安徽庐江泥河铁矿床赋矿闪长玢岩地球化学特征研究

杨世学,张靖怡,张赞赞,魏国辉

(安徽省地质调查院,合肥 230001)

安徽庐江泥河铁矿床赋矿闪长玢岩地球化学特征研究

杨世学,张靖怡,张赞赞,魏国辉

(安徽省地质调查院,合肥 230001)

玢岩型铁硫矿床是长江中下游地区重要的矿床类型,与隐伏闪长玢岩具有密切的成因联系,研究赋矿闪长玢岩的地球化学特征,对探讨玢岩型铁硫矿床的形成及演化、指导深部找矿具有重要意义。文章以庐枞盆地泥河玢岩型铁硫矿床赋矿闪长玢岩为研究对象,在对钻孔详细观察的基础上,研究赋矿闪长玢岩的岩石地球化学特征。该赋矿闪长玢岩具有中高硅含量,高钾富碱,低钛,高铝,富集Sr、K、Rb、Th、Ce等大离子亲石元素,亏损Nb、Ta、Ti、Zr、Hf等高场强元素,属于橄榄玄粗质系列岩石。结合Sr-Nd同位素特征,推测岩浆源区可能为富集型岩石圈地幔,分离结晶与同化混染共同影响岩浆的演化过程。

赋矿闪长玢岩;地球化学特征;泥河铁矿床；庐江;安徽

长江中下游成矿带是我国重要的多金属成矿区带,发育一系列与燕山期岩浆活动有关的铁、铜、铅、锌、铀等多金属矿床[1-3]。玢岩型铁硫矿床是长江中下游成矿带内重要的矿化类型,矿体赋存于闪长玢岩与火山—潜火山岩系接触带附近,矿床与隐伏闪长玢岩具有密切的成因联系[4-7]。研究赋矿闪长玢岩的成因,对探讨玢岩型铁硫矿床的形成及演化、指导深部找具有重要意义。

泥河铁矿床是长江中下游地区新发现的典型玢岩型铁硫矿床。本文在对钻孔详细观察的基础上,对赋矿闪长玢岩开展岩石地球化学研究,分析赋矿闪长玢岩的主、微量元素含量及Sr-Nd同位素特征,探讨岩浆岩的形成机制,为深入研究该矿床的成因提供参考。

1 区域地质背景

长江中下游成矿带位于扬子板块北缘,北临华北板块与大别造山带,特提斯构造域、古太平洋构造域及中生代壳幔相互作用共同控制该区的地质演化。燕山期以来,强烈的构造、岩浆作用形成了区域隆凹相间的构造格局及铁、铜、铅、锌、金等多金属矿床[1-3,8-10]。

庐枞盆地为NE向展布的中生代火山岩盆地。盆地内断裂发育,呈网状断裂构造格局(图1)。盆地内火山岩由老到新依次为龙门院组、砖桥组、双庙组和浮山组,为一套橄榄玄粗质岩列岩石[1,5,8,10-11],盆地内还发育与火山岩同期形成的侵入岩,主要为闪长岩、二长岩、(石英)正长岩及花岗岩等。庐枞盆地内主要的矿化类型为与砖桥旋回火山岩—次火山岩有关的玢岩型铁硫矿床、砖桥—双庙旋回有关的脉状铜铅锌矿床、与正长质岩浆活动有关的铁铀矿床[5,8,11-12]。

图1 庐枞矿集区地质矿产略图(据文献[7]修改)Fig. 1 Geological sketch map of the Luzong ore cluster district1-早白垩世浮山旋回;2-早白垩世双庙旋回;3-早白垩世砖桥旋回;4-早白垩世龙门院旋回;5-中侏罗世罗岭组;6-闪长岩类;7-二长岩类;8-碱性正长岩类;9-具A型花岗岩特征的正长岩类;10-钾长花岗岩类;11-基底断裂及编号;12-铁矿床;13-铜矿床;14-铅锌矿床;15-铀矿床

