Origin of Fe-Ti Oxide Ores in Mafic Intrusions: Evidence from the Panzhihua Intrusion, SW China

Economic concentrations of Fe–Ti oxides occur as massive,conformable lenses or layers in the lower part of the Panzhihuaintrusion, Emeishan Large Igneous Province, SW China. Mineralchemistry, textures and QUILF equilibria indicate that oxidesin rocks of the intrusion were subjected to extensive subsolidusre-equilibration and exsolution. The primary oxide, reconstructedfrom compositions of titanomagnetite in the ores and associatedintergrowths, is an aluminous titanomagnetite (Usp₄₀) with 40wt % FeO, 34 wt % Fe₂O₃, 16·5 wt % TiO₂, 5·3 wt% Al₂O₃, 3·5 wt % MgO and 0·5 wt % MnO. This compositionis similar to the bulk composition of the oxide ore, as inferredfrom whole-rock data. This similarity strongly suggests thatthe ores formed from accumulation of titanomagnetite crystals,not from immiscible oxide melt as proposed in earlier studies.The occurrence of oxide ores in the lower parts of the Panzhihuaintrusion is best explained by settling and sorting of densetitanomagnetite in the ferrogabbroic parental magma. This magmamust have crystallized Fe–Ti oxides relatively early andabundantly, and is likely to have been enriched in Fe and Tibut poor in SiO₂. These features are consistent with fractionationof mantle-derived melts under relatively high pressures (10kbar), followed by emplacement of the residual magma at 5 kbar.This study provides definitive field and geochemical evidencethat Fe–Ti oxide ores can form by accumulation in ferrogabbro.We suggest that many other massive Fe–Ti oxide depositsmay have formed in a similar fashion and that high concentrationsof phosphorus or carbon, or periodic fluctuation of fO₂ in themagma, are of secondary importance in ore formation. KEY WORDS: ELIP; Fe–Ti oxide ore; layered intrusion; Panzhihua; QUILF     

Re-Os同位素对峨眉山大火成岩省成因制约的探讨

峨眉山大火成岩省（ELIP）主要由玄武岩、玄武质火山碎屑岩及少量的苦橄岩（包括越南的科马提岩）、长英质岩石以及层状岩体和岩墙组成,其物质来源直接关系到其成因是否与地幔柱活动有关。Re-Os同位素体系是地核、地幔和地壳物质的最佳示踪剂。前人对ELIP内的Re-Os同位素研究表明,低Ti玄武岩的Os含量为0．006×10^-9-0．40010^-9,^187Os／^188Os初始值为0．1371～1．403,并提出其与地幔柱活动有关;而高Ti玄武岩的Os含量为0．00410^-9～0．56010^-9,^187Os／^188Os初始值为0．1271～5．19,认为起源于大陆岩石圈地幔或地幔柱上升过程中受到大量岩石圈地幔“混染”（xu JF et al．,2007）;科马提岩的0s含量为1．2410^-9～7．0010^-9,^187Os／^188Os初始值为0．1251～0．1261,苦橄岩的Os含量为0．3210^-9～2．32910^-9,^187Os／^188Os初始值为0．1233～0．1266,指示苦橄岩和科马提岩均来自亏损地幔源区（Hanski et al．,2004;陈雷等,2007）。本文利用Os含量最低、^187Os／^188Os最高的高Ti玄武岩作为地壳端员,用铁质陨石、原始上地幔（PUM）和亏损地幔（DMM）作为地核和各种地幔端员,分别做二元混合计算,结果显示绝大多数玄武岩和所有苦橄岩及科马提岩均落在地壳和DMM混合曲线附近,并且邻区特提斯洋地幔岩与DMM具有相近的Os含量和^187Os／^188Os组成,据此推测峨眉山火成岩的形成与特提斯洋的活动有关,主要受控于地壳和亏损地幔的相互作用。     

Origin of the alkali tonsteins from southwest China: Implications for alkaline magmatism associated with the waning stages of the Emeishan Large Igneous Province

