攀枝花米易地区白马含矿岩体主量元素地球化学特征及其地质意义

欧何琼, 陈友良, 郭涛, 郭彦宏 , 殷桂芹

(1.成都理工大学地球科学学院, 四川 成都 610059;2.成都理工大学地学与核技术四川省重点实验室, 四川 成都 610059;3.核工业二○八大队，内蒙 包头 014000)

攀西地区位于扬子陆块西缘，处于著名的攀西裂谷中部，是我国重要的成矿区带之一，也是我国重要的黑色、有色、稀土—稀有等矿产品生产基地[1]。攀西地区层状基性-超基性含矿岩体以赋存超大型钒钛磁铁矿矿床而闻名于世，是我国重要的铁矿产地和钒钛资源基地[2]。攀西地区属于峨眉山大火成岩省内带，是世界上最大的钒钛磁铁矿矿集区，其中太和、白马、攀枝花、红格、新街等几大含矿岩体自北向南分布[3]。

白马铁矿为中国西南五大铁矿山之一，钟祥等研究认为白马含矿岩体是一个大型的含钒钛磁铁矿镁铁质-超镁铁质杂岩体，其形成时间与峨眉山玄武岩喷发时间基本一致[4]。张招崇等、胡瑞忠等发现白马铁矿的岩体母岩浆都是Ti-Fe含量高的玄武质岩浆，是高钛苦橄质岩浆分异结晶形成[5-6]。宋谢炎等认为含有钒钛磁铁矿的岩体与峨眉山高Ti玄武岩相关性极强，且两者在地球化学特征上具有内在的成因联系[7]。张晓琪等认为白马铁矿可能存在多次岩浆补充，每一次补充岩浆由于深部岩浆房分离结晶具有较高的Fe2O3含量和较高的Fe3+/Fe2+比值，使得Ti-Fe氧化物较早结晶[8]。本文在野外详细调查和取样分析的基础上，对白马含矿岩体的主量元素地球化学特征展开研究，以期为攀西地区钒钛磁铁矿的研究和白马岩体的岩浆演化提供新的依据。

1 矿区地质特征

白马铁矿在大地构造位置上处于扬子陆块西缘的康滇地轴中段的泸定—米易台拱之米易穹断束上，位处元谋-绿汁江断裂东侧(图1a)。矿区地处攀枝花市东北部的米易县白马镇，距攀枝花市区东北方向约100 km(图1b)。矿区出露的地层主要包括中元古界会理群天宝山组、震旦系观音崖组与灯影组以及二叠系上统峨眉山玄武岩地层。会理群天宝山组为一套浅变质岩系，岩性主要由绢云母石英片岩、角闪片岩、花岗片麻岩、大理岩、变质砂岩等组成。震旦系观音崖组与灯影组为一套碎屑岩-碳酸盐岩建造。二叠系上统峨眉山玄武岩以玄武质熔岩为主，由熔岩夹火山角砾岩、凝灰岩组成，厚度大约1000 m。白马岩体主要侵位于中元古界会理群天宝山组中。

矿区内岩浆岩十分发育，侵入岩主要为华力西早期-燕山期的各种酸性、基性-超基性以及碱性侵入岩类；喷出岩则主要为广泛分布的晚二叠纪峨眉山玄武岩。白马含矿岩体是矿区内分布最广的基性-超基性层状侵入岩体，大致呈南北向展布，长度为24 km，宽度为2～6 km，地表分布面积约100 km2，岩体延伸深度大于500 m，其形成时代为258.5±3.5 Ma[10]。经本次详细的镜下鉴定，白马岩体的主体岩石类型为辉长岩类，包括角闪辉长岩，橄榄辉长岩以及伟晶状辉长岩等。岩石的造岩矿物组合基本相似，均为“斜长石+含钛普通辉石+橄榄石”组合，只是由于各种矿物含量的变化以及结构、构造的不同，从而形成比较复杂的、多种多样的岩石类型，并进而构成若干个岩层。不同岩性的岩石加入不同含量的钛铁氧化物后又形成不同类型的矿石，进而构成若干个矿体及含矿层。其中磁铁矿化橄榄辉长岩是最主要的矿石类型。矿区内断裂构造较为发育，以NE向为主，将白马含矿岩体由北向南切割为夏家坪、及及坪、田家村、青杠坪及马槟榔等5个矿段(图1c)[9]。本次选取白马矿区中北部的及及坪矿段进行研究，该矿段约占白马矿区总产量的80%。矿段岩体出露良好，分带齐全，具有较好的代表性。含矿层状辉长岩体总体上朝西倾斜，从东至西，依次分为IV、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ共4个矿层。

