黔西北雄雄戛鐵礦成因研究

令狐東，薛洪富，蒲慶隆，向明坤，張濤，蔣尚志，張安

（貴州省有色金屬和核工業(yè)地質勘查局地質礦產勘查院，貴州貴陽550005）

黔西北威寧、赫章一帶是貴州省鐵礦的產區(qū)之一，已探明資源量1億多噸。通過該區(qū)鐵礦床的礦物學、沉積學、地球化學、物質來源、巖相古地理及構造進行了研究對該區(qū)鐵礦床成因提出了不同的認識，主要有熱液交代-充填成因說[1]、沉積改造成因說[2]、熱水噴流成因說[3]等。本次對沉積型和熱液型鐵礦及圍巖進行系統采樣，通過微量元素和稀土元素測試，研究各類礦石的地球化學特征，分析鐵礦形成環(huán)境、成礦物質來源，結合礦石結構與構造、礦體賦存特征、構造演化等，探討礦床的形成機制。

1 區(qū)域地質背景

研究區(qū)位于上揚子陸塊西南緣之六盤水裂陷槽與織金穹盆變形區(qū)的結合處（圖1），出露地層為中下志留系、泥盆系、石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系，鐵礦賦存于中泥盆統地層內。區(qū)內地質構造復雜，斷裂主要由NE向斷裂與NW向聯合組成，褶皺形跡主要為NWWNW向，經歷海西—燕山構造旋回期沉積盆地演化、玄武巖漿噴溢、侵位與陸內造山活動的影響[4-5]，為鐵礦的形成奠定基礎。區(qū)內鐵礦集中分布于菜園子—小河邊一線，主要沿斷裂帶呈NW-SE向展布（圖1），與NW向埡都—蟒硐斷裂帶的延伸方向一致。

2 礦區(qū)地質概況

2.1 礦床地質

礦區(qū)出露地層簡單（圖1），最老地層為中下志留系韓家店組，與上覆地層呈平行不整合接觸，其后依次丹林組、獨山組、望城坡組，區(qū)內構造相對簡單，除北東部邊界處為埡都-蟒硐斷裂派生（F1-1）規(guī)模較大外，主要由一系列NE向次級斷裂與小型褶皺構成礦區(qū)的整體格架。賦礦地層為龍洞水組與邦寨組二段。鉆孔揭露顯示，前者為一套泥質白云巖、白云巖組合，局部夾薄層狀泥巖；后者以黑色粉砂巖、細砂巖為主，夾灰白色條帶狀細砂巖。圍巖蝕變主要有菱鐵礦化、白云石化、黃鐵礦化、褐鐵礦化、方解石化、硅化及綠泥石化等。

2.2 2種類型的礦體

（1）沉積型鐵礦。礦體主要呈層狀、似層狀產出于泥盆系邦寨組二段一亞段、二亞段、三亞段、五亞段內（圖2），賦礦巖性為一套以黑色粉砂巖、細粉砂巖為主的碎屑巖類，夾灰白色條帶狀石英細砂巖。鉆孔和鏡下鑒定顯示，主要有鮞狀赤鐵礦和鮞綠泥石菱鐵礦2種類型的礦石，前者肉眼下為赤紅色、褐紅色鮞狀結構，后者為暗灰綠色、深灰黑色、局部見灰黑色鮞粒結構，鏡下觀察表明，前者為赤紅色、暗紫色赤鐵礦鮞粒和深灰色細、微晶菱鐵礦為主的膠結物組成，后者為深灰—暗灰色鐵綠泥石鮞粒及深灰色細、微晶菱鐵礦為主的膠結物組成，2種類型的鮞粒呈現不同的顏色，是由于鮞粒中赤鐵礦的含量變化所致,部分鮞粒中可以明顯看到赤鐵礦(和/或菱鐵礦)與綠泥石組成的“似疊層構造”。

（2）熱液型菱鐵礦。礦體主要呈透鏡狀、脈狀產出于泥盆系龍洞水組中（圖2），賦礦巖性為泥質白云巖、白云巖，礦體的產出明顯受到構造的控制：透鏡狀礦體賦存于含礦層位的層間剝離帶中，而脈狀礦體賦存于F1-1斷裂上盤破碎帶中。礦石具有中—粗晶結構、斑點狀結構、假象結構、塊狀構造、角礫狀構造等。

圖1 研究區(qū)地質略圖

3 礦床微量、稀土元素地球化學特征

3.1 微量元素組成特征

為探討礦區(qū)微量元素的分布規(guī)律，進行Rb、Ba、Th、U、Ta、Pb、Zr、Hf、Nb、Sr、Pr、La、Nd、Y等分析（表1），對測試數據通過軟件GeoKit做了微量元素蛛網圖（數據均進行原始地幔均一化處理）（圖3），從圖3和表1中可以看出，菱鐵礦石與圍巖的微量元素配分形式基本一致，其中高場強元素Pb、Nd、U、La、Th、Sm和大離子親石元素Sr富集，而高場強元素Nb、Zr、Hf、Ta和大離子親石元素Ba、Eu以及Ce相對虧損。

