0.51%～2.02%，平均值為1.39%；K2O含量范圍為0.13%～0.25%，平均值為0.20%；TiO2含量范圍為2.95%～6.75%，平均值為4.92%；MnO含量范圍為0.193%～0.282%，平均值為0.239%；P2O5含量范圍為0.129%～0.418%，平均值為0.232%。鋁飽和指數范圍為0.298～0.712，堿飽和指數范圍0.156～0.267，屬于偏鋁質巖石；鎂指數范圍為35.7～43.16，平均值為37.91，低于原始巖漿(68～75)，反應巖漿可能經歷了一定程度結晶分異作用或地殼同化混染作用。

3.4 礦石

橄欖輝長巖礦石在4個礦層均有采集，且在Ⅳ礦層采集了一個輝石橄長巖礦石。礦石SiO2含量在15.25%～26.94%之間，平均值為20.30%，由于出現鐵元素異常富集，導致SiO2含量相對降低；Al2O3含量范圍為4.63%～11.57%，平均值為7.24%，相對賦礦圍巖來說明顯較低；Fe2O3含量范圍為22.20%～44.06%，平均值為28.66%；FeO含量范圍為7.12%～21.83%，平均值為17.56%；MgO含量范圍為5.49%～13.42%，平均值為10.46%；CaO含量范圍為1.17%～5.54%，平均值為3.05%；Na2O含量范圍為0.206%～1.36%，平均值為0.57%；K2O含量范圍為0.05%～0.74%，平均值為0.23%；TiO2含量范圍為6.30%～12.07%，平均值為8.48%；MnO含量范圍為0.286%～0.4%，平均值為0.345%；P2O5含量范圍為0.009%～0.065%，平均值為0.037%。鋁飽和指數范圍為1.073～1.902，堿飽和指數范圍0.082～0.263，所有礦石都屬于過鋁質巖石；鎂指數范圍為17.3～39.15，平均值為30.08，低于原始巖漿(68～75)，反應巖漿可能經歷了一定程度結晶分異作用或地殼同化混染作用。對比橄欖輝長巖礦石與輝石橄長巖礦石，輝石橄長巖礦石中SiO2，Al2O3，CaO，Na2O，K2O含量相對偏低； FeO，MgO，P2O5與橄欖輝長巖礦石類似，而Fe2O3，TiO2含量比橄欖輝長巖礦石高。對比其他賦礦圍巖，礦石中SiO2含量明顯減少，鐵鈦含量顯著增加，CaO、Na2O、K2O、P2O5相對減少。

從上述主量元素分析結果可以看出，賦礦圍巖均屬于偏鋁質巖石，僅礦石屬于過鋁質巖石，推測其是受礦化影響所致，總體上白馬含礦巖體應屬于偏鋁質巖體。且所有樣品的Na2O>K2O，含礦巖體具有富鈉的特征，說明白馬巖體為富鈉偏鋁質巖體。

4 討論

4.1 主量元素地球化學特征

從表1數據中可以看出，白馬含礦巖體具有較高的FeO、Fe2O3、TiO2、Na2O、K2O，且含量變化較大，依次為6.21%～21.83%，3.06%～31.95%，1.75%～12.07%，0.206%～3.23%，0.05%～1.47%。其中TiO2含量除兩個樣品小于2.1外，大部分樣品均大于2.1，暗示其源區與峨眉山高鈦玄武巖類似(張招崇等認為TiO2含量在2.1%以上)[11]。Na2O含量普遍高于K2O，呈現明顯的富鈉特征。樣品具有較低的SiO2、MgO，含量變化范圍較大，依次分別為15.25%～46.49%，5.56%～14.35%，其中SiO2含量表明白馬含礦巖體屬于超基性—基性巖范疇，較低的MgO含量和鎂指數暗示了巖漿可能經歷了一定程度的結晶分異作用或地殼同化混染作用。Al2O3、CaO、MnO含量變化范圍分別為4.63%～19.67%，1.17%～13.41%，0.152%～0.4%。對各類樣品進行TAS投點(圖2)，由于部分樣品Fe含量太高，導致SiO2所占比例偏低，該部分樣品無法投到圖內，而符合投圖條件的樣品大部分落在玄武巖區域，偶有樣品落在苦橄玄武巖和副長石巖區域，且樣品散落分布在堿性和亞堿性的區域內。

