安徽廬江泥河鐵礦礦床地球化學(xué)特征及其對成因的制約*

張舒 吳明安 趙文廣 張宜勇 李小東 汪晶

1.安徽省地質(zhì)調(diào)查院，合肥 230001

2.合肥工業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，合肥 230009

長江中下游成礦帶是全國20個重點(diǎn)成礦帶之一，區(qū)內(nèi)主要發(fā)育與高鉀鈣堿性巖漿活動有關(guān)的斑巖-矽卡巖型Cu-Mo-Au礦床、與橄欖安粗質(zhì)巖漿活動有關(guān)的玢巖型Fe-S-P礦床，是我國重要的銅鐵礦產(chǎn)資源基地(寧蕪玢巖鐵礦編寫組，1978;儲國正等，1990;常印佛等，1991;任啟江等，1991;翟裕生等，1992;吳淦國等，2008;周濤發(fā)等，2008;毛景文等，2004，2009)。但隨著區(qū)域淺部礦的發(fā)現(xiàn)殆盡，面向深部找礦、開辟“第二找礦空間”，成為區(qū)域未來找礦的主攻方向。廬樅盆地深部泥河鐵礦的發(fā)現(xiàn)，表明長江中下游深部鐵礦找礦具有很大的潛力，因此系統(tǒng)開展泥河鐵礦的成礦規(guī)律與成因研究，建立深部礦成礦模式，能夠?qū)^(qū)域深部找礦工作起到指導(dǎo)作用。

“玢巖鐵礦”是20世紀(jì)70年代基于對寧蕪盆地鐵礦大量研究工作所建立的成礦模式，并一直延用至今，指導(dǎo)了廬樅盆地的鐵礦找礦工作。廬樅盆地內(nèi)的鐵礦，如羅河、龍橋、泥河、何家大嶺等，雖與典型玢巖鐵礦具有一定的相似性，亦存在許多新的特征，盆地中與巖漿-熱液作用有關(guān)鐵礦床的成礦物質(zhì)來源、成礦作用機(jī)制尚未很好的揭示，鐵質(zhì)富集與火山巖地層及其同期次侵位的次火山巖之間的成因聯(lián)系還有待進(jìn)一步研究。泥河鐵礦作為與次火山-熱液作用有關(guān)的典型礦床，是深入解剖盆地鐵質(zhì)富集與成礦機(jī)制的理想對象。前人已對泥河鐵礦的礦床地質(zhì)、地球物理特征及成礦流體特征進(jìn)行了較為詳細(xì)的研究，限定了礦床的成礦時代約為131Ma，成礦作用與磚橋旋回末期的次火山巖活動有關(guān)(覃永軍等，2010;張樂駿，2011)，成礦流體經(jīng)歷了從中高溫中等鹽度流體向中低溫低鹽度流體的演化過程(范裕等，2012)。本文在系統(tǒng)的野外地質(zhì)調(diào)查和室內(nèi)巖相學(xué)觀察的基礎(chǔ)上，對礦床礦石礦物開展了稀土元素及S、Pb同位素的測定工作，總結(jié)了礦床地球化學(xué)特征，探討了成礦物質(zhì)來源。在此基礎(chǔ)上，探討了泥河鐵礦的成礦作用機(jī)制，為盆地內(nèi)玢巖鐵礦深部找礦提供基礎(chǔ)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

廬樅盆地位于揚(yáng)子板塊北緣，郯廬斷裂帶東側(cè)，是長江中下游斷陷帶內(nèi)一北東向的不對稱耳狀盆地。廬樅盆地構(gòu)造活動強(qiáng)烈，主要有北東向、北西向、近南北向和東西向四個系統(tǒng)的深大斷裂，不同方向的斷裂構(gòu)成了區(qū)內(nèi)獨(dú)特的網(wǎng)絡(luò)狀斷裂構(gòu)造體系，基底斷裂帶控制了廬樅盆地中生代構(gòu)造、巖漿及成礦作用的系統(tǒng)格架(任啟江等，1991;常印佛等，1991;翟裕生等，1992;唐永成等，1998)。北東向的羅河-缺口斷裂是盆地北西緣的邊界斷裂，同時也是重要的控礦斷裂，控制了盆地西北部的構(gòu)造-巖漿-成礦格架，目前盆地中發(fā)現(xiàn)的與次火山巖有關(guān)的鐵礦多處于該斷裂帶上，如羅河鐵礦、楊山鐵礦、大鮑莊鐵礦及小包莊鐵礦等(圖1)。

廬樅盆地中的巖石地層單元大體可劃分為兩個部分:一是前寒武系的變質(zhì)結(jié)晶基底，二是寒武系以來的沉積蓋層。根據(jù)巖性及構(gòu)造背景的不同，沉積蓋層也可以進(jìn)一步劃分為:中三疊統(tǒng)至中侏羅統(tǒng)的火山巖盆地直接基底、下白堊統(tǒng)的火山巖蓋層。盆地直接基底主要為一套海相沉積向陸相河湖相沉積過渡的序列，其中中三疊統(tǒng)周沖村組巖性以白云質(zhì)灰?guī)r與含鐵鈣質(zhì)粉砂巖為主，夾有膏鹽層，可能為區(qū)域沉積疊改型礦床提供了成礦物質(zhì)(常印佛等，1991;任啟江等，1991;翟裕生等，1992;唐永成等，1998)。

盆地內(nèi)下白堊統(tǒng)火山巖地層由四個火山旋回構(gòu)成，由老到新依次為龍門院旋回(134.8±1.8Ma)、磚橋旋回(134.1±1.6Ma)、雙廟旋回(130.5 ±0.8Ma)及浮山旋回(127.1 ±1.2Ma)(周濤發(fā)等，2008)。四個火山巖旋回基本呈同心環(huán)帶狀分布，并均以爆發(fā)相開始，溢流相結(jié)束。四個旋回火山巖總體為一套向富堿方向演化的橄欖安粗巖系列巖石，其中最晚期的浮山旋回為一套堿性巖，并有響巖的產(chǎn)出(于學(xué)元和白正華，1981;任啟江等，1991;袁峰等，2008)。

廬樅盆地成礦作用集中爆發(fā)在早白堊世，按成礦作用的時間與類型大致可以分為:(1)龍門院旋回與火山氣熱液作用有關(guān)的Pb、Zn、Ag成礦系列，如岳山銅鉛鋅礦床，成礦時代約為134Ma;(2)磚橋旋回與次火山熱液活動有關(guān)的脈狀銅礦床，如井邊銅礦等，成礦時代約為133Ma;(3)磚橋旋回與火山-次火山巖活動有關(guān)的玢巖型鐵硫礦，如泥河、羅河、龍橋鐵礦等，成礦時代約為131Ma;(4)與正長巖類有關(guān)的Fe-Cu-U(Au)成礦系列，如馬口鐵礦、34鈾(金)礦、劉屯ZK01深部正長巖鈾礦化，成礦時代130～110Ma(任啟江等，1991;周濤發(fā)等，2010;張樂駿，2011;周濤發(fā)等，2012;張舒等，2014)。

2 礦床地質(zhì)特征

礦區(qū)內(nèi)地層主要為下白堊統(tǒng)磚橋組(K1z)和雙廟組(K1s)火山巖，楊灣組(K1y)砂巖及第四系(Q)。礦區(qū)火山巖地層產(chǎn)狀平緩，總體傾向北西，走向30°～50°，傾角一般10°～20°。深部地層產(chǎn)狀略有起伏，可能受火山活動時原始地形及后期輝石閃長玢巖侵位影響(圖2)。

圖1 廬樅地區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)圖(據(jù)任啟江等，1991;Lü et al.，2013修改)1-早白堊世浮山旋回;2-早白堊世雙廟旋回;3-早白堊世磚橋旋回;4-早白堊世龍門院旋回;5-中侏羅世羅嶺組;6-閃長巖類;7-二長巖類;8-堿性正長巖類;9-具A型花崗巖特征的正長巖類;10-鉀長花崗巖類(具有A型花崗巖特征);11-推測的基底斷裂及編號;12-鐵礦床;13-銅礦床;14-鉛鋅礦床;15-鈾礦床.①滁河斷裂;②廬江-皇姑閘-銅陵拆離斷層;③沿江斷裂帶;④陶家灣-施家灣斷裂;⑤羅河-缺口斷裂;⑥義津-陶家巷斷裂;⑦塘家園-磚橋斷裂;⑧樅陽-黃屯斷裂Fig.1 The geological map of Luzong basin(after Ren et al.，2011;Lü et al.，2013)1-Early Cretaceous Fushan Formation;2-Early Cretaceous Shuangmiao Formation;3-Early Cretaceous Zhuanqiao Formation;4-Early Cretaceous Longmenyuan Formation;5-Middle Jurassic Luoling Formation;6-diorite;7-syenite;8-alkaline syenite;9-syenite of characteristics of A-type granites;10-moyite;11-basement fault;12-iron deposit;13-copper deposit;14-lead and zinc deposit;15-urianiun deposit.①Chuhe fault;②Lujiang-Huanggutun-Tongling detach fault;③Changiang fault zone;④Tanjiawan-Shijiawan fault;⑤Luohe-Quekou fault;⑥Yijin-Taojiaxiang fault;⑦Tangjiayuan-Zhuanqiao fault;⑧Zongyang-Huangtun fault

