青海東昆侖龍什更鐵鈷礦成礦時代與成因類型

陳海福，李小亮,3，嚴(yán)正平，張松濤，王生龍，趙俊芳，李良

1.青海省有色地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局 地質(zhì)科技處，西寧 810001；2.青海省有色地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局 第一地質(zhì)勘查院，西寧 810007；3.青海省有色地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局 青海省隱伏礦勘查重點實驗室，西寧 810007；4.云南大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，昆明 650500

0 引言

鈷一直是中國緊缺的戰(zhàn)略資源，來源比較有限，中國乃至世界上的鈷礦床多為伴生礦床，吉林大橫路、贛西五寶山和青海駝路溝等是中國為數(shù)不多的獨立鈷礦床[1--3]。東昆侖成礦帶是中國重要的金、銅、鎳、鈷、鐵、鉛鋅多金屬成礦帶，經(jīng)過最近二十年的工作，該成礦帶的鈷礦找礦成果取得了較大突破，特別是2011年發(fā)現(xiàn)的夏日哈木銅鎳礦伴生了非?？捎^的鈷礦，截至2016年該礦床伴生的鈷資源量已達(dá)4.29萬t，平均品位0.025%[4]。加上已發(fā)現(xiàn)的督冷溝銅鈷礦、駝路溝鈷礦、肯德可克鈷鉍金礦、尕林格鐵(鈷)礦以及夏日哈木、石頭坑德、浪木日等含鈷銅鎳硫化物礦床[4--6]，東昆侖地區(qū)已顯示出了具有形成中國重要的鈷礦資源遠(yuǎn)景區(qū)的條件。東昆侖地區(qū)的找礦方向已由多礦種、大范圍轉(zhuǎn)變?yōu)榫o缺資源、優(yōu)勢礦種的精準(zhǔn)找礦，鈷礦已成為了當(dāng)前該地區(qū)找礦的主攻礦產(chǎn)。

龍什更鐵鈷礦為青海省有色第三地質(zhì)勘查院近年在溝里整裝勘查區(qū)發(fā)現(xiàn)的一個含鈷礦床，是近些年東昆侖地區(qū)重點勘查的鈷礦項目，經(jīng)過兩年的工作已取得了一定找礦成果，目前處于預(yù)查階段中。該礦床目前已發(fā)現(xiàn)12個鐵鈷或鈷礦體，單個礦體長100～1 400 m，平均厚度1.00～7.64 m，Co平均品位為0.021%～0.179%(單樣最高0.19%)，F(xiàn)e平均品位為34.62%～55.30%(單樣最高59.98%)(1)薛超平，王珩，胡申光，等. 青海省都蘭縣龍什更地區(qū)銅鈷多金屬礦2019—2020年工作總結(jié)及2021年工作方案. 西寧：青海省有色第三地質(zhì)勘查院，2021.。然而，該礦床發(fā)時間較晚，地質(zhì)工作程度偏低，對該礦床的認(rèn)識處于初步階段。同時，由于復(fù)雜的地質(zhì)特征使得龍什更鐵鈷礦床的成礦時代、礦床成因類型等具有較大爭議。因此，筆者擬在詳實野外調(diào)研和室內(nèi)顯微鏡觀察的基礎(chǔ)上，利用LA--ICP--MS鋯石U--Pb測年和全巖地球化學(xué)分析的方法對龍什更鐵鈷礦的含礦層位進(jìn)行分析，以期對該礦床的成礦時代、成因類型等作出限定，同時為該礦床的下一步找礦方向提供思考。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

東昆侖造山帶位于青藏高原北緣，中央造山帶的中西段，北瀕柴達(dá)木盆地，南與巴顏喀拉造山帶相接。該帶內(nèi)南北差異較大，以昆中斷裂為界，南、北基底不連續(xù)、性質(zhì)明顯不同，北部為古老結(jié)晶基底，南部以中--新元古代大洋玄武巖高原為褶皺基底，表現(xiàn)為多期邊緣造山作用形成的邊緣造山帶[7]。東昆侖造山帶在其長期復(fù)雜的演化過程中發(fā)生過多次重大的構(gòu)造體制轉(zhuǎn)換事件，形成了性質(zhì)迥異的不同的構(gòu)造帶。孫豐月等[8]依據(jù)4條近EW向的斷裂帶自北向南將其分為昆北加里東弧后裂陷帶、昆中基底隆起花崗巖帶、昆南復(fù)合拼貼帶、阿尼瑪卿蛇綠混雜巖帶與北巴顏喀拉造山帶(圖1a)。在區(qū)域構(gòu)造演化過程中扮演重要角色的昆南帶夾持于昆中斷裂帶與昆南斷裂帶之間，由大洋玄武巖高原與微陸殘塊構(gòu)成了褶皺基底。該構(gòu)造帶具有多旋回構(gòu)造運動：①前加里東期大洋玄武巖高原與加里東造山帶；②晚古生代—早中生代古特提斯活動陸緣[10]。

圖1 東昆侖造山帶構(gòu)造分區(qū)略圖[9](a)和龍什更鐵鈷研究區(qū)地質(zhì)圖[11](b)Fig.1 Sketch map showing tectonic divisions of eastern Kunlun orogenic belt[9] (a) and geological map of Longshigeng mining area[11] (b)

