四川米易白马地区伟晶岩元素地球化学特征

刘 君，彭秀红，黄仕宗，项志磊

(1.四川省成都理工大学地球化学系，成都 610059；2、四川省地质矿产勘查开发局403 地质队，峨眉 614200)

白马地区位于四川攀枝花市米易县北部，是一个具有较大钒钛磁铁矿资源潜力的地区。区内伟晶岩体广泛分布，近年地质找矿、研究工作表明区内具有一定的铂族资源成矿潜力。通过对该地区伟晶岩常量元素、铂族元素以及稀土元素地球化学特征研究，可为该区找矿和开发提供地球化学依据。

1 矿区地质简况

工作区位于康滇地轴中段，地跨安宁河深断裂带，幔源及壳源重熔物质极其丰富。

区内以南北向构造为主导，其次为东西向。南北向构造发生于晋宁期，经历了澄江期、加里东期、华力西期、印支期、燕山期等，形成了一个以褶皱及冲断裂为主的南北向先张后压构造带。从区域构造格架来看，安宁河、攀枝花断裂控制着区内基性超基性岩带的分布。安宁河断裂控制岩带的东支，攀枝花断裂控制岩带的西支。区内岩浆活动强烈而又频繁，深成作用和火山活动并重，生成了种类繁多、系列齐全的火成岩共生组合体。

白马伟晶岩主要分布在含钒钛磁铁矿岩体东侧（图1），系沿层状岩体下部贯入，呈岩墙产出，走向近南北，倾向西，倾角40°～60°，沿走向延长约16km，宽度100～800m。辉长伟晶岩的岩石类型有含橄辉长伟晶岩、橄榄斜长伟晶岩、橄长伟晶岩、辉石伟晶岩、含长辉石伟晶岩、辉长伟晶岩等。矿物成分与含矿岩体很相似，但板柱状矿物（特别是辉石）晶体粗大，一般3.5cm，个别达20cm，岩石化学成分与含矿岩体十分相似，仅Cr、Ni、Cu 较高，碱质偏低。辉长伟晶岩的矿化作用：辉长伟晶岩具有与白马岩体基性岩接近的矿化特征。矿化较弱，偶见透镜状、薄层状星浸矿条，未构成工业矿体。成岩时期：区内三件辉长伟晶岩同位素年龄为166.0～277.1 百万年，其形成时期应属华力西晚期。

图1 矿区地质略图

2 元素地球化学特征

在区内采集9 件伟晶岩样品进行常量元素、铂族元素以及稀土元素分析测试，结果详见表1、2、3。

2.1 常量元素地球化学特征

由表1可知，白马伟晶岩中SiO2含量为35.04%～45.92%，属正常范围；MgO 含量为3.42%～9.50%，远低于模拟地幔岩（38.67%）的含量值；Fe2O3+FeO 含量为(4.05%～11.41%)＋(5.28%～15.80%)，整体偏高（地幔岩FeO为9.20%）。M/F 值（表4）为0.58～0.82，明显较低，根据慢源岩石M/F 值分类（吴利仁,1963），属超铁质系列。

表1 白马伟晶岩常量元素分析结果表（单位P2O5：ω()/10-6，其余元素：ω()/10-2)

由表5 对比白马地区与地幔、地壳常量元素氧化物值可见，TiO2、Fe2O3、FeO、CaO 呈明显明显富集状态，说明区内伟晶岩体Ti、Fe 元素易富集成矿，同时Ca 也积极参与成矿过程；Al2O3、Na2O、K2O、P2O5元素相对地幔富集，相对于地壳亏损，说明元素从地幔向上运移的过程中发了迁移、混染或交代作用，且Na2O＞K2O，说明伟晶岩内与铁有关的钠质交代作用较发育；MgO 相对于地幔亏损，地壳富集，说明伟晶岩与围岩发生了交代作用，使得Mg 元素含量增高；SiO2处于亏损状态。白马伟晶岩体高CaO，低MgO、Na2O、K2O 的岩石地球化学特征，与中国层状、似层状含铂岩体相似，说明区内伟晶岩体内寻找铂族矿产的潜力较大。

表2 白马伟晶岩钴、铜、镍（10-6）和铂族元素（10-9）分析结果表

表3 白马伟晶岩稀土元素（10-6）分析结果表

2.2 铂族元素地球化学特征

2.2.1 参数特征

由表2、6可知白马地区伟晶岩中PGE 含量在（0.68～3.79）×10-9，比层状岩体，如Bushveld 杂岩（198～1307）×10-9，我国四川新街岩体（159～411)×10-9低2～3个数量级,与Brugmann等或Ringwood的上地幔PGE 值（16.2/23.7）在误差范围内基本属同一数量级，并不算明显亏损。说明白马地区伟晶的PGE 矿化程度较低,这可能是原始岩浆中本身PGE 含量过低,也可能是原始岩浆中含有正常的PGE 含量,但形成母岩浆之前已经发生过硫化物的预先熔离或含PGE 流体逃逸，具体原因有待进一步查明。

