四川攀枝花釩鈦磁鐵礦床Fe同位素特征及指示意義

(成都理工大學地球科學學院 四川 成都 610000)

近年來，隨著多接收器電感耦合等離子體質譜(MC-ICP-MS)的出現，Fe同位素分析技術和測試精度大幅提高，使得Fe同位素逐漸成為重要的地球化學示蹤劑而廣泛的應用于地學各領域。目前研究結果顯示地球上δ57Fe的分布范圍為-5.18‰～4.65‰，平均值為-0.34‰，其中火成巖Fe的同位素δ57Fe組成變化范圍很小，約為-0.05‰～0.34‰，平均組成0.15‰，但是對于巖漿演化過程中火成巖Fe同位素的演化規律和分餾機理沒有系統的研究(王世霞，2012)。

地幔柱上升是地球各各圈層進行物質和能量交換的一種重要方式,巨量玄武質巖漿活動為大規模巖漿成礦作用提供了物質條件。已有研究表明，我國峨眉山大火成巖省中攀西地區含V-Ti磁鐵礦層狀巖體與晚二疊世地幔柱活動密切相關。攀西地區位于峨眉山大火成巖省的內帶，是世界上最大的V-Ti磁鐵礦礦集區，其中多處為大型-超大型V-Ti磁鐵礦床。沿南北向的磨盤山-元謀斷裂和攀枝花斷裂帶發育一系列含Fe-Ti-V礦的層狀基性-超基性巖體，從北向南依次為太和巖體、白馬巖體、新街巖體、紅格巖體和攀枝花巖體。

攀枝花層狀輝長巖體走向北東，傾向北西，傾角50～60°，長19km，寬2km，厚2000～300m，出露面積約30km2。下部主要含礦帶厚70～500m，平均10m,其中礦體累計厚度為20～230m，平均130m，沿傾向延伸850m未見變薄。后期由于受南北向反扭性平移斷裂破壞，自北東向南西可將礦床劃分為朱家包包、蘭家火山、尖山、刀馬坎、公山等賦礦地段。巖體上盤因斷層影響只見三疊紀地層與之呈斷層接觸。下盤圍巖爭議較大，多認為靠近巖體底部的大理巖是巖體底板圍巖，并認定屬于上震旦統燈影灰巖。

經樣品處理及儀器分析，全巖的Fe的同位素組成特征：攀枝花釩鈦磁鐵礦區朱家包包礦體全巖δ57Fe的分布范圍為0.02‰～0.25‰，平均組成為0.17‰。礦區主要巖石為輝長巖、磁鐵輝長巖和塊狀礦石，其中輝長巖全巖δ57Fe的分布范圍為0.13‰～0.25‰，平均值為0.18‰；磁鐵輝長巖全巖δ57Fe的分布范圍為0.02‰～0.22‰，平均值為0.15‰；塊狀礦石全巖δ57Fe的分布范圍為0.16‰～0.25‰，平均組成為0.20‰。前人研究表明，地球上火成巖Fe同位素組成的顯著征之一就是不同時代、構造背景下形成的火成巖的Fe同位素組成變化不大，其平均組成δ57Fe約為0.15‰。研究中不同巖礦體的Fe同位素組成顯示了同樣的特征。磁鐵礦的Fe同位素組成特征：攀枝花礦區三類主要巖石輝長巖、磁鐵輝長巖、塊狀礦石中挑磁鐵礦的δ57Fe分布范圍為0.20‰～0.61‰，平均值為0.36‰。相對全巖樣品，磁鐵礦Fe同位素分餾程度較大，且具有相對重的Fe同位素組成。

攀枝花釩鈦磁鐵礦區朱家包包礦體中輝長巖中磁鐵礦單礦物δ57Fe的分布范圍為0.26‰～0.61‰，平均值為0.44‰；磁鐵輝長巖中磁鐵礦單礦物δ57Fe的分布范圍為0.25‰～0.59‰，平均值為0.36‰；塊礦礦石中磁鐵礦單礦物δ57Fe的分布范圍為0.20‰～0.41‰，平均值為0.27‰。其中輝長巖樣品中磁鐵礦δ57Fe相對于全巖Fe同位素偏重的程度較大；磁鐵輝長巖樣品中磁鐵礦δ57Fe偏重的程度較小；塊狀礦石樣品中磁鐵礦δ57Fe相對于全巖Fe同位素偏重的程度最小。從塊狀磁鐵礦層到磁鐵輝長巖再到輝長巖，磁鐵礦的含量是逐漸降低的。結果表明：全巖樣品中磁鐵礦的含量越高，磁鐵礦Fe同位素組成越接近全巖水平，相對全巖偏重程度較小。