區(qū)域地層發(fā)育比較齊全，主要有古元古代金水口群片麻巖、混合巖、斜長角閃巖和大理巖等，中--新元古代萬寶溝群海相中基性火山巖、碳酸鹽巖和淺變質(zhì)千枚巖，奧陶紀(jì)納赤臺群變砂巖、泥砂質(zhì)板巖和安山巖等，早石炭世浩哈拉郭勒組凝灰?guī)r、安山巖和泥砂質(zhì)板巖等，晚石炭世浩特洛洼組雜砂巖、粉砂質(zhì)板巖和礫巖等，晚二疊世格曲組砂巖、灰?guī)r等，早--中三疊世洪水川組砂巖、安山巖和凝灰?guī)r等，侏羅—白堊紀(jì)羊曲組砂巖、頁巖等及第四系沉積物(2)薛超平，王珩，胡申光，等. 青海省都蘭縣龍什更地區(qū)銅鈷多金屬礦2019—2020年工作總結(jié)及2021年工作方案. 西寧：青海省有色第三地質(zhì)勘查院，2021.。區(qū)域褶皺、斷裂構(gòu)造均較發(fā)育，斷裂構(gòu)造尤為顯著。以壓性或壓扭性斷裂為主，構(gòu)成主干構(gòu)造，張性和扭性斷裂居從屬地位。斷裂按走向可分為3組：NWW向、近EW向和NE向。近EW向斷裂規(guī)模大，延伸遠(yuǎn)，具有多期活動等特點，而NE向構(gòu)造多為次級構(gòu)造。區(qū)域內(nèi)巖漿巖分布廣泛，主要發(fā)育海西期、印支期侵入巖，巖性以中酸性及超基性--基性為主，侵入期次有加里東期、華力西期、印支期和燕山期。其中以華力西期酸性侵入巖為主，構(gòu)成一個多旋回復(fù)合巖帶。其分布嚴(yán)格受構(gòu)造控制，一般局限于東西向構(gòu)造帶內(nèi)，呈巖基或巖株狀產(chǎn)出。

2 研究區(qū)與礦床地質(zhì)特征

2.1 研究區(qū)地質(zhì)特征

龍什更鐵鈷礦位于昆中斷裂南側(cè)的昆南復(fù)合拼貼帶內(nèi)，研究區(qū)中心坐標(biāo)約為：98°14′00″E， 35°38′00″N。研究區(qū)出露的地層主要為中--新元古代萬寶溝群疊層石灰?guī)r、千枚巖和變玄武巖，分布面積占研究區(qū)的80%以上；晚石炭—早二疊世浩特洛哇組砂礫巖，零星分布在研究區(qū)西北角和東南角以及第四系沖洪積物(圖1b)。

研究區(qū)的構(gòu)造主要為斷裂及褶皺構(gòu)造。斷裂構(gòu)造按走向可分為近EW、NWW和NW向，性質(zhì)多為壓扭性，具多期活動的特點，鐵鈷礦帶中發(fā)育一系列NW向的小規(guī)模成礦后斷裂，對礦體有錯位、破壞作用，如斷裂F6～F11(圖1b)。褶皺發(fā)育于南部萬寶溝群灰?guī)r與千枚巖中，為一復(fù)式向斜，地層產(chǎn)狀變化較大，傾向120°～320°，傾角55°～90°。目前所發(fā)現(xiàn)的FeCoⅠ礦帶發(fā)育于背斜翼部。

研究區(qū)巖漿巖主要以中酸性侵入巖為主，發(fā)育有少量的石炭—二疊紀(jì)基性--超基性巖。玄武巖多為灰黑色隱晶--微晶結(jié)構(gòu)，枕狀構(gòu)造。超鐵鎂質(zhì)巖多為蛇紋巖，可見堆晶層理，具變余網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，原巖為純橄欖巖，巖體與圍巖呈斷層接觸，接觸面附近圍巖構(gòu)造變形強烈，形成糜棱巖[11]。

2.2 礦床地質(zhì)特征

2.2.1 礦體特征

龍什更礦床的鐵鈷礦體主要賦存于FeCoⅠ礦帶中，地表控制長約7 km，寬5～20 m，走向20°～70°，呈北東向帶狀延伸。礦帶產(chǎn)于萬寶溝群灰?guī)r與千枚巖接觸帶中，順層產(chǎn)出，位于背斜的南東翼部。該帶內(nèi)共圈出13個鈷礦體(CoⅠ--1～CoⅠ--13) ，單個礦體長100～1 300 m，除CoⅠ--2、4、5、6、9長度>400 m外，厚度其余礦體長度均為100 m，均為小型規(guī)模礦體，平均厚1.0～7.64 m。礦體平均品位Co 0.021%～0.179%，單樣最高0.190%。其中CoⅠ--2、5為主礦體，CoⅠ--2礦體長1 250 m，平均真厚度為4.65 m，最大傾向延伸158 m，Co平均品位0.039%，單樣最高0.086%；CoⅠ--5礦體長1 300 m，平均真厚度為1.69 m，最大傾向延伸60 m，Co平均品位0.066%，最高0.19%。鈷礦常與赤鐵礦伴生，TFe品位為25.07%～55.3%。另外，F(xiàn)eCoⅠ礦帶附近發(fā)育一條鐵礦帶—FeⅥ，該礦帶產(chǎn)于萬寶溝群白云質(zhì)灰?guī)r中，順層產(chǎn)出，距FeCoⅠ礦帶北側(cè)約300 m平行產(chǎn)出，長度約1 700 m，寬約5～10 m，走向近東西，發(fā)育大量的赤鐵礦，TFe品位為30.92%(3)薛超平，王珩，胡申光，等. 青海省都蘭縣龍什更地區(qū)銅鈷多金屬礦2019—2020年工作總結(jié)及2021年工作方案. 西寧：青海省有色第三地質(zhì)勘查院，2021.。

