寧蕪和廬樅盆地含礦巖體地球化學特征對比

高守業,王麗娟,陸建軍,馬東升,宋革文

(1 南京大學地球科學與工程學院內生金屬成礦機制研究重點實驗室,南京210023;2 江蘇省地質調查研究院,南京210018;3 上海梅山礦業有限公司,南京210041)

寧蕪和廬樅盆地含礦巖體地球化學特征對比

高守業,王麗娟2*,陸建軍1,馬東升1,宋革文3

(1 南京大學地球科學與工程學院內生金屬成礦機制研究重點實驗室,南京210023;2 江蘇省地質調查研究院,南京210018;3 上海梅山礦業有限公司,南京210041)

寧蕪和廬樅盆地是長江中下游地區重要的鐵礦產區,兩盆地內含礦巖體的巖石學和地球化學特征既具有一定的相似性又表現出一定的差異性。文章對兩個盆地內主要含礦巖體的巖相學、主量元素、微量元素、稀土元素、Sr-Nd同位素和鋯石Hf同位素等進行對比研究,以期進一步探討兩盆地中成礦巖體的差異。鏡下觀察結果顯示寧蕪和廬樅盆地主要含礦巖體具有相同的礦物組合,主量元素特征表明這些巖體具有中硅、富鉀和高鎂的特點,均為中—基性火成巖。與寧蕪盆地含礦巖體相比,廬樅盆地含礦巖體的∑REE、∑LREE和∑HREE含量均較高,明顯富集Th、U等大離子親石元素,具有明顯的Eu負異常,說明廬樅盆地含礦巖體的地殼物質較多。兩個盆地含礦巖體的Sr-Nd同位素組成指示巖體均來源于富集地幔,廬樅盆地含礦巖體較低的鋯石Hf同位素組成說明在巖漿侵入和演化過程中可能有更多的地殼物質加入,導致巖漿的粘稠度降低,更有利于廬樅盆地鐵礦的形成。

含礦巖體;地球化學;寧蕪盆地;廬樅盆地

長江中下游成礦帶是我國最重要的銅鐵多金屬資源產地之一,主要包括7個礦集區,自西向東依次為鄂東南、九瑞、安慶—貴池、廬樅、銅陵、寧蕪和寧鎮礦集區(圖1a)。主要包括矽卡巖型、斑巖型以及沉積—改造型等礦化類型[1]，其中,矽卡巖型鐵礦包括2種類型,一種是中酸性侵入巖與灰巖接觸形成的典型的矽卡巖鐵礦,如鄂東南礦集區的程潮和金山店鐵礦床[2-6];另一種是中基性侵入巖與火山巖系接觸形成的非傳統概念的矽卡巖鐵礦,如寧蕪礦集區的梅山鐵礦床和廬樅盆地中的泥河鐵礦等。

寧蕪和廬樅盆地位于長江中下游成礦帶東部,是兩個鄰近的陸相斷陷火山巖盆地,均以產玢巖鐵礦聞名[1,7]。值得注意的是,兩個盆地內燕山期各旋回火山活動期次幾乎相同,侵入巖的分期、巖性和成巖時代也大致可以對比[8]。本文從主要鐵礦床成礦巖體的巖相學和地球化學特征入手,探討寧蕪和廬樅盆地成礦巖體的差異。

1 寧蕪和廬樅盆地鐵礦床概況

寧蕪和廬樅盆地均位于長江中下游成礦帶東部,為中生代陸相火山巖盆地,是長江中下游多金屬成礦帶中重要的多金屬礦集區[1-2]。寧蕪盆地位于江蘇省南京市和安徽省蕪湖市之間,呈NNE方向展布,受周圍4組斷裂控制,形狀上呈菱形,長約60 km,寬約20 km,總面積約1 200 km2[9](圖1b)。廬樅盆地位于安徽省廬江縣(廬)和樅陽縣(樅)之間,其展布受3組深大斷裂控制,形狀上呈耳殼狀,長約56 km,寬約24 km,面積約為 1 032 km2[10]。

