金山店鐵礦地質(zhì)地球化學(xué)特征及成礦模式研究①

熊　琦　路遠(yuǎn)發(fā)　蔡錦輝

1 長(zhǎng)江大學(xué)地球環(huán)境與水資源學(xué)院，武漢430100；

2 武漢地質(zhì)調(diào)查中心，武漢 430232

金山店鐵礦地質(zhì)地球化學(xué)特征及成礦模式研究①

熊琦*1路遠(yuǎn)發(fā)1蔡錦輝2

1 長(zhǎng)江大學(xué)地球環(huán)境與水資源學(xué)院，武漢430100；

2 武漢地質(zhì)調(diào)查中心，武漢 430232

提要金山店鐵礦位于鄂東南金山店巖體南緣，礦體主要產(chǎn)于石英二長(zhǎng)巖與三疊系碳酸鹽巖接觸帶附近。通過(guò)成礦地質(zhì)特征、稠密侵染狀礦石和具有冷凝邊塊狀礦石微量元素、稀土元素的研究，認(rèn)為金山店鐵礦具有類似鐵山鐵礦礦漿型礦體；但是金山店鐵礦仍然以熱液交代型礦石為主，為礦漿-熱液過(guò)渡型成礦流體形成的礦床。

地質(zhì)特征地球化學(xué)成礦模式矽卡巖型鐵礦金山店

鄂東南礦集區(qū)位于長(zhǎng)江中下游成礦帶最西段【1】，是我國(guó)重要的鐵銅礦產(chǎn)地之一。區(qū)內(nèi)出露從古生代到中、新生代地層，其中三疊系大冶組碳酸鹽巖和蒲圻組砂頁(yè)巖為區(qū)內(nèi)矽卡巖鐵銅礦最重要的賦礦圍巖。區(qū)內(nèi)中生代巖漿巖廣泛發(fā)育，以中酸性侵入體為主，主要包括鄂城、鐵山、金山店、靈鄉(xiāng)、殷組和陽(yáng)新六大巖體【2】。北西西向褶皺和斷裂為本區(qū)重要的構(gòu)造，也是主要的控礦構(gòu)造，近南北向褶皺和斷裂發(fā)育較差【3】。區(qū)內(nèi)礦床以鐵、銅為優(yōu)勢(shì)礦種【4】，金山店鐵礦為典型的矽卡巖型鐵礦之一。前人認(rèn)為金山店鐵礦是同時(shí)具有礦漿充填和熱液交代特征的礦床，而本區(qū)具礦漿貫入特征的礦床以鐵山鐵礦和程潮鐵礦為代表【1】。

1　成礦地質(zhì)特征

金山店礦床位于金山店雜巖體與圍巖接觸帶上，主要包括位于巖體南緣中段的張福山礦床和位于北緣西段的余華寺礦床【4】。

區(qū)內(nèi)地層較為簡(jiǎn)單，出露地層主要為三疊系中、上統(tǒng)，其次為侏羅系，第四系在地表分布廣泛【5】。其中與成礦作用關(guān)系密切的地層為中三疊統(tǒng)蒲圻組、下中三疊統(tǒng)嘉陵江組和下三疊統(tǒng)大冶組【6】。

金山店雜巖體平面呈紡錘形，軸向北西西—南東東，面積約為16km2。主要由石英閃長(zhǎng)巖和閃長(zhǎng)巖組成，其次為角閃輝長(zhǎng)巖和二長(zhǎng)花崗巖。與成礦有關(guān)的巖體為石英閃長(zhǎng)巖和二長(zhǎng)花崗巖。

