銅陵葉山鐵礦赤鐵礦微尺度礦物學(xué)研究及地質(zhì)意義*

陳平 陳天虎 徐亮 趙月領(lǐng) 周躍飛 徐曉春 謝巧勤

合肥工業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院納米礦物與環(huán)境材料實(shí)驗(yàn)室，合肥 230009

長(zhǎng)江中下游成礦帶是我國(guó)重要的鐵-銅-金多金屬成礦帶，也是我國(guó)主要的鐵礦產(chǎn)出地，按區(qū)域性成礦模式可分為鄂東南地區(qū)、贛西北（九瑞）地區(qū)、安徽沿江地區(qū)、江蘇沿江地區(qū)（常印佛等，1991；翟裕生等，1992；唐永成等，1998）。在安徽沿江地區(qū)，大型鐵礦床多分布于區(qū)內(nèi)拗陷帶內(nèi)繼承性斷陷火山巖盆地及其邊緣向斷褶隆起的過(guò)渡區(qū)，與中生代中酸性或偏基性火山巖-次火山巖相關(guān)（常印佛等，1991；唐永成等，1998）。眾多學(xué)者對(duì)區(qū)內(nèi)鐵礦床開展了地球化學(xué)研究，提出了鐵礦床多種成因類型和成礦模式。歸納起來(lái)主要有以下幾種成因類型：礦漿型（李秉倫和謝奕漢，1984；朱增青，1987；王躍等，2014；李延河等，2017；滕霞等，2018）、矽卡巖型（Xu and Lin，2000；Zhouetal.，2011）、巖漿矽卡巖-熱液疊加改造型（侯通等，2010；任廣利等，2012；段超等，2017）、玢巖型（張樂(lè)駿等，2011；段超等，2012；Nieetal.，2017）。雖然隆起區(qū)內(nèi)以銅多金屬礦床為主，但也分布有大量鐵礦床，這些鐵礦床規(guī)模相對(duì)較小，研究相對(duì)較弱，對(duì)其成因和成礦作用存在較大爭(zhēng)議（唐永成等，1998；許衛(wèi)等，2011）。

以銅陵隆起區(qū)為代表，區(qū)內(nèi)大中型銅多金屬礦床有新橋銅金硫礦床、冬瓜山銅金礦床、銅官山銅鐵金礦床等（臧文栓等，2004；陸建軍等，2008；毛景文等，2009；Lietal.，2017；Zhangetal.，2017）。除大中型礦床外，該區(qū)分布有小型礦床33處，礦點(diǎn)96處，礦化點(diǎn)30處（周濤發(fā)等，2009）。這些數(shù)量眾多的小規(guī)模礦體（礦化點(diǎn)）：以鐵礦化為主，如葉山鐵礦主要產(chǎn)出鏡鐵礦跟褐鐵礦（本文）、桃園鐵礦主要產(chǎn)出含鋅褐鐵礦（杜森官等，2012）；次之銅金鉛鋅礦化，如金口嶺銅金礦床、包村金礦（周濤發(fā)等，2009；王劍波，2016）、白牡嶺鉛鋅礦化較為特殊，該礦床還大量產(chǎn)出褐鐵礦、鏡鐵礦（許衛(wèi)等，2011）；余下礦化點(diǎn)類型主要為煤、磷、錳等。

葉山鐵礦是區(qū)內(nèi)典型鐵礦床之一，但是研究資料甚少，特別是對(duì)鐵礦床的地質(zhì)地球化學(xué)缺乏系統(tǒng)研究，故在礦床成因和形成機(jī)制方面爭(zhēng)議較多，尚無(wú)統(tǒng)一認(rèn)識(shí)。與之相關(guān)的成因類型主要有低溫交代型（朱夏，1951）、矽卡巖型（郭宗山，1957）、沉積型（周濤發(fā)等，2009）、（層控）熱液型（許衛(wèi)等，2011）等。此外，該礦床主要呈層狀賦存于中石炭統(tǒng)黃龍組與上泥盆統(tǒng)五通組之間，黃龍組為主要賦礦層位。與區(qū)內(nèi)新橋、冬瓜山礦床類似，礦體的產(chǎn)出主要受石炭系地層層位控制，具有同生礦床的一些特征，前人對(duì)該層位的銅多金屬礦床的成因主要持兩種觀點(diǎn)，即沉積-疊加改造型（常印佛等，1991，2012；唐永成等，1998；周濤發(fā)等，2010；侯增謙等，2011）和巖漿熱液型（毛景文等，2009；張宇等，2013）。這兩類觀點(diǎn)之爭(zhēng)的焦點(diǎn)在于成礦過(guò)程中是否經(jīng)歷了石炭紀(jì)（噴流）沉積成礦作用，及其對(duì)礦床形成的相對(duì)貢獻(xiàn)。該層位中膠狀黃鐵礦層是眾多學(xué)者認(rèn)定的銅鐵金多金屬礦床的“礦胚層”，燕山期巖漿熱液活動(dòng)對(duì)該礦胚層的改造具有重要意義，同時(shí)該層位中菱鐵礦受熱變質(zhì)作用形成磁鐵礦是該類銅多金屬礦床中鐵礦化的重要存在形式（臧文栓等，2004）。區(qū)別于新橋、冬瓜山礦床，葉山礦區(qū)尚未發(fā)現(xiàn)該類建造，故礦區(qū)是否存在黃龍組沉積型鐵質(zhì)建造，及其建造類型和對(duì)該礦床的貢獻(xiàn)量，成為該礦床眾多成因觀點(diǎn)爭(zhēng)論的核心問(wèn)題。為此，本文以葉山赤鐵礦礦石為研究對(duì)象，通過(guò)激光剝蝕電感耦合等離子體質(zhì)譜（LA-ICP-MS）對(duì)赤鐵礦的化學(xué)組成進(jìn)行詳細(xì)研究，結(jié)合掃描電子顯微鏡（SEM）對(duì)礦石酸不溶相的微形貌觀察，以期探討葉山鐵礦床成因、形成機(jī)制，為深入認(rèn)識(shí)銅陵地區(qū)黃龍組沉積鐵建造與該層位廣泛存在的小型鐵礦床之間的關(guān)系提供新的資料。