野外調(diào)研可知，F(xiàn)eCoⅠ礦帶實際上為一條寬約5～20 m的以鐵氧化物為主的氧化帶，局部地段“成層”產(chǎn)出，局部地段則以走向上連續(xù)的透鏡體產(chǎn)出。FeCo透鏡體長軸方向與礦帶走向一致，大致等距斷續(xù)產(chǎn)出，傾向SE為主，產(chǎn)狀約120°∠75°，局部反傾。按透鏡體的大小大致可分為2個群組：①厚度≥1 m的Fe--Co透鏡體(圖2a)；②旁側(cè)圍巖中≤0.2 m的Fe--Ca透鏡體或條帶(圖2b)。第一群組是龍什更研究區(qū)FeCo的主要來源，產(chǎn)于灰?guī)r與千枚巖接觸帶下盤灰?guī)r中(圖2a、c)，厚度多在1.2～7.5 m，兩端常尖滅、再現(xiàn)，接觸帶中的透鏡體無論在規(guī)模和數(shù)量上都大于灰?guī)r中的透鏡體。第二群組主要產(chǎn)于接觸帶旁側(cè)(上盤)的千枚巖中，以一系列產(chǎn)狀相似、斷續(xù)產(chǎn)出、順層的透鏡體或條帶產(chǎn)出，鐵質(zhì)含量比大透鏡體的稍低，與千枚巖具有“同變形”的特征(圖2b)。由于后期強烈的氧化、淋慮作用，原生礦物發(fā)生強烈的氧化分解形成了大量鐵氧化物，外觀與“鐵帽”無異。大量的鐵氧化物也使旁側(cè)的巖石發(fā)生強烈的“鐵染”現(xiàn)象，如南段灰?guī)r的裂隙中充填薄膜狀的針鐵礦、赤鐵礦和褐鐵礦等鐵氧化物，而巖石內(nèi)部新鮮，這種大范圍“鐵染”現(xiàn)象使氧化帶的寬度顯得比實際更寬，同時鐵氧化物膠結(jié)碎屑角礫形成“角礫巖”。

2.2.2 礦石組成

礦石類型主要為氧化物型礦石，黃褐色、土黃色和褐色等，不具磁性，由各種鐵氧化物組成，主要有褐鐵礦為主，其次有菱鐵礦、針鐵礦和赤鐵礦等，約占總量的10%～40%。氧化物型礦石實際為原生塊狀礦石發(fā)生強烈氧化而成，氧化淋濾作用強的部位呈鐵質(zhì)殘留多孔狀、蜂窩狀、鮞狀或腎狀(圖2c)，風(fēng)化中等的部位呈粉狀、土狀，風(fēng)化弱的部位呈塊狀。仍可見部分未完全氧化的塊狀原生沉積赤鐵礦礦石(圖2d)。氧化物型礦石中，F(xiàn)e、Co的品位與礦石的顏色、性狀密切相關(guān)，黑色--褐色、密度較大、相對致密的礦石Fe品位更高，是龍什更Fe的主要來源，但Co品位低；黃色--黃褐色、密度較小、相對松散的多孔狀或蜂窩狀礦石的Co品位相對較高，局部可見桃粉色的皮殼狀鈷華(圖2e)。硫化物型礦石幾乎不可見，南段偶見零星未氧化完全的黃鐵礦，總體來說地表及淺處硫化物非常少見，但在含炭泥質(zhì)板巖等偏還原環(huán)境形成的圍巖中諸如黃鐵礦等硫物則常見得多。原生礦石比較少見，塊狀構(gòu)造，灰黑色、深灰色，也不具磁性，主要為原生沉積的赤鐵礦、菱鐵礦等組成。

a.FeCoⅠ礦帶北段的透鏡狀鐵鈷礦體及旁側(cè)的小透鏡體；b. 旁側(cè)綠泥絹英千枚巖中的菱鐵礦--白云石小透鏡體，兩者具有“同變形”的特征；c. 原生礦石因氧化淋慮而形成的蜂窩狀、鮞狀鐵質(zhì)殘留礦石；d. 弱風(fēng)化的原生沉積塊狀礦石；e. 黃褐色多孔狀、蜂窩狀礦石及桃粉色的皮殼狀鈷華。圖2 龍什更鐵鈷礦FeCoⅠ礦帶中的鐵鈷礦體與野外手標(biāo)本照片F(xiàn)ig.2 Field photographs of Fe--Co ore body and hand specimen in Fe--Co Ⅰ mineralized zone in Longshigeng Fe--Co deposit