图1 白马含矿岩体平面地质简图(据陈富文等修改[9])

2 样品采集与分析方法

本次研究在白马铁矿及及坪矿段含矿岩体中共采集了19件样品，在进行样品统计分析时，将TFe含量≥25%以上的样品作为矿石，TFe<25%的作为赋矿围岩。矿石类型主要为橄榄辉长岩矿石和辉石橄长岩矿石，赋矿围岩主要为角闪辉长岩，橄榄辉长岩以及伟晶状辉长岩，所有样品均进行了详细的岩矿鉴定。

样品全岩主量元素含量分析由核工业二三○研究所分析测试中心实验室完成，主量元素的分析采用AB104L AL104 AxiosmAX X射线荧光光谱仪，测试方法和依据为GB/T 14506.14-2010(硅酸盐岩石化学分析方法)。测试精度优于1%，分析质量监控结果表明样品分析质量满足研究要求。

3 分析结果

白马铁矿及及坪矿段含矿岩体中不同矿层矿石与赋矿围岩样品的主量元素含量见表1，各类岩、矿石主量元素组成特征分述如下：

3.1 角闪辉长岩

角闪辉长岩样品主要采于Ⅳ矿层，Ⅱ、Ⅲ矿层各有1个。角闪辉长岩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含量范围为3.06%～11.56%，平均值为6.13%；FeO含量范围为6.21%～9.11%，平均值为7.74%；MgO含量范围为5.56%～9.55%，平均值为7.67%；CaO含量范围为8.00%～13.41%，平均值为10.39%；Na2O含量范围为1.71%～3.07%，平均值为2.39%；K2O含量范围为0.27%～1.47%，平均值为0.87%；TiO2含量范围为1.75%～4.08%，平均值为2.60%；MnO含量范围为0.154%～0.239%，平均值为0.187%；P2O5含量范围为0.027%～0.529%，平均值为0.242%。样品的铝饱和指数范围为0.504～0.714，碱饱和指数范围0.230～0.424，属于偏铝质岩石；镁指数范围为43.86～61.29，平均值为50.77，低于原始岩浆(68～75)，反应岩浆可能经历了一定程度结晶分异作用或地壳同化混染作用。

3.2 橄榄辉长岩

橄榄辉长岩样品采自Ⅰ、Ⅱ矿层。样品中SiO2含量在31.41%～42.93%之间，平均值为37.71%；Al2O3含量范围为9.12%～19.67%，平均值为13.83%；Fe2O3含量范围为6.42%～ 14.78%，平均值为11.33%；FeO含量范围为6.40%～16.01%，平均值为10.70%；MgO含量范围为6.09%～14.35%，平均值为9.64%；CaO含量范围为5.30%～10.88%，平均值为8.50%；Na2O含量范围为1.09%～3.23%，平均值为2.04%；K2O含量范围为0.14%～0.28%，平均值为0.21%；TiO2含量范围为2.42%～4.65%，平均值为3.80%；MnO含量范围为0.152%～0.307%，平均值为0.232%；P2O5含量范围为0.049%～0.089%，平均值为0.070%。铝饱和指数范围为0.489～0.914，碱饱和指数范围0.213～0.283，属于偏铝质岩石；镁指数范围为39.51～47.13，平均值为45.13，低于原始岩浆(68～75)，反应岩浆可能经历了一定程度结晶分异作用或地壳同化混染作用。

