甘肅北山地區(qū)狼娃山鐵礦床地質(zhì)地球化學(xué)特征及成礦機(jī)理探討

卜建財(cái)，肖云云，李先燦，洪文帥

(1. 湖南省遙感地質(zhì)調(diào)查監(jiān)測(cè)所，湖南 長(zhǎng)沙 410016；2.湖南省國(guó)土空間調(diào)查監(jiān)測(cè)所，湖南 長(zhǎng)沙 410100；3.湖南江山地質(zhì)礦產(chǎn)資源有限責(zé)任公司，湖南 長(zhǎng)沙 410015)

0 引言

橫跨甘肅新疆內(nèi)蒙古的北山地區(qū)，是我國(guó)重要的黑色、有色及稀貴金屬成礦潛力區(qū)。在漫長(zhǎng)的地質(zhì)發(fā)展史中，該區(qū)經(jīng)歷了復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造變動(dòng)和巖漿活動(dòng)，具備優(yōu)越的成礦地質(zhì)條件[1]，目前已發(fā)現(xiàn)各類(lèi)礦床(點(diǎn))500余處，探明一定儲(chǔ)量規(guī)模的礦床90余個(gè)[2]。狼娃山鐵礦位于北山地區(qū)Fe、Mn、Cu、Mo、Pb、Zn、Sn、Au多金屬成礦帶中的白山—狼娃山鐵金成礦亞帶內(nèi)[3]，為我國(guó)西北地區(qū)重要的鐵礦床之一。該礦床是中科院蘭州分院于1958年在開(kāi)展區(qū)域地質(zhì)調(diào)查中所發(fā)現(xiàn)，后經(jīng)甘肅省地質(zhì)局物探隊(duì)二分隊(duì)、甘肅省地質(zhì)局第四地質(zhì)隊(duì)、甘肅省地礦局四勘院等多家單位通過(guò)高精度磁測(cè)、地質(zhì)測(cè)量、地球化學(xué)測(cè)量、鉆探、坑探等多種勘查手段查明的一處中型磁鐵礦床，目前查明鐵礦石儲(chǔ)量超4000萬(wàn)噸，TFe的平均品位為39.11%[4]。該礦床，雖經(jīng)多年勘查工作積累了不少寶貴資料，但整體研究程度低，對(duì)其成礦環(huán)境、形成規(guī)律等認(rèn)識(shí)尚不清晰，成因存在較大爭(zhēng)議，對(duì)于其成因，目前主要有三種觀點(diǎn)：①與中酸—中基性巖漿巖有關(guān)的矽卡巖型鐵礦床[5-6]；②屬海相火山氣液型鐵礦[7]；③以火山溢流成礦作用為主，疊加火山熱液交代改造的海相火山巖型鐵礦[4，8-9]。值得一提的是，王衛(wèi)偉等[10]曾嘗試借助巖礦石的微量、稀土元素及硫同位素地球化學(xué)特征，探討礦床成因，認(rèn)為成礦物質(zhì)源自虧損上地幔部分熔融的巖漿，成因上符合火山巖型鐵礦模型，但明顯的不足在于研究中針對(duì)礦體的識(shí)別研究程度不夠，未對(duì)不同類(lèi)型的礦化體進(jìn)行區(qū)分，忽視了不同類(lèi)型礦體在地質(zhì)特征、地球化學(xué)特征及成因上所存在的差異性。

本文在已有勘查、研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合大量野外調(diào)查研究成果，在主要礦體進(jìn)行類(lèi)型初識(shí)區(qū)分的前提下，通過(guò)對(duì)區(qū)域成礦背景、礦床地質(zhì)、地球化學(xué)特征等進(jìn)一步厘定，探討礦體形成機(jī)理，以求為進(jìn)一步找礦勘查提供思路。

1 區(qū)域地質(zhì)特征

研究區(qū)，大地構(gòu)造位置上屬塔里木板塊東北緣的晚古生代活動(dòng)陸緣(島弧帶)[11-12]，地處北山構(gòu)造帶中紅石山—百合山蛇綠巖帶和芨芨臺(tái)子—明山—小黃山蛇綠巖帶之間[13](圖1b)，位于狼娃山—白梁復(fù)背斜南翼。區(qū)域上出露地層主要有太古—元古宇敦煌巖群(ArPtD.)、下石炭統(tǒng)白山組(C1bs)、下白堊統(tǒng)赤金堡組(K1c)、新近系苦泉組(N2k)和第四系(Q)(圖2)，其中下石炭統(tǒng)白山組火山巖系和太古—元古宇敦煌巖群與區(qū)域礦產(chǎn)關(guān)系密切。區(qū)域斷裂構(gòu)造發(fā)育，且多為海西期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)物，少數(shù)形成于燕山期，已發(fā)現(xiàn)的礦床(點(diǎn))在空間上多與近EW向、NWW向斷裂密切關(guān)聯(lián)。受哈薩克斯坦板塊與塔里木板塊于晚古生代所發(fā)生的俯沖碰撞造山作用影響，區(qū)域巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，且類(lèi)型復(fù)雜，以中酸性侵入巖為主，主要形成于海西中晚期，海西中期侵入體多呈巖基、巖株?duì)町a(chǎn)出，巖性主要為閃長(zhǎng)巖、花崗閃長(zhǎng)巖、二長(zhǎng)花崗巖；海西晚期侵入體多呈巖株、巖脈狀產(chǎn)出，巖性主要為花崗閃長(zhǎng)巖、鉀長(zhǎng)花崗巖。

