李 偉，謝桂青，姚 磊，朱喬喬，孫洪濤，王 建，王小雨

1.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083 2.中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所/國土資源部成礦作用與資源評價重點實驗室，北京 100037 3.江蘇省有色金屬華東地質(zhì)勘查局，南京 210007 4.河北省地礦局探礦技術(shù)研究院，河北 三河 065200

鄂東南地區(qū)程潮大型矽卡巖型鐵礦區(qū)巖體成因探討

李 偉1,2，謝桂青2，姚 磊1，朱喬喬2，孫洪濤3，王 建4，王小雨1

1.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083 2.中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所/國土資源部成礦作用與資源評價重點實驗室，北京 100037 3.江蘇省有色金屬華東地質(zhì)勘查局，南京 210007 4.河北省地礦局探礦技術(shù)研究院，河北 三河 065200

湖北程潮鐵礦是鄂東南礦集區(qū)內(nèi)最大的矽卡巖型鐵礦床。為了系統(tǒng)研究礦區(qū)內(nèi)不同侵入體的成因，對程潮礦區(qū)內(nèi)不同時代的侵入體進行了礦物學(xué)、地球化學(xué)和Sr-Nd-Pb同位素研究。礦區(qū)內(nèi)花崗巖、石英二長斑巖、閃長巖中的黑云母成分特征暗示它們均為殼幔物質(zhì)混合成因的鎂質(zhì)黑云母；與成礦相關(guān)的花崗巖、石英二長斑巖中原生黑云母礦物學(xué)成分顯示出原始巖漿具有高氧逸度的特征，高氧逸度為磁鐵礦的形成提供了有利條件。巖石地球化學(xué)特征研究表明，不同類型的巖石都具有富鉀和準鋁質(zhì)的特征，富集Rb、Ba、K等大離子親石元素和輕稀土元素，虧損Nb、Ta、Ti等高場強元素。礦區(qū)巖石的(87Sr/86Sr)i值為0.705 0～0.709 1，εNd(t)值為-14.16～-6.95，206Pb/204Pb值為17.636～18.919，207Pb/204Pb值為15.451～15.613，208Pb/204Pb值為37.833～39.556。礦物學(xué)、地球化學(xué)、Sr-Nd-Pb同位素特征暗示礦區(qū)巖體為富集地幔發(fā)生部分熔融并同化混染了不同比例下地殼物質(zhì)的產(chǎn)物，早期閃長巖((140±1) Ma)比晚期花崗巖和石英二長斑巖((128±1) Ma)的源區(qū)有更多的地幔成分，花崗巖和石英二長斑巖與閃長巖具有相近的鋯石飽和溫度(平均值分別為783、788、765℃)。

程潮矽卡巖鐵礦床；礦物學(xué)；地球化學(xué)；Sr-Nd-Pb同位素；鄂東南

0 引言

長江中下游地區(qū)是我國東部重要的中生代多金屬成礦帶，主要發(fā)育斑巖-矽卡巖型Cu-Au-Mo礦床、矽卡巖型Fe-Cu礦床和玢巖型鐵礦床[1]，主要包括鄂東南、九瑞、安慶--貴池、廬樅、銅陵、寧蕪、寧鎮(zhèn)七大礦集區(qū)(圖1)。鄂東南礦集區(qū)位于長江中下游成礦帶的西緣，是我國重要的Fe、Cu、Mo、Au礦集區(qū)[2-3]。礦集區(qū)內(nèi)主要岀露六大中酸性侵入體，分別為鄂城、鐵山、金山店、陽新、殷祖和靈鄉(xiāng)巖體。前人[4-18]對鄂東南礦集區(qū)的區(qū)域巖體開展了大量工作，包括巖相學(xué)、成巖時代、地球化學(xué)、Sr-Nd同位素和原位鋯石Hf-O同位素。研究結(jié)果表明，其區(qū)域成巖年齡集中在123～152 Ma[4-7,9-10,13-15]，且這些中生代侵入巖與成礦具有密切的時間和空間關(guān)系[16]。但對于這些侵入巖的成因仍存在爭議：多數(shù)學(xué)者認為這些侵入巖為殼幔物質(zhì)混合的產(chǎn)物[4,8,11,13,16,18-20]，部分學(xué)者認為它們是由下地殼發(fā)生部分熔融形成的[21]。

TLF.郯廬斷裂；XGF.襄樊--廣濟斷裂；YCF.陽新--常州斷裂。底圖據(jù)文獻[1]修編。圖1 長江中下游成礦帶主要礦集區(qū)分布及主要礦床類型分布圖Fig.1 The distribution map of ore clusters and main deposit types in the Middle-Lower Yangtze River metallogenic belt

已有研究[22]表明，多數(shù)矽卡巖礦床與侵入巖的關(guān)系密切，對成礦相關(guān)巖體的成因研究有助于理解矽卡巖礦床的成因。Meinert[22]通過總結(jié)全球不同類型矽卡巖礦床含礦巖體元素地球化學(xué)特征，指出與矽卡巖鐵礦相關(guān)的巖體比與矽卡巖銅礦相關(guān)的巖體源區(qū)含有更多的地幔成分，但沒有相關(guān)成礦母巖的Sr-Nd同位素數(shù)據(jù)分析。迄今為止，關(guān)于鄂東南地區(qū)矽卡巖鐵礦區(qū)含礦巖體的系統(tǒng)研究不多，特別是對成礦巖體物質(zhì)源區(qū)性質(zhì)的討論更少。最近，謝桂青等[9,12,23]根據(jù)成巖成礦時代、含礦巖體特征、成礦元素和硫同位素的資料，提出“大冶式”鐵礦存在兩期成巖成礦事件，與矽卡巖型銅鐵礦床相關(guān)的巖體源區(qū)地幔組分明顯多于單一矽卡巖型鐵礦相關(guān)的巖體，不同于Meinert[22]的結(jié)論。但矽卡巖鐵礦區(qū)的含礦巖體數(shù)據(jù)相對較少，需要進行典型礦區(qū)的含礦巖體深入解剖。

湖北程潮矽卡巖鐵礦位于鄂城巖體南緣，是鄂東南礦集區(qū)內(nèi)乃至長江中下游地區(qū)最大的矽卡巖型鐵礦床，儲量為2.7 億t左右[24]。前人對程潮鐵礦床的研究工作，主要集中于礦體產(chǎn)狀、矽卡巖礦物學(xué)、成巖成礦年齡和控礦因素等方面[3,15-16,25-32]。近年來，作者所在課題組對程潮礦區(qū)巖體的野外地質(zhì)特征、成巖時代、鋯石Hf同位素和元素地球化學(xué)進行了研究，表明礦區(qū)巖體皆為早白堊世巖漿活動的產(chǎn)物[15,23]，但是對于礦區(qū)岀露的不同巖體的成巖條件和源區(qū)性質(zhì)研究較薄弱。此次以程潮單一矽卡巖鐵礦相關(guān)成礦巖體為研究對象，在前人工作基礎(chǔ)上，重點進行不同巖性巖石的礦物學(xué)、Sr-Nd-Pb同位素及元素地球化學(xué)分析，探討礦區(qū)巖石成因。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

