青海尕林格矽卡岩铁多金属矿床Fe-Ti氧化物及其热动力学意义

于 淼,丰成友,刘洪川,李定武,王 辉,刘建楠,赵一鸣,李大新

1)中国地质科学院矿产资源研究所,国土资源部成矿作用与资源评价重点实验室,北京 100037;2)北京大学地球与空间科学学院,北京 100871;3)青海省有色地质矿产勘查局地质矿产勘查院,青海西宁 810007



青海尕林格矽卡岩铁多金属矿床Fe-Ti氧化物及其热动力学意义

于 淼1,2),丰成友1)*,刘洪川3),李定武3),王 辉1),刘建楠1),赵一鸣1),李大新1)

1)中国地质科学院矿产资源研究所,国土资源部成矿作用与资源评价重点实验室,北京 100037;
2)北京大学地球与空间科学学院,北京 100871;
3)青海省有色地质矿产勘查局地质矿产勘查院,青海西宁 810007

摘 要:尕林格大型矽卡岩型铁多金属矿床地处东昆仑祁漫塔格山与柴达木盆地结合部位靠近盆地一侧。本文主要针对尕林格矿床Ⅱ矿群内发现的热液性质的Fe-Ti氧化物共生组合(HYM)和新鲜镁铁质玄武安山岩中火成性质的Fe-Ti氧化物共生组合(IGM)的化学成分及其热动力学平衡进行了详细研究。镜下观察发现,HYM与镁铁尖晶石共生,钛铁矿呈叶片状平行于磁铁矿八面体的(111)面出溶,根据氧化反应的平衡公式计算得到出溶反应的平衡温度集中在581.8～688.9℃之间,氧逸度f(O2)介于10(-14.74)～10(-17.94)之间;IGM主要与岩浆中的镁铁质矿物相平衡,其出溶反应的平衡温度范围为690.7～740.3℃ ,氧逸度集中在10(-15.44)～10(-17.30)之间。计算结果表明,尕林格矽卡岩型铁矿的最初成矿温度可达700℃ ,接近于水饱和岩浆结晶时的温度,因此判断HYM形成于岩浆演化早期高温高盐度流体的最初冷却过程。由于早期高温高盐度流体与围岩地层中的镁铁质火山岩发生交代反应,淋滤出大量的Fe、Ti、Al、Mg、Cu等金属物质。在高温条件下,Ti 和Al进入磁铁矿晶格,导致含钛磁铁矿在降温过程中经历了氧化出溶反应形成钛铁矿-磁铁矿共生组合。此外,由于热液受到镁铁质火山岩的缓冲作用,导致HYM和IGM各自平衡时的氧逸度很接近。

关键词:尕林格;Fe-Ti氧化物;镁铁尖晶石;地质温度计;氧压计;氧化出溶

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本文由国土资源部公益性行业科研专项(编号:201411025)、青海省地质勘查基金项目(编号:201304)、中国地质调查局地质调查项目(编号:1212011085528)、中国地质调查局高层次地质人才培养计划(编号:201309)和青年地质英才计划(编号:201112)联合资助。

自从Buddington和Lindsley(1964)第一次提出共存Fe-Ti氧化物地质温度计,很快就被广泛认可并大量用于火成岩和变质岩岩石学和地球化学分析当中。之后,更多学者致力于改进和完善Fe-Ti氧化物地质温度计和氧压计的使用(Powell and Powell,1977;Spencer and Lindsley,1981;Lindsley and Spencer,1982;Stormer,1983;Stormer and Whitney,1985)。Lindsley和Spencer(1982)提出了FeO-Fe2O3-TiO2体系中钛铁矿-磁铁矿固溶体地质温度计和氧压计投影算法。此后,Ghiorso和Sack(1991)又进一步联合了(Fe2+,Mg)-铝酸盐-亚铬酸盐-钛酸盐-铁酸盐尖晶石固溶体模型(Sack and Ghiorso,1991)和含Fe2+-Fe3+-Mg-Mn-Ti斜方六面体氧化物固溶体延伸模型(Ghiorso,1990),提出了一种新的热动力学计算公式。Anderson(1968)认为含钛磁铁矿出溶钛铁矿更多的是氧化反应所致。Dunlop和Özdemir(1997)研究发现高温氧化反应是造成尖晶石(接近磁铁矿)和斜方六面体相(接近钛铁矿)共生的主要因素。虽然Fe-Ti氧化物地质温度计已经广泛应用于火成岩和变质岩当中,但在矿床领域研究中并不多见。

