吉林塔東鐵礦賦礦建造地球化學特征及其地質(zhì)構(gòu)造意義

寇林林，張 森，呂俊超，劉桂香

（沈陽地質(zhì)礦產(chǎn)研究所/中國地質(zhì)調(diào)查局沈陽地質(zhì)調(diào)查中心，遼寧沈陽110034）

0 引言

塔東鐵礦是大型火山-沉積變質(zhì)型鐵礦床.賦礦的新元古界塔東群分布于佳木斯古元古代隆起西側(cè)，呈近南北向狹長帶狀展布，可能受南北向斷陷盆地控制，其巖石組合屬火山噴發(fā)-沉積產(chǎn)物，具有島弧型鈣堿性火山巖特點.

吉林省地調(diào)院于2007年對塔東鐵礦進行了較為詳細的勘查工作，并提交了勘查報告?吉林省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)研究院.吉林省敦化市塔東鐵礦勘探報告.2007.，但對賦礦圍巖——新元古代火山巖帶及其形成的古構(gòu)造環(huán)境研究程度較低.到目前為止，對塔東鐵礦賦礦圍巖古構(gòu)造背景的認識尚缺乏明確的結(jié)論.筆者從含礦巖石組合、火山巖分布及其地球化學特征等方面入手，討論塔東鐵礦賦礦火山巖形成的古構(gòu)造環(huán)境，旨在提高塔東新元古代鐵礦基礎(chǔ)地質(zhì)研究水平，指導區(qū)內(nèi)鐵礦找礦工作.

1 礦區(qū)地質(zhì)概況

區(qū)域上塔東群劃分為兩個巖組，即拉拉溝巖組和朱敦店巖組.拉拉溝巖組以角閃質(zhì)巖石為主，主要由角閃斜長片麻巖、角閃黑云斜長片麻巖、斜長角閃巖、角閃石巖、透輝斜長變粒巖及磁鐵斜長角閃巖、磁鐵綠簾石巖夾大理巖組成，可見厚度為1000m，為區(qū)內(nèi)重要的賦礦層位；朱敦店巖組主要由黑云斜長片麻巖、二云石英片巖、紅柱石黑云石英片巖和大理巖組成，夾有斜長角閃巖，可見厚度為1075m.上下兩個巖組巖性組合標志比較清楚［1］.

賦礦的拉拉溝巖組可分兩個巖性段：下部巖性段（Pt3l1）以黑云母斜長片麻巖、黑云角閃斜長片麻巖、透輝斜長變粒巖為主，夾有斜長角閃巖，原巖為中基性熔巖-凝灰?guī)r-凝灰質(zhì)粉砂巖建造，厚度為250m，其中產(chǎn)有薄層鐵礦層，礦化較差；上部巖性段（Pt3l2）主要有角閃斜長片麻巖、斜長角閃巖、磁鐵斜長角閃巖、磁鐵礦層、透輝巖、透輝斜長變粒巖、黑云斜長片麻巖，原巖為基性火山噴發(fā)-火山碎屑巖，其中斜長角閃巖、角閃石巖、角閃斜長片麻巖等角閃質(zhì)巖石，原巖為基性火山巖，黑云斜長片麻巖則介于正常沉積和火山沉積的過渡類型，厚度為750m.其中拉拉溝巖組上部巖性段為主要賦礦層位，為本文主要研究對象.

2 鐵礦成礦特征

塔東鐵礦屬大型火山-沉積變質(zhì)型鐵礦，呈近南北向展布，傾向東，由42條礦體組成（圖1）.礦體按賦存部位不同，劃分為Ⅰ、Ⅱ兩個礦組：Ⅰ號礦組位于礦區(qū)北西側(cè)，產(chǎn)于拉拉溝巖組下部巖性段中，由Ⅰ-1～Ⅰ-13及Ⅰ-4-1、Ⅰ-5-1共15條礦體組成，礦體規(guī)模不大，均屬于次要礦體；Ⅱ號礦組位于礦區(qū)東側(cè)，產(chǎn)于拉拉溝巖組上部巖性段中，由Ⅱ-1、Ⅱ-3～Ⅱ-24及Ⅱ-6-1、Ⅱ-9-1、Ⅱ-19-1、Ⅱ-22-1 共 27 條礦體組成，為主要開采對象.

