淄博-莱芜地区高镁闪长岩相关的矽卡岩型磁铁矿微量元素特征及其对成矿过程的指示

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莱芜张家洼铁矿、淄博金岭铁矿位于华北克拉通东缘的鲁西地区,郯庐大断裂的西边。鲁西地区是我国大中型矽卡岩富铁矿床重要矿集区,查明铁矿床71处,累计探明铁矿资源量8.88亿吨。其中莱芜铁资源量超过5亿吨,淄博铁资源量约2亿吨。矿体赋存在早白垩世高镁闪长岩与奥陶系马家沟组灰岩及白云岩接触带附近,属于华北克拉通破坏的产物。前人对本区的成矿岩体高镁闪长岩进行了大量同位素年代学及地球化学研究,得出岩体年龄与华北克拉通破坏的峰值年龄一致。本文通过对莱芜和淄博岩浆和热液磁铁矿电子探针(EPMA)以及激光剥蚀-电感耦合等离子体质谱(LA-ICPMS)分析,探讨磁铁矿微量元素组成及变化规律对成岩和成矿作用的指示,为揭示高镁闪长岩相关的矽卡岩型铁矿的矿床成因及其成矿流体演化过程提供重要制约。  分析结果表明,莱芜岩浆磁铁矿与热液磁铁矿相比明显富集Ti、V、Cr等亲铁元素,相对富集Nb、Ta、Zr、Hf等高场强元素以及Sn、Ga、Ge、Sc等中等相容元素,Mg、Al、Mn、Zn、Co显著富集于热液磁铁矿中。Ti、V、Cr以及Mg、Al、Mn、Zn在岩浆和热液中具有不同的地球化学行为,Ti、V、Cr从熔体中进入磁铁矿主要受温度、分配系数以及fo2控制。Mg、Al、Mn、Zn主要受控于水岩反应和后期绿泥石+碳酸盐脉的交代,这些元素通过类质同象替换富集于热液磁铁矿中。Co在热液磁铁矿中除了受水岩相互作用和后期流体交代的影响外,硫化物的出现会导致Co含量急剧降低。Si、Ca、Na及Sr、Ba在岩浆和热液磁铁矿中的地球化学行为非常一致。Ti vs Ni/Cr能够用于区分岩浆和热液磁铁矿,莱芜岩浆磁铁矿中Ti含量较高且Ni/Cr比值≦1;热液磁铁矿Ti含量较低且绝大多数Ni/Cr比值≧1。张家洼热液磁铁矿可分为两个阶段:其中早期阶段包括(1)早期原生粒状磁铁矿,(2)早期次生磁铁矿;晚期阶段包括(3)晚期原生磁铁矿;(4)晚期次生磁铁矿。原生磁铁矿具有典型的三联点结构特征;次生磁铁矿受后期热液交代影响表现为多空隙,通常呈不规则状、树枝状、骸晶以及交代残余结构。磁铁矿微量元素生动记录了成矿流体演化过程,从早期到晚期、从原生到次生都显示Mg、Al、Mn、Zn包括Co含量持续升高,表明成矿流体可能朝着富集这些微量元素的方向演化。后期流体的交代导致绿泥石蚀变为磁铁矿,连续水岩相互作用和后期流体的交代以及绿泥石直接蚀变是导致热液磁铁矿富集Mg、Al、Mn、Zn等元素的主要原因。热液磁铁矿晚期孔隙较为发育,孔隙度的增加促使更多的流体和磁铁矿发生反应。  热液磁铁矿的微量元素不仅能够反映水岩相互作用过程,而且可以反映成矿流体性质、围岩性质以及成矿物理化学条件。淄博岩浆磁铁矿明显比热液磁铁矿富集Ti、V、Cr、Ga等元素。随着温度的降低,从岩浆→高温热液→进变质阶段→退变质阶段,淄博、莱芜及白涧磁铁矿中Ti、V、Cr及Ga的含量逐渐降低。三者相比,金岭热液磁铁中明显具有较低含量的Ti和V,张家洼和白涧两个矿区的Ti、V含量相当且V和Ni都表现出明显不同于金岭矿区的良好相关性。以上特征表明金岭铁矿具有相对较低的成矿温度和较高的fo2或者表明金岭成矿流体中Ti、V等含量低于张家洼和白涧矿区,同时也暗示张家洼和白涧具有相似的成矿环境,都为典型的“邯郸式”磁铁矿。淄博金岭矿石磁铁矿微量富Si,矿物学证据也表明金岭铁矿石中富含石英,显示其成矿流体中富硅的特征;而张家洼铁矿矿石磁铁矿显著富Mg特征,矿物学证据显示张家洼脉石矿物中都为富镁的矽卡岩,以上表明磁铁矿微量元素的差异反映了淄博和莱芜成矿流体的性质的差异。Nd和S同位素同样指示张家洼和白涧具有相似的成矿模式,它们的成矿物质来源明显有更多陆壳物质的加入,成矿过程中受奥陶系膏盐层影响显著。张家洼铁矿为典型的镁矽卡岩型铁矿床,含膏盐层富Mg的碳酸盐是形成大型矽卡岩富铁矿的重要因素。
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