尕林格矽卡岩铁多金属矿床位于东昆仑祁漫塔格成矿带与柴达木盆地的接合部位中部,东距青海省格尔木市230 km处。迄今为止,该矿床已达到大型规模,查明铁矿石储量1.8×108t,平均品位37.16%,是中国西部为数不多的大型矽卡岩矿床之一(于淼等,2013)。由于矿区全区第四系覆盖平均厚度达到200 m,极大地增加了矿产勘查和科研工作的难度。此外,祁漫塔格成矿带内矿床普遍研究程度较低,特别是区域内广泛出露的镁铁质火山岩与成矿间的关系问题并为得到解决。此次研究目的是通过对比尕林格矿床新鲜镁铁质玄武安山岩中的火成钛铁矿-含钛磁铁矿固溶体共存组合和围岩地层中热液性质的钛铁矿-含钛磁铁矿固溶体共存组合来证明尕林格矽卡岩矿床部分铁质的来源,以及应用磁铁矿-钛铁矿地质温度计和氧压计计算岩浆早期流体的温度和氧逸度等成矿条件。

祁漫塔格作为东昆仑造山带的分枝,东起格尔木市,沿NWW向延伸至阿尔金走滑断裂,并转向EW平行于阿尔金断裂。带内构造复杂,发育多级次级构造;岩浆活动频繁,从寒武纪至三叠纪均有不同程度发育。多期次、多旋回的构造岩浆运动为祁漫塔格提供了极有利的成矿条件(丰成友等,2011)。通过近些年的找矿勘查工作,实现了历史性重大突破,查明了一批较有远景的大中型斑岩-矽卡岩矿床(高晓峰等,2010;谭文娟等,2011)。其中包括虎头崖铜铅锌多金属矿、肯德可克铁矿、野马泉铁锌多金属矿、它温查汉铁多金属矿、卡而却卡铜钼多金属矿、四角羊铅锌多金属矿、长山铁矿等(图1)(毛景文等,2012;赵一鸣等,2013)。大量的成矿年龄数据显示,印支中晚期爆发了大规模的成矿活动(丰成友等,2009;田承盛等,2013;于淼等,2015),与区域内广泛发育的中晚三叠世岩浆活动密切相关(丰成友等,2012)。

图1　尕林格矿床综合地质图(于淼等,2013)Fig.1 Generalized geological map of the Galinge deposit(after YU et al.,2013)

图2　尕林格磁铁矿-钛铁矿-尖晶石组合显微照片Fig.2 Microphotograph of ilmenite-magnetite-spinel assemblage

尕林格矿区地层主要由一套由硅质岩、中基性火山岩和大理岩组成的海相沉积建造构成,由于后期区域变质作用和热液蚀变作用,岩相变得较为复杂,应归属于奥陶系滩间山群下岩组。矿区自西向东划分为六个主要矿群(图1),其中Ⅰ、Ⅲ矿群主要产于花岗闪长岩捕虏体内;Ⅱ矿群产于花岗闪长岩与白云质大理岩接触带内;而Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ矿群产于外接触带滩间山群大理岩和蚀变玄武安山岩中。磁铁矿矿体多呈层状、似层状和透镜状,铁矿石最高品位可达46.67%。方铅矿矿体多产出于Ⅵ矿群,Pb平均品位2.32%,Zn平均品位1.48%。此外,还可见少量的Cu、Au、Co矿体产于Ⅱ矿群和Ⅳ矿群,平均品位分别为0.1%～0.12%、3.04～8.01 g/t和0.022～0.125 g/t。尕林格部分Cu-Fe矿化与富挥发分流体交代淋滤中基性玄武安山岩密切相关。矿区内常见的矽卡岩矿物有镁橄榄石、粒硅镁石、尖晶石、金云母、硅灰石、石榴子石、透辉石、钙铁辉石、锰钙铁辉石、斧石、电气石、透闪石、绿钙闪石、蛇纹石、绿帘石、绿泥石等。由于围岩性质不同,以及与成矿岩体距离不等,形成了不同的岩石矿物组合,大致可分为三种类型:含Fe的镁质矽卡岩(Mg-SK)、含Fe(磁铁矿和磁黄铁矿)-Cu的钙质矽卡岩(Ca-SK)、含Pb-Zn的锰钙质矽卡岩(Mn-Ca-SK)(图1)(于淼等,2013)。矿区内发现侵入岩主要为花岗闪长岩、闪长岩和闪长玢岩。成矿岩体主要为中酸性的花岗闪长岩,年代学显示为三叠纪晚期侵位,锆石LA-ICP MS年龄为(229±0.8)Ma(于淼,2013)。