3.2 稀土元素特征

為探明礦區(qū)稀土元素組成、分配特征，對所采樣品進行La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu元素分析（表2），各礦石和圍巖稀土元素配分形式如圖4所示。

從表2和圖4中可以看出，稀土元素組成具有如下特征：

（1）沉積型鮞狀赤鐵礦[∑REE：（4.35～5.56）×10-6]和鮞綠泥石菱鐵礦[∑REE：（4.35～26.25）×10-6]與圍巖白云巖[∑REE：（7.97～42.60）×10-6]相一致，相比熱液型菱鐵礦[∑REE：（2.06～2.10）×10-6]富集稀土元素。

（2）La異常變化：沉積型鮞狀赤鐵礦顯示出弱負異常至正異常（La/La*為0.92～1.1，平均1.02）、鮞綠泥石菱鐵礦顯示出正異常（La/La*為1.09～1.84，平均1.46）；熱液型菱鐵礦La/La*變化大（0.30～1.47，平均0.89），顯示出負異常到正異常的轉換；圍巖白云巖顯示弱負異常至正異常（La/La*為0.95～1.15，平均1.08），數據顯示，沉積型鐵礦與圍巖具有相似的La值，而熱液型鐵礦與圍巖La差異較大。

（3）Y/Y*、Y/Ho、Eu異常變化：沉積型鐵礦（Y/Y*為1.00～1.46，平均為1.23；Y/Ho為28.73～34.69，平均31.03；Eu/Eu*為1.08～2.00，平均1.59）；熱液型菱鐵礦（Y/Y*為0.99～1.04，平均為1.02；Y/Ho為25.68～27.58，平均26.63；Eu/Eu*為1.08～2.00，平均1.59）；圍巖（Y/Y*為1.14～1.38，平均為1.27；Y/Ho為25.60～32.02，平均29.73；Eu/Eu*為1.04～1.17，平均1.11），對比顯示沉積型鐵礦與圍巖具有相似特征，而與熱液型相差較大。

圖2 賦礦層含礦性對比柱狀圖

4 礦床成因分析

圖3 研究區(qū)礦石和圍巖微量元素蛛網圖

圖4 研究區(qū)鐵礦和圍巖REE分模式圖

4.1 成礦環(huán)境

Th、Zr、Sc可評價陸源物質參與成礦過程的程度[6]，礦區(qū)沉積型礦石Th含量（0.18～1.61）×10-6、Zr含量（4.92～14.25）×10-6、Sc含量（1.73～2.82）×10-6；熱液型菱鐵礦Th含量0.05×10-6、Zr含量（0.42～0.90）×10-6、Sc含量（1.95～2.05）×10-6；圍巖白云巖Th含量（0.41～2.60）×10-6、Zr含量（8.36～27.39）×10-6、Sc含量（2.23～4.36）×10-6（表1），礦石中Th、Zr、Sc含量普遍偏低，與圍巖相比也呈現偏低現象，表明成礦過程中受陸源物質的影響不大，或僅有部分陸源物質參與成礦。

Ce異常與它所處的構造背景有關，大洋中脊Ce/Ce*為0.29，大洋盆地Ce/Ce*為0.55，大陸邊緣區(qū)Ce/Ce*為1.03[7]。礦區(qū)Ce/Ce*為0.70～0.87，反映出大陸邊緣背景特征，與黔西北地區(qū)鐵礦產于隆起區(qū)和沉降區(qū)過渡帶相吻合[2]。

4.2 成礦物質來源

成礦過程中當有來自深部的熱液流體參與時，所形成的礦石具有明顯的Eu正異常值，Eu/Eu*＞1為正異常，Eu/Eu*＜1呈負異常[8]。稀土元素Y和Ho具有類似化學特性，熱液流體中Y/Ho比值為26，較正常海水Y/Ho比值（44～74）低，當成礦流體為兩者的混合體時，Y/Ho會發(fā)生明顯變化。微量元素U/Th能反映成礦流體的來源，當U/Th＞1時，指示熱液流體沉積，U/Th＜1，反映正常的海水沉積[9]。

表1 研究區(qū)微量元素分析結果表（10-6）

研究區(qū)礦石具有Eu正異常，Eu/Eu*值為1.08～2.00，反映高溫熱液流體參與成礦。Y/Ho值為25.68～32.57，平均為29.93，高于純熱液流體Y/Ho值（26），而低于正常海水Y/Ho值（44～74），這可能反映了礦區(qū)礦石的形成為兩者的混合流體參與成礦。礦石U/Th為0.3～8.51（平均為2.53），變化范圍較大（表1），反映成礦過程既有正常海水沉積又具有熱液流體作用參與，但熱液流體作用為主導。

