遼寧本溪大臺溝鐵礦地球化學特征及其地質意義

張朋

中國地質調局沈陽地質調查中心（沈陽地質礦產研究所），遼寧沈陽110034

遼寧本溪大臺溝鐵礦地球化學特征及其地質意義

張朋

中國地質調局沈陽地質調查中心（沈陽地質礦產研究所），遼寧沈陽110034

通過主量元素和稀土元素相結合的方法，對大臺溝鐵礦成礦物質來源提出了有效制約.研究表明：大臺溝鐵礦化學成分主要由TFe2O3和SiO2組成，并且具有較低的Al2O3和TiO2含量，這一特征與鞍本地區及山西五臺山和冀東遷安地區鐵礦一致，表明大臺溝鐵礦為火山沉積變質鐵礦.稀土元素呈現輕稀土虧損、重稀土富集的特征，具有明顯的Eu正異常特征，這些特征表明成礦物質來源于火山熱液和海水的混合液.

大臺溝鐵礦；稀土元素；成礦物質；礦床成因；遼寧省

遼寧本溪大臺溝鐵礦是近年發現的最大的“鞍山式”鐵礦，初步估算該礦床333+332類資源量約34×108t［1］.迄今為止，未見有礦床主量元素、稀土元素和微量元素的相關報道.本次在詳實的鉆孔觀察基礎上，采集相關礦石樣品，進行元素地球化學測試并與鞍本地區典型礦床作比較，探討礦床成礦物質來源及礦床成因.

1 礦床地質特征

大臺溝鐵礦區位于鞍山-本溪鐵礦成礦帶東部.礦區地表出露地層主要有寒武系、震旦系和青白口系蓋層，鉆孔資料顯示深部地層含有遼河群浪子山組和鞍山群櫻桃園組.礦區地表未見巖漿巖出露，鉆孔中見有新太古代花崗片麻巖和閃長玢巖脈巖.

大臺溝鐵礦為隱伏近直立厚板狀礦體.礦體水平厚度平均在870 m，礦體埋深1100～1200 m，目前已控制礦體延長2000 m.礦體主要由條帶狀磁鐵石英巖組成.主要礦石類型有條帶狀磁鐵赤鐵石英巖、條帶狀赤鐵石英巖和條帶狀磁鐵石英巖.礦石礦物有磁鐵礦、赤鐵礦和假象赤鐵礦.脈石礦物有綠泥石、透閃石、石英等.礦石主要結構有鑲嵌粒狀變晶結構、鱗片粒狀變晶結構、柱粒狀變晶結構.礦石構造有條帶狀構造和條紋狀構造.

2 樣品采集及分析結果

筆者采集了5件條帶狀磁鐵石英巖鉆孔樣品，進行了主量元素和微量元素測試分析，所測樣品均是經過手標本和顯微鏡下鑒定后挑選出來的具有代表性的樣品.主量元素和稀土元素在中國地質調查局沈陽地質調查中心實驗室完成.主量元素采用熒光光譜分析（XRF），稀土元素分析采用電感耦合等離子體質譜儀（ICP-MS）分析測定.

2.1 主量元素特征

大臺溝鐵礦礦石主量元素分析結果見表1.從表1中可以看出：大臺溝鐵礦石中SiO2含量的變化范圍為41.06%～51.01%，平均值為47.65%；TFe2O3含量的變化范圍為44.95%～56.44%，平均值為49.93%；FeO含量0.92%～17.12%，平均值8.31%；MnO含量0.01%～0.03%，平均值0.02%；MgO含量0.15%～2.93%，平均值1.24%；CaO含量0.08～0.92%，平均值0.34%；Na2O含量0.06～0.11%，平均值0.08%；K2O含量0.13～0.15%，平均值0.14%；P2O5含量0.03～0.20%，平均值0.09%；Al2O3含量0.27～0.54%，平均值0.33%；TiO2含量0.02%，平均值0.02%.

由上可知，大臺溝條帶狀鐵礦中含量最多的化學成分是SiO2和TFe2O3，二者含量之和介于95.96%～99.07%之間，平均值為97.51%，其他組分（MnO、CaO、Na2O、K2O、P2O5、TiO2、Al2O3、MgO）含量非常之低.因此，大臺溝BIF型鐵礦主要由SiO2、TFe2O3組成，同時含有較低的Al2O3和TiO2，這些特征表明大臺溝鐵礦同鞍本地區其他BIF鐵礦一樣，由極少碎屑物質加入的化學沉積巖［2-31］.

2.2 稀土元素特征

大臺溝鐵礦5件礦石的REE分析結果列于表2.表中Eu的異常用Eu/Eu*=2EuPAAS/（SmPAAS+NdPAAS）來計算；Ce的異常用Ce/Ce*=CePAAS/（2PrPAAS-1NdPAAS）來計算；Y的異常用Y/Y*=2YPAAS/（DyPAAS+HoPAAS）來計算；La的異常用La/La*=LaPAAS/（3PrPAAS-3NdPAAS）計算.經PAAS（Post Archean Australian shale）［4］標準化后的REE配分曲線如圖1所示.