在磁鐵礦含量最低的輝長巖中,結晶礦物磁鐵礦的Fe同位素組成δ57Fe相對于全巖偏重程度最大，達到0.27‰；磁鐵輝長巖中結晶礦物磁鐵礦的Fe同位素組成δ57Fe相對于全巖平均偏重0.21‰；磁鐵礦含量最高的塊狀礦石中,結晶礦物磁鐵礦的Fe同位素組成δ57Fe相對于全巖平均偏重0.08‰，接近全巖水平。上述結果顯示了巖漿過程中結晶礦物磁鐵礦與全巖之間的Fe同位素分餾程度的不一致性，產生這一結果的原因與控制Fe同位素分餾的分餾機理有關。

同位素分餾理論表明,共生物相之間同位素分餾和化學鍵能相關，鍵能大的原子或基團富集重同位素,鍵能小的原子或基團富集輕同位素。電荷是影響化學鍵鍵能的重要因素,對于Fe同位素而言，通常以Fe2+或Fe3+形式賦存在礦物中,Fe3+的鍵能大于Fe2+，因而富含Fe3+的礦物相對富集重Fe同位素,富含Fe2+的礦物相對富集輕Fe同位素。在達到Fe同位素分餾平衡的巖漿演化體系,全巖中Fe2+和Fe3+之間Fe同位素分餾相應也應達到平衡。即全巖中大量存在的總含Fe量最高的礦物的Fe同位素組成最接近全巖Fe同位素組成。

已有研究表明攀枝花下部巖相帶巨厚的塊狀磁鐵礦層的形成以及中部巖相帶多個旋回的形成說明攀枝花巖礦體并非形成于同一次巖漿灌入，而是由多次巖漿補充形成(張曉琪等,2011)。攀枝花釩鈦磁鐵礦中部巖相帶中磁鐵礦的δ57Fe分布范圍為0.29‰～0.61‰，而下部巖相帶中磁鐵礦的δ57Fe為0.20‰～0.34‰，變化范圍小于中部巖相帶，且具有明顯偏輕的Fe同位素組成。這種差異表明下部巖相帶磁鐵礦并非由于中部巖相帶中磁鐵礦發生重力分異沉降到底部形成,而磁鐵礦Fe同位素組成與氧逸度之間的關系也表明攀枝花巖礦體中磁鐵礦是原位結晶堆積的。下部巖相帶中塊狀礦體最厚,表明下部巖相帶形成過程中,巖漿補充非常頻繁,導致磁鐵礦大量堆積,形成小的磁鐵礦的δ57Fe分布范圍；而中部巖相帶中由于巖漿補充的頻率逐漸降低,形成不同旋回及其旋回內部交替產生的磁鐵輝長巖和輝長巖,并導致中部巖相帶磁鐵礦δ57Fe同位素變化幅度較大。

本文以上可得結論：

1.玄武質巖漿演化過程中,攀枝花巖體中的全巖和磁鐵礦均發生了Fe同位素分餾。巖漿分離結晶過程對玄武巖全巖Fe同位素分餾影響較小,全巖Fe同位素組成變化不大。相對于全巖，磁鐵礦具有相對重的Fe同位素組成；并且其相對偏重程度與樣品中磁鐵礦的含量呈反相關關系。

2.攀枝花不同部位巖礦體中磁鐵礦Fe同位素組成與形成環境氧逸度之間負相關關系表明賦存于巖礦體中的磁鐵礦主體上具有原位結晶的演化趨勢。

3.攀枝花巖礦體是多次巖漿補充和分離結晶共同作用的結果。下部巖相帶形成過程中,巖漿補充頻繁,形成巨厚的塊狀磁鐵礦層；中部巖相帶形成過程中,巖漿補充的頻率逐漸降低,形成多個旋回以及交替產生的磁鐵輝長巖和輝長巖。

4.研究顯示形成攀枝花巖礦體的初始巖漿的氧逸度很高,在高氧逸度環境下富集成礦,演化過程中巖漿體系氧逸度逐漸降低。整個巖漿過程具有從高氧逸度向低氧逸度演化的趨勢。