圖2 白馬含礦巖體賦礦圍巖及礦石TAS圖解(底圖據Irvinet n BWRA[12]; 據路遠發[13])Pc-苦橄玄武巖；B-玄武巖；O1-玄武安山巖；O2-安山巖；O3-英安巖；R-流紋巖；S1-粗面玄武巖；S2-玄武質粗面安山巖；S3-粗面安山巖；T-粗面巖、粗面英安巖；F-副長石巖；U1-堿玄巖、碧玄巖；U2-響巖質堿玄巖；U3-堿玄質響巖；Ph-響巖；Ir-Irvine 分界線，上方堿性，下方為亞堿性。

張招崇等曾研究了攀西地區的攀枝花、新街和力馬河三個鎂鐵-超鎂鐵質巖體的主量元素地球化學特征，認為在MgO-FeO-Na2O+K2O圖解上(圖3)，3個巖體表現出各自不同的特征，他們分布在不同的區域，其中力馬河巖體最富集Mg，新街巖體次之，而攀枝花巖體則貧Mg富Fe[14]。在全堿含量(Na2O+K2O)上則以攀枝花巖體最高，新街巖體次之，力馬河巖體最低。從圖3可以看出，白馬含礦巖體的所有投點分布范圍與攀枝花巖體的分布范圍具有較大的相似性，且其演化趨勢亦較為一致，可能反映白馬含礦巖體的原始巖漿與攀枝花巖體同源。

圖3 白馬含礦巖體賦礦圍巖及礦石MgO- FeO-Na2O+K2O圖解(底圖據張招崇等[14])

圖4為白馬含礦巖體主要氧化物含量變化趨勢圖，從該圖可以看出，由角閃輝長巖—橄欖輝長巖—偉晶狀輝長巖—礦石中的鐵含量逐漸增加，且隨著鐵含量的增加，MgO、TiO2的含量也明顯增加，SiO2、Al2O3、CaO、Na2O、K2O含量則明顯減少，P2O5的變化不明顯。這些主量元素氧化物含量的變化規律反映從賦礦圍巖到礦石形成的巖漿演化過程中，含礦巖漿有隨著鐵元素富集，去硅堿去鋁鈣，富鎂鈦的趨勢。由哈克圖解(圖5)可以更直觀地看出，隨著SiO2含量增加，Al2O3、CaO、Na2O、K2O含量也增加，成正相關關系； MgO、MnO、TiO2、FeO、Fe2O3含量降低，呈現明顯的負相關關系。

圖4 白馬含礦巖體賦礦圍巖及礦石樣品主要氧化物含量變化趨勢圖(縱坐標單位%)

4.2 主量元素氧化物含量指示意義

在白馬含礦巖體中，由于各類賦礦圍巖、礦石具有異常的Fe含量，導致其化學組分，尤其是SiO2含量的占比相對較低，其指示意義可能相對較差。而其中的角閃輝長巖鐵含量趨近于正常值，其化學組成相對具有代表性。表2為白馬含礦巖體角閃輝長巖與各類典型基性巖類、地幔以及地殼的主要主量元素氧化物值含量對比表，從該表可以看出，白馬角閃輝長巖的SiO2平均含量為44.39%，低于夏威夷拉斑玄武巖、大西洋洋中脊玄武巖和虧損型大洋中脊玄武巖(N-MORB)，與整個虧損地幔(DMM)以及原始上地幔(PUM)相近；TiO2值為2.60%，遠高于整個虧損地幔(DMM)和原始上地幔(PUM)，略高于大西洋洋中脊玄武巖，與夏威夷拉斑玄武巖相近；Al2O3值為14.71%，遠高于整個虧損地幔(DMM)和原始上地幔(PUM)，低于大西洋洋中脊玄武巖和虧損型大洋中脊玄武巖(N-MORB)，與夏威夷拉斑玄武巖最為接近；TFeO值為14.73，高于各典型基性巖類，與夏威夷拉斑玄武巖最為接近；CaO平均值為10.39%，遠高于整個虧損地幔(DMM)和原始上地幔(PUM)，低于虧損型大洋中脊玄武巖(N-MORB)，介于夏威夷拉斑玄武巖與大西洋洋中脊玄武巖之間；MgO值為7.67%，遠低于整個虧損地幔(DMM)和原始上地幔(PUM)，與大西洋洋中脊玄武巖、虧損型大洋中脊玄武巖(N-MORB)和夏威夷拉斑玄武巖接近；Na2O值為2.39%，遠高于整個虧損地幔(DMM)和原始上地幔(PUM)，介于夏威夷拉斑玄武巖和虧損型大洋中脊玄武巖(N-MORB)之間；K2O含量值為0.87%，均高于各典型基性巖類；P2O5平均值為0.242%，遠高于整個虧損地幔(DMM)、原始上地幔(PUM)以及虧損型大洋中脊玄武巖(N-MORB)，與夏威夷拉斑玄武巖及大西洋洋中脊玄武巖相近。總體來看，白馬角閃輝長巖的主量元素含量和夏威夷拉斑玄武巖較為類似。從白馬含礦巖體主要氧化物的AFM圖解(圖6)亦可以看出，所有樣品均投于拉斑玄武巖類，進一步證實該巖體的原始巖漿為拉斑玄武巖系列。