1 岩相学

尕林格矿床存在两种性质的磁铁矿-钛铁矿出溶组合。一种是热液性质的磁铁矿-钛铁矿共生组合(HYM),与镁铁尖晶石共生产于矽卡岩化围岩中(图2)。尕林格发现的尖晶石((MgFe)Al2O4)主要呈深绿色,他形粒状,大小不等(图2a,b)。常可见尖晶石颗粒间缝隙出溶磁铁矿,也见长叶状和水滴状磁铁矿被尖晶石封闭(图2c,d),这一现象反映了尖晶石与磁铁矿几乎同时结晶。镜下观察尕林格热液性质的磁铁矿带有淡蓝色调而与棕色调的钛铁矿相区别(图2c)。在钛铁矿-钛磁铁矿共生背散射图像中,钛铁矿呈深灰色,磁铁矿为浅灰色,可见较宽的钛铁矿呈长条叶片状和格状平行于含钛磁铁矿(111)面出溶(图3a,b)。

图3　尕林格HYM背散射图片(a,b)和IGM背散射图片(c,d)(矿物简写同图2)Fig.3 Back scattered electron images of the HYM(a,b)and IGM(c,d)(the abbreviation as for Fig.2)

尕林格矿床中的另一种Fe-Ti氧化物共生组合产自于新鲜的镁铁质玄武安山岩中,为火成性质磁铁矿-钛铁矿共生组合(IGM)。尕林格玄武安山岩中的主要矿物为斜长石、钾长石、单斜辉石、角闪石、黑云母,副矿物为白云母、榍石、磁铁矿、钛铁矿等,基质主要为镁铁质矿物。斜长石斑晶含量大于70%,聚片双晶极为常见,局部可见斜长石包裹单斜辉石、白云母、磁铁矿和钛铁矿等矿物。部分斜长石具有环斑结构,为岩浆多阶段结晶作用的产物,通常核部为中长石(An38.3～46.7),边部为基性的拉长石(An61.5～5.7)。单斜辉石的主要成分为普通辉石,常蚀变成为角闪石和绿泥石等。角闪石的电子探针数据显示化学成分为浅闪石,绿泥石化较强烈。在新鲜镁铁质火山岩背散射图像中(图3c,d),含钛磁铁矿呈亮白色。局部可见磁铁矿出溶钛铁矿,钛铁矿呈深灰色为,磁铁矿为浅灰色。

图4　FeO-Fe2O3-TiO2三元体系Fig.4 FeO-Fe2O3-TiO2ternary system

2 实验原理

2.1 FeO-Fe2O3-TiO2三元体系

在FeO-Fe2O3-TiO2三元体系中,由TiO2·Fe2O3-2TiO2·FeO固溶体系列和含钛磁铁矿,以及钛铁矿-赤铁矿体系,这三条固溶体线共同构成(Akimoto et al.,1957)(图4)。含钛磁铁矿(简写TM,xFe2TiO4·(1-x)Fe3O4或Fe3-xTixO4)是具有反向尖晶石结构的立方体矿物。Ti(Ti4+)的摩尔分数根据成分系数x测量。TM0(x=0)为磁铁矿,TM100为钛铁尖晶石。氧化程度由反应参数z来测定,z被定义为原始Fe2+转化成Fe3+的百分数。Ozima和Sakamoto(1971)发现含钛磁铁矿的居里温度和晶格常数是氧化反应参数z的函数。在FeO-Fe2O3-TiO2相平衡体系研究中,温度和fO2决定了许多岩石中的含钛磁铁矿和钛铁矿的共存组合(Buddington and Lindsley,1964)。