1 礦床地質(zhì)背景

葉山鐵礦床位于長(zhǎng)江中下游成礦帶銅陵礦集區(qū)銅陵縣鐘鳴鎮(zhèn)西南4km，礦區(qū)中心地理坐標(biāo)：東經(jīng) 18°02′21″，北緯30°57′44″（圖 1）。構(gòu)造上處于下?lián)P子褶皺帶貴池-馬鞍山斷褶帶中部的舒家店背斜北西翼，銅陵礦集區(qū)隆起北緣新橋礦田西北部（許衛(wèi)等，2011），為礦集區(qū)內(nèi)一小型鐵礦床。

圖1 長(zhǎng)江中下游成礦帶大地構(gòu)造簡(jiǎn)圖（a，據(jù)Pan and Dong，1999修改）及葉山鐵礦地質(zhì)簡(jiǎn)圖（b，據(jù)安徽省地礦局321地質(zhì)隊(duì)，2003① 安徽省地礦局321地質(zhì)隊(duì).2003.安徽省銅陵縣鐘鳴鎮(zhèn)葉山鐵礦儲(chǔ)量核實(shí)報(bào)告修改）Fig.1 Regional tectonic map of the Middle-Lower Yangtze River Valley Metallogenic Belt（a，modified after Pan and Dong，1999）and geological schematic map of Yeshan iron deposit（b）

礦區(qū)出露地層有上泥盆統(tǒng)五通組、中石炭統(tǒng)黃龍組、上石炭統(tǒng)船山組、下二疊統(tǒng)棲霞組及上覆的第四系沉積物（圖2a）。五通組下段主要為石英砂巖夾粉砂巖、含赤鐵礦粉砂質(zhì)頁(yè)巖、頁(yè)巖（圖2b，c）；上段為細(xì)砂質(zhì)粉砂巖、粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)頁(yè)巖夾石英砂巖。頂部縱向逆斷層發(fā)育，致使五通組及黃龍組殘缺不全，后者在部分地段缺失。黃龍組巖性為白云巖。船山組為球狀灰?guī)r，生物碎屑灰?guī)r。棲霞組下段主要為生物碎屑灰?guī)r，底部粉砂質(zhì)頁(yè)巖，含炭砂頁(yè)巖；上段為生物碎屑灰?guī)r、含燧石團(tuán)塊灰?guī)r、含燧石結(jié)核及條帶灰?guī)r，夾燧石層。巖漿巖主要是中生代的花崗閃長(zhǎng)巖、閃長(zhǎng)斑巖小巖株、巖脈，發(fā)生強(qiáng)烈風(fēng)化作用（圖2d）。

礦床主要由北東-南西向展布的5個(gè)礦體組成，沿葉山?jīng)_至大澇一帶分布，礦體長(zhǎng)70～300m，寬5～50m。多數(shù)鐵礦體呈層狀、似層狀產(chǎn)出于層間斷裂帶與東西向次級(jí)疊加褶皺的軸部，礦體頂板為中石炭統(tǒng)黃龍組或上石炭統(tǒng)船山組，底板為上泥盆統(tǒng)五通組。本次采樣點(diǎn)為No.V礦體（圖2e），頂板為黃龍組，底板為五通組（圖2f），礦體走向與地層走向基本一致，明顯受地層層位控制，黃龍組為主要賦礦層位。區(qū)內(nèi)圍巖蝕變微弱，底板圍巖發(fā)生絹云母化（圖2g），接觸帶發(fā)生大理巖化（圖2h）、矽卡巖化，并發(fā)現(xiàn)有順層分布的微晶黃鐵礦（圖2i）。礦床中的金屬礦物主要為赤鐵礦（鏡鐵礦）、針鐵礦，伴有磁鐵礦及少量黃鐵礦；非金屬礦物以石英為主，深部可見(jiàn)矽卡巖礦物黑柱石。礦石主要以片狀、針狀結(jié)構(gòu)為主，次為交代殘余結(jié)構(gòu)；構(gòu)造以致密塊狀、條紋狀構(gòu)造、松散土狀為主。

圖2 葉山鐵礦野外地質(zhì)特征（a-c）葉山礦區(qū)出露的主要地層；（d）礦區(qū)出露高度風(fēng)化的巖體及巖體接觸帶上蝕變礦物的褐鐵礦化；（e、f）礦體圍巖；（g-i）分別為礦區(qū)蝕變類型：絹云母化，大理巖化及其接觸帶上蝕變礦物的褐鐵礦化，矽卡巖化Fig.2 Field photographs of Yeshan iron deposit（a-c）main strata exposed in the Yeshan mine area；（d）highly weathered magmatic rocks and limonitization from altered minerals in the contact zone；（e，f）country walls of ore body；（g-i）alteration assemblages from the mine area：sericitization，marbleization and limonitization from altered minerals in the contact zone，skarnization，respectively

2 樣品采集與實(shí)驗(yàn)方法

2.1 樣品采集

樣品采自銅陵葉山鐵礦床的露天采坑。根據(jù)礦石中赤鐵礦的粒徑、結(jié)構(gòu)及共生礦物組合特征將赤鐵礦分為三大類：第一類隱晶質(zhì)赤鐵礦Hem 1，與石英或粘土礦物共生，副礦物有金紅石，多呈塊狀（圖3a-c），或與第二類型共同構(gòu)成條帶狀構(gòu)造（圖3d）。第二類為與磁鐵礦共生型顯晶赤鐵礦Hem 2，具有明顯交代結(jié)構(gòu)，即早期磁鐵礦被后期赤鐵礦交代，赤鐵礦保留了磁鐵礦的晶形（圖3d，e），或呈放射狀集合體（圖3f）。第三類為片狀顯晶赤鐵礦Hem 3，又稱之為鏡鐵礦，呈自形板片狀集合體，塊狀或脈狀構(gòu)造，塊狀礦石礦物組成基本為鏡鐵礦，脈狀礦石中鏡鐵礦多與石英共生。礦區(qū)表生風(fēng)化嚴(yán)重，多伴生褐鐵礦（圖3f-h）。由于礦區(qū)采礦歷史悠久，故難以詳盡描述各類礦石空間產(chǎn)狀及穿插關(guān)系。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

