智利卡门铁矿床磁铁矿元素地球化学特征及矿床成因意义

胡 霞, 陈华勇,2*, 韩金生, 赵联党



智利卡门铁矿床磁铁矿元素地球化学特征及矿床成因意义

胡 霞1, 陈华勇1,2*, 韩金生1, 赵联党1

(1. 中国科学院 广州地球化学研究所, 广东 广州 510640; 2. 广东省 矿物物理与材料研究开发重点实验室, 广东 广州 510640)

卡门铁矿床位于智利著名的中生代铁-铜-金成矿带内, 本文根据矿石组构和矿物共生特征将卡门铁矿床成矿期次划分为硅化阶段、磁铁矿阶段、黄铜矿阶段和晚期热液脉阶段4个阶段。卡门铁矿床磁铁矿有两种类型: 含硫化物块状磁铁矿、与阳起石共生磁铁矿, 以含硫化物块状磁铁矿为主。电子探针研究表明, 该矿床与阳起石共生磁铁矿的FeOT含量略高于含硫化物块状磁铁矿; 整体上来看, 磁铁矿的FeOT与SiO2、Al2O3、MgO呈负相关关系。激光剥蚀电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS)微量元素成分分析表明, 卡门磁铁矿轻稀土元素亏损, 重稀土元素富集且分馏程度相对较大; Co、Ni元素含量高, 与夕卡岩型磁铁矿较为接近, 但Ni/Co比值变化较大, 与夕卡岩型有明显差异, 说明卡门磁铁矿与典型夕卡岩成因的磁铁矿存在一定差别, 同时较高的Ni/Co比值反映了其成因与深源物质有关。卡门铁矿床磁铁矿TiO2-Al2O3-(MgO+MnO)三角图表明该矿床具有热液交代特征, 与夕卡岩相关; (Ca+Al+Mn)-(Ti+V)成因判别图也显示该矿床有夕卡岩型铁矿特征, 但同时也与IOCG型矿床有一定的相似性, 这进一步证明卡门铁矿床可能并非典型的夕卡岩矿床, 其成矿可能与铁氧化物铜金(IOCG)型成矿过程岩浆热液活动密切相关, 这与卡门铁矿床处于智利IOCG成矿带的地质事实一致。

磁铁矿; 电子探针; LA-ICP-MS; 卡门铁矿床; 夕卡岩; IOCG

0 引 言

磁铁矿是最重要的成岩成矿矿物之一, 在岩浆型及多种重要的热液矿床中均有分布, 其物理化学成分研究(特别是微量元素地球化学)是当前矿床学研究热点, 对矿床类型划分、矿床成因和矿产勘查具有重要指示作用。

我国学者在磁铁矿研究方面起步较早, 在20世纪七八十年代已经对磁铁矿的物理和化学标型特征进行了较为系统的研究和总结[1–5]。进入21世纪以来, 由于单矿物微束微区分析技术的飞速发展, 如扫描电子显微镜、高精度电子探针和激光剥蚀电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS)等仪器的出现, 使得准确快速的单矿物高精度元素分析等成为现实, 从而在国内外掀起磁铁矿物理化学特征、特别是微量元素化学成分方面新一轮的研究热潮, 这些研究多以单个铁矿床[6–9]或者某个地区不同矿床(或地质单元)[10–11]中的磁铁矿化学成分分析为主。近年来, 基于大量较新的磁铁矿化学成分数据, 一些对比总结性的成果也相继出现, 其中较有影响力的是Dupuis.[12]提出的不同类型矿床磁铁矿成分判别图解, 利用(Ca+Al+Mn)-(Ti+V)和Ni/(Cr+Mn)-(Ti+V)磁铁矿成分判别图解区分夕卡岩型、斑岩型、铁氧化物铜金(IOCG)型、条带状铁建造(BIF)型、基鲁纳(Kiruna)型和钒钛磁铁矿型等不同含磁铁矿成矿系统。由此可见, 对磁铁矿物理化学成分特征的精细研究以及其在矿床成因、找矿勘查方面的应用依然是当前矿床学研究的热点之一。

智利中生代铁-铜-金成矿带是非常重要的成矿带,其内分布有许多大型、超大型的铁矿床和铜矿床, 许多学者都对它们进行过比较深入的研究[13–15]。近年来, 关于该矿带与我国长江中下游中生代和中亚造山带古生代铁铜金矿床的对比研究也逐渐引起重视[16]。卡门铁矿床是智利中生代成矿带的典型铁矿代表, 然而前人对该矿床的研究甚少, 其成因机制和矿床类型也尚无定论。本文将以卡门铁矿床作为主要的研究对象, 对采自该矿床的样品进行详细的室内鉴定工作, 构建该矿床的成矿期次, 并采用电子探针和激光剥蚀等离子质谱(LA-ICP-MS)微量元素分析方法, 对其中的主要矿石矿物——磁铁矿的主元素及微量元素特征进行系统的研究, 探讨其成分组成特征及矿床成因意义。

