遼寧齊大山鐵礦元素地球化學特征

冷文芳，王恩德，武悅，劉陸山，付海濤，王娜

1.東北大學，遼寧沈陽 110819；2.遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局，遼寧沈陽 110032

遼寧齊大山鐵礦元素地球化學特征

冷文芳1，2，王恩德1，武悅2，劉陸山2，付海濤2，王娜2

1.東北大學，遼寧沈陽 110819；2.遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局，遼寧沈陽 110032

齊大山鐵礦大地構(gòu)造上屬于華北地臺遼東臺背斜的西部.其鐵礦層產(chǎn)于鞍山群櫻桃園巖組，含礦建造為砂質(zhì)泥巖-泥巖建造（阿爾戈馬型），變質(zhì)相為綠片巖相.通過稀土元素地球化學研究，鐵礦石表現(xiàn)為輕稀土富集，LREE/HREE比值平均為3.43.圍巖表現(xiàn)為重稀土略富集，LREE/HREE比值平均為0.97.鐵礦石和圍巖稀土元素原始地幔標準化值顯示鐵礦石稀土元素整體具有弱的正銪異常（δEu為1.03～1.50），Ce無明顯的正負異常（δCe為0.54～1.15），這與海底噴氣沉積產(chǎn)物的特征一致.圍巖中無明顯Eu異常，平均為1.16.δCe的范圍為0.18～1.01，相對比較穩(wěn)定.這些特征顯示屬于早前寒武紀海洋化學沉積的產(chǎn)物，表明礦物大地構(gòu)造背景為大洋島弧，物源區(qū)類型為未切割的巖漿弧.

鞍山式鐵礦；微量元素；稀土元素；地球化學；齊大山；遼寧省

0 前言

鞍本地區(qū)是我國重要的鐵礦床富集區(qū)，目前已發(fā)現(xiàn)了一系列的礦床，如：齊大山鐵礦、東-西鞍山鐵礦、弓長嶺鐵礦、眼前山鐵礦、歪頭山鐵礦、歡喜嶺鐵礦、南芬鐵礦、北臺鐵礦、大臺溝鐵礦等.眾多地質(zhì)學家和研究者對該區(qū)的鐵礦床的成因類型、地質(zhì)構(gòu)造、巖石礦物特征、元素地球化學特征和原巖恢復［1-7］進行了較為系統(tǒng)的研究.從大地構(gòu)造角度看，這些鐵礦床多數(shù)屬于產(chǎn)自島弧、弧后盆地或克拉通內(nèi)部斷裂帶中的阿爾戈馬型（Algoma型）鐵建造［8-9］.學者認為鞍本地區(qū)的鐵建造與基性火山巖之間有著密切聯(lián)系，物質(zhì)來源具幔源特征［10-11］.

齊大山鐵礦是鞍鋼礦山公司六大鐵礦之一，為鞍鋼的主要原料基地，是一個規(guī)模巨大的鞍山式沉積變質(zhì)貧鐵礦床，其開采歷史悠久，前身是櫻桃園鐵礦.全礦床地質(zhì)儲量17.63×108t，截止1993年，保有地質(zhì)儲量16.13×108t，其中工業(yè)儲量8.43×108t［12］.礦石具有易采、易磨、易選和高硅、低硫磷的特點［13］.本文擬通過對齊大山赤鐵富礦、赤鐵貧礦和圍巖的元素地球化學特征進行研究，以揭示本區(qū)鐵礦床的變質(zhì)程度、建造類型、推斷構(gòu)造環(huán)境及成礦物質(zhì)來源.

1 礦區(qū)地質(zhì)概況

齊大山鐵礦位于遼寧省鞍山市東10 km處，大地構(gòu)造上屬于中朝準地臺膠遼臺隆的西部，在三級大地構(gòu)造單元上兼跨太子河－渾江臺陷的西端和營口-寬甸臺拱的西北部，在四級構(gòu)造單元上為遼河-本溪凹陷.齊大山鐵礦是鞍本地區(qū)的一個超大型鐵礦床，礦床類型屬于受變質(zhì)的火山-沉積鐵礦，俗稱“鞍山式鐵礦”.鐵礦層產(chǎn)于鞍山群櫻桃園巖組，含礦建造為砂質(zhì)泥巖-泥巖建造（阿爾戈馬型），變質(zhì)相為綠片巖相［14］.

