山東省東平—汶上鐵礦帶鐵礦床地球化學(xué)特征分析

謝 祥，司榮軍，杜顯彪，甘延景，劉邦君

(1.河南理工大學(xué)，河南 焦作 454000；2.山東省魯南地質(zhì)工程勘察院，山東 兗州 272000)

山東省東平—汶上鐵礦帶鐵礦床地球化學(xué)特征分析

謝 祥1，司榮軍1，杜顯彪2，甘延景2，劉邦君2

(1.河南理工大學(xué)，河南 焦作 454000；2.山東省魯南地質(zhì)工程勘察院，山東 兗州 272000)

東平—汶上鐵礦帶是魯西重要的鞍山式鐵礦帶，礦床賦存于新太古界泰山群山草峪組變質(zhì)巖中，目前已經(jīng)探明10余處大、中型鐵礦床。鐵礦體一般呈層狀、似層狀，長(zhǎng)一般800 m，厚度6 m；礦石主要為磁鐵石英巖，發(fā)育條帶狀構(gòu)造。文章闡述了通過(guò)采集典型礦床礦石及圍巖樣品，測(cè)試其常量元素、稀土元素、微量元素，結(jié)果顯示磁鐵石英巖總體表現(xiàn)為高硅，低磷、低鋁；礦石和圍巖的稀土元素含量都較低(w(ΣREE)=23.74×10-6～141.22×10-6)，相對(duì)富集輕稀土，虧損重稀土(w(LREE)/w(HREE)=4.10～5.42)，Eu負(fù)異常(δEu=0.61～0.96，平均0.86)，Ce不顯異常(δCe=0.93～1.05，平均0.94)；富集大離子親石元素K、Rb、Ba、Th，高場(chǎng)強(qiáng)元素Ta、Nb、Zr、Hf、Ti等相對(duì)虧損。研究結(jié)果表明，東平—汶上鐵礦成礦帶的賦礦原巖形成于大陸邊緣和火山島弧構(gòu)造環(huán)境；山草峪組變質(zhì)巖原巖可能經(jīng)歷了多個(gè)完整的火山-沉積旋回，火山活動(dòng)提供了成礦物質(zhì)鐵和硅；成礦期海水為缺氧的弱還原環(huán)境。

魯西地區(qū)；東平—汶上鐵礦帶；鞍山式鐵礦；地球化學(xué)特征；山東省

0 引言

東平—汶上鐵礦帶是魯西地區(qū)重要的鞍山式鐵礦成礦帶，其范圍北起東平縣陳家莊，南到汶上縣大屯；鐵礦帶長(zhǎng)25 km，寬2～6 km，走向NW。該礦帶已經(jīng)探明張寶莊、張家毛灘、彭集、大牛、化肥廠、馮家莊、李官集等10余處大、中型鐵礦床，其地質(zhì)勘查工作程度很高，地質(zhì)資料積累很多，但由于礦床為第四系覆蓋，一直很少有人對(duì)該成礦帶開展礦床地球化學(xué)方面的研究。本次研究工作嘗試對(duì)山東省東平—汶上鐵礦帶的礦石和圍巖進(jìn)行采樣分析其常量元素、微量元素、稀土元素，試圖從地球化學(xué)方面來(lái)探討東平—汶上鐵礦帶的成礦物質(zhì)來(lái)源、成礦構(gòu)造背景。

1 成礦地質(zhì)背景

1.1 地層

東平—汶上地區(qū)大面積被第四系覆蓋，僅在局部出露新太古界泰山巖群變質(zhì)巖、古生界寒武系及新生界古近系官莊群大汶口組。

泰山巖群構(gòu)成本區(qū)的結(jié)晶基底，主要為一套巨厚層低-中級(jí)變質(zhì)巖系，可劃分為雁翎關(guān)巖性組和山草峪巖性組；山草峪組是區(qū)域鐵礦床的賦存層位。

(1)雁翎關(guān)組

主要巖性為細(xì)粒斜長(zhǎng)角閃巖、綠泥透閃片巖、角閃變粒巖，另外有滑石化蛇紋透閃片巖(科馬提巖)，強(qiáng)電氣石化透閃陽(yáng)起片巖。雁翎關(guān)組整體上可分為下部角閃變粒巖、黑云變粒巖和上部斜長(zhǎng)角閃巖、綠泥透閃片巖兩部分。

