四川米易白馬地區(qū)偉晶巖元素地球化學(xué)特征

劉 君，彭秀紅，黃仕宗，項志磊

(1.四川省成都理工大學(xué)地球化學(xué)系，成都 610059；2、四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局403 地質(zhì)隊，峨眉 614200)

白馬地區(qū)位于四川攀枝花市米易縣北部，是一個具有較大釩鈦磁鐵礦資源潛力的地區(qū)。區(qū)內(nèi)偉晶巖體廣泛分布，近年地質(zhì)找礦、研究工作表明區(qū)內(nèi)具有一定的鉑族資源成礦潛力。通過對該地區(qū)偉晶巖常量元素、鉑族元素以及稀土元素地球化學(xué)特征研究，可為該區(qū)找礦和開發(fā)提供地球化學(xué)依據(jù)。

1 礦區(qū)地質(zhì)簡況

工作區(qū)位于康滇地軸中段，地跨安寧河深斷裂帶，幔源及殼源重熔物質(zhì)極其豐富。

區(qū)內(nèi)以南北向構(gòu)造為主導(dǎo)，其次為東西向。南北向構(gòu)造發(fā)生于晉寧期，經(jīng)歷了澄江期、加里東期、華力西期、印支期、燕山期等，形成了一個以褶皺及沖斷裂為主的南北向先張后壓構(gòu)造帶。從區(qū)域構(gòu)造格架來看，安寧河、攀枝花斷裂控制著區(qū)內(nèi)基性超基性巖帶的分布。安寧河斷裂控制巖帶的東支，攀枝花斷裂控制巖帶的西支。區(qū)內(nèi)巖漿活動強烈而又頻繁，深成作用和火山活動并重，生成了種類繁多、系列齊全的火成巖共生組合體。

白馬偉晶巖主要分布在含釩鈦磁鐵礦巖體東側(cè)（圖1），系沿層狀巖體下部貫入，呈巖墻產(chǎn)出，走向近南北，傾向西，傾角40°～60°，沿走向延長約16km，寬度100～800m。輝長偉晶巖的巖石類型有含橄輝長偉晶巖、橄欖斜長偉晶巖、橄長偉晶巖、輝石偉晶巖、含長輝石偉晶巖、輝長偉晶巖等。礦物成分與含礦巖體很相似，但板柱狀礦物（特別是輝石）晶體粗大，一般3.5cm，個別達20cm，巖石化學(xué)成分與含礦巖體十分相似，僅Cr、Ni、Cu 較高，堿質(zhì)偏低。輝長偉晶巖的礦化作用：輝長偉晶巖具有與白馬巖體基性巖接近的礦化特征。礦化較弱，偶見透鏡狀、薄層狀星浸礦條，未構(gòu)成工業(yè)礦體。成巖時期：區(qū)內(nèi)三件輝長偉晶巖同位素年齡為166.0～277.1 百萬年，其形成時期應(yīng)屬華力西晚期。

圖1 礦區(qū)地質(zhì)略圖

2 元素地球化學(xué)特征

在區(qū)內(nèi)采集9 件偉晶巖樣品進行常量元素、鉑族元素以及稀土元素分析測試，結(jié)果詳見表1、2、3。

2.1 常量元素地球化學(xué)特征

由表1可知，白馬偉晶巖中SiO2含量為35.04%～45.92%，屬正常范圍；MgO 含量為3.42%～9.50%，遠低于模擬地幔巖（38.67%）的含量值；Fe2O3+FeO 含量為(4.05%～11.41%)＋(5.28%～15.80%)，整體偏高（地幔巖FeO為9.20%）。M/F 值（表4）為0.58～0.82，明顯較低，根據(jù)慢源巖石M/F 值分類（吳利仁,1963），屬超鐵質(zhì)系列。

表1 白馬偉晶巖常量元素分析結(jié)果表（單位P2O5：ω()/10-6，其余元素：ω()/10-2)