Ru、Rh、Ir、Pt、Pd 元素含量变化范围分别是：（0.18～0.48）×10-9，（0.34～0.61）×10-9，（0.30～0.64）×10-9，（0.48～1.04）×10-9，（0.46～4.35）×10-9，Pd 变化范围最大，其次是Pt、Rh、Ir。说明在岩浆演化过程中，不同铂族元素的地球化学行为不同，从而导致铂族元素丰度变化幅度的差异。同时，白马地区伟晶岩铂族元素含量变化顺序为Pd ＞Pt＞Rh＞Ir＞Ru，与原始上地慢中铂族元素的丰度变化趋势（Pt＞Ru＞Pd＞Ir＞Rh，Ringwood 1991）不尽相同，表明在地幔熔融形成伟晶岩的过程中，铂族元素发生了明显分异。

表4 伟晶岩样品M/F 值表

表5 白马伟晶岩与地幔、地壳常量元素氧化物值对比表

2.2 与MgO、SiO2关系

PGE-MgO、SiO2关系能较好的反映岩浆演化过程中铂族元素的变化规律（BrogmannGE.，ArndtN.T.，HofmannA.W.etal，1987）。白马地区伟晶岩PGE(除Rh)均与SiO2呈正相关关系，其中Pt 与SiO2相关关系最好，相关系数为0.55；Pd 次之，相关系数为0.45。伟晶岩PGE（除Rh）与MgO 呈负相关关系，不同铂族元素与MgO、SiO2的相关系数相差很大，Pt 元素与MgO、SiO2均有较好相关性，其相关系数分别为0.50、0.53；Rh 元素与MgO、SiO2相关关系最弱，相关系数为0.17、0.05，由此可知同一铂族元素与MgO、SiO2相关关系不尽相同。

总体上PGE 总体上SiO2呈正相关，而与MgO 呈负相关关系，即随SiO2 含量的增高、MgO的减少，铂族元素总体上表现为逐渐增高的趋势，这反映出在岩浆演化过程中铂族元素与硅酸盐等具有明显的相容性。但PGE 与SiO2、MgO 的相关性并不好，暗示影响铂族元素丰度变化的因素较复杂。

2.2.3 与Co、Ce 关系

在岩浆演化过程中，Lu为强相容元素，而Ce为强不相容元素。通过分析PGE 与Co、Ce 的关系，能很好的分析铂族元素的相容性，从而研究其在岩浆演化过程中的丰度变化。

通过比较分析我们发现Ru、Rh 与Lu 呈正相关关系，但相关性不好，Ir、Pt、Pd 与Lu 呈负相关关系；Ru、Rh、Ir 与Ce 呈正相关关系，Pt、Pd 与Ce 呈负相关关系。总体上看白马伟晶岩铂族元素具有相容、不相容的双重性质。这与铂族元素具有相容性的特征不相吻合，原因有待进一步查明。

2.2.4 铂族元素示踪

1)元素比值关系分析。由于Pd、Pt 与Os、Ir、Ru 在岩浆作用过程中地球化学行为的明显差异,(Pt+Pd)/(Os+Ir+Ru)、Pd/Ir、Cu/Pd 比值具有重要的岩浆成因意义。

Pd/Ir：Pd 与Ir 是铂族元素中地球化学性质差异最大的元素，其比值可表征铂族元素的总体分异特征，具有重要的成因意义。Pd/Ir 反应岩浆演化程度，一般说来，岩浆演化越彻底，Pd/Ir 比值越大。不同成因的的岩石，其Pd/Ir 比值明显不同。一般来讲，随地慢熔融度的减小，熔浆的Pd/Ir 比值逐渐增大。代表地幔耐熔部分的阿尔卑斯型橄榄岩的Pd/Ir 比值小于球粒陨石、原始地慢和原始上地慢的值。地幔高度熔融形成的科马提岩的Pd/Ir 比值略大于原始上地慢值。而来自地慢低度熔融的玄武岩及由玄武岩浆分异结晶形成的镁铁一超镁铁岩的Pd/Ir 比值很大。白马地区伟晶岩中Pd/Ir 变化较大，为（1.21～9.26）×10-9，均值3.58×10-9，大于原始地幔Pd/Ir 值（1.22），也大于球粒陨石Pd/Ir 值（1.21），说明经过了一定程度的岩浆演化。

