永梅凹陷帶鐵多金屬礦成礦特征與找礦方向

周 延 武 玲 康叢軒 范飛鵬 陳樂柱 駱學全

( 南京地質礦產研究所，江蘇 南京210016)

形成于晚古生代的永梅凹陷帶是武夷山地區最重要的鐵多金屬成礦帶，區內有以馬坑鐵( 鉬) 礦為代表的一批中—大型鐵多金屬礦，如中甲鐵礦、樟坑鐵( 銅鎢錫) 礦、湯泉鐵礦等，找礦潛力較大。該類礦床具有相似的成礦地質背景和礦床特征，被稱為馬坑式鐵礦，關于其成因主要有( 海相火山) 沉積［1-2］和接觸交代后生［3-5］2 種觀點。前者認為鐵質來源于火山( 陸源) 碎屑，成礦方式是沉積，強調晚石炭世海相火山作用對鐵礦的控制作用，但無法解釋與鐵礦伴生的鎢鉬、銅、鉛鋅礦床的成因; 后者認為鐵礦與燕山期中—酸性巖漿活動關系密切，是典型的熱液型－矽卡巖型礦床，但無法解釋賦礦層位穩定、大量存在沉積型鐵礦石的事實。強烈的熱液蝕變作用幾乎完全改變了晚古生代地層的原始沉積面貌，這是礦床成因一直存在爭議的主要原因。隨著研究工作的深入，目前

大多數學者都認同“沉積—改造”這一觀點，即( 海相火山) 沉積作用形成了層狀、似層狀主礦體，是主要的成礦因素，后期熱液改造作用形成矽卡巖型脈狀、透鏡體狀小礦體，是次要的成礦因素［6-7］。目前，鐵質的來源，Pb、Zn、Mo 多金屬元素的來源，原始沉積時形成礦源層還是直接形成礦體，后期熱液對鐵礦的改造方式等尚未形成定論，該類問題都嚴重制約了永梅凹陷帶的鐵礦找礦工作。為此，在對前人研究工作梳理的基礎上，對區內典型礦床進行調查研究，總結區內鐵礦成礦地質特征，并對找礦方向進行討論。

1 成礦地質背景

永梅凹陷帶處于沙縣深大斷裂、邵武—河源斷裂和政和—大浦深大斷裂的挾持部位，總體呈NE 走向，“凹陷”的基底為一套巨厚層的類復理石建造，晚古生代又沉積了厚度大于6 000 m 的地層。印支期以來，凹陷帶經過褶皺、斷塊和火山活動，噴發沉積和沉積形成了一系列的火山盆地和沉積盆地，并有不同時期、不同規模、不同物質來源和不同演化趨勢的巖漿活動。從晚古生代開始，凹陷盆地的中部出現1 條NE 向三明—上杭水下隆起帶，將凹陷盆地分割為“兩凹夾一隆”的格局，隆起西側為明溪—長汀凹陷，東側為大田—龍巖凹陷。晚泥盆世—早石炭世，凹陷帶以碎屑巖沉積為主，形成了粗—細碎屑巖的多階段沉積旋回，沉積建造無太大差異，以天瓦崠組、桃子坑組、林地組為代表。晚石炭世西部凹陷帶為碳酸鹽－硅質巖建造( 稱為黃龍組) ，厚度較大，巖性穩定; 東部凹陷帶在龍巖一帶則為碎屑巖－碳酸鹽－火山巖建造( 稱為經畬組) ，厚度較小，橫向變化大。早二疊世凹陷帶以碳酸鹽沉積為主，沉積建造穩定，以船山組、棲霞組為代表［8］。馬坑式鐵礦是指與林地組上部、經畬組、船山組、棲霞組有關的沉積—改造型鐵多金屬礦，該類礦床層控特征和后期熱液疊加改造特征均較明顯。

2 鐵多金屬礦床特征

2.1 賦礦層位沉積特征

區內主要礦體都賦存于下石炭統林地組碎屑巖之上，即上石炭統經畬組下部。許多礦區在棲霞組上部常見到小型鐵礦體，如馬坑、潘田、洛陽、湯泉、中甲、樟坑、大排等礦區均在棲霞組中發現透鏡狀、似層狀中小型鐵礦體［9-15］，顯示出明顯的層控性，賦礦層位以經畬組下部為主，其次為棲霞組上部。