磚橋組地層為泥河鐵礦黃鐵礦礦體與硬石膏礦體主要的賦礦圍巖，巖性包括粗安質(zhì)熔巖及火山碎屑巖，地球化學(xué)特征上為一套橄欖安粗巖(任啟江等，1991;袁峰等，2008)。礦區(qū)侵入巖主要為輝石閃長玢巖、脈巖及深部正長巖巖基。輝石閃長玢巖為礦床主要成礦母巖及賦礦圍巖，礦區(qū)內(nèi)輝石閃長玢巖常受強(qiáng)烈蝕變及礦化作用的改造而變得較難以識別，礦區(qū)外圍和深部可見較新鮮的巖石。新鮮的輝石閃長玢巖多為灰綠-灰黑色，斑狀結(jié)構(gòu)、斑狀-不等粒結(jié)構(gòu)，基質(zhì)為細(xì)粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造;斑晶含量約20% ～40%，多為斜長石、單斜輝石，偶見角閃石;斜長石斑晶呈半自形-自形長板柱狀，粒徑1～2mm;輝石斑晶多為半自形短柱狀，粒徑多為1～3mm;基質(zhì)多為細(xì)晶斜長石、輝石;副礦物主要包括榍石、磷灰石、磁鐵礦。

圖2 泥河鐵礦Ⅰ縱地質(zhì)剖面圖(圖據(jù)安徽省地質(zhì)調(diào)查院，2010① 安徽省地質(zhì)調(diào)查院.2010.安徽廬江泥河鐵礦勘探報告.內(nèi)部資料修改)1-早白堊世雙廟組上段;2-早白堊世雙廟組下段;3-早白堊世磚橋組上段;4-早白堊世磚橋組下段;5-正長(斑)巖;6-輝石閃長玢巖;7-粗安斑巖;8-斷裂;9-鐵礦體;10-硫鐵礦體;11-硬石膏礦體;12-深色蝕變帶頂界;13-疊加蝕變帶頂界;14-淺色蝕變帶頂界Fig.2 The geological section map of Nihe iron deposit1-upper member of Early Cretaceous Shuangmiao Formation;2-lower member of Early Cretaceous Shuangmiao Formation;3-upper member of Early Cretaceous Zhuanqiao Formation;4-lower member of Early Cretaceous Zhuanqiao Formation;5-syenite;6-pyroxene diorite porphyrite;7-andesite poryphyrite;8-fault;9-iron orebody;10-pyrite orebody;11-gypsum orebody;12-upper line of dark alteration zone;13-upper line of overprinted alteration zone;14-upper line of light-colored alteration zone

脈巖主要有正長斑巖、粗安斑巖、安山玢巖、正長細(xì)晶巖和輝綠玢巖等，脈巖多為成礦期后形成，穿切火山巖地層和礦體。正長巖巖基主體分布于泥河鐵礦深部、閃長玢巖之下，從接觸關(guān)系來看，正長巖形成時間晚于閃長玢巖，與其呈侵入接觸關(guān)系。

礦床近礦圍巖蝕變強(qiáng)烈，自下而上可以劃分為深色蝕變帶、疊加蝕變帶及淺色蝕變帶，深色蝕變帶主要發(fā)育在-700～1000m之間，原巖為閃長玢巖，蝕變礦物以透輝石、硬石膏、石榴子石、磷灰石、磁鐵礦、黃鐵礦為主，磁鐵礦與黃鐵礦富集的地段即形成工業(yè)礦體;淺色蝕變帶發(fā)育在磚橋組地層內(nèi)，以高嶺石化、硬石膏化、黃鐵礦化和硅化為主;疊加蝕變帶位于深色蝕變帶之上，是深色蝕變退變質(zhì)作用的產(chǎn)物，多發(fā)育赤鐵礦、菱鐵礦、綠泥石、綠簾石、碳酸鹽礦物、高嶺石及石英等(趙文廣等，2011;張樂駿，2011;范裕等，2012)。

泥河鐵礦是由磁鐵礦體、硫鐵礦體、硬石膏礦體組成的多礦種共生隱伏礦床，總體呈北東—南西走向。磁鐵礦體主要分布在礦床的南西部，主體呈厚大的透鏡狀、似層狀產(chǎn)出于閃長玢巖穹窿頂部，受到巖體穹窿構(gòu)造的控制;黃鐵礦礦體分布在礦床的北東部，多呈似層狀分布在閃長玢巖穹窿頂部與磚橋組下段地層中，礦體中夾有少量的磁鐵礦透鏡體;硬石膏礦體分布在礦區(qū)的中部，呈透鏡狀賦存于磚橋組下段的地層中。

泥河鐵礦礦石礦物種類達(dá)40多種，最重要的礦石礦物為磁鐵礦、黃鐵礦與硬石膏。

磁鐵礦主要分布在閃長玢巖體中，屬于磁鐵礦黃鐵礦化階段的產(chǎn)物，可以進(jìn)一步劃分為兩個亞階段:第一亞階段為細(xì)粒浸染狀磁鐵礦(圖3a)，第二亞階段為脈狀團(tuán)塊狀磁鐵礦(圖3b，c)。第一亞階段細(xì)粒浸染狀磁鐵礦，與深色蝕變帶內(nèi)閃長玢巖硬石膏化透輝石化蝕變同一階段形成，成礦作用方式以交代為主，構(gòu)成了泥河鐵礦中低品位的浸染狀礦石，礦石具有典型的磁鐵礦-硬石膏-透輝石礦物組合(圖3d);第二亞階段脈狀團(tuán)塊狀磁鐵礦的粒度相對較粗，總體呈脈狀團(tuán)塊狀充填在閃長玢巖角礫間隙或裂隙中，部分脈較寬，構(gòu)成了泥河鐵礦的高品位脈狀、網(wǎng)脈狀、團(tuán)塊狀礦石。浸染狀礦石分布范圍較大，構(gòu)成了泥河鐵礦的主體，脈狀、團(tuán)塊狀礦石主要分布于礦體的頂部及底部。

圖3 泥河鐵礦典型礦石特征(a)-花斑浸染狀礦石，變成結(jié)構(gòu)，屬于早期磁鐵礦化階段產(chǎn)物.原巖為閃長玢巖，原始結(jié)構(gòu)構(gòu)造亦不可見.礦石礦物具有磁鐵礦-硬石膏-透輝石組合特征，表現(xiàn)出熱液交代成礦的特征;(b)-脈狀磁鐵礦礦石，粗晶磁鐵礦與硬石膏構(gòu)成脈，充填于早期膏輝巖裂隙中，表現(xiàn)出熱液充填成礦的特征;(c)-網(wǎng)脈狀磁鐵礦礦石，粗晶磁鐵礦構(gòu)成網(wǎng)脈，充填于膏輝巖化閃長玢巖中，可見閃長玢巖角礫有溶蝕邊結(jié)構(gòu)，說明充填與交代成礦作用共同存在;(d)-早期磁鐵礦化鏡下特征，硬石膏、磁鐵礦、透輝石表現(xiàn)出準(zhǔn)同生的特征，透輝石受后期蝕變形成碳酸鹽及綠泥石(透射光，單偏光);(e)-礦化早期的黃鐵礦礦化階段，黃鐵礦呈浸染狀分布于膏輝巖中，顯示出膏輝巖化與黃鐵礦化準(zhǔn)同時的特征;(f)-礦化晚期的石英碳酸鹽黃鐵礦呈細(xì)脈狀穿插于團(tuán)塊狀磁鐵礦礦石角礫中;(g)-賦存于磚橋組下段地層中的黃鐵礦礦石，變余層狀結(jié)構(gòu)，顯示出原巖可能為沉晶屑凝灰?guī)r，表現(xiàn)出熱液交代磚橋組地層成礦的特征;(h)-硬石膏礦石，細(xì)粒變成結(jié)構(gòu)，原巖可能為磚橋組下段凝灰?guī)r;(i)-礦化晚期的脈狀碳酸鹽黃鐵礦充填階段，硬石膏與碳酸鹽巖、方鉛礦構(gòu)成脈穿插閃長玢巖;(j)-深色蝕變帶邊部巖心，膏輝巖化蝕變不均勻，可見局部保留有原始閃長玢巖似斑狀結(jié)構(gòu);(k)-與硬石膏共生的磷灰石(透射光，單偏光);(l)-脈狀碳酸鹽硫酸鹽化階段，與硬石膏共生的閃鋅礦(透射光，正交光).Mt-磁鐵礦;Py-黃鐵礦;Di-透輝石;Gym-硬石膏;Cc-碳酸鹽巖;Ch-綠泥石;Ap-磷灰石;Gn-方鉛礦;Sp-閃鋅礦Fig.3 The characteristics of ores in Nihe iron deposit(a)-disseminated ore;(b)-vein magnetite ore;(c)-vein and stockwork ore;(d)-characteristics of disseminated ore under microscope;(e)-disseminated ore in mangnetite-pyrite stage;(f)-quartze-calcite-pyrite vein in massive magnetite ore;(g)-pyrite ore in lower member of Zhuanqiao Formation;(h)-gypsum ore;(i)-gypsum-calcite-sphalerite vein in diorite;(j)-altered diorite;(k)-apatite coexisting with gypsum;(l)-sphalerite coexisting with gypsum under microscope.Mt-magnetite;Gym-gypsum;Sp-sphalerite;Gn-galena;Ap-apatite;Di-diopside;Cc-calcite;Ch-chlorite

