攀西层状岩体钒钛磁铁矿成矿机理—矿物溶解模型研究

The large layered intrusions in Panxi region host world-class Fe-Ti-V oxide deposits (FTVOD), which are main source of V and Ti in our country. Since the origin of these FTVOD is still hot debated, we propose the mineral dissolution model (MDM) as the metallogenic mechanism. Based on the fact that the dissolution rate of Fe-rich olivine and Fe-rich pyroxene in basaltic melt is larger than that of plagioclase, the MDM suggests that rapid dissolution of olivine and pyroxene in cumulus can lead to the formation of FTVOD during hot magma injection in the layered intrusion. In the light of the MDM, the proposal plans to carry out the following work: the thermal simulations of cumulate during primitive magma injection; the dissolution experiments of Fe-rich olivine and Fe-rich pyroxene, magnetite and ilmenite in Emeishan basaltic melts. Based on the simulation and experimental results, we study and simulate the ore-forming process of the FTVOD in the Panzhihua and Baima intrusions. The work in the proposal not only provides new understandings of the origin of the FTVOD, but also new experimental data in the geochemical kinetics.

攀西地区的大型层状岩体是世界级的Fe-Ti-V矿床，是我国钒和钛的主要产地。鉴于层状岩体钒钛磁铁矿矿床的成因争议依然很大，本项目提出矿物溶解模型作为攀西层状岩体的Fe-Ti-V矿床成因模型。矿物溶解模型根据富铁橄榄石和富铁辉石在玄武质熔体的溶解速度大于斜长石溶解速度，认为高温岩浆注入岩浆房，导致堆晶中的富铁橄榄石和富铁辉石快速溶解形成富铁岩浆，Fe-Ti-V矿床由此形成。本项目拟开展高温岩浆注入岩浆房加热堆晶的热模拟，富铁橄榄石、富铁辉石、磁铁矿和钛铁矿在峨眉山玄武质熔体中的扩散溶解实验。根据这些实验和模拟结果综合研究和模拟攀枝花和白马岩体中的Fe-Ti-V矿床的成矿过程，为层状岩体中的氧化物矿床形成机理研究提供新的认识，并丰富和充实地球化学动力学数据库。

层状岩体通常产出斜长岩和钒钛磁铁矿（氧化物）单矿物组成的岩层。例如，南非的Bushveld岩体、东格林兰的Skaergaard岩体以及峨眉山大火成岩省中的攀西层状岩体等。虽然深入研究已经超过半个世纪，层状岩体中的斜长岩和氧化物岩层的成因依然不清楚。矿物溶解模型认为：当Ti-Fe氧化物是岩浆房岩浆的稳定结晶矿物时，少量高温母岩浆的注入，导致与注入岩浆接触面附近的堆晶被加热，这些堆晶中的高铁橄榄石和辉石矿物发生溶解，形成局部富铁岩浆（富铁辉石和橄榄石比共生的斜长石溶解速度大）。由于层状岩体含水，富铁岩浆通过扩散获得水，使得密度降低（比斜长石低），向上运移进入岩浆房。由于岩浆房的温度比堆晶的温度低（注入的高温岩浆与岩浆房中岩浆发生混合），使得Fe-Ti氧化物是高铁岩浆唯一结晶的矿物，这样形成初步富氧化物岩层。当又有高温岩浆注入时，新的初步富氧化物岩层形成，并且导致前面形成的初步富氧化物岩层进一步富氧化物（橄榄石和辉石溶解），过程不断重复最终形成氧化物矿层。长期持续的高温岩浆注入形成厚层块状氧化物矿层，反之则形成薄层富氧化物矿层。整个成矿过程，就是主要是紧邻氧化物岩层下部的辉长岩中的高铁辉石和橄榄石转化成氧化物的过程。所以Fe-Ti氧化物矿层的下伏围岩通常是斜长岩。Fe-Ti氧化物和斜长岩层都是动力学过程的产物，其中的关键机理是造岩矿物在玄武岩中的溶解速度差异。矿物溶解模型也能够解释月球斜长岩月壳的形成。