3.3 伟晶状辉长岩

伟晶状辉长岩样品采于Ⅰ、Ⅳ矿层。样品中SiO2含量在29.64%～40.38%之间，平均值为35.81%；Al2O3含量范围为6.30%～15.20%，平均值为10.85%，相对于前两种赋矿围岩来说，含量偏低；Fe2O3含量范围为8.14%～19.88%，平均值为12.95%；FeO含量范围为9.44%～12.70%，平均值为11.59%；MgO含量范围为6.97%～9.78%，平均值为7.96%；CaO含量范围为9.74%～11.32%，平均值为10.71%；Na2O含量范围为0.51%～2.02%，平均值为1.39%；K2O含量范围为0.13%～0.25%，平均值为0.20%；TiO2含量范围为2.95%～6.75%，平均值为4.92%；MnO含量范围为0.193%～0.282%，平均值为0.239%；P2O5含量范围为0.129%～0.418%，平均值为0.232%。铝饱和指数范围为0.298～0.712，碱饱和指数范围0.156～0.267，属于偏铝质岩石；镁指数范围为35.7～43.16，平均值为37.91，低于原始岩浆(68～75)，反应岩浆可能经历了一定程度结晶分异作用或地壳同化混染作用。

3.4 矿石

橄榄辉长岩矿石在4个矿层均有采集，且在Ⅳ矿层采集了一个辉石橄长岩矿石。矿石SiO2含量在15.25%～26.94%之间，平均值为20.30%，由于出现铁元素异常富集，导致SiO2含量相对降低；Al2O3含量范围为4.63%～11.57%，平均值为7.24%，相对赋矿围岩来说明显较低；Fe2O3含量范围为22.20%～44.06%，平均值为28.66%；FeO含量范围为7.12%～21.83%，平均值为17.56%；MgO含量范围为5.49%～13.42%，平均值为10.46%；CaO含量范围为1.17%～5.54%，平均值为3.05%；Na2O含量范围为0.206%～1.36%，平均值为0.57%；K2O含量范围为0.05%～0.74%，平均值为0.23%；TiO2含量范围为6.30%～12.07%，平均值为8.48%；MnO含量范围为0.286%～0.4%，平均值为0.345%；P2O5含量范围为0.009%～0.065%，平均值为0.037%。铝饱和指数范围为1.073～1.902，碱饱和指数范围0.082～0.263，所有矿石都属于过铝质岩石；镁指数范围为17.3～39.15，平均值为30.08，低于原始岩浆(68～75)，反应岩浆可能经历了一定程度结晶分异作用或地壳同化混染作用。对比橄榄辉长岩矿石与辉石橄长岩矿石，辉石橄长岩矿石中SiO2，Al2O3，CaO，Na2O，K2O含量相对偏低； FeO，MgO，P2O5与橄榄辉长岩矿石类似，而Fe2O3，TiO2含量比橄榄辉长岩矿石高。对比其他赋矿围岩，矿石中SiO2含量明显减少，铁钛含量显著增加，CaO、Na2O、K2O、P2O5相对减少。

从上述主量元素分析结果可以看出，赋矿围岩均属于偏铝质岩石，仅矿石属于过铝质岩石，推测其是受矿化影响所致，总体上白马含矿岩体应属于偏铝质岩体。且所有样品的Na2O>K2O，含矿岩体具有富钠的特征，说明白马岩体为富钠偏铝质岩体。

4 讨论

4.1 主量元素地球化学特征

从表1数据中可以看出，白马含矿岩体具有较高的FeO、Fe2O3、TiO2、Na2O、K2O，且含量变化较大，依次为6.21%～21.83%，3.06%～31.95%，1.75%～12.07%，0.206%～3.23%，0.05%～1.47%。其中TiO2含量除两个样品小于2.1外，大部分样品均大于2.1，暗示其源区与峨眉山高钛玄武岩类似(张招崇等认为TiO2含量在2.1%以上)[11]。Na2O含量普遍高于K2O，呈现明显的富钠特征。样品具有较低的SiO2、MgO，含量变化范围较大，依次分别为15.25%～46.49%，5.56%～14.35%，其中SiO2含量表明白马含矿岩体属于超基性—基性岩范畴，较低的MgO含量和镁指数暗示了岩浆可能经历了一定程度的结晶分异作用或地壳同化混染作用。Al2O3、CaO、MnO含量变化范围分别为4.63%～19.67%，1.17%～13.41%，0.152%～0.4%。对各类样品进行TAS投点(图2)，由于部分样品Fe含量太高，导致SiO2所占比例偏低，该部分样品无法投到图内，而符合投图条件的样品大部分落在玄武岩区域，偶有样品落在苦橄玄武岩和副长石岩区域，且样品散落分布在碱性和亚碱性的区域内。