2 矿区地质特征

泥河铁矿床为一大型铁硫矿床,并伴生中型硬石膏矿床[13]。矿床位于庐枞盆地西北缘,受NE向的基底隆起带与罗河—缺口断裂共同控制。矿体总体呈NE-SW走向,赋存于闪长玢岩与砖桥组地层接触带之上,成矿作用以热液交代充填闪长玢岩为主,形成浸染状、网脉状磁铁矿矿石,构成泥河铁矿床的主矿体(图2),矿床成矿时代约为130.9±2.6 Ma[14]。

赋矿闪长玢岩位于矿区深部-600 m标高之下,呈穹窿状产出(图2)。新鲜的闪长玢岩呈灰绿—灰黑色,斑状—似斑状结构,块状构造(图3)。斑晶含量为20%～40%,多为斜长石,少量辉石,偶见角闪石。斜长石斑晶呈半自形—自形长板柱状,粒径1～2 mm;辉石斑晶多为半自形短柱状,粒径为0.2～0.5 mm。基质主要由微晶—隐晶质斜长石、辉石组成,副矿物主要为榍石、磷灰石和磁铁矿。由于受后期强烈的热液成矿作用影响,矿体内部及接触带附近闪长玢岩的成分和结构均受改造,蚀变为硬石膏化透辉石化闪长玢岩、碱性长石化闪长玢岩等。前人对该区闪长玢岩开展锆石U-Pb同位素年龄测试,显示其形成于132.4±1.5 Ma[14],为早白垩世岩浆活动的产物。

图2 泥河铁矿床Ⅰ线地质剖面图(据文献[7]修改)Fig. 2 Geological cross section of exploration line I in the Nihe iron deposit1-早白垩世双庙组;2-早白垩世砖桥组;3-正长(斑)岩;4-辉石闪长玢岩;5-粗安斑岩;6-断裂;7-铁矿体;8-硫铁矿体;9-硬石膏矿体

图3 泥河铁矿床赋矿闪长玢岩照片(a)及镜下特征照片(b)Fig. 3 Photo (a) and photomicrograph (b) of ore-bearing diorite porphyrite of the Nihe iron deposita-高岭石化闪长玢岩,原岩为似斑状结构,受后期高岭石化蚀变影响,斜长石斑晶蚀变为灰白色高岭石;b-闪长玢岩镜下特征,以拉长石和钠长石为主，少量辉石,受后期硬石膏化蚀变影响,矿物表面有细小的硬石膏颗粒。Pl-斜长石;Ab-钠长石;Px-辉石

3 岩石地球化学特征

对泥河铁矿床勘探钻孔深部较新鲜的闪长玢岩样品开展全岩主量元素、微量元素和Sr-Nd同位素分析测试。主量元素分析测试在核工业北京地质研究所分析测试研究中心完成,分析方法为X射线荧光光谱分析法。微量元素分析测试在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室完成,分析方法为电感耦合等离子质谱法。Sr-Nd同位素分析测试在核工业北京地质研究所分析测试研究中心完成,采用ISOPROBE-T热电离质谱计,可调多法拉第接收器接收。

3.1 主量元素地球化学特征

泥河铁矿床赋矿闪长玢岩主量元素分析结果见表1。闪长玢岩SiO2含量为54.51%～63.17%, TiO2含量为0.80%～1.02%,Al2O3含量为18.22%～19.45%,MgO含量为1.02%～3.73%,Na2O含量为0.27%～4.77%,K2O含量4.21%～4.68%。

根据(Na2O+K2O)-SiO2分类图解(图4a),泥河铁矿赋矿闪长玢岩基本投点于二长—闪长岩区,与镜下定名一致。根据K2O-SiO2判别图(图4b),泥河铁矿赋矿闪长玢岩属于钾玄岩(橄榄玄粗岩)系列,与庐枞盆地早白垩世火山—次火山岩的岩石地球化学特征一致,说明该闪长玢岩可能是该期岩浆活动的产物。