2.2 地质温度计

磁铁矿-钛铁矿共存氧化物的反应公式如下:

FeTiO3(ilm)+Fe3O4(mt)=Fe2O3(ilm)+Fe2TiO4(mt)

该反应的平衡常数为:

KD=(aFe2TiO4,mt·aFe2O3,ilm)/(aFe3O4,mt·aFeTiO3,ilm)

则有该反应的平衡关系:-ΔG0=RTln(aFe2TiO4,mt·aFe2O3,ilm)/(aFe3O4,mt·aFeTiO3,ilm)

根据热动力学数据计算得出该反应在298°K温度下自由能为+4100。

Ghiorso和Sack(1991)得出Fe3O4-Fe2TiO4固溶体是以近程有序结构为特征的,因此得出aFe3O4=xmt,aFe2TiO4=xusp,其中xusp为磁铁矿固溶体中钛铁尖晶石的百分数。而近程有序效应在钛铁矿固溶体中也是存在的,从而aFeTiO3= xilm,aFe2O3= hxhem。h为亨利定律常数,其在二元体系中与成分无关,但与温度和压力相关。

因此对于FeO-Fe2O3-TiO2体系中,二元钛铁矿固溶体和二元磁铁矿固溶体化学反应平衡有:

-ΔG0=RTln [xusp(1-xilm)]/[(1-xusp)xilm]+RTln h。

平衡常数:

KD=xusp(1-xilm)/(1-xulv)xilm

由于RTln h和吉布斯自由能是温度的线性函数,与氧逸度无关,因此可写成:

A/T+B=ln[xusp(1-xilm)]/[(1-xulv)xilm]。

2.3 氧压计

反应方程:

6FeTiO3(ilm)+2Fe3O4(mt)=6Fe2TiO4(mt)+O2

可作为氧压计标准计算。该反应的平衡关系为:

-ΔG0=RTln(a6Fe2TiO4,mt)/(a6FeTiO3,ilm·a2Fe3O4,mt)+ RT lnaO2

假设该反应的活度与上述地质温度计反应一致,这一平衡关系则变为:

A′/T+B′=ln[x6usp/(1-xusp)2x6ilm]+ln aO2=ln K′D。

表2　尕林格共存Fe-Ti氧化物平衡反应热动力学实验计算数据Table 2 Calculated equilibrium thermodynamic data of the Galinge iron-titanium oxides

图5　共存Fe-Ti氧化物次要元素含量变化投影图Fig.5 Projection of the varying content of minor elements in the co-existing iron-titanium oxides

由此可以看出氧活度只与磁铁矿和钛铁矿的成分有关,与温度无关。这一公式只限于二元固溶体体系。地质温度计和氧压计图解只能用于自然条件下共存的Fe-Ti氧化物,不能脱离FeO-Fe2O3-TiO2体系(Buddington and Lindsley,1964)。

3 实验结果

共存磁铁矿-钛铁矿中的次要元素的分布对于理解钛铁矿的出溶也很重要(图5)。钛铁矿明显比共存的磁铁矿更加富集M n O ,而相对贫Al2O3+Cr2O3+V2O3。共存的钛铁矿和磁铁矿在变得逐渐贫MgO的同时,钛铁矿更加富集MnO+ZnO,+3价元素则保持不变,而此时磁铁矿则更加富集+3价元素,但MnO+ZnO的含量则几乎保持不变。这一相反的过程显示出在含钛磁铁矿出溶反应过程中次要元素明显存在分异作用。从不同性质的磁铁矿-钛铁矿组合来看,HYM中MnO+ZnO和MgO的含量明显比IGM的含量要高,但Al2O3+Cr2O3+V2O3的含量要低于IGM。此外,尕林格矽卡岩中热液性质磁铁矿的Ti和V的含量比尕林格火成性质磁铁矿中的Ti和V的含量高出一个数量级(表1)。