2.2.1 樣品前處理

本次實(shí)驗(yàn)主要分為兩個(gè)部分：其一是對(duì)隱晶質(zhì)赤鐵礦礦石樣品（Hem 1）的酸不溶物做掃描電子顯微鏡（SEM）微區(qū)觀察，將上述樣品輕輕搗碎，用1M鹽酸羥胺溶液（溶劑為20%鹽酸），固液比為1g∶100mL，水浴鍋60℃加熱12h，離心移去上清液，反復(fù)溶解直至上清液保持無(wú)色，對(duì)剩余酸不溶物進(jìn)行掃描電子顯微鏡（SEM）觀察。其二是對(duì)不同類型礦石光薄片觀察后，用酒精擦洗，除去樣品表面可能粘附的褐鐵礦化，再進(jìn)行激光剝蝕電感耦合等離子體質(zhì)譜（LA-ICPMS）分析。

2.2.2 SEM

將樣品酸溶后的酸不溶相置于樣品臺(tái)的導(dǎo)電膠上，在專用噴金裝置中噴金120s，進(jìn)行SEM圖像及EDS分析。SEM在合肥工業(yè)大學(xué)分析測(cè)試中心完成，儀器型號(hào)為JEM-2100F。

圖3 葉山鐵礦不同類型的赤鐵礦偏光顯微鏡或手標(biāo)本照片（a）隱晶質(zhì)赤鐵礦（Hem1，樣號(hào)YS-12）；（b）Hem1酸不溶物提取的石英顆粒和金紅石；（c）隱晶質(zhì)赤鐵礦Hem1（樣號(hào)YS-8）；（d）隱晶質(zhì)赤鐵礦（Hem 1）與顯晶質(zhì)赤鐵礦（Hem 2）呈條帶分布（樣號(hào)YS-2）；（e）為（d）條帶部分放大，顯示赤鐵礦交代磁鐵礦；（f）放射狀顯晶赤鐵礦（Hem 2），顯示赤鐵礦交代磁鐵礦（樣號(hào) YS-6）；（g-i）顯晶質(zhì)赤鐵礦（Hem 3，樣品分別為 YS-11、14、19）.礦物縮寫：Hem-赤鐵礦；Qtz-石英；Kln-高嶺石；Rt-金紅石；Mag-磁鐵礦；Lm-褐鐵礦；V-孔隙Fig.3 Photomicrographs or sample photos of different hematite from Yeshan iron deposit（a）cryptocrystalline hematite（Hem 1，sample YS-12）；（b）acid-insoluble components containing of quartz and rutile extracted from Hem 1；（c）cryptocrystalline hematite（Hem 1，sample YS-8）；（d）banded structure（sample YS-2）containing of cryptocrystalline hematite（Hem 1）and phanerocrystalline hematite（Hem 2）；（e）close-up view of（d），showing magnetite was replacing by hematite；（f）radial phanerocrystalline hematite（Hem 2），showing magnetite was replacing by hematite（sample YS-6）；（g-i）phanerocrystalline hematite（Hem 3，samples YS-11，14，19）.Mineral abbreviation：Hem-hematite；Qtz-quartz；Kln-kaolinite；Rt-rutile；Mag-magnetite；Lm-limonite；V-void

2.2.3 LA-ICP-MS

LA-ICP-MS分析在合肥工業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院礦床成因與勘查技術(shù)研究中心礦物原位分析實(shí)驗(yàn)室完成，儀器為Agilent 7900四級(jí)桿質(zhì)譜，激光剝蝕系統(tǒng)為Analyte Excite 193nm準(zhǔn)分子激光。測(cè)試過(guò)程中以氦氣為載氣，束斑35μm，脈沖頻率6Hz，能量6～10mJ／cm2，每個(gè)樣點(diǎn)測(cè)試時(shí)間為60s，包括空白背景采集20s，樣品連續(xù)剝蝕采集40s。本次實(shí)驗(yàn)采用無(wú)內(nèi)標(biāo)法，外標(biāo)采用GSE-1G、GSC-1G和BCR-2G，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)由軟件ICPMSDataCal（Liuetal.，2008）處理得到，主量元素和微量元素的測(cè)試誤差分別為5%和10%。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1 SEM

SEM下YS-2、YS-8中石英粒徑為2～600μm，磨圓度差，棱角分明，YS-12中石英顆粒多小于100μm，磨圓度差，且表面凹凸不平。YS-2中條帶狀石英顆粒表面發(fā)育階梯狀菱形生長(zhǎng)紋，且小孔洞較為發(fā)育，并被亞微米級(jí)不規(guī)則細(xì)顆粒石英包圍，使得表面凹凸不平，多孔隙（圖4a，b），局部石英顆粒具有平整邊界及平行狀生長(zhǎng)紋（圖4c）。YS-8中石英顆粒，整體呈棱角狀，但斷面微平整，具有輕微的直線狀細(xì)凹槽及彎曲狀低凸起（圖4d），發(fā)育大量長(zhǎng)條狀“V”型凹痕，凹痕面上有粗糙、凹凸不平的硅質(zhì)沉淀（圖4d-g）。YS-12中粗顆粒石英表面沉淀有大量的二氧化硅小球，與石英共生的高嶺石呈不規(guī)則片狀（圖4h，i）。