赤鐵礦和針鐵礦是主要的礦石礦物，其中赤鐵礦的成因有兩種：一種為原生沉積形成的赤鐵礦，粒度多在0.5～1.0 mm之間，發(fā)育揉皺、彎曲現(xiàn)象，普遍遭受表生交代作用而形成針鐵礦、纖鐵礦等；另一種為次生赤鐵礦，粒度極細(xì)，為原生沉積的赤鐵礦發(fā)生氧化而來，常呈網(wǎng)脈狀、細(xì)脈狀產(chǎn)出。針鐵礦均由赤鐵礦發(fā)生氧化而來，在碳酸鹽巖中經(jīng)常可見沿裂隙不規(guī)則分布的針狀針鐵礦。纖鐵礦的含量較針鐵礦少，但其常與針鐵礦形成褐鐵礦，并與次生赤鐵礦構(gòu)成了龍什更鐵鈷礦帶主要的次生鐵氧化物。黑色致密塊狀鐵礦石中由原生沉積的赤鐵礦在后期表生條件下形成的針鐵礦圍繞巖石角礫生長而形成的針鐵礦環(huán)帶(圖3a)、或在原生沉積赤鐵礦之間重新結(jié)晶形成細(xì)粒針鐵礦條帶，鐵鈷礦帶碳酸鹽巖中原生沉積的腎狀赤鐵礦在應(yīng)力作用下形成揉皺、彎曲，并被次生針鐵礦、纖鐵礦交代，次生的針鐵礦圍繞赤鐵礦殘留核生長而形成“鮞狀”或腎狀結(jié)構(gòu)(圖3b)。

脈石礦物以方解石為主，其次有白云石、鐵白云石、長石、絹云母、綠泥石和綠簾石等，約占總量的60%～90%。原生沉積期形成的白云石、鐵白云石和菱鐵礦等是與Co元素初始富集相關(guān)的重要礦物，推測Co主要以類質(zhì)同象的形式賦存于這些碳酸鹽礦物中。原生碳酸鹽礦物(以白云石為主，也含鐵白云石)在顯微鏡下能夠被清楚鑒定出來，可明顯見到白云石的雙晶條紋平行于短對角線以及菱鐵礦特征的內(nèi)反射色。碳酸鹽巖的壓溶作用在該礦床比較常見，發(fā)生重結(jié)晶作用而形成粗粒的碳酸鹽礦物，以方解石為主，也含較多白云石(圖3d)。鏡下可明顯觀察到鐵鈷礦石發(fā)生氧化之后殘留的原生沉積碳酸鹽巖礦物，證明含礦的小透鏡體為含F(xiàn)e--Co的碳酸鹽透鏡體(圖3e)。

a.原生赤鐵礦在后期表生條件下形成的針鐵礦圍繞巖石角礫生長而形成的針鐵礦環(huán)帶(黑色致密塊狀鐵礦石)；b. 原生赤鐵礦被次生針鐵礦、纖鐵礦交代并圍繞赤鐵礦殘留核生長而形成“鮞狀”或腎狀結(jié)構(gòu)；c. 碳泥質(zhì)板巖中的浸染狀自形黃鐵礦；d. 碳酸鹽巖的壓溶作用，發(fā)生重結(jié)晶作用而形成粗粒的碳酸鹽礦物；e. 鐵鈷礦石發(fā)生氧化之后殘留的沉積碳酸鹽巖礦物；f.綠泥絹英千枚巖及其定向構(gòu)造。圖3 龍什更鐵鈷礦床主要金屬礦物和含礦巖石顯微鏡下照片(單偏光)Fig.3 Microphotographs of major metal minerals and ore-bearing rocks of Longshigeng Fe--Co deposit

2.2.3 礦石組構(gòu)

龍什更鐵鈷礦的礦石結(jié)構(gòu)主要有鮞狀結(jié)構(gòu)、交代結(jié)構(gòu)和交代殘余結(jié)構(gòu)。礦石構(gòu)造主要有塊狀構(gòu)造、皮殼狀構(gòu)造、腎狀構(gòu)造、結(jié)核狀構(gòu)造、蜂窩狀構(gòu)造和多孔狀構(gòu)造。蜂窩狀構(gòu)造、多孔狀構(gòu)造是氧化礦石的主要構(gòu)造，為原生礦石(可能為菱鐵礦石或含鐵碳酸鹽巖礦石)在后期氧化、淋濾后的鐵質(zhì)骨架殘留。在北段采坑的Fe--Co透鏡體中可見原生礦石為完全氧化殘留的鮞狀、腎狀構(gòu)造，是原生礦石構(gòu)造的殘留與反映(圖2c)，這些鮞狀、腎狀、結(jié)核狀物質(zhì)相對致密，密度較大，推測為鐵質(zhì)結(jié)核。黑色致密的塊狀鐵礦石主要由原生沉積的赤鐵礦組成，同時在后期的表生條件下發(fā)生分解并重結(jié)晶而形成了次生赤鐵礦、針鐵礦和纖鐵礦等鐵氧化物。交代結(jié)構(gòu)在龍什更礦床中最為普遍，主要表現(xiàn)為原生沉積的赤鐵礦在表生條件下轉(zhuǎn)變?yōu)榇紊噼F礦、針鐵礦和纖鐵礦等鐵氧化物，而氧化程度過高的礦石而最終形成了多孔狀、蜂窩狀的鐵帽。