塔東鐵礦嚴格受層位控制，礦體賦存于新元古界塔東（巖）群拉拉溝巖組上部巖性段中.鐵礦石類型主要為磁鐵角閃巖型，與磁鐵斜長角閃巖呈漸變過渡，具有條帶狀、變斑狀等變晶結(jié)構(gòu)，有時具有皺紋狀構(gòu)造，顯示典型的沉積變質(zhì)特征.礦石中磁鐵礦、磷灰石等礦物發(fā)生重結(jié)晶和富集，并形成具有一定規(guī)模的磷鐵礦層，顯示在火山噴發(fā)-沉積作用同時或之后，發(fā)生區(qū)域變質(zhì)作用，致使鐵等成礦物質(zhì)重結(jié)晶并富集而形成鐵礦石.磁鐵礦石中常見細脈浸染狀和粗粒狀構(gòu)造，由磷灰石、磁鐵礦和巨粗或粗粒狀角閃石變斑晶組成.礦石中常見到溶蝕交代結(jié)構(gòu)、交代殘余結(jié)構(gòu)、穿插交代結(jié)構(gòu)等，顯示該磁鐵礦床形成之后又有巖漿熱液疊加的特征，鐵礦中含有較高的磷、釩、鈷.總之，塔東鐵礦床成因類型應屬火山－沉積變質(zhì)熱液疊加型.

圖1 塔東鐵礦平面地質(zhì)圖Fig.1 Geologicmap ofthe Tadong iron deposit1—朱敦店組（Zhudundian fm.）；2—拉拉溝組上段（uppermember of Lalagou fm.）；3—拉拉溝組下段（lowermemberof Lalagou fm.）；4—黑云斜長花崗巖（biotite plagiogranite）；5—鐵礦體（iron orebody）；6—地層界線（stratum boundary）

3 地球化學特征

火山巖的巖石化學、稀土元素等地球化學特征的研究對確定火山巖形成的構(gòu)造環(huán)境具有十分重要的意義.為了進行全區(qū)性的對比和深入研究，筆者在本研究的基礎(chǔ)上，收集了前人資料（表1、2、3），來探討該區(qū)火山巖帶形成的古構(gòu)造背景.

3.1 巖石化學

區(qū)內(nèi)賦礦巖石化學全分析結(jié)果列于表1中.含礦圍巖主要由斜長角閃巖、透輝斜長變粒巖、角閃斜長片麻巖組成.從表1中可以看出，斜長角閃巖巖石化學成分特征為較低的SiO2含量（47.82%～50.11%），較高的Al2O3含量（13.81%～17.1%）和高 MgO（5.97%～8.39%），富Na2O（1.49%～3.53%），Na2O/K2O值為2.98～4.41.在尼格里圖解［2］（圖2）上，主要落于火山巖區(qū)，僅個別落于化學沉積物區(qū)，其中斜長角閃巖、角閃斜長片麻巖、透輝變粒巖等落于火山巖區(qū)，而黑云斜長片麻巖落于化學沉積物區(qū).在A－F－M和久野（1965）的堿-硅關(guān)系圖解［3］（圖 3、4）中，大部分樣品投影點落于堿性玄武巖系列和高鋁玄武巖系列中，有的落于拉斑玄武巖區(qū)；火山巖σ為0.49～3.31，平均為2.09，以鈣堿性系列為主.反映區(qū)內(nèi)新元古代賦礦火山巖巖石化學成分與大陸邊緣活動帶內(nèi)火山巖成分特征相近.