(2)山草峪組

主要巖性以變粒巖為主，次為黑云斜長(zhǎng)片麻巖、片巖、斜長(zhǎng)角閃巖夾條帶、條紋狀磁鐵石英巖；巖石普遍遭受區(qū)域變質(zhì)作用和不同程度的混合巖化作用，片理發(fā)育，其走向320°～340°，傾向SW，傾角50°～75°。此巖性組上半部是區(qū)內(nèi)磁鐵礦的賦礦層位，已發(fā)現(xiàn)張家毛灘等多處大中型鐵礦床，構(gòu)成了有名的東平—汶上鐵礦帶。

變粒巖。以黑云變粒巖為主，根據(jù)組成礦物的成分變化分為二云變粒巖、黑云角閃變粒巖及含黃鐵礦黑云變粒巖等。巖石通常為灰黑色、灰白色，角閃石增多時(shí)呈灰綠黑色；礦物粒徑一般小于0.5 mm，具有細(xì)粒鱗片柱狀變晶結(jié)構(gòu)，致密塊狀、層狀構(gòu)造；主要組成礦物的體積分?jǐn)?shù)為斜長(zhǎng)石40%～50%、石英10%～25%、黑云母20%～30%，白云母、鉀長(zhǎng)石、石榴石的體積分?jǐn)?shù)含量小于5%～10%。

磁鐵石英巖。巖石呈灰黑色，具有細(xì)?；◢徸兙ЫY(jié)構(gòu)，條帶、條紋狀構(gòu)造。礦物成分以磁鐵礦和石英為主，不均勻含普通角閃石、透閃石、鐵閃石、陽(yáng)起石等閃石類礦物和石榴石等礦物，而且一般僅出現(xiàn)1—2種閃石類礦物；組成礦物的體積分?jǐn)?shù)為石英55%～75%、磁鐵礦25%～35%、閃石類等礦物0%～5%，含少量磷灰石。石英呈等軸粒狀，平均粒徑0.2～0.3 mm；磁鐵礦呈不規(guī)則粒狀、等軸粒狀，平均粒徑0.1～0.2 mm，并相對(duì)富集形成巖石的暗色條帶；閃石類礦物呈柱狀定向排列，有交代磁鐵礦現(xiàn)象。在磁鐵石英巖層位附近或磁鐵石英巖層內(nèi)，角閃石類礦物含量一般較高，并常有斜長(zhǎng)角閃巖夾層出現(xiàn)，顯示了基性火山巖—硅鐵質(zhì)巖石的原巖沉積建造特征。

黑云斜長(zhǎng)片麻巖。巖石為灰白色，中-細(xì)粒鱗片花崗變晶結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造，主要礦物組成有斜長(zhǎng)石、石英、黑云母、角閃石、綠簾石、方解石、榍石、磷灰石、絹云母、綠泥石、金屬礦物和粘土礦物等。受混合巖化的巖石中發(fā)育少量微斜長(zhǎng)石。

片巖類。巖石呈綠黑色、薄層狀?yuàn)A于黑云變粒巖和斜長(zhǎng)角閃巖中，分布較少；主要有黑云片巖、綠泥陽(yáng)起片巖、透閃片巖等。

斜長(zhǎng)角閃巖。巖石呈灰綠色，具有細(xì)粒變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。巖石由斜長(zhǎng)石、普通角閃石、碳酸鹽、黝簾石、榍石、磁鐵礦、絹云母等組成；部分斜長(zhǎng)石蝕變?yōu)樘妓猁}、絹云母和黝簾石。

1.2 構(gòu)造

東平—汶上地區(qū)區(qū)域褶皺、斷裂構(gòu)造發(fā)育。

(1)褶皺構(gòu)造

東平—汶上復(fù)式背斜是區(qū)內(nèi)的主要褶皺構(gòu)造，背斜軸面走向NW-NNW，傾向NE，傾角70°～80°，兩翼地層為山草峪組，核部地層為雁翎關(guān)組；背斜次級(jí)柔皺非常發(fā)育。東平—汶上復(fù)式背斜與區(qū)內(nèi)的鐵礦關(guān)系密切，鐵礦床賦存于背斜構(gòu)造近核部位置。

(2)斷裂構(gòu)造

區(qū)內(nèi)的斷裂構(gòu)造比較發(fā)育，多見斷裂構(gòu)造把礦體切斷，屬于礦后斷裂，對(duì)成礦沒有影響。

2 成礦地質(zhì)特征

東平—汶上地區(qū)的鐵礦床賦存于泰山巖群山草峪組上部含鐵巖系中，已發(fā)現(xiàn)有張寶莊等10余處大中型鐵礦床；東平—汶上鐵礦成礦帶賦礦層位具有專屬性，其成礦類型具有“鞍山式鐵礦”特征。