4.3 礦床成因

黔西北赫章—威寧一帶鐵礦賦存于中泥盆系地層內，且沿埡都—蟒硐斷裂帶沿線分布（圖1），表明鐵礦的形成除明顯受地層控制外，構造活動對其形成也具有重要影響。晚古生代開始貴州發(fā)生陸內裂陷[4]，在黔中古陸物源供給下，沉積了一套鎂鐵質碳酸鹽巖夾碎屑巖沉積，為沉積型菱鐵礦的形成墊定基礎。進入二疊世后，伴隨著區(qū)域性大面積地幔物質的上涌[10]，發(fā)生基性巖漿噴溢及侵位，引起區(qū)域性熱流值增高、地下流體活動增強，可能為熱液型菱鐵礦的形成提供必要的物質來源。燕山運動使貴州發(fā)生陸內造山[5]，強烈的構造活動對沉積作用和初始礦源層進行熱液改造，使其進一步富集形成熱液型菱鐵礦。

（1）沉積型鐵礦。礦區(qū)位于黔中古陸邊緣，長期隆起的古陸遭受強烈的風化剝蝕，該區(qū)不斷接受古陸風化物質的補給，形成本區(qū)中下泥盆系富鐵礦碎屑沉積，成礦物質初步富集，形成初始礦源層。中泥盆晚期，海水由南部廣西侵入貴州，斷續(xù)海進和海退，該區(qū)形成半封閉—封閉的局限臺地高能沉積環(huán)境，為豆鮞的形成奠定基礎。期間隨著六盤水斷陷作用的不斷發(fā)展演化、埡都—蟒硐斷裂帶活動強烈，在構造應力驅動下，深部高溫熱水物質與地表下滲的流體混合形成對流循環(huán)，對初始礦源層中的成礦物質不斷進行萃取、活化、遷移，這過程中不斷伴隨應力釋放、溫度、壓力的改變，活化的成礦物質在適宜的條件下，于有利空間富集、成礦，進而形成規(guī)模較大的層狀、似層狀礦體。

表2 研究區(qū)稀土元素分析結果表（10-6）

（2）熱液型鐵礦。構造運動可為原生沉積型菱鐵礦或含鐵建造提供動力來源及有利構造空間，作為斷陷盆地邊界的埡都-蟒硐斷裂帶發(fā)生多期次強烈活動，形成赫章-威寧一帶復雜的構造格架[4]，為熱液型菱鐵礦的形成奠定賦存空間。二疊世時期，峨眉山地幔柱上涌，形成大規(guī)模基性巖漿噴溢、侵位[10]，引起區(qū)域性熱流值增高，在燕山構造運動的影響下，地殼強烈擠壓、變形[5]，在強烈的構造熱驅動下，流體活動性增強，深部流體沿構造裂隙向上運移，不斷從礦源層中萃取、活化富鐵成礦物質，沿斷裂破碎帶、層間剝離空間等有利空間富集，形成脈狀、透鏡狀礦體。野外地質調查和鉆探工程揭露顯示，這類型的礦體產出明顯受到構造的控制：透鏡狀礦體賦存于含礦層位的層間剝離帶中，而脈狀礦體賦存于斷層破碎帶中，礦體與圍巖呈“犬牙交錯”接觸、“云霧狀”漸變，礦石中可見鞍狀構造，說明熱液活動強烈[3]，脈狀、網脈狀產出的礦體與層狀、似層狀礦體具有共生現象，鮞狀鐵礦存在熱液交代、熱液礦體中含有部分原生沉積礦石等說明具有明顯的熱液疊加、改造成因。

5 結論

（1）雄雄戛鐵礦由沉積型鮞狀赤鐵礦、鮞綠泥石菱鐵礦與熱液型菱鐵礦2種類型的礦石組成，熱液型菱鐵礦產出明顯受到構造的控制：透鏡狀礦體賦存于含礦層位的層間剝離帶中，而脈狀礦體賦存于斷層破碎帶中。

（2）礦區(qū)Ce/Ce*為0.70～0.87，反映出大陸邊緣背景特征，這黔西北赫章一帶鐵礦床主要呈北西向沿川黔古陸邊緣或附近分布、展布方向與古海岸線方向一致；Ce呈現負異常，表明鐵礦的形成環(huán)境為還原環(huán)境。

（3）礦石中Th、Zr、Sc含量普遍偏低，與圍巖相比也呈現偏低現象，表明成礦過程中受陸源物質的影響不大，或僅有部分陸源物質參與成礦；Eu/Eu*值為1.08～2.00，反映具有高溫熱液流體參與成礦作用的進行；Y/Ho值為25.68～32.57，平均為29.93，可能反映了礦區(qū)礦石的形成為正常海水和深部熱液流體的混合流體參與成礦；U/Th為0.3～8.51，平均為2.53，成礦過程既有正常海水沉積又具有熱液流體作用參與。

（4）礦體的產出、賦存形態(tài)，礦石結構、構造，微量元素、稀土元素特征綜合顯示，礦床為沉積-熱液改造型礦床。

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