~260 Ma地幔柱活动形成的峨眉山大火成岩省主要由大陆溢流玄武岩及共生的镁铁-超镁铁质岩体、花岗岩和正长岩组成。与世界其它大火成岩省相比,峨眉山大火成岩省出露面积较小,但成矿作用类型多样,不仅赋含铜镍硫化物矿床,还形成了一些大型钒钛磁铁矿矿床。上世纪60年代初期在峨眉山内部带攀西地区发现了近30个小型Nb-Ta矿床(矿化点),这在世界其它大火成岩省中极为罕见。多数铌钽矿床(矿化点)赋存在正长岩脉中,并且在空间上与攀西地区广泛分布的长英质岩体(花岗岩和正长岩)密切相关,同时又与峨眉山大火成岩省的玄武岩和辉长岩共生,前人推测这类矿床可能大体与峨眉山岩浆活动时间相一致(~260Ma)。一直以来学者们致力于该区钒钛磁铁矿和铜镍硫化物矿床的研究,对此类铌钽矿床并没有过多的关注。此类矿床精确的形成时代尚不清楚,是否也属于峨眉山大火成岩省成矿系统的一部分?同时对该区铌钽等稀有金属元素的赋存形态和富集机制目前也不清楚。
本文选取了炉库和白草两个铌钽矿床作为代表进行详细研究。选择这两个矿区主要是基于:1)两个矿床为具有成矿远景的中小型矿床,相比其它矿化点更具代表性;2)两个矿区野外出露较好,且距离很近;野外地质资料也翔实,能够保证采样的准确性与代表性。通过对两个矿区中的正长岩体、无矿岩脉及含矿岩脉进行LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学、岩石主微量、矿物学、锆石Hf同位素、Sr-Nd和B同位素的综合研究,来探讨攀西地区二叠纪铌钽矿床的形成时代,元素富集机制及其与峨眉山大火成岩省的关系。
本区铌钽等稀有金属元素赋存在正长岩脉中,有的甚至全岩矿化,岩体的形成过程即是成矿元素富集的过程。含矿岩脉呈平行状、网脉状侵入到二叠纪层状辉长岩体的裂隙中,两个矿区含矿岩脉主体呈灰色至灰白色,多为粗粒-伟晶不等粒结构。主要组成矿物为钾长石(30-50%,主要是条纹长石和微斜长石,部分正长石),钠长石(10-20%)和霓石(5-10%)、钠铁闪石(5-15%)。烧绿石(主要赋存Nb2O5,少量Ta2O5)是主要赋矿矿物,其次为褐钇铌矿。副矿物包括锆石、榍石和少量钛铁矿、磁铁矿、萤石等。其中钛铁矿和榍石中也含有少量(1-4%) Nb2O5。正长岩体和无矿岩脉多为细粒-中粒结构,矿物组成与含矿岩脉相似,但在含量上有差异。相比含矿岩脉,无矿岩脉和正长岩体含有更多的黑云母(5-10%)、斜长石(5-15%)和钾长石(50-70%)及较少的钠长石(~5%)和霓石,而副矿物含量如榍石、钛铁矿等明显高于含矿岩脉,烧绿石等矿石矿物极少。
研究表明,炉库矿区正长岩体和无矿正长岩脉锆石U-Pb年龄为255.6±2.0Ma和255.6±1.5Ma,含矿岩脉为256.7±4.4Ma;白草矿区正长岩体和含矿岩脉形成时间为257.9±2.3Ma和257.8±1.3Ma。这些年龄结果均显示攀西地区Nb-Ta矿化的形成时代与峨眉山大火成岩省活动时间相一致(260-257Ma),说明Nb-Ta矿化的形成与峨眉山大火成岩省紧密相关,为地幔柱成矿系统的一部分。