3.2 LA-ICP-MS

6）-10×：素元量；微t%：w素元量（主果結(jié)析-M S分P-ICA L礦鐵/磁礦鐵赤中床礦鐵山葉1表6）-10×ents：elemtrace；t%wents：elemajorm （depositironeshanYtheinagnetite/matiteemHofresultsanalysisS-M P-ICA L1ableT i/N o C b PWSna B o MSre G a G n Z u C i N o C r CVaOC SiO2 O3 A l2 gOMnOM T iO2 eOF號(hào)點(diǎn)測(cè)1emH 0.419.7315.784.845.774.785.951.332.4136.7558.8212.325.3214.4961.070.031.770.810.000.020.1694.50-1-8S Y 0.520.4217.445.076.263.656.331.262.1938.3062.3710.235.2913.2560.900.031.510.620.000.020.1794.92-2-8S Y 0.419.8616.345.196.856.145.581.392.1331.8643.3811.854.6914.3772.170.031.420.510.000.030.1595.15-3-8S Y 0.524.0722.665.986.832.936.261.182.0140.1447.719.384.4414.7876.130.041.230.490.000.020.1995.31-4-8S Y 0.524.0222.415.926.953.795.441.472.2440.6081.0810.324.7712.6871.700.021.370.640.000.020.2095.04-5-8S Y 0.512.4319.225.086.225.015.671.332.0638.7965.6610.785.0113.7665.890.021.320.560.000.020.1894.80-6-8S Y 0.5269.0261.547.721548522.3819127.3514.17181.579.2754.8826.303756505.20.522.634.140.020.151.5985.30-1-12S Y 0.5341.2220.838.551542430.2412726.5519.02178.557.1036.6618.92437.9578.50.456.746.290.010.101.2480.38-2-12S Y 0.689.81160.124.61179319.37169.93.8010.3994.2929.1333.1818.621171472.42.654.693.230.010.090.9985.27-3-12S Y 0.770.70164.021.58191713.87195.42.795.9077.2445.4525.1718.844249374.50.081.651.440.020.130.7792.22-4-12S Y 0.584.33187.623.13200046.84144.24.307.3672.2031.9733.6315.342924405.30.1311.372.190.010.110.8082.18-5-12S Y 2emH 0.8—74972.120.2113.560.220.711.531.75—0.310.24—8.65—0.130.070.000.01—96.14*-1H -2S Y 1.2414022.711.8912.519.071.531.886.40— —0.173.377.430.110.360.010.000.010.0096.53-2H -2S Y 1.20.06100752.260.1639.840.151.511.492.01—0.230.28—10.23—0.140.01—0.01—95.89-3H -2S Y 0.40.04122442.090.1076.580.450.671.662.59—1.060.415.1619.74—0.220.010.000.010.0095.51-4H -2S Y 0.5—120092.880.03436.120.060.701.651.87—0.650.338.738.55—0.150.040.000.010.0195.60-5H -2S Y 1.20.4431854.720.6498.781.681.071.934.070.340.780.932.849.790.010.270.010.010.020.0096.54-6H -2S Y 3.9770242.906.392.6464.271.042.9426.20— —10.51—6.140.250.170.010.000.100.0095.68**-1S-2MY 5.44.6692612.255.3121.4357.960.714.0118.143.741.226.632.094.920.230.560.020.000.060.0095.06-2M -2S Y 15.81.399881.884.4678.575.211.143.8819.426.200.426.59—3.490.040.370.050.000.08—96.58-3M -2S Y 2.82.3152963.383.3119.9123.492.305.1616.991.742.376.715.155.640.150.680.030.020.050.0095.58-4M -2S Y 3.73.3110323.235.7610.5750.342.104.0920.194.781.897.013.013.890.280.590.030.010.060.0096.40-5M -2S Y 4.21.863.652.001.614.531.754.007.825.19—0.441.853.4247.930.070.490.500.020.080.0196.07-1H -6S Y 5.33.144.402.133.225.432.174.098.7313.550.780.663.501.7478.210.070.930.480.090.190.0095.50-2H -6S Y 65.71.506.521.922.699.655.414.058.1172.66—0.5535.97—24.750.020.400.440.020.600.0095.81-3H -6S Y 39.61.80133.52.003.8715.599.243.008.4130.660.120.5923.31—55.000.030.300.380.010.460.0096.07-4H -6S Y

1表續(xù)1ableTontinuedC i/N o C b PWSna B o MSre G a G n Z u C i N o C r CVaOC SiO2 O3 A l2 gOMnOM iO2 T eOF號(hào)點(diǎn)測(cè)34.82.6245.71.992.9010.423.673.898.3250.210.430.5218.110.9854.730.050.830.420.040.500.0095.60-5H -6S Y 46.82.362.722.238.263.3215.054.218.3882.13—0.4219.55—82.150.050.430.620.010.45—95.69-1M -6S Y 19.81.3719.931.733.6329.459.101.596.9742.84—0.387.60—32.880.040.340.630.010.370.0095.88-2M -6S Y 30.51.13132.51.764.1736.0811.661.687.0563.02—0.319.42—36.140.100.260.620.010.380.0095.83-3M -6S Y 49.11.1355.461.943.3814.6710.452.016.9628.77—0.2713.041.3319.000.050.270.570.010.300.0096.08-4M -6S Y 1.63123.52.246.3720.1532.391.496.3931.74— —12.07—32.660.260.270.710.010.290.0095.52-5M -6S Y 0.9620.572.204.7110.9811.992.977.8271.06— —16.14—27.900.020.350.800.010.33—95.76-6M -6S Y 3emH 0.27255.91.910.5620.170.782.9110.390.53— —0.04—2.53—0.180.640.000.00—96.45-1-11S Y 0.83275.42.061.6221.062.223.3410.290.78—0.29——6.42—0.250.550.000.00—96.46-2-11S Y 0.111.21152.33.742.5035.041.103.238.7082.691.741.260.101.4934.69—0.330.140.000.080.0096.67-3-11S Y 0.11.43275.43.170.5442.820.402.649.2421.74—0.370.03—26.32—0.170.290.000.010.0096.78-4-11S Y 0.232.0164.235.249.924.611.463.718.03236.95.243.530.762.0527.64—0.360.480.000.120.0096.28-5-11S Y 0.114.16234.92.522.7723.861.654.6011.5440.030.960.830.06—6.30—0.320.560.000.040.0096.34-6-11S Y 0.9721005.880.0353.270.030.966.002.45——0.03—26.23—0.130.270.000.01—96.62-7-11S Y 0.16.02278.54.040.6930.160.562.409.827.400.370.390.02—30.66—0.210.250.000.010.0096.78-8-11S Y 0.64.92316712.613.0111.131.031.225.787.510.291.811.01263.6142.5—0.370.690.010.040.0395.70-1-19S Y 0.13.18125977.111.5064.980.401.489.826.050.611.510.17440.349.590.020.200.610.000.020.0194.82-2-19S Y 0.72.36346252.261.502.150.571.667.755.560.170.340.2329.12141.6—0.240.910.010.020.0295.66-3-19S Y 0.70.6089614.370.5115.570.421.435.521.95—0.690.4942.9675.63—0.160.600.000.010.0296.38-4-19S Y 1.15.5490479.994.8444.511.021.7410.438.640.170.400.4651.7542.94—0.240.890.000.060.0094.96-5-19S Y 35.05.10148.02.054.4012.927.247.588.52101.820.321.1239.143.116.130.020.520.090.010.150.0096.45-1-14S Y 20.33.87239.81.665.6016.435.829.608.78151.243.252.1042.748.789.150.040.720.080.010.160.0096.20-2-14S Y 11.44.80404.51.767.6035.854.6312.138.21127.834.264.3950.145.1918.300.050.870.060.010.150.0096.04-3-14S Y 8.13.32141.11.704.2415.785.2310.1810.25226.732.655.6345.573.1712.940.050.910.070.020.170.0096.00-4-14S Y 11.64.08119.31.545.4420.036.328.129.32189.137.803.7843.774.9810.640.050.870.080.010.160.0096.10-5-14S Y 14.75.24122.61.587.8924.925.2710.218.46118.136.032.8842.437.5818.440.040.850.080.010.160.0096.09-6-14S Y礦鐵赤為均注標(biāo)殊特；無(wú)點(diǎn)試測(cè)1號(hào)礦鐵磁表M-1代-1中M S-2Y**；點(diǎn)試測(cè)1號(hào)礦鐵赤表，H-1代號(hào)品樣S-2為Y H-1中-2Y S*；限出檢于低果結(jié)試測(cè)示表：—注