區(qū)內(nèi)北西西和北東東向斷裂發(fā)育，褶皺主要為許家咀-陳少剛向斜、余華寺箱形背斜。

礦體賦存于石英閃長(zhǎng)巖與蒲圻組砂頁(yè)巖夾碳酸鹽巖接觸帶及其附近（圖 1）。礦體傾向均為SSW、傾角 48～89°。由西住東礦體有向東南傾伏趨向。其中規(guī)模較大礦體有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ號(hào)等六個(gè)，礦體呈似層狀、透鏡狀、脈狀、囊狀分布于接觸交代形成的矽卡巖中，部分礦體與圍巖接觸界線截然，接觸面磁鐵礦一側(cè)有冷凝邊， 在這一塊狀礦石中還見(jiàn)氣孔狀構(gòu)造，有些地段充填的致密塊狀磁鐵礦中還見(jiàn)定向構(gòu)造；而且塊狀構(gòu)造的磁鐵礦在充填于早期形成的矽卡巖中時(shí)，對(duì)圍巖有熱烘烤形成的褪色現(xiàn)象。礦石膠結(jié)矽卡巖等圍巖角礫，顯示金山店礦區(qū)存在有以磁鐵礦礦液的形式直接充填冷凝形成的礦體。

圖1　金山店鐵礦地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig. 1 A sketch geological map of the Jingshandian Fe deposit1.鐵礦體范圍投影；2.巖體地層界線；3.斷層；4.武昌組長(zhǎng)石石英砂巖夾砂質(zhì)頁(yè)巖；5.自流井組粉砂巖、砂質(zhì)頁(yè)巖；6.靈鄉(xiāng)組礫巖層；7.蒲圻組砂質(zhì)頁(yè)巖夾粉砂巖；8.嘉陵江組白云質(zhì)灰?guī)r；9.二長(zhǎng)花崗巖；10.石英閃長(zhǎng)巖；11.角閃輝長(zhǎng)巖；12.閃長(zhǎng)巖；13.剖面位置；14.礦體編號(hào)

礦石礦物以磁鐵礦、黃銅礦、黃鐵礦為主，另有少量的赤鐵礦和菱鐵礦。脈石礦物主要為方解石、金云母、透輝石等。礦石結(jié)構(gòu)主要為微細(xì)粒半自形晶粒狀結(jié)構(gòu)，次為碎裂結(jié)構(gòu)和少量交代殘余結(jié)構(gòu)。礦石構(gòu)造主要有塊狀構(gòu)造、浸染狀構(gòu)造、粉狀構(gòu)造、角礫狀構(gòu)造、條帶狀構(gòu)造、斑塊狀或斑雜狀構(gòu)造。

圍巖蝕變?yōu)榻鹪颇富⒎街?、透輝石化、綠泥石化、蛇紋石花、鈉長(zhǎng)石化、黃鐵礦化、碳酸鹽化、硬石膏化等。透輝石化、金云母化與成礦關(guān)系密切。

礦化蝕變階段分為：無(wú)礦矽卡巖階段、磁鐵礦階段、脈狀矽卡巖階段、硬石膏-硫化物階段、石膏-碳酸鹽巖階段【7】。

2　采樣及樣品處理

通過(guò)對(duì)金山店礦床的野外地質(zhì)調(diào)查，認(rèn)為可能存在礦漿型礦體，本次工作選擇了金山店張福山鐵礦的東部礦段（如圖1），實(shí)測(cè)了羅正甫剖面（圖2），該剖面包含有正常的石英閃長(zhǎng)巖，蝕變石英閃長(zhǎng)巖、矽卡巖、塊狀磁鐵礦、具明顯冷凝邊的塊狀磁鐵礦礦石、稠密浸染狀磁鐵礦礦石和灰?guī)r等；通過(guò)系統(tǒng)觀測(cè)，系統(tǒng)采集了不同類型的礦石和圍巖樣品共計(jì)19件剖面標(biāo)本，測(cè)試分析其微量元素和稀土元素含量，以探究其地球化學(xué)元素特征。