由表5 對比白馬地區(qū)與地幔、地殼常量元素氧化物值可見，TiO2、Fe2O3、FeO、CaO 呈明顯明顯富集狀態(tài)，說明區(qū)內(nèi)偉晶巖體Ti、Fe 元素易富集成礦，同時Ca 也積極參與成礦過程；Al2O3、Na2O、K2O、P2O5元素相對地幔富集，相對于地殼虧損，說明元素從地幔向上運移的過程中發(fā)了遷移、混染或交代作用，且Na2O＞K2O，說明偉晶巖內(nèi)與鐵有關(guān)的鈉質(zhì)交代作用較發(fā)育；MgO 相對于地幔虧損，地殼富集，說明偉晶巖與圍巖發(fā)生了交代作用，使得Mg 元素含量增高；SiO2處于虧損狀態(tài)。白馬偉晶巖體高CaO，低MgO、Na2O、K2O 的巖石地球化學(xué)特征，與中國層狀、似層狀含鉑巖體相似，說明區(qū)內(nèi)偉晶巖體內(nèi)尋找鉑族礦產(chǎn)的潛力較大。

表2 白馬偉晶巖鈷、銅、鎳（10-6）和鉑族元素（10-9）分析結(jié)果表

表3 白馬偉晶巖稀土元素（10-6）分析結(jié)果表

2.2 鉑族元素地球化學(xué)特征

2.2.1 參數(shù)特征

由表2、6可知白馬地區(qū)偉晶巖中PGE 含量在（0.68～3.79）×10-9，比層狀巖體，如Bushveld 雜巖（198～1307）×10-9，我國四川新街巖體（159～411)×10-9低2～3個數(shù)量級,與Brugmann等或Ringwood的上地幔PGE 值（16.2/23.7）在誤差范圍內(nèi)基本屬同一數(shù)量級，并不算明顯虧損。說明白馬地區(qū)偉晶的PGE 礦化程度較低,這可能是原始巖漿中本身PGE 含量過低,也可能是原始巖漿中含有正常的PGE 含量,但形成母巖漿之前已經(jīng)發(fā)生過硫化物的預(yù)先熔離或含PGE 流體逃逸，具體原因有待進一步查明。

Ru、Rh、Ir、Pt、Pd 元素含量變化范圍分別是：（0.18～0.48）×10-9，（0.34～0.61）×10-9，（0.30～0.64）×10-9，（0.48～1.04）×10-9，（0.46～4.35）×10-9，Pd 變化范圍最大，其次是Pt、Rh、Ir。說明在巖漿演化過程中，不同鉑族元素的地球化學(xué)行為不同，從而導(dǎo)致鉑族元素豐度變化幅度的差異。同時，白馬地區(qū)偉晶巖鉑族元素含量變化順序為Pd ＞Pt＞Rh＞Ir＞Ru，與原始上地慢中鉑族元素的豐度變化趨勢（Pt＞Ru＞Pd＞Ir＞Rh，Ringwood 1991）不盡相同，表明在地幔熔融形成偉晶巖的過程中，鉑族元素發(fā)生了明顯分異。

表4 偉晶巖樣品M/F 值表

表5 白馬偉晶巖與地幔、地殼常量元素氧化物值對比表

2.2 與MgO、SiO2關(guān)系

PGE-MgO、SiO2關(guān)系能較好的反映巖漿演化過程中鉑族元素的變化規(guī)律（BrogmannGE.，ArndtN.T.，HofmannA.W.etal，1987）。白馬地區(qū)偉晶巖PGE(除Rh)均與SiO2呈正相關(guān)關(guān)系，其中Pt 與SiO2相關(guān)關(guān)系最好，相關(guān)系數(shù)為0.55；Pd 次之，相關(guān)系數(shù)為0.45。偉晶巖PGE（除Rh）與MgO 呈負相關(guān)關(guān)系，不同鉑族元素與MgO、SiO2的相關(guān)系數(shù)相差很大，Pt 元素與MgO、SiO2均有較好相關(guān)性，其相關(guān)系數(shù)分別為0.50、0.53；Rh 元素與MgO、SiO2相關(guān)關(guān)系最弱，相關(guān)系數(shù)為0.17、0.05，由此可知同一鉑族元素與MgO、SiO2相關(guān)關(guān)系不盡相同。

總體上PGE 總體上SiO2呈正相關(guān)，而與MgO 呈負相關(guān)關(guān)系，即隨SiO2 含量的增高、MgO的減少，鉑族元素總體上表現(xiàn)為逐漸增高的趨勢，這反映出在巖漿演化過程中鉑族元素與硅酸鹽等具有明顯的相容性。但PGE 與SiO2、MgO 的相關(guān)性并不好，暗示影響鉑族元素豐度變化的因素較復(fù)雜。