經畬組作為主要賦礦層位，其巖石組合具有明顯特征，主要表現在碎屑巖中有同時代火山巖夾層，而碎屑巖自身也含有火山物質和鈣質成分。以馬坑鐵礦經畬組為例:底部為安山質熔結凝灰角礫巖或泥質石英砂巖夾流紋質凝灰質泥巖; 下部為石英磁鐵礦石，夾安山玄武巖1 ～2 層、流紋質凝灰質砂質泥巖1～2 層;上部為透輝石型磁鐵礦石，夾安山玄武巖2層;頂部為鈣質細碎屑巖、矽卡巖、大理巖等。此外，龍巖經畬、中甲、大池天池塘、虎崗、德化陽山等礦區均發現與經畬組同時代的火山巖夾層。作為賦礦層位的棲霞組上部同樣具有海相火山沉積特征，前人對海相火山作用的認識不夠全面，對于海相火山巖夾層的描述也不夠清晰，僅以“含火山物質”或者參照陸相火山巖的定義來描述。再者礦床普遍遭受后期熱液交代蝕變，傳統的礦物學、地球化學等方法很難將火山巖區分出來。隨著現代科技的發展，可以直接觀察到大洋底部正在發生的火山作用，對海相火山作用機制、海相火山巖石特征有了進一步的認識。通過調查研究，在多個地區識別出海相火山巖( 見圖1) ，據此認為前人所述經畬組、棲霞組硅質巖以及硅泥巖即為海相火山巖，說明晚石炭世和中二疊世海相火山作用具有普遍性。

2.2 鐵質來源

從20 世紀80 年代開始，大量學者分別從巖石學、礦物學、地層學和地球化學等方面對永梅凹陷帶內的鐵礦床進行了研究，認為馬坑式鐵礦與火山巖夾層及碎屑巖所含火山物質關系密切，鐵質主要來源于晚石炭世經畬組或與其相當層位的火山沉積作用［9］。葛朝華等［1］對馬坑主礦體石英－磁鐵礦和角閃石－磁鐵礦進行了全巖銣鍶年齡測定，結果顯示石英－磁鐵礦為340 ±68 Ma，角閃石－磁鐵礦為334 Ma，證實了礦體與經畬組地層是同時代的［1］。

大量鉆孔資料表明，馬坑鐵礦主礦體呈單一層狀賦存于經畬組地層內，產狀與地層產狀一致，呈整合接觸，并與地層一道同步褶皺，鐵礦主礦體的厚度、寬度與火山巖的厚度成正消長關系。礦床中部安山玄武巖厚度較大，礦體厚度、寬度也較大。主礦體與火山巖呈互層出現，且呈整合接觸，其他如潘田、洛陽、陽山、中甲、天池塘、田地、蘆峰、中復等礦區均有類似特征。棲霞組的海相火山巖夾層是鐵多金屬礦的另一個礦源層。棲霞組上部的硅質巖和硅泥巖層富含鐵錳質，硅質巖中錳含量平均為0.38%，高于沉積巖碳酸鹽類錳含量平均值( 0.11%) ; 硅泥巖中鐵含量為1.13%，錳含量高達4.56%，遠高于碳酸鹽類鐵、錳含量的平均值。海相火山巖夾層大多產自礦體附近，如大池天池塘鐵礦的淬碎凝灰巖即為鏡鐵礦體的賦礦層位，虎崗北山寺鐵礦點沉晶屑凝灰巖是鐵礦體的下盤，小池培斜透輝石化淬碎角礫巖即為礦( 化)體，玉寶鉛鋅礦淬碎碎屑熔巖即為鉛鋅礦體，上述特點進一步證實了海相火山巖提供成礦元素。

圖1 經畬組、棲霞組海相火山巖鏡下特征Fig.1 Arthroscopic characteristics of marine volcanic rocks of Jingshe formation and Qixia formation

2.3 燕山期中—酸性巖漿活動的疊加—改造作用

永梅地區的鐵礦往往與鉬、銅、鉛、鋅、金等有用組分伴生。金屬元素的來源除了海相火山沉積以外，還可能與巖漿有關，特別是燕山期中—酸性巖漿巖。燕山期巖體與鐵礦床在空間上具有耦合關系，大多具有一定規模的鐵礦床附近均有燕山期巖體存在( 見表1)［10，14，16-17］。外接觸帶部位往往找到大的礦體，該類礦體除了保留原始沉積特征外，后期熱液蝕變也非常普遍，常見矽卡巖化、硅化、黃鐵礦化、大理巖化等。對部分礦區的賦礦地層( 經畬組和棲霞組硅質巖層和硅泥巖層) 和與成礦有關的巖體金屬含量進行了統計［10，18］，結果見表2。

表1 永梅凹陷帶與成礦有關的巖體年代學特征Table 1 Chronology characteristics of magmatic rock related to mineral in Yong＇an-Meizhou depression belt

