黔西北雄雄戛鐵礦成因研究

令狐東，薛洪富，蒲慶隆，向明坤，張濤，蔣尚志，張安

（貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，貴州貴陽(yáng)550005）

黔西北威寧、赫章一帶是貴州省鐵礦的產(chǎn)區(qū)之一，已探明資源量1億多噸。通過(guò)該區(qū)鐵礦床的礦物學(xué)、沉積學(xué)、地球化學(xué)、物質(zhì)來(lái)源、巖相古地理及構(gòu)造進(jìn)行了研究對(duì)該區(qū)鐵礦床成因提出了不同的認(rèn)識(shí)，主要有熱液交代-充填成因說(shuō)[1]、沉積改造成因說(shuō)[2]、熱水噴流成因說(shuō)[3]等。本次對(duì)沉積型和熱液型鐵礦及圍巖進(jìn)行系統(tǒng)采樣，通過(guò)微量元素和稀土元素測(cè)試，研究各類礦石的地球化學(xué)特征，分析鐵礦形成環(huán)境、成礦物質(zhì)來(lái)源，結(jié)合礦石結(jié)構(gòu)與構(gòu)造、礦體賦存特征、構(gòu)造演化等，探討礦床的形成機(jī)制。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)位于上揚(yáng)子陸塊西南緣之六盤水裂陷槽與織金穹盆變形區(qū)的結(jié)合處（圖1），出露地層為中下志留系、泥盆系、石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系，鐵礦賦存于中泥盆統(tǒng)地層內(nèi)。區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，斷裂主要由NE向斷裂與NW向聯(lián)合組成，褶皺形跡主要為NWWNW向，經(jīng)歷海西—燕山構(gòu)造旋回期沉積盆地演化、玄武巖漿噴溢、侵位與陸內(nèi)造山活動(dòng)的影響[4-5]，為鐵礦的形成奠定基礎(chǔ)。區(qū)內(nèi)鐵礦集中分布于菜園子—小河邊一線，主要沿?cái)嗔褞С蔔W-SE向展布（圖1），與NW向埡都—蟒硐斷裂帶的延伸方向一致。

2 礦區(qū)地質(zhì)概況

2.1 礦床地質(zhì)

礦區(qū)出露地層簡(jiǎn)單（圖1），最老地層為中下志留系韓家店組，與上覆地層呈平行不整合接觸，其后依次丹林組、獨(dú)山組、望城坡組，區(qū)內(nèi)構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單，除北東部邊界處為埡都-蟒硐斷裂派生（F1-1）規(guī)模較大外，主要由一系列NE向次級(jí)斷裂與小型褶皺構(gòu)成礦區(qū)的整體格架。賦礦地層為龍洞水組與邦寨組二段。鉆孔揭露顯示，前者為一套泥質(zhì)白云巖、白云巖組合，局部夾薄層狀泥巖；后者以黑色粉砂巖、細(xì)砂巖為主，夾灰白色條帶狀細(xì)砂巖。圍巖蝕變主要有菱鐵礦化、白云石化、黃鐵礦化、褐鐵礦化、方解石化、硅化及綠泥石化等。

2.2 2種類型的礦體

（1）沉積型鐵礦。礦體主要呈層狀、似層狀產(chǎn)出于泥盆系邦寨組二段一亞段、二亞段、三亞段、五亞段內(nèi)（圖2），賦礦巖性為一套以黑色粉砂巖、細(xì)粉砂巖為主的碎屑巖類，夾灰白色條帶狀石英細(xì)砂巖。鉆孔和鏡下鑒定顯示，主要有鮞狀赤鐵礦和鮞綠泥石菱鐵礦2種類型的礦石，前者肉眼下為赤紅色、褐紅色鮞狀結(jié)構(gòu)，后者為暗灰綠色、深灰黑色、局部見灰黑色鮞粒結(jié)構(gòu)，鏡下觀察表明，前者為赤紅色、暗紫色赤鐵礦鮞粒和深灰色細(xì)、微晶菱鐵礦為主的膠結(jié)物組成，后者為深灰—暗灰色鐵綠泥石鮞粒及深灰色細(xì)、微晶菱鐵礦為主的膠結(jié)物組成，2種類型的鮞粒呈現(xiàn)不同的顏色，是由于鮞粒中赤鐵礦的含量變化所致,部分鮞粒中可以明顯看到赤鐵礦(和/或菱鐵礦)與綠泥石組成的“似疊層構(gòu)造”。