2 礦床地質(zhì)特征

齊大山鐵礦區(qū)出露的地層主要為太古宙鞍山群、元古宙遼河群.其中太古宙鞍山群櫻桃園巖組，主要巖性有綠泥石英片巖、綠泥滑石片巖、絹云母石英巖、變粒巖、斜長角閃巖、條帶狀含鐵石英巖.其原巖組合是以黏土質(zhì)-半黏土質(zhì)、硅鐵質(zhì)沉積為主，含有少量安山質(zhì)凝灰?guī)r，已知厚度大于600 m.

礦區(qū)含礦地層為一走向300～340°的單斜構(gòu)造.傾向南西，傾角在70～90°，局部倒轉(zhuǎn).礦區(qū)斷裂構(gòu)造發(fā)育，且具多期性特征，主要有北北西向走向斷裂、北東向及東西向橫斷裂.

礦床的西側(cè)，分布有本區(qū)最古老的花崗巖（鐵架山花崗巖）.礦床的東側(cè)，大面積出露有新太古代花崗巖（弓長嶺花崗巖）（圖1）.

2.1 礦體地質(zhì)特征

齊大山鐵礦床分為北采區(qū)（櫻桃園）和南采區(qū)（王家堡子三礦區(qū)）.北采區(qū)自北向南依次有北一山、北二山、北三山、北四山和西石砬子等5個礦段.

圖1 齊大山鐵礦區(qū)域地質(zhì)圖Fig.1 Regional geological map of Qidashan iron deposit

鐵礦體規(guī)模巨大，長4650 m，呈厚層狀，產(chǎn)狀穩(wěn)定，走向305～335°，傾向南西，傾角70～90°，并有倒轉(zhuǎn).礦體厚度150～250 m，北采區(qū)厚度130～210 m，平均174 m.南采區(qū)厚度200～350 m，平均224 m.礦體延深大于800 m.礦體北端被橫斷層所截，南端礦體與胡家廟子鐵礦相連.5個礦體的上下盤巖性略有差異，上盤巖性主要為綠泥石英巖、云母石英片巖、閃長巖、含鐵石英巖、千枚巖.下盤巖性主要為云母石英片巖、混合巖、綠泥石英片巖、千枚巖.

主礦層上盤千枚巖中有3層平行礦體，其產(chǎn)狀與主礦層一致.其中一層較厚者斷續(xù)延長逾1400 m，平均厚度超過20 m，延深至-500 m標高以下.主礦層下盤的平行礦體有6層，厚度最大者15 m，一般小于5 m，沿走向長數(shù)百m，一般不具工業(yè)價值.

富鐵礦體在南、北采區(qū)均有分布，但規(guī)模相差懸殊.西石砬子富鐵礦賦存在橫向構(gòu)造破碎帶中.王家堡子一、二礦區(qū)的富礦分布在貧礦體邊緣靠近下盤處，北二山的富礦賦存在貧鐵礦層中，呈扁豆狀、似層狀和脈狀產(chǎn)出，共有13個礦體，長50～100 m，厚度5～15 m.在南采區(qū)靠近下盤處有似層狀富礦體，斷續(xù)延長近1200 m，厚度3～5 m［14］.

2.2 礦石特征

礦區(qū)礦石具有易采、易磨、易選和高硅、低硫磷的特點，一般貧鐵礦石品位TFe為31%，富鐵礦石品位TFe為58%.貧鐵礦石大多具條帶狀構(gòu)造，少數(shù)為細條紋狀、致密塊狀構(gòu)造.條帶由黑白相間的鐵礦物和石英及透閃石組成，條帶寬1～2 mm.富鐵礦石多為致密塊狀構(gòu)造，另有條帶狀和蜂窩狀構(gòu)造［14］.礦石分為閃石型和石英型兩大類.閃石主要是透閃石和陽起石，易風化，鈣鎂成分易流失，工業(yè)類型有氧化礦、混合礦和原生礦［15］.