長江中下游成礦帶位于華北板塊和大別造山帶的南緣、揚子板塊的北緣，經(jīng)歷了3個階段的構(gòu)造演化史：前震旦紀基底形成階段、震旦紀--早三疊世沉積蓋層階段和中三疊世以來的碰撞造山和造山后板內(nèi)變形階段[3]，其中第三階段以大規(guī)模的巖漿活動和成礦作用為特征[2]。長江中下游成礦帶中生代的成巖成礦作用主要分為兩期[1,33]：1)高鉀鈣堿性巖石，與矽卡巖-斑巖-層控型Cu-Au-Mo礦化相關(guān)，部分學(xué)者將其歸為I型[34]，或磁鐵礦型花崗質(zhì)巖石[35]，巖性主要為閃長巖、石英閃長巖、花崗閃長巖，成巖年齡主要為156～137 Ma，成礦年齡主要為148～135 Ma，部分學(xué)者認為這些早期巖石具有Adakite巖石的特征[21,36]。2)鉀玄質(zhì)系列巖石，與磁鐵礦-磷灰石礦床相關(guān)，巖性主要包括輝石閃長玢巖、閃長玢巖、正長花崗巖及相關(guān)的噴出巖[37]；與金礦化相關(guān)的A型花崗巖，巖性主要包括石英正長巖、正長巖、石英二長巖[38]，該期成巖成礦事件主要發(fā)生在135～123 Ma。

鄂東南礦集區(qū)位于長江中下游成礦帶的西緣，礦集區(qū)中生代巖漿活動頻繁，成礦作用也最為強烈，主要岀露有鄂城、鐵山、金山店、靈鄉(xiāng)、陽新、殷祖六大巖體(圖2)。其中鄂城雜巖體位于礦集區(qū)北部，岀露面積約100 km2，平面上呈橢圓形，主要由花崗巖、二長花崗巖、石英二長(斑)巖、閃長巖及一些基性巖脈組成。礦集區(qū)內(nèi)從古生代到中生代的地層岀露齊全，其中以三疊紀大冶組灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r地層與成礦關(guān)系最為密切[39]?？氐V構(gòu)造以形成于印支期--燕山期的NW、NWW向構(gòu)造為主。礦集區(qū)主要發(fā)育矽卡巖型鐵礦床、矽卡巖型銅鐵礦床、斑巖-矽卡巖型銅鉬礦床，礦種以鐵、銅為主。謝桂青等[12]根據(jù)成巖成礦的時空規(guī)律和典型礦床的解剖，將鄂東南礦集區(qū)分為兩期成礦事件：1)147～136 Ma，與花崗閃長斑巖、閃長巖、石英閃長巖相關(guān)的斑巖-矽卡巖型Cu-Au-W-Mo礦床、矽卡巖型Cu-Fe或Fe-Cu礦床；2)133～127 Ma，與石英閃長巖、二長巖、花崗巖相關(guān)的矽卡巖型Fe礦床和熱液脈型Au礦床。

2 程潮礦床地質(zhì)和巖體地質(zhì)特征

2.1 礦床地質(zhì)特征

程潮鐵礦位于鄂東南礦集區(qū)北部，是鄂東南地區(qū)最大的隱伏大型矽卡巖鐵礦床，鐵儲量占全區(qū)儲量的28%左右，伴生的石膏礦也達到了大型規(guī)模[16]，分為東、西兩個礦區(qū)，共由百余個鐵礦體及硬石膏礦體組成[16]。其中規(guī)模較大的工業(yè)礦體有7個，包括東礦區(qū)的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ號礦體和西礦區(qū)的Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ號礦體，7個礦體的累計儲量占該礦床總儲量的95%以上[16]。礦體主要呈北西西向展布，多為透鏡狀，傾向南或南南西，傾角0°～47°，向北西西向側(cè)伏，側(cè)伏角4°～18°，各礦體的賦存標高，從Ⅰ號到Ⅶ號礦體依次加深。礦區(qū)地層主要分布在礦床南部，以三疊紀和侏羅紀地層為主。三疊系由下至上依次為大冶組、蒲圻組和雞公山組，其中大冶組、蒲圻組是成礦的有利圍巖[3,16,26]。三疊紀大冶組在礦區(qū)僅見五至七段，巖性主要為含石膏的碳酸鹽巖，包括灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖和石膏巖等。蒲圻組被礦區(qū)斷裂破壞，出露不完整，巖性主要為紫紅色鈣質(zhì)、砂泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖。礦區(qū)構(gòu)造以斷裂構(gòu)造為主，褶皺構(gòu)造不發(fā)育，構(gòu)造活動具有多期性和繼承性；NWW向構(gòu)造是礦區(qū)的主要構(gòu)造，控制著巖體、矽卡巖和礦體的分布。礦區(qū)侵入巖以花崗巖、二長花崗巖、石英二長斑巖、閃長巖為主。

礦床圍巖蝕變發(fā)育，蝕變類型主要有鉀化、矽卡巖化、綠泥石化、硬石膏化、黃鐵礦化、碳酸鹽化、絹云母化等。礦床中礦物種類較多：金屬礦物主要有磁鐵礦，另有少量黃鐵礦、黃銅礦、赤鐵礦等；非金屬礦物主要有透輝石、石榴子石、金云母、角閃石、綠簾石、綠泥石，還可見方解石、硬石膏、石膏、蛇紋石、石英等礦物。磁鐵礦礦石類型豐富，主要有塊狀、浸染狀、脈狀等，表現(xiàn)出多期熱液活動的特點，礦石結(jié)構(gòu)以半自形--他形粒狀結(jié)構(gòu)、交代結(jié)構(gòu)為主。

2.2 礦區(qū)巖體地質(zhì)特征

程潮礦區(qū)侵入巖為鄂城巖體南緣的一部分(圖2)。該侵入體巖性與鄂城巖體巖性基本相同，以花崗巖、二長花崗巖、石英二長斑巖、閃長巖為主，還可見一些晚于鐵礦體的基性巖脈。近年來利用高精度的LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素定年，測得程潮礦區(qū)石英閃長巖年齡為(129±2)Ma[23]，礦區(qū)花崗巖、石英二長斑巖的成巖年齡為(128±1)Ma[15]，切穿礦體的輝綠玢巖成巖年齡為(125±1)Ma[15]，暗示礦區(qū)巖體為燕山期巖漿侵入活動的產(chǎn)物。夏金龍等[29]通過對礦區(qū)閃長巖、花崗巖、磁鐵礦礦石進行稀土元素分析，認為閃長巖為成礦母巖。姚磊等[15,30]通過野外地質(zhì)關(guān)系、成巖成礦時代、矽卡巖分帶和稀土元素相關(guān)性研究，認為礦區(qū)花崗質(zhì)巖石與成礦的關(guān)系最為密切。現(xiàn)將礦區(qū)出露的不同巖性的侵入巖地質(zhì)特征描述如下。

閃長巖 為礦區(qū)內(nèi)最早的侵入巖，主要分布于礦區(qū)中部(圖3)，走向NWW，傾向南，傾角中等[3]，呈巖脈產(chǎn)出，規(guī)模較??；在東礦區(qū)井下430 m水平南部見到閃長巖出露，規(guī)模較小，但未與礦體直接接觸；同時在部分鉆孔中見到部分閃長巖，但與礦體的接觸關(guān)系不清，LA-ICP-MS測得的鋯石U-Pb年齡為(140±1)Ma[15]。閃長巖根據(jù)礦物類型和含量不同，進一步分為輝石黑云母閃長巖、石英閃長巖、黑云母閃長巖，其主要由斜長石、鉀長石、黑云母、角閃石、石英、輝石組成(圖4a)，副礦物主要為磁鐵礦、榍石、鋯石。其中：斜長石呈半自形板狀，體積分數(shù)為60%～65%，粒徑為0.3～3.0 mm，聚片雙晶發(fā)育，發(fā)生了微弱的絹云母化蝕變；鉀長石呈半自形板狀，體積分數(shù)為5%～10%，粒徑為0.2～2.0 mm；黑云母呈片狀，體積分數(shù)為3%～15%，粒徑為0.1～0.5 mm，零星分布在長石之間；角閃石體積分數(shù)<5%，粒徑為0.1～0.3 mm，發(fā)育典型的兩組56°解理，具微弱的綠簾石化蝕變；石英呈半自形--他形粒狀，體積分數(shù)為3%～10%，粒徑通常<0.2 mm，分布在長石之間；輝石呈短柱狀，體積分數(shù)為1%～5%，粒徑為0.1～0.3 mm，發(fā)生了微弱的綠泥石化、綠簾石化蝕變。

