鲁西肖家沟大型岩浆型钛-铁矿床成因机制探讨

华北克拉通东部鲁西地区的肖家沟式钛-铁矿床是21世纪新发现的重要岩浆型钛矿床类型,矿石矿物钛铁矿和钛磁铁矿赋存在角闪石岩中,钛品位与著名的攀枝花式和大庙式岩浆矿床相当,但其成岩成矿时代和成矿机制尚不清楚。为厘定其成矿时代,揭示其母岩浆的分异演化机制与成矿物质来源,并探讨其构造背景,本研究以矿化角闪石岩为对象,综合开展了锆石SHRIMP U-Pb定年、全岩主微量元素分析、Sr-Nd-Hf同位素测试及电子探针矿物成分分析。分析结果显示,锆石U-Pb测年获得1838±17Ma的加权平均年龄。锆石εHf(t)值为显著的负值(-20.2~-0.8),全岩εNd(t)值为-1.7~0.1,初始(87Sr/86Sr)i值较低(0.701994~0.702421),共同指示其母岩浆源于一个受到古老地壳物质混合的地幔源区。全岩地球化学数据揭示矿化角闪石岩属低硅、高钛、高铁镁的镁铁-超镁铁质岩系列。矿物成分演化分析表明,角闪石与辉石的Mg#值逐渐降低,TiO2、Fe2OT3含量则相应升高,结合全岩成分上Fe2OT3、MgO、TiO2降低与SiO2升高的演化趋势,反映岩浆演化主要受分离结晶作用控制。岩浆物理化学条件分析进一步揭示,氧逸度(ΔNNO -0.45~ΔNNO +0.99)控制的钛铁氧化物早期饱和触发了成矿作用,随后,温度与压力持续下降,氧逸度缓冲至中等条件,促使铁钛氧化物在后续的岩浆演化中仍能持续富集。综合研究表明,肖家沟大型钛-铁矿形成于~1.84Ga,是华北克拉通在哥伦比亚超大陆裂解初期、由挤压造山向后造山伸展体制转换背景下的产物。其成矿作用起源于受古老地壳物质改造的岩石圈地幔部分熔融,所形成的富Fe-Ti偏基性岩浆在中等偏高氧逸度条件下发生早期钛铁氧化物饱和结晶,并在后续岩浆演化中持续堆积富集,最终形成具有经济价值的矿床。