礦石中金屬礦物主要有磁鐵礦、假象赤鐵礦，次為黃鐵礦、鏡鐵礦、菱鐵礦及少量黃銅礦.脈石礦物有透閃石、陽起石、綠泥石和白云石.礦石大多具有條帶狀構(gòu)造，少數(shù)為細條紋狀、致密塊狀構(gòu)造.條帶由黑白相間的鐵礦物和石英及透閃石組成，條帶寬1～2 mm［15］.

3 元素地球化學特征

本次在齊大山鐵礦進行了系統(tǒng)的采樣，樣品涵蓋了礦體和圍巖，其中采取礦石（赤鐵富礦和赤鐵貧礦）和圍巖共9塊.

本次樣品測試單位為澳實分析檢測（廣州）有限公司.全巖采用ME-XRF06化驗分析（偏硼酸鋰溶解，X熒光光譜分析，各氧化物檢測范圍為0.01%~100%）；稀土元素采用ME-MS81化驗分析（LiBO2熔融，質(zhì)譜儀定量分析）；微量采用ME-ICP61化驗分析（四酸溶解、等離子體發(fā)射光譜分析）.

3.1 主量元素

礦石主量元素結(jié)果顯示（表1），磁鐵石英巖主要由SiO2和鐵的氧化物組成，兩者之和達到86.61%～100%，平均為99.49%，兩者呈明顯的負相關(guān).其中SiO2含量為5.87%～58.2%，平均為25.1%.Al2O3含量非常低，除一個樣品為7.21%外，其他都在1%以下；CaO含量從0.01%～0.23%，平均為0.098%；MgO含量從0.09%～1.83%，平均為0.5%；LOI含量從-2.71%～2.39%，其他氧化物含量較低.

3 個圍巖樣品中因為其中2個為磁鐵綠泥巖，故鐵的氧化物含量較高，最高達到47.73%.單個樣品中SiO2含量較高，為65.22%.其他2個樣品為22%左右，平均含量為36%.Al2O3含量次之，平均含量13.9%. MgO含量平均為4.44%，其含量明顯高于CaO.CaO平均含量僅為0.81%.其他氧化物含量較低.

3.2 微量元素

齊大山磁鐵石英巖和圍巖的巖石組合的微量元素分析結(jié)果（表1）顯示，鐵礦石微量元素中的大離子親石元素Rb、Ba富集，Sr虧損.高場強元素中Th、Ta、Nb富集，Zr、Ti、Hf、Sm、Y、Yb虧損（圖2a）.

圖2 齊大山礦石（a）和圍巖（b）微量元素原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖（標準化數(shù)據(jù)據(jù)韓吟文，2003）Fig.2 Primitive mantle-normalized trace element spider diagram of ores（a）and wall rocks（b）in the Qidashan iron deposit（After HAN Yin-wen,2003）

圍巖微量元素中的大離子親石元素Sr虧損，K、Rb和Ba相對富集.高場強元素中Th、Ta、Nb強烈富集，Sm、Y、Yb相對富集，而Ti、Zr、Ce相對虧損（圖2b）.

3.3 稀土元素

鐵礦石都表現(xiàn)為輕稀土富集，LREE/HREE比值大于1.礦石中LREE/HREE分異程度一般，LREE/ HREE比值范圍為1.23～6.33，平均為3.43.圍巖中表現(xiàn)為重稀土富集，2個樣品的LREE/HREE比值都小于1，平均為0.97，LREE/HREE分異程度較差.