含矿岩脉以含有高的Nb(158-2210ppm)、Ta(10.3-149ppm)、Zr(433-8160ppm)和稀土含量(133-4087ppm)为特征。岩石地球化学特征表明,含矿岩脉是岩浆高度分异演化的产物,铌钽等元素正是在此过程中逐渐富集成矿的。含矿岩脉和无矿岩脉及正长岩脉SiO2含量变化于(60.09-66.92%),均含有较高的Na2O+K2O(>10 wt.%)。岩石地球化学特征表明三者均为A型花岗质岩石的A1亚类。从无矿岩脉到含矿岩脉TiO2、CaO、MgO和P2O5含量随着SiO2的增加而减少,表明两者存在演化关系。无矿岩脉具有Eu、Ba、Sr正异常和Ti负异常,而含矿岩脉具有强烈的负Eu异常(Eu/Eu*=0.3-0.52),并强烈亏损Sr和Ti,暗示着从无矿岩脉到含矿岩脉有斜长石的分离结晶。含矿岩脉具有高的Rb/Sr(1.12-6.11)和低的K/Rb(111-236),相比于无矿岩脉(Rb/Sr=0.03-0.12,K/Rb=200-450),显示出高度分异特征。
含矿岩脉常常遭受钠长石化作用,一般钠长石化蚀变越强烈,岩石就越富集矿。矿石矿物烧绿石常常聚集产出在岩石的钠长石化部位,这暗示着热液交代作用(主要是钠长石化)在铌钽元素富集过程中亦可能起着重要作用。B同位素和矿石矿物烧绿石的组成表明本区的钠长石化是岩浆演化到晚期必然出现的结果,是岩体自交代作用的结果。
烧绿石主要成分为Na2O,CaO、SiO2、MgO、Ce2O3、HfO2、ZrO2、TiO2、Y2O3、F和REE,表明矿物内部存在广泛的类质同象。含矿岩脉中的烧绿石含有高的Nb2O5、Ta2O5和Na2O及低的CaO和UO2,表明从无矿岩脉到含矿岩脉,Nb2O5和Ta2O5由于强不相容性在熔体中逐渐富集而Na含量逐渐增加,置换了早期形成的烧绿石中的Ca和U。
从正长岩体、无矿岩脉到含矿岩脉,B的含量逐渐增加,一定程度上暗示岩浆的演化作用。但是,含矿正长岩脉δ11B=-18.0~-14.5‰,低于正长岩体和无矿岩脉的δ11B=-13.4‰至-10.0‰。结合同位素和地球化学特征,推测含矿岩脉较低的δ11B值为岩浆高度分异演化过程中岩浆流体从岩浆中的逐渐出溶所致。
含矿岩脉及无矿岩脉和正长岩体显示相似的锆石εHf(t)和Nd同位素特征。其中,两个矿区含矿正长岩脉的锆石εHf(t)值集中于0~+6,正长岩体和无矿岩脉为+0.3~+6.6。岩石的εNd(t)非常均一(正长岩体和无矿岩脉εNd(t)=-0.3~+0.7,含矿岩脉εNd(t)=-0.2~-0.2)。两矿区岩石初始86Sr/87Sr值同位素表现出宽泛的范围。正长岩体和无矿岩脉的(86Sr/87Sr)i分别变化于0.7032-0.7090和0.7044-0.7064,含矿岩脉的(86Sr/87Sr)i变化于0.7055-0.7091,较大的初始86Sr/87Sr比值可能由于岩石遭受一定程度的蚀变所致。本文两矿区的含矿岩脉及无矿岩脉和正长岩体与攀西地区红格镁铁质/超镁铁质层状侵入体一致(εNd(t)=-2.7~+1.0,(86Sr/87Sr)i=0.7058~0.7064),表明其与峨眉山玄武岩及镁铁质侵入体来自于相同的地幔源区。
通过以上研究,本文认为攀西地区含铌钽矿正长岩脉及相关正长岩体为地幔柱岩浆活动造成的底侵在下地壳底部的基性岩再次部分熔融形成的产物,Nb-Ta矿化是峨眉山地幔柱成矿系统的一部分。含矿铌钽矿床是岩浆高分异演化的产物,而铌钽等元素就是在岩浆逐渐分异演化过程中逐渐富集的。同时含矿岩脉多集中在封闭的裂隙中,为岩浆的分异演化提供了有力条件和可能。与成矿有密切联系的钠长石化是岩浆演化到后期熔体-流体阶段出现的必然产物,钠长石化在铌钽等元素的富集过程中起着载体的作用,具体的为,铌钽等元素在岩浆中以Na元素结合以络合物的形式溶解在岩浆中,当岩浆逐渐分异演化,钠长石逐渐结晶,络合物结构遭到破坏,从而促使铌钽等元素沉淀富集。