據(jù)文獻[4,16,23]修改。圖2 鄂東南地區(qū)主要巖體及礦床分布圖Fig.2 Geological map of the southeastern Hubei Province, showing main intrusions and main types of mineral deposits

據(jù)文獻[3]修改。圖3 程潮礦體地質(zhì)簡圖及其剖面圖Fig.3 Geological sketch map and cross section of Chengchao skarn Fe deposit

花崗巖 主要分布在礦區(qū)北部外圍，坑道內(nèi)未見到花崗巖和礦體的接觸關(guān)系；在鉆孔中可見到部分花崗巖發(fā)生了矽卡巖化，并被后期的硬石膏所切穿破碎。根據(jù)礦物種類和質(zhì)量分數(shù)不同，進一步分為花崗巖和二長花崗巖，且花崗巖和二長花崗巖之間為漸變過渡關(guān)系。在礦區(qū)可見到二長花崗巖與礦體之間存在著密切的接觸關(guān)系，包括：1)二長花崗巖呈角礫的形式被磁鐵礦或矽卡巖礦物包裹，在巖體角礫的邊部具有明顯的矽卡巖蝕變帶；2)二長花崗巖與礦體之間呈突變或漸變的接觸關(guān)系，接觸帶之間矽卡巖發(fā)育。姚磊等[15]運用LA-ICP-MS測得的二長花崗巖和花崗巖的鋯石U-Pb年齡均為(128±1)Ma，與成礦的年齡(132±1)Ma很接近[23]?；◢弾r主要由鉀長石、斜長石、石英組成(圖4b)，可見少量的黑云母。其中：鉀長石呈自形--半自形板狀，體積分數(shù)為50%～55%，粒徑為0.3～2.0 mm，發(fā)生高嶺土化蝕變；斜長石呈半自形--他形板狀，體積分數(shù)為15%～20%，粒徑為0.2～1.5 mm，發(fā)生絹云母化蝕變；石英呈他形粒狀，體積分數(shù)為25%～30%，粒徑為0.2～2.0 mm。二長花崗巖為肉紅色，粒狀結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造，主要由鉀長石、斜長石、石英、黑云母組成(圖4c，d)，副礦物主要為磁鐵礦、榍石、鋯石。其中：鉀長石多呈半自形板狀，體積分數(shù)為35%～40%，粒徑為0.5～2.0 mm，含較多不規(guī)則的鈉長石條紋，屬于條紋長石，發(fā)生弱的高嶺土化蝕變；斜長石呈自形的長板狀，體積分數(shù)為35%～40%，聚片雙晶發(fā)育，發(fā)生弱的絹云母化蝕變；石英呈他形粒狀，體積分數(shù)為25%左右，分布在長石之間；黑云母呈片狀，體積分數(shù)<5%，粒徑為0.1～1.0 mm。

石英二長斑巖 主要分布在礦區(qū)北部，在野外未見到其與花崗巖的接觸關(guān)系；在礦區(qū)坑道中可見大量的石英二長斑巖呈殘留體的形式被矽卡巖或磁鐵礦所包裹，接觸帶發(fā)生矽卡巖化，與成礦的關(guān)系最為密切。LA-ICP-MS測得的鋯石U-Pb年齡為(128±1)Ma[15]。石英二長斑巖呈肉紅色，斑狀結(jié)構(gòu)；斑晶主要為斜長石(圖4e、f)，呈自形--半自形板狀，體積分數(shù)為20%左右；基質(zhì)主要為斜長石，其次為鉀長石、石英和少量黑云母、角閃石。其中,斜長石和鉀長石各占30%左右，石英體積分數(shù)為15%左右，黑云母體積分數(shù)<5%，角閃石體積分數(shù)<3%。斜長石發(fā)生了絹云母化蝕變，角閃石發(fā)生了微弱的綠簾石化蝕變。

中基性巖脈主要為輝綠玢巖和閃長玢巖，野外可以明顯看到它們穿切早期花崗巖和礦體。LA-ICP-MS測得的輝綠玢巖鋯石U-Pb年齡為(125±1)Ma[15]。輝綠玢巖為斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造(圖4g)；斑晶主要為斜長石，基質(zhì)主要為斜長石和單斜輝石。閃長玢巖主要為斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造(圖4h)；斑晶主要由斜長石和少量黑云母、角閃石組成，基質(zhì)主要為斜長石。

3 分析方法

在前人工作基礎(chǔ)上，為進一步研究礦區(qū)內(nèi)不同巖體的成因，選取礦區(qū)內(nèi)岀露的不同巖石樣品進行了全巖主量、微量、稀土元素分析，Sr-Nd-Pb同位素分析和部分巖石樣品的造巖礦物電子探針分析，同時收集了前人對程潮礦區(qū)巖體和鄂城巖體研究的相關(guān)數(shù)據(jù)進行對比研究。

a.閃長巖顯微照片，主要由自形板狀斜長石、片狀黑云母、少量他形粒狀單斜輝石和自形粒狀磁鐵礦組成；b.花崗巖顯微照片，主要由條紋長石、斜長石和石英組成；c.二長花崗巖顯微照片，主要由自形板狀斜長石、半自形板狀條紋長石和他形粒狀石英組成；d.黑云母二長花崗巖顯微照片，原生黑云母、石英、鉀長石呈共生關(guān)系；e.石英二長斑巖手標本照片，斑晶主要為板狀的斜長石，基質(zhì)主要為肉紅色的鉀長石；f.石英二長斑巖顯微照片，斑晶斜長石聚片雙晶發(fā)育；g.輝綠玢巖顯微照片，粒度大小不等的自形斜長石呈長板狀分布，顆粒間可見少量的單斜輝石；h.閃長玢巖顯微照片，可見聚片雙晶發(fā)育的斜長石斑晶。顯微照片均為正交偏光。圖4 程潮礦區(qū)閃長巖、花崗巖、二長花崗巖、石英二長斑巖、輝綠玢巖、閃長玢巖手標本和顯微照片F(xiàn)ig.4 Photos of handspecimen and microphotographs of the diorite, granite,monzonite granite,quartzmonzonite porphyry,diabase porphyry and diorite porphy in the Chengchao ore deposit

礦物的電子探針分析在中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所電子探針實驗室進行，實驗儀器型號為JXA-8230，加速電壓20kV，電流20 nA。

樣品的主量、微量、稀土元素測試分析是在澳實分析檢測(廣州)有限公司進行的。主量元素分析采用XRF方法(X熒光光譜法)，實驗流程如下：將代表性樣品磨制200目;取樣品0.9 g，煅燒后加入9.0 g的Li2B4O7-LiBO2助熔物，充分混合后放置在自動熔煉儀中，使之在1050～1 100 ℃熔融;熔融物倒出后形成扁平的玻璃片，再用XRF熒光光譜儀進行分析，分析精度優(yōu)于5%。稀土和微量元素分析采用ICP-MS方法分析，取200目的樣品0.2 g，加入到含0.9 g的LiBO2熔劑中，混合均勻后在1 000 ℃的熔爐中熔化;溶液冷卻后，溶解于100 mL 4%的硝酸鹽中，然后用等離子質(zhì)譜儀ICP-MS分析，測試精度為5%～10%。