鐵礦石稀土元素原始地幔標準化配分型式圖（圖3a）顯示鐵礦石稀土元素整體虧損，除了q-1之外，其余樣品的標準化后數(shù)據(jù)幾乎全部小于1，尤其是重稀土元素.圍巖稀土元素原始地幔標準化配分型式圖（圖3b）顯示圍巖稀土元素相對富集，3個樣品的重稀土元素均大于1，q-5和q-9樣品的輕稀土元素相對虧損.

表1 齊大山鐵礦礦石與圍巖主量、微量和稀土元素成分表Table 1 M ajor,trace and rare earth element contents of ores and wall rocks in the Qidashan iron deposit

圖3 齊大山礦石（a）和圍巖（b）稀土元素原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖（標準化數(shù)據(jù)引自韓吟文，2003）Fig.3 Primitive mantle-normalized REE spider diagram of ores （a）and wall rocks（b）in the Qidashan iron deposit（After HAN Yin-wen,2003）

鐵礦石除q-8樣品為0.75外，其他均具有弱的正銪異常（δEu為1.03～1.50），Ce無明顯的正負異常（δCe 為0.54～1.15），這與海底噴氣沉積產(chǎn)物的正銪異常、鈰異常不明顯的特征一致.圍巖中無明顯Eu異常（δEu 為0.96～1.25），平均為1.16.δCe的范圍為0.18～1.01，相對比較穩(wěn)定.

4 結(jié)論

對樣品的主量元素分析，結(jié)果顯示含量最多的3種化學成分是Fe2O3、SiO2和Al2O3，并且礦石中SiO2含量與Fe2O3含量呈反消長關(guān)系.

微量元素地球化學研究顯示，鐵礦石中大離子親石元素Rb、Ba富集，Sr虧損.高場強元素中Th、Ta、Nb富集，Zr、Ti、Hf、Sm、Y、Yb虧損.圍巖中大離子親石元素K、Rb和Ba相對富集，Sr虧損.高場強元素中Th、Ta、Nb強烈富集，Sm、Y、Yb相對富集，而Ti、Zr、Ce相對虧損.

鐵礦石都表現(xiàn)為輕稀土富集，LREE/HREE比值大于1.礦石中LREE/HREE分異程度一般，LREE/ HREE比值范圍為1.23～6.33，平均為3.43.圍巖中表現(xiàn)為重稀土富集，2個樣品的LREE/HREE比值都小于1，平均為0.97，LREE/HREE分異程度較差.

鐵礦石稀土元素整體虧損，除了樣品q-1之外，其余樣品的標準化后數(shù)據(jù)幾乎全部小于1，尤其是重稀土元素.圍巖稀土元素相對富集.

鐵礦石具有弱的正銪異常（δEu為1.03～1.50），Ce無明顯的正負異常（δCe為0.54～1.15），這與海底噴氣沉積產(chǎn)物的正銪異常、鈰異常不明顯的特征一致.圍巖中無明顯Eu異常（δEu為0.96～1.25），平均為1.16. δCe的范圍為0.18～1.01，相對比較穩(wěn)定.這些特征與世界許多地區(qū)的BIF特征一致，均屬于早前寒武紀海洋化學沉積的產(chǎn)物，表明礦物大地構(gòu)造背景為大洋島弧，物源區(qū)類型為未切割的巖漿弧.

致謝：感謝東北大學王恩德教授、付建飛老師提供的數(shù)據(jù)！

［1］王守倫.鞍本地區(qū)鞍山群富鐵礦成因類型的討論［J］.礦床地質(zhì), 1986,5（4）:14—23.

［2］李鴻業(yè)，趙秀德.鞍本地區(qū)鞍山式鐵礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造［J］.前寒武紀研究進展,1999,22（3）:22—29.

［3］周世泰.鞍山、本溪地區(qū)鞍山群變質(zhì)巖巖石化學研究及條帶狀鐵礦的成礦條件［J］.中國地質(zhì)科學院院報,1987,16:139—153.

［4］孟旭陽，王鵬，張東陽，等.遼寧思山嶺鐵礦元素地球化學特征及其地質(zhì)意義［J］.中國地質(zhì),2012,36（6）:1857—1872.