（2）熱液型菱鐵礦。礦體主要呈透鏡狀、脈狀產(chǎn)出于泥盆系龍洞水組中（圖2），賦礦巖性為泥質(zhì)白云巖、白云巖，礦體的產(chǎn)出明顯受到構(gòu)造的控制：透鏡狀礦體賦存于含礦層位的層間剝離帶中，而脈狀礦體賦存于F1-1斷裂上盤破碎帶中。礦石具有中—粗晶結(jié)構(gòu)、斑點(diǎn)狀結(jié)構(gòu)、假象結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造、角礫狀構(gòu)造等。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)略圖

3 礦床微量、稀土元素地球化學(xué)特征

3.1 微量元素組成特征

為探討礦區(qū)微量元素的分布規(guī)律，進(jìn)行Rb、Ba、Th、U、Ta、Pb、Zr、Hf、Nb、Sr、Pr、La、Nd、Y等分析（表1），對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)通過(guò)軟件GeoKit做了微量元素蛛網(wǎng)圖（數(shù)據(jù)均進(jìn)行原始地幔均一化處理）（圖3），從圖3和表1中可以看出，菱鐵礦石與圍巖的微量元素配分形式基本一致，其中高場(chǎng)強(qiáng)元素Pb、Nd、U、La、Th、Sm和大離子親石元素Sr富集，而高場(chǎng)強(qiáng)元素Nb、Zr、Hf、Ta和大離子親石元素Ba、Eu以及Ce相對(duì)虧損。

3.2 稀土元素特征

為探明礦區(qū)稀土元素組成、分配特征，對(duì)所采樣品進(jìn)行La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu元素分析（表2），各礦石和圍巖稀土元素配分形式如圖4所示。

從表2和圖4中可以看出，稀土元素組成具有如下特征：

（1）沉積型鮞狀赤鐵礦[∑REE：（4.35～5.56）×10-6]和鮞綠泥石菱鐵礦[∑REE：（4.35～26.25）×10-6]與圍巖白云巖[∑REE：（7.97～42.60）×10-6]相一致，相比熱液型菱鐵礦[∑REE：（2.06～2.10）×10-6]富集稀土元素。

（2）La異常變化：沉積型鮞狀赤鐵礦顯示出弱負(fù)異常至正異常（La/La*為0.92～1.1，平均1.02）、鮞綠泥石菱鐵礦顯示出正異常（La/La*為1.09～1.84，平均1.46）；熱液型菱鐵礦La/La*變化大（0.30～1.47，平均0.89），顯示出負(fù)異常到正異常的轉(zhuǎn)換；圍巖白云巖顯示弱負(fù)異常至正異常（La/La*為0.95～1.15，平均1.08），數(shù)據(jù)顯示，沉積型鐵礦與圍巖具有相似的La值，而熱液型鐵礦與圍巖La差異較大。

（3）Y/Y*、Y/Ho、Eu異常變化：沉積型鐵礦（Y/Y*為1.00～1.46，平均為1.23；Y/Ho為28.73～34.69，平均31.03；Eu/Eu*為1.08～2.00，平均1.59）；熱液型菱鐵礦（Y/Y*為0.99～1.04，平均為1.02；Y/Ho為25.68～27.58，平均26.63；Eu/Eu*為1.08～2.00，平均1.59）；圍巖（Y/Y*為1.14～1.38，平均為1.27；Y/Ho為25.60～32.02，平均29.73；Eu/Eu*為1.04～1.17，平均1.11），對(duì)比顯示沉積型鐵礦與圍巖具有相似特征，而與熱液型相差較大。

圖2 賦礦層含礦性對(duì)比柱狀圖

4 礦床成因分析

圖3 研究區(qū)礦石和圍巖微量元素蛛網(wǎng)圖

圖4 研究區(qū)鐵礦和圍巖REE分模式圖

4.1 成礦環(huán)境

Th、Zr、Sc可評(píng)價(jià)陸源物質(zhì)參與成礦過(guò)程的程度[6]，礦區(qū)沉積型礦石Th含量（0.18～1.61）×10-6、Zr含量（4.92～14.25）×10-6、Sc含量（1.73～2.82）×10-6；熱液型菱鐵礦Th含量0.05×10-6、Zr含量（0.42～0.90）×10-6、Sc含量（1.95～2.05）×10-6；圍巖白云巖Th含量（0.41～2.60）×10-6、Zr含量（8.36～27.39）×10-6、Sc含量（2.23～4.36）×10-6（表1），礦石中Th、Zr、Sc含量普遍偏低，與圍巖相比也呈現(xiàn)偏低現(xiàn)象，表明成礦過(guò)程中受陸源物質(zhì)的影響不大，或僅有部分陸源物質(zhì)參與成礦。