黃鐵礦形成期次跨過整個熱液礦化期，其主要賦存于閃長玢巖與磚橋組地層中。礦化早期的黃鐵礦主要產(chǎn)出于閃長玢巖中，以浸染狀與網(wǎng)脈狀為主，礦化與膏輝巖化屬于同一階段產(chǎn)物，可見細(xì)粒黃鐵礦浸染狀分布于膏輝巖化閃長玢巖中(圖3e)。礦化晚期的黃鐵礦可以細(xì)分為三個階段，石英碳酸鹽黃鐵礦化階段、石英黃鐵礦化階段、脈狀碳酸鹽黃鐵礦充填階段。石英碳酸鹽黃鐵礦化階段主要發(fā)育在閃長玢巖體內(nèi)，黃鐵礦與石英碳酸鹽呈浸染狀、網(wǎng)脈狀產(chǎn)出(圖3f);石英黃鐵礦化階段主要發(fā)育于磚橋組地層中，黃鐵礦呈浸染狀分布(圖3g);脈狀碳酸鹽黃鐵礦充填階段，黃鐵礦與碳酸鹽巖形成脈體穿插礦體。

硬石膏是礦床中分布最廣泛的礦物，它既是鐵礦石的主要脈石礦物，也是硫鐵礦石的主要脈石礦物，還是硬石膏礦石的主要礦石礦物，為本礦床一貫通礦物。磁鐵礦黃鐵礦化階段，硬石膏主要為紫色板柱狀粗大他形晶，以浸染狀的形式出現(xiàn)在膏輝巖中，與磁鐵礦、黃鐵礦共生(圖3a，d);石英碳酸鹽黃鐵礦化階段中，硬石膏以白色板粒狀，構(gòu)成泥河鐵礦主要的硬石膏礦體(圖3h);石英黃鐵礦化階段中，硬石膏一般為白色、細(xì)粒糖粒狀，粒度0.01～0.1mm，與黃鐵礦共生;脈狀碳酸鹽硫酸鹽化階段中，硬石膏產(chǎn)于碳酸鹽重晶石硬石膏脈中，成肉紅色、白色，與碳酸鹽、重晶石，偶與少量的方鉛礦和閃鋅礦共生(圖3i，l)。

根據(jù)礦物的生成世代、交生關(guān)系及圍巖蝕變與礦化之間的關(guān)系研究，泥河鐵礦的形成可劃分為兩個成礦期，分別為熱液期和表生期。熱液期可進(jìn)一步劃分為四個成礦階段，分別為磁鐵礦黃鐵礦化階段、石英碳酸鹽黃鐵礦化階段、石英黃鐵礦化階段、脈狀碳酸鹽硫酸鹽階段，詳細(xì)描述參見趙文廣等(2011)和范裕等(2012)。

3 礦床地球化學(xué)特征

本次分析測試的樣品均采自泥河鐵礦勘探巖心中，通過詳細(xì)的巖相學(xué)觀察，挑選了不同成礦期次的礦石，粉碎至40～60目，清洗、干燥之后在雙目鏡下挑選礦物，純度≥99%。然后將挑選的礦物在瑪瑙研缽中研磨至200目的粉末備用。

磁鐵礦、硬石膏、黃鐵礦樣品的稀土元素含量由核工業(yè)北京地質(zhì)研究所測試中心分析完成。準(zhǔn)確稱取樣品0.0500g放入25mL專用溶樣罐中，先用少量水潤濕，輕輕震動使樣品均勻，加入1mL氫氟酸，3mL硝酸，1mL高氯酸，蓋上專用溶樣罐蓋，在低溫電熱板上200℃加熱溶解，待樣品分解后，打開溶樣罐，在低溫電熱板上加熱蒸至近干，滴加兩滴高氯酸，再次蒸至近干后加入1∶1硝酸3ml蓋上專用溶樣罐蓋燜置一段時間。用1%硝酸提取至50mL容量瓶中，搖均勻后在ICP-MS上采用在線內(nèi)標(biāo)(Rh)法進(jìn)行測量。樣品檢測線為0.001 ×10-6。

磁鐵礦、硬石膏、黃鐵礦樣品的硫同位素組成由中國科學(xué)院貴陽地球化學(xué)研究所測試完成。硫化物單礦物和氧化亞銅按一定比例(黃鐵礦為1∶10，黃銅礦為1∶8)研磨至200目左右，并在混合均勻，在真空達(dá)2.0×10-2Pa狀態(tài)下加熱，進(jìn)行氧化反應(yīng)，反應(yīng)溫度為980℃，生成二氧化硫氣體;真空條件下，用冷凍法收集二氧化硫氣體，并用MAT251氣體同位素質(zhì)譜分析硫同位素組成。硫酸鹽分析方法為，稱取適量的試樣(含硫15mg左右)，利用碳酸鈉-氧化鋅半熔法，提取出硫酸鋇，將硫酸鋇、五氧化二釩和石英砂按1∶3.5∶3.5的重量比混合均勻;在真空達(dá)2.0×10-2Pa狀態(tài)下加熱，進(jìn)行氧化反應(yīng)，反應(yīng)溫度為980℃，生成二氧化硫氣體;在真空條件下，用冷凍法收集二氧化硫氣體，并用MAT251氣體同位素質(zhì)譜分析硫同位素組成。測量結(jié)果以CDT為標(biāo)準(zhǔn)，分析精度優(yōu)于±0.2‰，參考標(biāo)準(zhǔn)為GBW-04414、GBW-04415硫化銀標(biāo)準(zhǔn)，其 δ34S 分別是 -0.07 ±0.13‰和 22.15 ±0.14‰。

鉛同位素分析在中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)放射性成因同位素地球化學(xué)實(shí)驗(yàn)室完成。準(zhǔn)確地稱取粉末樣品100mg左右于15mL的Teflon悶罐中，滴入純化HClO4酸8～10滴搖勻后，加入2～3mL純化HF酸，密閉加熱一周左右以充分溶解樣品。鉛同位素分離純化在AG1-X8陰離子交換樹脂(200～400目)中完成。同位素比值的測試在MAT-262熱電離質(zhì)譜計(jì)完成，測試采用單Re金屬帶并以硅膠為發(fā)射劑。鉛同位素標(biāo)準(zhǔn)溶液為NBS981，比值測量精度好于0.01%。Pb同位素的全流程本底(空白)＜200pg。

3.1 稀土元素

本次工作共測定了10組主成礦期礦石礦物稀土元素的含量，結(jié)果見表1。表中同時列舉了泥河礦區(qū)主要的賦礦圍巖磚橋組下段熔巖、輝石閃長玢巖及與泥河鐵礦相鄰且具有相似礦床特征及礦床成因的羅河鐵礦主成礦期磁鐵礦的微量元素含量。

泥河鐵礦主成礦階段5件磁鐵礦樣品ΣREE值變化于0.74× 10-6～ 13.25 × 10-6，平均 為 6.16 × 10-6;LREE/HREE 值介于3.55 ～33.67，平均為14.94，(La/Yb)N比值介于5.41 ～88.30，平均為27.97，表明輕稀土相對重稀土富集;(La/Sm)N比值介于 2.15 ～17.57 之間，平均為 7.19，(Gd/Yb)N比值介于 1.22 ～2.82 之間，平均值為 1.76，說明磁鐵礦中輕稀土元素的分餾程度強(qiáng)于重稀土，從稀土元素的配分曲線中亦可見輕稀土呈明顯的右傾趨勢，而重稀土的配分曲線相對較為平緩;δEu值變化于0.59～1.89范圍內(nèi)，平均值為1.08，總體集中在 1 附近，而 δCe變化于 0.66 ～1.05 之間，平均為0.82，表現(xiàn)出輕微負(fù)異常的特征(圖4a)。泥河鐵礦主成礦期早期浸染狀細(xì)粒磁鐵礦與晚期團(tuán)塊狀粗晶磁鐵礦具有相似的稀土元素特證，暗示兩種磁鐵礦具有相似的成因;羅河鐵礦磁鐵礦與泥河鐵礦磁鐵礦具有相似的配分模式，說明羅河鐵礦與泥河鐵礦成因類型一致。

泥河鐵礦3件主成礦期黃鐵礦樣品ΣREE值變化于5.64× 10-6～ 13.21 × 10-6，平均 為 9.11 × 10-6;LREE/HREE 值介于9.68 ～28.64，平均為17.28，(La/Yb)N比值介于8.43 ～55.47，平均為26.43，表明輕稀土相對重稀土富集;(La/Sm)N比值介于 3.13 ～8.95 之間，平均為 6.74，(Gd/Yb)N比值介于 0.91 ～3.01 之間，平均值為 1.66，說明黃鐵礦中輕稀土元素的分餾程度強(qiáng)于重稀土，從稀土元素的配分曲線中亦可見輕稀土呈明顯的右傾趨勢，而重稀土的配分曲線相對較為平緩;δEu值變化于0.67～1.09范圍內(nèi)，平均值

為0.88，總體集中在 1 附近，而 δCe變化于 0.86 ～1.06 之間，平均為0.95，總體表現(xiàn)出微弱負(fù)異常的特征(圖4b)。從稀土的配分模式圖上可見，泥河鐵礦磁鐵礦與黃鐵礦具有相似的稀土元素配分曲線，暗示了兩者具有相似的來源。

表1 泥河、羅河礦區(qū)礦石礦物及賦礦圍巖稀土元素含量表(×10-6)Table 1 The REE contents of minerals and rocks of Luohe an Nihe iron deposit(×10-6)