東平—汶上鐵礦成礦帶受東平—汶上復(fù)式背斜構(gòu)造控制(圖1)，可分為西帶、東帶。西帶自南→北，依次斷續(xù)分布著檀家樓鐵礦床、李官集鐵礦床、彭集鐵礦床、黃莊鐵礦床、田莊鐵礦床、陳莊鐵礦床；東帶由南→北，斷續(xù)分布著張寶莊鐵礦床、張家毛灘鐵礦床、馮家莊鐵礦床、化肥廠鐵礦床、大牛鐵礦床。東、西兩礦帶走向大體NW向延伸，至小陳莊附近逐漸收斂；彭集以南，東側(cè)呈“喇叭狀”散開。兩礦帶在礦區(qū)中部欒廟一帶受NE向的斷層影響，南、北兩側(cè)分別向NE、SW方向平移，其平衡距離大約1 500 m左右。

成礦帶內(nèi)的鐵礦床地質(zhì)特征基本一致。礦體形態(tài)一般呈層狀、似層狀，形態(tài)較規(guī)整(圖2)，厚度變化屬穩(wěn)定—較穩(wěn)定型；礦體走向總體NW，傾向SW，傾角50°～70°(中部地區(qū)的李官集鐵礦床最陡)。單礦體最長(zhǎng)5 193 m，平均798 m；單礦體延深最大1 302 m，平均284 m；單礦體厚度最大42.72 m，平均6.06 m。礦石巖性主要為角閃磁鐵石英巖、磁鐵石英角閃巖、磁鐵角閃石英巖等。礦石組構(gòu)主要為粒狀變晶結(jié)構(gòu)，條紋條帶狀構(gòu)造，少量致密塊狀構(gòu)造。礦石品位一般為w(mFe)=20%～25%，且以致密塊狀礦石的品位相對(duì)較高。

圖1 東平—汶上鐵礦帶礦床分布簡(jiǎn)圖Fig.1 Map showing distribution of iron deposits inDongping-Wenshang iron ore belt1.背斜樞紐及產(chǎn)狀(第四系覆蓋)；2.含礦層(第四系覆蓋)；3.斷裂；4.鐵礦床

圖2 張家毛灘鐵礦床Ⅰ礦段18勘探線剖面圖Fig.2 Section of prospecting lines at oredomain 18 in Zhangjiamaotan iron deposit 1.第四系；2.泰山群山草峪組；3.鐵礦體及編號(hào)

3 樣品采集與分析結(jié)果

本次工作在馮家莊和李官集兩個(gè)鐵礦床采集鐵礦石(磁鐵石英巖)4件，圍巖(黑云變粒巖，斜長(zhǎng)角閃巖，黑云斜長(zhǎng)片麻巖)17件，對(duì)所采集的樣品進(jìn)行了巖礦鑒定、硅酸鹽全分析、微量和稀土元素分析工作。樣品分析由山東省地質(zhì)實(shí)驗(yàn)研究院完成，主要分析儀器為IRIS Intrepid II全譜直讀等離子體發(fā)射光譜儀、XSERIES 2等離子體質(zhì)譜儀及AFS-820雙道原子熒光光譜儀等；測(cè)試結(jié)果見表1、表2、表3所述。

3.1 主量元素分析

分析結(jié)果詳見表1所述。

(1)磁鐵石英巖主要化學(xué)成分為SiO2、Fe2O3、FeO，三者的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為45.41%～49.48%、20.95%～24.75%、16.21%～18.63%；MnO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.11%～0.14%，平均0.125%；TiO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.02%～0.51%，平均0.238%；Na2O與K2O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值分別為0.095%、0.29%；MgO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值為1.2%，P2O5的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.10%～0.18%。其硅鐵氧化物含量與鞍山—本溪、五臺(tái)山地區(qū)條帶狀鐵礦石基本一致[1,2]；本區(qū)鐵礦石總體表現(xiàn)為高硅，低磷、低鋁等特征，指示其與海相火山沉積有關(guān)[3-5]。

(2)圍巖的主要化學(xué)成分SiO2、Al2O3、FeO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值分別為59.3%、12.8%、8.5%；Na2O、K2O和MgO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值分別為2.56%、2.15%、4.1%；TiO2和P2O5的質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值分別為0.52%、0.18%。與礦石相比，圍巖中Al2O3、Na2O、K2O和MgO含量遠(yuǎn)高于鐵礦石中的含量。

3.2 稀土和微量元素分析

3.2.1 稀土元素特征

稀土分析結(jié)果表詳見表2所述。

(1)礦石(磁鐵石英巖)稀土總量較低，w(ΣREE)=23×10-6～42×10-6；輕稀土含量為19.12×10-6～35.63×10-6，重稀土含量為4.62×10-6～6.57×10-6，w(LREE)/w(HREE)=4.10～5.42，平均為4.59；w(La)N/w(Yb)N=3.37～4.97，平均3.96。稀土元素特征表現(xiàn)為輕稀土相對(duì)富集，重稀土相對(duì)虧損，其稀土配分模式為右傾型(見圖3)。δEu在0.77～0.89之間，平均值為0.86，屬于Eu弱虧損型。δCe在0.90～0.93之間，平均值為0.91，微弱虧損。