原始沉積和巖體的豐度都較高，賦礦地層與華南褶皺系碳酸鹽巖相比，各元素( 除Au 外) 富集系數變化幅度較大;除華南褶皺系花崗巖外，其余巖體中各元素總體富集，但富集系數不高，且呈現差異性，天池塘鐵銅礦和大排鐵鉛鋅礦巖體相對富集Cu、Pb、Zn，馬坑鐵鉬礦巖體相對富集W、Sn、Mo。說明經畬組或棲霞組在地層沉積時便形成了礦源層，局部可能形成一定規模的礦( 化) 體。燕山期巖漿活動對成礦作用表現在鐵質活化轉移、礦石類型和結構構造的改變以及帶來多金屬元素的疊加，如使得沉積成因的菱鐵礦、赤鐵礦等變成了磁鐵礦。巖漿熱液攜帶活化的鐵質及自身的多金屬元素在接觸交代過程中形成了多金屬礦體。

馬坑鐵礦矽卡巖期成礦流體主要是巖漿水，輝鉬礦Re－Os 同位素年齡為133.0 ±0.8 Ma，與馬坑莒洲和大洋巖體成巖年齡(132.6±1.3 Ma) 相當［19-20］，說明巖漿熱液的疊加作用是馬坑鉬礦形成的重要因素。

綜合上述分析可知，與鐵礦伴生的多金屬礦體物質來源主要為海相火山沉積，其次為燕山期中—酸性巖漿活動，巖漿活動對鐵多金屬礦的改造作用主要是金屬元素的活化轉移和多金屬的疊加富集。

3 礦床成因

馬坑式鐵礦受到地層( 經畬組下部、棲霞組上部) 和巖漿巖( 燕山期中—酸性巖漿巖) 的共同控制，具有海相火山作用的鐵質主要來源、沉積的成礦方式、后期強烈的巖漿熱液疊加改造等特點，為海相火山沉積－巖漿熱液疊加改造型礦床，見圖2。

4 找礦方向

經畬組和棲霞組地層對成礦的作用較大，因此前人在探討該地區找礦方向時，多從巖相古地理的角度出發，認為晚石炭世( 即經畬組沉積時期) 時，永梅凹陷帶大致以三明—上杭隆起為界分為西部明溪—長汀次級凹陷帶和東部大田—龍巖次級凹陷帶2 部分，通過巖性、巖相對比，將大田—龍巖凹陷帶作為重點找礦區域。通過進一步分析礦床地質特征和礦床成因可知，海相火山作用是成礦的關鍵。晚石炭世( 經畬組) 與中二疊世( 棲霞組) 海相火山巖代表了來自下地殼或上地幔的深部物質，海相火山作用更多的與深層次斷裂構造有關。

表2 與成礦有關的地層與巖體元素含量Table 2 Element contents of strata and magmatic rock related to ore-forming

圖2 馬坑鐵礦成因模式Fig.2 Genetic model of Makeng-type iron deposit

經畬組的沉積建造是處于碎屑巖相—碳酸鹽相的過渡階段，棲霞組的沉積建造是處于碳酸鹽相—碎屑巖相的過渡階段，二者的沉積建造特征指示永梅凹陷帶在晚石炭世和中二疊世時期的沉積環境均發生了突變，這種突變主要為巖石圈垂向構造運動的體現，往往伴隨著深大斷裂帶的形成及殼幔物質的上涌( 火山作用) ，因此，構造轉換中心位置即為成礦最有利的部位。

目前在梅縣玉水、上杭湖洋、大池天池塘、龍巖馬坑、德化陽山等地均發現了晚石炭世海相火山巖，區域上大致呈NEE 向帶狀分布，該帶與前人推斷的超殼斷裂帶走向基本吻合。可以認為永梅凹陷帶鐵礦找礦重點應為梅縣玉水—龍巖馬坑—德化陽山一線，該帶代表了晚石炭世構造轉換的中心位置，也是海相火山巖的沉積中心，是成礦最有利的部位。培斜、玉寶礦區棲霞組中含礦淬碎角礫巖和碎屑熔巖的發現證明了中二疊世確實存在海相火山作用，可能代表了區域上除晚石炭世之外的另一期重要的成礦作用，應加強對棲霞組海相火山巖夾層的識別，總結分布規律。晚石炭世海相火山作用與深大斷裂帶有關，呈裂隙式噴發，火山巖在斷裂帶兩側的分布應較為普遍，只是大部分地區被新的地層覆蓋，后又受到中生代巖漿作用及推覆構造的影響，地表很難見到海相火山作用的跡象。目前永梅凹陷帶僅發現馬坑超大型鐵礦，其他均為中小型，深部找礦潛力較大。

5 結 語

在對永梅凹陷帶鐵多金屬礦床特征分析的基礎上，詳細討論了馬坑式鐵礦的礦床成因和找礦方向，為區內鐵多金屬礦找礦工作提供參考。

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