圖4 典型巖礦石球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式圖(標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Sun and McDonough，1989)Fig.4 Chondrite-normalized REE patterns of wall rocks and minerals from the Nihe and Luohe iron deposit(normalization values after Sun and McDonough，1989)

泥河鐵礦硬石膏樣品 ΣREE值變化于1.00×10-6～13.74 ×10-6;LREE/HREE 值介于 6.60 ～ 21.23，(La/Yb)N比值介于22.59～99.12，總體表現(xiàn)出輕稀土相對重稀土富集的特征，且富集程度高于泥河礦區(qū)的磁鐵礦與黃鐵礦;(La/Sm)N比值介于 3.94 ～4.15 之間，(Gd/Yb)N比值介于 8.00～11.13之間，說明硬石膏中重稀土元素的分餾程度強(qiáng)于輕稀土，從稀土元素的配分曲線中亦可見重稀土的右傾趨勢要大于輕稀土;δEu值變化于0.87～0.94范圍內(nèi)，集中在1附近;δCe變化于0.69～0.98之間，總體表現(xiàn)出微弱 Ce負(fù)異常的特征(圖4c)。泥河鐵礦硬石膏中的輕稀土相對于重稀土的富集程度、重稀土的分餾程度均明顯大于磁鐵礦和黃鐵礦，暗示了硬石膏的成礦作用或物質(zhì)來源與磁鐵礦、黃鐵礦有一定的差異，可能參雜了其它來源。

磚橋組熔巖與輝石閃長玢巖稀土元素配分模式較為一致，暗示兩者可能由同一套巖漿演化而來。配分曲線顯示出較為明顯的右傾趨勢，輕重稀土分餾較為明顯，LREE/HREE約為10.41 ～15.52，(La/Yb)N為 12.29 ～ 22.74，Eu 表現(xiàn)出一定負(fù)異常的特征(δEu=0.70～0.86)，說明巖漿演化的過程中可能出現(xiàn)了微弱的斜長石分離結(jié)晶作用。同位素定年結(jié)果及巖石地球化學(xué)研究證實(shí)，輝石閃長玢巖形成時代稍晚于磚橋組粗安巖，兩者具有相同的巖漿源區(qū)，均為幔源巖漿演化后期的產(chǎn)物(周濤發(fā)等，2008;袁峰等，2008;覃永軍等，2010)。

3.2 硫同位素

黃鐵礦與硬石膏是泥河鐵礦重要的含硫礦物，兩者既是磁鐵礦主成礦期重要的脈石礦物，亦單獨(dú)構(gòu)成了工業(yè)礦體。本次工作系統(tǒng)測定了磁鐵礦黃鐵礦化階段與黃鐵礦化硅化碳酸鹽化階段，不同深度的黃鐵礦及硬石膏硫同位素組成，結(jié)果見表2、圖5、圖6。

礦床中含硫礦物δ34S變化范圍較廣，值介于-8.2‰～22.3‰之間，出現(xiàn)雙峰式分布的特征。磁鐵礦黃鐵礦化階段的黃鐵礦 δ34S值分布范圍為 4.99‰ ～9.00‰、平均值為7.44‰，明顯大于黃鐵礦硅化碳酸鹽化階段黃鐵礦 δ34S值(-8.2‰ ～6.97‰，平均值為0.71‰);磁鐵礦黃鐵礦化階段的硬石膏 δ34S值分布范圍為15.40‰ ～21.75‰、平均值為17.84‰，黃鐵礦硅化碳酸鹽化階段硬石膏 δ34S值介于15.50‰ ～22.3‰，平均值為 18.16‰，兩個階段硬石膏硫同位素組成較為相近。總體上礦床黃鐵礦的δ34S值較硬石膏低，分布范圍更廣泛。垂向上，隨著深度的增加，黃鐵礦中的δ34S值表現(xiàn)出遞增的趨勢，而硬石膏δ34S值總體較大，無明顯的線性相關(guān)性。泥河鐵礦硫同位素特征總體與羅河鐵礦基本一致，反映了兩個鄰近礦床硫物質(zhì)來源、演化的相似性。

圖5 泥河鐵礦礦物硫同位素直方圖Fig.5 Sulfate isotopic histogram of minerals of Nihe iron deposit

圖6 泥河鐵礦5號勘探線礦物δ34S值隨深度變化圖Fig.6 The variation diagram of the value of δ34S in No.5 section of Nihe deposit

3.3 鉛同位素

本次工作測定了泥河鐵礦主成礦期磁鐵礦、黃鐵礦及賦礦閃長玢巖、磚橋組下段熔巖的Pb同位素組成，對火山巖及次火山巖的Pb同位素進(jìn)行了年齡校正，結(jié)果見表3。泥河鐵礦磁鐵礦206Pb/204Pb組成變化為 18.19 ～18.49，207Pb/204Pb組成變化為 15.63 ～15.67，208Pb/204Pb 組成變化為 38.51 ～38.77;黃鐵礦206Pb/204Pb 組成變化為 18.15 ～ 18.30，207Pb/204Pb組成變化為 15.60 ～ 15.61，208Pb/204Pb 組成變化為38.35～38.44;賦礦閃長玢巖及磚橋組熔巖(206Pb/204Pb)t組成變化為17.99 ～18.24，(207Pb/204Pb)t組成變化為 15.55 ～15.66，(208Pb/204Pb)t組成變化為 38.02 ～38.58。總體上礦石礦物與賦礦圍巖的鉛同位素組成變化范圍較小，相對較為集中，暗示了賦礦圍巖可能對成礦物質(zhì)，尤其是成礦金屬具有一定的貢獻(xiàn)。

表2 泥河鐵礦礦物硫同位素組成表Table 2 Sulfate isotopic data of minerals of Nihe iron deposit

4 討論

4.1 成礦物質(zhì)來源

稀土元素屬于不活潑元素，地球化學(xué)性質(zhì)相似，具有與同位素相類似的示蹤性質(zhì)，是判斷成礦物質(zhì)來源、成礦條件和成礦流體的有效手段。泥河鐵礦礦石中磁鐵礦、黃鐵礦稀土元素配分模式呈現(xiàn)LREE富集、HREE曲線平直、Eu輕微負(fù)異常的特征，與賦礦磚橋組熔巖、閃長玢巖稀土元素配分模式較為一致，間接指示了成礦物質(zhì)可能與賦礦圍巖具有一定的成因聯(lián)系。在(La/Sm)N-(La/Yb)N的圖解中(圖7)，黃鐵礦、磁鐵礦與賦礦圍巖樣品具有線性相關(guān)性，也指示它們之間的成因聯(lián)系。

圖7 泥河鐵礦礦石礦物及賦礦圍巖(La/Sm)N-(La/Yb)N圖解Fig.7 (La/Sm)Nvs.(La/Yb)Ndiagram of minerals and rocks of Nihe iron deposit

前人對不同成因磁鐵礦的稀土元素進(jìn)行過系統(tǒng)的研究工作，洋底玄武巖中的磁鐵礦相對原巖∑REE含量有所增高，特別是LREE富集明顯，具有較微弱的Eu負(fù)異常(Schock，1979);安山巖、粗面巖和流紋巖中的磁鐵礦相對原巖虧損∑REE，LREE相對HREE富集，HREE分餾作用不明顯，微弱Eu負(fù)異常(Schock，1979;Frietsch and Perdahl，1995)，寧蕪盆地中梅山鐵礦中的磁鐵礦與基魯納巖漿型磁鐵礦亦具有此種特征(Schock，1979;袁家錚等，1997;張志欣等，2011;洪為等，2012;段超等，2012);基性-超基性巖中的磁鐵礦∑REE含量很低，且分異特征不明顯(Paster et al.，1974);花崗巖中磁鐵礦∑REE含量較高，Eu出現(xiàn)較強(qiáng)的負(fù)異常，呈現(xiàn)出“海鷗型”稀土元素配分模式(?hlander et al.，1989);沉積或沉積變質(zhì)型∑REE含量較低，配分曲線具有左傾的特征(沈其韓等，2009)。泥河鐵礦中磁鐵礦與黃鐵礦相對圍巖∑REE含量較低，LREE相對HREE富集，Eu輕微負(fù)異常，REE配分模式圖表現(xiàn)出向右緩傾的特征，與典型安山巖和流紋巖的稀土元素分布特征(Frietsch and Perdahl，1995)相似，亦與礦區(qū)磚橋組熔巖及賦礦閃長玢巖的配分特征接近，反映了泥河鐵礦磁鐵礦、黃鐵礦與賦礦的火山-次火山巖之間可能具有成因聯(lián)系。與巖漿作用有關(guān)的梅山鐵礦及基魯納型鐵礦中磁鐵礦稀土元素含量特征亦可與泥河礦床中的磁鐵礦相對比，暗示泥河鐵礦成礦作用與巖漿活動有成因聯(lián)系，泥河鐵礦磁鐵礦的微量元素特征也證實(shí)礦床的形成與火山作用有直接關(guān)系(趙文廣等，2011)。

表3 泥河礦區(qū)礦物/巖石鉛同位素組成Table 3 Lead isotopic data of rocks and minerals of Nihe and Luohe iron deposit