3 樣品特征與分析方法

3.1 樣品特征

龍什更鐵鈷礦體主要產(chǎn)在萬寶溝群綠泥絹英千枚巖和疊層石灰?guī)r接觸帶中，同時上下圍巖中也有少量小規(guī)模的含礦透鏡體產(chǎn)出。擬采集FeCoⅠ礦帶中段緊鄰接觸帶的綠泥絹英千枚巖，其與灰?guī)r呈整合接觸關(guān)系，鄰近接觸帶發(fā)育較多具有“同變形”特征的小透鏡體(圖3f)。樣品呈淺黃褐色、淺褐色、土黃色等，鱗片變晶結(jié)構(gòu)，千枚狀構(gòu)造，主要由綠泥石(～15%)、絹云母(～10%)、石英(～60%)和不透明物質(zhì)(～15%)(可能為碳質(zhì))等礦物組成，礦物定向排列明顯。石英，他形粒狀，粒度0.1～0.5 mm不等，正低突起，具波狀消光。絹云母，鱗片狀集合體，粒度普遍<0.1 mm，具閃突起。

3.2 分析方法

3.2.1 鋯石U--Pb定年

鋯石U--Pb定年和微量元素含量在北京燕都中實測試技術(shù)有限公司完成，采用LA--Q--ICP--MS同時分析完成。激光剝蝕系統(tǒng)為New Wave UP213，ICP--MS為布魯克M90。激光剝蝕過程中采用氦氣作載氣、氬氣為補償氣以調(diào)節(jié)靈敏度，二者在進(jìn)入ICP之前通過一個Y型接頭混合。每個時間分辨分析數(shù)據(jù)包括大約20～30 s的空白信號和50 s的樣品信號。U--Pb 同位素定年中采用鋯石標(biāo)準(zhǔn)GJ--1作外標(biāo)進(jìn)行同位素分餾校正，每分析5～10個樣品點，分析2次GJ--1。鋯石微量元素含量利用SRM610作為多外標(biāo)、Si 作內(nèi)標(biāo)的方法進(jìn)行定量計算。本次測試剝蝕光斑直徑根據(jù)實際情況選擇30 μm。相關(guān)測試結(jié)果見表1。

3.2.2 巖石地球化學(xué)分析

本次的主量元素、稀土微量元素地球化學(xué)分析也在北京燕都中實測試技術(shù)有限公司完成。主量元素測定采用熔片X熒光光譜法(XRF)，所用儀器為PANalytical Zetium(或島津XRF--1800)，測試精度優(yōu)于5%。微量元素和稀土元素分析使用消解ICP--MS法完成，使用儀器為德國analytikjena M90 ICP--MS。方法稱取200目全巖粉末樣品放入Teflon瓶中，往瓶中加入HF和HNO3混合酸后使用Teflon封閉反應(yīng)罐進(jìn)行溶樣，溶解后的樣品在等離子體質(zhì)譜儀上進(jìn)行微量元素和稀土元素的分析測試。用組合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液對儀器進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，以含0.8 mol/L HNO3的高純水得到的計數(shù)率與內(nèi)標(biāo)計數(shù)率的比值為低點，以組合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液中各元素的計數(shù)率與內(nèi)標(biāo)計數(shù)率的比值為高點，得到各元素的兩點標(biāo)準(zhǔn)化直線，然后對樣品溶液進(jìn)行測定。分析過程中以GSR--3為標(biāo)樣，在95%的置信度范圍內(nèi)，RSD優(yōu)于5%。相關(guān)測試結(jié)果詳見表2、3。

4 分析結(jié)果

4.1 鋯石U--Pb定年

綠泥絹英千枚巖鋯石的粒度多為80～100 μm，部分呈斷頭晶、短柱狀或次圓狀，部分具有完整的晶形、長柱狀和均勻的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及較清晰的振蕩環(huán)帶(圖4)，同時大部分鋯石的邊緣存在不連續(xù)的窄條變質(zhì)邊。在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖解中，鋯石稀土元素表現(xiàn)為“左傾”的配分模式，輕重稀土元素分餾作用較強(LaN/YbN=0.01～0.15)，具有顯著正Ce異常、負(fù)Eu異常的特征，與Boggy Plain和咸水泉巖漿鋯石的稀土配分模式非常接近(圖4a)。同時，鋯石的Th/U 值變化范圍大(0.11～1.30)，可能反映了復(fù)雜的鋯石成因。

圖4 龍什更綠泥絹英千枚巖主要年齡峰值代表性鋯石的CL圖像Fig.4 CL images for representative zircons of major age peaks from chlorite-sericite phyllite in Longshigeng

結(jié)果表明，綠泥絹英千枚巖鋯石的組成非常復(fù)雜，內(nèi)部結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜，年齡跨度大，峰值眾多，50顆鋯石的207Pb/206Pb年齡范圍為(1 138±25)～(2 791±13)Ma，從新太古代至中元古代晚期均有分布。單顆粒鋯石年齡頻率分布圖顯示，該綠泥絹英千枚巖的年齡存在多個年齡峰值(圖5b)，其中最年輕一組((1 138±25)～(1 142±34)Ma；N=3)的加權(quán)平均年齡為(1 139±29)Ma，代表了該綠泥絹英片巖原巖形成的下限。

圖5 龍什更綠泥絹英千枚巖鋯石球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式圖(a)和207Pb/206Pb同位素年齡頻率分布圖(b)Fig.5 Chondrite-normalized REE pattern (a) and 207Pb/206Pb age histograph (b) for zircons from chlorite-sericite phyllite in Longshigeng