(2)圍巖(黑云變粒巖)稀土質(zhì)量分?jǐn)?shù)總量在84×10-6～141×10-6之間，輕稀土的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為73.19×10-6～131.16×10-6，重稀土的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10.06×10-6～13.54×10-6，輕重稀土的w(LREE)/w(HREE)值為6.65～13.04，平均為8.83；w(La)N/w(Yb)N在5.88～20.12之間，平均10.50。稀土元素特征表現(xiàn)為輕稀土相對(duì)富集，重稀土相對(duì)虧損，其稀土配分模式為右傾型(見圖3)。δEu在0.61～0.96之間，平均0.86，屬于Eu弱虧損型。δCe在0.93～1.05之間，平均值為0.97，Ce異常不明顯。

表1 馮家莊、李官集礦床礦石及圍巖主量元素分析結(jié)果

量單位：wB/%

表2 馮家莊、李官集礦床礦石及圍巖稀土元素分析結(jié)果表

量單位：wB/10-6

表3 馮家莊、李官集礦床礦石及圍巖微量元素分析結(jié)果

量單位：wB/10-6

圖3 馮家莊、李官集礦床礦石及圍巖稀土配分模式圖Fig.3 REE pattern of ore and wall rock samples from Fengjiazhuang, Liguanji iron deposits

3.2.2 微量元素特征

磁鐵石英巖及黑云變粒巖(圍巖)的微量元素含量及原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化不相容元素蛛網(wǎng)圖分別見表3、圖4。

(1)礦石(磁鐵石英巖)中Rb含量為w(Rb)=12.70×10-6～29.70×10-6，Ba含量為w(Ba)=34.56×10-6～89.34×10-6，Sr含量為w(Sr)=62.02×10-6～73.83×10-6；Ta含量為w(Ta)=0.16×10-6～0.14×10-6，Nb含量為w(Nb)=0.80×10-6～1.70×10-6，Hf含量為w(Hf)=0.13×10-6～1.18×10-6。總體表現(xiàn)為大離子親石元素富集，虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素。

圖4 馮家莊、李官集礦床礦石及圍巖微量元素地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖Fig.4 Primitive Mantle normalized trace element spider diagram of ore and wall rock samples from Fengjiazhuang, Liguanji iron deposits

(2)圍巖(黑云變粒巖)中Rb含量為w(Rb)=70.60×10-6～149.50×10-6，Ba含量為w(Ba)=160.40×10-6～668.10×10-6； Ta含量為w(Ta)=0.32×10-6～0.79×10-6，Nb含量為w(Nb)=3.90×10-6～8.10×10-6，Hf含量為w(Hf)=2.85×10-6～4.87×10-6。同樣，總體表現(xiàn)為富大離子親石元素，虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素。

從圖3、圖4中不難看出，礦石和圍巖的稀土配分曲線及微量元素地幔標(biāo)準(zhǔn)化曲線趨勢(shì)大致相同，相關(guān)性較好，顯示出礦石及圍巖的同源性。

4 討論

4.1 礦床成因類型分析

鐵礦石的硅鋁氧化物比值w(SiO2)/w(Al2O3)及w(Sr)/w(Ba)對(duì)礦床成因具有一定的指示意義[6]，一般認(rèn)為火山沉積變質(zhì)成因鐵礦的w(SiO2)/w(Al2O3) 值大于10，而變質(zhì)成因鐵礦的w(SiO2)/w(Al2O3) 值應(yīng)小于10；而火山巖和海相沉積物的w(Sr)/w(Ba)值大于1，陸源沉積巖的w(Sr)/w(Ba)值小于1。本研究區(qū)鐵礦石的硅鋁氧化物比值w(SiO2)/w(Al2O3)在22～40之間，平均值為32，應(yīng)屬于火山沉積變延成因；東平—汶上鐵礦帶w(Sr)/w(Ba)值平均值為1.57，與火山巖和海相沉積物w(Sr)/w(Ba)值近似一致。以上表明，東平—汶上鐵礦帶產(chǎn)出的鐵礦床應(yīng)為火山沉積變質(zhì)鐵礦床。

