河南省經山寺鐵礦床成礦物質來源探討

羅正傳 曹廷坤 劉清泉，3 魏明君

(1.河南省有色金屬礦產探測工程技術研究中心，河南鄭州450016;2.河南省有色金屬地質勘查總院，河南鄭州450052;3.中南大學地學與環境工程學院，湖南長沙410083)

經山寺鐵礦床位于河南省中部舞陽縣境內，為舞陽鐵礦田中的一個大型鐵礦床。本研究通過對經山寺鐵礦床的主量、微量、稀土元素地球化學特征的分析，并與國內該類型鐵礦床進行對比，探討其成礦物質來源，為深入研究該成礦帶中鐵礦床的成因和總結成礦規律，提供新的地球化學依據。

1 礦床地質特征

經山寺鐵礦位于華北陸塊南緣，背孜—出山復背斜南側。礦區地層主要為太古界太華群鐵山廟組。鐵山廟組地層主要由條帶狀混合巖、角閃斜長片麻巖及白云質大理巖組成。礦區構造以近東西向線性構造為主體，次級褶皺及斷裂構造發育。已發現的鐵礦體位于礦區北部的背、向斜核部及兩翼，成礦后的北西西向斷裂構造截切鐵礦體。

經山寺鐵礦有4個鐵礦層(自下而上為C12、C13、C14、C15)，鐵礦體呈層狀、似層狀、透鏡狀分布于鐵礦層中。鐵礦體長435～1 450 m，寬100～509 m，厚2.40～49.62 m，平均品位為27.17%，提交資源儲量61 544萬t。

鐵礦體主要賦存于鐵山廟組中部的白云質大理巖中，圍巖主要為白云質大理巖、磁鐵大理巖，其次為磁鐵輝石巖、輝石巖、角閃片麻巖等。礦體與地層產狀基本一致。

礦石類型為條帶狀石英－輝石－磁鐵礦和塊狀輝石－磁鐵礦，前者呈條帶狀構造，粒狀變晶結構，主要由石英、磁鐵礦、輝石及角閃石組成;后者呈塊狀構造，粒狀變晶結構，主要礦物有磁鐵礦、輝石以及極少量的碳酸鹽礦物。其中條帶狀石英－輝石－磁鐵礦為主要礦石類型。

2 分析結果與討論

測試樣品采自經山寺鐵礦采坑，樣品均經過手標本和顯微鏡觀察后，挑選出具有代表性的樣品。主量元素分析在中國地質大學化學分析室進行，采用熒光光譜分析法;微量、稀土元素在中國科學院礦床地球化學國家重點實驗室完成，分析方法為ICP－MS。

2.1 主量元素特征

經山寺鐵礦床5件鐵礦石的主量元素分析數據見表1。從表1中可看出，經山寺鐵礦Fe2O3含量為14.34%～25.20%，平均為 21.55%;FeO含量為12.61% ～14.54%，平均為 13.68%;SiO2含量為43.16% ～53.20%，平均為47.78%;A12O3含量為0.65% ～1.02%，平均為0.81%;CaO含量為3.01%～16.15%，平均為9.77%;MgO含量為2.74% ～7.32%，平均為4.13%;Na2O含量為0.29% ～0.96%，平均為 0.65%;K2O含量為 0.00% ～0.23%，平均為 0.14%;P2O5含量為 0.16% ～0.25%，平均為0.20%;MnO含量為0.07% ～0.68%，平均為0.30%;TiO2含量為0.03%。

礦石中含量最多的化學成分是SiO2、Fe2O3和FeO，三者之和達 72.71% ～91.96%，平均為83.01%，其他組分(A12O3、CaO、MgO、Na2O、K2O、MnO、TiO2、P2O5)的含量非常低，這些特征與山東韓旺條帶狀鐵礦相同，暗示其為極少碎屑物加入的化學沉積物［1］。

一般認為沉積變質鐵礦的w(SiO2)/w(A12O3)值小于10，火山沉積變質鐵礦的w(SiO2)/w(A12O3)值大于 10［1］。從表1中可看出，經山寺鐵礦的 w(SiO2)/w(A12O3)值變化范圍為48.35～75.49，平均值為58.84，與韓旺鐵礦的w(SiO2)/w(A12O3)值一樣，均大于10，指示經山寺鐵礦和韓旺鐵礦與火山沉積作用有關［1］。

表1 經山寺及韓旺鐵礦主量元素含量Table 1 Major element contents of Jingshansi iron deposit and Hanwang iron deposit