4.2 巖石地球化學(xué)特征

龍什更綠泥絹英千枚巖主量元素的含量變化范圍較大，SiO2含量為68.70%～79.88%(平均75.57%)，Al2O3含量為6.93%～17.14%(平均11.30%)，K2O含量和K2O/Na2O值分別為0.65%～3.75%(平均1.94%)和3.84～8.36(平均7.03)，TFe2O3含量和Fe2O3/K2O值分別為4.50%～8.70%(平均6.62%)和0.16～1.80(平均0.46)。

巖石的稀土總量較高(∑REE=(64.6～177)×10-6，平均114 ×10-6)，在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖中呈現(xiàn)緩右傾的配分模式(圖6a)，變化趨勢較為一致，具有較明顯的輕重稀土分餾作用(LaN/YbN=3.06～7.48)和負(fù)銪異常(Eu/Eu*=0.47～0.57)以及微弱的正鈰異常(Ce/Ce*=0.92～1.13，平均1.06)。原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖顯示樣品虧損Nb、P、Ti、Ba和Sr等元素，富集Th、La、Ce、Nd、Sm、Rb和K等元素(圖6b)。

圖6 龍什更鐵鈷礦綠泥絹英千枚巖球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式圖(a)與微量元素蛛網(wǎng)圖(b)Fig.6 Chondrite-normalized REE pattern (a) and primitive mantle-normalized trace element spider diagram (b) for chlorite-sericite phyllite in Longshigeng Fe--Co deposit

5 討論

5.1 成巖--成礦時代限定

陰極發(fā)光(CL)圖像顯示，龍什更綠泥絹英千枚巖部分鋯石具有完整的晶形、長柱狀和均勻的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及較清晰的振蕩環(huán)帶(圖4)，同時大部分鋯石的Th/U值>0.4，顯示出巖漿鋯石的特征。在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖中，該鋯石的稀土元素表現(xiàn)為“左傾”的配分模式，輕重稀土元素分餾作用較強(LaN/YbN=0.01～0.15)，具有顯著正Ce異常、負(fù)Eu異常的特征，與Boggy Plain和咸水泉巖漿鋯石的稀土配分模式非常接近(圖6a)。盡管該巖石中少量鋯石的Th/U值<0.4，但是Th/U值并不是判斷其是否為巖漿成因的唯一有效標(biāo)志，結(jié)合REE配分圖解更能有效地判斷其成因[12]。CL圖像和REE配分圖解均表明綠泥絹英千枚巖中的鋯石均為巖漿鋯石，所獲得的U--Pb年齡可信度比較高，代表了區(qū)域上多期次巖漿活動事件。鋯石U--Pb測年結(jié)果表明，綠泥絹英千枚巖鋯石的年齡組成非常復(fù)雜，年齡跨度大，峰值眾多，50顆鋯石的207Pb/206Pb年齡范圍為(1 138±25)～(2 791±13)Ma，從新太古代至中元古代晚期均有分布。單顆粒鋯石年齡頻率分布圖顯示，該綠泥絹英千枚巖的207Pb/206Pb年齡存在接近10個年齡峰值，包括1 140 Ma、1 230 Ma、1 490 Ma、1 650 Ma、1 710 Ma、1 825 Ma、1 925 Ma、2 690 Ma和2 790 Ma(圖5b)，其中最年輕一組((1 138±25)～(1 142±34)Ma；N=3)的加權(quán)平均年齡為(1 139±29)Ma，代表了該綠泥絹英片巖原巖形成時代的下限，即原巖的沉積--成巖時限不超過1 139 Ma。

研究表明，萬寶溝群是東昆侖非常重要的地層單元，嚴(yán)格分布在昆中斷裂以南的區(qū)域，被視為昆南帶的“褶皺基底”[8,10]，巖性為一套海相火山--沉積建造，巖石組合從下至上大體可劃分基性火山巖、碳酸鹽巖和碎屑巖，總厚度>6 073 m[13]。其中火山巖組以海相玄武巖(底部具有枕狀構(gòu)造)為主，具有大洋高原玄武巖的地球化學(xué)特征[8,10]。同時，大量測年結(jié)果表明萬寶溝群火山巖組的年齡主體屬于中元古代晚期(996～1 441 Ma)[14]，時間正好在Rodinia超大陸形成之后(約1.0～1.2 Ga)，裂解之前(約700～900 Ma)。然而，部分玄武巖的鋯石U--Pb測年結(jié)果比較年輕，主要集中在新元古代早期，李良[14]認(rèn)為這可能反映了基性巖漿在晚期(新元古代)噴發(fā)的時間間隔較長，同時噴發(fā)速率相當(dāng)小，地幔柱效應(yīng)已經(jīng)大幅衰減。此外，龍什更含礦層位中的灰?guī)r普遍發(fā)育疊層石，是元古代的時代特征[9,13]。由此可知，龍什更含礦層位中的綠泥絹英千枚巖和灰?guī)r的沉積--成巖時限不早于中元古代末期。

如前所述，龍什更鐵鈷礦體主要賦存于中--新元古代萬寶溝群疊層石灰?guī)r與綠泥絹英千枚巖的接觸帶中，旁側(cè)的碳酸鹽組與碎屑巖組中也有小規(guī)模的Fe--Co透鏡體產(chǎn)出。鐵鈷礦體順層產(chǎn)出，均具有相近的產(chǎn)狀，具有明顯的“層控特征”，更重要的是千枚巖中的Fe--Ca透鏡體或條帶與千枚巖具有“同變形”特征，表明兩者形成于同一時期，并且后來經(jīng)歷了相同的變質(zhì)--變形作用。由此可知龍什更鐵鈷礦應(yīng)形成于中--新元古代時期，極有可能為中元古代末期—新元古代早期，處于萬寶溝大洋玄武巖漿噴發(fā)峰期之后的碳酸鹽--碎屑沉積期。