圖1 甘肅北山地區(qū)構(gòu)造位置示意圖(a)和狼娃山鐵礦區(qū)構(gòu)造背景簡(jiǎn)圖(b)(據(jù)文獻(xiàn)[14-15]修改)

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 地層及其主要巖性巖相特征

研究區(qū)地層單一，主要為下石炭統(tǒng)白山組，分上、下兩個(gè)亞組(圖3)。上亞組(C1bs2)為硅質(zhì)板巖組，與下亞組呈不整合接觸，主要由含粉砂質(zhì)條帶的硅質(zhì)板巖組成，為火山活動(dòng)晚期所形成的噴溢-沉積相產(chǎn)物。下亞組(C1bs1)為中酸性火山巖組，根據(jù)組成火山巖的巖性、巖相差異自下而上又可分為兩個(gè)巖段。

圖2 狼娃山鐵礦區(qū)域地質(zhì)圖(據(jù)文獻(xiàn)[4]修改)

圖3 狼娃山鐵礦西礦段地質(zhì)簡(jiǎn)圖(據(jù)文獻(xiàn)[4]修改)

下巖段(C1bs1-a)，由早期火山活動(dòng)所形成的富含角礫爆發(fā)相產(chǎn)物組成，以含角礫流紋英安質(zhì)熔凝灰?guī)r為主，夾火山角礫巖、流紋英安質(zhì)凝灰?guī)r，厚度大，層理不明顯，但層位穩(wěn)定，貫穿全區(qū)。巖石多呈灰紅、灰綠色，主要由熔巖角礫、巖屑、晶屑及塑性玻屑、火山灰組成，角礫占總組成的10%～30%，成分以流紋(斑)巖為主，偶為英安巖、英安質(zhì)凝灰?guī)r，大小不均，礫徑以5～40 mm居多，形態(tài)一般呈次棱角狀(圖4a)，大礫徑角礫中常發(fā)育明顯的斜長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石斑晶；巖屑占總組成的30%～40%，以酸—中酸性熔巖為主，形態(tài)各異；晶屑占總組成的15%～25%，以斜長(zhǎng)石為主，鉀長(zhǎng)石次之，少量石英，部分斜長(zhǎng)石晶形較完整，以針柱狀為主，鉀長(zhǎng)石、石英晶形偏差，粒度一般為0.5～1.5 mm；塑性玻屑、火山灰占總組成的20%～30%，肉眼難辨。

圖4 白山組下亞組典型中酸性火山巖巖石特征

上巖段(C1bs1-b)，由中、后期火山活動(dòng)所形成的數(shù)個(gè)溢流相單層組成，巖性主要有流紋質(zhì)凝灰熔巖(圖4c)、英安-安山質(zhì)凝灰熔巖(圖4d)、安山質(zhì)(熔)凝灰?guī)r(圖4b)等，局部夾大理巖透鏡體，為區(qū)域磁鐵礦床的主要賦礦層，其中安山質(zhì)凝灰熔巖、安山質(zhì)(熔)凝灰?guī)r是主要含礦巖石。流紋質(zhì)凝灰熔巖，通常位于單層底部，多呈暗紅色，斑狀、凝灰熔巖結(jié)構(gòu)，塊狀、流紋狀、斑雜狀構(gòu)造，主要由石英、斜長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石斑晶(10%～20%)、晶屑(10%～35%)和長(zhǎng)英質(zhì)熔巖基質(zhì)(55%～75%)組成，石英斑晶通常較粗大(0.5～1.5 mm)，普遍受基質(zhì)熔蝕而成各種形態(tài)，斜長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石斑晶粒度普遍小于石英斑晶，多呈半自形—他形，晶體破碎，少量晶形相對(duì)完整的斜長(zhǎng)石斑晶多呈針柱狀。英安-安山質(zhì)凝灰熔巖，通常位于單層中上部，多呈灰紅—灰綠色，斑狀、凝灰熔巖結(jié)構(gòu)，流動(dòng)狀、斑雜狀、杏仁狀構(gòu)造，主要由斜長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石、少量石英斑晶(8%～15%)、晶巖屑(8%～15%)、長(zhǎng)英質(zhì)基質(zhì)(70%～80%)及微量的金屬礦物組成，斑晶和晶屑以斜長(zhǎng)石為主，少量石英，晶體完整度普遍差，多受基質(zhì)熔蝕而呈碎塊狀，巖石中發(fā)育碳酸鹽、絹云母化脈。安山質(zhì)(熔)凝灰?guī)r，通常發(fā)育于單層頂部，多呈灰綠色，凝灰結(jié)構(gòu)、晶屑粉砂結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要由細(xì)小的巖晶屑(75%～85%)和長(zhǎng)英質(zhì)、綠泥石膠結(jié)物(15%～20%)組成，常發(fā)育少量磁鐵礦(1%～3%)，晶屑主要為形態(tài)不完整的針柱狀斜長(zhǎng)石，少量為渾圓狀石英，巖屑為灰綠色安山巖、英安巖?？傮w而言，無(wú)論熔巖或凝灰?guī)r，每一單層巖石中，巖層底部凝灰質(zhì)、巖屑及角礫含量明顯較高，粒徑或塊度較大，向上逐漸減少，變細(xì)或不復(fù)存在，反映了每一次火山活動(dòng)由強(qiáng)至弱的活動(dòng)規(guī)律。

