東天山雅滿蘇鐵礦床矽卡巖成因和礦床成因類型剖析

李天宇

摘要：矽卡巖的分布相對(duì)比較廣泛，但是其定義卻比較模糊。東天山雅滿蘇鐵礦床是我國(guó)重要的鐵礦床，其礦床的成因一直存在爭(zhēng)議。東天山雅滿蘇鐵礦床矽卡巖成因直接影響了關(guān)鍵的控礦要素、礦產(chǎn)資源的研究和開發(fā)。文章通過對(duì)雅滿蘇鐵礦區(qū)火山巖、火山沉積巖和矽卡巖等主量元素含量進(jìn)行測(cè)定，對(duì)矽卡巖的成因進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：雅滿蘇鐵礦床；矽卡巖；礦床成因；成因類型；控礦要素；礦產(chǎn)資源 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：P618 文章編號(hào)：1009-2374（2016）07-0148-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.07.075

火山巖中的鐵礦床很多發(fā)育矽卡巖。部分研究者認(rèn)為其礦床成因是海相火山巖型，也有一部分人認(rèn)為其礦床成因是矽卡巖型。東天山雅滿蘇鐵礦床是產(chǎn)于海相火山巖中的重要鐵礦床，其礦床中含有石榴石和透輝石等矽卡巖礦物。礦床的類型直接決定了關(guān)鍵的控礦因素，有利于指導(dǎo)找礦勘查工作的進(jìn)行。海相火山巖層位、火山機(jī)構(gòu)及熱液活動(dòng)等都屬于重要的控礦因素。筆者通過對(duì)矽卡巖的形成進(jìn)行相關(guān)界定，并對(duì)礦物的化學(xué)成分進(jìn)行測(cè)試，對(duì)該礦床的形成機(jī)理具有明確的認(rèn)識(shí)，對(duì)東天山雅滿蘇鐵礦床矽卡巖成因和礦床的成因類型進(jìn)行研究。

1 雅滿蘇鐵礦床地質(zhì)特征

雅滿蘇鐵礦床的含鐵量豐富，屬于中型富鐵礦床，如圖1所示。鐵礦石量為3549萬噸，TFe平均品位46.69%，其中77%的富鐵礦石品位大于50%。雅滿蘇鐵礦床賦礦地層為下石炭統(tǒng)雅滿蘇組中亞組。它的下部巖性為大理巖、集塊巖和凝灰?guī)r等，并且有次火山巖相玄武玢巖和灰綠沿脈；上部巖性為灰?guī)r、凝灰質(zhì)灰?guī)r和火山角礫巖等，并有次火山巖相輝石安山玢巖和耀石閃長(zhǎng)玢巖。磁鐵礦體產(chǎn)于該亞組上下部之間的火山噴發(fā)不整合面上的石榴石矽卡巖夾透輝榴石矽卡巖帶中。礦床分布在雅滿蘇背斜南翼近軸部，總體向南傾且為單體構(gòu)造，次一級(jí)斷裂較發(fā)育，其中含有豐富的鉀、鈉和少量的鈣。

磁鐵礦體產(chǎn)于下石炭統(tǒng)雅滿蘇組中亞組的石榴石矽卡巖夾透輝榴石矽卡巖帶中。含礦帶呈東西帶狀分布，東西長(zhǎng)度為2900m左右。石榴石矽卡巖夾透輝榴石矽卡巖帶南北寬100～200m，礦體22個(gè)，主礦體為Fe1、Fe2、Fe3，它們的規(guī)模相對(duì)比較大，如圖2所示。礦體形態(tài)有層狀、透鏡狀、平面呈側(cè)列式、剖面呈斜列式。Fe1號(hào)礦規(guī)模最大，礦體位于矽卡巖帶中段，分布于石榴石矽卡巖與火山噴發(fā)不整合面接觸處及其附近。礦體是層狀，其淺部頂板為石榴石矽卡巖，深部頂?shù)装鍨樾滟|(zhì)火山角礫巖，底板為大理巖。Fe1號(hào)礦的礦體長(zhǎng)886m，平均厚度為11m，最大延伸度為675m。

石榴石磁鐵礦石是礦石的重要自然類型，然后是透輝石和綠簾石磁鐵礦石。根據(jù)工業(yè)類型的不同，又可以將礦石分為磁鐵富礦石、磁鐵貧礦石、赤鐵富礦石、赤鐵貧礦石。磁鐵礦、假象赤鐵礦等都屬于礦石中的金屬氧化物。黃鐵礦和方鉛礦、閃鋅礦等都屬于金屬硫化物。