表1 遼寧本溪大臺溝條帶狀鐵礦石主量元素分析數據

表2 遼寧本溪大臺溝條帶狀鐵礦石稀土元素分析數據

圖1 大臺溝鐵礦稀土配分曲線圖Fig.1 The REE distribution pattern of Dataigou iron deposit

由表2和圖1可知，樣品的稀土元素總量均較低（ΣREE=20.08×10-6～95.09×10-6），這與太古宙海洋沉積物特征一致.大臺溝鐵礦BIF樣品PAAS標準化后呈現非常一致的稀土元素配分曲線，其特征為：具輕稀土元素相對虧損、重稀土元素相對富集的分餾模式，呈現明顯的Eu正異常（Eu/Eu*=2.11～6.98）；Ce異常不明顯（Ce/Ce*=0.85～5.25），Y/Ho比值的變化范圍104.36～ 2115.27.這些特征與全球BIF的特征一致［5-6］，表明大臺溝鐵礦為前寒武紀海洋化學沉積的產物.

3 討論

3.1 成礦物質來源

大臺溝鐵礦稀土配分曲線呈現輕稀土虧損，重稀土富集，具有明顯的Eu正異常的形態（圖1），這與鞍本地區乃至世界其他地區BIF的REE配分曲線一致.前人研究表明，Eu的正異常是高溫海底熱液的特點，通常認為與火山活動關系密切的Algoma型鐵礦具有較大的Eu值（Eu>1.8），而與火山活動無明顯關系的Superior型鐵礦具有相對較小的Eu值（Eu<1.8）［7-8］.大臺溝鐵礦中Eu的正異常均大于1.8（表2），表明該地區BIF的形成與更強烈的熱液組分的輸入有關，這與鞍本地區BIF型鐵礦為Algoma型鐵礦的認識相符. Y/Ho通常用作區分海相沉積和非海相沉積的標準.研究顯示，球粒隕石Y/Ho比值為26～28，陸源沉積物和上地殼巖石的Y/Ho比值與球粒隕石相似，現代海水Y/Ho比值為44～74［9-10］.大臺溝鐵礦Y/Ho比值明顯與現在海水相近，因此綜合Eu正異常認為大臺溝鐵礦成礦物質來源于火山熱液和海水的混合液.

3.2 礦床成因

條帶狀鐵礦中主要化學成分SiO2和TFe2O3的含量對判斷鐵礦的沉積作用類型有一定的指示意義.大臺溝鐵礦SiO2和TFe2O3之和為95.96%～99.07%，其他組分含量較低，這一特征與山東地區的韓旺鐵礦和鞍本地區的東鞍山、齊大山、大孤山、弓長嶺鐵礦相同，說明它們均為極少數的碎屑物加入的化學沉積巖.樣品Al2O3/TiO2比值介于13.00～27.00，說明在沉積巖中僅有極少量的黏土物質或陸源碎屑物混入，表明它們是化學Fe-Si沉積巖.研究顯示，沉積變質鐵礦的SiO2/ Al2O3比值應小于10，火山沉積變質鐵礦SiO2/Al2O3比值應大于 10.大臺溝鐵礦中 SiO2/Al2O3比值介于94.52～189.35，這一比值與火山沉積變質鐵礦相對應.因此，大臺溝鐵礦為火山沉積變質鐵礦.

4 結論

本文研究了大臺溝鐵礦床全巖樣品主量元素和稀土元素地球化學特征，經初步分析得出以下認識.

（1）大臺溝鐵礦的化學成分主要為SiO2和TFe2O3組成，Al2O3和TiO2含量較低，表明大臺溝BIF型鐵礦是由極少數碎屑物質加入的化學沉積巖.

（2）大臺溝鐵礦經頁巖標準化后的稀土元素配分模式顯示輕稀土虧損、重稀土富集、明顯的Eu正異常，這說明成礦物質來源于火山熱液和海水混合液.

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ZHANG Peng

Shenyang Institute of Geology and Mineral Resources,CGS,Shenyang 110034,China

Study on the major and rare earth elements（REE）of Dataigou iron deposit reveals that the average bulk compositions of the banded iron formations（BIF）are rich in TFe2O3and SiO2but low with Al2O3and TiO2contents.These characteristics are consistent with those of the iron deposits in Anshan-Benxi,Wutaishan and Qianan.It shows that the Dataigou deposit is of volcanic-sedimentary metamorphic iron deposit,characterized by depletion of light REE and enrichment of HREE,with distinct positive anomaly of Eu,which indicates that the BIFs are the products of chemical sedimentation from paleo-seawater with significantinputofvolcanic hydrothermal fluids.

Dataigou iron deposit;BIF;REE;ore-forming material source;genesis;Liaoning Province

2015-03-31；

2015-06-08.編輯：李蘭英.

中國地質調查局“遼東吉南成礦帶資源遠景調查評價”項目（編號12120113058700）.

張朋（1983—），男，碩士，工程師，主要從事成礦規律及找礦預測工作，通信地址遼寧省沈陽市皇姑區黃河北大街280號，E-mail// geozhangpeng2010@163.com