2.2 構(gòu)造特征

研究區(qū)整體為單斜構(gòu)造，但斷裂構(gòu)造發(fā)育，主要存在近EW向、NWW向、NE向三組。近EW向斷裂由擠壓破碎帶、壓-扭性斷裂組成，常被中基性巖脈充填，繼承性明顯，控制著區(qū)內(nèi)構(gòu)造格架；NWW向斷裂，形成上晚于EW向斷裂，多為壓-壓扭性，為區(qū)內(nèi)主要的導(dǎo)礦、容礦構(gòu)造；NE向斷裂，常表現(xiàn)為延伸數(shù)至數(shù)十千米的大斷裂，切割EW向、NWW向斷裂，且見(jiàn)穿切區(qū)內(nèi)主要礦體，尤其是脈型磁鐵礦體的現(xiàn)象，應(yīng)是主成礦期后產(chǎn)物。區(qū)內(nèi)廣泛發(fā)育穿插主要巖礦體的安山巖、閃長(zhǎng)巖及輝綠巖等中基性巖脈，但多為主成礦期后產(chǎn)物，其中閃長(zhǎng)-安山(玢)巖脈常成束成帶分布于礦化帶周側(cè)，與礦化體表現(xiàn)出明顯的空間相關(guān)性。

2.3 礦體特征

區(qū)內(nèi)磁鐵礦體集中產(chǎn)于白山組下亞組上巖段(C1bs1-b)中，明顯受NWW向斷裂控制。單體通常形態(tài)復(fù)雜，地表延長(zhǎng)數(shù)米至幾十米，厚數(shù)至數(shù)十米，延深多超百米，受后期構(gòu)造破壞顯著。礦體在空間上具成群成帶分布性，常呈右行雁式展布。礦體據(jù)其產(chǎn)狀、礦石組構(gòu)與成分等特征，可分為3個(gè)主要類(lèi)型(圖5)。

圖5 狼娃山鐵礦床典型礦體及礦石產(chǎn)出特征

層狀型：多呈層、似層、條帶等狀(圖5a、5b)產(chǎn)于安山質(zhì)含鐵凝灰(熔)巖中，上盤(pán)多為流紋質(zhì)凝灰熔巖，礦化層與圍巖界限清晰(圖5c)，接觸部位蝕變不發(fā)育。礦石多為微—細(xì)粒、半自形—他形晶結(jié)構(gòu)，致密塊狀、條帶狀構(gòu)造，礦石礦物主要為穆磁鐵礦、磁鐵礦及磁赤鐵礦等，脈石礦物較少，有石英、綠泥石、斜長(zhǎng)石等，礦石品位較高，TFe的品位介于35%～44%之間，其平均品位為38%。礦體頂面見(jiàn)流動(dòng)構(gòu)造，并發(fā)育微細(xì)脈狀、浸染狀黃鐵礦。

囊狀型：常分布于層狀型礦體邊側(cè)或構(gòu)成獨(dú)立礦體，以囊、團(tuán)塊、透鏡等不規(guī)則狀產(chǎn)出，頂部通常發(fā)育具赤鐵礦化的碧玉巖層，底部以流紋、英安質(zhì)凝灰熔巖為主，多呈過(guò)渡關(guān)系。礦石呈細(xì)粒他形晶、交代結(jié)構(gòu)，團(tuán)塊、云霧、條帶(圖5d)等非均勻浸染狀及細(xì)脈浸染狀、角礫狀構(gòu)造，礦石礦物主要為磁鐵礦(40%～50%)、穆磁鐵礦(30%～40%)[7]，次為呈細(xì)脈-浸染狀分布的黃鐵礦(圖5e)，脈石礦物主要為石榴子石、綠簾石、陽(yáng)起石、石英等。圍巖蝕變普遍發(fā)育，以呈線狀分布的石榴子石、綠簾石、陽(yáng)起石化等高溫?zé)嵋何g變?yōu)橹鳎植烤哜浕?偶見(jiàn)電氣石化)(圖5f)、綠泥石化、硅化、碳酸鹽化。前人研究區(qū)域同型礦化體，發(fā)現(xiàn)：石榴子石、透輝石、綠簾石等礦物的形成時(shí)間早于磁鐵礦，而黃鐵礦、黃銅礦等硫化物則晚于磁鐵礦形成[27]。礦體品位偏低，TFe的品位多介于20%～30%之間。

脈型：多以陡立的不規(guī)則脈、楔狀及透鏡狀產(chǎn)出，與圍巖呈侵入接觸關(guān)系。據(jù)礦石組成及圍巖蝕變特征不同，又可分為兩類(lèi)：Ⅰ類(lèi)脈型礦體產(chǎn)自斷裂中，規(guī)模通常較大，常穿切圍巖(圖5g)，局部見(jiàn)穿插層狀型礦體，礦石組構(gòu)類(lèi)似于浸染型礦體，近地表見(jiàn)與浸染型礦體呈連續(xù)過(guò)渡發(fā)育，部分礦體中角礫狀構(gòu)造發(fā)育，多伴有一定寬度的綠簾石、透輝石、鉀化、硅化等帶狀蝕變，緊鄰礦體常常發(fā)育寬數(shù)厘米至數(shù)米不等的片理化石英-綠泥石巖脈帶。Ⅱ類(lèi)脈型礦體，通常規(guī)模較小，主要為穿插于前述巖礦體中的不規(guī)則狀石英-(磷灰石)-磁鐵礦脈，磁鐵礦顆粒明顯變粗，粒度一般為1～2 mm，個(gè)別超過(guò)5 mm，品位通常較低，一般不足25%，礦石中普遍發(fā)育微細(xì)脈、浸染狀黃鐵礦，局部地段脈中見(jiàn)黃銅礦化(圖5h)，蝕變帶常較窄，但蝕變類(lèi)型多變，近礦熱液蝕變有硅化、綠泥石化、絹云母化等。