表6 白马地区伟晶岩铂族元素特征参数表

Pt/Pd：白马地区伟晶岩中Pt/Pd 比值（0.93～4.73）×10-9，均值为1.66×10-9，低于原始地幔（1.82）及球粒陨石（1.84），但是略高于上地幔（1.36）。但所有样品Pd/ Pt 比值小于Voisey’s Bay 矿床的Pd/ Pt 比值(1.90)（Naldrett，2004)，表明白马地区伟晶岩不同于Voisey’s Bay 矿床有新的岩浆不断补给的成矿过程(Li et al,2001;Lightfoot and Naldrett，1999;Naldrett，2004))，而成于单一的硫化物饱和事件(Wang and zhou，2006;Lightfoot and Keays，2005)。

(Pt+Pd)/(Os+Ir+Ru)：前人研究显示(Pt+Pd)/(Os+Ir+Ru)值是母岩浆分异程度的函数(Naldrett，981)，白马地区伟晶岩中(Pt+Pd)/(Os+Ir+Ru)值为（0.68～3.79）×10-9，均值为1.98×10-9，大于原始地幔（0.95）及球粒陨石含量（0.94），说明母岩浆分异程度较高。

Cu/Pd：是评价岩浆演化一个重要的参数，在研究PGE 矿床中应用广泛(Barnes，993；Maier et al.,1996)。Pd 在硫化物/硅酸盐中的分配系数为 17 000(Fleet et al.,1996)，远大于Cu 在硫化物/硅酸盐中的分配系数(约1383)，故Pd 主要赋存于岩浆中的硫化物内。岩浆演化过程中，如S 不饱和，则硫化物无法从硅酸岩中熔离，赋存于岩浆中硫化物内的Pd 将使岩浆中Pd 相对与Cu 更强烈富集，Cu/Pd 值小于地幔。反之，如岩浆经历过S 饱和，硫化物熔离过程将使Pd相对于Cu 更多被带走，剩余岩浆Pd 较Cu 更亏损，其Cu/Pd 值高于原始地幔。由表可见白马地区伟晶岩Cu/Pd值为61.08～1 877.38，平均为336.28，远远大于地幔7.7，表明白马伟晶岩生岩浆曾经S 饱和，且发生过强烈的硫化物熔离作用，富含PGE 的岩浆滞留于深部，剩余岩浆因为硫化物的大量熔离而明显亏损PGE,岩体没有出现PGE 矿化。同时，由于富含PGE 的岩浆滞留深部，白马地区寻找PGE和铜镍硫化物隐伏矿床的潜力巨大。

铂族元素Pt、Pd、Os、Ir、Ru、Rh等不仅是镁铁质超镁铁质岩类重要的成矿元素，而且由于其岩浆演化物理化学条件变化的敏感性也被越来越多的学者用作指示地质过程特征的示踪剂。

Francis(1990),Fleet等(1991,1999)种对铂族等元素在液态硫化物一硅酸盐间的分配系数进行了研究，Fleet等(1993),Barnes等(1999)对铂族元素在单硫化物液态硫化物间的分配系数进行了研究，结果见表5～6和表5～7.从表4～5可见，铂族元素在液态硫化物一硅酸盐间的分配系数明显高Ni、Cu 一个数量级;而对于Ni、Cu 而言，Cu 在液态硫化物-硅酸盐间的分配系数为913-1383，显著地大于Ni 的315～836;而Pt、Pd 相对于Os、Ir、Ru等元素在液态硫化物-硅酸盐间的分配系数也较高。上述表明，铂族元素相对Ni、Cu 更易于从液态硅酸盐中进入液态硫化物中，其中Pt、Pd 相对于Os、I、Ru 在液态硫化物中的富集能力更强;而对于Cu、Ni、Cu 比Ni 更易自液态硅酸盐进入液态硫化物中而产生富集。

另外，Sattari P(2002)实验结果也表明，铂族金属在硫化物熔体与硅酸盐熔体的平衡系统中的分配系数(D)多在 1x103～1x106之间，所以有强烈在硫化物熔体中富集的趋势。各铂族金属分配系数大小的排序∶Pd＞Rh＞Pt＞Ru＞Os＞Ir(转引苏尚国等，2006)。