表1泥河铁矿床赋矿闪长玢岩主量元素、微量元素分析结果

Table1Analysisresultsofmajorandtraceelementsofore-bearingdioriteporphyritefromtheNiheirondeposit

样号NYQ22ZK0305⁃04ZK0305⁃06ZK0305⁃07SiO25451625663175721TiO2102080090092Al2O31822194518631847Fe2O3313569591093FeO451021027594MnO017005018048MgO373102260271CaO499307326523K2O443468431421Na2O477211027319P2O5052038050069Total9944999599929933Rb20318240382506016658Sr63868102784403770202476Y2545189718862138Nb204113571023682Ba35147303156332136230La4900448016413702Ce10094890934667547Pr1280996425898Nd4762371118553487Sm866622471664Eu182180154189Gd729449461525Tb108064064073Dy523348334396Ho098070064076Er284191176199Tm049028027031Yb286181163194Lu044027025028Ta251081066038Th170316051150483U564496778250Zr28171191411515310310Hf666474386269ΣREE2420520256932618009LREE2208418898801216486HREE2121135913141523LREE/HREE104113916101083LaN/YbN122917767241368δEu068099100094δCe097099099098

注：主量元素单位wt%;微量元素单位×10-6。

图4 泥河铁矿床赋矿闪长玢岩(Na2O+K2O)-SiO2分类图(a)(底图据文献[15])和K2O-SiO2判别图(b)(底图据文献[16])Fig. 4 (Na2O+K2O)vs. SiO2 classification diagram (a) and K2O vs. SiO2 diagram (b) of ore-bearing diorite porphyrite of the Nihe iron deposit1-橄榄辉长岩;2a-碱性辉长岩;2b-亚碱性辉长岩;3-辉长闪长岩;4-闪长岩;5-花岗闪长岩;6-花岗岩;7-硅英岩;8-二长辉长岩;9-二长闪长岩;10-二长岩;11-石英二长岩;12-正长岩;13-副长石辉长岩;14-副长石二长闪长岩;15-副长石二长岩;16-副长石正长岩;17-副长岩;18-粗白榴岩;Ir-碱性与亚碱性界线

泥河赋矿闪长玢岩的固结指数(SI=7.63～20.09)远小于由地幔岩浆直接结晶形成的侵入岩的固结指数(SI≈40),其DI指数为57.35～71.04,说明其形成过程中可能经历了一定程度的分异。

图5 泥河铁矿床赋矿闪长玢岩主量元素哈克图解Fig. 5 Harker diagrams showing major elements of ore-bearing diorite porphyrite in the Nihe iron deposit

在主量元素哈克图解(图5)中可知,泥河赋矿闪长玢岩CaO、MgO、Fe及TiO2与SiO2呈负相关,K2O、Al2O3与SiO2呈正相关,说明岩浆在演化过程中可能存在橄榄石、辉石、钛铁矿、基性长石的分离结晶作用。

3.2 微量元素地球化学特征

图6 泥河铁矿床赋矿闪长玢岩原始地幔标准化微量元素蛛网图(a)和球粒陨石标准化稀土元素配分曲线(b)(标准化值据文献[17])Fig. 6 Primitive mantle-normalized trace element spider pattern (a) and chondrite-normalized rare earth element distribution pattern (b) of ore-bearing diorite porphyrite in the Nihe iron deposit

泥河铁矿床赋矿闪长玢岩微量元素分析结果见表1。在原始地幔标准化微量元素蛛网图(图6a)上,相对富集Sr、K、Rb、Th、Ce等大离子亲石元素,相对亏损Nb、Ta、Ti、Zr、Hf等高场强元素;其稀土元素总量ΣREE为(93.26～242.05)×10-6,平均为179.49×10-6,具有较高的稀土元素总量;LREE为 (80.12～220.84)×10-6,HREE为(13.14～21.21)×10-6,轻稀土元素较重稀土元素含量高。LREE/HREE为6.10～13.91,LaN/YbN为7.24～17.76。球粒陨石标准化稀土元素配分曲线(图6b)上,轻稀土相对富集,重稀土相对亏损,轻稀土曲线右倾程度大于重稀土曲线的右倾程度,轻稀土具有更强的分馏特征。