圖1 長江中下游成礦帶地質簡圖(a)和寧蕪盆地地質簡圖(b)(據文獻[14]修編)Fig. 1 Sketch geologic map (a) of mineralization belt in the Middle and Lower Reaches of Yangtze River and sketch geologic map (b)of the Ningwu basin

寧蕪盆地出露的地層主要有三疊系周沖村組(T2z)、黃馬青組(T3h)和侏羅系象山群(J1-2xn)。上覆火山巖系從早到晚依次劃分為龍王山組、大王山組、姑山組和娘娘山組4個火山巖旋回[7],各個旋回均從爆發相過渡至溢流相,最后發展成火山沉積相。廬樅盆地出露的沉積地層主要為中侏羅統羅嶺組(J2l)陸相碎屑沉積巖,與火山巖系呈不整合接觸?；鹕綆r由老至新分為龍門院組、磚橋組、雙廟組和浮山組。前人較系統得出寧蕪盆地4個火山旋回的時間：龍王山組為134.8±1.8 Ma、大王山組為132.2±1.6 Ma、姑山組為129.5±0.8 Ma和娘娘山組為126.8±0.6 Ma[2, 11-13];廬樅盆地4個火山旋回的年齡分別為:龍門院組為134.8±1.8 Ma、磚橋組為134.1±1.6 Ma、雙廟組為130.5±0.8 Ma和浮山組為127.1±1.2 Ma[15]。由此可見,寧蕪和廬樅盆地4組火山巖在形成時間上相對應,均為白堊紀早期火山活動的產物。寧蕪盆地內潛火山巖或淺層侵入巖主要為閃長(玢)巖,多發生在每一火山巖旋回末期,分布于斷裂噴發帶與火山機構中心,是鐵礦床的主要含礦巖體。寧蕪盆地與鐵礦有關的7個閃長玢巖體的形成時代均為130 Ma左右,屬于大王山組時期的火山活動[16]。寧蕪盆地內有另一類侵入巖為花崗質巖體,形成時代為129～126 Ma[17]。廬樅盆地15個主要侵入巖體分為早、晚兩期,早期侵入巖主要為二長巖和閃長巖類,成巖時代為134～130 Ma;晚期侵入巖為正長巖和A型花崗巖,成巖時代分別為129～123 Ma和126～123 Ma[18]。

寧蕪盆地產出三十余處鐵礦和數十個礦化點,鐵礦石儲量約27億噸[7]，其中較大的鐵礦包括位于盆地北段的梅山鐵礦、盆地中段的陶村和凹山鐵礦以及盆地南段的姑山鐵礦、白象山鐵礦和太平山鐵礦。廬樅盆地鐵、硫、銅和鉛鋅等礦產資源豐富,其中鐵礦石儲量約10億噸,代表性的大型鐵礦包括泥河鐵礦和羅河鐵礦[19]。

2 巖相學特征

寧蕪盆地梅山鐵礦賦礦巖石為閃長玢巖,呈灰黑色。巖石總體為斑狀結構,斑晶占39%,主要有普通輝石、角閃石、斜長石;基質為交織結構,鉆孔深部可見全晶質結構,斜長石An=58～65,有序度40～70[20]。陶村礦床閃長玢巖為灰綠—灰黑色,塊狀構造,全晶質斑狀結構,斑晶為中長石或更長石,板條狀,延長約0.3～2 mm,含量20%～50%,聚片雙晶和環帶結構均發育,暗色礦物為角閃石,副礦物為榍石和金紅石。