石榴石、綠泥石、綠簾石、石英等屬于脈石礦物。礦石的構(gòu)造一般為塊狀構(gòu)造、條帶狀和浸染狀構(gòu)造等。礦石結(jié)構(gòu)主要有半自形-他形粒狀結(jié)構(gòu)和交代結(jié)構(gòu)、固熔體分離結(jié)構(gòu)等。

2 矽卡巖概述

2.1 矽卡巖定義及主要特征

2.1.1 矽卡巖定義。矽卡巖最早是指綠色的鈣硅質(zhì)巖石。目前對(duì)矽卡巖的研究已經(jīng)有上百年的歷史，并且取得了相應(yīng)的研究成果。但是花崗巖與灰?guī)r接觸交代成因和巖漿的形成原因中，矽卡巖的形成過程并沒有很好地被反映出來。有關(guān)論述認(rèn)為，判定矽卡巖的關(guān)鍵在于對(duì)礦物質(zhì)組合的分析。有學(xué)者認(rèn)為，矽卡巖是一種鈣硅質(zhì)礦物組合，分布于不同種類的巖石中。隨著矽卡巖研究的進(jìn)一步深入，中酸性侵入巖和碳酸鹽接觸帶都會(huì)生成矽卡巖。矽卡巖化的過程中含有大量的金屬物質(zhì)，比如鐵、鈣、鋁等。地質(zhì)人員要重視對(duì)矽卡巖和矽卡巖礦床的研究，對(duì)矽卡巖的巖化過程要有更深入的了解和認(rèn)識(shí)。矽卡巖礦床的礦體大多產(chǎn)生于侵入體和圍巖的過渡帶，其又被稱為接觸交代型礦床。關(guān)于矽卡巖的成因有很多不同的說法。

2.1.2 矽卡巖主要特征。首先，矽卡巖分帶與礦物組合。溫度梯度和流體對(duì)流導(dǎo)致從侵入體到圍巖之間的蝕變分帶。在接觸的過程中，熱量和Fe、Si等礦物質(zhì)從侵入體向圍巖遷移，Ca和碳酸離子等向相反的方向遷移，即地質(zhì)中常說的雙交代。矽卡巖相關(guān)研究認(rèn)為，F(xiàn)e、S、Si、Al、Mg等從侵入體向灰?guī)r圍巖遷移，鈣和二氧化碳向相反方向遷移。最新研究認(rèn)為，依靠單一的滲濾產(chǎn)生交代的范圍相對(duì)比較有限，矽卡巖化作用離不開流體的活動(dòng)，除了元素自身的作用，流體對(duì)元素的搬運(yùn)也不可或缺，流體流量在一定程度上與總構(gòu)造相關(guān)。

礦化分帶是在早期的矽卡巖礦物基礎(chǔ)上形成的，與矽卡巖分帶并不是完全一致。矽卡巖的礦化分帶的情況是不同的，一般被用以對(duì)礦床的勘探預(yù)測(cè)進(jìn)行研究。矽卡巖化的礦物組合會(huì)受外部因素的影響，不同階段的矽卡巖化礦物組合情況不同。一般矽卡巖分帶模式距離熱源石榴石比較近，距離熱源符山石卻相對(duì)比較遠(yuǎn)。早期的矽卡巖礦物以石榴石和輝石為主，晚期有綠簾石、綠泥石和角閃石等含水低鹽度礦物組合。礦物與熱源的距離會(huì)對(duì)其顏色和成分產(chǎn)生影響，比如石榴石靠近侵入體，其含鐵量高，含鈣量相對(duì)較低，呈現(xiàn)深紅色。石榴子石靠近圍巖處，含鐵量普遍偏低，含鈣量相對(duì)較高，顏色比較淺。矽卡巖化初期主要進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，中期則會(huì)生成典型矽卡巖礦物，晚期主要以含水礦物和方解石等為主。矽卡巖化后期大氣水含量會(huì)有所增加。目前，普遍應(yīng)用的矽卡巖時(shí)空演化模式是，巖體侵位初期，沉積巖產(chǎn)生變質(zhì)。然后是變質(zhì)重結(jié)晶及相變階段，此階段對(duì)雙交代和流體循環(huán)形成矽卡巖礦物尤為重要。然后是結(jié)晶和釋放流體，最后是巖體的冷卻，氣相分離，地表水加入。另外，矽卡巖形成的物性化學(xué)參數(shù)。矽卡巖的形成溫度不穩(wěn)定。在接觸交代形成的矽卡巖中，進(jìn)變質(zhì)和退變質(zhì)的溫度不同。矽卡巖的形成溫度與包裹體均一溫度相關(guān)。石英、方解石等比較透明的礦物一般被作為流體包裹體的測(cè)定對(duì)象。結(jié)合矽卡巖礦物中熔融包裹體均一溫度可知。石榴石-輝石階段的形成溫度一般在750℃～1150℃之間。