5.2 巖石成因及成巖大地構(gòu)造背景

龍什更綠泥絹英千枚巖主要由綠泥石(～15%)、絹云母(～10%)、石英(～60%)和不透明物質(zhì)(～15%)(可能為碳質(zhì))等礦物組成。同時，巖石主量元素的含量和相關(guān)比值變化范圍較大，SiO2=68.70%～79.88%、Al2O3=6.93%～17.14%、TFe2O3=4.50%～8.70%和K2O/Na2O=3.84～8.36、Fe2O3/K2O=0.16～1.80，稀土、微量元素方面也表現(xiàn)出了沉積巖的配分模式。研究表明，Simonen[15]提出的基于尼格里巖石化學(xué)參數(shù)的原巖恢復(fù)圖解適用范圍廣，恢復(fù)變質(zhì)巖原巖類型效果好、誤差小，不僅分出了火山巖區(qū)和沉積巖區(qū)，還能進(jìn)一步劃分出了沉積巖的多種類型。龍什更綠泥絹英千枚巖在SiO2--TiO2圖中均落入了沉積巖區(qū)域(圖7a)，在[(al+fm)--(c+alk)]--si圖中則總體處在厚層泥巖和砂巖中間的區(qū)域(圖7b)，表明其原巖應(yīng)為沉積巖，碎屑物主要由泥質(zhì)和砂質(zhì)組成。在Al2O3--SiO2成因判別圖中，樣品主要落入水成區(qū)，部分樣品落入熱水區(qū)或靠近熱水區(qū)(圖7c)，指示原巖形成過程中水成作用占主導(dǎo)，同時有一定量的熱水沉積物參與沉積--成巖。野外巖芯中可觀察到一些含硅質(zhì)石英的細(xì)碎屑沉積巖，如含硅質(zhì)泥巖、砂質(zhì)泥巖等，顯示了強度偏弱的熱水噴流沉積活動。

圖7 龍什更鐵鈷礦綠泥絹英千枚巖原巖恢復(fù)(a、b)與成因判別圖解(c)Fig.7 Diagrams of protolith reconstruction (a,b) and genetic distinguishing (c) for chlorite-sericite phyllite in Longshigeng Fe--Co deposit

綠泥絹英千枚巖屬于中--新元古代萬寶溝群地層，主要為一套海相火山--碎屑沉積巖，其中火山巖組以基性玄武巖為主，底部具有枕狀構(gòu)造，具有大洋高原玄武巖的地球化學(xué)特征[8,10]，同時也表現(xiàn)出洋島玄武巖的特征[16--17]。在沉積構(gòu)造環(huán)境判別圖中，綠泥絹英千枚巖大多數(shù)樣品落入了大洋島弧的區(qū)域中(圖8)，表明其原巖形成于洋島環(huán)境，與下部玄武巖組的構(gòu)造環(huán)境基本一致。萬寶溝群從下至上的玄武巖組、碳酸鹽巖組和碎屑巖組的巖性變化特征反映了萬寶溝大洋玄武巖高原從形成到發(fā)展的連續(xù)沉積過程，在中元古代晚期玄武巖噴發(fā)峰期形成玄武巖高原臺地之后(臺地并未露出水面)接受了中元古代末期—新元古代的碳酸鹽和碎屑沉積[8,10,14]，玄武巖漿噴發(fā)間歇期的“余熱”可能是驅(qū)動海水發(fā)生大規(guī)模滲流的重要因素。

圖8 龍什更鐵鈷礦綠泥絹英千枚巖原巖沉積構(gòu)造環(huán)境判別圖解Fig.8 Discrimination diagrams of sedimentary tectonic environment for chlorite-sericite phyllite protolith in Longshigeng Fe--Co deposit