图2 白马含矿岩体赋矿围岩及矿石TAS图解(底图据Irvinet n BWRA[12]; 据路远发[13])Pc-苦橄玄武岩；B-玄武岩；O1-玄武安山岩；O2-安山岩；O3-英安岩；R-流纹岩；S1-粗面玄武岩；S2-玄武质粗面安山岩；S3-粗面安山岩；T-粗面岩、粗面英安岩；F-副长石岩；U1-碱玄岩、碧玄岩；U2-响岩质碱玄岩；U3-碱玄质响岩；Ph-响岩；Ir-Irvine 分界线，上方碱性，下方为亚碱性。

张招崇等曾研究了攀西地区的攀枝花、新街和力马河三个镁铁-超镁铁质岩体的主量元素地球化学特征，认为在MgO-FeO-Na2O+K2O图解上(图3)，3个岩体表现出各自不同的特征，他们分布在不同的区域，其中力马河岩体最富集Mg，新街岩体次之，而攀枝花岩体则贫Mg富Fe[14]。在全碱含量(Na2O+K2O)上则以攀枝花岩体最高，新街岩体次之，力马河岩体最低。从图3可以看出，白马含矿岩体的所有投点分布范围与攀枝花岩体的分布范围具有较大的相似性，且其演化趋势亦较为一致，可能反映白马含矿岩体的原始岩浆与攀枝花岩体同源。

图3 白马含矿岩体赋矿围岩及矿石MgO- FeO-Na2O+K2O图解(底图据张招崇等[14])

图4为白马含矿岩体主要氧化物含量变化趋势图，从该图可以看出，由角闪辉长岩—橄榄辉长岩—伟晶状辉长岩—矿石中的铁含量逐渐增加，且随着铁含量的增加，MgO、TiO2的含量也明显增加，SiO2、Al2O3、CaO、Na2O、K2O含量则明显减少，P2O5的变化不明显。这些主量元素氧化物含量的变化规律反映从赋矿围岩到矿石形成的岩浆演化过程中，含矿岩浆有随着铁元素富集，去硅碱去铝钙，富镁钛的趋势。由哈克图解(图5)可以更直观地看出，随着SiO2含量增加，Al2O3、CaO、Na2O、K2O含量也增加，成正相关关系； MgO、MnO、TiO2、FeO、Fe2O3含量降低，呈现明显的负相关关系。

图4 白马含矿岩体赋矿围岩及矿石样品主要氧化物含量变化趋势图(纵坐标单位%)

4.2 主量元素氧化物含量指示意义

在白马含矿岩体中，由于各类赋矿围岩、矿石具有异常的Fe含量，导致其化学组分，尤其是SiO2含量的占比相对较低，其指示意义可能相对较差。而其中的角闪辉长岩铁含量趋近于正常值，其化学组成相对具有代表性。表2为白马含矿岩体角闪辉长岩与各类典型基性岩类、地幔以及地壳的主要主量元素氧化物值含量对比表，从该表可以看出，白马角闪辉长岩的SiO2平均含量为44.39%，低于夏威夷拉斑玄武岩、大西洋洋中脊玄武岩和亏损型大洋中脊玄武岩(N-MORB)，与整个亏损地幔(DMM)以及原始上地幔(PUM)相近；TiO2值为2.60%，远高于整个亏损地幔(DMM)和原始上地幔(PUM)，略高于大西洋洋中脊玄武岩，与夏威夷拉斑玄武岩相近；Al2O3值为14.71%，远高于整个亏损地幔(DMM)和原始上地幔(PUM)，低于大西洋洋中脊玄武岩和亏损型大洋中脊玄武岩(N-MORB)，与夏威夷拉斑玄武岩最为接近；TFeO值为14.73，高于各典型基性岩类，与夏威夷拉斑玄武岩最为接近；CaO平均值为10.39%，远高于整个亏损地幔(DMM)和原始上地幔(PUM)，低于亏损型大洋中脊玄武岩(N-MORB)，介于夏威夷拉斑玄武岩与大西洋洋中脊玄武岩之间；MgO值为7.67%，远低于整个亏损地幔(DMM)和原始上地幔(PUM)，与大西洋洋中脊玄武岩、亏损型大洋中脊玄武岩(N-MORB)和夏威夷拉斑玄武岩接近；Na2O值为2.39%，远高于整个亏损地幔(DMM)和原始上地幔(PUM)，介于夏威夷拉斑玄武岩和亏损型大洋中脊玄武岩(N-MORB)之间；K2O含量值为0.87%，均高于各典型基性岩类；P2O5平均值为0.242%，远高于整个亏损地幔(DMM)、原始上地幔(PUM)以及亏损型大洋中脊玄武岩(N-MORB)，与夏威夷拉斑玄武岩及大西洋洋中脊玄武岩相近。总体来看，白马角闪辉长岩的主量元素含量和夏威夷拉斑玄武岩较为类似。从白马含矿岩体主要氧化物的AFM图解(图6)亦可以看出，所有样品均投于拉斑玄武岩类，进一步证实该岩体的原始岩浆为拉斑玄武岩系列。