圖4 隱晶質(zhì)赤鐵礦（Hem 1）礦石中石英掃描電鏡圖像（a-c）樣品 YS-2；（d-g）樣品 YS-8；（h-i）樣品 YS-12Fig.4 SEM images of quartz from the cryptocrystalline hematite ore（Hem 1）（a-c）sample YS-2；（d-g）sample YS-8；（h-i）sample YS-12

主量元素分析結(jié)果表明（表1）：Hem 1（YS-8）中FeO含量為94.50%～95.31%；SiO2、Al2O3、TiO2分別達(dá)到 1.23%～1.77%、0.49% ～0.81%、0.15% ～0.20%；而 MgO、MnO、CaO僅分別含有0.01%、0.02%、0.03%左右。相對(duì)于Hem 1，Hem 2具有較高的全鐵含量（95.50% ～96.53%），而TiO2、MgO、CaO含量偏低，SiO2、Al2O3、MnO含量變化幅度較大，如Al2O3、MnO，在YS-6中含量明顯高于YS-2。該類型礦石中出現(xiàn)的磁鐵礦在主量元素上與其共生的赤鐵礦基本保持一致。Hem 3中全鐵含量為94.82%～96.78%，而TiO2、MgO、CaO含量偏低，SiO2、Al2O3、MnO含量變化幅度較大，并可大致劃分為兩類：一類以高Al2O3（0.14%～0.91%），低MnO、SiO2為特征（如 YS-11、19）；一類以高 MnO（0.15% ～0.17%）、SiO2（0.52% ～0.91%），低 Al2O3為特征（如 YS-14）。

微量元素特征：相對(duì)于 Hem 2、Hem 3，除元素 Ga（2.01×10-6～2.41×10-6）、Ge（1.18×10-6～1.47×10-6）、Mo（2.93×10-6～6.14×10-6）及 W（15.78×10-6～22.66×10-6）含量偏低外，其余檢測(cè)元素（V、Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Sr、Ba、Sn、Pb）在 Hem 1中含量都較高。Hem 2中元素 Cr、Ni、Cu、Ge、Mo、Sn、Pb含量較低，不同樣品差異變化較??；而元素V、Co、Zn、Ga、Sr、Ba、W等出現(xiàn)明顯差異變化，即這些元素在YS-6中含量高于樣品YS-2（W元素相反）。在Hem 2類型中，共生的磁鐵礦在YS-6中與赤鐵礦在微量元素組成差異不明顯，而在 YS-2中某些元素差異較大，如 Co、Cu、Zn、Sr、Ba、Pb。Hem 3中檢測(cè)元素含量普遍偏高，且元素含量變化大，這不僅體現(xiàn)在不同樣品之間，還表現(xiàn)于同一樣品中，如Cr、Co、Ni、Cu、Sr、W。

Hem 1（YS-12）中由于隱晶質(zhì)赤鐵礦與高嶺石、碎屑石英緊密共生，其測(cè)試結(jié)果含有較高的SiO2、Al2O3值，待測(cè)的微量元素含量也偏高，故與其他赤鐵礦不具可比性。但某些可作為參考，如Co／Ni比值小于1。

4 討論

4.1 石英微形貌及微結(jié)構(gòu)特征對(duì)物源的指示作用

二氧化硅小球粒多形成于低能環(huán)境，如潮間帶，此時(shí)石英顆粒與過(guò)飽和二氧化硅水溶液接觸，在其表面沉淀細(xì)小石英顆粒（Higgs，1979；Vosetal.，2014）；扁平解理面是一種斷面，是石英顆粒受到?jīng)_擊或壓力形成的，多見(jiàn)于風(fēng)成或冰川環(huán)境（Krinsley and Doornkamp，1973；Vosetal.，2014）；不規(guī)則碎屑狀高嶺石可能反映陸源搬運(yùn)沉積。這些未受后期熱液影響的組分及Hem 1礦石的產(chǎn)狀反映了葉山早-中石炭世海陸交匯的古地理環(huán)境（葉春林等，2010）。而疊加在這種石英顆粒表面的是大量長(zhǎng)條狀“V”型凹痕及平整的規(guī)則晶體邊界，說(shuō)明這些石英顆粒受到了熱液作用的影響，發(fā)生了重結(jié)晶作用。