1 地质背景及矿床地质特征

智利铁-铜-金成矿带沿阿塔卡玛断裂(Atacama Fault Zone, 即AFZ)分布[17], 矿床定位于断裂两侧的岩浆弧及弧后盆地中。强烈的岩浆及构造活动从侏罗纪开始到晚白垩世形成中生代岩浆弧及与之平行的阿塔卡马断裂, 紧邻岩浆弧东部为弧后盆地, 构成该成矿带弧-盆及断裂构造体系(图1)。

图1 AFZ及矿床分布(据李建旭等[18])

一系列向西凹进的断块形成的北北东向、南北向和北北西向走滑韧性和脆性断层组成阿塔卡马断裂, 分布在20°~30°S, 并沿海岸山系轴线南北延伸, 长度大于1000 km, 其中主断裂形成于130~126 Ma。沿断裂从南到北分布有坎德拉里亚(Candelaria, 470 Mt, 0.95% Cu, 0.22 g/t Au; Marschik.[19])、曼陀贝尔德(Mantoverde, 400 Mt, 0.52% Cu, 0.11 g/t Au; Benavides.[20])等大型、超大型铁氧化物-铜-金矿床和Romeral、Santo Domingo等铁矿床[13,21]。多数学者认为, 在早白垩世, 太平洋洋壳板片向南美东向俯冲速率增大、俯冲倾角变陡, 这种转换扩张机制使得阿塔卡马断裂系统经历了从左旋到右旋走滑的演化过程, 从而形成了从西到东沿构造带发育的中-晚侏罗世和早白垩世成矿带[18,22–24]。

智利铁-铜-金成矿带内广泛发育侏罗系和白垩系地层, 同时期的深成侵入岩体普遍发生了绿片岩相低级埋藏变质作用, 同时广泛的扩张作用引起了地层的倾斜。中生代岩浆弧-弧后盆地沉积系列组合主要分布在北部地区, 以中-晚侏罗世的La Negra组地层为代表, 沉积了厚5000~10000 m的拉斑玄武岩到钙碱性火山碎屑岩; 而岩浆弧-弧内盆地岩石建造组合主要分布在南部圣地亚哥地区, 岩性以中基性玄武岩-安山岩和长英质火山岩及海相碳酸盐岩为主。

卡门铁矿床(Carmen)位于查尼亚拉尔(Chañaral)地区东北部(26°10′~26°30′S, 70°05′~70°30′W)。卡门铁矿床的主矿体是一个不规则磁铁矿矿体, 沿东西方向延长, 长度约为550 m, 宽度在30 m到50 m之间(图2), 深度从表面深至250 m以下。矿体位于东西向近垂直断层和南北向倾滑断层的交叉部位。

卡门铁矿床历史上开采铁和磷酸盐近20年(1960年~1980年)。基于矿坑的尺寸、报告的平均年产量和储量, 可以估算其历史产量超过600万吨高品位磁铁矿矿石(> 60% FeO)。卡门铁矿赋存于La Negra组火山岩中, 矿体主要呈脉状、不规则状或似层状产出, 受Sierra Aspera岩体接触变质作用影响。卡门铁矿中的矿化主要为与磷灰石和阳起石共生的磁铁矿化。这种矿物组合常形成多阶段的块状和角砾状矿体。晚期热液蚀变则以绿帘石、绿泥石、赤铁矿、石英和碳酸盐为主, 广泛叠加前期矿化蚀变以及地层。

此外, 主矿化体的南部和北部出露有2~4 m宽的块状磁铁矿-磷灰石扁平矿体(图2); 其中位于主矿体南面的陡倾斜扁平矿体一般具有较新鲜的外观,包含较少的阳起石(相对于主矿体), 其晚期热液蚀变主要为无矿化的石英和碳酸盐细脉。

图2 卡门铁矿区域地质简图

该图展示了磁铁矿-磷灰石(基鲁纳型)和IOCG矿的分布情况, 矿床主要呈扁平状, 以线表示(据Sergio.[25])。

The map shows the distribution of magnetite-apatite (Kiruna type) and IOCG deposits. The deposits, which are mainly tabular are represented by lines.

2 成矿期次

本文对采自卡门铁矿床的蚀变矿化样品进行了详细的观察, 根据样品手标本及显微镜下矿物的组合与穿插关系, 将其成矿过程划分为4个阶段(图3)。

(1) 硅化阶段: 该阶段主要表现为细粒石英与细粒浑圆状的磁铁矿共生, 且细粒的石英被角闪石-黑云母脉穿切(图4a)。

(2) 磁铁矿阶段: 该阶段为主成矿阶段, 主要形成块状磁铁矿矿石。根据矿物组合不同又将该阶段细分为阳起石型和含硫化物型两个亚阶段。阳起石型亚阶段形成大量粗粒自型的灰白色的角闪石(经电子探针分析主要为阳起石)与磁铁矿共生(图4b); 显微镜下可观察到角闪石呈较规则的长柱状分布于磁铁矿中, 与磁铁矿之间无明显交代或穿插关系(图4c)。该阶段基本不含硫化物。含硫化物型亚阶段形成的主要矿物为磁铁矿、黄铁矿和少量的石英。矿石常呈块状, 显示磁铁矿与大量硫化物和石英、碳酸盐共生(图4d), 但镜下观察则发现块状磁铁矿和黄铁矿常被黄铜矿交代或呈脉状切穿(图4e)或被方解石脉交代或切穿(图4f)。