Sr-Nd-Pb同位素分析測試在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測試中心完成。Sr-Nd同位素的分析流程：稱取0.1～0.2 g粉末樣品，置于低壓密閉溶樣罐中，加入銣鍶稀釋劑，用混合酸(HF+HNO3+HClO4)溶解24 h；待樣品完全溶解后，蒸干，加入6 mol/L的鹽酸轉(zhuǎn)為氯化物蒸干；用0.5 mol/L的鹽酸溶液溶解，離心分離，清液載入陽離子交換柱。然后用鹽酸溶液淋洗，蒸干。最后用ISOPROBE-T熱電離質(zhì)譜儀計完成質(zhì)譜分析，單帶，M+，可調(diào)多法拉第接收器接收，儀器型號為PHOENIX。質(zhì)量分餾用86Sr/88Sr=0.119 4校正，標準測量結(jié)果：NBS987為0.710 250±0.000 007(2σ)。Nd同位素比值采用146Nd/144Nd=0.721 9標準校正測量結(jié)果：SHINESTU為0.512 118±0.000 007(2σ)。實驗室流程本底：m(Rb)為2×10-10g；m(Sr)為2×10-10g。Pb同位素測試儀器型號為ISOPROBE-T熱電離質(zhì)譜儀。分析流程為：將適量樣品放入低壓密閉溶樣罐中，用混合酸(HF+HNO3+HClO4)溶解24 h，待樣品完全溶解后，蒸干，加入6 mol/L的鹽酸轉(zhuǎn)為氯化物蒸干。用1 mL 0.5 mol/L的HBr溶解，離心分離，清液加入陰離子交換柱，用0.5 mol/L的HBr淋洗雜質(zhì)，用1 mL 6 mol/L的HCl解析Pb于聚四氟乙烯的燒杯中，蒸干備用。用靜態(tài)接受方式測量Pb同位素比值，全流程本底m(Pb)<100 pg。

4 分析結(jié)果

4.1 礦物電子探針成分分析結(jié)果

對礦區(qū)內(nèi)的閃長巖、石英二長斑巖、花崗巖中未發(fā)生明顯蝕變的原生黑云母進行了電子探針分析(表1)。結(jié)果顯示：黑云母閃長巖中的黑云母w(MgO)為15.60%～17.94%，MF值為0.66～0.71；花崗巖中的黑云母w(MgO)為14.44%～19.47%，MF值為0.62～0.81；石英二長斑巖中的黑云母w(MgO)為15.49%和16.39%，MF值為0.66和0.68。不同巖性巖石中的黑云母均表現(xiàn)出富鎂貧鐵的特征。在黑云母的Mg/(Mg+Fe+Mn)-Si二元圖解中，黑云母閃長巖、花崗巖、石英二長斑巖中的黑云母主要分布在富鎂黑云母區(qū)域(圖5)，這也與長江中下游地區(qū)中酸性巖石中的黑云母為鎂質(zhì)黑云母是一致的[16,19,41-45]。黑云母的鎂質(zhì)率(M=2n(Mg2+)/n(Mg2++Fe2++Mn2+))可以作為區(qū)分深源和淺源侵入巖的重要指標[46]，M>0.45表明巖體形成于深源環(huán)境。礦區(qū)巖石的鎂質(zhì)率為1.52～1.98，暗示礦區(qū)巖體均為深成侵入巖，形成于深源環(huán)境。

4.2 巖石地球化學(xué)分析結(jié)果

花崗巖的w(SiO2)為67.66%～72.56%，w(K2O)為4.89%～6.57%，w(Na2O)為3.01%～4.61%，總體上表現(xiàn)為w(K2O)>w(Na2O)；全堿質(zhì)量分數(shù)為9.45%～10.07%，具有較高的全堿質(zhì)量分數(shù)(表2)，在w(SiO2)-w(K2O)圖解(圖6)中，主要分布在鉀玄巖系列巖石區(qū)域。巖石的w(Al2O3)為13.21%～14.63%，平均為14.23%，鋁飽和指數(shù)(A/CNK)為0.75～0.96，在A/CNK-A/NK圖解(圖7)中，主要分布在準鋁質(zhì)巖石區(qū)域；w(TiO2)為0.27%～0.38%，平均為0.34%；w(MgO)為0.38%～0.66%，平均為0.53%。稀土總量為(163～226)×10-6(表3)，其中輕稀土總量為(150～210)×10-6，重稀土總量為(12～15)×10-6，輕重稀土比值(LREE/HREE)為10.94～14.27，(La/Yb)N值為11.26～17.69，輕重稀土分異明顯，總體表現(xiàn)為輕稀土富集、重稀土相對虧損的右傾配分模式(圖8)。δEu值主要為0.49～1.05，表現(xiàn)出不同程度的負銪異常。微量元素原始地幔標準化圖解(圖9)中，表現(xiàn)為LREE、Rb、Ba、Th、U、K相對富集，Ta、Nb、Sr、P、Ti相對虧損的元素分布特征(表4)。

底圖據(jù)文獻[41]。陽新銅綠山石英閃長巖黑云母數(shù)據(jù)引自文獻[13]；九瑞礦集區(qū)巖體黑云母數(shù)據(jù)引自文獻[42]；陽新豐山洞二長花崗斑巖黑云母數(shù)據(jù)引自文獻[43]；江西武山花崗閃長巖黑云母數(shù)據(jù)引自文獻[44]；安徽銅陵地區(qū)巖體黑云母數(shù)據(jù)引自文獻[45]。圖5 程潮礦區(qū)及長江中下游其他地區(qū)巖石中黑云母分類圖解Fig.5 Classification diagram of biotite in Chengchao ore deposit and other districts in Middle-Lower Yangtze River Valley

底圖據(jù)文獻[47]。鄂城花崗巖和閃長巖數(shù)據(jù)引自文獻[8]；礦區(qū)閃長巖數(shù)據(jù)引自文獻[25,32]；礦區(qū)輝綠玢巖、部分閃長玢巖、石英二長斑巖和部分花崗巖數(shù)據(jù)引自文獻[32]。圖6 鄂城和程潮礦區(qū)花崗巖、石英二長斑巖、閃長巖、閃長玢巖、輝綠玢巖的w(K2O)-w(SiO2)圖解Fig.6 w(K2O) versus w(SiO2) diagram of the granite,quartz monzonite porphyry,diorite, diorite porphyry and diabase porphyry in the Echeng batholith and Chengchao ore deposit

底圖據(jù)文獻[48]。圖例及其他圖說同圖6。圖7 鄂城和程潮礦區(qū)花崗巖、石英二長斑巖、閃長巖、閃長玢巖、輝綠玢巖的鋁飽和指數(shù)判別圖解Fig.7 A/NK versus A/CNK diagram of the granite,quartz monzonite porphyry,diorite,diorite porphyry and diabase porphyry in Echeng batholith and Chengchao ore deposit

石英二長斑巖的w(SiO2)為66.84%～68.76%，w(K2O)為5.24%～7.00%，w(Na2O)為3.19%～4.98%。巖石的w(Al2O3)為14.80%～15.24%，鋁飽和指數(shù)(A/CNK)為0.83～1.04，在A/CNK-A/NK圖解(圖7)中，主要分布在準鋁質(zhì)巖石區(qū)域。稀土總量為(163～180)×10-6，其中，輕稀土總量為(149～164)×10-6，重稀土總量為(13～16)×10-6，輕重稀土比值(LREE/HREE)為10.47～12.14，(La/Yb)N值為10.93～15.26，輕重稀土分異明顯，δEu值主要為0.72～1.65。微量元素原始地幔標準化圖解(圖9)中，表現(xiàn)為LREE、Rb、Ba、U、K元素相對富集，Sr、P、Ti元素相對虧損的元素分布特征。