2.2.3 與Co、Ce 關(guān)系

在巖漿演化過程中，Lu為強相容元素，而Ce為強不相容元素。通過分析PGE 與Co、Ce 的關(guān)系，能很好的分析鉑族元素的相容性，從而研究其在巖漿演化過程中的豐度變化。

通過比較分析我們發(fā)現(xiàn)Ru、Rh 與Lu 呈正相關(guān)關(guān)系，但相關(guān)性不好，Ir、Pt、Pd 與Lu 呈負相關(guān)關(guān)系；Ru、Rh、Ir 與Ce 呈正相關(guān)關(guān)系，Pt、Pd 與Ce 呈負相關(guān)關(guān)系。總體上看白馬偉晶巖鉑族元素具有相容、不相容的雙重性質(zhì)。這與鉑族元素具有相容性的特征不相吻合，原因有待進一步查明。

2.2.4 鉑族元素示蹤

1)元素比值關(guān)系分析。由于Pd、Pt 與Os、Ir、Ru 在巖漿作用過程中地球化學(xué)行為的明顯差異,(Pt+Pd)/(Os+Ir+Ru)、Pd/Ir、Cu/Pd 比值具有重要的巖漿成因意義。

Pd/Ir：Pd 與Ir 是鉑族元素中地球化學(xué)性質(zhì)差異最大的元素，其比值可表征鉑族元素的總體分異特征，具有重要的成因意義。Pd/Ir 反應(yīng)巖漿演化程度，一般說來，巖漿演化越徹底，Pd/Ir 比值越大。不同成因的的巖石，其Pd/Ir 比值明顯不同。一般來講，隨地慢熔融度的減小，熔漿的Pd/Ir 比值逐漸增大。代表地幔耐熔部分的阿爾卑斯型橄欖巖的Pd/Ir 比值小于球粒隕石、原始地慢和原始上地慢的值。地幔高度熔融形成的科馬提巖的Pd/Ir 比值略大于原始上地慢值。而來自地慢低度熔融的玄武巖及由玄武巖漿分異結(jié)晶形成的鎂鐵一超鎂鐵巖的Pd/Ir 比值很大。白馬地區(qū)偉晶巖中Pd/Ir 變化較大，為（1.21～9.26）×10-9，均值3.58×10-9，大于原始地幔Pd/Ir 值（1.22），也大于球粒隕石Pd/Ir 值（1.21），說明經(jīng)過了一定程度的巖漿演化。

表6 白馬地區(qū)偉晶巖鉑族元素特征參數(shù)表

Pt/Pd：白馬地區(qū)偉晶巖中Pt/Pd 比值（0.93～4.73）×10-9，均值為1.66×10-9，低于原始地幔（1.82）及球粒隕石（1.84），但是略高于上地幔（1.36）。但所有樣品Pd/ Pt 比值小于Voisey’s Bay 礦床的Pd/ Pt 比值(1.90)（Naldrett，2004)，表明白馬地區(qū)偉晶巖不同于Voisey’s Bay 礦床有新的巖漿不斷補給的成礦過程(Li et al,2001;Lightfoot and Naldrett，1999;Naldrett，2004))，而成于單一的硫化物飽和事件(Wang and zhou，2006;Lightfoot and Keays，2005)。

(Pt+Pd)/(Os+Ir+Ru)：前人研究顯示(Pt+Pd)/(Os+Ir+Ru)值是母巖漿分異程度的函數(shù)(Naldrett，981)，白馬地區(qū)偉晶巖中(Pt+Pd)/(Os+Ir+Ru)值為（0.68～3.79）×10-9，均值為1.98×10-9，大于原始地幔（0.95）及球粒隕石含量（0.94），說明母巖漿分異程度較高。