图3 卡门铁矿床的成矿期次划分

(3) 黄铜矿阶段: 该阶段主要为黄铜矿和少量绿泥石, 赤铁矿等。黄铜矿常交代磁铁矿阶段的他形粒状黄铁矿(图4g), 或与绿泥石呈脉状切穿磁铁矿(图4h)。

(4) 晚期热液脉阶段: 该阶段主要是晚期的热液矿物呈脉状穿切或充填早期生成的矿物, 例如方解石充填磁铁矿(图4f)、绿泥石脉穿切硫化物阶段的黄铁矿和黄铜矿(图4g)。

3 样品分析及结果

在成矿期次研究的基础上, 本文挑选卡门铁矿床主成矿阶段的两类磁铁矿: 含硫化物块状磁铁矿、与阳起石共生磁铁矿, 对这两类磁铁矿首先进行电子探针分析。该项分析在中国科学院广州地球化学研究所电子探针实验室进行, 仪器为JEoL- JAX-8230型电子探针, 加速电压为20 kV, 束电流为20 nA, 束斑直径为5 μm, 标样采用天然矿物或合成金属国家标准, 分析误差小于0.01%。

电子探针分析结果见表1。卡门铁矿床磁铁矿全铁含量(FeOT)为87.93%~93.64%, 其含量相对稳定, 与阳起石共生磁铁矿的全铁含量(平均93.55%)略高于含硫化物块状磁铁矿的全铁含量(平均91.98%); 除FeOT以外, 这两类磁铁矿含有一定量的SiO2(0.01%~2.71%, 平均0.60%); Al2O3(0.00%~1.16%,平均0.28%); MgO (0.00%~0.34%, 平均0.08%); Cr2O3(0.01%~0.08%, 平均0.04%)。另外, 个别磁铁矿中含有少量的TiO2(0.00%~0.06%, 平均0.02%); MnO (0.00%~0.17%, 平均0.06%); V2O3(0.00%~0.32%, 平均0.15%); Ca、Ni含量很低, 大多处于检测限以下。

从卡门铁矿床磁铁矿中氧化物相关图解(图5)可见, 卡门铁矿的磁铁矿中FeOT与Cr2O3呈正相关关系; FeOT与SiO2、Al2O3、MgO整体上均呈负相关关系, 表明磁铁矿中SiO2、MgO含量越多, 越不利于Fe的富集, 而相对基性的环境更加有利于磁铁矿的形成[26–27]。与阳起石共生磁铁矿的FeOT含量均在93%以上, 含硫化物块状磁铁矿的FeOT含量变化范围大(87.93%~93.64%), 且普遍低于与阳起石共生的磁铁矿; 与阳起石共生磁铁矿的SiO2、Al2O3相对比较集中且含量很少, 而含硫化物块状磁铁矿的SiO2、Al2O3含量分布范围相对较大; 与阳起石共生磁铁矿的MgO相对比较分散, 而含硫化物块状磁铁矿的MgO分布相对比较集中且含量较低, 多数在0.00%~0.20%之间。

图4 卡门铁矿床矿石特征

(a) 石英与磁铁矿共生, 且石英被角闪石-黑云母脉穿切; (b) 灰白色的角闪石分布在磁铁矿中; (c) 阳起石与磁铁矿共生(反射光); (d) 铁铜硫化物脉穿插磁铁矿; (e) 黄铜矿沿边缘或裂缝充填胶结黄铁矿及磁铁矿(反射光); (f) 方解石脉交错穿切磁铁矿(反射光); (g) 绿泥石脉穿切黄铜矿及黄铁矿(反射光); (h) 黄铜矿脉及绿泥石脉穿切磁铁矿(反射光)。

Q–石英; Chl–绿泥石; Mag–磁铁矿; Am–角闪石; Bt–黑云母; Ab–钠长石; Py–黄铁矿; Ccp–黄铜矿; Cal–方解石; Act–阳起石。

(a) Magnetite associated with quartz, and quartz cut by amphibole-biotite veins; (b) gray amphibole associated with magnetite; (c) actinolite associated with magnetite(under reflective light); (d) sulfide veins cutting across magnetite; (e) chalcopyrite cement pyrite and magnetite filling in the fissures along the edges (under reflective light); (f) calcite veins cutting across magnetite (under reflective light); (g) chlorite veins cutting across chalcopyrite and pyrite (under reflective light); (h) chalcopyrite veins and chlorite veins cutting across magnetite (under reflective light).

Q–Quartz; Chl–chlorite; Mag–magnetite; Am–amphibole; Bt–biotite; Ab–albite; Py–pyrite; Ccp–chalcopyrite; Cal–calcite; Act–actinolite.