A unique type of Nb–Zr–REE–Ga-enriched alkali tonstein of pyroclastic origin occurs exclusively within the late Permian coal measures of southwest China. The alkali tonsteins are located within the lowest Xuanwei or Longtan formations of Wuchiapingian age, indicating that their age is later than the main episode of Emeishan Large Igneous Province (ELIP) magmatism. The alkali tonsteins have intermediate–felsic Al₂O₃/TiO₂ values (12.6–34.2, mean 22.0), light rare earth element-enriched chondrite-normalised patterns, negative δEu and incompatible element ratios similar to those of ELIP alkaline Nb–Ta-enriched syenites. All available evidence shows that the alkali tonsteins from southwest China originated from coeval ELIP alkaline magmatism. The enrichment of Nb–Zr–REE–Ga in alkali tonsteins is derived from the ELIP alkaline Nb–Ta-enriched volcanic ashes and may represent the last stage of mineralisation associated with the Emeishan mantle plume activity.     

云南丽江苦橄岩Re-Os同位素地球化学初步研究

报导了云南丽江地区大具和仕满剖面12个苦橄岩和6个玄武岩的Re，Os含量和Os同位素组成。苦橄岩和玄武岩具有明显不同的Re-Os体系的特征。苦橄岩具有高的Os元素丰度［(1.5~3)×10-9］和低的Re元素丰度（<0.05×10-9）；共生的玄武岩具有低的Os元素丰度（<0.5×10-9）和相对高的Re元素丰度（<0.8×10-9）；苦橄岩具有低放射成因的 187Os/188Os 比值（0.123 3~0.126 6），而玄武岩具有高放射成因的187Os/188Os比值（0.133 8~0.157 7）。苦橄岩的Re-Os同位素特征与越南西北部二叠—三叠纪科马提岩具有低放射成因Os同位素特征相似，而玄武岩的Re-Os同位素特征与峨眉山大火成岩省（LIP）其他地区玄武岩的高放射成因的Os同位素特征相似。苦橄岩的Re-Os同位素特征表明，形成峨眉山LIP的地幔柱可能来自对流上地幔而不是深部的核-幔界面。换言之，峨眉山LIP的形成受控于岩石圈地幔过程而不是地幔柱过程。     

峨眉山大火成岩省东区普安玄武岩系年代学、地球化学及成因研究

广泛分布于中国西南川、滇、黔三省的峨眉山玄武岩是我国最早被国际认可的大火成岩省,受到了国内外学者的广泛关注。前人对大火成岩省西区玄武岩已达成多项共识,而对东区玄武岩的岩石组合、火山活动时限、岩石成因等方面还存在诸多争议。本文以峨眉山大火成岩省东区贵州普安玄武岩系为研究对象,通过解析典型剖面,明确该区玄武岩系岩石类型从底到顶总体为第1旋回的爆发相火山角砾岩、第2旋回的溢流相玄武岩以及第3旋回的火山沉积相凝灰岩。玄武岩系顶部凝灰岩锆石LA-ICP-MS U-Pb测年结果限定了大火成岩省东区火山活动时间持续上限为250 Ma。主微量元素显示该区玄武岩系以高Ti碱性玄武岩为主。玄武岩稀土元素球粒陨石标准化为轻稀土元素富集的右倾曲线模式,Rb和Sr亏损、Ba和Hf富集等特征与贵州地区玄武岩、峨眉山大火成岩省西区高Ti玄武岩以及OIB地球化学特征基本一致。微量元素显示该区玄武岩源区可能为受交代的石榴石地幔橄榄岩,由深部地幔柱上升至石榴石橄榄岩稳定区部分熔融产生熔融体,和富集交代流体的大陆岩石圈地幔混合形成,岩浆上升运移过程中发生了一定程度分离结晶作用和微弱地壳混染作用。研究表明,峨眉山大火成岩省东区普安玄武岩系形成于峨眉山地幔柱边部埋深较大、低程度部分熔融以及高压的环境。     