3 礦床地球化學(xué)特征

3.1 樣品采集與測(cè)試方法

本次研究，通過(guò)對(duì)礦區(qū)內(nèi)重點(diǎn)礦段(西礦段)開(kāi)展大比例尺(1∶1000)剖面復(fù)測(cè)、地質(zhì)修測(cè)及礦坑調(diào)查等工作，進(jìn)一步厘定了區(qū)內(nèi)主要地質(zhì)體特征及其空間分布關(guān)系。基于此，在引用部分前人研究成果的情況下，進(jìn)行了補(bǔ)充性樣品采集，共采集巖礦樣6件，其中5件為從L136和L144勘探線上采集的C1bs1-b巖性段中不同類(lèi)型的火山巖樣，分別為編號(hào)LX136-1、LX136-4流紋質(zhì)凝灰熔巖樣、編號(hào)LX144-2英安質(zhì)凝灰熔巖樣、編號(hào)LX144-3安山質(zhì)凝灰熔巖樣和編號(hào)LX144-4安山質(zhì)凝灰?guī)r樣；1件為從L156線Fe174g礦坑(囊狀型礦體)中采集的浸染型磁鐵礦石樣，編號(hào)為L(zhǎng)X156-5(圖5e)。

樣品制備及主量、微量及稀土元素測(cè)試均委托澳實(shí)分析檢測(cè)(廣州)有限公司采用標(biāo)準(zhǔn)化流程進(jìn)行。樣品制備中，采用鄂式破碎機(jī)一次性破碎至要求粒度，縮分后用瑪瑙無(wú)污染缽在振動(dòng)研磨機(jī)上研磨至約200目。主量元素采用熔片結(jié)合X射線熒光光譜分析法(ME-XRF12s)進(jìn)行，所用儀器為荷蘭PANalytical Magix Fast X熒光光譜儀，分析精度優(yōu)于5%；微量及稀土元素采用等離子質(zhì)譜法(ME-MS81)進(jìn)行，所用儀器為美國(guó)Perkin Elmer Elan 9000等離子體質(zhì)譜儀，分析精度優(yōu)于5%。

3.2 主量元素特征

由表1可見(jiàn)，白山組下亞組火山巖的w(SiO2)為59.57%～75.77%，屬酸—中酸性巖；w(Al2O3)為12.38%～18.33%，平均值為14.00%，略高于我國(guó)火山碎屑巖平均值(13.86%)[20]；K2O、Na2O含量變化大，w(K2O)為0.67%～5.81%，w(Na2O)為0.84%～8.90%，且總體含量w(Na2O)>w(K2O)；w(TiO2)為0.08%～0.88%，平均值為0.38%，屬低Ti系列；上巖段火山巖，與下巖段火山巖相較，總體富Na，貧Fe、Ti。白山組下亞組火山碎屑巖的里特曼指數(shù)δ介于1.2～1.81之間，屬鈣堿性系列，在AFM圖解(圖6a)與A.R - SiO2圖解(圖6b)中均落入鈣堿性范疇；在K2O - SiO2圖解(圖6c)中，多數(shù)落入高鉀鈣堿性系列區(qū)域，尚有3個(gè)樣品落在鉀玄巖系列區(qū)域；A/CNK比值為0.77～1.44，平均比值為1.07，多屬過(guò)鋁質(zhì)巖石，在A/NK - A/CNK圖解(圖6d)中，多數(shù)落入過(guò)鋁質(zhì)區(qū)域，剩余落入準(zhǔn)鋁質(zhì)區(qū)域。主量元素含量及圖解投影結(jié)果顯示：細(xì)粒二長(zhǎng)花崗巖為低Ti(低于我國(guó)二長(zhǎng)花崗巖平均值0.295)的鋁略不飽和準(zhǔn)鋁質(zhì)鈣堿性花崗巖。

圖6 狼娃山鐵礦區(qū)巖漿巖主量元素特征圖解

3.3 微量元素特征

由表2可見(jiàn)，火山巖Th/Ta值(9.90～17.48)較高，Ta/Yb值(0.32～0.41)較低，顯示出了陸緣弧火山巖的特征[21-22]；Ba/La值為13.24～65.72，平均41.53，明顯高于N-MORB值，且高于島弧火山巖下限值(30)[23]；Th/Ta值為9.90～17.48，平均13.63，明顯具板塊匯聚區(qū)特征[24]。

原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖(圖7)中，研究區(qū)火山巖、侵入巖及蝕變圍巖曲線形態(tài)基本相似，不同巖石類(lèi)型的微量元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)差距較小，均表現(xiàn)出相對(duì)富集Be、Cu及Cs、Rb、La、Ce等大離子親石元素，虧損Nb、Ta、Sr和Y等高場(chǎng)強(qiáng)元素，嚴(yán)重虧損Cr、Co、Ni(與Cr、Ni相較，Co相對(duì)富集)。從圍巖、蝕變巖到礦石，親鐵元素Cr、Co、Ni和親硫元素Cu、Zn含量漸增，而親石元素Rb、Ba、Th、Nb、Ta則逐漸減小。

圖7 狼娃山鐵礦巖礦石微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖(標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)據(jù)文獻(xiàn)[25])

不同類(lèi)型的礦石總體上具相似的微量元素特征，但取自層狀型礦體中的似層狀礦石具Sr正異常、取自囊狀礦體中的浸染型礦石具Sr弱負(fù)異常、Ⅱ類(lèi)脈型礦石具顯著Sr負(fù)異常，似層狀、浸染型、脈型礦石的Rb/Sr值、Ta/Yb值依次升高，而B(niǎo)a/La值依次降低，此外，Ⅱ類(lèi)脈型礦石表現(xiàn)出Pb弱正異常。