表1 卡门铁矿床磁铁矿电子探针分析结果(%)

图5 卡门铁矿床磁铁矿中氧化物相关图解

由于卡门铁矿床所采集的样品中观察到的大部分磁铁矿都是含硫化物块状磁铁矿类型, 所以本文挑选6个该类型的磁铁矿样品点进行激光剥蚀电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS)分析。LA-ICP-MS实验在中国科学院广州地球化学研究所LA-ICP-MS实验室完成, 本次实验采用氦气作为剥蚀物质载气, 斑束直径为40 μm, 激光能量为0.176 mJ, 频率为10 Hz, 采用内标和外标相结合的方法, 内标为57Fe, 外标使用BHVO-2G。

ICP-MS分析结果列于表2。卡门铁矿床磁铁矿中微量元素Rb、Ba、Th、U含量高且变化范围较大, Pb、Pr、Hf、Er、Yb、Lu含量比较集中, 变化范围较小(图6b)。稀土元素总量(∑REE值)变化范围很大, ∑REE值介于4.24~585 μg/g; LREE/HREE值为0.13~0.74, (La/Yb)N值为0.02~0.30, 表明轻稀土元素相对亏损, 重稀土元素相对富集; (La/Sm)N值为0.07~6.65, (Gd/Yb)N值为0.08~1.90, 表明轻、重稀土元素组内部均发生了一定程度的分异作用, 但两者分馏程度相差不大, 且轻稀土分馏程度略微明显; 样品基本无Ce异常(Ce = 0.83~0.96), 其中有3件样品具有中等程度的Eu负异常(Eu = 0.57~0.87), 另3件样品具有强Eu正异常(Eu = 1.31~4.21) (图6a)。

表2 卡门铁矿床磁铁矿微量及稀土元素组成(μg/g)

图6 智利卡门铁矿床磁铁矿稀土元素球粒陨石标准化配分图(a)和微量元素原始地幔标准化蛛网图(b) (标准化数据据Sun et al.[28])

4 磁铁矿成分特征与矿床成因

磁铁矿属于尖晶石族, 它的晶体化学分子式为AB2X4, A组主要阳离子是Mg2+、Fe2+、Zn2+、Mn2+、Ni2+等; B组主要阳离子是Al3+、Fe3+、Ti4+、Cr3+等[29],同时磁铁矿中还可以赋存Cr、V、Ca、Co、Ni、Sn、Cu、Zn、Ga、Se、Te、Ag、Au等元素。磁铁矿可形成于许多地质环境中, 不同成因类型的铁矿石中的磁铁矿成分组成具有标型特征, 且指示不同氧化还原环境和成矿机制; 磁铁矿中的TiO2、Al2O3、MgO、Cr2O3、MnO、CaO等化学组分对于判定矿床成因类型具有一定的指示意义。

4.1 卡门铁矿磁铁矿成因机制——氧化还原环境的限定

成矿物质的活化、迁移和沉淀是在一定的物理化学条件下进行的, 而氧化还原条件(氧逸度)的变化是导致成矿物质迁移-沉淀的重要因素之一, 在这一过程中产生的元素变化特征可以作为判断氧化还原条件的依据。稀土元素由于自身的稳定性和差异性迁移使得其对氧化还原条件有明显的指示作用, 主要表现在Eu的异常特征上[30]。在还原条件下磁铁矿中Eu主要以Eu2+形式存在, 相对氧化的条件下则更多呈Eu3+状态存在, 从而表现出不同的异常状态。卡门铁矿床磁铁矿有3件样品具有中等程度的Eu负异常(Eu = 0.57~0.87), 另3件样品具有强的Eu正异常(Eu = 1.31~4.21), 这说明含硫化物块状磁铁矿所代表的主成矿阶段环境的氧化还原条件可能发生了变化, 从而导致成矿物质的迁移、沉淀。

4.2 卡门铁矿成因类型——磁铁矿成分判别

陈光远等[5]根据123个磁铁矿的矿物化学分析资料进行统计, 提出了磁铁矿的TiO2-Al2O3-MgO成因图解(图7), 将矿床中的磁铁矿分为沉积变质-接触交代磁铁矿、超基性-基性-中性岩浆磁铁矿、酸性- 碱性岩浆磁铁矿。从卡门铁矿床的磁铁矿单矿物成分投图可以看出, 样品点均落入沉积变质-接触交代磁铁矿区, 表明该矿床的磁铁矿具有热液交代特征。在上述成矿期次章节中, 我们根据该矿床矿石样品的手标本及显微镜下观察(图4)可知, 存在许多脉状矿物(绿泥石、方解石、硫化物等)穿切或交代早期矿物, 说明该矿床极有可能为一热液矿床, 这与刚刚通过TiO2-Al2O3-MgO成因图解得出的结论具有一致性。

图7 卡门铁矿床磁铁矿TiO2-Al2O3-MgO成因图解

Ⅰ–沉积变质-接触交代区; Ⅱ–超基性-基性-中性岩浆区; Ⅲ–酸性-碱性岩浆区。

Ⅰ– Sedimentary metasomorphic-contact metasomatic region; Ⅱ– ultra-mafic-mafic-intermediate magmatic region; Ⅲ– acidic-alkali magmatic region.