分析測(cè)試工作由核工業(yè)北京地質(zhì)研究院測(cè)試中心承擔(dān)。將測(cè)定的樣品粉碎、研磨到0.074mm（200目）以下粉末備用。稱取樣品0.05g放入25mL專用溶樣罐中，先用少量水濕潤(rùn)，輕輕震動(dòng)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，在低溫電熱板上以 200℃恒溫加熱溶解，待樣品分解后，打開(kāi)溶樣罐，在低溫電熱板上加熱蒸至近干，滴加2滴高氯酸，再次蒸至近干，后加入1：1硝酸3mL，蓋上專用溶樣罐燜置一段時(shí)間。用1%硝酸提取至50 mL容量瓶中，搖勻后采用美國(guó)熱電公司ELEMENT XR等離子體質(zhì)譜（ICP—MS）分析儀利用在線內(nèi)標(biāo)（Rh）法對(duì)樣品進(jìn)行分析測(cè)試。

圖2　金山店鐵礦羅正甫地質(zhì)剖面圖Fig.2 Geological profile of Luozhengfu，Jinshandian iron ore mine

3　地球化學(xué)特征

表1　金山店巖礦微量元素含量ug/gTable 1 Trace elements of the rocks and minerals in Jinshandian Fe deposit

3.1微量元素特征

由表1數(shù)據(jù)制得圖3，圖中可見(jiàn)Ta、Th、Nd、 Nb元素含量的變化曲線較為一致，元素分布類似鋸齒狀，礦石呈現(xiàn)低于矽卡巖、灰?guī)r、石英閃長(zhǎng)巖的低值。塊狀礦石、有冷凝邊的塊狀礦石、稠密浸染狀礦石表現(xiàn)為起伏較為類似的V形特征，但稠密浸染狀礦石有著相對(duì)較低的V字形低谷。由于Ta、Th、Nb為高場(chǎng)強(qiáng)元素，離子半徑小、電荷高，難溶于水，地球化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定為非活動(dòng)性元素，因此可指示原始物質(zhì)的組成【8】，這說(shuō)明塊狀礦石、具冷凝邊的塊狀礦石與稠密浸染狀礦石原始物質(zhì)組成基本一致。元素 U在塊狀礦石和具冷凝邊的塊狀礦石處均表現(xiàn)為同等的向下彎曲，在稠密浸染狀礦石處表現(xiàn)為更低數(shù)量級(jí)的彎曲，元素Th也是如此，然而元素U、Th有在晚期的結(jié)晶相和殘余熔體中富集的性質(zhì)，這說(shuō)明，塊狀礦石和有冷凝邊的塊狀礦石較稠密浸染狀礦石形成時(shí)間相對(duì)較晚。元素Ba、Rb在具冷凝邊塊狀礦石中表現(xiàn)為近似程度下凹，浸染狀礦石具有較高的含量，與矽卡巖相差不大，元素Ba、Rb為大離子親石元素，地球化學(xué)活動(dòng)性強(qiáng)，顯示出浸染狀礦石更強(qiáng)的熱液交代特征，而塊狀礦石和具冷凝邊的塊狀礦石則顯現(xiàn)出不同與此的特征。