3.4 稀土元素特征

研究區(qū)火山巖、典型礦石及其蝕變圍巖的稀土元素含量(表3)及其配分模式(圖8)顯示，火山巖REE總量偏低，介于59.15×10-6～165.41×10-6之間，配分模式為富輕稀土的右傾型，LREE/HREE值為5.06～11.17，(La/Yb)N值為4.87～10.52，輕、重稀土分餾明顯，(La/Sm)N值為4.08～4.94，輕稀土內(nèi)部分餾顯著，(Gd/Yb)N值為1.04～1.65，重稀土內(nèi)部分餾弱。δEu值為0.52～0.75，Eu虧損明顯。蝕變巖與火山巖配分型式相似，亦屬具明顯負(fù)Eu異常LREE富集右傾型，但其REE總量顯著高于火山巖，

圖8 狼娃山鐵礦區(qū)巖礦石稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線圖

且更富LREE，(La/Yb)N值為2.95～47.74，平均19.61，δEu值為0.47～0.91，Eu負(fù)異常減弱。礦石稀土配分型式總體相似，但與蝕變巖、火山巖迥異，表現(xiàn)為L(zhǎng)REE、HREE分餾不明顯，配分曲線平緩，LREE段中部下凹，且具顯著的正Eu異常。取自層狀型礦體中的似層狀礦石Eu正異常最為顯著，且重稀土相對(duì)輕稀土富集，LREE/HREE值為0.84，(La/Yb)N值為0.532；而取自囊狀礦體中的浸染型礦石和Ⅱ類(lèi)脈型礦石輕稀土相對(duì)富集，但脈型礦石的稀土總量大于浸染型，且正Eu異常相對(duì)明顯。

4 討論

4.1 成巖成礦構(gòu)造環(huán)境

前人研究認(rèn)為，狼娃山地區(qū)在早古生代就已進(jìn)入多島洋演化階段；晚泥盆世末，古亞洲洋在早古生代洋—陸轉(zhuǎn)化結(jié)束后，南側(cè)陸緣島弧自紅石山—百合山重新裂解形成“有限大洋”；早石炭世早期，紅石山洋向塔里木板塊北緣開(kāi)始俯沖消減；晚石炭世中晚期，紅石山弧間洋盆關(guān)閉，俯沖停止[6，27-28]。

區(qū)域周邊大量出露中酸性(閃長(zhǎng)巖、安山巖)巖脈，普遍發(fā)育中酸性火山碎屑巖、英安巖、流紋巖，少見(jiàn)玄武巖，符合較成熟陸緣弧巖相特征[29-30]。區(qū)內(nèi)火山巖主要為鈣堿性鋁正常-弱飽和系列，總體上富Al貧Ti，并顯示出從早期火山爆發(fā)相產(chǎn)物(C1bs1-a)至中晚期噴溢相產(chǎn)物(C1bs1-b)源區(qū)總體向貧Fe方向演化的趨勢(shì)，顯示出了島弧火山巖的一般特征[29，31]；火山巖平均A.R值為2.9，顯示可能形成于強(qiáng)烈褶皺帶環(huán)境，為變質(zhì)基底深熔產(chǎn)物[17]。研究表明，離散和匯聚板塊邊界的火山巖系在Th/Ta值上存在明顯區(qū)別，板塊匯聚邊界火山巖系Th/Ta值變化較大，且多大于10[24]。區(qū)內(nèi)火山巖Th/Ta值為9.90～17.48，平均13.63，明顯具板塊匯聚區(qū)特征，且Ta/Yb值(平均為0.36)偏低，Ba/La(平均為41.53)值明顯高于與俯沖作用有關(guān)島弧火山巖下限，指示出與陸緣弧火山巖的親緣性[22-23，29]?；鸪蓭r，在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖(圖7)中均表現(xiàn)出相對(duì)富集Be、Cu及Cs、Rb、La、Ce等大離子親石元素，虧損Nb、Ta、Sr、Y等高場(chǎng)強(qiáng)元素，嚴(yán)重虧損Cr、Co、Ni，且具LREE富集而HREE平緩總體右傾的Eu負(fù)異常稀土元素分布型式，與典型的陸緣島弧鈣堿性火山巖特征相似。這些特征一致說(shuō)明，區(qū)內(nèi)白山組中酸性火山巖及典型侵入巖體主要形成于板塊俯沖的成熟陸緣弧環(huán)境中。鐵礦體主要賦存在白山組下亞組上巖性段(C1bs1-b)中，形成環(huán)境與白山組火山巖一致，應(yīng)形成于紅石山洋向塔里木板塊北緣俯沖的后期至末期。

聶鳳軍[6]對(duì)區(qū)域侵入巖體研究認(rèn)為，研究區(qū)西南部出露的低鈦準(zhǔn)鋁質(zhì)鈣堿性中細(xì)粒二長(zhǎng)花崗巖，符合I型花崗巖特征，本文認(rèn)為其應(yīng)屬陸緣俯沖碰撞造山環(huán)境下的同碰撞期產(chǎn)物。