白馬含礦巖體主量元素氧化物含量與地殼、地幔對比(表2)，總體上Fe2O3、FeO、TiO2以及CaO表現為明顯的富集，這意味著研究區內鈦、鐵元素具有很高的豐度，較易富集成礦，并且鈣元素也可能與鈦、鐵元素的富集成礦過程密切相關；Al2O3、P2O5、Na2O、K2O相對于地殼虧損，相對于地幔富集，說明這些元素在地幔巖漿往上運移時發生了殼幔混染或者交代作用，而且Na2O含量普遍大于K2O含量，說明賦礦巖體與鐵相關的鈉質交代作用比較發育；MgO相對于地殼富集，相對于地幔虧損；結合樣品的鎂指數分析，區內的原始巖漿經歷了一定程度的地殼同化混染作用。

圖5 白馬含礦巖體賦礦圍巖及礦石主量元素德主要氧化物哈克圖解

表2 白馬含礦巖體角閃輝長巖與各典型基性巖類、地幔及地殼主量元素氧化物值對比表(%)

圖6 白馬含礦巖體賦礦圍巖及礦石AFM圖解A-全鐵含量TFeO；F-全堿含量Na2O+K2O；M-MgO含量

5 結論

本文通過對白馬鐵礦及及坪礦段含礦巖體各類巖、礦石的主量元素地球化學特征研究，得出以下主要認識：

(1)白馬含礦巖體具有高鐵、鈦、鉀、鈉，低硅、鎂的特征。賦礦圍巖的A/CNK為0.298～0.914，NK/A為0.156～0.424，Na2O>K2O，表明白馬含礦巖體為富鈉偏鋁質巖體。其MgO-FeO-Na2O+K2O分布圖解與攀枝花巖體相似，且演化趨勢亦較為一致，反映其原始巖漿可能與攀枝花巖體同源。

(2)巖礦石中隨著鐵含量的增加，SiO2、Al2O3、CaO、Na2O、K2O含量明顯減少，MgO、TiO2的含量明顯增加。反映成巖過程中隨著含礦巖漿中鐵元素的富集，成礦巖漿有著去硅堿，去鋁鈣，而富鎂鈦的演化趨勢。巖礦石中隨著SiO2含量增加，Al2O3、CaO、Na2O、K2O含量也增加，成正相關關系； MgO、MnO、TiO2、FeO、Fe2O3含量降低，呈現明顯的負相關關系。

(3)白馬含礦巖體屬拉斑玄武巖系列巖石，其TiO2含量普遍較高，除個別樣品外，一般大于2.1%，其成礦母巖漿可能來源于峨眉山大火成巖省中的高鈦玄武巖漿。與地幔、地殼的氧化物值對比表明，含礦巖體明顯富集Fe2O3、FeO、TiO2；Al2O3、P2O5、Na2O、K2O相對于地殼虧損，相對于地幔富集，MgO相對于地殼富集，相對于地幔虧損，反映白馬含礦巖體為原始地幔巖漿向上運移過程中發生殼幔混染或者交代作用的產物。