泥河鐵礦成礦期磁鐵礦、黃鐵礦與賦礦圍巖鉛同位素組成的相似性，說明其之間存在著成因的聯(lián)系。各鉛同位素組成均接近或略大于上地幔鉛同位素組成，而小于地殼鉛同位素組成，表明礦質(zhì)及火山-次火山巖的源區(qū)可能為上地幔，并有殼源物質(zhì)的混染。泥河礦區(qū)各樣品μ值(9.35～9.61)高于地幔μ值(8～9)(Stacey et al.，1975)的特征，說明了地幔源區(qū)不是原始地幔而可能是交代地幔。在朱炳泉(1998)提出的鉛同位素△β-△γ圖解中可見(圖8)，泥河鐵礦主成礦期礦石礦物與賦礦圍巖鉛同位素組成均落入巖漿作用產(chǎn)生的上地殼與地?；旌系母_鉛區(qū)域，表明了礦質(zhì)具有巖漿來源的特征。

但不容忽視，硬石膏稀土元素分異富集規(guī)律與磁鐵礦、黃鐵礦存在較大的差異，亦與賦礦圍巖不同(圖4)，暗示除了廬樅盆地磚橋旋回火山-次火山巖之外，還應(yīng)有其它的地質(zhì)體構(gòu)成泥河鐵礦的成礦物質(zhì)來源。礦床硫同位素表現(xiàn)出雙峰式分布的特征，其中黃鐵礦δ34S主要集中在-4‰～10‰的區(qū)間中，表現(xiàn)出圍繞0值分布的特征;硬石膏中的δ34S主要集中在14‰～20‰之間，表現(xiàn)出重硫富集的特征，這與鄰近羅河鐵礦硫同位素特征相一致。Ohmoto and Rye(1979)指出，未受污染的中酸性巖漿δ34S值大致為-3‰～3‰之間，而由此熔體分離出的熱液，其中δ34S值主要分布在-3‰～7‰之間，可以推測泥河及羅河鐵礦主成礦期的黃鐵礦中的硫主要來自于巖漿活動，這與稀土元素的指示一致。部分黃鐵礦的硫和全部硬石膏中的硫同位素遠(yuǎn)大于巖漿熱液的范圍，不可能由巖漿來源直接演化得出，顯然還有其它硫源的加入。區(qū)內(nèi)中三疊統(tǒng)周沖村組海相硬石膏δ34S值均在28.0‰～28.8‰范圍內(nèi)，變化相當(dāng)穩(wěn)定，推測成礦熱液的硫可能部分來自于盆地的下伏地層，特別是中三疊統(tǒng)周沖村組海相硫酸鹽，巖漿上升通過該套地層時同化混染部分地層物質(zhì)，從而造成了部分硫同位素值偏高的特征，前人對羅河鐵礦成礦物質(zhì)來源的研究也證實(shí)了上述觀點(diǎn)(黃清濤和尹恭沛，1989)。膏鹽層的加入，不僅僅為成礦物質(zhì)的活化遷移提供了礦化劑，可能還為鐵質(zhì)的氧化富集沉淀提供了氧化障(蔡本俊，1980;Sillitoe，2003;李延河等，2013;張招崇等，2014)。

圖8 泥河鐵礦礦物及巖石鉛成因△β-△γ圖解(底圖據(jù)朱炳泉等，1998)1-地幔源鉛;2-上地殼鉛;3-上地殼與地幔混合的俯沖帶鉛(3a-巖漿作用;3b-沉積作用);4-化學(xué)沉積型鉛;5-海底熱水作用鉛;6-中深變質(zhì)作用鉛;7-深變質(zhì)下地殼鉛;8-造山帶鉛;9-古老頁巖上地殼鉛;10-變質(zhì)鉛Fig.8 △β-△γ diagram of lead isotopic data of minerals and rocks of Nihe iron deposit(after Zhu，1998)1-lead from mantle;2-lead from upper crust;3-lead of subduction zone mixing with upper crust and mantle(3a-magmatism;3bsedimentation);4-lead of chemical deposition;5-lead of submarine hydrothermal activities;6-lead of intermediate metamorphism;7-lead of high-grade metamorphism in lower crust;8-lead from orogenic belt;9-lead of shale in upper crust;10-metamorphic lead

4.2 成礦作用機(jī)制

4.2.1 礦漿貫入充填成因還是熱液交代充填成因?

泥河鐵礦礦化在時空上與閃長玢巖相聯(lián)系，是典型的玢巖型鐵礦床(趙文廣等，2011;吳明安等，2011;范裕等，2012)。玢巖型鐵礦床作為與次火山-熱液活動有關(guān)的礦床組合，其成礦物質(zhì)來源及礦床成因機(jī)制具有多樣性，前人研究主要提出以下兩種觀點(diǎn)(Zhang et al.，2014):第一種認(rèn)為玢巖鐵礦的鐵質(zhì)主要來源于巖漿的分異，通過液態(tài)不混溶作用，鐵氧化物直接從硅酸鹽熔體中形成鐵礦漿，在閃長玢巖體凝固晚期和期后，于上隆接觸帶中因凝固冷縮而形成的裂隙中以貫入的方式充填成礦(吳利仁，1978;袁家錚等，1997;Hou et al.，2009，2010，2011，2012;段超，2012);第二種觀點(diǎn)認(rèn)為巖漿在上移過程中同化膏鹽層，使得巖漿中的Na、S、Cl、P等組分增加，巖漿演化后期形成巖漿熱液交代富鐵閃長玢巖，形成含礦流體，在有利空間形成礦體(張榮華，1980;陳毓川等，1982;中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所，1987;盧冰等，1990;毛景文等，2012)。

第一種觀點(diǎn)認(rèn)為鐵礦形成的本質(zhì)是原始均一的硅酸鹽體系發(fā)生了鐵質(zhì)熔漿和硅酸鹽熔漿的液相不混溶，這在高溫高壓試驗(yàn)中得到了證實(shí)(Philpotts，1967;李九玲等，1986;Hou et al.，2011)，基魯納型鐵礦、梅山鐵礦及姑山鐵礦是典型的代表。從磁鐵礦礦物學(xué)特征上，這類礦床發(fā)育典型的磁鐵礦溢流構(gòu)造、磁鐵礦火山彈及柱狀、樹枝狀(骸晶)結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出貫入成礦的特征(Frietsch and Perdahl，1995;Nystr?m et al.，2008)。泥河鐵礦中磁鐵礦并不具有上述結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征，而表現(xiàn)出熱液交代成礦的特征(圖3)。泥河鐵礦主成礦階段早期以浸染狀磁鐵礦化為主，表現(xiàn)出典型熱液交代成礦的特征，礦體邊部亦可見到含礦熱液交代閃長玢巖不完全而形成的變余似斑狀結(jié)構(gòu)(圖3j)。宏觀上，泥河鐵礦中浸染狀礦石分布范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于表現(xiàn)出充填成礦特征的脈狀、團(tuán)塊狀礦石，并構(gòu)成了泥河鐵礦的主體，而團(tuán)塊狀、脈狀礦石則主要出現(xiàn)在礦體的頂部及底部。蝕變特征上，由下至上依次出現(xiàn)深色蝕變帶、疊加蝕變帶及淺色蝕變帶，具有類矽卡巖型成礦蝕變帶的特征，且深色蝕變帶分布范圍大于礦化分布的范圍，說明流體活動范圍及強(qiáng)度均較大。上述特征均指示了泥河鐵礦不具備礦漿貫入成礦作用的特征，含礦熱液交代作用可能是成礦作用的主導(dǎo)，磁鐵礦Ti-Al-Fe之間的相關(guān)性也反映出泥河鐵礦中磁鐵礦并不屬于巖漿成因磁鐵礦，而是與火山-次火山熱液活動有關(guān)的火山型磁鐵礦(趙文廣等，2011)。流體包裹體H-O同位素的研究也證實(shí)，泥河鐵礦成礦流體以巖漿演化后期形成的巖漿氣液為主，成礦作用晚期可能存在其它性質(zhì)流體的加入(張樂駿，2011)。

4.2.2 巖漿熱液形成過程

泥河鐵礦的成礦作用以巖漿熱液交代充填作用為主，明確巖漿熱液的形成過程，對于認(rèn)識礦床成因規(guī)律有著重要的意義。巖漿熱液的形成，即為原本均一的熔體發(fā)生熔體與流體的分離。造成流體飽和出溶的主要因素包括巖漿成分、溫度及壓力(張招崇等，2014)。流體在熔體中的溶解度，與巖漿酸性程度成反比，換言之，熔體由基性向中酸性演化，原本熔體中的不飽和流體會隨之出溶。同樣，溫度及壓力的降低，也會造成流體的出溶現(xiàn)象。

泥河鐵礦與羅河鐵礦處于廬樅盆地西北緣，羅河-缺口基底深斷裂通過礦區(qū)，控制了區(qū)域的巖漿-成礦格架。反射地震成果揭示了羅河-缺口斷裂為一切穿MOHO的深斷裂，是引導(dǎo)地幔流體和深部巖漿上升的主要通道(董樹文等，2010)。在磚橋旋回末期，與泥河鐵礦成因有關(guān)的閃長質(zhì)巖漿，沿深斷裂快速上升侵位(Lü et al.，2013)。由于快速上升定位，原本均一的閃長質(zhì)熔漿并沒有經(jīng)過較強(qiáng)的演化過程，因此閃長質(zhì)巖漿在淺部就位時，應(yīng)為熾熱的均一熔體。泥河閃長玢巖不明顯的Eu負(fù)異常特征、與閃長玢巖同源準(zhǔn)同時磚橋組熔巖的分異指數(shù)分布范圍(DI=63～84)(袁峰等，2008)均說明閃長質(zhì)巖漿在從巖漿房分離后至侵位，并未發(fā)生明顯的分異作用，不會造成巖漿流體的出溶。