4.2 成礦物質(zhì)來(lái)源

在A.R - SiO2圖解(圖6b)中，各侵入巖、火山巖樣品投影點(diǎn)表現(xiàn)出明顯的正相關(guān)性，基本平行于鈣堿性與堿性系列分界線展布，指示侵入巖與火山巖可能是同源巖[17]。在微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖和稀土元素球粒隕石配分圖中，火山巖、侵入巖及蝕變圍巖的曲線形態(tài)基本類(lèi)似，代表了不同巖石類(lèi)型同源演化的特點(diǎn)，Eu虧損明顯，結(jié)合區(qū)域中酸性火山巖大規(guī)模的成層聚集以及白山組下亞組巖性、巖相的特征性變化，筆者認(rèn)為這指示了巖漿在深部發(fā)生了分異，并推斷其原始巖漿性質(zhì)相當(dāng)于花崗閃長(zhǎng)巖組分?；鹕綆r的Rb/Sr值明顯高于地幔相應(yīng)值，表明巖漿經(jīng)歷了較高程度的分異演化，且殼源物質(zhì)相對(duì)富集。

對(duì)比研究區(qū)典型礦石、蝕變巖和圍巖的微量元素含量，從圍巖、蝕變巖到礦石，親鐵元素Cr、Co、Ni和親硫元素Cu、Zn含量逐漸增大，而親石元素Rb、Ba、Th、Nb、Ta則逐漸減小，親鐵、親石元素的這種規(guī)律性變化表明：成礦物質(zhì)存在深源特性，且與地幔關(guān)系密切，親硫元素Cu、Zn的規(guī)律性增大，則可能是因其具較強(qiáng)親硫性，易于隨含硫熱液運(yùn)移所致。

研究區(qū)白山組火山巖的稀土元素配分曲線具典型的陸緣弧火山巖一般特征。蝕變巖REE總量明顯高于火山巖，且較火山巖更富LREE；礦石的REE配分型式明顯異于蝕變巖和火山巖，主要表現(xiàn)為REE總量顯著降低、LREE、HREE分餾弱。這種規(guī)律性變化顯示：狼娃山鐵礦的成礦流體具幔源特征[32]。此外，研究區(qū)浸染型、脈型礦石的稀土配分曲線與海底熱液含金屬沉積物的稀土元素配分曲線(圖9)頗為相似，可進(jìn)一步指示其成礦物質(zhì)可能來(lái)自海底熱液。

圖9 海底熱液含金屬沉積物的澳洲晚太古帶頁(yè)巖標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素分布模式圖

鐵礦石總體上具相似且明顯異于蝕變巖、火山巖的微量元素(圖7)、稀土元素(圖8)特征，指示出研究區(qū)礦漿熱液的連續(xù)演化與繼承性，但不同礦石類(lèi)型間亦存在差異，表現(xiàn)為取自層狀型礦體中的似層狀礦石具Sr正異常和顯著的Eu正異常，HREE較LREE富集；取自囊狀型礦體中的浸染型礦石具Sr弱負(fù)異常，Ⅱ類(lèi)脈型礦石具顯著Sr負(fù)異常，浸染型和Ⅱ類(lèi)脈型礦石輕稀土相對(duì)富集，但脈型礦石的稀土總量大于浸染型，且正Eu異常相對(duì)明顯；似層狀、浸染型、脈型礦石的Rb/Sr、Ta/Yb值依次升高，而B(niǎo)a/La值依次降低，暗示三類(lèi)礦石在繼承和來(lái)源上可能存在差異。與此同時(shí)Ⅱ類(lèi)脈型礦石表現(xiàn)出Pb弱正異常，顯示出了更多的殼源特質(zhì)。

此外，王衛(wèi)偉[7]對(duì)研究區(qū)內(nèi)浸染型磁鐵礦體及其蝕變巖中的黃鐵礦的硫同位素組成進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果顯示：δ34S值變化介于+0.6‰～+3.4‰之間，平均值為+1.82‰，具地幔硫特征，指示研究區(qū)內(nèi)浸染型礦體的成礦流體可能源自上地幔。

4.3 火山噴發(fā)、巖漿侵入與成礦時(shí)間

王衛(wèi)偉[7]對(duì)區(qū)內(nèi)白山組含礦晶屑凝灰?guī)r進(jìn)行了LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡測(cè)定，獲得(355±10) Ma的成巖年齡，說(shuō)明火山噴溢作用始于早石炭世早期。層狀型鐵礦體位于火山凝灰?guī)r中，形成時(shí)間應(yīng)晚于下巖段(C1bs1-a)，而與上巖段(C1bs1-b)熔巖相近或稍晚。囊狀型礦體常發(fā)育于層狀型礦體外側(cè)，且見(jiàn)交代穿插后者現(xiàn)象，其形成時(shí)間應(yīng)晚于后者，圍巖常伴顯著的高溫?zé)嵋何g變，說(shuō)明此類(lèi)礦體可能形成于早石炭世早期火山噴溢作用之后的巖漿熱液作用階段。Ⅰ類(lèi)脈型礦體的礦化及圍巖蝕變特征與囊狀型礦體類(lèi)似，且近地表可見(jiàn)與囊狀型似層狀礦體連續(xù)發(fā)育現(xiàn)象，說(shuō)明此類(lèi)礦體同時(shí)或稍晚于后者形成。Ⅱ類(lèi)脈型礦體，通常穿插切割層狀型、囊狀型鐵礦體，形成時(shí)間相對(duì)較晚，常伴隨綠泥石化、硅化、絹云母化、黃鐵礦化等中低溫?zé)嵛g變，局部見(jiàn)網(wǎng)脈狀黃銅礦化，指示其可能是巖漿熱液作用晚期或后期熱流體作用的結(jié)果。