2.2 矽卡巖形成時(shí)代

雅滿蘇組火山巖中富含矽卡巖和鐵礦體，是通過熱液的作用形成的，輝綠巖脈與矽卡巖和鐵礦體相比，形成較晚。部分學(xué)者通過對(duì)東天山雅滿蘇組火山巖進(jìn)行測(cè)試，對(duì)其成巖年齡具有明確的認(rèn)識(shí)。從相關(guān)的年齡數(shù)據(jù)上能夠?qū)鹕絿姲l(fā)、熱液交代形成矽卡巖和鐵礦化和輝綠巖脈等進(jìn)行判定，矽卡巖和鐵礦化都是火山巖漿活動(dòng)熱液交代形成的產(chǎn)物。

2.3 矽卡巖成因模式

關(guān)于矽卡巖成因模式，主要有交代成因模式和巖漿成因模式兩種觀點(diǎn)。交代成因模式認(rèn)為，矽卡巖是由碳酸鹽巖石和鋁硅酸鹽巖石在高溫下發(fā)生作用生成。交代成因模式即元素的轉(zhuǎn)換過程，該理論被廣泛接受。巖漿成因模式在20世紀(jì)50年代被提出，并取得了相應(yīng)的發(fā)展。巖漿成因模式有兩個(gè)不同概念：一是矽卡巖是巖漿結(jié)晶的結(jié)果；二是矽卡巖產(chǎn)生于巖漿房和碳酸鈣巖石的交接處，是由于巖石不混熔形成的。其以高溫為依托。巖漿成因矽卡巖，一般與鐵-銅礦床有關(guān)。無水矽卡巖礦物中含有熔融包裹體，比如石榴石、輝石等。巖漿矽卡巖晚期可能存在含水交代階段。

2.4 矽卡巖形成機(jī)理

雅滿蘇礦區(qū)以石榴石矽卡巖居多，同時(shí)富含硅、鈣、鐵和鋁等。二氧化硅的含量為37.17%，氧化鈣含量為31.07%，TFe含量為19.63%，氧化鋁的含量為6.57%。雅滿蘇鐵礦區(qū)有很多碳酸鹽巖，但是并沒有大理巖發(fā)生矽卡巖化的現(xiàn)象。該礦區(qū)中火山沉積巖是由碳酸鹽和鈉長(zhǎng)石晶屑等火山物質(zhì)組成的，其主要元素有硅、鈣、鐵和鋁等。其化學(xué)成分與石榴石矽卡巖相似?；鹕匠练e巖可以通過相應(yīng)的改造形成以石榴石為主的矽卡巖?；鹕綆r中石榴石化和石榴石網(wǎng)脈等，說明石榴石石化相對(duì)較晚。火山巖石榴石化需要從流體帶入鈣和鐵。

3 鐵礦床成因類型討論

我國(guó)鐵礦床成因類型有沉積變質(zhì)型、巖漿型、火山巖型、矽卡巖型、沉積型和風(fēng)化淋濾型六類。狹義的矽卡巖型礦床是指產(chǎn)生于火成巖體和碳酸鹽類巖石接觸帶的接觸交代礦床，含有大量的矽卡巖礦物。廣義的矽卡巖礦床則是指礦石中含有大量矽卡巖礦物，與火成巖體接觸帶無關(guān)。火成巖體、碳酸鹽類巖石、接觸帶和熱液蝕變是狹義矽卡巖礦床的關(guān)鍵控礦因素。廣義矽卡巖礦床強(qiáng)調(diào)礦石的成分，對(duì)關(guān)鍵控礦因素要求并不明確。實(shí)際研究中應(yīng)該采取狹義矽卡巖相關(guān)觀點(diǎn)對(duì)其進(jìn)行研究。東天山分布很多古生代海相火山巖，火山巖中富含大量的鐵礦床。由于很多礦區(qū)并沒有發(fā)現(xiàn)與矽卡巖相關(guān)的火成巖侵入體，一般認(rèn)為，其矽卡巖是廣義上的概念。

4 結(jié)語

雅滿蘇鐵礦區(qū)火山沉積巖由火山碎屑和碳酸鹽組成，以鈣、鐵、鋁、鈉、硅為主，有利于矽卡巖的形成。該礦區(qū)矽卡巖的形成與火成巖侵入體接觸帶的熱液交代作用并沒有明顯的成因聯(lián)系，屬于海相火山巖型鐵礦床。地質(zhì)人員要結(jié)合雅滿蘇鐵礦區(qū)的具體情況對(duì)矽卡巖成因以及其成因類型進(jìn)行分析，為東天山雅滿蘇鐵礦區(qū)研究奠定相關(guān)理論基礎(chǔ)。

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（責(zé)任編輯：秦遜玉）