圖5 馮家莊、李官集礦床山草峪組變質(zhì)巖[(al+fm)-(c+alk)]—SI圖解(底圖據(jù)Simenan[7]，1953)Fig.5 [(al+fm)-(c+alk)]—SI diagram for the metamorphic rocks of Shancaoyu Formationin Fengjiazhuang, Liguanji iron deposits

4.2 賦礦巖石原巖恢復(fù)

將有關(guān)賦礦巖石的分析計(jì)算結(jié)果投點(diǎn)到[(al+fm)-(c+alk)]—SI圖中(圖5)，投點(diǎn)比較分散。其中，斜長(zhǎng)角閃巖一件樣品落入厚層泥巖區(qū)域，其余全部落入火山巖區(qū)；黑云變粒巖有兩件樣品落入火成巖區(qū)，其余七件落入厚層泥巖及砂巖區(qū)；黑云斜長(zhǎng)片麻巖兩件都落入泥巖砂巖區(qū)。[(al+fm)-(c+alk)]—SI圖解指示本區(qū)原巖建造為火山-沉積巖，其中黑云變粒巖原巖為泥巖、砂巖及部分火山巖，表明其位于砂質(zhì)沉積和泥質(zhì)沉積的過(guò)渡帶上，沉積過(guò)程中摻雜了部分火山碎屑巖或火山凝灰?guī)r[4]。

將有關(guān)賦礦巖石的分析計(jì)算結(jié)果投點(diǎn)到A—C—FM圖中(圖6)，斜長(zhǎng)角閃巖落點(diǎn)較為集中，全部落入Ⅸ區(qū)，指示其原巖主要為基性火山巖，少量為泥質(zhì)巖；黑云斜長(zhǎng)片麻巖投點(diǎn)落在Ⅱ區(qū)和Ⅲ區(qū)之間的過(guò)渡區(qū)上，指示其原巖可能為中酸性火山巖和鐵質(zhì)泥質(zhì)巖；黑云變粒巖的投點(diǎn)較為分散，在Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ共計(jì)4個(gè)區(qū)，指示其原巖較為復(fù)雜，包括中酸性火山巖、砂巖、膠體化學(xué)沉積巖及泥質(zhì)巖、鐵質(zhì)泥質(zhì)巖。

圖6 馮家莊、李官集礦床山草峪組變質(zhì)巖A—C—FM圖解(底圖據(jù)謝緬年科，1966)Fig.6 A—C—FM diagram for the metamorphic rocks of Shancaoyu Formation inFengjiazhuang, Liguanji iron depositsⅠ.純泥質(zhì)巖；Ⅱ.鐵質(zhì)泥質(zhì)巖；Ⅲ.中酸性火山巖；Ⅳ.長(zhǎng)石砂巖；Ⅴ.膠體化學(xué)沉積巖及泥質(zhì)巖；Ⅵ.膠體化學(xué)沉積巖；Ⅶ.超基性巖；Ⅷ.超基性火山巖及部分白云質(zhì)巖石；Ⅸ.基性火山巖及部分泥灰質(zhì)巖石；Ⅹ.碳酸鹽巖沉積巖；XI.泥灰質(zhì)沉積巖

圖7 馮家莊、李官集礦床山草峪組變質(zhì)巖AFM圖解(底圖據(jù)Irvine[8]，1971)Fig.7 AFM diagram for the metamorphic rocks of Shancaoyu Formation inFengjiazhuang,Liguanji iron depositsTH.拉斑玄武巖系列；CA.鈣堿性系列F=w(FeO+0.899Fe2O3)；A=w(Na2+K2O)；M=w(MgO)

圖8 馮家莊、李官集礦床山草峪組變質(zhì)巖lg τ—lg δ圖解(底圖據(jù)Rittmann[9]，1973)Fig.8 lg τ—lg δ diagram for themetamorphic rocks of Shancaoyu Formation in Fengjiazhuang,Liguanji iron depositsA.板內(nèi)穩(wěn)定區(qū)火山巖；B.大陸邊緣消減帶火山巖；J.日本火山巖；C.由A、B演化的火山巖

綜上可知，山草峪組斜長(zhǎng)角閃巖原巖主要為基性火山巖，黑云變粒巖原巖主要為砂質(zhì)、泥質(zhì)沉積巖及在沉積過(guò)程中摻入的部分中酸性火山巖，黑云斜長(zhǎng)片麻巖原巖主要為中酸性火山巖。山草峪組原巖不僅有火山巖還有泥質(zhì)沉積巖和砂質(zhì)沉積巖表明其沉積環(huán)境可能為遠(yuǎn)洋盆地靠近大陸邊緣區(qū)域，沉積過(guò)程中受到大洋內(nèi)火山活動(dòng)的影響，即山草峪組原巖可能經(jīng)歷了多個(gè)完整的由基性—中性—酸性火山-沉積旋回。

