(成都理工大学地球科学学院 四川 成都 610000)

近年来，随着多接收器电感耦合等离子体质谱(MC-ICP-MS)的出现，Fe同位素分析技术和测试精度大幅提高，使得Fe同位素逐渐成为重要的地球化学示踪剂而广泛的应用于地学各领域。目前研究结果显示地球上δ57Fe的分布范围为-5.18‰～4.65‰，平均值为-0.34‰，其中火成岩Fe的同位素δ57Fe组成变化范围很小，约为-0.05‰～0.34‰，平均组成0.15‰，但是对于岩浆演化过程中火成岩Fe同位素的演化规律和分馏机理没有系统的研究(王世霞，2012)。

地幔柱上升是地球各各圈层进行物质和能量交换的一种重要方式,巨量玄武质岩浆活动为大规模岩浆成矿作用提供了物质条件。已有研究表明，我国峨眉山大火成岩省中攀西地区含V-Ti磁铁矿层状岩体与晚二叠世地幔柱活动密切相关。攀西地区位于峨眉山大火成岩省的内带，是世界上最大的V-Ti磁铁矿矿集区，其中多处为大型-超大型V-Ti磁铁矿床。沿南北向的磨盘山-元谋断裂和攀枝花断裂带发育一系列含Fe-Ti-V矿的层状基性-超基性岩体，从北向南依次为太和岩体、白马岩体、新街岩体、红格岩体和攀枝花岩体。

攀枝花层状辉长岩体走向北东，倾向北西，倾角50～60°，长19km，宽2km，厚2000～300m，出露面积约30km2。下部主要含矿带厚70～500m，平均10m,其中矿体累计厚度为20～230m，平均130m，沿倾向延伸850m未见变薄。后期由于受南北向反扭性平移断裂破坏，自北东向南西可将矿床划分为朱家包包、兰家火山、尖山、刀马坎、公山等赋矿地段。岩体上盘因断层影响只见三叠纪地层与之呈断层接触。下盘围岩争议较大，多认为靠近岩体底部的大理岩是岩体底板围岩，并认定属于上震旦统灯影灰岩。

经样品处理及仪器分析，全岩的Fe的同位素组成特征：攀枝花钒钛磁铁矿区朱家包包矿体全岩δ57Fe的分布范围为0.02‰～0.25‰，平均组成为0.17‰。矿区主要岩石为辉长岩、磁铁辉长岩和块状矿石，其中辉长岩全岩δ57Fe的分布范围为0.13‰～0.25‰，平均值为0.18‰；磁铁辉长岩全岩δ57Fe的分布范围为0.02‰～0.22‰，平均值为0.15‰；块状矿石全岩δ57Fe的分布范围为0.16‰～0.25‰，平均组成为0.20‰。前人研究表明，地球上火成岩Fe同位素组成的显著征之一就是不同时代、构造背景下形成的火成岩的Fe同位素组成变化不大，其平均组成δ57Fe约为0.15‰。研究中不同岩矿体的Fe同位素组成显示了同样的特征。磁铁矿的Fe同位素组成特征：攀枝花矿区三类主要岩石辉长岩、磁铁辉长岩、块状矿石中挑磁铁矿的δ57Fe分布范围为0.20‰～0.61‰，平均值为0.36‰。相对全岩样品，磁铁矿Fe同位素分馏程度较大，且具有相对重的Fe同位素组成。

攀枝花钒钛磁铁矿区朱家包包矿体中辉长岩中磁铁矿单矿物δ57Fe的分布范围为0.26‰～0.61‰，平均值为0.44‰；磁铁辉长岩中磁铁矿单矿物δ57Fe的分布范围为0.25‰～0.59‰，平均值为0.36‰；块矿矿石中磁铁矿单矿物δ57Fe的分布范围为0.20‰～0.41‰，平均值为0.27‰。其中辉长岩样品中磁铁矿δ57Fe相对于全岩Fe同位素偏重的程度较大；磁铁辉长岩样品中磁铁矿δ57Fe偏重的程度较小；块状矿石样品中磁铁矿δ57Fe相对于全岩Fe同位素偏重的程度最小。从块状磁铁矿层到磁铁辉长岩再到辉长岩，磁铁矿的含量是逐渐降低的。结果表明：全岩样品中磁铁矿的含量越高，磁铁矿Fe同位素组成越接近全岩水平，相对全岩偏重程度较小。