Cu/Pd：是評價巖漿演化一個重要的參數(shù)，在研究PGE 礦床中應(yīng)用廣泛(Barnes，993；Maier et al.,1996)。Pd 在硫化物/硅酸鹽中的分配系數(shù)為 17 000(Fleet et al.,1996)，遠大于Cu 在硫化物/硅酸鹽中的分配系數(shù)(約1383)，故Pd 主要賦存于巖漿中的硫化物內(nèi)。巖漿演化過程中，如S 不飽和，則硫化物無法從硅酸巖中熔離，賦存于巖漿中硫化物內(nèi)的Pd 將使巖漿中Pd 相對與Cu 更強烈富集，Cu/Pd 值小于地幔。反之，如巖漿經(jīng)歷過S 飽和，硫化物熔離過程將使Pd相對于Cu 更多被帶走，剩余巖漿Pd 較Cu 更虧損，其Cu/Pd 值高于原始地幔。由表可見白馬地區(qū)偉晶巖Cu/Pd值為61.08～1 877.38，平均為336.28，遠遠大于地幔7.7，表明白馬偉晶巖生巖漿曾經(jīng)S 飽和，且發(fā)生過強烈的硫化物熔離作用，富含PGE 的巖漿滯留于深部，剩余巖漿因為硫化物的大量熔離而明顯虧損PGE,巖體沒有出現(xiàn)PGE 礦化。同時，由于富含PGE 的巖漿滯留深部，白馬地區(qū)尋找PGE和銅鎳硫化物隱伏礦床的潛力巨大。

鉑族元素Pt、Pd、Os、Ir、Ru、Rh等不僅是鎂鐵質(zhì)超鎂鐵質(zhì)巖類重要的成礦元素，而且由于其巖漿演化物理化學(xué)條件變化的敏感性也被越來越多的學(xué)者用作指示地質(zhì)過程特征的示蹤劑。

Francis(1990),Fleet等(1991,1999)種對鉑族等元素在液態(tài)硫化物一硅酸鹽間的分配系數(shù)進行了研究，F(xiàn)leet等(1993),Barnes等(1999)對鉑族元素在單硫化物液態(tài)硫化物間的分配系數(shù)進行了研究，結(jié)果見表5～6和表5～7.從表4～5可見，鉑族元素在液態(tài)硫化物一硅酸鹽間的分配系數(shù)明顯高Ni、Cu 一個數(shù)量級;而對于Ni、Cu 而言，Cu 在液態(tài)硫化物-硅酸鹽間的分配系數(shù)為913-1383，顯著地大于Ni 的315～836;而Pt、Pd 相對于Os、Ir、Ru等元素在液態(tài)硫化物-硅酸鹽間的分配系數(shù)也較高。上述表明，鉑族元素相對Ni、Cu 更易于從液態(tài)硅酸鹽中進入液態(tài)硫化物中，其中Pt、Pd 相對于Os、I、Ru 在液態(tài)硫化物中的富集能力更強;而對于Cu、Ni、Cu 比Ni 更易自液態(tài)硅酸鹽進入液態(tài)硫化物中而產(chǎn)生富集。

另外，Sattari P(2002)實驗結(jié)果也表明，鉑族金屬在硫化物熔體與硅酸鹽熔體的平衡系統(tǒng)中的分配系數(shù)(D)多在 1x103～1x106之間，所以有強烈在硫化物熔體中富集的趨勢。各鉑族金屬分配系數(shù)大小的排序∶Pd＞Rh＞Pt＞Ru＞Os＞Ir(轉(zhuǎn)引蘇尚國等，2006)。

表7 金屬元素在液態(tài)硫化物—硅酸鹽間的分配系數(shù)

圖2 PGE 原始地幔標準化配分圖

表8 金屬元素在單硫化物—液態(tài)硫化物間的分配系數(shù)

表7可見，在硫飽和條件下，鉑族元素在單硫化物固體/硫化物熔體中分配系數(shù)為：D(Ir)3.4～11，D(Os}=4.3，D(Ru)=4.2，D(Rh)=1.17～3.03,D(Pt)=0.05～0.2，D(Pd)=0.09～0.2，各鉑族元素分配系數(shù)大小的順序為：Ir＞Os＞Ru＞Rh＞Pt-Pd。也就是說，在硫飽和條件下，Os、Ir、Ru、Rh 優(yōu)先進入單硫化物固溶體，而Pt、Pd 優(yōu)先保留于殘留硫化物熔體中。一般在貧硫條件下，各鉑族元素在單硫化物固溶體/硫化物熔體中分配系數(shù)比硫飽和條件下略低。