［5］孫曉輝，朱笑青，張乾，等.鞍山-弓長嶺地區(qū)條帶狀鐵礦直接圍巖原巖恢復［J］.礦物學報,2011（增刊）:452—453.

［6］馮佳睿，周振華，肖榮閣.遼寧弓長嶺鐵礦二礦區(qū)圍巖原巖恢復［J］.中國礦業(yè),2009,18（12）:106—110.

［7］李志紅.遼寧省鞍山-本溪地區(qū)條帶狀含鐵建造的Fe同位素地球化學研究［D］.北京：中國地質(zhì)科學院,2007.

［8］Gross G A.Tectonic systems and the deposition of iron-formation［J］. Precambrian Res,1983,30:63—80.

［9］Veizer J.Geologic evolution of the Archean-Early Proterozoic Earth［C］// Schopf JW,ed.Earth'sEarliestBiosphere.Princeton:Princeton University Press,1983:240—259.

［10］周世泰.鞍山-本溪地區(qū)條帶狀鐵礦地質(zhì)［M］.北京：地質(zhì)出版社, 1994:197—213.

［11］沈保豐，駱輝，李雙保，等.華北陸臺太古宙綠巖帶地質(zhì)及成礦［C］//中國地質(zhì)科學院文集,1995:8,46—53.

［12］高太.齊大山鐵礦可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略研究［D］.大連：大連理工大學, 2003.

［13］張冬生.鞍鋼礦山公司齊大山鐵礦［J］.金屬礦山,1992,12:63.

［14］姚培慧，編.中國鐵礦志［M］.北京：冶金工業(yè)出版社,1993:242—246.

［15］姜代榮.齊大山鐵礦床透閃石、陽起石型的假象赤鐵礦可選性研究［J］.金屬礦山,1982（2）:26—31.

ELEMENT GEOCHEMISTRY OF QIDASHAN IRON DEPOSIT IN LIAONING PROVINCE

LENG Wen-fang1,2,WANG En-de1,WU Yue2,LIU Lu-shan2,FU Hai-tao2,WANG Na2

1.Northeastern University,Shenyang 110819,China; 2.Liaoning Bureau of Geological and Mineral Exploration,Shenyang 110032,China

The Qidashan iron deposit is tectonically located in western Liaodong anteklise of North China Platform,with iron ore layers hosted in the Yingtaoyuan Formation of Anshan Group.The ore-bearing formation is sandy mudstonemudstone(Algoma type),with metamorphic facies of greenschist.By study on the REE geochemistry of ores and wall rocks, the REE patterns show enrichment of LREE in the ores with LREE/HREE of 3.43,whereas slight depletion of HREE in the wall rocks with LREE/HREE of 0.97.The primitive mantle-normalized REE spiderdiagram shows weak positive anomalies of Eu（δEu=1.03-1.50）,without anomalies of Ce（δCe=0.54-1.15）in iron ores,which is consistent with the characteristics of submarine exhalative sedimentation.There is no significant anomalies of Eu（average δEu 1.16）and Ce （δCe=0.18-1.01）in the wall rocks.The features above suggest that the iron deposit should be the product of marine chemical deposition in Early Precambrian in the tectonic background of oceanic island arc and provenance type of uncut magmatic arc.

Anshan-type iron deposit;trace element;REE;geochemistry;Qidashan;Liaoning Province

1671-1947（2015）04-0336-05

P618.31

A

2014－09－20；

2015-03-28.編輯：李蘭英．

國土資源部公益性行業(yè)專項經(jīng)費項目“鞍本地區(qū)沉積變質(zhì)型鐵礦挖礦條件及找礦模型研究”（201111002-02）和973計劃“沉積變質(zhì)型鐵礦成礦環(huán)境與富礦形成機制”課題（2012CB416801）.

冷文芳（1976—），女，東北大學，博士后在讀，主要從事地質(zhì)方面的研究工作，通信地址遼寧省沈陽市皇姑區(qū)北陵大街29，E-mail// lengwf2011@163.com