此外，狼娃山鐵礦，與產(chǎn)自同一成礦帶內(nèi)的黑鷹山鐵礦的地質(zhì)地球化學(xué)特征相似，礦體礦石、礦床圍巖蝕變等特征幾無(wú)二致。聶鳳軍等[35]對(duì)黑鷹山鐵礦脈狀礦體中的磷灰石進(jìn)行了Sm-Nd同位素年齡測(cè)定，獲得等時(shí)線年齡(322.0±4.3) Ma，基于兩個(gè)鐵礦密切關(guān)聯(lián)與相似性，本文認(rèn)為該年齡值亦可作為狼娃山鐵礦中囊狀型—Ⅰ類(lèi)脈型礦體的形成參考年齡值。

區(qū)內(nèi)見(jiàn)中細(xì)粒二長(zhǎng)花崗巖脈侵位于白山組，乃至部分層狀、囊狀型磁鐵礦體中，說(shuō)明花崗巖體的侵位形成時(shí)間晚于白山組火山巖和主要鐵礦體的形成。

4.4 成礦機(jī)理

研究區(qū)磁鐵礦石整體上富Fe、低S、貧P，且Ti含量偏低，晚期伴有少量黃鐵礦、黃銅礦；圍巖以富堿高Fe富含揮發(fā)分的中酸性火山巖為主，見(jiàn)碳酸鹽巖透鏡體；囊狀型、脈型礦體受斷裂構(gòu)造控制，并發(fā)育不同程度的圍巖蝕變，蝕變總體以Na(K)-Ca質(zhì)蝕變?yōu)橹鳎@些特征明顯不同于晚期巖漿分結(jié)型高鈦磁鐵礦床，顯示出了特別的成礦機(jī)理。礦石富Fe、低S、貧P，指示磁鐵礦石形成于低fS2、高fO2、揮發(fā)分少的流(熔)體環(huán)境[36-37]。前人研究表明，富堿(特別是富Na)和揮發(fā)分的中酸性火山巖利于火山巖型鐵礦的形成[38-41]。本區(qū)白山組火山巖，堿含量較高，w(Na2O+K2O)在4.02%～9.57%之間，且w(Na2O)>w(K2O)，揮發(fā)分為0.62%～5.24%，多大于1%，且具較高的Ba/La值(13.24～65.72，平均41.53)、Th/Ta值(9.90～17.48，平均13.63)和較低Ta/Yb值(平均0.36)，與受俯沖帶流體交代的火山巖一致。交代流體不僅帶來(lái)了成礦所需的P、F、B等揮發(fā)分，促進(jìn)鐵礦漿從富鐵硅酸鹽巖漿中熔離出來(lái)[42]，也為成礦作用帶來(lái)了所需的大量氧，在降低巖漿fS2、增大fO2，同時(shí)促使氧與鐵更好地結(jié)合形成鐵氧化物。富Fe流(熔)體可能是由俯沖交代過(guò)程中形成的中基性巖漿分異而成，成礦鐵質(zhì)可能以島弧巖漿作用所攜深部鐵質(zhì)為主，另含部分火山—次火山氣液交代圍巖所萃取鐵質(zhì)[43-44]。

來(lái)自深部的成礦流體到達(dá)地殼淺部，由于自由氧的加入使流體局部fO2升高，在超臨界態(tài)下先通過(guò)交代形成大量鈣鐵榴石，隨流體溫度、壓力下降，在近地表較高fO2環(huán)境下，大量Fe以赤鐵礦形式產(chǎn)出，下部因深度加大，氧逸度降低，流體中Fe以磁鐵礦形式沉淀，較快的降溫過(guò)程使其多呈微細(xì)粒半自形—他形結(jié)構(gòu)。隨深部還原性流體不斷上涌，近地表逐漸由氧化環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)檫€原環(huán)境，這時(shí)流體中的Fe通過(guò)交代早期形成的赤鐵礦形成穆磁鐵礦，與此同時(shí)，熱流體與圍巖發(fā)生交代反應(yīng)，形成圍繞(浸染型)礦體外圍廣泛分布的綠簾石、陽(yáng)起石蝕變礦物，在脈型礦體周邊因溫度和fO2往往較低，可形成大量黃鐵礦以及與之相伴的綠泥石化、硅化、碳酸鹽化等低溫圍巖蝕變。

4.5 礦床成因與成礦過(guò)程

根據(jù)礦體形態(tài)、礦石組構(gòu)、礦體與圍巖接觸關(guān)系、圍巖蝕變等特征，結(jié)合礦體與火山巖密切的時(shí)空、構(gòu)造與成因聯(lián)系以及前述討論的成巖成礦構(gòu)造環(huán)境、物質(zhì)來(lái)源、形成年代等，本文認(rèn)為，狼娃山鐵礦是火山噴溢，并經(jīng)火山-巖漿熱液交代疊加改造的結(jié)果，成因類(lèi)型屬海相火山噴流沉積-疊加改造型鐵礦，并對(duì)成礦過(guò)程提出初步設(shè)想(圖10)，概況如下：