5.3 礦床成因探討

研究表明，菱鐵礦的成因之一是與沉積作用有關(guān)，常呈薄層狀產(chǎn)于細(xì)碎屑--碳酸鹽沉積巖中，包括碳質(zhì)泥巖、黑色頁巖、黏土巖、煤層和碳酸鹽巖(如白云石、方解石)等，熱水沉積巖含量少、規(guī)模小，典型代表是華北地臺中新元古代的下馬嶺組[18--21]；也可呈厚層狀產(chǎn)于熱水噴流沉積巖中，形成大型礦床，如陜西柞水縣大西溝大型菱鐵重晶石礦床[22--24]。菱鐵礦層與上下層位整合產(chǎn)出，具有同沉積的特征，并伴隨規(guī)模不等的熱水沉積巖，如硅質(zhì)巖、鈉長質(zhì)巖等。沉積作用占主導(dǎo)的含菱鐵礦層狀碎屑沉積巖大多含有來自生物的有機組份，例如(黑色)頁巖、碳質(zhì)泥巖和煤層等，表明菱鐵礦可能是在低氧的情況下借生物作用形成[19]。華北地臺的中--新元古代下馬嶺組中富含菱鐵礦的層位，出露于下馬嶺組的下部，為一套碳質(zhì)巖系，主要為粉砂巖和黑色頁巖。粉砂巖、頁巖中夾有鐵結(jié)核層，三者?；映霈F(xiàn)。這些鐵結(jié)核表面呈褐紅色，扁平橢球狀，致密塊狀構(gòu)造，多數(shù)直徑在1～15 cm間，少數(shù)可達(dá)30 cm±，其最大扁平面平行于層面，圍巖層理繞結(jié)核生長。結(jié)核新鮮斷面呈灰色，具有碳酸鹽巖特征，硬度小于小刀，比重明顯大于泥巖、灰?guī)r或白云巖，據(jù)此將鐵質(zhì)結(jié)核初步定為菱鐵礦結(jié)核[20--21]。與熱水噴流沉積作用有關(guān)的菱鐵礦往往規(guī)模更大，如陜西大西溝菱鐵重晶石礦，熱水噴流沉積巖也更發(fā)育，并伴生多層狀黃銅礦體，長數(shù)百米、寬幾米至十余米、銅品位0.17%～1.60%，意味著該地區(qū)發(fā)生規(guī)模更大、強度更高的熱水噴流沉積及成礦作用。由此可知，熱水沉積礦床的形成、規(guī)模與熱水沉積活動的強弱密切相關(guān)，其中BIF中Fe等成礦元素主要通過洋底大范圍的“低溫”滲流作用(一種相對溫和的熱水噴流沉積活動)來運移[25]，同時熱水沉積建造的發(fā)育程度也是熱水沉積活動強弱的重要體現(xiàn)之一。

如前所述，龍什更鐵鈷礦體主要賦存于萬寶溝群綠泥絹英千枚巖和灰?guī)r的接觸帶中，同時附近圍巖中也有小規(guī)模的含礦碳酸鹽巖透鏡體產(chǎn)出，且與綠泥絹英千枚巖發(fā)生“同步變形”，具有“順層產(chǎn)出”和“層控”的特征。碎屑巖段的硅質(zhì)含量偏低，巖性為泥巖、碳質(zhì)泥巖、粉砂質(zhì)泥巖等局部夾礫巖、變泥質(zhì)粉砂巖、砂板巖，綠泥絹英千枚巖經(jīng)原巖恢復(fù)為沉積巖(可能為砂質(zhì)泥巖)，研究區(qū)內(nèi)未見明顯的硅質(zhì)巖等熱水沉積巖，但可見含硅質(zhì)的泥巖、含泥砂巖等。由此可知，龍什更地區(qū)的熱水沉積活動較弱。由于龍什更鐵鈷礦體發(fā)生強烈的表生氧化作用，使得鐵鈷礦帶外觀上呈現(xiàn)一條寬度較大的“鐵氧化帶”，但仍保留了部分菱鐵礦、鐵白云石和黃鐵礦等原生礦物。同時，礦帶旁側(cè)未風(fēng)化完全的Fe--Co透鏡體也表現(xiàn)出了碳酸鹽巖風(fēng)化的特征，具有明顯的“刀砍紋”(圖2b)。因此，筆者認(rèn)為菱鐵礦、白云石等可能是龍什更原生礦石的主要含鈷礦物，而菱鐵礦中常含Co、Ti等雜質(zhì)。在空間上，氧化帶所代表的鐵鈷礦層順層產(chǎn)出，與上下盤巖石具有同沉積的特征，特別是上盤的Fe--Ca透鏡體與千枚巖一同經(jīng)歷了相同的變質(zhì)--變形作用。同時，在地表和大量鉆孔中均未見明顯的熱液活動痕跡及相關(guān)的熱液蝕變。因此，基于以上特征，筆者認(rèn)為龍什更鐵鈷礦的成因類型應(yīng)為(熱水)沉積型鐵鈷礦，但熱水噴流沉積活動偏弱，其形成過程(尤其是Fe的來源)與海底的熱水活動有關(guān)。

值得注意的是，成礦后的強烈表生作用使地表及淺部的大部分礦體被氧化成鐵帽，在地表形成了一條醒目的寬約十幾米至二三十米的鐵氧化帶。氧化物型礦石中，F(xiàn)e、Co的品位與礦石的顏色、性狀密切相關(guān)，黃色--黃褐色、密度較小、相對松散的多孔狀或蜂窩狀礦石的Co品位相對較高，局部可見桃粉色的皮殼狀鈷華(圖2e)。而灰黑色--褐色、密度較大、相對致密的原生礦石的Fe品位更高，是龍什更Fe的主要來源，但Co品位低。鈷華、水鈷礦等次生礦物是龍什更礦床的主要鈷礦物，由此可知次生富集作用是該礦床高Co含量礦石形成的主要機制，而早期的(熱水)沉積作用形成了Co初始富集和工業(yè)鐵礦體。

6 結(jié)論

(1)龍什更鐵鈷礦的形成時間約為中元古代末期—新元古代早期，不早于1 139 Ma，處于萬寶溝大洋玄武巖漿噴發(fā)峰期之后的碳酸鹽--碎屑沉積期。

(2)綠泥絹英千枚巖的原巖為泥砂質(zhì)沉積巖，沉積作用占主導(dǎo)同時含有少量熱水組分，形成于大洋島弧環(huán)境。

(3)龍什更鐵鈷礦的成因類型為(熱水)噴流沉積型鐵鈷礦床，但熱水噴流活動較弱以至于熱水沉積巖不甚發(fā)育。