鄂东程潮铁矿床磁铁矿的微量元素组成及其矿床成因意义

程潮铁矿床是长江中下游成矿带最大的矽卡岩型铁矿床,位于鄂东南矿集区北缘,矿体主要产于鄂城杂岩体与下三叠统大冶组碳酸盐岩的接触带。本文报道程潮铁矿床不同产状磁铁矿的LA-ICPMS(激光剥蚀等离子体质谱)微量元素分析结果,以讨论磁铁矿的微量元素组成和变化规律及其与成矿环境的关系,为深入认识程潮铁矿床的矿床成因及成矿演化提供重要制约。研究结果显示,程潮铁矿床与成矿有关岩体(花岗岩)中的岩浆磁铁矿(副矿物)与内矽卡岩和外矽卡岩中的热液磁铁矿在显微结构和微量元素组成上具有显著差异。花岗岩中的磁铁矿不发育环带,也没有遭受后期热液的交代。内矽卡岩以发育具有振荡环带的富Si磁铁矿为特征,而外矽卡岩中的磁铁矿则以无明显环带的富Mg磁铁矿为主。内矽卡岩和外矽卡岩中的原生磁铁矿都遭受了广泛的热液交代作用而形成次生磁铁矿,即具有明显的磁铁矿溶解-再沉淀作用。与矽卡岩矿石中的热液磁铁矿相比,岩体中的副矿物磁铁矿具有高得多的V、Ti、Ni、Cr、Co及Ga等亲铁元素(相容元素)和较低的Si、Al、Mg、Sr及Ba等亲石元素(不相容元素)。这种岩浆副矿物磁铁矿和矿石矿物磁铁矿微量元素组成的系统差异表明,程潮铁矿床属于典型的矽卡岩型矿床,而非矿浆型铁矿。另一方面,内矽卡岩和外矽卡岩矿石中的原生磁铁矿也具有明显不同的微量元素组成:前者具有较高的V、Ti、Ni、Cr、Ga、Sr和Ba等,而后者具有较高的Sn、Zn、U和Sn/Ga、Zn/V及Co/Ni比值,表明外矽卡岩中的磁铁矿受地层围岩成分的影响较大,而内矽卡岩中的磁铁矿则更多地受岩浆流体组分的控制。对原生磁铁矿和次生磁铁矿微量元素的系统分析结果表明,在磁铁矿的溶解-再沉淀过程中,内矽卡岩中的次生磁铁矿相对原生磁铁矿具有显著不同的微量元素组成,前者的Si、Al、Mg、Ti、Sr及Ga等元素含量大大降低,而Zn、V、Mn、Pb、Th及U等元素含量则升高,Co、Ni、Sn及Ba等元素基本不变。外矽卡岩中的原生磁铁矿被交代形成次生磁铁矿时,Mg、Mn、Al、Zn及Co等元素发生丢失,Pb、U、Nb及Sr等元素发生富集,而Sn和Ga的含量基本不变。根据不同产状、不同结构和不同成因磁铁矿的微量元素分析可以得出以下认识:(1)程潮铁矿床属于典型的热液成因,矿区不存在矿浆型铁矿;(2)磁铁矿的溶解-再沉淀作用使大部分微量元素发生明显亏损,少部分元素发生富集,表明流体交代对磁铁矿的微量元素组成具有显著影响;(3)对磁铁矿微量元素组成的研究可为磁铁矿及矽卡岩型铁矿床的矿床成因和成矿演化提供重要信息;对磁铁矿的原位微量元素分析必须建立在详细的显微结构研究基础上,对发生过溶解-再沉淀作用的磁铁矿,需要分别对原生和次生磁铁矿区域进行高精度、高分辨率的微量元素分析,只有这样才能对磁铁矿及含磁铁矿矿床的成因进行正确的分析和认识。

鄂东南地区程潮大型矽卡岩型铁矿区岩体成因探讨

湖北程潮铁矿是鄂东南矿集区内最大的矽卡岩型铁矿床。为了系统研究矿区内不同侵入体的成因,对程潮矿区内不同时代的侵入体进行了矿物学、地球化学和Sr-Nd-Pb同位素研究。矿区内花岗岩、石英二长斑岩、闪长岩中的黑云母成分特征暗示它们均为壳幔物质混合成因的镁质黑云母;与成矿相关的花岗岩、石英二长斑岩中原生黑云母矿物学成分显示出原始岩浆具有高氧逸度的特征,高氧逸度为磁铁矿的形成提供了有利条件。岩石地球化学特征研究表明,不同类型的岩石都具有富钾和准铝质的特征,富集Rb、Ba、K等大离子亲石元素和轻稀土元素,亏损Nb、Ta、Ti等高场强元素。矿区岩石的(87Sr/86Sr)i值为0.705 0~0.709 1,εNd(t)值为-14.16^-6.95,206 Pb/204 Pb值为17.636~18.919,207 Pb/204 Pb值为15.451~15.613,208Pb/204Pb值为37.833~39.556。矿物学、地球化学、Sr-Nd-Pb同位素特征暗示矿区岩体为富集地幔发生部分熔融并同化混染了不同比例下地壳物质的产物,早期闪长岩((140±1)Ma)比晚期花岗岩和石英二长斑岩((128±1)Ma)的源区有更多的地幔成分,花岗岩和石英二长斑岩与闪长岩具有相近的锆石饱和温度(平均值分别为783、788、765℃)。

鄂东南程潮铁矿多世代叠加成矿作用:磁铁矿证据

湖北程潮铁矿是长江中下游成矿带最大的矽卡岩型铁矿床,主要产于早白垩世中酸性侵入岩与三叠系地层的接触带上。为了进一步探讨其富铁矿的形成机制,本文对该矿床中不同产状的磁铁矿和不同岩性侵入岩中的副矿物磁铁矿进行了详细的野外地质观察和显微结构分析,发现在多数磁铁矿矿石和矿化矽卡岩中均存在多世代磁铁矿矿化叠加现象。根据显微观察和BSE图像特征,程潮铁矿中热液期磁铁矿可以划分为四个世代,即Mt1、Mt2、Mt3、Mt4,其中Mt1颗粒表面不均匀,溶解-再沉淀现象明显;Mt2沿Mt1边缘生长,颗粒表面均匀,环带发育;Mt3沿Mt2边缘生长,颗粒表面均匀,环带不发育;Mt4多呈板条状或他形粒状,环带不发育。电子探针分析结果表明:同一世代不同产状或同一产状不同世代磁铁矿之间具有明显的成分差异,其中以Si、Al、Ca、Mg等含量较高的元素差异最为明显,而Ti、Cr、V、Zn、Ni等含量较低的元素差异则相对较小。这些差异性可能与磁铁矿结晶时成矿流体氧逸度、温度、元素浓度和水岩反应比例密切相关。不同世代热液磁铁矿与矿区岩体副矿物磁铁矿对比发现,二者在矿物结构和微量元素组成上存在明显差异,特别以微量元素Ti含量差异最大。程潮铁矿与不同成因类型矿床中的磁铁矿成分对比分析结果,进一步暗示出程潮铁矿中的磁铁矿为接触交代成因,并非矿浆成因。半定量模拟计算结果表明,Mt1、Mt2、Mt3在整个成矿过程中贡献了至少96%的铁质,对成矿起到了决定性作用。多世代磁铁矿矿化叠加过程不仅为揭示程潮大型铁矿的富集过程提供了重要依据,同时也为进一步理解矽卡岩型富铁矿的成矿机制提供了重要启示。