閃長巖的w(SiO2)為50.65%～60.54%，w(K2O)為2.61%～4.64%，w(Na2O)為3.78%～7.61%，總體上表現(xiàn)為w(Na2O)>w(K2O)，全堿質(zhì)量分數(shù)為7.23%～10.22%。巖石的w(Al2O3)為15.82%～17.09%，平均為16.46%，鋁飽和指數(shù)(A/CNK)為0.61～0.87，在A/CNK-A/NK圖解(圖7)中，主要分布在準鋁質(zhì)巖石區(qū)域。巖石的w(MgO)較高，為1.92%和4.54%，平均為3.41%。稀土總量為143×10-6和167×10-6，輕稀土總量為126×10-6和154×10-6，重稀土總量為13×10-6和17×10-6，輕重稀土比值LREE/HREE為7.47和12.29，(La/Yb)N比值為8.42和17.48，輕重稀土分異明顯。δEu值主要為0.92和1.30，無明顯銪異常(圖8)。微量元素原始地幔標準化圖解(圖9)中，表現(xiàn)出Rb、Ba、U、K、Zr、Hf、Sr元素相對富集，Th、Ta、Nb、Ti元素相對虧損的元素分布特征。

閃長玢巖和輝綠玢巖的w(SiO2)為47.75%～57.60%，w(K2O) 為1.32%～3.83%，w(Na2O) 為3.40%～5.99%，全堿質(zhì)量分數(shù)為4.72%～9.36%，w(Al2O3)為15.69%～17.22%，鋁飽和指數(shù)(A/CNK)為0.78～0.93；稀土總量為(136～290)×10-6，其中輕稀土總量為(114～265)×10-6，重稀土總量為(21～28)×10-6，輕重稀土比值(LREE/HREE)為5.20～11.25，(La/Yb)N值為5.08～13.59。δEu值為0.70～1.06，表現(xiàn)為弱的負銪異常。微量元素特征顯示出Rb、Ba、U、K、Zr、Hf相對富集，Ta、Nb、Sr、Ti等高場強元素相對虧損的元素分布特征。

由以上分析可知，與成礦密切相關(guān)的閃長巖、石英二長斑巖、花崗巖都具有高鉀、準鋁質(zhì)的巖石學(xué)特征，而這也與世界范圍內(nèi)與矽卡巖鐵礦相關(guān)的巖體具有高鉀、準鋁質(zhì)的巖石地球化學(xué)特征是相一致的[22]。

球粒隕石標準化值據(jù)文獻[49]。其他圖說同圖6。圖8 鄂城和程潮礦區(qū)閃長巖、閃長玢巖、輝綠玢巖的稀土元素球粒隕石標準化分布圖解(a)和花崗巖、石英二長斑巖的稀土元素球粒隕石標準化分布圖解(b)Fig.8 Chondrite-normalized REE distributiondiagrams of diorite, diorite porphyry and diabase porphyry (a) and chondrite-normalized REE distributiondiagrams of granite and quartz monzonite porphyry (b)in Echeng batholith and Chengchao ore deposit

原始地幔標準化值據(jù)文獻[49]。其他圖說同圖6。圖例同圖8。圖9 鄂城和程潮礦區(qū)閃長巖、閃長玢巖、輝綠玢巖的微量元素原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖解(a)和花崗巖、石英二長斑巖的微量元素原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖解(b)Fig.9 Primitive mantle-normalized trace element spiderdiagrams of diorite,diorite porphyry and diabase porphyry (a) and primitive mantle-normalized trace element patterns diagrams of granite and quartz monzonite porphyry (b)in Echeng batholith and Chengchao ore deposit

4.3 Sr-Nd-Pb同位素分析結(jié)果

本次工作對程潮礦區(qū)不同巖性的樣品進行了Sr-Nd-Pb同位素測試，數(shù)據(jù)如表5和表6所示，同位素特征如圖10和圖11所示。

花崗巖和二長花崗巖的(87Sr/86Sr)i值為0.706 6～0.707 5，平均為0.707 1；(143Nd/144Nd)i值為0.511 8～0.511 9，平均為0.511 9；εNd(t)值為-12.46～-11.22，平均為-11.61；206Pb/204Pb值為17.713～18.254，平均為17.945；207Pb/204Pb值為15.451～15.505，平均為15.482；208Pb/204Pb值為38.100～38.518，平均為38.325。

石英二長斑巖的(87Sr/86Sr)i值為0.708 0～0.708 6，平均為0.708 4；(143Nd/144Nd)i值為0.511 7～0.511 9，平均為0.511 9；εNd(t)值為-14.16～-10.61，平均為-12.13；206Pb/204Pb值為18.289～18.919，平均為18.511；207Pb/204Pb值為15.536～15.613，平均為15.567；208Pb/204Pb值為38.679～39.556，平均為39.009。

閃長巖的(87Sr/86Sr)i值為0.706 1～0.709 2，平均為0.707 7；(143Nd/144Nd)i值為0.511 9～0.512 1，平均為0.512 0；εNd(t)為-6.95～-9.99，平均為-8.47；206Pb/204Pb值為17.896～18.257，平均為18.054；207Pb/204Pb值為15.498～15.537，平均為15.521；208Pb/204Pb值為38.047～38.691，平均為38.369。

閃長玢巖和輝綠玢巖的(87Sr/86Sr)i值為0.705 0～0.707 5，平均為0.706 8；(143Nd/144Nd)i值為0.511 9～0.512 0，平均為0.512 0；εNd(t)值為-11.54～-8.44，平均為-10.26；206Pb/204Pb值為17.636～18.492，平均為18.121；207Pb/204Pb值為15.484～15.555，平均為15.538；208Pb/204Pb值為37.833～38.955，平均為38.469。

5 討論

5.1 成巖條件

5.1.1 成巖溫度條件估計

對于中酸性巖漿巖而言，根據(jù)主量元素和鋯石中微量元素Zr的質(zhì)量分數(shù)，可近似地估算其初始巖漿溫度[52-53]。根據(jù)鋯石溶解度-飽和溫度的計算方法[53]，得出礦區(qū)花崗巖((128±1) Ma)的鋯石飽和溫度平均為783 ℃，石英二長斑巖((128±1) Ma)的鋯石飽和溫度平均為788 ℃，閃長巖((140±1) Ma)的鋯石飽和溫度平均為765 ℃，暗示出3種巖性的巖石具有相近的鋯石飽和溫度，但是閃長巖的鋯石飽和溫度略低于花崗質(zhì)巖石。譚秋明[54]通過鄂東南地區(qū)不同時代、不同巖性巖體中造巖礦物石英包裹的熔融包裹體均一溫度測試，發(fā)現(xiàn)早期閃長質(zhì)巖石的結(jié)晶溫度低于晚期花崗質(zhì)巖石的結(jié)晶溫度，呈現(xiàn)出成銅巖體向成鐵巖體有溫度升高的趨勢。以上分析暗示出巖漿體系溫度的差異性可能是導(dǎo)致成礦差異性的重要原因之一。Borisenko等[55]從流體包裹體角度研究表明，由巖漿所演化出來的巖漿熱液體系中金屬元素的含量，與流體從熔體中分離時的溫度密切相關(guān)，且一般溫度越高，巖漿熱液體系攜帶成礦元素的能力越強。梁祥濟[56]從巖漿熱液對含鐵礦物中Fe質(zhì)的淋濾實驗研究表明，無論是輝石閃長巖還是石英閃長巖，從450 ℃到650 ℃，鐵的析出量增加了幾十倍或幾百倍，顯示出Fe在巖體中的析出量和溫度是成正比的關(guān)系。因在高溫巖漿熱液體系中，鐵主要是以鹵化物的形式遷移(主要為FeCl2、FeF2)[57-60]，體系中FeCl2濃度在不同溫度下的變化情況，對于分析成礦差異性是有必要的。Whitney等[58]開展了成分類似于花崗巖的體系在400～700 ℃范圍內(nèi)含Cl溶液中Fe的濃度變化實驗，結(jié)果顯示，在400～600 ℃范圍內(nèi)，隨溫度的升高，F(xiàn)eCl2的濃度是不斷升高的。由此可以推斷，程潮礦區(qū)巖體相對與銅礦相關(guān)巖體高的巖漿體系溫度，可能為巖體中大量鐵質(zhì)的析出和后期礦化提供了有利條件。