Ce異常與它所處的構(gòu)造背景有關(guān)，大洋中脊Ce/Ce*為0.29，大洋盆地Ce/Ce*為0.55，大陸邊緣區(qū)Ce/Ce*為1.03[7]。礦區(qū)Ce/Ce*為0.70～0.87，反映出大陸邊緣背景特征，與黔西北地區(qū)鐵礦產(chǎn)于隆起區(qū)和沉降區(qū)過(guò)渡帶相吻合[2]。

4.2 成礦物質(zhì)來(lái)源

成礦過(guò)程中當(dāng)有來(lái)自深部的熱液流體參與時(shí)，所形成的礦石具有明顯的Eu正異常值，Eu/Eu*＞1為正異常，Eu/Eu*＜1呈負(fù)異常[8]。稀土元素Y和Ho具有類似化學(xué)特性，熱液流體中Y/Ho比值為26，較正常海水Y/Ho比值（44～74）低，當(dāng)成礦流體為兩者的混合體時(shí)，Y/Ho會(huì)發(fā)生明顯變化。微量元素U/Th能反映成礦流體的來(lái)源，當(dāng)U/Th＞1時(shí)，指示熱液流體沉積，U/Th＜1，反映正常的海水沉積[9]。

表1 研究區(qū)微量元素分析結(jié)果表（10-6）

研究區(qū)礦石具有Eu正異常，Eu/Eu*值為1.08～2.00，反映高溫?zé)嵋毫黧w參與成礦。Y/Ho值為25.68～32.57，平均為29.93，高于純熱液流體Y/Ho值（26），而低于正常海水Y/Ho值（44～74），這可能反映了礦區(qū)礦石的形成為兩者的混合流體參與成礦。礦石U/Th為0.3～8.51（平均為2.53），變化范圍較大（表1），反映成礦過(guò)程既有正常海水沉積又具有熱液流體作用參與，但熱液流體作用為主導(dǎo)。

4.3 礦床成因

黔西北赫章—威寧一帶鐵礦賦存于中泥盆系地層內(nèi)，且沿埡都—蟒硐斷裂帶沿線分布（圖1），表明鐵礦的形成除明顯受地層控制外，構(gòu)造活動(dòng)對(duì)其形成也具有重要影響。晚古生代開始貴州發(fā)生陸內(nèi)裂陷[4]，在黔中古陸物源供給下，沉積了一套鎂鐵質(zhì)碳酸鹽巖夾碎屑巖沉積，為沉積型菱鐵礦的形成墊定基礎(chǔ)。進(jìn)入二疊世后，伴隨著區(qū)域性大面積地幔物質(zhì)的上涌[10]，發(fā)生基性巖漿噴溢及侵位，引起區(qū)域性熱流值增高、地下流體活動(dòng)增強(qiáng)，可能為熱液型菱鐵礦的形成提供必要的物質(zhì)來(lái)源。燕山運(yùn)動(dòng)使貴州發(fā)生陸內(nèi)造山[5]，強(qiáng)烈的構(gòu)造活動(dòng)對(duì)沉積作用和初始礦源層進(jìn)行熱液改造，使其進(jìn)一步富集形成熱液型菱鐵礦。