泥河鐵礦和楊山鐵礦是廬樅盆地最具有代表性的鐵礦。泥河鐵礦床閃長玢巖呈灰綠色、灰黑色,斑狀結構為主,深部為斑狀—不等粒狀結構,塊狀構造。斑晶為斜長石、輝石和角閃石,含量約占20%～40%。斜長石斑晶呈自形和半自形板條狀,大小為1.0～2.0 mm,少量斜長石斑晶局部有堿性長石化環邊,粒徑可達3.0～5.0 mm。輝石斑晶呈短柱狀,粒徑以1.0～3.0 mm為主?；|由細小的斜長石、輝石和角閃石組成,細粒結構。副礦物有榍石、磷灰石、磁鐵礦。楊山鐵礦閃長玢巖具有斑狀結構,斑晶一般為0.6 mm,長石占20%～30%,普通輝石、透輝石約為8%～15%;偶見極少量的黑云母?；|約占60%,主要由更長石、角閃石微晶構成,副礦物主要為磁鐵礦、磷灰石等[19]。

總體而言,寧蕪和廬樅盆地含礦巖體的顏色均較深,呈灰綠或灰黑色,具有斑狀結構,塊狀構造,主要礦物為斜長石、輝石和角閃石等,可見榍石、磷灰石和金紅石等副礦物。因此,兩個盆地的含礦巖體在巖性特征和礦物組成上類似。

3 分析結果及討論

3.1 主、微量元素特征

寧蕪和廬樅盆地含礦巖體盡管具有相似的巖性特征和礦物組合,但在巖石地球化學方面卻具有一定的差異。兩個盆地中含礦巖體主要為中—基性火成巖,有中硅(57.10%～46.01%)、富鉀(5.23%～0.65%)、高鎂(5.24%～1.53%)的特點。寧蕪和廬樅盆地含礦巖體的MgO分別為5.24%～1.93%和5.03%～1.62%,平均值分別為3.88%和2.88%,廬樅盆地含礦巖體MgO含量低于寧蕪盆地含礦巖體MgO含量。

寧蕪盆地含礦巖體的∑REE為(98.18 ～156.8)×10-6,均值為126.7×10-6,δEu為0.78～1.00,均值為0.96;LREE/HREE為5.33～10.6,均值為8.12。廬樅盆地含礦巖體的∑REE為(176.8～310.7)×10-6,均值為227.9×10-6,δEu為0.59～1.18,均值為0.79;LREE/HREE為9.21～11.80,均值為10.04。

在稀土元素球粒隕石標準化配分曲線圖(圖2)中,兩個盆地含礦巖體的稀土元素配分模式均為右傾型,輕稀土相對富集,重稀土相對虧損,可能與源區存在石榴子石有關。廬樅盆地含礦巖體的∑REE、∑LREE和∑HREE含量均高于寧蕪盆地。廬樅盆地含礦巖體具有較明顯的Eu負異常,可能與長石的分離結晶有關,寧蕪盆地含礦巖體Eu負異常不明顯,表明其長石的分離結晶作用不顯著。稀土元素的差異說明寧蕪和廬樅盆地含礦巖體的演化過程具有一定的差異。

圖2 寧蕪和廬樅盆地含礦巖體的稀土元素球粒隕石標準化配分曲線圖Fig. 2 Chondrite-normalized REE distribution patterns of the ore-bearing rocks from the Ningwu and Luzong basins

兩個盆地含礦巖體的微量元素原始地幔標準化蛛網圖(圖3)顯示,二者皆富集Rb、Th等大離子親石元素,虧損Nb、Ta、P、Ti、Y等高場強元素，Sr異常不明顯。廬樅盆地含礦巖體Th和U含量較寧蕪盆地顯著富集。在部分熔融和巖漿結晶分異過程中,U、Th濃集于液相并進入富Si產物。結合其較明顯的Eu負異常,廬樅盆地含礦巖體地殼物質含量可能更高。

圖3 寧蕪和廬樅盆地含礦巖體的微量元素原始地幔標準化蛛網圖Fig. 3 Primitive mantel-normalized trace elements patterns of the ore-bearing rocks from the Ningwu and Luzong basins