2.2 微量元素特征

經山寺鐵礦微量元素含量見表2。從表2中可看出，微量元素含量都很低，一般小于10×10－6。

Shaw［2］研究指出一些過渡金屬元素(如 Sc、V、Cr、Co、Cu)含量也可指示不同物源，陸源物質中 Sc(＞10 ×10－6)、V(＞50 ×10－6)、Cr(＞100 ×10－6)、Co(＞20×10－6)、Cu(＞10×10－6)含量一般較高，而經山寺鐵礦中 Sc、V、Cr、Co、Cu元素含量均比較低。沈其韓等［1］的研究工作表明，一些微量元素比值具有一定的成因指示意義，w(Sr)/w(Ba)值可區別海相－熱液沉積物與陸源沉積巖，前者一般大于1，后者小于l。經山寺鐵礦石的w(Sr)/w(Ba)值為3.37～52.20，與韓旺鐵礦的w(Sr)/w(Ba)值一樣，均大于1，與海相－熱液沉積物w(Sr)/w(Ba)值一致。

2.3 稀土元素特征

經山寺鐵礦5件樣品稀土元素分析結果見表3。因Y的化學性質與REE相似，故也列于表中一起討論，并寫為REE+Y。經太古宙澳大利亞沉積巖稀土元素平均值(PAAS)［3］標準化后的REE+Y配分曲線見圖1。

表2 經山寺鐵礦微量元素含量Table 2 Trace element contents of Jingshansi iron deposit

表3 經山寺鐵礦稀土元素含量Table 3 Rare earth element contents of Jingshansi iron deposit

圖1 經山寺與韓旺鐵礦REE+Y配分曲線Fig.1 Distribution curve of REE+Y in Jingshansi iron deposit and Hanwang iron deposit

從圖表中可知，經山寺鐵礦的稀土元素總量較低，平均為 6.28 ×10－6，與韓旺鐵礦［1］基本一致。其配分曲線特征為:輕稀土元素虧損，重稀土富集;無明顯 Ce異常(δCe/δCe*值為 0.87 ～1.04);呈現明顯的 La正異常(δLa/δLa*值為1.06 ～1.60)和 Eu正異常(δEu/δEu*值為1.37～2.77);Y 顯示非常明顯的正異常(δY/δY*值為 2.15 ～ 2.93)，其中，δLa/δLa*= δLa/(3δPr － 2δNd)，δCe/δCe*= δCe/(0.5δLa+0.5δPr)，δEu/δEu*= δEu/(0.67δSm+0.33δTb)，δY/δY*= δYPAAS/(0.5δDyPAAS+0.5δHoPAAS)［4-5］。

2.4 成礦物質來源

經山寺鐵礦石中w(Al2O3+TiO2)平均值為0.84%，含量非常低，微量元素 Sc、V、Cr、Co、Cu 等含量也比較低，指示其形成時極少受到陸源碎屑物質的混染。w(SiO2)/w(A12O3)值為48.35～75.49，均大于10，與火山沉積變質鐵礦w(SiO2)/w(A12O3)值大于10［1］的特征一致，指示經山寺鐵礦與火山沉積作用有關。

在經山寺鐵礦石REE+Y配分曲線示意圖上，Eu出現比較明顯的正異常。經山寺鐵礦陸源碎屑物質極少，由碎屑長石加入導致礦床Eu正異常可能性不大。前人的研究結果表明，Eu的正異常是高溫海底熱液的特征［6］。結合礦石的 δSr/δBa值與海相 －熱液沉積物δSr/δBa值一致的特征，認為高溫海底熱液是造成經山寺鐵礦Eu正異常的原因。礦石REE+Y配分型式顯示重稀土富集、La與Y正異常，與現代海水的(REE+Y)配分型式顯示重稀土富集、La與Y正異常特征［7-8］一致，指示經山寺礦石中稀土元素來自海底高溫熱液和海水的混合溶液。據報道，熱液δY/δHo 值約為 26，海水的 δY/δHo 值為 44 ～ 74［9］，經山寺鐵礦石 δY/δHo值(55.96～75.29)與海水更為接近，進一步說明鐵礦形成時，有海水的參與。

由于熱液流體的(δLa/δYb)PASS大于 1，而海水和熱液混合則會導致(δLa/δYb)PASS小于 1，所以(δLa/δYb)PASS值可以用來示蹤成礦物質來源［10］。經山寺鐵礦的(δLa/δYb)PASS值為 0.28 ～0.94，平均為 0.65，與韓旺鐵礦的(δLa/δYb)PASS值一樣，均小于 1，明顯具有海水和熱液混合的特征。

3 結論

經山寺鐵礦A12O3和TiO2含量非常低，微量元素含量也很低;w(SiO2)/w(A12O3)值大于10，與火山沉積變質鐵礦w(SiO2)/w(A12O3)值一致;δSr/δBa值大于1，與海相－熱液沉積物δSr/δBa值一致;稀土元素組成顯示現代海水、高溫熱液混合(即輕稀土虧損、重稀土富集，La、Eu和Y的正異常)的特征;δY/δHo 值 與 海 水 的 δY/δHo 值 基 本 一 致;(δLa/δYb)PASS值小于1，顯示海水和熱液混合特征。因此，經山寺鐵礦成礦物質來源于海底火山熱液和海水的混合。

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