4.2 赤鐵礦化學(xué)組成對(duì)物源的指示作用

圖5 葉山鐵礦赤鐵礦／磁鐵礦的 SiO2-MnO（a）、MnO-Al2 O3（b）、SiO2-Ga（c）、Co-Ni（d）、Pb-Zn（e）和 Cu-Ge（f）圖解Fig.5 Plots of SiO2 vs.MnO（a），MnO vs.Al2 O3（b），SiO2 vs.Ga（c），Co vs.Ni（d），Pb vs.Zn（e）and Cu vs.Ge（f）in hematite／magnetite from the Yeshan iron deposit

圖 6 葉山鐵礦赤鐵礦／磁鐵礦的 W-MnO（a）、W-CaO（b）、Al2 O3-TiO2（c）和 TiO2-V（d）圖解Fig.6 Plots of W vs.MnO（a），W vs.CaO（b），Al2 O3 vs.TiO2（c）and TiO2 vs.V（d）in hematite／magnetite from the Yeshan iron deposit

在SiO2-MnO相關(guān)性圖解（圖5a）中，可大致地將Hem2、Hem 3劃分為兩類：即低 SiO2、MnO系列，如 Hem 2（YS-2）、Hem 3（YS-11、-19）；和高 SiO2、MnO系列，如 Hem 2（YS-6）、Hem 3（YS-14）。但在 MnO-Al2O3相關(guān)性圖解（圖 5b）中，Hem 2可劃分為低MnO、Al2O3系列（YS-2）和高M(jìn)nO、Al2O3系列（YS-6），而Hem 3可劃分為低MnO，高Al2O3系列（YS-11、19）和高 MnO，低 Al2O3系列（YS-14）。低Ga含量可能反映低程度的水巖反應(yīng)（Huangetal.，2016），因此在SiO2-Ga相關(guān)性圖解（圖5c）中，除 Hem 2（YS-2）外，Hem 2、Hem 3都具有較高的Ga含量，明顯有別于Hem 1，說(shuō)明絕大多數(shù)Hem 2、Hem 3是在熱液活動(dòng)下的產(chǎn)物。在Co-Ni相關(guān)性圖解（圖5d）中具有同樣特征，Hem 2（YS-2）、Hem 3（YS-11、-19）的Co／Ni比值小于1.5，而 Hem 2（YS-6）、Hem 3（YS-14）的 Co／Ni比值遠(yuǎn)大于1.5。Pb-Zn、Cu-Ge相關(guān)性圖解（圖5e，f）無(wú)明顯規(guī)律，說(shuō)明這些親硫元素在熱液體系中優(yōu)先進(jìn)入硫化物中（Dareetal.，2012；Zhao and Zhou，2015），從而導(dǎo)致這類元素在鐵氧化物中具有不相容性。葉山赤鐵礦部分樣品中出現(xiàn)異常高的W，但在W-MnO、W-CaO相關(guān)性圖解（圖6a，b）中并未出現(xiàn)正相關(guān)性，由此排除黑鎢礦、白鎢礦的獨(dú)立物相以包裹體形式存在。在W-MnO相關(guān)性圖解中，亦可類似地將Hem 2、Hem 3劃分為兩類：即高 W、低 MnO系列，如Hem 2（YS-2）、Hem 3（YS-11、19）；和低 W、高 MnO系列，如Hem 2（YS-6）、Hem 3（YS-14）。近年來(lái) Al、V和 Ti元素廣泛被用來(lái)指示成礦溫度（Cabral and Rosière，2013；Chunget al.，2015），本文 Al2O3-TiO2、TiO2-V二元圖解（圖 6c，d）都具有分散性，表明不太適合作為指示該礦床成礦溫度的指標(biāo)。特別地，在以上的圖解中，Hem 1的分布都比較集中、獨(dú)立，與Hem 2、Hem 3的分布基本不重疊；Hem 2與 Mag在YS-6中分布相對(duì)吻合、靠近，而在YS-2中分布基本不重疊。

結(jié)合上文中SEM觀察結(jié)果，分析認(rèn)為Hem 1具有原始沉積特征，代表著黃龍組地層中的沉積鐵建造，但受到后期熱液影響，發(fā)生了重結(jié)晶作用，因此化學(xué)組分上具有高Si、Al、Ti的特征，與Hem 2、Hem 3在成因上無(wú)太多關(guān)聯(lián)。Hem 2、Hem 3具有兩種類似的成因，即高 W，低 SiO2、MnO、Co／Ni比值，代表沉積-熱液疊加改造成因（Hem 2SH，Hem 3SH）；低W，高 SiO2、MnO、Co／Ni比值，代表熱液成因（Hem 2H，Hem 3H）。因此Hem 2H與共生磁鐵礦（YS-6）在化學(xué)成分上具有連續(xù)性，而Hem 2SH與其共生磁鐵礦（YS-2）在化學(xué)成分上具有輕微差異，表明赤鐵礦的形成受前驅(qū)體化學(xué)組成和熱液組分疊加影響。同樣的，Hem 3H具有較為穩(wěn)定的化學(xué)組成，而Hem 3SH化學(xué)組成變化較大，亦體現(xiàn)了前驅(qū)體跟熱液組分疊加對(duì)赤鐵礦成因的影響。以上分析排除了Hem 1作為沉積-熱液疊加改造前驅(qū)體的可能，研究認(rèn)為當(dāng)熱液中存在大量硅離子時(shí)，H4［Si（W3O10）4］能在酸性溶液中與 Fe2+、Ca2+、Mn2+穩(wěn)定共存（劉英俊等，1984），且鎢更穩(wěn)定存在于富硅熱液中，但當(dāng)遇到碳酸鹽巖時(shí)，溶液中CO32-濃度升高致使其逃逸出熱液，故鎢的運(yùn)移、沉淀指示了礦區(qū)前驅(qū)體可能為一套碳酸鹽巖建造。同理，本文亦排除了五通組頂部粉砂質(zhì)頁(yè)巖中的赤鐵礦透鏡體做為該區(qū)沉積-熱液疊加改造型赤鐵礦前驅(qū)體的可能性。