寧蕪盆地含礦巖體Rb/Ba為0.061～0.188,均值為0.122,廬樅盆地含礦巖體Rb/Ba為0.235～1.166,均值為0.700,兩個盆地含礦巖體Rb/Ba值均高于原始地幔Rb/Ba值(0.088),顯示存在巖漿結晶分異作用。寧蕪盆地含礦巖體Nb/U為2.19～7.54,均值為4.24,廬樅盆地含礦巖體Nb/U為0.92～1.12,均值為1.02,兩個盆地含礦巖體Nb/U均遠低于全球MORB和OIB的Nb/U(≈47)。U主要賦存于陸殼中,較低的Nb/U說明巖漿形成或者演化過程中有陸殼物質加入。上述特征指示兩個盆地含礦巖體的巖漿經歷一定的結晶分異作用,比較而言,在巖漿形成或演化過程中廬樅盆地的巖漿可能有更多的陸殼物質加入。

3.2 Sr-Nd同位素特征

寧蕪盆地含礦巖體Sr-Nd同位素組成見表1。寧蕪盆地含礦巖體(87Sr/86Sr)i為0.706～0.707,εNd(t)為-7.28～-3.43;廬樅盆地早、晚兩期侵入巖Sr-Nd同位素組成較集中,(87Sr/86Sr)i為0.705～0.709,εNd(t)為-9.7～-4.7[19]。在(87Sr/86Sr)-εNd(t)圖解上(圖4),寧蕪盆地含礦巖體與廬樅盆地侵入巖Sr-Nd同位素位于MORB和揚子克拉通下地殼之間,說明二者具有幔源特征同時又受到一定程度的地殼混染。與寧蕪盆地含礦巖體相比,廬樅盆地含礦巖體具有稍高的(87Sr/86Sr)i值和稍低的εNd(t)值,說明廬樅盆地巖體中含有較多的古老下地殼組分,可能與來自于富集巖石圈地幔的幔源基性巖漿受地殼組分混染或幔源基性巖漿同殼源的巖漿混合有關。

3.3 鋯石Hf同位素特征

由表2可知,寧蕪盆地含礦巖體中鋯石的εHf(t)為-1.42～-15.8,平均值為-7.67;廬樅盆地與鐵礦有關的閃長巖εHf(t)為-4.05～-16.9,平均值為-10.90[19]。兩個盆地含礦巖體的εHf(t)均為負值,與銅陵地區來自富集地幔的白芒山巖體εHf(t)值(-3.3～-14.4)接近[22],說明巖漿主要來自于εHf(t)值較低的富集地幔。含礦巖體的εHf(t)值具有較大的變化范圍,封閉體系巖漿演化難以具有這種特征,Hf同位素的變化說明有不同Hf組成的熔體加入到巖漿中,使巖漿Hf同位素發生較大變化。在鋯石εHf(t)與U-Pb年齡圖解上(圖5),寧蕪和廬樅盆地含礦巖體均分布于2.5 Ga地殼演化線和球粒隕石演化線之間,顯示二者巖漿受一定程度的地殼混染,且廬樅盆地含礦巖體更低的鋯石εHf(t)暗示其巖漿中有更多的地殼物質加入。

表1 寧蕪盆地含礦巖體Sr-Nd同位素組成

圖4 寧蕪盆地含礦巖體與廬樅盆地侵入巖(87Sr/86Sr)i-εNd(t)圖解(底圖據文獻[21];廬樅盆地侵入巖Sr-Nd同位素數據引自文獻[19])Fig. 4 (87Sr/86Sr)I vs.εNd(t) diagram of the ore-bearing rocks in the Ningwu basin and intrusive rocks in the Luzong basin

綜上,結合巖體的主量元素、微量元素、稀土元素、Sr-Nd同位素及鋯石Hf同位素特征認為,廬樅盆地和寧蕪盆地含礦巖體由來自富集巖石圈地幔的幔源巖漿與下地殼部分熔融形成的殼源熔體混合形成,且廬樅盆地受殼源物質混染程度較高。起源于富集地幔的巖漿中富含大量成礦元素,在巖漿演化和侵入過程中混染的地殼物質富含K、Li等元素,降低了巖漿的粘稠度,有利于降低巖漿的結晶溫度,延長巖漿的結晶和演化時間,使巖漿分異作用更充分,利于成礦流體析出。因此,殼源物質的混入比例越多對成礦作用越有利,這可能是引起盆地中含礦巖體成礦作用存在差異的原因之一。