林师整[4]根据3000多个磁铁矿化学成分数据制作了TiO2-Al2O3-(MgO + MnO)三角图解(图8), 将磁铁矿按成因分为6种: 副矿物型、岩浆型、火山岩型、接触交代型、夕卡岩型和沉积变质型。将卡门铁矿床的磁铁矿成分投图可以看出: 卡门铁矿中的与阳起石共生磁铁矿样品点全部落入夕卡岩型区域;含硫化物块状磁铁矿样品点大部分落入夕卡岩型区域, 少数落入沉积变质型区域。这与陈光远等的磁铁矿成因图解投图结果是基本一致的, 进一步证明卡门铁矿床的磁铁矿成因与接触交代-沉积变质有关。但是从图中两种磁铁矿样品点所落区域的差异可以看出, 与阳起石共生磁铁矿更偏向于岩浆热液成因, 而含硫化物块状磁铁矿则可能是热液混合成因的。

图8 卡门铁矿床磁铁矿TiO2-Al2O3-(MgO + MnO)成因图解

Ⅰ–副矿物型; Ⅱ–岩浆型; Ⅲ–火山岩型; Ⅳ–接触交代型; Ⅴ–夕卡岩型; Ⅵ–沉积变质型。

Ⅰ– Accessory mineral type; Ⅱ– magmatic type; Ⅲ– volcanic type; Ⅳ– contact metasomatic type; Ⅴ– skarn type; Ⅵ– metasedimentary type.

Dupuis.[12]通过对世界上不同成因类型矿床中的磁铁矿进行分析研究, 建立了针对各种类型矿床的磁铁矿成因分类图解(图9), 并表明(Ni+Cr)- (Si+Mg)图解能够区分含镍-铜-铂族元素型铁矿床, Al/(Zn+Ca)-Cu/(Si+Ca)图解则能够判别VMS (火山成因块状硫化物)型铁矿床, 而Ni/(Cr + Mn)-(Ti + V)或(Ca + Al + Mn)-(Ti + V)图解则能够很好地区分铁氧化物-铜-金(IOCG)型、基鲁纳 (Kiruna)型、斑岩型、夕卡岩型、条带状铁建造(BIF)型和钒钛-铁型的铁矿床。将卡门铁矿床的磁铁矿成分投图可以看出: 卡门铁矿床中含硫化物块状磁铁矿的样品点主要落入夕卡岩型铁矿床、IOCG型和斑岩型矿床的区域内, 而与阳起石共生磁铁矿的样品点则全部落入斑岩型矿床的区域内, 表明其可能为岩浆热液成因的; 而对于含硫化物块状磁铁矿, 其样品点除了落在斑岩型矿床区域内之外, 还落在夕卡岩型铁矿床及IOCG型矿床区域内, 这表明该类型磁铁矿可能是不同热液混合成因的。应该指出, 左下角两个点的Ca、Al、Mn、V、Ti含量很低, 大多低于检测限, 分析误差较大, 所以这两个点不具有一定的代表性, 对该矿床成因判别的意义不大。IOCG型矿床是含有大量低钛磁铁矿和(或)赤铁矿的铜-金矿床, 与一定的构造-岩浆环境有关, IOCG型矿床与深成侵入岩及同时期活动的断裂有密切关系[21, 31], 卡门铁矿床的部分磁铁矿落入其中, 指示成矿可能与IOCG成矿过程岩浆热液活动有关, 这与卡门铁矿处于智利IOCG成矿带的地质事实是一致的, 此外该成矿带也存在部分早白垩世的中型斑岩矿床[16], 这些都表明该地区同时代但不同类型的岩浆热液矿床可能在成因上有一定的联系。

图9 卡门铁矿床磁铁矿(Ca+Al+Mn)-(Ti+V)成因分类图解

卡门铁矿床含硫化物块状磁铁矿微量元素中, Co含量的平均值为111.47 μg/g, 高于夕卡岩型铁矿床中磁铁矿的平均值(70 μg/g)[3], 但低于夕卡岩型铜铁矿床中磁铁矿的平均值(125 μg/g)[3], 这表明卡门铁矿床磁铁矿的成因与典型夕卡岩矿床虽然可能相关, 但仍存在差异; Ni含量平均值达495 μg/g, 与热液型铁矿床中磁铁矿(440 μg/g)[3]较为接近。磁铁矿的Ni/Co比值可以反映其成因, 火山成因及接触交代成因磁铁矿的Ni、Co含量高, 但Ni/Co比值小于2[32–34]。卡门铁矿床磁铁矿中的Ni和Co含量均较高, 但Ni/Co比值变化较大, 为0.48~41.30, 与夕卡岩型相差较大, 这说明至少卡门铁矿中含硫化物块状磁铁矿与典型夕卡岩成因的磁铁矿的确存在一定的差别。一般认为Ni比Co更易于在地壳深部富集, 高的Ni/Co比值是深源的特征[35], 卡门磁铁矿较高的Ni/Co比值反映了其成因与深源物质有关。

5 结 论

(1) 根据卡门铁矿床所采样品的矿石组构和矿物共生特征, 可以将其划分为硅化阶段、磁铁矿阶段、黄铜矿阶段和晚期热液脉阶段4个成矿阶段。

(2) 卡门铁矿床磁铁矿有2种类型: 含硫化物块状磁铁矿和与阳起石共生磁铁矿, 以前者为主。该矿床在地球化学方面的特征为全铁(FeOT)与SiO2、Al2O3、MgO整体上呈负相关关系; 轻稀土元素亏损, 重稀土元素富集且分馏程度相对较大; Co、Ni含量高, 与夕卡岩型磁铁矿较为接近, 但Ni/Co比值变化较大, 与夕卡岩型相差很大, 说明卡门磁铁矿与典型夕卡岩成因的磁铁矿存在一定差别, 同时较高的Ni/Co比值反映了其成因与深源物质有关。