其中W、Cu、Bi、Zn、Cr、Co含量在磁鐵礦礦石中含量明顯低于矽卡巖中的含量，對(duì)數(shù)曲線在礦石樣品出呈下凹的形態(tài)，早期流體分異形成高溫的矽卡巖型磁鐵礦礦石，而W、Cu、Bi、Zn、Cr等元素殘留于流體中。其中Cr3+與Fe3+電負(fù)性相近，二者容易置換，在成礦流體析出了含F(xiàn)e3+的磁鐵礦，為了維持電價(jià)平衡Cr3+從圍巖中進(jìn)入流體，以致矽卡巖中具有較高的Cr含量，稠密浸染狀礦石具有與不同類礦石較高的 Cr含量，反應(yīng)該類礦石成礦過(guò)程與圍巖的元素交換較塊狀礦石、有冷凝邊的塊狀礦石更強(qiáng)。Pb、Mo、Sb在不同類型巖（礦）石中的變化成礦元素的這種變化特征與成礦作用的階段和元素的親硫性密切相關(guān)，元素Mo變化較不明顯，元素Pb在塊狀礦石及其圍巖中表現(xiàn)出較高的含量，這與其圍巖原巖為大理巖有關(guān)并發(fā)生了一定程度的元素交換。元素 Sb在圖中較為平直，但在 J-14、J-15處較高，這可能與礦體對(duì)圍巖進(jìn)行烘烤導(dǎo)致的蝕變有關(guān)，各類礦石元素含量差異不大，Sb為熱液活動(dòng)指示元素，這說(shuō)明剖面各類型礦石均與熱液存在聯(lián)系。

圖3　金山店鐵礦巖礦微量元素圖Fig.3 Rocks and minerals trace elements Figure of the Jinshandian iron ore mine

金山店鐵礦塊狀礦石、有冷凝邊的塊狀礦石、稠密浸染狀礦石有著共同的原始物質(zhì)來(lái)源，塊狀礦石、具冷凝邊的塊狀礦石有著不同于稠密浸染狀礦石的元素特征。具冷凝邊的塊狀礦石表現(xiàn)出一定的礦漿型礦石的特征，因此我們收集了前人給出的程潮和鐵山兩礦床中的礦漿型礦石（見(jiàn)表2）以作比對(duì)。通過(guò)對(duì)比不難看出，金山店具冷凝邊的塊狀磁鐵礦礦石成分較同類型礦床礦石成分差異并不大，成分介于程潮鐵礦和鐵山鐵礦之間。其中元素Ni、Co、Cu、Pb具有高于程潮鐵礦礦石低于鐵山鐵礦礦石的含量，而元素 Zn、Cr具有高于鐵山鐵礦礦石低于程潮鐵礦的含量。金山店具冷凝邊的磁鐵礦礦石在微量元素上顯示出了類似礦漿型礦床礦石的元素特征；鑒于金山店礦床與程潮鐵礦和鐵山鐵礦同屬一個(gè)成礦帶內(nèi)，具有相同的成礦地質(zhì)背景，相似的地質(zhì)條件和構(gòu)造環(huán)境，且三個(gè)礦床的實(shí)際距離并不遠(yuǎn)，成礦作用過(guò)程可能也非常相似，所以金山店鐵礦存在礦漿型礦石也是一種很自然的現(xiàn)象。但是需要說(shuō)明的是在金山店鐵礦中這種類型型的礦石并不是該礦區(qū)主要的礦石類型。

表2　程潮、金山店、鐵山鐵礦磁鐵礦微量元素含量（ug/g）Table 2 Trace elements of the magnetite in Chengchao Fe deposit，Jinshandian Fe deposit and Tieshan Fe deposit

3.2稀土元素特征

由表3和圖4可知：塊狀礦石和具冷凝邊的塊狀礦石具有一致的稀土元素分布曲線，說(shuō)明具有相同的演化模式和來(lái)源，因此可以歸為一類。塊狀磁鐵礦和具冷凝邊塊狀磁鐵礦礦石稀土總量為 33.78×10-6～144.82×10-6，輕重稀土比值為14.28～18.7，顯示輕稀土富集。（La/Yb）N為18.42～40.02，輕稀土內(nèi)部分餾高。δEu為0.28～0.50，明顯的Eu負(fù)異常。δCe為0.89～0.92，Ce輕度虧損。稀土分配模式具有輕稀土富集、內(nèi)部分餾程度高、Eu中度—強(qiáng)烈虧損的特點(diǎn)。

表3　金山店巖礦稀土元素含量ug/gTable 3 REE elements of the rocks and minerals in Jinshandian deposit