圖中銅綠山礦區(qū)巖體數(shù)據(jù)引自文獻[8,13]；鐵山礦區(qū)巖體和鄂城巖體引自文獻[8]；鐵山巖體和陽新巖體數(shù)據(jù)引自文獻[4,8,50]。圖10 鄂東南和程潮礦區(qū)花崗巖、石英二長斑巖、閃長巖、閃長玢巖、輝綠玢巖的Sr-Nd同位素組成圖解Fig.10 Sr and Nd isotope composition diagrams of granite,quartz monzonite porphyry,diorite,diorite porphyry and diabase porphyry in Echeng batholith and Chengchao ore deposit

底圖據(jù)文獻[51]。圖11 程潮礦區(qū)花崗巖、石英二長斑巖、閃長巖、閃長玢巖、輝綠玢巖Pb同位素組成圖解Fig.11 Pb isotope composition diagrams of granite,quartz monzonite porphyry,diorite,diorite porphyry and diabase porphyry in Chengchao ore deposit

5.1.2 氧逸度的礦物成分約束

如前文所述，礦區(qū)花崗巖、石英二長斑巖、閃長巖中原生副礦物磁鐵礦-榍石-鎂質(zhì)黑云母組合的出現(xiàn)，暗示了巖體形成時所對應(yīng)的巖漿體系具有很高的氧逸度(logfO2>(Ni-NiO)+1[61])。黑云母成分對于巖體形成時的巖漿體系氧逸度條件具有重要的指示意義[62-64]，其礦物組成中的Fe3+和Fe2+可以作為判斷巖體形成時氧化還原條件的重要指標[65]。礦區(qū)花崗巖、石英二長斑巖、閃長巖中黑云母的氧化系數(shù)(n(Fe3+)/n(Fe3++Fe2+))平均值分別為0.61、0.84、0.69，暗示了礦區(qū)石英二長斑巖在形成時具有更高的氧逸度；高氧逸度有利于金屬元素進入流體相，阻止其以硫化物的形式在早期沉淀，為后期的鐵礦化提供了必要條件[22]。野外觀察發(fā)現(xiàn)，大量的石英二長斑巖呈殘留體的形式被早期矽卡巖礦物和磁鐵礦包裹交代，與矽卡巖及磁鐵礦的關(guān)系最為密切，結(jié)合石英二長斑巖具有最高氧逸度，推測石英二長斑巖可能是程潮鐵礦最有利的含礦巖體。

由圖5可知，不僅是礦區(qū)巖體，甚至整個長江中下游地區(qū)的巖體中的黑云母多數(shù)都具有富Mg的特征[13,41-45]，而黑云母富鎂則是巖漿高氧逸度的指標之一[62]。

底圖據(jù)文獻[62]；銅鎢礦、銅鉬礦、鐵銅礦、金銅礦相關(guān)巖體黑云母數(shù)據(jù)引自文獻[16]；銅鐵礦數(shù)據(jù)引自文獻[13]。圖12 鄂東南地區(qū)不同礦床所對應(yīng)巖體的黑云母Fe3+-Fe2+-Mg2+圖解Fig.12 Fe3+-Fe2+-Mg2+ plot of biotite for different ore deposits in Edong district

5.2 源區(qū)性質(zhì)探討

如前文所述，前人對鄂東南礦集區(qū)中生代巖漿巖的成因還存在爭議，且對具體矽卡巖礦區(qū)的含礦巖體成因研究相對較少，而對含礦巖體成因的研究有助于理解矽卡巖成礦背景和過程。姚磊等[15]對程潮礦區(qū)系統(tǒng)地進行了含礦巖體的鋯石U-Pb測年、Hf同位素及元素地球化學(xué)特征研究，但沒有涉及到Sr-Nd-Pb同位素。筆者在前人工作基礎(chǔ)上，通過Sr-Nd-Pb同位素、礦物學(xué)、元素地球化學(xué)3個方面的研究，探討程潮礦區(qū)巖體的源區(qū)性質(zhì)，進而為研究區(qū)域巖體的成因提供科學(xué)依據(jù)。

5.2.1 Sr-Nd-Pb同位素特征

程潮礦區(qū)侵入巖的Sr-Nd同位素組成特征，與典型的大洋中脊玄武巖明顯不同，暗示了礦區(qū)巖體不可能是由俯沖洋殼直接熔融形成的。在圖10中，可以看到礦區(qū)巖體的Sr-Nd同位素組成明顯大于揚子克拉通下地殼的εNd(t)值(揚子克拉通下地殼的εNd(t)值為-33～-20，(87Sr/86Sr)i為0.701 0～0.712 0[68])，也明顯與太古宙崆嶺TTG片麻巖εNd(t)值(-48～-33[69])不同，間接地暗示了程潮礦區(qū)巖體并非是由加厚的下地殼發(fā)生部分熔融形成的。圖10顯示出礦區(qū)侵入巖Sr-Nd同位素組成介于揚子板塊下地殼和地幔之間，并主要分布在地幔演化線上，暗示礦區(qū)巖體具有殼?；煸吹奶卣鳎业V區(qū)巖體和鄂城巖體從早期閃長巖到晚期花崗巖，εNd(t)值不斷減小，暗示出早期閃長巖源區(qū)具有更多的地幔成分。且由圖11可知，礦區(qū)不同巖性的巖石207Pb/204Pb-206Pb/204Pb同位素組成均分布在地幔和造山帶鉛演化線之間，且具有很好的線性關(guān)系，這暗示其Pb同位素組成主要為異常鉛[70]。而異常鉛的形成可能有以下幾種因素：1)兩種不同時代的正常鉛混合；2)一種正常鉛受到了放射成因鉛的污染；3)成巖源區(qū)獲得或丟失了Th、U或Pb；4)可能經(jīng)歷了多個U-Th-Pb系統(tǒng)的演化。結(jié)合礦區(qū)巖體Sr-Nd-Hf同位素的研究，可知礦區(qū)不同巖性的巖石中的鉛為混合來源的鉛，且鉛主要來自地幔和下地殼。

礦區(qū)巖體為殼幔物質(zhì)混合產(chǎn)物的結(jié)論，除了以上全巖Sr-Nd-Pb同位素證據(jù)之外，也得到了單顆粒鋯石Hf同位素證據(jù)特征的支持。姚磊等[15]通過對程潮礦區(qū)花崗巖、石英二長斑巖、閃長巖進行鋯石Hf同位素測試分析，顯示出礦區(qū)巖體Hf同位素組成特征均介于地幔和地殼之間，表明了礦區(qū)巖體均為殼幔物質(zhì)混合的產(chǎn)物。