(3) 卡门铁矿床磁铁矿TiO2-Al2O3-(MgO+MnO)三角图表明该矿床具有热液交代特征; (Ca+Al+ Mn)–(Ti+V)成因判别图显示该矿床有较强的夕卡岩型铁矿特征, 但同时与该地区的IOCG型矿床有一定的成因联系, 表明卡门铁矿床不是典型的夕卡岩矿床, 成矿可能与IOCG成矿过程岩浆热液活动密切相关, 这与卡门铁矿处于智利IOCG成矿带的地质事实一致。

[1] 沈保丰, 陆松年, 翟安民, 李增慧, 于恩泽. 冀南等地接触交代型铁矿床中磁铁矿的化学成分特征及其地质意义[J]. 地质论评, 1979, 25(1): 10–18.Shen Bao-feng, Lu Song-nian, Zhai An-min, Li Zeng-hui, Yu En-ze. Chemical composition and typomorphic characteristics of magnetite and its geological significance in contact metasomatic deposit of Henan Province[J]. Geol Rev, 1979, 25(1): 10–18 (in Chinese with English abstract).

[2] 徐国风, 丰淑庄, 左大华. 河南某多金属硫铁矿床磁铁矿的标型特征[J]. 矿物岩石, 1983, 3(2): 48–54. Xu Guo-feng, Feng Shu-zhuang, Zuo Da-hua. On the typomorphic peculiarities of magnetite from a polymetal-sulphur ore deposit in Henan[J]. Acta Petrol Mineral, 1983, 3(2): 48–54 (in Chinese with English abstract).

[3] 徐国风, 邵洁涟. 磁铁矿的标型特征及其实际意义[J]. 地质与勘探, 1979, 23(3): 30–37. Xu Guo-feng, Shao Jie-lian. The typomorphic characteristics of magnetite and its significance[J]. Geol Prospect, 23(3): 30–37 (in Chinese with English abstract).

[4] 林师整. 磁铁矿矿物化学、成因及演化的探讨[J]. 矿物学报, 1982, 2(3): 166–174. Lin Shi-zheng. A contribution to the chemistry, origin and evolution of magnetite[J]. Acta Mineral Sinica, 1982, 2(3): 166–174 (in Chinese with English abstract).

[5] 陈光远, 孙岱生, 殷辉安. 成因矿物学与找矿矿物学[M]. 重庆: 重庆出版社, 1987: 1–356. Chen Guang-yuan, Sun Dai-sheng, Yin Hui-an. Genetic Mineralogy and Prospecting Mineralogy[M]. Chongqing: Chongqing Publishing House, 1987: 1–356 (in Chinese).

[6] 应立娟, 王登红, 梁婷, 周汝洪, 马军, 屈文俊, 陈振宇. 新疆阿尔泰乔夏哈拉铁铜金矿床磁铁矿的化学成分标型特征和地质意义[J]. 矿物学报, 2006, 26(1): 59–68. Ying Li-juan, Wang Deng-hong, Liang Ting, Zhou Ru-hong, Ma Jun, Qu Wen-jun, Chen Zhen-yu. Chemical composition and typomorphic characteristics of magnetite and its geological significance in Qiaoxiahala iron-copper-gold deposit of Altay, Xinjiang[J]. Acta Mineral Sinica, 1991, 26(1): 59–68 (in Chinese with English abstract).

[7] DareS A S, BarnesS J, BeaudoinG. Variation in trace element content of magnetite crystallized from a fractionating sulfide liquid, Sudbury, Canada: Implications for provenance discrimination[J]. Geochim Cosmochim Acta, 2012, 88(7): 27–50.

[8] HuangX W, ZhouM F, QiL, GaoJ F, WangY W. Re-Os isotopic ages ofpyrite and chemical composition of magnetite from the Cihai magmatic-hydrothermal Fe deposit, NW China[J]. Miner Deposita, 2013, 48(8): 925–946.

[9] 孟旭阳, 张东阳, 闫兴虎, 申俊峰, 王鹏, 田磊, 梁明娟. 河南窑场和辽宁思山岭铁矿磁铁矿矿物学和氧同位素特征对比——对BIF型铁矿成因与形成环境的启示[J]. 岩石矿物学杂志, 2014, 33(1): 109–126. Meng Xu-yang, Zhang Dong-yang, Yan Xing-hu, Shen Jun-feng, Wang Peng, Tian Lei, Liang Ming-juan. A comparative study of mineralogical and oxygen isotope characteristics between the Yaochang iron deposit in Henan Province and the Sishanling iron deposit in Liaoning Province: Insights into ore genesis and forming environment of BIF[J]. Acta Petrol Mineral, 2014, 33(1): 109–126 (in Chinese with English abstract).

[10] NadollP, MaukJ L, HayesT S, KoenigA E, BoxS E. Geochemistry of magnetite from hydrothermal ore deposits and host rocks of the Mesoproterozoic Belt Supergroup, United States[J]. Econ Geol, 2012, 107(6): 1275–1292.