白马含矿岩体主量元素氧化物含量与地壳、地幔对比(表2)，总体上Fe2O3、FeO、TiO2以及CaO表现为明显的富集，这意味着研究区内钛、铁元素具有很高的丰度，较易富集成矿，并且钙元素也可能与钛、铁元素的富集成矿过程密切相关；Al2O3、P2O5、Na2O、K2O相对于地壳亏损，相对于地幔富集，说明这些元素在地幔岩浆往上运移时发生了壳幔混染或者交代作用，而且Na2O含量普遍大于K2O含量，说明赋矿岩体与铁相关的钠质交代作用比较发育；MgO相对于地壳富集，相对于地幔亏损；结合样品的镁指数分析，区内的原始岩浆经历了一定程度的地壳同化混染作用。

图5 白马含矿岩体赋矿围岩及矿石主量元素德主要氧化物哈克图解

表2 白马含矿岩体角闪辉长岩与各典型基性岩类、地幔及地壳主量元素氧化物值对比表(%)

图6 白马含矿岩体赋矿围岩及矿石AFM图解A-全铁含量TFeO；F-全碱含量Na2O+K2O；M-MgO含量

5 结论

本文通过对白马铁矿及及坪矿段含矿岩体各类岩、矿石的主量元素地球化学特征研究，得出以下主要认识：

(1)白马含矿岩体具有高铁、钛、钾、钠，低硅、镁的特征。赋矿围岩的A/CNK为0.298～0.914，NK/A为0.156～0.424，Na2O>K2O，表明白马含矿岩体为富钠偏铝质岩体。其MgO-FeO-Na2O+K2O分布图解与攀枝花岩体相似，且演化趋势亦较为一致，反映其原始岩浆可能与攀枝花岩体同源。

(2)岩矿石中随着铁含量的增加，SiO2、Al2O3、CaO、Na2O、K2O含量明显减少，MgO、TiO2的含量明显增加。反映成岩过程中随着含矿岩浆中铁元素的富集，成矿岩浆有着去硅碱，去铝钙，而富镁钛的演化趋势。岩矿石中随着SiO2含量增加，Al2O3、CaO、Na2O、K2O含量也增加，成正相关关系； MgO、MnO、TiO2、FeO、Fe2O3含量降低，呈现明显的负相关关系。

(3)白马含矿岩体属拉斑玄武岩系列岩石，其TiO2含量普遍较高，除个别样品外，一般大于2.1%，其成矿母岩浆可能来源于峨眉山大火成岩省中的高钛玄武岩浆。与地幔、地壳的氧化物值对比表明，含矿岩体明显富集Fe2O3、FeO、TiO2；Al2O3、P2O5、Na2O、K2O相对于地壳亏损，相对于地幔富集，MgO相对于地壳富集，相对于地幔亏损，反映白马含矿岩体为原始地幔岩浆向上运移过程中发生壳幔混染或者交代作用的产物。