從圖10可知，礦區(qū)侵入巖和鄂東南地區(qū)與銅鐵、鐵銅礦相關(guān)的侵入巖具有大致相似的Sr-Nd同位素演化趨勢，即(87Sr/86Sr)i與εNd(t)呈現(xiàn)明顯的負相關(guān)性[4,8,13,23,50,71]，且與單一矽卡巖鐵礦相關(guān)的巖體的地殼成分明顯多于與矽卡巖鐵銅礦、矽卡巖銅鐵礦相關(guān)的巖體。Xie等[8]對區(qū)域不同類型礦種的大巖體進行了Sr-Nd同位素模擬計算，得出與銅鐵礦床相關(guān)的巖體源區(qū)同化混染了5%～20%的下地殼物質(zhì)，與單一鐵礦床相關(guān)的巖體源區(qū)同化混染了35%的下地殼物質(zhì)，此結(jié)論也得到了鋯石Hf同位素證據(jù)特征的支持[9]。同時結(jié)合本礦區(qū)巖體Sr-Nd-Hf同位素組成特征分析，可知礦區(qū)巖體源區(qū)為富集地幔發(fā)生部分熔融并同化混染一定比例下地殼物質(zhì)的產(chǎn)物，且晚期的石英二長斑巖和花崗巖的源區(qū)同化混染了更多的地殼物質(zhì)，這也與區(qū)域成巖源區(qū)的變化規(guī)律是一致的。

5.2.2 黑云母礦物學(xué)特征

黑云母的組成特征對其形成時的構(gòu)造環(huán)境及其對應(yīng)的巖漿體系成分具有重要的指示意義[72]。Abdel-Rahman[72]指出從非造山環(huán)境下形成的巖漿巖中的黑云母相對富Fe，造山環(huán)境下形成的巖漿巖中的黑云母相對富Mg，這也與本文礦區(qū)巖體中的黑云母均為鎂質(zhì)黑云母、Pb同位素顯示的侵入巖為造山環(huán)境下的巖漿活動產(chǎn)物特征是相吻合的。由圖13可以看出，花崗巖、石英二長斑巖、閃長巖中的黑云母均分布在殼?；煸磪^(qū)域，從礦物學(xué)的角度同樣證明了礦區(qū)巖體為殼幔物質(zhì)混合的產(chǎn)物，這也與Sr-Nd-Hf-Pb同位素所揭示的巖體成因類型是一致的。

底圖據(jù)文獻[42]。圖13 程潮礦區(qū)花崗巖、石英二長斑巖、閃長巖的黑云母的w(TFeO)/w(TFeO+MgO)-w(MgO)圖解Fig.13 w(TFeO)versus w(TFeO+MgO)-w(MgO)diagram of biotite for granite,quartz monzonite porphyry and diorite in Chengchao ore deposit

5.2.3 巖體地球化學(xué)特征

礦區(qū)侵入巖的w(MgO)平均為1.98%，w(Cr)平均為21×10-6，w(Ni)平均為13×10-6，這與華北板塊由拆沉下地殼形成的Adakite巖石(w(MgO)平均為3.7%，w(Cr)為(127～402)×10-6，w(Ni)為(82～311)×10-6[73])不同，暗示了礦區(qū)巖體不是由拆沉下地殼發(fā)生部分熔融形成的[4,8,17]。

已有資料[74-75]顯示，HREE主要在石榴子石中富集，表現(xiàn)為強相容元素，Sr在石榴子石中強烈虧損，表現(xiàn)為強不相容元素。礦區(qū)閃長巖具相對富集Sr(平均為478×10-6)，具有相對較高的(La/Yb)N值(平均為12.95)，暗示了閃長巖形成的源區(qū)可能含有石榴子石殘留?；◢弾r具有較明顯的Eu負異常(平均0.75)，Sr和Ba相對虧損(w(Sr)平均為223×10-6，w(Ba)平均為911×10-6)；石英二長斑巖Sr和Ba相對虧損(w(Sr)平均為225×10-6，w(Ba)平均為1 663×10-6)，暗示花崗巖和石英二長斑巖形成的源區(qū)可能含有斜長石的殘留[74,76-78]。礦區(qū)花崗巖、石英二長斑巖、閃長巖的Sr/Y值分別為11.0、10.6、25.8，暗示礦區(qū)(140±1) Ma閃長巖形成于高壓的環(huán)境，源區(qū)殘留物主要為石榴子石，而礦區(qū)(128±1) Ma花崗巖、石英二長斑巖形成于相對低壓的環(huán)境，源區(qū)主殘留物主要為斜長石[78]。已有的實驗巖石學(xué)研究表明：花崗質(zhì)熔體形成深度在大于50 km(壓力大于1 500 MPa)的條件下，具有較高的w(Sr)，銪異常不明顯；而在深度小于30 km(壓力低于1 000 MPa)的條件下，具有低的w(Sr)，負銪異常明顯[79-81]。這可能表明了礦區(qū)(140±1) Ma閃長質(zhì)巖漿是在50 km左右的深度條件下形成的，而(128±1) Ma花崗質(zhì)巖漿(包括石英二長斑巖)可能是在30 km左右的深度條件下形成的，這可能與鄂東南地區(qū)早白堊世巖石圈伸展減薄的構(gòu)造背景相吻合[8-9,12]；這一認識也得到了長江中下游地區(qū)最新的地球物理探測結(jié)果的佐證[82-83]。

5.3 成巖成礦關(guān)系探討

程潮鐵礦作為鄂東南乃至整個長江中下游地區(qū)最大的矽卡巖型鐵礦床，對其成巖成礦關(guān)系的探討具有重要意義。根據(jù)成巖成礦時代、含礦巖體和成礦元素不同，鄂東南礦集區(qū)存在兩期不同的矽卡巖鐵礦成礦事件：1)140～136 Ma，與閃長巖、石英閃長巖相關(guān)的矽卡巖型Cu-Fe或Fe-Cu礦床；2)133～127 Ma，與石英閃長巖、二長巖、花崗巖相關(guān)的矽卡巖型Fe礦床[23]。不同期次的巖漿巖均為殼幔物質(zhì)混合的產(chǎn)物，且第二期巖漿巖的巖漿源區(qū)混染了更多的地殼物質(zhì)[12]。Meinert[22]通過對全球與七大類矽卡巖礦床(包括Fe、Au、Cu、Zn-Pb、W、Mo、Sn矽卡巖礦床)相關(guān)的175個侵入巖進行了全巖主量、微量元素歸納分析對比，發(fā)現(xiàn)與矽卡巖銅礦相關(guān)巖體的全巖w(SiO2)為55.7%～72.8%，平均為64.9%，與矽卡巖鐵礦相關(guān)巖體的全巖w(SiO2)為47.0%～75.6%，平均為59.3%；提出與銅礦床相關(guān)的侵入巖源區(qū)比鐵礦床相關(guān)的侵入巖源區(qū)地殼物質(zhì)更多，這與鄂東南地區(qū)矽卡巖銅、鐵礦床相關(guān)侵入巖的源區(qū)成分規(guī)律性存在一定的差異性。Meinert[22]指出，利用全巖主量、微量元素進行分析時，由于測試分析條件的差異和巖石遭受蝕變程度的不同，會對分析結(jié)果造成一定的影響。通過對礦區(qū)出露的不同巖性侵入巖的礦物學(xué)、地球化學(xué)、Sr-Nd-Pb同位素特征進行分析，結(jié)合礦區(qū)巖體鋯石Hf同位素組成特征[15]，均暗示出礦區(qū)巖體為富集地幔發(fā)生部分熔融并同化混染一定比例下地殼物質(zhì)的產(chǎn)物，且早期閃長巖比晚期石英二長斑巖和花崗巖的源區(qū)同化混染了更多的地殼物質(zhì)，這與區(qū)域成巖源區(qū)的變化規(guī)律是一致的。黑云母礦物學(xué)所揭示的石英二長斑巖和花崗巖在形成時具有高的溫度和氧逸度；礦區(qū)石英二長斑巖和花崗巖具有與成礦相近的成巖年齡[15,23]；石英二長斑巖和花崗巖與矽卡巖、礦體具有直接的、密切的地質(zhì)接觸關(guān)系。以上證據(jù)均在一定程度上都說明了礦區(qū)石英二長斑巖和花崗巖與成礦的關(guān)系最為密切。這一認識在一定程度上對于補充完善經(jīng)典的“大冶式”鐵礦成礦模型具有重要意義，同時為鄂東南地區(qū)尋找與中酸性侵入巖相關(guān)的“程潮式”矽卡巖鐵礦具有重要的找礦指導(dǎo)意義。

