內蒙古科右前旗呼和哈達超基性巖特征及成因

［關鍵詞］呼和哈達；二疊系千枚巖；超基性巖；鉻鐵礦

呼和哈達地區地理位置處于大興安嶺中南段，位于內蒙古科右前旗大石寨鎮西北15 km。超基性巖體礦區范圍南起歸流河北岸的三道營子—呼和哈達—敖包營子村，北至舍苓扎拉格村北，東起三道營子村西山，西至靠山屯村北，面積約12 km²。超基性巖體內含有小型鉻鐵礦，超基性巖體大部分蝕變為蛇紋巖，是大型化肥用蛇紋巖礦，保有儲量礦石量14454.6×10⁴t，經濟價值高。我國鉻資源極度匱乏，總儲量僅占全球千分之一左右，且鉻金屬需求量的99% 以上都依賴進口。我國地殼層位中基性—超基性侵入體規模較小，幾乎不發育層狀鉻鐵礦床，蛇綠巖豆莢狀鉻鐵礦床是我國鉻資源的主要來源，所以加強蛇綠巖鉻鐵礦床的研究，有助于我國的鉻資源增儲，緩解對外依存度極高的困境[1]。

1. 區域及礦區地質特征

大興安嶺地區大地構造在屬性上歸屬于中亞造山帶東段（興蒙造山帶），是華北板塊與西伯利亞板塊碰撞、拼合的部位[2]，屬于天山—興安造山系的北山—內蒙古—吉林造山帶，位于愛力格廟—錫林浩特中間地塊與蘇尼特右旗晚華力西地槽褶皺帶兩個次級構造單元的銜接部位[3]。前中生代地層屬北疆興安地層大區、興安地層區、烏蘭浩特—哈爾濱地層分區；中新生代地層劃歸濱太平洋地層區、烏蘭浩特—赤峰地層小區[4]。早二疊世花崗巖（P₁γ）侵入到下二疊統大石寨組地層（P₁ds），形成大石寨花崗巖體（P₁γ），早二疊世基性、超基性巖侵入到下二疊統大石寨組地層（P₁ds）形成呼和哈達基性巖（P₁Ν）、超基性巖體（P₁Σ），傲很楚魯—西楚魯吐基性巖體群和舍苓扎拉格北山基性巖體（P₁N）及分布于新發屯、大石寨一帶呈北東向展布的十個次火山巖體[5]，二連—賀根山—霍林河—大石寨—扎蘭屯—黑河深大斷裂縫合帶是上地幔侵入巖噴涌通道，發育一系列蛇綠混雜巖帶[6]，近東西向歸流河深大斷裂是區域超基性、基性巖的控制斷裂。

區內出露的地層有二疊系下統林西組（P₁l），巖性為千枚巖、安山玢巖，白堊系下統龍江組（K₁lj），巖性為凝灰熔巖及凝灰巖，新生界第四系松散沉積物（Q₄）。工作區位于呼和哈達—合屯—關家屯背斜的西北翼，次級褶皺以北東向短軸盆狀向斜構造為主。區內南部東西向歸流河深大斷裂將超基性巖阻隔在斷層北，次級斷裂為南北向正斷層為主，其他斷層有平行地層的正斷層，斜交地層的逆斷層。區內巖漿巖有早二疊世超基性巖（P₁Σ）、基性巖（P₁Ν），早白堊世花崗巖（K₁γ）、閃長巖等（K₁δ），與此深成巖有關的各種脈巖也較發育，礦區地質特征見圖1[7-9]。

2. 超基性巖特征

2.1 超基性巖總體特征

本區超基性巖體出露地段地形平緩，巖石易風化，并廣泛被第四系松散沉積物覆蓋，巖石直接露出地表部分較少。主要巖體有四個，由西向東依次為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ號巖體，巖體形狀呈似脈狀及透鏡狀，最長1300 m，最短380 m，膨脹部分最寬200 m，長寬比例（長與膨脹部分之比）均在4.5∶1以上，最大為6.7∶1。各巖體走向大體一致，近南北向分布，傾向除Ⅱ巖體向東南傾斜外，其余巖體均向西傾斜。Ⅰ、Ⅳ號巖體為似脈狀獨立巖體，Ⅱ、Ⅲ巖體是深部為一個巖體的兩個分支。巖體內部巖相以斜方輝石橄欖巖為主，夾少許純橄欖巖異離體，巖體已全部蛇紋石化，巖體邊緣有青盤巖化輝長巖。超基性巖體侵入于上古生界下二疊統地層中，后經剝蝕，局部被中生界下白堊統火山巖覆蓋（Ⅳ巖體除外）。

2.2 超基性巖蝕變特征

本區超基性巖，除蛇紋石化外，還有碳酸鹽化和滑石化作用。在超基性巖中，尤其在純橄欖巖中常見有灰白色，灰色方解石脈和碳酸鹽礦物薄膜，在裂隙、破碎帶及巖體邊緣碳酸鹽化和滑石化較強。磷鎂巖化根據野外觀察和鏡下鑒定，常有碳酸鹽細脈穿插蛇紋巖或蛇紋巖被碳酸鹽和滑石交代，說明蛇紋石化比碳酸鹽化和滑石化早。超基性巖風化淋濾作用，一般比超基性巖體與火山巖、輝長巖接觸帶、斷裂帶及破碎帶上強，赭石化多在淋濾蛇紋巖邊緣發生。在超基性巖與火山巖接觸帶上，常見棕黃、棕褐色、堅硬、棱角狀矽質蛇紋巖。