表7 金属元素在液态硫化物—硅酸盐间的分配系数

图2 PGE 原始地幔标准化配分图

表8 金属元素在单硫化物—液态硫化物间的分配系数

表7可见，在硫饱和条件下，铂族元素在单硫化物固体/硫化物熔体中分配系数为：D(Ir)3.4～11，D(Os}=4.3，D(Ru)=4.2，D(Rh)=1.17～3.03,D(Pt)=0.05～0.2，D(Pd)=0.09～0.2，各铂族元素分配系数大小的顺序为：Ir＞Os＞Ru＞Rh＞Pt-Pd。也就是说，在硫饱和条件下，Os、Ir、Ru、Rh 优先进入单硫化物固溶体，而Pt、Pd 优先保留于残留硫化物熔体中。一般在贫硫条件下，各铂族元素在单硫化物固溶体/硫化物熔体中分配系数比硫饱和条件下略低。

2)铂族元素标准化配分曲线

元素特征对母体具有较明显的继承性。另外，铂族元素的地球化学行为既有共性又有差异。正由于其对母体的继承性以及特殊共性和分馏效应，可作为有效的地球化学示踪剂之一，其配分模式具有重要的成因意义。由图2可知虽然各类型铂族元素含量存在差异，但其原始地幔配分模式曲线非常近似，其模式亦属于Pt-Pd 配分类型。Rh 的相对富集，可能与热液富集作用有关，具体原因有待进一步查明。

图3 白马伟晶岩球粒陨石标准化配分模式图

2.3 稀土元素地球化学特征

白马伟晶岩样品稀土元素分析结果及特征参数见表3、9，∑REE 在16.64～79.36 间，平均值为39.08；La/Yb2.27～15.57 之间变动，平均值为 6.17；轻稀土元素/重稀土元素（LREE/HREE）在2.71～8.68 之间，变化较宽，平均值为4.54，属于轻稀土富集型，表明白马伟晶岩已有地壳物质加入，地壳物质的加入为幔源镁铁含铂硫化物成矿的必要条件。δ Ce＜1，平均值0.89，变化范围为0.78～0.98，表现为中弱负异常；δEu＞1，平均值1.74，变化范围1.05～2.34，表现为中弱正异常，说明白马地区伟晶岩是由深部上来的熔液对原岩进行重结晶与交代而成。相对球粒陨石标准化配分模式（图3）明显表现出轻稀土富集而重稀土较为平坦的右倾型。La/Yb 在1.53～10.46 之间变化，平均值为4.16，其变化范围较大；La/Sm 变化范围为0.60～3.44，平均值为1.53；Gd/Lu 变化范围1.34～2.10，变化不大，平均值为1.81。

由图3、4可知，白马伟晶岩表现为Eu 正异常，Sm 负异常，稀土配分曲线总体上表现为右倾，为轻稀土元素富集型，这与白马新街矿床基性-超基性岩稀土元素配分模式基本一致。

表9 白马伟晶岩稀土元素特征参数表

图4 新街矿床基性-超基性岩稀土元素配分模式图

3 结论

1)对白马地区伟晶岩常量元素进行分析发现该岩体M/F 值为0.58～0.82，明显较低，根据慢源岩石M/F 值分类（吴利仁，1963），属超铁质系列，同时表现出高CaO，低MgO、Na2O、K2O 的岩石地球化学特征。这与中国层状、似层状含铂岩体相似，区内伟晶岩体内寻找铂族矿产的潜力有待进一步确定。

2)白马地区伟晶岩铂族元素含量变化顺序为Pd ＞Pt＞Rh＞Ir＞Ru，与原始上地慢中铂族元素的丰度变化趋势(Pt＞Ru＞Pd＞Ir＞Rh)(Ringwood，1991)不尽相同，表明在地幔熔融形成伟晶岩的过程中，铂族元素已发生了明显的分异。

3)PGE 总体上SiO2呈正相关，而与MgO 呈负相关关系，即随SiO2含量的增高、MgO 的减少，铂族元素总体上表现为逐渐增高的趋势，这反映出在岩浆演化过程中铂族元素与硅酸盐等具有明显的相容性。但PGE 与SiO2、MgO 的相关性并不好，暗示影响铂族元素丰度变化的因素较复杂。

4)白马地区铂族元素含量与其他类型铂族元素含量存在差异，但是原始地幔配分模式曲线非常近似，其模式亦属于Pt-Pd 配分类型。Rh 的相对富集，可能与热液富集作用有关，具体原因有待进一步查明。

5)白马伟晶岩稀土元素特征显示为Eu 正异常，Sm 负异常，稀土配分曲线总体上表现为右倾，为轻稀土元素富集型，这与白马新街矿床基性-超基性岩稀土元素配分模式基本一致，说明两者为同源岩浆分异产物。

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