（1）沉積型鐵礦。礦區(qū)位于黔中古陸邊緣，長(zhǎng)期隆起的古陸遭受強(qiáng)烈的風(fēng)化剝蝕，該區(qū)不斷接受古陸風(fēng)化物質(zhì)的補(bǔ)給，形成本區(qū)中下泥盆系富鐵礦碎屑沉積，成礦物質(zhì)初步富集，形成初始礦源層。中泥盆晚期，海水由南部廣西侵入貴州，斷續(xù)海進(jìn)和海退，該區(qū)形成半封閉—封閉的局限臺(tái)地高能沉積環(huán)境，為豆鮞的形成奠定基礎(chǔ)。期間隨著六盤水?dāng)嘞葑饔玫牟粩喟l(fā)展演化、埡都—蟒硐斷裂帶活動(dòng)強(qiáng)烈，在構(gòu)造應(yīng)力驅(qū)動(dòng)下，深部高溫?zé)崴镔|(zhì)與地表下滲的流體混合形成對(duì)流循環(huán)，對(duì)初始礦源層中的成礦物質(zhì)不斷進(jìn)行萃取、活化、遷移，這過(guò)程中不斷伴隨應(yīng)力釋放、溫度、壓力的改變，活化的成礦物質(zhì)在適宜的條件下，于有利空間富集、成礦，進(jìn)而形成規(guī)模較大的層狀、似層狀礦體。

表2 研究區(qū)稀土元素分析結(jié)果表（10-6）

（2）熱液型鐵礦。構(gòu)造運(yùn)動(dòng)可為原生沉積型菱鐵礦或含鐵建造提供動(dòng)力來(lái)源及有利構(gòu)造空間，作為斷陷盆地邊界的埡都-蟒硐斷裂帶發(fā)生多期次強(qiáng)烈活動(dòng)，形成赫章-威寧一帶復(fù)雜的構(gòu)造格架[4]，為熱液型菱鐵礦的形成奠定賦存空間。二疊世時(shí)期，峨眉山地幔柱上涌，形成大規(guī)?；詭r漿噴溢、侵位[10]，引起區(qū)域性熱流值增高，在燕山構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響下，地殼強(qiáng)烈擠壓、變形[5]，在強(qiáng)烈的構(gòu)造熱驅(qū)動(dòng)下，流體活動(dòng)性增強(qiáng)，深部流體沿構(gòu)造裂隙向上運(yùn)移，不斷從礦源層中萃取、活化富鐵成礦物質(zhì)，沿?cái)嗔哑扑閹?、層間剝離空間等有利空間富集，形成脈狀、透鏡狀礦體。野外地質(zhì)調(diào)查和鉆探工程揭露顯示，這類型的礦體產(chǎn)出明顯受到構(gòu)造的控制：透鏡狀礦體賦存于含礦層位的層間剝離帶中，而脈狀礦體賦存于斷層破碎帶中，礦體與圍巖呈“犬牙交錯(cuò)”接觸、“云霧狀”漸變，礦石中可見鞍狀構(gòu)造，說(shuō)明熱液活動(dòng)強(qiáng)烈[3]，脈狀、網(wǎng)脈狀產(chǎn)出的礦體與層狀、似層狀礦體具有共生現(xiàn)象，鮞狀鐵礦存在熱液交代、熱液礦體中含有部分原生沉積礦石等說(shuō)明具有明顯的熱液疊加、改造成因。

5 結(jié)論

（1）雄雄戛鐵礦由沉積型鮞狀赤鐵礦、鮞綠泥石菱鐵礦與熱液型菱鐵礦2種類型的礦石組成，熱液型菱鐵礦產(chǎn)出明顯受到構(gòu)造的控制：透鏡狀礦體賦存于含礦層位的層間剝離帶中，而脈狀礦體賦存于斷層破碎帶中。

（2）礦區(qū)Ce/Ce*為0.70～0.87，反映出大陸邊緣背景特征，這黔西北赫章一帶鐵礦床主要呈北西向沿川黔古陸邊緣或附近分布、展布方向與古海岸線方向一致；Ce呈現(xiàn)負(fù)異常，表明鐵礦的形成環(huán)境為還原環(huán)境。

（3）礦石中Th、Zr、Sc含量普遍偏低，與圍巖相比也呈現(xiàn)偏低現(xiàn)象，表明成礦過(guò)程中受陸源物質(zhì)的影響不大，或僅有部分陸源物質(zhì)參與成礦；Eu/Eu*值為1.08～2.00，反映具有高溫?zé)嵋毫黧w參與成礦作用的進(jìn)行；Y/Ho值為25.68～32.57，平均為29.93，可能反映了礦區(qū)礦石的形成為正常海水和深部熱液流體的混合流體參與成礦；U/Th為0.3～8.51，平均為2.53，成礦過(guò)程既有正常海水沉積又具有熱液流體作用參與。

（4）礦體的產(chǎn)出、賦存形態(tài)，礦石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造，微量元素、稀土元素特征綜合顯示，礦床為沉積-熱液改造型礦床。

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