4.3 大地構(gòu)造背景

為了判別山草峪組巖石的原巖形成大地構(gòu)造環(huán)境，本次研究作了AFM圖解(圖7)、里特曼—弋蒂里指數(shù)(lgτ—lgδ)圖解(圖8)。

(1)在AFM圖解中，有2件黑云變粒巖和三件斜長(zhǎng)角閃巖樣品落入拉斑玄武巖系列內(nèi)，其余樣品全部落入鈣堿性系列區(qū)，表明山草峪組原巖具有從拉斑玄武巖到鈣堿性火山巖到火山沉積巖、沉積巖的旋回變化，拉斑玄武巖與鐵礦的形成有密切關(guān)系[10]。

(2)在lgτ—lgδ圖解中，除有1件斜長(zhǎng)角閃巖落在B區(qū)與C區(qū)邊界外，其他全部落入B區(qū)內(nèi)，說(shuō)明研究區(qū)變質(zhì)巖原巖具有大陸邊緣及島弧火山巖特點(diǎn)。

另外，山草峪組變質(zhì)巖的稀土總量w(ΣREE)值介于84×10-6～141×10-6之間，w(LREE)/w(HREE) 值介于6.65～13.04之間，w(La)N/w(Yb)N值介于5.88～20.12之間；大離子親石元素K、Rb、Ba、Th等明顯富集，而高場(chǎng)強(qiáng)元素Ta、Nb、Zr、Hf、Ti等則相對(duì)虧損。上述特征表明，山草峪組巖石的原巖具有島弧火山巖特征[11-15]。

4.4 成礦物質(zhì)來(lái)源

有關(guān)研究資料表明，產(chǎn)于前寒武系中的磁鐵石英巖型鐵礦床主要分為阿爾戈馬型和蘇必利爾湖型兩類；前者主要與火山熱液沉積有關(guān)，后者則與火山活動(dòng)無(wú)明顯關(guān)系。根據(jù)前文分析，本研究區(qū)的磁鐵石英巖型鐵礦床與火山活動(dòng)密切相關(guān)，可判斷為阿爾戈馬型鐵礦床。

據(jù)文獻(xiàn)[16]的研究表明，與火山-沉積作用有關(guān)的硅鐵質(zhì)鐵礦床與海底熱液噴流作用有關(guān)。該類型礦體賦存在火山噴發(fā)間歇期沉積巖中，火山活動(dòng)是鐵和硅的主要來(lái)源，在火山活動(dòng)末期的一個(gè)穩(wěn)定的火山噴氣沉積階段是該鐵礦的形成時(shí)期。五臺(tái)山、鞍山、弓長(zhǎng)嶺等地區(qū)的磁鐵石英巖型鐵礦床的稀土元素特征，一般呈現(xiàn)輕稀土元素虧損、重稀土元素富集、較強(qiáng)的Eu正異常、明顯的Y正異常等特點(diǎn)[16]。然而，本研究區(qū)的礦石及圍巖的稀土元素特征為輕稀土元素富集、重稀土元素相對(duì)虧損，輕微Eu負(fù)異常，Y的異常不明顯，Ce輕微負(fù)異常。表明本研究區(qū)的鐵礦形成環(huán)境與五臺(tái)、鞍山與長(zhǎng)嶺鐵礦有所區(qū)別，其特征可以從Eu、Ce異常方面來(lái)反映。

(1)Eu異常。Eu屬于變價(jià)金屬，通常以Eu3+的狀態(tài)與其他稀土元素共同遷移。在高溫、還原性溶液條件下部分Eu3+會(huì)被還原成Eu2+，并與其他[REE]3+發(fā)生分離而使流體形成Eu正異常，從流體中沉淀的礦物也同樣具有Eu正異常[17-18]；Eu正異常值越高表示成礦熱液釋放到海水中的高溫?zé)嵋涸蕉唷Ｔ谥械葴囟燃爸械冗€原條件下，流體中的Eu3+及Eu2+均占有一定比例，從其流體中沉淀的礦物可能會(huì)出現(xiàn)輕微Eu正異常、無(wú)異?；蜇?fù)異常[19]。由于海底火山活動(dòng)中產(chǎn)生的大量還原性氣體及熱量釋放到海水中，在一定溫度及一定還原性條件下使得本研究區(qū)磁鐵石英巖及圍巖出現(xiàn)Eu負(fù)異常。

(2)Ce異常。Ce3+在氧化環(huán)境下會(huì)被氧化成Ce4+，Ce4+容易發(fā)生水解而被有機(jī)物及粘土等吸附沉淀造而成海水中Ce虧損；而低氧或缺氧的海水中Ce虧損不明顯。本地區(qū)磁鐵石英巖及圍巖Ce輕微負(fù)異常表明磁鐵礦形成在缺氧環(huán)境下[20-21]。