四川宝兴大石包组高钛玄武岩地球化学特征及其岩石成因

分布于龙门山推覆构造带以西、松潘-甘孜地块上的宝兴二叠纪高钛玄武岩具有高的TiO2含量(＞3%)、Ti/Y比值(平均658)和∑REE(平均237μg/g),具有LREE富集的右倾型稀土元素分布模式((La/Yb)N=5.39～13.5),富含大离子亲石元素,不相容元素比值Zr/Nb为9.18～10.1,La/Nb比值为1.19～1.34,Ba/Nb比值为6.11～20.4,8Nd(t)=0.82～2.35,(87Sr/86Sr)i=0.704837～0.706157,具有洋岛玄武岩(OIB)的地球化学特征,形成于板内环境.与典型峨眉山玄武岩对比显示,其岩相学、主元素、微量元素地球化学特征和同位素组成均类似于峨眉山大火成岩省(ELIP)上部的高钛玄武岩系列(HT),表明它们可能同时或在类似的环境下形成.基于上述认识,同时结合最新的年代学研究结果,认为宝兴大石包组高钛玄武岩是峨眉山地幔柱活动的产物,属于峨眉山大火成岩省的一部分.这为峨眉山大火成岩省分布范围从扬子克拉通向西北拓展提供了重要的地球化学证据,为更好地理解该火成岩省事件及其时空分布提供了新的直接资料.     

松潘-甘孜地块丹巴二叠纪玄武岩的主、微量元素和Sr-Nd同位素研究:岩石成因与构造意义

松潘-甘孜地块的丹巴二叠纪玄武岩(大石包组)具有较高的TiO2含量(>2%)和高的Ti/Y比值(平均519),显示LREE富集、HREE亏损的右倾型稀土配分型式((La/Yb)N=4.2~13.6),εNd(t)=-0.33~2.70,具有洋岛玄武岩(OIB)地球化学特征,形成于大陆板内环境。其源区来自原始地幔始于石榴子石稳定区的低程度部分熔融,岩浆上升过程中有来自地壳物质的加入,因而其不相容元素比值如Zr/Nb(4.41~13.09)、La/Nb(1.03~1.80)和Th/La(0.08~0.18)等,以及初始的87Sr/86Sr比值(0.706008~0.707257)均表现出不同程度的富集特征,岩浆演化早期经历了以辉石、橄榄石为主的分离结晶作用。该套玄武岩的元素-同位素地球化学特征和源区性质类似于峨眉山溢流玄武岩的高钛(HT)系列,因此认为其是峨眉山地幔柱活动的产物,属于峨眉山大火成岩省(ELIP)的一部分。松潘-甘孜地块和扬子西缘晚古生代以前地层的可比性以及峨眉山溢流玄武岩的分布特征显示,松潘-甘孜洋盆伴随着扬子克拉通的裂解而打开,并且可能都与峨眉山地幔柱有关,是地幔柱活动的浅部地质响应。     