圖7 葉山鐵礦赤鐵礦／磁鐵礦（Ti+V）-（Ca+Al+Mn）成因分類圖解（底圖據(jù)Dupuis and Beaudoin，2011）Fig.7 Plot of（Ti+V）vs.（Ca+Al+Mn）of hematite／magnetite from the Yeshan iron deposit（after Dupuis and Beaudoin，2011）

4.3 礦床成因

Dupuis and Beaudoin（2011）的（Ti+V）-（Ca+Al+Mn）圖解被廣泛用來(lái)判別鐵礦床成因類型（曾紅等，2014；段士剛等，2014；Chenetal.，2015；Chungetal.，2015；李壯等，2016；Güntheretal.，2017），但其普適性也遭到一些學(xué)者的懷疑（Cabral and Rosière，2013），本文鐵氧化物投點(diǎn)除少部分落入矽卡巖區(qū)和IOCG區(qū)內(nèi)，其余大部分落入圖框外圍（圖7），主要原因在于鐵氧化物TiO2含量太低，這可能跟前驅(qū)體化學(xué)組成有關(guān)。此外，Cabral and Rosière（2013）曾指出（Ti+V）-（Ca+Al+Mn）圖解不適用于低溫鐵礦床，說(shuō)明本區(qū)鐵礦化也可能跟低溫有關(guān)，這也符合錳質(zhì)矽卡巖形成溫度特點(diǎn)（趙一鳴等，1990）及鎢礦化多發(fā)生于中-高溫環(huán)境這一認(rèn)識(shí)（任云生等，2010；張振杰等，2011；熊欣等，2015）。林師整（1982）曾對(duì)大量磁鐵礦的主量元素進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，在此基礎(chǔ)上繪制了磁鐵礦TiO2-Al2O3-（MgO+MnO）三角形成因圖解。將本文中磁鐵礦及與磁鐵礦共生的赤鐵礦共同投點(diǎn)作圖，其結(jié)果基本都落入了矽卡巖或沉積變質(zhì)區(qū)域（圖8），且磁鐵礦的分布特征較好地吻合了上文分析結(jié)果，即Mag（YS-2）為沉積變質(zhì)成因（沉積-熱液疊加改造成因），Mag（YS-6）為矽卡巖成因（熱液成因）。

綜上分析認(rèn)為，葉山鐵礦床明顯經(jīng)歷了至少兩期次的成礦作用：第一期為原始沉積成礦期，第二期為熱液疊加改造成礦期。相比較于矽卡巖鐵礦床，葉山鐵礦床具有矽卡巖礦物組合的特征，但礦區(qū)中礦體主要呈層狀、似層狀，說(shuō)明熱液并未帶入大量的鐵質(zhì)組分。因此稱之為矽卡巖型，可能并不太適合，更應(yīng)稱之為沉積-熱液疊加改造型鐵礦床。

圖8 葉山鐵礦赤鐵礦（Hem 2）／磁鐵礦 TiO2-Al2 O3-（MgO+MnO）成因分類圖解（底圖據(jù)林師整，1982）Fig.8 Plot of TiO2-Al2O3-（MgO+MnO）of hematite（Hem 2）／magnetite from the Yeshan iron deposit（after Lin，1982）

4.4 沉積型鐵質(zhì)建造對(duì)該礦的制約及其地質(zhì)意義

銅陵礦集區(qū)重要的賦礦層位有上石炭統(tǒng)黃龍組、船山組，二疊系中統(tǒng)棲霞組、上統(tǒng)大隆組，三疊系下統(tǒng)和龍山組、南陵湖組（儲(chǔ)國(guó)正，2003）。本文通過(guò)對(duì)葉山赤鐵礦主微量元素及石英微形貌、微結(jié)構(gòu)的分析，建立了沉積-熱液疊加改造型鐵礦床的成礦模式，肯定了銅陵黃龍組這套層位中沉積型鐵質(zhì)建造作為前驅(qū)體在葉山鐵礦床形成過(guò)程中的作用與地位。

圖9 葉山鐵礦礦物演化示意圖縮寫：Hem-赤鐵礦；Mag-磁鐵礦；下標(biāo)：H-熱液成因；SH-沉積-熱液疊加改造成因Fig.9 Schematic diagram of the mineralogical evolution of the Yeshan iron deposit Abbreviations：Hem-hematite；Mag-magnetite.Subscripts：H-hydrothermal genesis；SH-sedimentary-hydrothermal overprinted genesis

