攀西地区出露赋含超大型钒钛磁铁矿矿床的攀枝花、红格和白马镁铁-超镁铁质层状岩体,它们与该地区广泛发育的高Ti玄武岩以及时空上紧密伴生的正长岩和花岗岩岩体同属于~260 Ma峨眉山大火成岩省的一部分。这些含矿岩体的独特性在于,巨厚的钒钛磁铁矿矿体主要位于岩体的中部或下部,不同于世界上其它一些赋含钒钛磁铁矿矿床的层状岩体。因此,攀西地区的层状岩体中大量磁铁矿富集机制是一个需要探讨的问题。本论文以攀枝花岩体为主要研究对象,查明了磁铁矿的富集机制,并对高钛玄武质岩浆的演化过程与层状岩体形成的成因联系进行了探讨。
本次论文工作在大量薄片观察的基础上,通过电子探针、原位激光ICP-MS和MC-ICP-MS分析技术,系统测定了攀枝花岩体边缘带(MGZ)、下部带(LZ)、中部带(MZa和MZb)和上部带(UZ)中单斜辉石、斜长石、磁铁矿和磷灰石的主量和微量元素组成、斜长石Sr同位素组成、以及磷灰石和斜长石单矿物溶液Nd同位素组成;并对攀枝花、红格和白马岩体中的磁铁矿、单斜辉和斜长石中的挥发份组成、含量以及C-H-O同位素进行了分析,取得了以下主要认识:
(1)含矿岩体的母岩浆成分相当于演化的高Ti苦橄质或玄武质岩浆,是原始高Ti苦橄质岩浆在深部岩浆房中经历橄榄石和铬铁矿的分离结晶作用形成的。分异程度较低的母岩浆在侵位至浅部岩浆房后继续经历了橄榄石、铬铁矿/富铬磁铁矿和单斜辉石的结晶和分异,形成了层状岩体下部的超镁铁质岩石单元,如红格和新街岩体下部的橄辉岩和辉石岩单元;分异程度较高的母岩浆侵位至浅部岩浆房后形成了镁铁质的辉长岩岩体,如攀枝花、白马和太和岩体。
(2)攀枝花、红格和白马岩体矿石中磁铁矿中的挥发份主要由H2O和CO2组成,而单斜辉石和斜长石中的挥发份主要由H2O、CO2和H2组成。CO2和H2O的C-H-O同位素结果表明,有来自围岩的流体组分加入。岩体中磁铁矿的平均释气总量远远大于单斜辉石和斜长石,表明磁铁矿结晶时岩浆中更富挥发份。这可能是两种原因造成的:一是岩浆早期大量单斜辉石和斜长石的结晶导致残余岩浆富集H2O等挥发份,二是岩浆演化过程中加入了大量来自围岩的流体组分并被晚期结晶的磁铁矿捕获。因此,磁铁矿的结晶可能晚于单斜辉石和斜长石等矿物,而不是岩浆早期结晶的产物。
(3)攀枝花岩体的高Ti玄武质母岩浆在浅部岩浆房中经历了橄榄石、斜长石和单斜辉石分异之后发生了高温下的岩浆不混熔作用,形成了富Fe-Ti-P的熔体和富Si熔体。物理分异导致富Fe-Ti-P的熔体迁移至岩浆房的下部,富Si熔体迁移至岩浆房的上部。磁铁矿的堆积形成了岩体下部LZ和MZa单元中厚层的块状矿体。由于高温条件下,P在不混熔富Fe-Ti-P的熔体中是不饱和的,磁铁矿的结晶导致残余岩浆富集P,富P的残余岩浆与岩体上部的富Si熔体混合产生了富P、Si的熔体,形成岩体上部富含磷灰石的MZb单元。
(4)攀枝花岩体LZ和MZa单元中单斜辉石和磁铁矿中的V含量分别是MZb中单斜辉石和磁铁矿V含量的2~3倍;LZ和MZa中单斜辉石的平衡熔体的REE含量是高Ti玄武岩的1~1.5倍。这些变化与不混熔过程中V和REE选择性进入富Fe熔体的特征一致,支持攀枝花钒钛磁铁矿矿床的不混熔成因。
(5)攀枝花岩体中单斜辉石Mg#值和Cr含量、斜长石An含量和Sr含量、磁铁矿Cr含量均在MZa和UZ的底部出现了成分倒转,表明有两次原始岩浆的注入。MZb顶部的磷灰石含有Eu正异常,且MZb顶部的磷灰石和斜长石的εNd(t)值高于MZb中下部的磷灰石和斜长石的εNd(t)值,其可能是富Eu的正长质岩浆注入MZb顶部造成的。因此,攀枝花岩体形成于开放的岩浆房体系。