四川阿布郎当超镁铁质侵入体成岩机制的地球化学约束

阿布郎当超镁铁质侵入体位于扬子地台西缘,康滇地轴中段,安宁河深大断裂之西侧。该岩体呈似同心环状相带分布,基性程度很高,岩体的中心为含长橄榄岩,向外依次过渡为含长辉橄岩、辉橄岩及斜长辉橄岩,边缘带斜长橄辉岩。在岩体的边缘带附近存在明显的Cu-Ni-PGE矿化。随着近年来矿产价格的走高和国家对地质普查工作的力度加大,阿布郎当岩体又重新引起人们的关注。该岩体在地质勘探方面已经积累了丰富的资料,但在地球化学方面的研究还很薄弱。本文对阿布郎当超镁铁岩体进行了系统的主要造岩矿物成分、主量元素、微量元素及铂族元素含量的分析,讨论了该岩体的原始岩浆和地幔部分熔融程度,并对成岩过程进行了探讨。研究认为,阿布郎当超镁铁质岩属拉斑玄武岩系列,是峨眉山大火成岩省构造-岩浆活动产物,成岩原始岩浆为苦橄质岩浆,由类似于洋岛玄武岩岩浆源区成分的地幔经18%左右的部分熔融形成。在岩浆上升过程中,最先结晶的镁铁矿物由于岩浆的流动而集中于岩浆管道的中央,于是形成各种岩石的环带分布。当岩浆上升侵入阿布郎当岩浆房以后,发生了以橄榄石为代表的镁铁矿物的堆积,与此同时,岩浆在岩浆房内继续进行着结晶分异并且还可能与围岩发生了混染,导致岩体边缘相附近出现了硫化物的熔离。在后期的地壳运动中,阿布朗当岩浆房露出地表,即今天所见到的阿不朗当超镁铁质岩体。     

四川盆地华蓥山峨眉玄武岩地球化学特征及其成因分析

四川盆地华蓥山玄武岩出露于茅口组顶部,夹于龙潭组底部的杂色泥岩、页岩之间,岩性为灰黑色粗玄岩,底部致密块状,顶部见气孔—杏仁状构造。TAS图解显示玄武岩属于碱性与偏碱性过渡带上的拉斑玄武岩系列,TiO2含量介于2.92%~3.63%之间,Ti/Y值为465~567,属于高钛玄武岩(HT)。岩石LREE/HREE=3.25~3.96,轻稀土略富集,具有右倾平滑型稀土分配模式。华蓥山玄武岩与云南宾川,贵州赫章等地峨眉山玄武岩的地球化学特征相似,反映了相同的幔源性质。结合野外地质特征,认为华蓥山玄武岩应属峨眉地幔柱的一部分,是沿着华蓥山基底断裂发生裂隙式喷发的产物。研究区的高钛玄武岩Ce/Yb介于22.65~27.93,与前人报道的高钛玄武岩Ce/Yb比值范围基本一致,处于石榴石稳定区与尖晶石稳定区的过渡带,Th/Ta、Nb/U、La/Ta等比值反映出岩石受壳源物质的混染程度很低,可能是地幔柱轴部的产物。     

峨眉山大火成岩省地壳密度结构及岩浆规模约束

峨眉山大火成岩省(ELIP)出露于扬子板块西缘,其形成以后经历了多期构造运动的破坏,掩盖了峨眉山玄武岩的原始分布状况,导致对ELIP岩浆活动规模的低估。近来一些研究者基于天然地震层析成像反演的研究认为ELIP出露区地壳不显示高速特征,据此推断ELIP岩浆活动规模有限,是下地壳拆沉作用而非地幔柱活动的产物。本文根据横穿峨眉山大火成岩省的丽江-清镇地震剖面所获地壳P波波速,依据P波波速与密度的线性关系计算ELIP内带核心、外围区域和中带、外带的地壳密度结构。结果显示:内带核心区域与中带相比,上地壳密度高79kg/m~3、下地壳上部和下部的密度值分别高出68 kg/m~3和101 kg/m~3;与外带相比,内带核心区域上地壳密度高92kg/m~3、下地壳上部和下部分别高出99 kg/m~3和126 kg/m~3。峨眉山地幔柱活动形成的镁铁质-超镁铁质深成岩在ELIP内带核心区域的侵位和堆积,是ELIP各带之间地壳密度存在显著差异的原因。根据ELIP不同区域的地壳密度差估算得到内带核心区域地壳内的高密度镁铁质侵入岩和超镁铁质侵入岩总体积约为(45~120)×10~4km~3。此结果与峨眉山玄武岩体积[(25~60)×10~4km~3]之和,给出ELIP岩浆活动的规模为(0.7~1.8)×10~6km~3。这一结果支持ELIP的形成与地幔柱活动有关的认识。