綜上所述，東平—汶上地區(qū)的磁鐵石英巖物質(zhì)來(lái)源為海底火山活動(dòng)，海底火山活動(dòng)使得地殼深部及上地幔的熱液攜帶大量的硅及鐵噴出[22]，它們先后沉積，形成明暗相間的鐵質(zhì)層、硅質(zhì)層，其韻律層則代表了當(dāng)時(shí)海底火山活動(dòng)的周期[23]；在成礦過(guò)程中熱液對(duì)鐵礦形成提供的影響(溫度、還原條件等)較小，海水為缺氧環(huán)境。

5 結(jié)語(yǔ)

(1)東平—汶上鐵礦成礦帶磁鐵石英巖礦石總體表現(xiàn)為高硅、低磷、低鋁等特征；礦石與圍巖稀土特征基本一致，均相對(duì)富集輕稀土、虧損重稀土、Eu負(fù)異常、Ce不顯異常，大離子親石元素K、Rb、Ba、Th等在礦石及圍巖中明顯富集，而高場(chǎng)強(qiáng)元素Ta、Nb、Zr、Hf、Ti等則相對(duì)虧損。磁鐵石英巖主要化學(xué)成分與鞍山—本溪、五臺(tái)山地區(qū)條帶狀鐵礦石硅鐵氧化物含量基本一致，但在稀土元素特征方面有所差異。

(2)東平—汶上鐵礦成礦帶的成礦構(gòu)造環(huán)境為大陸邊緣和火山島??；山草峪組變質(zhì)巖原巖可能經(jīng)歷了多個(gè)完整的火山-沉積旋回，火山活動(dòng)提供了成礦物質(zhì)鐵和硅，海水為缺氧的弱還原環(huán)境。

[1] 周世泰. 鞍山—本溪地區(qū)條帶狀鐵礦地質(zhì)[M]. 北京: 地質(zhì)出版社, 1994.

[2] 白瑾. 五臺(tái)山早前寒武紀(jì)地質(zhì)[M]. 天津: 天津科學(xué)技術(shù)出版社, 1986: 342-385.

[3] 張東陽(yáng), 蘇慧敏, 秦松, 等. 河南窯場(chǎng)鐵礦床地球化學(xué)特征及其地質(zhì)意義[J]. 礦床地質(zhì), 2009, 28(03): 321-335.

[4] 李永峰, 謝克家, 羅正傳, 等. 河南舞陽(yáng)鐵山鐵礦床地球化學(xué)特征及其環(huán)境意義[J]. 地質(zhì)學(xué)報(bào), 2013, 87(9): 1377-1398.

[5] Michael M Kimberley. Exhalative origins of iron formations[J]. Ore Geology Reviews, 1989(5): 13-154．

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

[7] Simenan A. Stratigraphy and sedimentation of the Sveoeofennidie, early Arehean supraerustal rocks in southwestern Finland[J]. Bulletin de la Commission Geologique de Finlande. 1953, 160: l-64.

[8] Irvine T N, Baragar W R A. A guide to the chemical classification of the common volcanic rocks[J]. Canadian Journal of Earth Science, 1971, 8: 528-548.

[9] Rittmann A. Stable Mineral Assemblages of Igneous Rocks[M]. Heideberg Springer, 1973: 1-262.

[10] 李樹勛, 冀樹楷, 馬志紅, 等. 五臺(tái)山地區(qū)變質(zhì)沉積鐵礦地質(zhì)[M]. 長(zhǎng)春: 吉林科學(xué)技術(shù)出版社, 1986: 93-153.

[11] Nions R K, Clarke D B. Comparative trace element geoehemis-try of Tertiary basalts from Baffin Bay[J]. Earth and Planetary Science letters, 1972, 15: 436-446.

[12] 張巖, 顧雪祥, 等. 山西原平王家莊條帶狀磁鐵石英巖礦床元素地球化學(xué)特征及其地質(zhì)意義[J]. 現(xiàn)代地質(zhì), 2010, 24(1): 69-79.

[13] Foley S F, Wheller. G E. Parallels in the origin of the geochemical signa tures of island arc volcanics and continental potassic igneous rocks: The role of residual titanates[J]. Chemical Geology, 1990: 1-18

[14] Keleman P B, Johnson K T M, Kinzler R J. High-field-strength element d epletion in arc baslts due to mantle-magma interaction[J]. NATURE, 1990: 521-524.