早石炭世早期 [(355±10) Ma]，紅石山弧間洋盆向南側(cè)塔里木板塊俯沖消減，隨俯沖作用的進(jìn)行，受俯沖帶流體交代的地幔楔升溫并發(fā)生部分熔融，形成富Fe的玄武質(zhì)巖漿。玄武質(zhì)巖漿在上升中發(fā)生結(jié)晶分異，并在俯沖帶富揮發(fā)分流體持續(xù)交代影響下，陸續(xù)演化形成富揮發(fā)分的安山質(zhì)、流紋質(zhì)火山巖漿及鐵礦漿。攜大量揮發(fā)分的火山巖(礦)漿順深大斷裂上侵，并沿火山通道、火山環(huán)狀斷裂上升噴發(fā)至海底形成系列海相火山巖。偏酸性巖漿因密度小，上升速度快，而率先噴出地表形成富含角礫且不太賦存礦體的爆發(fā)相酸性火山巖(C1bs1-a)；隨后以英安質(zhì)、安山質(zhì)為主的火山巖漿逐次噴出形成溢流相中酸性火山巖(C1bs1-b)，火山巖漿在活動(dòng)演化過(guò)程中不斷向富Si方向轉(zhuǎn)變，為溢流相火山巖上部層中的流紋質(zhì)火山巖類(lèi)的形成提供了物源。鐵質(zhì)礦漿因密度大，上侵速率慢，緊隨安山質(zhì)巖漿上升并聚集在火山口附近，當(dāng)?shù)V(巖)漿系統(tǒng)的內(nèi)壓超圍巖靜壓時(shí)，即會(huì)產(chǎn)生超壓隱爆現(xiàn)象，形成角礫狀礦石；當(dāng)其內(nèi)壓低于圍巖靜壓時(shí)，即會(huì)從火山通道、火山環(huán)狀斷裂噴出，在噴出口附近以安山質(zhì)為主的火山巖層之上形成上表面具波紋流動(dòng)構(gòu)造的層狀型礦體(圖10a)?；鹕綆r漿及鐵礦漿上侵至火山通道、斷裂中，因壓力驟減和氧分壓升高促使鐵礦漿進(jìn)一步熔離及富揮發(fā)分的火山氣液相出溶[45]，且隨巖(礦)漿不斷聚集上升，圍巖靜壓漸小，巖(礦)漿中的揮發(fā)分會(huì)快速逃逸并補(bǔ)充至火山氣液相中。因深部鐵礦漿流或富含礦漿的巖漿流持續(xù)性補(bǔ)充，使得這一礦(巖)漿系統(tǒng)得以維持高的壓力梯度而持續(xù)分異。

早石炭世晚期，隨俯沖作用深入，俯沖角變陡，導(dǎo)致俯沖板塊回撤，陸緣弧火山巖漿作用隨俯沖作用變緩而漸弱，但大量從早期火山巖(礦)漿中分異出的富Fe火山氣液物質(zhì)聚集在因持續(xù)性火山巖漿噴發(fā)而形成的高溫、負(fù)壓巖漿房?jī)?nèi)；早石炭世末至晚石炭世早期[(322.0±4.3)Ma]，在俯沖板塊后撤引起的“伸展環(huán)境”中，高溫的含F(xiàn)e火山氣液物質(zhì)沿淺部火山巖裂隙、斷裂上升并沿途萃取圍巖中的分散礦質(zhì)，通過(guò)充填交代作用成礦，或在斷裂帶中卸載形成Ⅰ類(lèi)脈型鐵礦體，或噴出地表形成以似層狀、云團(tuán)狀、透鏡狀產(chǎn)出的浸染型鐵礦體，與此同時(shí)熱流體與圍巖發(fā)生的交代反應(yīng)，形成廣泛發(fā)育的石榴子石、綠簾石、陽(yáng)起石高溫蝕變帶(圖10b)。

圖10 狼娃山鐵礦成礦模式圖

晚石炭世中晚期，紅石山弧間洋盆關(guān)閉，俯沖停止，俯沖板片上的拖曳力增加，致使板片發(fā)生段離，可能導(dǎo)致軟流圈地幔上升，使區(qū)域處于局部伸展環(huán)境，中基性脈狀巖體大量侵位形成。

晚石炭世末，區(qū)域發(fā)生弧—弧碰撞[28]，轉(zhuǎn)入二疊紀(jì)以來(lái)的碰撞造山演化進(jìn)程。自大規(guī)模的構(gòu)造及中酸性巖漿侵入活動(dòng)中衍生出的巖漿熱液順火山巖裂隙、斷裂上升并通過(guò)充填交代作用成礦，形成Ⅱ類(lèi)脈型鐵礦體，并對(duì)先期火山噴溢-火山氣液疊加改造形成的礦體再次疊加改造，且伴有硅化、綠泥石化、碳酸鹽化等中低溫圍巖蝕變，局部形成網(wǎng)脈狀、細(xì)脈浸染狀銅、鉛、鋅礦化(圖10c)。

5 結(jié)論

1)火山巖、侵入巖、礦體及與之相伴的蝕變圍巖的巖相特征及主量、微量、稀土元素地球化學(xué)特征均指示，研究區(qū)的主要磁鐵礦體形成于板塊俯沖作用下的成熟陸緣弧環(huán)境。

2)區(qū)內(nèi)主要磁鐵礦體與火山巖具有密切的成因聯(lián)系，鐵礦的成礦物質(zhì)主要源自地幔，礦石的形成與俯沖帶流體的交代作用關(guān)系密切。層狀型礦體為幔源富鐵巖漿受交代作用后分異結(jié)晶的產(chǎn)物；囊狀型和Ⅰ類(lèi)脈型礦體為火山熱液作用的產(chǎn)物；Ⅱ類(lèi)脈型礦體的形成則可能與碰撞造山過(guò)程衍生出的巖漿熱液活動(dòng)有關(guān)。

3)狼娃山鐵礦是火山噴溢，并經(jīng)火山-巖漿熱液交代疊加改造的結(jié)果，成因類(lèi)型屬海相火山噴溢-疊加改造型。

致謝：本文在研究期間得到了中南大學(xué)戴塔根教授、張德賢副教授的悉心指導(dǎo)，謹(jǐn)致謝意。