根据共存Fe-Ti氧化物地质温度计计算的化学反应平衡热动力学数据列于表2。实验数据计算得到的HYM和IGM各自的ln KD和ln K′D与1/T够成良好的线性关系(图6)。将xulv和xilm投影到xulvvs.xilm温度等高线和lnaO2等高线投影图中(Powell and Powell,1977)(图7),可以看出温度和氧逸度对xilm的变化非常敏感。

图6　尕林格磁铁矿-钛铁矿共熔体化学反应平衡常数与温度间的函数关系(a-ln KDvs.104/T;b-ln K′Dvs.104/T)Fig.6 The functional relationship between equilibrium constant and temperature for the Galinge iron-titanium oxides(a-ln KD vs.104/T;b-lnK′D vs.104/T diagram)

图7　尕林格磁铁矿-钛铁矿矿物对xuspvs.xilm温度等高线(a)和lnaO2等高线(b)(底图据Powell and Powell,1977)Fig.7 The geothermometer of iron-titanium oxides:a.xuspvs.xilmcontoured for temperature;b.xuspversus xilmcontoured for lnaO2(base map after Powell and Powell,1977)

图8　尕林格Fe-Ti氧化物温度和氧逸度(底图根据Frost and Lindsley,1992)Fig.8 Temperatures and oxygen fugacities of the Galinge Fe-Ti oxides(base map after Frost and Lindsley,1992)

4 讨论

4.1 尕林格Fe-Ti氧化物温度氧逸度

由于磁铁矿中钛铁矿的溶解性太低而不能单一靠出溶解释大部分钛铁-磁铁矿共生组合。而磁铁矿-钛铁尖晶石固相线之下的氧化反应形成钛铁矿-磁铁矿共生组合已经被实验证实,并且发生在许多火成岩和一些变质岩的降温过程。Hu等(2015)总结了大部分矽卡岩矿床中的磁铁矿都经历的溶解-再沉淀和氧化出溶-再结晶的过程,而其中氧化出溶-再结晶仅发生在高Ti磁铁矿中,导致出溶形成叶片状Fe-Ti-Al氧化物。Frost和Lindsley(1992)将FeO-CaO-MgO-SiO2-TiO2火成岩体系中相关的Fe-Ti氧化物、钙镁铁辉石、橄榄石以及石英共存组合计算的热动力学模型应用到火山岩和侵入岩的化学平衡当中,发现氧化物相成分与共生的铁镁硅酸盐的种类密切相关。图8中HM(hematite-magnetite)曲线限定了赤铁矿-磁铁矿组合缓冲区范围(Myers and Eugster,1983;Sack et al.,1980),普通辉石、斜方辉石和含钛磁铁矿的基性组合(COM)的缓冲区高于橄榄石、石英和磁铁矿组合(QFM)的缓冲区,ASMW(2kb)曲线表示在Ptotal=PH2O=2kbars了铁云母-透长石-磁铁矿-H2O缓冲区(Helgeson,1978),而角闪石、黑云母和磁铁矿的酸性组合缓冲区(ABM)高于COM缓冲区(Carmichael,1966)。随着岩浆分异作用的进行,从基性岩浆到酸性岩浆fO2逐渐升高,而铁钛氧化物的TiO2的含量逐渐减少(岳树勤等,1982)。通常钛铁矿要不在黑云母和角闪石结晶时消失,要不随着环境条件的改变继续保持平衡(Carmichael,1966)。

尕林格矿床内HYM的温度和氧逸度投影点全部落在HM(赤铁矿-磁铁矿共生组合)氧缓冲线和ABM氧缓冲线之间(图8),与ABM组合非常接近,而IGM的温度和氧逸度投影点全部落在QFM氧缓冲线和COM氧缓冲线之间。二者出溶平衡时的特征反映出尕林格热液性质的的磁铁矿-钛铁矿出溶组合与中酸性岩浆演化流体有关,与基性岩浆的出溶无关。