6 結(jié)論

1)礦區(qū)花崗巖、石英二長斑巖、閃長巖、閃長玢巖中的黑云母均為殼?；旌铣梢虻逆V質(zhì)黑云母。黑云母礦物學(xué)特征顯示鄂東南地區(qū)與矽卡巖單鐵礦床相關(guān)的巖體具有高的氧逸度，這為單一鐵礦床的形成提供了有利條件，且花崗巖、石英二長斑巖可能是程潮鐵礦最有利的含礦巖體。巖漿侵位過程中同化混染了更多的三疊紀膏鹽層，可能是造成花崗巖、石英二長斑巖具有高氧逸度的原因之一。花崗巖、石英二長斑巖的鋯石飽和溫度與閃長巖的鋯石飽和溫度很接近(平均值分別為783、788、765 ℃)。

2)礦區(qū)巖體的(87Sr/86Sr)i值為0.705 0～0.709 2，(143Nd/144Nd)i值為0.511 7～0.512 1，εNd(t)值為-14.16～-6.95，206Pb/204Pb值為17.636～18.919，207Pb/204Pb值為15.451～15.613，208Pb/204Pb值為37.833～39.556，暗示了礦區(qū)巖體源區(qū)為富集地幔發(fā)生部分熔融并同化混染不同比例下地殼的產(chǎn)物，且花崗巖和石英二長斑巖相對于閃長巖混染了更多的地殼組分，這也與鄂東南地區(qū)銅鐵礦床相關(guān)侵入巖成巖源區(qū)的變化規(guī)律是一致的。

3)礦區(qū)侵入巖具有富鉀、準鋁質(zhì)巖石的特征，富集Rb、K等大離子親石元素，虧損Nb、Ta、P、Ti等高場強元素，輕稀土相對富集，重稀土相對虧損，總體呈右傾的稀土元素配分模式。(140±1) Ma閃長巖形成的源區(qū)可能殘留石榴子石，形成深度在50 km左右；而(128±1) Ma花崗巖、石英二長斑巖形成的源區(qū)可能殘留斜長石，形成深度在30 km左右，這暗示程潮礦區(qū)侵入巖是在區(qū)域巖石圈減薄的構(gòu)造背景下形成的。

野外工作期間得到了武鋼礦業(yè)有限公司程潮鐵礦地測科鄭先偉高級工程師及地質(zhì)組全體工作人員的支持與幫助；電子探針分析過程得到了中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所陳振宇博士、陳小丹碩士的大力幫助；文章定稿過程中，張招崇教授和審稿專家給予了寶貴的建設(shè)性意見，姚磊、段超和張東陽博士給予了很大幫助。在此一并致謝。

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Genesis of the Intrusive Rocks in the Chengchao Large Skarn Iron Deposit, Southeastern Hubei Province

Li Wei1,2, Xie Guiqing2, Yao Lei1, Zhu Qiaoqiao2, Sun Hongtao3, Wang Jian4, Wang Xiaoyu1

1.Faculty of Sciences and Mineral Resources, China University of Geosciences, Beijing 100083,China 2.Institute of Mineral Resources, Chinese Academy of Geological Sciences/Key Laboratory of Metallogeny and Mineral Assessment，MLR, Beijing 100037,China 3. Eastern China Geological & Mining Organization for Non-Ferrous Metals, Nanjing 210007,China 4. Institute of Prospecting Technology, Hebei Provincial Bureau of Geology & Mineral Resources, Sanhe 065200, Hebei，China

The Chengchao iron deposit is the largest skarn iron deposit in the southeastern Hubei ore cluster, but the genesis of the intrusive rocks is poorly constrained. In this contribution, mineralogy, geochemistry and Sr-Nd-Pb isotope of different type intrusive rocks have been studied. The biotite in the granite, quartzmonzonite porphyry and diorite is high in Mg contents, indicating that they derived from the mixture of mantle and crust material. The oxygen fugacity of the primary biotite in the granite and quartzmonzonite porphyry associated with the iron mineralization is high, indicating that the granite and quartzmonzonite porphyry are more favorable for the iron mineralization. Different types of intrusive rocks dominantly exhibit high K2O content and metaluminous, and characterized by enrichment in the large iron lithophile elements(e.g. Rb, Ba and K) and light rare earth elements, and depletion in the high field elements(e.g. Nb,Ta and Ti).They have moderately high initial Sr((87Sr/86Sr)i=0.705 0-0.709 1) and negtiveεNd(εNd(t)=-14.16--6.95), and ratios of206Pb/204Pb,207Pb/204Pb and208Pb/204Pb are 17.636-18.919, 15.451-15.613, 37.833-39.556 respectively. Viewed comprehensively from mineralogical characteristics of minerals in and geochemical and Sr-Nd-Pb isotopic features of intrusive rocks, it can be concluded that the intrusive rocks in the deposit are originated from the partial melting of an enriched mantle source, and then followed by significant contamination of the lower crust material during the evolution of magma. 140 Ma diorite probably contains more mantle components than the granite and quartz monzonite porphyry of 128 Ma. The average zircon saturation temperatures in the granite and quartz monzonite porphyry are 783℃ and 788℃, respectively, similar to that for the diorite(765℃).

Chengchao skarn iron deposit; mineralogy; geochemistry; Sr-Nd-Pb isotope; southeastern Hubei Province

10.13278/j.cnki.jjuese.201406111.

2014-04-24

國家“973”計劃項目(2012CB416802)；國土資源部公益性行業(yè)項目(200911007-18)；中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)大調(diào)查項目(1212011120994)

李偉(1987--)，男，研究生，主要從事矽卡巖礦床成因方面研究，E-mail:liwei2012cugb@163.com

謝桂青(1975--)，男，研究員，主要從事礦床學(xué)和地球化學(xué)方面研究，E-mail:guiqingxie@sohu.com。

10.13278/j.cnki.jjuese.201406111

P618.31

A

李偉，謝桂青，姚磊，等.鄂東南地區(qū)程潮大型矽卡巖型鐵礦區(qū)巖體成因探討.吉林大學(xué)學(xué)報:地球科學(xué)版,2014,44(6):1827-1855.

Li Wei, Xie Guiqing, Yao Lei,et al.Genesis of Intrusive Rocks in the Chengchao Large Skarn Iron Deposit, Southeastern Hubei Province.Journal of Jilin University:Earth Science Edition,2014,44(6):1827-1855.doi:10.13278/j.cnki.jjuese.201406111.