表1 塔東礦區(qū)巖石化學成分及特征值Table1 Petrochem icaldata of Tadong orefield

圖2 塔東地區(qū)尼格里四面體對稱展開平面圖（據(jù) P.Niggli，1969）Fig.2 The Nigglidiagram for the volcanic rocks in Tadong area（afterP.Niggli,1969）

圖3 A-F-M關(guān)系圖Fig.3 The A-F-M diagram T—拉斑玄武巖（tholeiite）；AL—高鋁玄武巖（high-aluminabasalt）；A—堿性玄武巖（alkalibasalt）

圖4 堿-硅關(guān)系圖（據(jù)久野，1965）Fig.4 Thediagram of SiO2 vs.（Na2O+K2O）（after H.Kuno,1965）

在里特曼－戈蒂里圖解（圖5）上，火山巖成分點集中分布于造山帶（島弧或活動大陸邊緣）火山巖區(qū)（B區(qū)），且集中在島?。ㄈ毡净。┏煞志€的右側(cè)，部分成分點落入A、B區(qū)派生之堿性、偏堿性火山巖區(qū)邊部.可以理解為拉拉溝巖組火山巖的演化系由造山帶鈣堿性向大陸內(nèi)部穩(wěn)定區(qū)堿性過渡.

3.2 稀土元素

區(qū)內(nèi)鐵礦石和賦礦火山巖稀土元素含量見表2，采用 McLennan（1989）［4］球粒隕石標準化稀土配分模式（圖6）.從圖6和表2中可以看出：鐵礦石和賦礦巖石稀土配分曲線（圖6）基本上一致，呈左高右低的不對稱右傾“V”字型，顯示輕稀土富集型，銪顯示虧損型，表明兩者巖漿來自同一個源區(qū)，均與活動大陸邊緣火山巖稀土模式相近.

圖5 里特曼-戈蒂里圖解（據(jù)里特曼，1973）Fig.5 The Rittman-Gotilidiagram（after Rittman,1973）A區(qū)—非造山帶地區(qū)火山巖（non-orogenic belt）；B區(qū)—造山帶地區(qū)火山巖（orogenic belt）；C區(qū)—A、B區(qū)派生的堿性、偏堿性巖（alkalinesubalkaline rocks derived from A and B areas）；J—日本火山巖（volcanic rocks from Japan）

如果將稀土元素按輕稀土（La、Ce、Pr、Nd）、輕重稀土（Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho） 和重稀土（Er、Tm、Yb、Lu）3個組來研究，在圖6中可以明顯地看出3個稀土元素組表現(xiàn)有明顯不同：輕稀土元素組分餾明顯，富集程度高；輕重稀土組元素有一定的分餾，但不明顯；重稀土組元素亦顯示出基本無分餾特征，特別是Tm、Lu等元素有明顯的富集之趨勢.輕稀土分餾程度遠高于重稀土.這一結(jié)論在稀土配分模式圖（圖6）上直觀地表現(xiàn)出來，表明賦礦圍巖形成時巖漿被地殼物質(zhì)強烈混染.賦礦的火山巖球粒隕石標準化后的（La/Sm）N值變化于3.32～9.07間，平均值為5.67，明顯較（Gd/Yb）N值（變化于 1.14～1.38，平均值為 1.19）為高，進一步說明輕重稀土分餾程度的差異，即前者分餾程度遠高于后者.

表2 塔東地區(qū)稀土數(shù)據(jù)分析結(jié)果表Table2 Analysis resultofREE in Tadong area

從表2中可以看出，塔東地區(qū)賦礦巖石稀土總量較高，為（123.2～247.5）×10-6，平均為 170.88×10-6，LREE/HREE 比值為 2.47～4.08，La/Yb比值為 8.54～24.1；δEu為0.62～0.72，為銪中等負異常型.鐵礦石的稀土總量也較高，為 55.4×10-6～218.4×10-6，平均為156.97×10-6，LREE/HREE 比值為 1.44～5.30，La/Yb 比值為 5.12～28.8；δEu 為 0.40～0.63.需特別提出的是，其中有的鐵礦石LREE/HREE值則較高，為4.26～5.30，說明巖漿演化過程中稀土的分餾比較充分.