尕林格热液性质磁铁矿-钛铁矿组合的形成温度为580～690℃,氧逸度(fO2)分布在10-14～10-18(图8)。尕林格玄武安山岩中火成性质的磁铁矿-钛铁矿组合的形成温度为680～750℃,氧逸度(fO2)分布在10-15～10-18。通常大部分的岩浆成因含钛磁铁矿-钛铁矿矿床都是在岩浆温度下形成的(Buddington et al.,1955),温度大约会在700℃以上。一般水饱和岩浆的形成温度都大于700℃,水不饱和岩浆的的形成温度也大概在900℃左右。因此,尕林格矿床围岩中发现的共存Fe-Ti氧化物并非岩浆成因,而是形成于岩浆早期富挥发分高温高盐度流体的最初冷却过程。随着岩浆的冷却结晶,早期富挥发分高温高盐度流体从岩浆中分异出来,与地层中的镁铁质火山岩发生渗滤交代反应,导致镁铁质火山岩发生强烈的褪色蚀变,Fe、Mg、Al、Ti和Cu等金属元素含量明显降低(表3)。由于流体运移过程中受到火山岩的缓冲作用,导致流体的氧逸度与火山岩中矿物平衡时的氧逸度很接近。随着流体温度的降低和氧逸度的改变,导致Fe、Ti、Al和Mg等元素发生氧化沉淀,形成含钛磁铁矿并出溶钛铁矿组合。

表3　尕林格火山岩化学成分Table 3 Chemical composition of Galinge volcanic rocks

图9　尕林格矿床两期石榴子石BSE图像,其中核部富Ti贫Fe,而边部富Fe贫TiFig.9 The BSE photograph of the two generation garnets from the Galinge deposit

4.2 金属元素迁移

在岩浆体系中,磁铁矿中的Al和Ti的含量与温度密切相关(Nielsen et al.,1994),含量越高指示的温度就越高。这一规律也同样适用于热液性质的斑岩和矽卡岩磁铁矿(Nadoll et al.,2014)。通常来自于钙质或镁质矽卡岩矿床的热液磁铁矿中的Ti和V的含量要比火成性质的磁铁矿的含量低至少一个数量级(Ray and Webster,2007;Nadoll,2011),尕林格发现的热液磁铁矿-钛铁矿组合中磁铁矿的Ti和V的含量就具有类似特征。有证据表明,如Ti和Al等元素在热液中的溶解性是与温度强烈相关的(Van Baalen,1993),通常在中低温热液体系下是难运移的(Verlaguet et al.,2006),而在高温火成条件下Ti 和Al是可以进入磁铁矿中的,因此火成磁铁矿中Ti和Al的平均含量明显要比热液磁铁矿的高。也有证据表明,大量火成岩的矽卡岩化可以导致Ti、V、Al等元素在矽卡岩矿物中富集(Meinert,1984),这一特点可以在尕林格早期结晶矽卡岩矿物石榴子石中得到证明。尕林格早期结晶石榴子石根据化学成分的不同可以划分两个阶段(图12),早期核部中TiO2(5.24 wt.%～5.49 wt.%)和Al2O3(6.06 wt.%～6.19 wt.%)的含量明显高于晚期边部TiO2(0.1 wt.%～0.3 wt.%)和Al2O3(0.67 wt.%～4.47 wt.%)(另文发表),充分说明Ti和Al在岩浆演化早期高温高盐度流体中可以大量运移。

5 结论

(1)尕林格矽卡岩矿床存在两种性质的磁铁矿-钛铁矿出溶共生组合,其中矽卡岩中的热液性质组合与镁铁尖晶石共生,根据Fe-Ti氧化物热力学计算公式换算得到的温度范围为581.8～688.9℃,氧逸度分布在10-14.74～10-17.94之间;镁铁质安山岩中的火成性质组合主要与岩浆中的镁铁质矿物相平衡,其温度主要集中在690.73～740.26℃,氧逸度集中在10-15.44～10-17.30之间。

(2)尕林格矽卡岩型铁矿的最初成矿温度可达到700℃左右,接近于水饱和岩浆结晶时的温度,与岩浆演化早期高温高盐度流体密切相关。由于岩浆演化热液受到镁铁质火山岩的缓冲作用,使得HYM的氧逸度和IGM的氧逸度极为接近。

(3)热液性质的磁铁矿中Ti、V和Al的含量比火成性质的磁铁矿低一个数量级,这与元素在热液体系中的溶解性有关。通常Ti和Al在岩浆演化早期高温高盐度流体中可以大量运移。