2)鉑族元素標準化配分曲線

元素特征對母體具有較明顯的繼承性。另外，鉑族元素的地球化學(xué)行為既有共性又有差異。正由于其對母體的繼承性以及特殊共性和分餾效應(yīng)，可作為有效的地球化學(xué)示蹤劑之一，其配分模式具有重要的成因意義。由圖2可知雖然各類型鉑族元素含量存在差異，但其原始地幔配分模式曲線非常近似，其模式亦屬于Pt-Pd 配分類型。Rh 的相對富集，可能與熱液富集作用有關(guān)，具體原因有待進一步查明。

圖3 白馬偉晶巖球粒隕石標準化配分模式圖

2.3 稀土元素地球化學(xué)特征

白馬偉晶巖樣品稀土元素分析結(jié)果及特征參數(shù)見表3、9，∑REE 在16.64～79.36 間，平均值為39.08；La/Yb2.27～15.57 之間變動，平均值為 6.17；輕稀土元素/重稀土元素（LREE/HREE）在2.71～8.68 之間，變化較寬，平均值為4.54，屬于輕稀土富集型，表明白馬偉晶巖已有地殼物質(zhì)加入，地殼物質(zhì)的加入為幔源鎂鐵含鉑硫化物成礦的必要條件。δ Ce＜1，平均值0.89，變化范圍為0.78～0.98，表現(xiàn)為中弱負異常；δEu＞1，平均值1.74，變化范圍1.05～2.34，表現(xiàn)為中弱正異常，說明白馬地區(qū)偉晶巖是由深部上來的熔液對原巖進行重結(jié)晶與交代而成。相對球粒隕石標準化配分模式（圖3）明顯表現(xiàn)出輕稀土富集而重稀土較為平坦的右傾型。La/Yb 在1.53～10.46 之間變化，平均值為4.16，其變化范圍較大；La/Sm 變化范圍為0.60～3.44，平均值為1.53；Gd/Lu 變化范圍1.34～2.10，變化不大，平均值為1.81。

由圖3、4可知，白馬偉晶巖表現(xiàn)為Eu 正異常，Sm 負異常，稀土配分曲線總體上表現(xiàn)為右傾，為輕稀土元素富集型，這與白馬新街礦床基性-超基性巖稀土元素配分模式基本一致。

表9 白馬偉晶巖稀土元素特征參數(shù)表

圖4 新街礦床基性-超基性巖稀土元素配分模式圖

3 結(jié)論

1)對白馬地區(qū)偉晶巖常量元素進行分析發(fā)現(xiàn)該巖體M/F 值為0.58～0.82，明顯較低，根據(jù)慢源巖石M/F 值分類（吳利仁，1963），屬超鐵質(zhì)系列，同時表現(xiàn)出高CaO，低MgO、Na2O、K2O 的巖石地球化學(xué)特征。這與中國層狀、似層狀含鉑巖體相似，區(qū)內(nèi)偉晶巖體內(nèi)尋找鉑族礦產(chǎn)的潛力有待進一步確定。

2)白馬地區(qū)偉晶巖鉑族元素含量變化順序為Pd ＞Pt＞Rh＞Ir＞Ru，與原始上地慢中鉑族元素的豐度變化趨勢(Pt＞Ru＞Pd＞Ir＞Rh)(Ringwood，1991)不盡相同，表明在地幔熔融形成偉晶巖的過程中，鉑族元素已發(fā)生了明顯的分異。

3)PGE 總體上SiO2呈正相關(guān)，而與MgO 呈負相關(guān)關(guān)系，即隨SiO2含量的增高、MgO 的減少，鉑族元素總體上表現(xiàn)為逐漸增高的趨勢，這反映出在巖漿演化過程中鉑族元素與硅酸鹽等具有明顯的相容性。但PGE 與SiO2、MgO 的相關(guān)性并不好，暗示影響鉑族元素豐度變化的因素較復(fù)雜。

4)白馬地區(qū)鉑族元素含量與其他類型鉑族元素含量存在差異，但是原始地幔配分模式曲線非常近似，其模式亦屬于Pt-Pd 配分類型。Rh 的相對富集，可能與熱液富集作用有關(guān)，具體原因有待進一步查明。

5)白馬偉晶巖稀土元素特征顯示為Eu 正異常，Sm 負異常，稀土配分曲線總體上表現(xiàn)為右傾，為輕稀土元素富集型，這與白馬新街礦床基性-超基性巖稀土元素配分模式基本一致，說明兩者為同源巖漿分異產(chǎn)物。

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