在磁铁矿含量最低的辉长岩中,结晶矿物磁铁矿的Fe同位素组成δ57Fe相对于全岩偏重程度最大，达到0.27‰；磁铁辉长岩中结晶矿物磁铁矿的Fe同位素组成δ57Fe相对于全岩平均偏重0.21‰；磁铁矿含量最高的块状矿石中,结晶矿物磁铁矿的Fe同位素组成δ57Fe相对于全岩平均偏重0.08‰，接近全岩水平。上述结果显示了岩浆过程中结晶矿物磁铁矿与全岩之间的Fe同位素分馏程度的不一致性，产生这一结果的原因与控制Fe同位素分馏的分馏机理有关。

同位素分馏理论表明,共生物相之间同位素分馏和化学键能相关，键能大的原子或基团富集重同位素,键能小的原子或基团富集轻同位素。电荷是影响化学键键能的重要因素,对于Fe同位素而言，通常以Fe2+或Fe3+形式赋存在矿物中,Fe3+的键能大于Fe2+，因而富含Fe3+的矿物相对富集重Fe同位素,富含Fe2+的矿物相对富集轻Fe同位素。在达到Fe同位素分馏平衡的岩浆演化体系,全岩中Fe2+和Fe3+之间Fe同位素分馏相应也应达到平衡。即全岩中大量存在的总含Fe量最高的矿物的Fe同位素组成最接近全岩Fe同位素组成。

已有研究表明攀枝花下部岩相带巨厚的块状磁铁矿层的形成以及中部岩相带多个旋回的形成说明攀枝花岩矿体并非形成于同一次岩浆灌入，而是由多次岩浆补充形成(张晓琪等,2011)。攀枝花钒钛磁铁矿中部岩相带中磁铁矿的δ57Fe分布范围为0.29‰～0.61‰，而下部岩相带中磁铁矿的δ57Fe为0.20‰～0.34‰，变化范围小于中部岩相带，且具有明显偏轻的Fe同位素组成。这种差异表明下部岩相带磁铁矿并非由于中部岩相带中磁铁矿发生重力分异沉降到底部形成,而磁铁矿Fe同位素组成与氧逸度之间的关系也表明攀枝花岩矿体中磁铁矿是原位结晶堆积的。下部岩相带中块状矿体最厚,表明下部岩相带形成过程中,岩浆补充非常频繁,导致磁铁矿大量堆积,形成小的磁铁矿的δ57Fe分布范围；而中部岩相带中由于岩浆补充的频率逐渐降低,形成不同旋回及其旋回内部交替产生的磁铁辉长岩和辉长岩,并导致中部岩相带磁铁矿δ57Fe同位素变化幅度较大。

本文以上可得结论：

1.玄武质岩浆演化过程中,攀枝花岩体中的全岩和磁铁矿均发生了Fe同位素分馏。岩浆分离结晶过程对玄武岩全岩Fe同位素分馏影响较小,全岩Fe同位素组成变化不大。相对于全岩，磁铁矿具有相对重的Fe同位素组成；并且其相对偏重程度与样品中磁铁矿的含量呈反相关关系。

2.攀枝花不同部位岩矿体中磁铁矿Fe同位素组成与形成环境氧逸度之间负相关关系表明赋存于岩矿体中的磁铁矿主体上具有原位结晶的演化趋势。

3.攀枝花岩矿体是多次岩浆补充和分离结晶共同作用的结果。下部岩相带形成过程中,岩浆补充频繁,形成巨厚的块状磁铁矿层；中部岩相带形成过程中,岩浆补充的频率逐渐降低,形成多个旋回以及交替产生的磁铁辉长岩和辉长岩。

4.研究显示形成攀枝花岩矿体的初始岩浆的氧逸度很高,在高氧逸度环境下富集成矿,演化过程中岩浆体系氧逸度逐渐降低。整个岩浆过程具有从高氧逸度向低氧逸度演化的趋势。