續(xù)表3

圖4　金山店鐵礦巖礦稀土元素分配曲線圖Fig.4　REE patterns for rocks and minerals in Jinshandian deposit

稠密浸染狀磁鐵礦礦石稀土總量為7.49×10-6～7.60×10-6，稀土總量明顯低于具冷凝邊塊狀磁鐵礦。輕重稀土比值為 10.67～12.35，顯示輕稀土富集特征。（La/Yb）N為7.90～10.36，輕稀土內(nèi)部分餾較高。δEu為 1.21～1.56，明顯正異常，不同于具冷凝邊塊狀磁鐵礦的明顯負(fù)異常，因此具有不同的成因。δCe為0.65～0.71，Ce負(fù)異常較為明顯，不同于具冷凝邊塊狀磁鐵礦的不明顯Ce負(fù)異常。稀土分配模式為輕稀土富集、內(nèi)部分餾較高、Eu正異常明顯、Ce負(fù)異常明顯的特點(diǎn)。并且曲線特征類似灰?guī)r，這應(yīng)說(shuō)明稠密浸染狀礦石成因上與灰?guī)r具有密切聯(lián)系。

石英閃長(zhǎng)巖稀土總量為 246.50×10-6～298.68×10-6，輕重稀土比值為 10.25～11.33，（La/Yb）N為11.80～12.62，δEu為0.71，δCe為0.99～1.09，其分布模式為輕稀土富集、內(nèi)部分餾較高、Eu中度虧損、Ce異常不明顯。

矽卡巖稀土總量為179.67×10-6～544.49×10-6，輕重稀土比值為 11.42～15.18，（La/Yb）N為14.53～23.99，δEu為0.55～0.83，δCe 為0.88～1.10，矽卡巖樣品的分布曲線基本一致，其分布模式具有輕稀土富集、內(nèi)部分餾較高、Eu中度-強(qiáng)烈虧損、Ce輕度虧損、曲線右傾的特征。矽卡巖與具冷凝邊塊狀磁鐵礦、塊狀磁鐵礦在稀土元素分配模式上具有相似性，表明具冷凝邊的塊狀礦石與矽卡巖具有更為密切聯(lián)系，且該類磁鐵礦的Eu負(fù)異常更為強(qiáng)烈，表明演化過(guò)程中有較強(qiáng)的斜長(zhǎng)石分離結(jié)晶。

灰?guī)r稀土總量較低，為 9.95×10-6～13.51×10-6，輕重稀土比值為 5.15～10.30，（La/Yb）N為2.90～6.98，δEu為0.62～0.64，δCe 為0.84～0.92，其分布模式具有輕稀土富集、重稀土內(nèi)部分餾較高、Eu明顯虧損、Ce輕度虧損、曲線右傾的特征，其分配型式與稠密浸染狀磁鐵礦較為類似。

塊狀磁鐵礦和具冷凝邊的塊狀礦石在稀土元素分配模式上高度一致，說(shuō)明其具有共同的來(lái)源和演化模式，并且與石英閃長(zhǎng)巖和矽卡巖在分配模式上具有相似特征，在成因上與二者聯(lián)系密切。稠密浸染狀磁鐵礦具有不同的稀土分配模式，并且與灰?guī)r明顯相似，成因上與灰?guī)r密切相關(guān)。