均一的閃長質(zhì)熔漿就位后，由于淺部壓力的釋放及溫度的下降，流體逐漸從熔體中分離。巖漿在上升過程中同化混染了大量的三疊紀(jì)膏鹽層，由于膏鹽層中富含大量的Na+、Ca2+、Mg2+、K+、Cl-、SO42-、CO32-，使得出溶的流體富含Cl-，同時 SO42-在熔漿中被Fe2+還原為SO2，會進(jìn)一步促使Cl-進(jìn)入流體形成富Cl-鹵水流體(Webster，2004)。由于Fe在成礦溶液中主要以Na-Fe-Cl絡(luò)合物形式搬運(yùn)(李延河等，2013)，這種富 Cl-鹵水流體有利于萃取搬運(yùn)圍巖中的Fe質(zhì)。

4.2.3 成礦作用過程

泥河鐵礦形成于131Ma(張樂駿，2011)，屬于廬樅地區(qū)與磚橋旋回火山-次火山巖活動有關(guān)的玢巖型鐵硫礦床，可與區(qū)域上羅河鐵礦相對比。在磚橋旋回末期，閃長質(zhì)熔漿沿斷裂快速上侵至磚橋組火山巖地層中，并在巖體頂部之上的火山巖地層中形成放射狀裂隙，這些裂隙可能為后期大氣降水下滲參加流體循環(huán)提供了通道。由于圍巖溫度較低，巖體外緣快速冷凝形成固化殼，由固化殼向巖體中心，溫度逐漸升高，內(nèi)部巖體處于熔體狀態(tài)(張招崇等，2014)。溫度的降低及壓力的釋放，使得原本均一的熔體開始出現(xiàn)巖漿流體的出溶，受到溫壓的控制，流體向巖體穹窿頂部運(yùn)移。受到巖漿上升過程中同化膏鹽層的作用，此時的流體為富Cl-鹵水。流體與已固結(jié)的閃長玢巖固化殼及接觸帶附近的磚橋組熔巖發(fā)生反應(yīng)，活化硅酸鹽體系中的Fe3+及Fe2+，使其進(jìn)入流體。寧蕪盆地中玢巖型鐵礦這一階段伴隨著鈉長石的大量出現(xiàn)，定義為鈉化階段(寧蕪玢巖鐵礦編寫組，1978)，但廬樅地區(qū)玢巖鐵礦此階段則以鉀長石大量出現(xiàn)為標(biāo)志，推測可能原因?yàn)閷幨彽貐^(qū)膏鹽層以鈉鹽為主，而廬樅地區(qū)可能以鉀鹽為主。具體反應(yīng)式如下:

反應(yīng)形成的 Ca2+、Mg2+、Fe2+迅速進(jìn)入富 Cl-鹵水。Fe2+形成利于在溶液中發(fā)生遷移的 Na(FeCl4)或 Na2(FeCl4)絡(luò)合物，由于同化混染的膏鹽層中含有大量的SO42-，其氧化作用使得流體中的Fe2+發(fā)生沉淀形成磁鐵礦，并在某些條件下形成磁鐵礦黃鐵礦共生礦物組合(張招崇等，2014)。Ca2+、Mg2+則與溶液中的 SO42-及早先形成的鉀長石發(fā)生反應(yīng)形成透輝石及石膏。具體反應(yīng)式如下:

富Cl-鹵水中Fe2+不斷的沉淀，使得流體中Fe2+始終處于不飽和的狀態(tài)，促進(jìn)了流體循環(huán)萃取圍巖中Fe質(zhì)。這種穩(wěn)定的循環(huán)萃取系統(tǒng)需要上覆不透水層，保證流體不向礦體外圍逃逸。泥河鐵礦上覆磚橋組地層中的凝灰質(zhì)巖石就起到了良好的封閉作用。該時期主要形成泥河鐵礦的浸染狀礦體及深部的深色蝕變帶，礦石組合以透輝石-硬石膏-磁鐵礦為主，局部可能含有黃鐵礦(圖9a)。

隨著大氣降水的加入及揮發(fā)份的大量積累，造成流體壓力激增，進(jìn)而在巖穹頂部引發(fā)隱爆作用，使早先形成的浸染狀礦石破碎形成角礫。隱爆作用后溫度壓力的降低、流體加入使得賦礦流體的穩(wěn)定性及含礦性下降，礦質(zhì)大量沉淀，在裂隙中形成泥河鐵礦的團(tuán)塊狀、脈狀礦石(圖9b)。隨著溫度的進(jìn)一步降低，Cl的絡(luò)合物逐漸為硫的絡(luò)合物所代替(Rona，1984;Hutchinson，1990)，早期形成的金屬硫化物亦開始沉淀，在合適部位形成泥河鐵礦晚期的硫鐵礦礦化。流體中因同化膏鹽層而融入的大量SO42-，也因溫度的降低及大氣降水的加入而沉淀形成硬石膏礦體(圖9c)。隨后，流體向淺部運(yùn)移，溫度下降，成分改變，逐步形成泥河鐵礦主礦體上部的疊加蝕變帶及淺色蝕變帶(范裕等，2012)。泥河鐵礦流體H-O同位素也指示了，成礦作用早期成礦流體以巖漿熱液為主，后期逐漸有大氣降水的加入(張樂駿，2011)。

5 結(jié)論

(1)泥河鐵礦礦石中磁鐵礦、黃鐵礦稀土元素配分模式呈現(xiàn)LREE富集、HREE曲線平直、Eu輕微負(fù)異常的特征，與賦礦磚橋組熔巖、閃長玢巖稀土元素配分模式較為一致;硬石膏稀土元素表現(xiàn)出LREE相對HREE富集的特征，且富集程度高于磁鐵礦與黃鐵礦，Ce表現(xiàn)出微弱的負(fù)異常的特征。

(2)泥河鐵礦磁鐵礦黃鐵礦化階段的黃鐵礦δ34S值為4.99‰ ～9.00‰、平均值為 7.44‰;黃鐵礦硅化碳酸鹽化階段黃鐵礦 δ34S 值為 -8.2‰ ～6.97‰，平均值為 0.71‰;礦床硬石膏δ34S值分布范圍集中在15.40‰～22.3‰之間。總體上礦床δ34S具有與羅河鐵礦一致的雙峰式分布特征，指示主成礦期黃鐵礦硫可能主要來自于巖漿，硬石膏中硫的特征指示區(qū)域三疊紀(jì)膏鹽層可能對成礦硫源亦有貢獻(xiàn)。

圖9 泥河鐵礦成礦模式圖1-頁巖;2-灰?guī)r;3-砂巖;4-膏鹽層;5-火山凝灰?guī)r;6-粗安巖;7-未固結(jié)閃長玢巖;8-固結(jié)閃長玢巖;9-斷層;10-巖漿熱液;11-大氣降水;12-浸染狀磁鐵礦礦體;13-隱爆角礫巖及充填的脈狀磁鐵礦;14-硫鐵礦礦體;15-硬石膏礦體Fig.9 The metallogenic model of Nihe iron deposit1-shale;2-limestone;3-sandstone;4-gypsum-salt layer;5-volcanic tuff;6-trachyandesite;7-unconsolidated diorite;8-consolidated diorite;9-fault;10-magma fluids;11-meteoric waters;12-disseminated magnetite orebody;13-cryptoexplosive breccias and vein magnetite ore;14-pyrite orebody;15-gypsum orebody

(3)泥河鐵礦成礦期礦石礦物與賦礦圍巖具有一致的鉛同位素組成，結(jié)合礦石及圍巖稀土元素特征，推斷成礦金屬元素主要來源自賦礦閃長玢巖體及磚橋組熔巖。

(4)礦床地質(zhì)及地球化學(xué)特征指示，泥河鐵礦為巖漿熱液交代充填成因的玢巖型鐵礦床。閃長玢巖定位后，含礦氣液在穹窿構(gòu)造及其附近交代萃取圍巖中的成礦物質(zhì)，在合適部位沉淀形成礦體。巖漿在上升過程中同化混染的三疊紀(jì)膏鹽層，不僅為成礦系統(tǒng)提供了S源及礦化劑，還是重要的氧化劑，促成鐵質(zhì)沉淀成礦。

致謝 成文過程中得到973項(xiàng)目首席科學(xué)家張招崇教授的悉心指導(dǎo)，在此深表感謝!