(4)从花岗闪长质岩浆结晶分异出的早期高温高盐度流体与镁铁质安山岩发生渗滤交代反应,淋滤出大量的Mg、Ti、Al、Fe和Cu等金属元素,随着流体温度的降低,Ti和Al等金属元素进入到磁铁矿晶格中。而伴随流体氧逸度的升高,导致含钛磁铁矿在降温过程中经历了氧化出溶反应形成钛铁矿-磁铁矿共存组合。

Acknowledgements:

This study was supported by the Special Scientific Research Fund of Public Welfare Profession of Ministry of Land and Resources of the People’s Republic of China(No.201411025),the Geological Prospecting Fund of Qinghai Province(No.201304),and China Geological Survey(Nos.201411025,201309 and 201112).

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The Iron-Titanium Oxides in the Galinge Iron Polymetallic Skarn Deposit of Qinghai Province and Their Thermodynamic Significance

YU Miao1,2),FENG Cheng-you1)*,LIU Hong-chuan3),LI Ding-wu3),WANG Hui1),
LIU Jian-nan1),ZHAO Yi-ming1),LI Da-xin1)
1)MLR Key Laboratory of Metallogeny and Mineral Assessment,Institute of Mineral Resources,Chinese Academy of Geological Sciences,Beijing 100037;
2)School of Earth and Space Sciences,Peking University,Beijing 100871;
3)Qinghai Institute of Nonferrous Metal and Geological Exploration,Xining,Qinghai 810007

Abstract:The Galinge skarn iron deposit is located at the junction between the Qimantag metallogenic belt in the East Kunlun Mountains and the Qaidam Basin.There are two types of Fe-Ti oxides coexisting assemblages in the Galinge skarn deposit:one is the hydrothermal magnetite-ilmenite coexisting assemblage(HYM)which was discovered in No.2 Ⅱ ore group,whereas the other one is the igneous magnetite-ilmenite coexisting assemblage(IGM)which is developed in the fresh mafic basaltic andesite.This research aimed to analyze the distinctivebook=205,ebook=80composition and significant thermodynamic features of the HYM and IGM.The HYM shows an intergrowth with ferromagnesium spinel,and the crystallographic orientation of growing ilmenite lamellae are parallel to the(111)planes of the magnetite octahedron.Based on the equilibrium of oxidation,the equilibrated temperatures range between 581.8C and 688.9℃,and the oxygen fugacities vary between 10(-14.74)and 10(-17.94).The IGM is mainly in equilibrium with silicate minerals in the mafic magma.The equilibrated temperatures of the IGM range between 690.73℃ and 740.26℃,and the range of oxygen fugacities is 10(-15.44)-10(-17.30).It is reasonably inferred that the primary metallogenic temperature might have reached 700℃,approaching the crystallographic temperature of water saturated magma.Therefore,the HYM was formed after the primary cooling procedure of the early high-temperature and high-salinity hydrothermal fluid which evolved from the magma.Because of the infiltration metasomatism between the hydrothermal fluid and the mafic igneous rocks,large amounts of metal elements such as Fe,Ti,Al,Mg and Cu were leached out.In the early high temperature setting,Ti and Al were incorporated into the magnetite,and consequently the oxyexsolution of titaniferous magnetite resulted in the intergrowth of magnetite and ilmenite.As the oxyexsolution did not rapidly re-equilibrate under new conditions,the iron-titanium oxide relationship could be preserved and hence could indicate the equilibrium temperature and the oxygen fugacity of the oxidation.

Key words:Galinge;Fe-Ti oxides;spinel;geothermometer;oxygen barometer;oxyexsolution

*通讯作者:丰成友,男,1971年生。博士,研究员,博士生导师。主要从事矿床地质、地球化学研究。

通讯地址:100037,北京市百万庄大街26号中国地质科学院。E-mail:fengchy@cags.ac.cn。

作者简介:第一于淼,男,1987年生。博士研究生。矿物学、岩石学、矿床学专业。E-mail:540052547@qq.com。

收稿日期:2015-08-12;改回日期:2015-11-04。责任编辑:闫立娟。

中图分类号:P618.31;P574

文献标志码:A

doi:10.3975/cagsb.2016.02.08