4　礦床成因討論

金山店鐵礦體產(chǎn)于中酸性侵入體與碳酸鹽巖圍巖接觸帶及附近，礦石主要有浸染狀礦石、條帶狀礦石、角礫狀礦石等，礦體與圍巖界限不明顯，逐漸過(guò)渡，對(duì)圍巖進(jìn)行交代，具有明顯的交代特征。同時(shí)金山店鐵礦主要為具有熱液交代特征的礦體，其次還有一些類似礦漿貫入特征的礦體，礦體與圍巖界限截然，具有氣孔狀構(gòu)造、定向構(gòu)造及冷凝邊，并在礦體圍巖可見(jiàn)褪色現(xiàn)象，由此來(lái)看，該類礦體具有礦漿貫入特征。該類礦石在元素含量上顯示出類似本區(qū)礦漿型磁鐵礦的特征，由于處于相同的地質(zhì)背景及條件，金山店地區(qū)存在礦漿型磁鐵礦也很合理。從微量元素上來(lái)看，塊狀礦石、具冷凝邊的塊狀礦石顯示出了一些類似稠密浸染狀礦石的元素特征，同時(shí)顯示出了不少的差異。稀土元素可以提供更多的關(guān)于成因來(lái)源方面的信息。

圖5　金山店鐵礦成礦模式圖Fig.5 Metallogenic model diagram of Jinshandian Fe deposit

稀土元素特征能夠反映早期成礦流體平衡狀態(tài)下的特征，并對(duì)后期巖體及礦石微量元素造成一定影響。通過(guò)分析得出成礦模式圖，如圖5。

本區(qū)成礦物質(zhì)主要來(lái)源于巖漿，成礦作用階段較早形成的稠密侵染狀礦石含明顯的 Eu正異常，當(dāng)該種流體熱液在交代碳酸鹽圍巖形成矽卡巖時(shí)，稀土元素發(fā)生虧損，使得矽卡巖具有中等程度的 Eu負(fù)異常，而具冷凝邊塊狀礦石則具有更強(qiáng)的負(fù)異常，這可能是在成礦活動(dòng)中早期具有含大量磁鐵礦流體發(fā)生分異作用，磁鐵礦進(jìn)一步富集，伴隨強(qiáng)烈的斜長(zhǎng)石分離結(jié)晶，形成似磁鐵礦礦漿型流體，所以該類型礦石的稀土 Eu值呈現(xiàn)負(fù)異。成礦環(huán)境由氧化環(huán)境變?yōu)檫€原環(huán)境。具有礦漿貫入特征的塊狀礦石、有冷凝邊的塊狀礦石表現(xiàn)出了不同于熱液交代特征的稠密浸染狀礦石的明顯差異，且與本區(qū)礦漿型礦床礦石的正Eu異常具有明顯區(qū)別，從而表明了金山店鐵礦具有礦漿貫入特征礦石的成礦流體并非礦漿也非熱液。因此，本文認(rèn)為金山店鐵礦成礦流體與鐵山、程潮鐵礦相似，為礦漿—熱液過(guò)渡型流體【11】。

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Abstract

Be located at the southern edge of Jingshandian rock， southeastern Hubei， Jinshandian deposit were mainly produced in quartz monzonite and Triassic carbonate rocks near the contact zone.With the study of ore-forming geological background， deposit geological characteristics， trace elements of rock and ore， rare earth elements， we found that Jinshandian deposit have the similar ore magmatic body like Tieshan deposit， But Jinshandian mine is still dominated by hydrothermal ores， and establish a metallogenic model of Jinshandian deposit.

GEOLOGICAL，GEOCHEMICAL CHARACTERISTICS AND METALLOGENIC MODLE STUDY OF JINSHANDIAN IRON DEPOSIT

Xiong Qi1Lu Yuanfa1Cai Jinhui2
1.Yangtze University，Wuhan 430100，China；2. Wuhan Institute of Geology and Minerals Resources，Wuhan，430205，China

geological characteristics，geochemistry，metallogenic model，skarn Fe deposit，Jinshandian

P618.31：P59

A

1006-5296（2015）04-0213-08

①項(xiàng)目來(lái)源：中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局“老礦山典型礦床成礦規(guī)律總結(jié)研究項(xiàng)目” 資［2014］01-036-102項(xiàng)目資助

* 第一作者簡(jiǎn)介：熊琦（1992～），男，在校碩士研究生，主要從事礦床地球化學(xué)研究

2015-08-20；改回日期：2015-09-16