表2 寧蕪盆地含礦巖體的鋯石Hf同位素組成

圖5 寧蕪和廬樅盆地含礦巖體鋯石εHf(t)值與U-Pb年齡關系圖(廬樅盆地含礦巖體鋯石U-Pb年齡和εHf(t)值引自文獻[19])Fig. 5 εHf(t) vs. U-Pb age diagrams of the ore-bearing rocks from the Ningwu and Luzong basins

4 結 論

(1)寧蕪和廬樅盆地含礦巖體具有相似礦物組合。巖石均呈灰綠或灰黑色,具有斑狀結構,塊狀構造,主要礦物均為斜長石、輝石和角閃石等。

(2) 寧蕪和廬樅盆地含礦巖體地球化學特征表明,二者巖漿均來源于富集地幔,且廬樅盆地巖漿演化程度更高,受更多殼源物質的混染,這可能是引起兩個盆地鐵礦化差異的主要原因之一。

[1] 翟裕生,姚書振,林新多,等. 長江中下游地區鐵、銅等成礦規律研究[J]. 礦床地質,1992(1):1-12.

[2] 常印佛,劉湘培,吳言昌.長江中下游銅鐵成礦帶[M].北京:地質出版社,1991.

[3] 舒全安, 陳培良, 程建榮.鄂東鐵銅礦產地質[M].北京:冶金工業出版社, 1992:146-152.

[4] 毛景文,段超, 劉佳林, 等. 陸相火山—侵入巖有關的鐵多金屬礦成礦作用及礦床模型—以長江中下游為例[J]. Acta Petrologica Sinica, 2012, 28(1):1-14.

[5] 李玉松,蔡曉兵,汪晶,等.安徽廬樅盆地黃寅沖鉛鋅礦床閃長玢巖鋯石U-Pb年齡及其地質意義[J].華東地質,2016,37(1):19-27.

[6] 張景,陳國光,張明,等.寧蕪盆地白象山礦區物化探異常特征及找礦意義[J].華東地質,2016,37(2):147-151.

[7] 寧蕪研究項目編寫小組.寧蕪玢巖鐵礦[M].北京:地質出版社,1978:1-160.

[8] 周濤發,范裕,袁峰,等. 寧蕪(南京—蕪湖)盆地火山巖的年代學及其意義[J]. 中國科學:地球科學,2011(7):960-971

[9] 中科院地球化學研究所.寧蕪型鐵礦床形成機理[M].北京:科學出版社,1987:45-180.

[10]任啟江,王德滋,徐兆文,等. 安徽廬樅火山—構造洼地的形成、演化及成礦[J]. 地質學報,1993(2):131-145.

[11]張旗,簡平,劉敦一,等. 寧蕪火山巖的鋯石SHRIMP定年及其意義[J].中國科學:地球科學,2003,33(4):309-314.

[12]薛懷民,董樹文,馬芳. 長江中下游地區廬(江)—樅(陽)和寧(南京) —蕪(湖)盆地內與成礦有關潛火山巖體的SHRIMP鋯石U-Pb年齡[J]. 巖石學報,2010,26(9):2653-2664.

[13]侯可軍,袁順達.寧蕪盆地火山—次火山巖的鋯石U-Pb年齡、Hf同位素組成及其地質意義[J].巖石學報,2010,26(3):888-902.

[14]王麗娟,王汝成,于津海,等. 寧蕪盆地火山—侵入巖的時代、地球化學特征及其地質意義[J]. 地質學報,2014,88(7):1247-1272.

[15]周濤發,范裕,袁峰,等. 安徽廬樅(廬江—樅陽)盆地火山巖的年代學及其意義[J].中國科學:地球科學,2008,38(11):1342-1353.