3.3 Sr-Nd同位素特征

表2 泥河铁矿床赋矿闪长玢岩Rb-Sr、Sm-Nd同位素组成

Table 2 Rb-Sr and Sm-Nd isotopic compositions of ore-bearing diorite porphyrite from the Nihe iron deposit

样品号C1004⁃06C2201⁃9C1004⁃04C1004⁃07Rb(×10-6)957282255252Sr(×10-6)49935739626487Rb/86Sr0555222896186192766187Sr/86Sr0708299071085407095240711690εSr(0)5399027131021εSr(t)413310236301(87Sr/86Sr)i070725070653070600070646Sm(×10-6)109104736436Nd(×10-6)631665395231147Sm/144Nd01043009500112401143143Nd/144Nd0512130051234305123140512240εNd(0)-99-58-63-78εNd(t)-83-40-49-64TDM(Ma)1422103812591396T2DM(Ma)1605125513251445(143Nd/144Nd)i0512039051226005122160512141

泥河铁矿床赋矿闪长玢岩Rb-Sr、Sm-Nd同位素组成见表2。(87Sr/86Sr)i为0.706 00～0.707 25,平均值为0.706 56;(143Nd/144Nd)i为0.512 039～0.512 260,平均值为0.512 164;εNd(t)为-8.3～-4.0,平均值为-5.9。

4 讨 论

4.1 岩石系列

前人对庐枞盆地早白垩世火山—次火山—侵入岩开展了大量地球化学研究工作,认为其属于橄榄玄粗质岩石[5,18-21]。Morrison(1980)[22]、Gill等(2004)[23]认为橄榄玄粗质岩石具有高铝、高氧化、硅近饱和、低钛、贫铁、富集大离子亲石元素、亏损Nb、Ta、Ti等高场强元素的地球化学特征。

泥河赋矿闪长玢岩具有中高硅含量、高钾富碱,低钛、高铝,富集Sr、K、Rb、Th、Ce等大离子亲石元素,相对亏损Nb、Ta、Ti、Zr、Hf等高场强元素的地球化学特征,与橄榄玄粗质岩石的地球化学特征相似。在K2O-SiO2图解中(图4b),岩石均位于橄榄玄粗岩(钾玄岩)系列区域,说明泥河赋矿闪长玢岩可能属于橄榄玄粗质系列岩石。

4.2 岩石成因

图7 泥河铁矿床赋矿闪长玢岩εNd(t)-(87Sr/86Sr)i图解(底图据文献[20])Fig. 7 εNd(t) vs. (87Sr/86Sr)i diagram of ore-bearing diorite porphyrite of the Nihe iron deposit

Nb/U和Ta/U是判别岩浆源区的重要标志,泥河赋矿闪长玢岩Nb/U为1.31～3.62,Ta/U为0.08～0.45,远低于MORB和OIB的相对平均值(Nb/U为74,Ta/U为2.7),甚至低于地壳的相对平均值[24],说明其原始岩浆中具有较高的地幔组分。泥河赋矿闪长玢岩微量元素选择性富集或亏损,暗示其岩浆源区可能为富集型岩石圈地幔;它们具有高(87Sr/86Sr)i(平均值为0.706 56)、低εNd(t)(平均值为-5.9)的特征,说明岩浆源区不可能为原始地幔,而可能为受壳源物质影响的交代地幔。在εNd(t)-(87Sr/86Sr)i图解(图7)中,样品主要位于扬子板块岩石圈地幔附近,且较接近EMI型富集地幔,说明岩石源区可能为富集型扬子板块岩石圈地幔,前人研究成果也证实庐枞地区的橄榄玄粗岩起源于EMI型富集地幔[21,25-26]。