[11] 兰彩云, 张连昌, 赵太平, 王长乐, 李红中, 周艳艳. 河南舞阳铁山庙式BIF铁矿的矿物学与地球化学特征及对矿床成因的指示[J]. 岩石学报, 2013, 29(7): 2567–2582. Lan Cai-yun, Zhang Lian-chang, Zhao Tai-ping, Wang Chang-le, Li Hong-zhong, Zhou Yan-yan. Mineral and geochemical characteristics of the Tieshanmiao-type BIF-iron deposit in Wuyang region of Henan Province and its implications for ore-forming processes[J]. Acta Petrol Sinica, 29(7): 2567–2582 (in Chinese with English abstract).

[12] Dupuis C, Beaudoin G. Discriminant diagrams for iron oxide trace element fingerprinting of mineral deposit types[J]. Miner Deposita, 2011, 46(4): 319–335.

[13] Bookstrom A A. The magnetitedepositsof El Romeral, Chile[J]. Econ Geol, 1977, 72(6): 1101–1130.

[14] Nyström J O, HenríquezF. Magmaticfeaturesof iron oresof the Kirunatype in Chile andSweden: Ore textures and magnetite geochemistry[J]. EconGeol, 1994, 89(4): 820–839.

[15] Chen H Y, Clark A H, Kyser T K, Ullrich T D, Baxter R, Chen Y M, Moody T C. Evolution of the giant Marcona-Mina Justa iron oxide-copper-gold district, South-Central Peru[J]. Econ Geol, 2010, 105(1): 155–185.

[16] Chen H Y. External sulphur in IOCG mineralization: Implications on definition and classification of the IOCG clan[J]. Ore Geol Rev, 2013, 51(6): 74–78.

[17] Taylor G K, Grocott J, Pope A, Randall D E. Mesozoic fault systems, deformation and fault block rotation in the Andean forearc: Acrustal scale strike-slip duplex in the Coastal Cordillera of northernChile[J]. Tectonophysics, 1998, 299(1/3): 93–109.

[18] 李建旭, 方维萱, 刘家军. 智利铁氧化物-铜-金矿床区域定位构造-矿田构造类型与特征[J]. 地质与勘探, 2011, 47(2): 323–332. Li Jian-xu, Fang Wei-xuan, Liu Jia-jun. Types and characteristics of regional tectonics and ore-field structures of iron oxide-copper-gold deposits in Chile[J]. Geol Prospect, 2011, 47(2): 323–332 (in Chinese with English abstract).

[19] MarschikR, Fontboté L.The Candelaria-Punta del Cobre iron oxide Cu-Au (-Zn, Ag)deposits, Chile[J]. Econ Geol, 2001, 96(8): 1799–1826.

[20] Benavides J, Kyser T.K, ClarkA.H, OatesC, ZamoraR, TarnovschiR., Castillo B. The Mantoverde iron oxide-copper-gold district, III Región, Chile: The role ofregionally-derived, non-magmatic fluid contributions to chalcopyrite mineralization[J]. Econ Geol, 2007, 102(3): 415–440.

[21] Far West Mining Ltd.News Release, September 06, 2007. http: // www.farwestmining.com/s/NewsReleases.asp.

[22] Grocott J, Taylor G K. Magmatic arc fault systems, deformationpartitioning and emplacement of granitic complexes in the CoastalCordillera, northern Chilean Andes (25°30′S to 27°00′S)[J]. Geol Soc Lond, 2002, 159(4): 425–442.

[23] Sillitoe R H. Iron oxide-copper gold deposits: An Andean review[J]. Miner Deposita, 2003, 38(7): 787–812.

[24] RamosV A. The tectonic regime along the Andes: Present-day andMesozoic regimes[J]. Geol J, 2010, 45(1): 2–25.

[25] Sergio G, Davis D W, Edward T C. Testing the apatite-magnetite geochronometer: U-Pb and40Ar/39Ar geochronology of plutonic rocks, massive magnetite-apatite tabular bodies, and IOCG mineralization in Northern Chile[J]. Geochim Cosmochim Acta, 2005, 69(13): 3367–3384.

[26] 张志欣, 杨富全, 罗五仓. 新疆阿尔泰乌吐布拉克铁矿床夕卡岩矿物特征及其地质意义[J]. 岩石矿物学杂志, 2011, 30(2): 276–280. Zhang Zhi-xin, Yang Fu-quan, Luo Wu-cang. Skarn mineral characteristics of the Wutubulake iron deposit in Altay, Xinjiang, and their geological significance[J]. Acta Petrol Mineral, 2011, 30(2): 276–280 (in Chinese with English abstract).

[27] 洪为, 张作衡, 蒋宗胜. 新疆西天山查岗诺尔铁矿床磁铁矿和石榴石微量元素特征对矿床成因的制约[J]. 岩石学报, 2012, 28(7): 2089–2102. Hong Wei, Zhang Zuo-heng, Jiang Zong-sheng. Mineralogy of the Chagangnuoer iron deposit in Western Tianshan Morntains, Xinjiang, and its geological significance[J]. Acta Petrol Sinica, 2012, 28(7): 2089–2102 (in Chinese with English abstract).