[16]范裕, 周濤發, 袁峰, 等. 寧蕪盆地閃長玢巖的形成時代及對成礦的指示意義[J]. 巖石學報, 2010, 26(9): 2715-2728.

[17]袁峰,周濤發,范裕,等. 寧蕪盆地花崗巖類的鋯石U-Pb年齡、同位素特征及其意義[J]. 地質學報,2011,85(5):821-833

[18]周濤發,范裕,袁峰,等. 廬樅盆地侵入巖的時空格架及其對成礦的制約[J]. 巖石學報,2010,26(9):2694-2714.

[19]張樂駿. 安徽廬樅盆地成巖成礦作用研究[D].合肥:合肥工業大學,2011.

[20]陳毓川,盛繼福,艾永德. 梅山鐵礦——一個礦漿熱液礦床[J]. 中國地質科學院院報礦床地質研究所分刊,1981.

[21]ahn B M, Wu F Y, Lo C H, etal. Crust-mantle interaction induced by deep subduction of the continental crust: Geochemical and Sr—Nd isotopic evidence from post-collisional mafic-ultramafic intrusions of the northern Dabie complex, central China[J]. Chemical Geology, 1999, 365(2/3): 119-146.

[22]郭維民,陸建軍,蔣少涌,等. 安徽銅陵獅子山礦田巖漿巖年代學、Hf同位素、地球化學及巖石成因[J]. 中國科學:地球科學,2013(8):1268-1286.

Geochemical comparison of ore-bearing rocks associated with iron mineralization in the Ningwu and Luzong basins

GAO Shou-ye1, WANG Li-juan2, LU Jian-jun1*, MA Dong-sheng1, SONG Ge-wen3

(1StateKeyLaboratoryforMineralDepositsResearch,SchoolofEarthSciencesandEngineering,NanjingUniversity,Nanjing210023,China；2GeologicalSurveyofJiangsuProvince,Nanjing210018,China；3ShanghaiMeishanMiningco.,LTD,Nanjing210041,China)

The Ningwu and Luzong basins in the Yangtze River region are characterized by the occurrence of extensive iron ore deposits. The igneous rocks associated with iron deposits in the two basins share similar petrologic features, although they differ in geochemical and isotopic signatures. To further reveal the differences of ore-bearing rocks in two basins, this paper conducted comparative study on petrography, major and trace elements, rare earth elements, Sr-Nd and zircon Hf isotopic compositions of the main ore-bearing igneous rocks from the two basins. The observation results under microscope show that two basins have the same mineral assemblages. Analyses of major elements indicate that the rocks are characterized by medium Si,and high K and Mg, suggestive of intermediate-mafic igneous rocks. Compared with the ore-bearing strata in the Ningwu basin, the strata in the Luzong basin contain relatively high ∑REE, ∑LREE and ∑HREE, especially with enrichment in Th and U and obvious negative Eu anomaly, suggesting that the ore-bearing rocks of the Luzhong basin contain much crust material. The Sr-Nd isotopic compositions indicate that the igneous rocks in the two basins were derived from enriched mantle. The lower zircon Hf isotopic compositions of the Luzong basin suggest that during the process of intrusion and evolution of magma, more crustal materials were added and this process resulted in the reduction of magma viscosity. Therefore it was more favorable for the iron mineralization in the Luzong basin.

ore-bearing igneous rocks; geochemistry;Ningwu basin; Luzong basin

10.16788/j.hddz.32-1865/P.2017.01.003

2016-05-28

2016-06-09 責任編輯：譚桂麗

國家自然科學基金青年基金項目(項目編號：41102123)、中國地質調查局項目“寧蕪溧水火山巖盆地巖漿構造演化與成礦作用關系研究(項目編號：1212011120864)”、“江蘇省(含上海市)礦產資源調查成果綜合集成與服務產品開發”聯合資助。

高守業，1989年生，男，碩士，礦床地球化學專業。

王麗娟，1983年生，女，博士，巖石學專業。

P59

A

2096-1871(2017)01-021-07