李紅陽(yáng)等（2004）和曾普勝等（2002）曾在葉山-新橋-高家山一帶發(fā)現(xiàn)大量石炭紀(jì)沉積-噴流塊狀硫化物礦床，其礦物組合包括硫化物、鐵氧化物（赤鐵礦、鐵碧玉）、碳酸鹽（白云石、菱鐵礦、菱錳礦）。喻鋼等（2007）對(duì)鐘鳴地區(qū)葉山石炭系黃龍組底部礫巖中黃鐵礦的Pb同位素研究也支持其為噴流沉積成因。雖有學(xué)者對(duì)該套層位中出現(xiàn)的礦物組合提出不同成因，如沉積成因（謝巧勤等，2014）、熱液成因（張宇等，2013），但目前主流觀點(diǎn)認(rèn)為，石炭紀(jì)沉積成礦和燕山期熱液成礦是銅陵地區(qū)兩大成礦體系（陸建軍等，2008；侯增謙等，2011；蔣少涌等，2011）。礦體中出現(xiàn)的沉積型赤鐵礦（Hem 1）則說(shuō)明該區(qū)黃龍組地層中存在鐵氧化物型沉積鐵質(zhì)建造。但前文認(rèn)為相比較于沉積型赤鐵礦（Hem 1），含鐵碳酸鹽巖更適合作為該礦區(qū)前驅(qū)體，根據(jù)野外地質(zhì)調(diào)查、巖相學(xué)分析認(rèn)為，該礦區(qū)前驅(qū)體是以菱鐵礦為主的碳酸鹽巖型沉積鐵質(zhì)建造（圖9）。葉山鐵礦的特殊之處在于發(fā)育一類錳質(zhì)矽卡巖礦物，如含錳黑柱石，化學(xué)式 Ca1.04（Fe1.57Mn0.31Mg0.04）（Fe1.09Al0.01）［Si1.95O］O（OH），該類矽卡巖風(fēng)化形成了礦區(qū)第二大類金屬礦石——富錳褐鐵礦（Chenetal.，2018），通過(guò)富錳褐鐵礦的產(chǎn)狀恢復(fù)了矽卡巖礦物與赤鐵礦的共生組合關(guān)系，而且矽卡巖礦物具有較高的Al含量，Al3+又容易類質(zhì)同象替代Fe3+，這可能是導(dǎo)致該類型赤鐵礦（Hem 2H、Hem 3SH）較高Al含量的原因。錳質(zhì)矽卡巖與熱液改造型赤鐵礦的組合特征正好反映了黃龍組含菱鐵礦透鏡體白云巖的巖性特征，其與熱液發(fā)生（1）反應(yīng)（圖9），從而將富錳菱鐵礦（楊竹森等，2004；劉詩(shī)貝等，2016）中Mn元素活化帶入熱液中并交代白云巖形成錳質(zhì)矽卡巖，碳酸根離子誘導(dǎo)了熱液中W元素沉淀。在局部低氧逸度區(qū)域發(fā)生（2）反應(yīng)（圖9），形成磁鐵礦。而矽卡巖與熱液成因赤鐵礦／磁鐵礦組合特征反映了矽卡巖期氧化物階段熱液中的鐵質(zhì)組分結(jié)晶分異形成磁鐵礦／赤鐵礦、赤鐵礦（Hem 3H）。尚未在葉山礦區(qū)的黃龍組地層中發(fā)現(xiàn)菱鐵礦層，可能原因除部分地區(qū)缺失黃龍組地層外，還與菱鐵礦的熱變質(zhì)程度有關(guān)，如礦區(qū)白云巖普遍發(fā)生不同程度熱變質(zhì)作用或圍巖蝕變，如大理巖化、矽卡巖化。

葉山鐵礦床的研究佐證了該區(qū)黃龍組地層存在沉積鐵質(zhì)建造，且是以菱鐵礦為主的鐵建造，含赤鐵礦、黃鐵礦（喻鋼等，2007），但是否具有噴流作用仍需商榷。以菱鐵礦為前驅(qū)體，受熱液疊加改造形成赤鐵礦（鏡鐵礦）、磁鐵礦。銅陵礦集區(qū)是我國(guó)“層控矽卡巖型”礦床成礦理論的發(fā)源地（常印佛和劉學(xué)圭，1983；常印佛等，1991），繼而提出了“層控?zé)嵋盒汀庇^點(diǎn)，以葉山鐵礦和白牡嶺鉛鋅礦為代表（許衛(wèi)等，2011）。葉山鐵礦表現(xiàn)出層控的特點(diǎn)，是由黃龍組沉積菱鐵礦層決定的。銅陵地區(qū)黃龍組地層中分布眾多的小型鐵氧化物型礦床，可能是礦床的賦礦層位中存在菱鐵礦為主的沉積鐵建造，其作為前驅(qū)體提供了主要的成礦物質(zhì)，而深部的大巖漿房為前驅(qū)體的活化提供了能量和少量成礦物質(zhì)。銅陵地區(qū)部分銅金多金屬礦床中出現(xiàn)的鐵氧化物礦體亦表現(xiàn)出層控的特點(diǎn)，成因可能類似，或者說(shuō)葉山鐵礦的富礦過(guò)程只不過(guò)是其一個(gè)縮影。

5 結(jié)論

葉山鐵礦不同產(chǎn)狀赤鐵礦（Hem 1、Hem 2、Hem 3）的成分和結(jié)構(gòu)存在明顯差異。

Hem 1在主量元素上，具有低 Fe，高 Si、Al、Ti的特征；除Ga、Ge、Mo、W 外，V、Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Sr、Ba、Sn、Pb等微量元素含量相對(duì)較高。Hem 1酸不溶物的掃描電鏡顯示石英磨圓度差、表面凹凸不平、有硅質(zhì)小球粒及風(fēng)成的斷面等具有海陸交互的潮間帶成因特征，重結(jié)晶特征明顯。以上特征說(shuō)明葉山地區(qū)黃龍組地層中存在赤鐵礦型鐵質(zhì)建造，并發(fā)生了重結(jié)晶作用。

根據(jù)化學(xué)組成及元素相關(guān)性圖解可將Hem 2、Hem 3分為兩類：高 W，低 Mn、Si、Co／Ni比值（＜1.5），反映沉積-熱液疊加改造成因；低 W，高 Mn、Si、Co／Ni比值（＞1.5），反映熱液成因。主微量元素特征反映了熱液改造過(guò)程元素的繼承性和熱液組分演化過(guò)程及其對(duì)前驅(qū)體的疊加改造影響。

葉山鐵礦床符合沉積-熱液疊加改造型鐵礦床的特征。元素相關(guān)性圖解排除了Hem 1作為沉積-熱液疊加改造成因赤鐵礦前驅(qū)體的可能性，分析認(rèn)為葉山地區(qū)石炭系黃龍組地層存在以菱鐵礦為主的沉積鐵建造，其提供了該礦床的主要成礦物質(zhì)。

致謝 謹(jǐn)借《巖石學(xué)報(bào)》為慶祝葉大年院士80華誕專輯出版之際，衷心地感謝葉大年院士10多年來(lái)給予合肥工業(yè)大學(xué)納米礦物與環(huán)境材料研究團(tuán)隊(duì)的關(guān)心、指導(dǎo)和幫助。赤鐵礦的LA-ICP-MS分析得到了合肥工業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院礦物原位分析實(shí)驗(yàn)室汪方躍老師的大力支持和幫助，石英的SEM分析得到了合肥工業(yè)大學(xué)分析測(cè)試中心張強(qiáng)老師的大力支持與幫助。