在K/Rb-SiO2图解(图8a)中,随岩浆向酸性演化,K/Rb值呈下降趋势,在岩浆演化中K和Rb具有相似的地球化学行为,但在角闪石中其配分数具有较大差异(K配分系数为1,Rb配分系数为0.3),说明泥河闪长玢岩原始岩浆在演化过程中可能存在角闪石的分离结晶作用。Ca、Mg、Fe、Ti与Si之间呈负相关,指示岩浆演化过程中可能存在橄榄石、辉石、钛铁矿、基性长石的分离结晶作用,Eu的亏损也支持岩浆演化过程中存在长石的分离结晶。在Ta/U-Nb/U图解中(图8b),随岩浆演化,Nb和Ta含量均表现出下降的趋势,但Nb含量下降突然加剧,这可能代表岩浆演化过程中存在地壳物质的同化混染[21,24]。

综上,泥河铁矿床赋矿闪长玢岩起源于早白垩世富集型岩石圈的部分熔融,形成的基性岩浆沿深大断裂上升的过程中,经历了分离结晶作用及地壳物质的混染,演化成中性岩浆并在浅部地壳定位。

图8 泥河铁矿床赋矿闪长玢岩K/Rb-SiO2图解(a)和Ta/U-Nb/U图解(b)Fig. 8 K/Rb vs. SiO2 diagram (a) and Ta/U vs. Nb/U diagram (b) of ore-bearing diorite porphyrite of the Nihe iron deposit

5 结 论

(1)泥河铁矿床赋矿闪长玢岩具有中高硅含量,高钾富碱,低钛,高铝,相对富集Sr、K、Rb、Th、Ce等大离子亲石元素,相对亏损Nb、Ta、Ti、Zr、Hf等高场强元素的地球化学特征,属于橄榄玄粗岩系列。

(2)泥河铁矿赋矿闪长玢岩的岩浆源区可能为富集型岩石圈地幔,岩浆演化过程中可能存在橄榄石、辉石、钛铁矿、基性长石的分离结晶。岩浆在上升定位过程中,可能受地壳物质的混染。

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Geochemicalcharacteristicsofore-bearingdioriteporphyriteoftheNiheironoredepositinLujiang,AnhuiProvince

YANG Shi-xue, ZHANG Jing-yi, ZHANG Zan-zan, WEI Guo-hui

(GeologicalSurveyofAnhuiProvince,Hefei230001,China)

Porphyry-like type iron deposits are one important type of polymetallic deposits in the Middle-Lower Reaches of Yangtze River, and have genetic relationship with concealed diorite porphyrite. The geochemistry study of ore-bearing diorite porphyrite is of significance for investigating deposit genesis and deep exploration. This study carried out lithogeochemical analysis of the ore-bearing diorite porphyrite in conjunction with detailed observation of drilling cores. The ore-bearing diorite porphyrite of the Nihe iron deposit is characterized by high SiO2, K and alkali, low TiO2, relatively high in LILEs such as Sr, K, Rb, Th, Ce, and depleted in HSFEs such as Nb, Ta, Ti, Zr, Hf, suggesting that it belongs to shoshonitic rock. Based on the Sr-Nd isotopic features, it can be inferred that magmatic source region should be enriched mantle, and evolution process of the magma was affected jointly by assimilation and fractional crystallization.

ore-bearing diorite porphyrite; geochemical characteristics; Nihe iron ore deposit; Lujiang; Anhui Province

10.16788/j.hddz.32-1865/P.2017.04.001

2016-10-09

2016-12-28责任编辑谭桂丽

中国地质调查局“安徽庐枞地区构造、岩浆演化与成矿作用的关系(编号:1212011120862)”、“安徽庐枞地区隐伏及深部矿资源潜力调查(编号:12120114038001、)”,安徽省公益性地质调查项目“安徽省稀有、稀散元素矿产远景调查(编号:2016-g-2-16)”、“安徽省庐枞地区与碱性岩有关的铀(钍)矿调查评价(编号:2016-g-1-7)”联合资助。

杨世学,1969年生,男,工程师,主要从事地质矿产勘查及矿权维护工作。

P611.1

A

2096-1871(2017)04-241-09