Cai BJ.1980.The relationship of gypsum salt beds with endogenic copper and iron ores in the Middle-Lower Yangtze Valley.Geochimica，(2):193-199(in Chinese with English abstract)

Chang YF，Liu XP，Wu YC et al.1991.The Copper-iron Belt of the Lower and Middle Reachers of the Changjiang River.Beijing:Geological Publishing House，1-359(in Chinese)

Chen YC，Zhang RH，Sheng JF et al.1982.The mineralization and alteration of the porphyry iron deposits and their mechanism.Bulletin of Institute of Mineral Resources，China Academy of Geological Sciences，1(1):1-29(in Chinese with English abstract)

Chu GZ，Huang XC，Zhang CH et al.1990.Discussion on the orecontrol factors of the Tongling area，Anhui.Geology of Anhui，5(1):47-58(in Chinese with English abstract)

Dong SW，Xiang HS，Gao R et al.2010.Deep structure and ore formation within Lujiang-Zongyang volcanic ore concentrated area in Middle to Lower Reachers of Yangtze River.Acta Petrologica Sinica，26(9):2529-2542(in Chinese with English abstract)

Duan C，Li YH，Yuan SD et al.2012.Geochemical characteristics of magnetite from Washan iron deposit in Ningwu ore district and its constraints on ore-forming.Acta Petrologica Sinica，28(1):243-257(in Chinese with English abstract)

Fan Y，Zhou TF，Han L et al.2012.Ore-forming fluid characteristic of Nihe iron deposit in Lu-Zong Basin，Anhui Province and its significance to ore genesis.Acta Petrologica Sinica，28(10):3113-3124(in Chinese with English abstract)

Frietsch DR and Perdahl JA.1995.Rear earth elements in apatite and magnetite in Kiruna-type iron ores and some other iron ore type.Ore Geology Reviews，9(6):489-510

Hong W，Zhang ZH，Jiang ZS et al.2012.Magnetite and garnet trace element characteristics from the Chagangnuoer iron deposit in the western Tianshan Mountain，Xinjiang，NW China:Constran for ore genesis.Acta Petrologica Sinica，28(7):2089-2102(in Chinese with English abstract)

Hou T，Zhang ZC，Du YS and Li ST.2009.Geology of the Gushan iron oxide deposit associated with dioritic porphyries，eastern Uangtze craton，SE China.International Geology Review，51(6):520-541

Hou T，Zhang ZC，Encarnacion J et al.2010.Geochemistry of Late Mesozoic dioritic porphyriesassociated with Kiruna-style and stratabound carbonate-hosted Zhonggu iron ores，Middle-lower Yangtze Valley，eastern China:Constraints on petrogenesis and iron sources.Lithos，119(3-4):330-334

Hou T，Zhang ZC and Kusky T.2011.Gushan magnetite-apatite deposit in the Ningwu basin，Lower Yangtze River Valley，SE China:Hydrothermal or Kiruna-type?Ore Geology Reviews，43(1):333-346

Hou T， Zhang ZC， Encarnacion J et al. 2012. Geochronology/geochemistry of the Washan dioritic porphyry associated with Kirunatype iron ores，Middle-Lower Yangtze River Valley，eastern China:Implications for petrogenesis/mineralization.International Geology Review，54(11):1332-1352

Huang QT and Yin GP.1989.Luohe Iron Deposit in Lujiang，Anhui.Beijing:Geological Publishing House，131-167(in Chinese)

Hutchinson RW.1990.Precious metals in massive base metal sulfide deposits.Geologische Rundschau，79(2):241-263

Institute of Geochemistry，China Academy of Sciences.1987.Oreforming Mechanism of Ningwu Type Iron Deposits.Beijing:Science Press，1-152(in Chinese)

Li JL，Zhang GL，Su LH.1986.An experimental study on the iron ore deposits formed by“ore magma”related to FeO-Ca5(PO4)3FNaAlSiO4-CaMgSi2O6system.Bulletin ofInstitute ofMineral Resources，China Academy of Geological Sciences，5(2):198-204(in Chinese with English abstract)

Li YH，Xie GQ，Duan C，Han D and Wang CY.2013.Effect of sulfate evaporate salt layer over the formation of skarn-type iron ores.Acta Geologica Sinica，87(9):1324-1334(in Chinese with English abstract)

Lu B，Hu SX，Lin YS et al.1990.A discussion on genesis and metallogenic model of Ningwu-type iron deposits.Mineral Deposits，9(1):13-25(in Chinese with English abstract)

Lü QT，Yan JY，Shi DN et al.2013.Reflection seismic imaging of the Lujiang-Zongyang volcanic basin，Yangtze Metallogenic Belt:An insight into the crustal structure and geodynamics of an ore district.Tectonophysics，626:60-77

Mao JW，Stein H，Du AD et al.2004.Molybdenite Re-Os precise datin for molybdenitefrom Cu-Au-ModepositeintheMiddle-lower Reaches of Yangtze River belt and its implications for mineralization.Acta Geologica Sinica，78(1):121-131(in Chinese with English abstract)

Mao JW，Shao YJ，Xie GQ et al.2009.Mineral deposit model for porphyry-skarn polymetallic copper deposits in Tongling ore dense district of Middel-Lower Yangtze Valley metallogenic.Mineral Deposits，28(2):109-119(in Chinese with English abstract)

Mao JW，Duan C，Liu JL et al.2012.Metallogeny and corresponding mineral deposit model of the Cretaceous terrestrial volcanic-intrusive rocks-related polymetallic iron deposits in Middle-Lower Yangtze River Valley.Acta Petrologica Sinica，28(1):1-14(in Chinese with English abstract)

Ningwu Project Group.1978.The Porphyrite Iron Deposit of Ningwu.Beijing:Geological Publishing House，1-320(in Chinese)

Nystr?m JO，Billstr?m K，Henríquez F et al.2008.Oxygen isotope composition of magnetite in iron ores of the Kiruna type in Chile and Sweden.GFF，130(4):177-188

?hlander B，Billstr?m K and Híglenius E.1989.Geochemistry of the Proterozoic wolframite-bearing greisen veins and the associated granite at Rostberget，northern Sweden.Chemical Geology，78(2):135-150

Ohmoto H and Rye RO.1979.Isotopes of sulfur and carbon.In:Barnes HL(ed.).Geochemistry of Hydrothermal Ore Deposits.New York:Wiley-Interscience，509-567

Paster TP，Schuwecker DS and Haskin LA.1974.The behavior of some trace elements during solidification of the Skaergaard layerd series.Geochimica et Cosmochimica Acta，38(10):1549-1577

Philpotts AR.1967.Origin of certain iron-titanium oxide and apatite rocks.Economic Geology，62(3):303-315

Ren QJ，Liu XS，Xu ZW.1991.Mesozoic Volcano-tectonic Depression and Its Mineralizing Process in Lujiang-Zongyang Area，Anhui Province.Beijing:Geological Publishing House，1-145(in Chinese)

Rona PA.1984.Hydrothermal mineralization at seafloor spreading centers.Earth Science Reviews，20(1):1-104

Schock HH.1979.Distribution of rear-earth and other trace elements in magnetite.Chemical Geology，26(1-2):119-133

Shen QH，Song HX and Zhao ZR.2009.Characteristics of rare earth elements and trace elements in Hanwang Neo-Archaern banded iron formation，Shandong Province.Acta Geoscientica Sinica，30(6):693-699(in Chinese with English abstract)

Sillitoe RH.2003.Iron oxide-copper-gold deposits:An Andean view.Mineralium Deposita，38(7):787-812

Stacey JS and Kramers JD.1975.Approximation of terrestrial lead isotope evolution by a two stage model.Earth and Planetary Science Letters，26(2):207-221

Sun SS and McDough WF.1989.Chemical and isotopic systematics of oceanic basalts:Implications for mantle composition and processes.In:Saunders AD and Norry MJ(eds.).Magmatism in the Ocean Basins.Geological Society of London，42:313-345

Tan YJ，Zeng JN，Zeng Y et al.2010.Zircon LA-ICP-MS U-Pb dating of ore-bearing pyroxene-trachyandesite porphyry and itsgeological significance in Luohe-Nihe iron ore field in Luzong basion，southern Anhui，China.Geological Bulletin of China，29(6):851-862(in Chinese with English abstract)

Tang YC，Wu YC，Chu GZ et al.1998.Geology of Copper-gold Polymetallic Deposits in along-Changjiang Area of Anhui Province.Beijing:Geological Publishing House，1-359(in Chinese)

Webster JD.2004.The exsolution of magmatic hydrosaline chloride liquids.Chemical Geology，210(1-4):33-48

Wu GG，Zhang D，Di YJ et al.2008.The age of SHRIMP zircon in the intrusion of Tongling ore concentration area and deep geodynamic background.Science in China(Series D)，38(5):630-645(in Chinese)

Wu LR.1978.The basic thoery of the Mesozoic volcanic Ningwu-type iron doposit，eastern China.Geology and Exploration，1(6):1-7(in Chinese)

Wu MA，Wang QS，Zheng GW et al.2011.Discovery of the Nihe iron deposit in Lujiang，Anhui，and its exploration significance.Acta Geologica Sinica，85(5):802-809(in Chinese with English abstract)

Yu XY and Bai ZH.1981.Latitic series in Lujiang-Zongyang region.Geochemical，5(1):57-65

Yuan F，Zhou TF，F(xiàn)an Y et al.2008.Source，evolution and tectonic setting of Mesozoic volcanic rocks in Luzong basin，Anhui Province.Acta Petrologica Sinica，24(8):1691-1702(in Chinese with English abstract)

Yuan JZ，Zhang F，Yin HJ et al.1997.Systematical study on ore-magma genesis of Meishan iron ore deposits.Geoscience，11(2):170-176(in Chinese with English abstract)

Zhai YS，Yao SZ，Lin XD et al.1992.Regularities of Metallogenesis for Copper(Gold)Deposits in the Middle and Lower Reaches of the Yangtze River Area.Beijing:Geological Publishing House，12-35(in Chinese)

Zhang LJ.2011.Polymetallic mineralization and associated magmatic and volcanic activity in the Luzong basin，Anhui Province，eastern China.Ph.D.Dissertation.Hefei:Hefei Univeristy of Technology，1-239(in Chinese with English summary)