[28] Sun S-s, McDonough W F. Chemical and isotopic systematics of oceanic basalts: Implications for mantle composition and processes[J]. Geol Soc Lond Spec Pub, 1989, 42(1): 313–345.

[29] Deer W A, Zussman J. An Introduction to Rock-forming Minerals[M]. New York: Longman, 1992: 1–696.

[30] 李闫华, 鄢云飞, 谭俊, 李飞. 稀土元素在矿床学研究中的应用[J]. 地质找矿论丛, 2007, 22(4): 294–298. Li Yan-hua, Yan Yun-fei, Tan Jun, Li Fei. The application of rare earth elements in research of ore deposits[J]. Contrib Geol Mineral Resour Res, 2007, 22(4): 294–298 (in Chinese with English abstract).

[31] 毛景文, 余金杰, 袁顺达, 程彦博, 谢桂青, 侯可军, 向君峰, 杨宗喜. 铁氧化物-铜-金(IOCG)型矿床: 基本特征、研究现状与找矿勘查[J]. 矿床地质, 2008, 27(3): 267–278. Mao Jing-wen, Yu Jin-jie, Yuan Shun-da, Chen Yan-bo, Xie Gui-qing, Hou Ke-jun, Xiang Jun-feng, Yang Zong-xi. Iron oxide-copper-gold deposits: Characteristics, present research situation and ore prospecting[J]. Mineral Deposits, 2008, 27(3): 267–278 (in Chinese with English abstract).

[32] 叶庆同. 粤东一些铁矿床中磁铁矿的标型特征及其成因意义[J]. 岩矿测试, 1982, 1(1): 44–51. Li Qing-tong. Typomorphic characteristics and genesis significance of magnetite from some iron ore deposits in eastern Guangdong[J]. Rock Mineral Anal, 1982, 1(1): 44–51 (in Chinese with English abstract).

[33] 王奎仁. 地球与宇宙成因矿物学[M]. 合肥: 安徽教育出版社, 1989: 108–129. Wang Kui-ren. Genetic Mineralogy of Earth and Universe[M]. Hefei: Anhui Education Press, 1989: 108–129 (in Chinese).

[34] 汤蔡联. 符山铁矿磁铁矿的标型特征及其实际意义[J]. 河北地质情报, 1990 (4): 32–36.Tang Cai-lian. Typomorphic characteristics and genesis significance of magnetite in Fushan iron deposit[J]. Hebei Geol Inf, 1990 (4): 32–36 (in Chinese).

[35] 严炳铨, 吴克隆, 王文腾. 福建漳州复式岩体磁铁矿的成因矿物学特征[J]. 福建地质, 1993, 12(1): 1–16. Yan Bing-quan, Wu Ke-long, Wang Wen-teng. Study on the genetic mineralogy of magnetite from the Zhangzhou complex massif in Fujian Province[J]. Geol Fujian, 1993, 12(1): 1–16 (in Chinese with English abstract).

Geochemical characteristics of magnetite from the Carmen iron deposit in Chile and its genetic significance

HU Xia1, CHEN Hua-yong1,2*, HAN Jin-sheng1and ZHAO Lian-dang1

1. Guangzhou Institute of Geochemistry, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510640, China; 2. Guangzhou Provincial Key Laboratory of Mineral Physics and Materials, Guangzhou 510640, China

The Carmen iron deposit is located in the Chile iron oxide-Cu-Au (IOCG) metallogenic belt. On the basis of ore textures and mineral assemblages, the ore-forming process can be divided into four stages: the silicification stage, the magnetite stage, the chalcopyrite stage and the late vein stage. There are two types of magnetite in the Carmen iron deposit: one is massive magnetite including sulfide and the other is magnetite which is associated with actinolite, with the former playing a dominant role. EMP study shows that the contents of FeOTin the magnetite associated with actinolite are higher than those of massive magnetite including sulfide. The contents of FeOTare negatively related with those of SiO2, Al2O3and MgO. The trace elements generated by LA-ICP-MS show that the the magnetite is depleted in LREE and enriched in HREE; the contents of Co and Ti are high, similar to those of the skarn-type deposits. However, large variations in Ni/Co ratio are very different from the case encountered in skarns, which suggests that Carmen is probably not a typical skarn deposit, and the higher Ni/Co ratio reflects that its genesis is related with deep-source materials. Both ternary plot of TiO2-Al2O3- (MgO+MnO) and (Ca+Al+Mn)-(Ti+V) discriminant diagrams suggest that the Carmen iron deposit shows a strong skarn affinity, but also a clear genetic connection with the IOCG-type mineralization in this district.

magnetite; electron microprobe; LA-ICP-MS; Carmen iron deposit; skarn; IOCG

P595; P611

A

0379-1726(2016)04-0387-11

2015-11-05;

2016-01-27;

2016-02-05

国家自然科学基金(41572059); 中国科学院创新交叉团队项目(Y433131A07)

胡霞(1993–), 女, 硕士研究生, 矿物学、岩石学、矿床学专业。E-mail: huxia215@mails.ucas.ac.cn

CHEN Hua-yong, E-mail: huayongchen@gig.ac.cn, Tel: +86-20-85292708