δEu是稀土元素的重要參數(shù)，從表2可以看出，δEu值為0.40～0.72，從圖5中可看出，鐵礦石和賦礦圍巖均表現(xiàn)出明顯的銪負異常，可能是深源巖漿經(jīng)過斜長石的結(jié)晶分離作用所導致的，體現(xiàn)了明顯的巖漿分異作用.

圖6 塔東稀土元素配分曲線圖Fig.6 REE distribution patternsof Tadong areaA—鐵礦石（iron ores）；B—賦礦巖石（host rocks）

Sm/Nd值是反映REE分餾程度的重要參數(shù)之一［6］，也是反映物質(zhì)來源的一個參數(shù)，區(qū)內(nèi)賦礦火山巖Sm/Nd值變化范圍為0.20～0.25，均小于0.3（REE未發(fā)生分餾的球粒隕石的Sm/Nd值為0.33），表明區(qū)內(nèi)賦礦火山巖形成是在陸殼基礎(chǔ)上發(fā)展起來的（據(jù)赫爾曼，1970）.

總之，塔東地區(qū)賦礦火山巖成分屬殼、?；旌蟻碓矗瑫r有殼源物質(zhì)的加入，具有殼幔巖漿混合的特點.

3.3 微量元素

塔東礦區(qū)鐵礦石和賦礦圍巖巖石微量元素含量列于表3，經(jīng)原始地幔標準化后的微量元素配分曲線見圖7.從表3和圖7中明顯地看出，親硫元素（Cu、Zn）與原始地幔成分相近，非變價親硫元素（Pb、Ga）含量較高，親幔元素（Cr、Ni、Co）相對虧損，大離子親石元素（Zr）相對富集，表明火山巖成分中加入較多的陸殼成分.這些特征與巖石中含有較高的稀土（ΣREE）和高度富集LREE，貧HREE相吻合.總地看來，區(qū)內(nèi)賦礦火山巖微量元素含量與內(nèi)蒙興安－吉黑造山帶內(nèi)形成的玄武巖構(gòu)造環(huán)境可以類比（圖7）.

4 塔東鐵礦賦礦圍巖形成的古構(gòu)造背景

從火山巖及礦體分布來看，區(qū)內(nèi)賦礦火山巖地層及礦體呈近南北向展布，與佳木斯地塊西緣邊界一致.巖石普遍發(fā)育片麻理，也證實其形成于擠壓環(huán)境.賦礦圍巖建造為中基性火山噴發(fā)-陸緣碎屑沉積建造.在磁鐵斜長角閃片麻巖中保存著變余層狀構(gòu)造（細紋狀構(gòu)造），表明拉拉溝組上部含礦巖性段的建造具海底中基性火山噴發(fā)-火山碎屑交替沉積環(huán)境，屬于構(gòu)造活動帶.

表3塔東礦區(qū)微量元素數(shù)據(jù)Table3 Data of traceelementsin Tadong orefield

圖7 塔東地區(qū)微量元素蛛網(wǎng)圖Fig.7 The spidergram of trace elements from Tadong areaA—鐵礦石（iron ores）；B—賦礦巖石（host rocks）

賦礦巖石地球化學成分特點反映出：①低SiO2、高MgO、富Na2O（偏堿性），火山巖成分點集中分布于造山帶（島弧或活動大陸邊緣）；②較高的稀土總量（ΣREE）和LREE高度富集，貧HREE；③親幔元素（Cr、Ni、Co）相對虧損，大離子親石元素（Zr）相對富集，顯示在火山巖成分中加入較多的陸殼成分.可以理解為拉拉溝巖組火山巖的演化系由造山帶鈣堿性向大陸內(nèi)部穩(wěn)定區(qū)堿性過渡.

總之，宏觀控制塔東地區(qū)火山－沉積變質(zhì)型鐵礦床產(chǎn)出的火山巖帶形成于與板塊俯沖體系有關(guān)的島弧或活動大陸邊緣的構(gòu)造背景.

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