Zhang RH.1980.On the mechanism of geochemical zoning of the altered country rock of the porphyrite iron ore in the Middle-Lower Changjiang Valley.Acta Geologica Sinica，54(1):70-85(in Chinese with English abstract)

Zhang S，Wu MA，Wang J et al.2014.The mineralization related with the syentie in Luzong Basin，Anhui Province. Acta Geologica Sinica，88(4):519-531(in Chinese with English abstract)

Zhang ZC，Hou T，Santosh M，Li HM，Li JW，Zhang ZH，Song XY and Wang M.2014.Spatio-temporal distribution and tectonic settings of the major iron deposits in China:An overview.Ore Geology Reviews，57:247-263

Zhang ZC，Hou T，Li HM，Li JW，Zhang ZH and Song XY.2014.Enrichment mechanism of iron in magmatic-hydrothermal system.Acta Petrologica Sinica，30(5):1189-1204(in Chinese with English abstract)

Zhang ZX，Yang FQ，Chai FM et al.2011.A study of REE geochemistry of Wutubulake iron deposit in Altay，Xinjiang.Mineral Deposits，30(1):87-102(in Chinese with English abstract)

Zhao WG，Wu MA，Zhang YY et al.2011.Geological characteristics and genesis of the Nihe Fe-S deposit， Lujiang County， Anhui Province.Acta Geologica Sinica，85(5):789-802(in Chinese with English abstract)

Zhou TF，F(xiàn)an Y，Yuan F et al.2008.Advances on petrogensis and metallogeny study of the mineralization belt of the Middle and Lower Reaches of the Yangtze River area.Acta Petrologica Sinica，24(8):1665-1678(in Chinese with English abstract)

Zhou TF，F(xiàn)an Y，Yuan F et al.2010.Temporal-spatial framework of magmatic intrusions in Luzong volcanic basin in East China and their constrain to minerlizations.Acta Petrologica Sinica，26(9):2694-2714(in Chinese with English abstract)

Zhou TF，Wang B，F(xiàn)an Y et al.2012.Apatite-actinolite-magnetite deposit related to A-type granite in Luzong basin:Evidence from Makou iron deposit.Acta Petrologica Sinica，28(10):3087-3098(in Chinese with English abstract)

Zhu BQ.1998.The Theory and Application of the Isotope Systerm in Geoscience:The Evolution of Chinese Crust.Beijing:Science Press，216-235(in Chinese)

附中文參考文獻(xiàn)

蔡本俊.1980.長江中下游地區(qū)內(nèi)生鐵銅礦床與膏鹽的關(guān)系.地球化學(xué)，(2):193-199

常印佛，劉湘培，吳言昌等.1991.長江中下游銅鐵成礦帶.北京:地質(zhì)出版社:1-359

陳毓川，張榮華，盛繼福等.1982.玢巖鐵礦礦化蝕變作用及成礦機(jī)理.中國地質(zhì)科學(xué)院礦床地質(zhì)研究所所刊，1(1):1-29

儲國正，黃許陳，張成火等.1990.安徽銅陵地區(qū)成礦控制因素的探討.安徽地質(zhì)，5(1):47-58

董樹文，向懷順，高銳等.2010.長江中下游廬江-樅陽火山巖礦集區(qū)深部結(jié)構(gòu)與成礦作用.巖石學(xué)報，26(9):2529-2542

段超，李延河，袁順達(dá)等.2012.寧蕪礦集區(qū)凹山鐵礦床磁鐵礦元素地球化學(xué)特征及其對成礦作用的制約.巖石學(xué)報，28(1):243-257

范裕，周濤發(fā)，郝麟等.2012.安徽廬樅盆地泥河鐵礦床成礦流體特征及其對礦床成因的指示.巖石學(xué)報，28(10):3113-3124

洪為，張作衡，姜宗勝等.2012.新疆西天山查崗諾爾鐵礦床磁鐵礦和石榴石微量元素特征及其對礦床成因的制約.巖石學(xué)報，28(7):2089-2102

黃清濤，尹恭沛.1989.安徽廬江羅河鐵礦.北京:地質(zhì)出版社，131-167

中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所.1987.寧蕪型鐵礦床形成機(jī)理.北京:科學(xué)出版社，1-152

李九玲，張桂蘭，蘇良赫.1986.與礦漿成礦有關(guān)的 FeO-Ca5(PO4)3F-NaAlSiO4-CaMgSi2O6四元體系模擬實(shí)驗(yàn)研究.中國地質(zhì)科學(xué)院礦床地質(zhì)研究所所刊，5(2):198-204

李延河，謝桂青，段超，韓丹，王成玉.2013.膏鹽層在矽卡巖型鐵礦成礦中的作用.地質(zhì)學(xué)報，87(9):1324-1334

盧冰，胡受奚，藺雨時等.1990.寧蕪型鐵礦床成因和成礦模式的探討.礦床地質(zhì)，9(1):13-25

毛景文，Stein H，杜安道.2004.長江中下游地區(qū)銅金(鉬)礦Re-Os年齡測定及其對成礦作用的指示.地質(zhì)學(xué)報，78(1):121-131

毛景文，邵擁軍，謝桂青等.2009.長江中下游成礦帶銅陵礦集區(qū)銅多金屬礦床模型.礦床地質(zhì)，28(2):109-119

毛景文，段超，劉佳林等.2012.陸相火山-侵入巖有關(guān)的鐵多金屬礦成礦作用及礦床模型——以長江中下游為例.巖石學(xué)報，28(1):1-14

寧蕪玢巖鐵礦編寫組.1978.寧蕪玢巖鐵礦.北京:地質(zhì)出版社，1-320

任啟江，劉孝善，徐兆文.1991.安徽廬樅中生代火山構(gòu)造洼地及其成礦作用.北京:地質(zhì)出版社，1-145

沈其韓，宋會俠，趙子然.2009.山東韓旺新太古代條帶狀鐵礦的稀土和微量元素特征.地球?qū)W報，30(6):693-699

覃永軍，曾鍵年，曾勇等.2010.安徽南部廬樅盆地羅河-泥河鐵礦田含礦輝石粗安玢巖鋯石LA-ICP-MS U-Pb定年及其地質(zhì)意義.地質(zhì)通報，29(6):851-862

唐永成，吳言昌，儲國正等.1998.安徽沿江地區(qū)銅金多金屬礦床地質(zhì).北京:地質(zhì)出版社，1-359

吳淦國，張達(dá)，狄永軍等.2008.銅陵礦集區(qū)侵入巖SHRIMP鋯石UPb年齡及其深部動力學(xué)背景.中國科學(xué)(D輯)，38(5):630-645

吳利仁.1978.我國東部中生代陸相火山巖寧蕪型鐵礦形成的基本原理.地質(zhì)與勘探，1(6):1-7

吳明安，汪青松，鄭光文等.2011.安徽廬江泥河鐵礦的發(fā)現(xiàn)及意義.地質(zhì)學(xué)報，85(5):802-809

于學(xué)元，白正華.1981.廬樅地區(qū)安粗巖系.地球化學(xué)，5(1):57-65

袁峰，周濤發(fā)，范裕等.2008.廬樅盆地中生代火山巖的起源、演化及形成背景.巖石學(xué)報，24(8):1691-1702

袁家錚，張峰，殷純嘏等.1997.梅山鐵礦礦漿成因的系統(tǒng)探討.現(xiàn)代地質(zhì)，11(2):170-176

翟裕生，姚書振，林新多等.1992.長江中下游地區(qū)鐵銅(金)成礦規(guī)律.北京:地質(zhì)出版社，12-35

張樂駿.2011.安徽廬樅盆地成巖成礦作用研究.博士學(xué)位論文.合肥:合肥工業(yè)大學(xué):1-239

張榮華.1980.長江中下游玢巖鐵礦圍巖蝕變的地球化學(xué)分帶形成機(jī)理.地質(zhì)學(xué)報，54(1):70-85

張舒，吳明安，汪晶等.2014.安徽廬樅盆地與正長巖有關(guān)的成礦作用.地質(zhì)學(xué)報，88(4):519-531

張招崇，侯通，李厚民，李建威，張作衡，宋謝炎.2014.巖漿-熱液系統(tǒng)中鐵的富集機(jī)制探討.巖石學(xué)報，30(5):1189-1204

張志欣，楊富全，柴鳳梅等.2011.新疆阿爾泰烏吐布拉克鐵礦床稀土元素地球化學(xué)研究.礦床地質(zhì)，30(1):87-102

趙文廣，吳明安，張宜勇等.2011.安徽省廬江縣泥河鐵硫礦床地質(zhì)特征及成因初步分析.地質(zhì)學(xué)報，85(5):789-802

周濤發(fā)，范裕，袁峰.2008.長江中下游成礦帶成巖成礦作用研究進(jìn)展.巖石學(xué)報，24(8):1665-1678

周濤發(fā)，范裕，袁峰等.2010.廬樅盆地侵入巖的時空格架及其對成礦的制約.巖石學(xué)報，26(9):2694-2714

周濤發(fā)，王彪，范裕等.2012.廬樅盆地與A型花崗巖有關(guān)的磁鐵礦-陽起石-磷灰石礦床——以馬口鐵礦床為例.巖石學(xué)報，28(10):3087-3098

朱炳泉.1998.地球科學(xué)中同位素體系理論與應(yīng)用——兼論中國大陸殼幔演化.北京:科學(xué)出版社，216-235