[15] 張本仁. 大陸造山帶地球化學(xué)研究: Ⅰ巖石構(gòu)造環(huán)境地球化學(xué)判別的改進(jìn)[J]. 西北地質(zhì), 2001, 34(3): 47-63.

[16] 沈保豐. 中國(guó)BIF型鐵礦床地質(zhì)特征和資源遠(yuǎn)景[J]. 地質(zhì)學(xué)報(bào), 2012, 86(09): 1376-1395.

[17] 陳德潛, 陳剛. 實(shí)用稀土元素地球化學(xué)[M]. 北京: 冶金工業(yè)出版社, 1990.

[18] 丁振舉, 姚書振, 劉叢強(qiáng), 等. 東溝壩多金屬礦床噴流沉積成礦特征的稀土元素地球化學(xué)示蹤[J]. 巖石學(xué)報(bào), 2003, 19(4): 792-798.

[19] Sveriensky D A. Oil field brines as ore-forming solutions[J]. Econ. Geol. 1984, 79(1): 23-37.

[20] Bau M, Dulski P. Distribut ion of yttrium and rare-earth elements in the Penge and Kuruman iron-formation, Transvaal Supergroup, South Africa[J]. Precambrian Research. 1996, 79: 37-55.

[21] Mclennan S B. Rare earth elements in sedimentary rocks: influence of provenance and sedimentary processes//Lipin B R, Mckay G A. Geochemistry and Mineralogy of Rare EarthElements[M]. Washington: Mineralogical Society of America, 1989: 169-200.

[22] 中國(guó)科學(xué)院礦床地球化學(xué)開放研究實(shí)驗(yàn)室.礦床地球化學(xué)[M]. 北京: 地質(zhì)出版社, 1997: 80-92.

[23] 李延河, 侯可軍, 萬(wàn)德芳, 等. 前寒武紀(jì)條帶狀硅鐵建造的形成機(jī)制與地球早期的大氣和海洋[J]. 地質(zhì)學(xué)報(bào), 2010, 84(9): 1359-1373.

Geochemical characteristics of iron ore deposits from Dongping-Wenshang iron ore belt in Shangdong province

XIE Xiang1，SI Rongjun1，DU Xianbiao2，GAN Yanjing2，LIU Bangjun2

(1.CollegeofResourcesandEnvironments，HenanPolytechnicUniversity，Jiaozuo454000； 2.InstituteofGeologicalEngineeringofsouthShandongprovince，Yanzhou272000)

Dongping-Wenshang iron ore belt is an important Anshan type iron ore belt in the west of Shandong province with iron deposits occurring in the metamorphic rock of Shancaoyu Formation of the Neoarchean Taishan group. There are more than ten proven large or medium sized iron ore deposits. Generally, ore bodies are layered or layeroid, 800m long and 6m wide. The banded iron formation (BIF) is the ore. The paper presents analysis of the major elements, rare earth elements and trace elements of samples collected from ore and wall rock of typical deposits showing that results of the banded iron formation are similar to those of BIF in Wutai area and Anshan-Benxi area, high Si, low P and Al, ore and wall rock low rare earth content(ΣREE=23.74～141.22), LREE enriched, and HREE depleted relatively (LREE/HREE=4.10～5.42), negative Eu anomaly (δEu=0.61～0.96, average 0.86), slight negative Ce anomaly of (δCe=0.93～1.05, average0.94), HFSE (Ta、Nb、Zr、Hf、Ti) relatively depleted, LILE enriched. All this indicate that original rock of the BIF was formed at the continental margin and volcanic island arc tectonic environment and the rock of Shancaoyu formation was exposed to multiple complete volcanic-sedimentary cycles. Volcanism provided the ore materials, Si and Fe precipitated under weak reduction condition.

Dongping-Wenshang iron orebelt; Anshan type iron ore; Geochemical Characteristics; Shangdong province

2014-06-03； 改回日期： 2014-09-24； 責(zé)任編輯： 王傳泰

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(編號(hào)：41003015)資助。

謝祥(1988—)，男，碩士研究生，地質(zhì)資源與地質(zhì)工程專業(yè)。通信地址：河南省焦作市山陽(yáng)區(qū)世紀(jì)大道2001號(hào)，河南理工大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院；郵政編碼：454000；E-mail：xiexiang0000@126.com

司榮軍(1966—)，男，副教授，2006年畢業(yè)于中國(guó)科學(xué)院地球化學(xué)研究所，獲博士學(xué)位，長(zhǎng)期從事礦床學(xué)研究。通信地址：河南省焦作市 河南理工大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院；郵政編碼：454000；E-mail：sirongjun@163.com

10.6053/j.issn.1001-1412.2015.04.005

P595，P613

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