地幔柱是地球各圈层进行物质和能量交换的一种重要形式,不仅形成规模巨大的大火成岩省,也形成众多与镁铁-超镁铁质岩体伴生的具经济价值的矿床类型。瓦吉里塔格和皮羌镁铁-超镁铁层状岩体及赋存的钒钛磁铁矿矿床位于中国西北部的塔里木大火成岩省。具有重要经济价值的铁钛氧化物矿层主要赋存于瓦吉里塔格岩体的上部和皮羌岩体的中部。对于这两个岩体中磁铁矿的富集机制尚无深入研究。本论文在详细的SHRIMP锆石U-Pb年代学、单矿物原位主量和微量元素、全岩铂族元素和Sr-Nd-Os同位素分析的基础上,对层状岩体的成因和磁铁矿的富集机制进行了深入研究,并探讨了时空上紧密联系的长英质岩体与层状岩体的成因联系。本文主要取得以下主要结论:(1)瓦吉里塔格和皮羌层状岩体中主要造岩矿物为橄榄石、单斜辉石和斜长石。橄榄石Fo值介于76~78,暗示其母岩浆为高度分异的玄武质岩浆。单斜辉石中发育铁钛氧化物出溶结构,指示母岩浆的成分是富铁钛的。利用实验测得的Mg-Fe交换常数和单斜辉石/熔体微量元素分配系数计算了与单斜辉石平衡的熔体成分;在瓦吉里塔格岩体含矿岩性单元中与单斜辉石平衡的熔体成分相比皮羌岩体,具有较高的Ti O2、Mg O/Fe O比值和更演化的微量元素配分型式。对两个岩体估算的熔体的微量元素组成分别与巴楚和皮羌镁铁质岩墙的全岩微量元素组成非常类似。(2)瓦吉里塔格岩体的εNd(t)值为+1.0~+3.9,皮羌岩体εNd(t)值为-3.1~+1.0,均高于塔里木玄武岩的εNd(t)值范围。其微量元素特征与洋岛玄武岩(OIB)相似,暗示其来源于一个富集的软流圈地幔源区。同时瓦吉里塔格岩体与邻近的小海子岩体中地壳混染程度最低的样品的γOs(t)在14~23之间,也与典型OIB类似。皮羌岩体相对富集的Sr-Nd-Os同位素特征表明其在成岩过程中遭受强烈的地壳混染(~15-25%),而陆壳混染在瓦吉里塔格岩体成岩过程中影响不大(<10%)。(3)塔里木大火成岩省中的小海子、瓦吉里塔格和皮羌岩体都亏损PGE(<0.4 ppb Os,<0.7 ppb Ir,<1 ppb Ru,<0.2 ppb Rh,<5 ppb Pt,<8 ppb Pd),所有样品均具有高于原始地幔的Cu/Pd比值(1.9×104~5.1×106),但单个岩体Cu/Pd比值相对恒定,暗示硫化物残留在地幔源区。低程度地幔部分熔融(<10%)形成硫化物饱和的母岩浆。岩石的IPGE与PPGE表现出良好的线性关系,说明岩石中Cu及PGE主要受到硫化物的控制。晚期磁铁矿结晶和硫化物熔离可能是同时发生的。(4)瓦吉里塔格岩体中磁铁矿有两种主要产出形式,被橄榄石或单斜辉石包裹的磁铁矿通常具较高的Cr含量,而粒间相的磁铁矿的Cr含量相对较低。皮羌岩体中的磁铁矿(磁铁矿包体和粒间相磁铁矿)具有与瓦吉里塔格贫Cr磁铁矿相似的特征,其岩浆演化与成矿过程类似。我们认为,瓦吉里塔格和皮羌岩体磁铁矿矿石形成的原因是,原始岩浆在深部岩浆房经历不同程度的早期镁铁质矿物分离结晶,形成富铁钛的玄武质岩浆,在浅部岩浆房中,持续的分离结晶作用使得磁铁矿达到饱和成为液相线矿物,晶粥层内粒间不混熔作用导致块状矿石的形成。(5)瓦吉里塔格正长岩岩体与层状岩体在空间上紧密伴生。SHRIMP锆石U-Pb年龄表明瓦吉里塔格层状岩体形成于282±4 Ma,瓦吉里塔格正长岩岩体形成于278±3 Ma,两者近乎同时侵位。正长岩岩体和层状岩体中的单斜辉石的Y/Zr和Nd/Zr比值构成一条相关性很好的趋势线,说明二者可能由同一母岩浆分异形成。