2.3 超基性巖相特征

按巖石中輝石含量分為純橄欖巖、輝石橄欖巖及斜方輝石橄欖巖。在超基性巖體中還有單斜輝石橄欖巖、橄欖巖、輝石巖和角閃巖（表1）。

2.3.1 蛇紋石化純橄欖巖相

灰綠色、黑綠色、灰黑色、古銅色、風化面呈暗綠色，黃灰綠色、褐黑色、塊狀、片狀、網格狀、膠凍狀。塊狀者有的呈致密狀具貝殼狀斷口，性脆，有的呈粒狀。網格狀多有碳酸鹽物的網狀細脈，地表風化后，具球形外貌，膠凍狀、鮮綠色、有的表面呈銀灰色，為鉻鐵礦直接圍巖，構成鉻鐵礦不厚外殼。巖石主要由蛇紋石組成，并有少量鉻尖晶石和磁鐵礦；鏡下：橄欖石全蝕變為蛇紋石，含量98％以上。蛇紋石有葉蛇紋石，片蛇紋石，隱晶質蛇紋石及纖維蛇紋石，附生礦物有鉻尖晶石和磁鐵礦及少量滑石、菱鎂礦、方解石等；巖石主要結構有：網格狀，密集網狀交代殘余網格狀，格子狀隱晶質，其次有纖維變晶，隱晶質斑狀，網環狀。

2.3.2 蛇紋石化輝石橄欖巖相

深綠色、黑綠色、灰綠黑色、新鮮面呈灰綠色，致密塊狀，質堅硬，見有少許絹石和磁鐵礦，絹石板柱狀晶形，發亮，粒徑1～2 mm。磁鐵礦，黑色，常集中分布。鏡下：橄欖石全蝕變為蛇紋石，輝石蝕變為絹石，鉻尖晶石有溶蝕現象，主要結構有網狀，格子狀，其次為少斑狀，似斑狀。

2.3.3 蛇紋石化斜方輝石橄欖巖相

灰綠色、黑綠色、褐黑色、風化表面常呈暗綠色，黃灰綠色，染有褐黑色鐵錳質薄膜，主要礦物由蛇紋石，絹石組成。絹石一般為中—粗粒，粒徑1～2 mm，少數2～3 mm，個別達5～8 mm，晶體自形、他形，板柱狀局部集中，鏡下觀察，絹石具輝石假象，常呈假斑晶出現。巖石呈塊狀，片狀構造，在片狀蛇紋巖中，常見疙瘩狀斜方輝石橄欖巖。

3. 鉻鐵礦特征

3.1 礦石礦物

鉻鐵礦呈鐵黑色，鋼灰色表面帶褐色，品位高者呈褐黑色，低者為灰黑色，風化表面呈黃褐黑色、棕黃褐色、咖啡色，半金屬光澤、塊狀、片狀和粉末狀，后者甚少，常見碳酸鹽礦物薄膜和細脈穿插在礦石中。鉻鐵礦石中礦物有鉻尖晶石、蛇紋石、碳酸鹽礦物、少量綠泥石和滑石。Cr₂O₃ 與TFe、FeO、Fe₂O₃ 間變化關系是Cr₂O₂含量愈高，TFe、FeO、Fe₂O₃含量愈低。

3.2 礦石結構、構造和類型

鉻鐵礦以半自形、他形，中—細粒結構為主，自形結構和粗粒結構少見。礦石的構造有致密塊狀構造，鉻尖晶石含量80％以上者多為細粒結構、條帶狀構造，由貧富相間的浸染狀鉻鐵礦平行條帶排列，本區少見；空心瘤狀構造，核心為純橄欖巖，環邊由鉻尖晶石組成浸染狀礦石，有的未完全封閉，本區少見；雜狀構造，鉻尖晶石分布不均。在稠密浸染狀礦石中，有局部致密塊狀礦石，在浸染狀礦石中局部有富礦和無礦地段；均勻染狀構造，中—細粒鉻尖晶石均染而成。同一礦體中，常有幾種結構、構造；鉻鐵礦石中礦物有鉻尖晶石，蛇紋石，碳酸鹽礦物及少量的綠泥石和滑石；致密塊狀礦石，鐵黑色，質堅硬，邊緣常迅速過渡為稠密浸染狀，多分布在礦巢狀礦體中；稠密浸染狀礦石，多為中粒，半自形結構，均勻浸染狀構造，少數為斑雜狀構造，多分布在礦巢狀和脈狀礦體中下部；中等及稀疏浸染狀礦石，中—細粒，半自形，他形結構為主，具均勻浸染狀，斑雜狀和條帶狀構造，多分布在透鏡狀，扁豆狀和脈狀礦體中。鉻尖晶石含量致密塊狀80％ 以上，稠密浸染狀50%～80%，中等浸染狀30%～50%，稀疏浸染狀15%～30%。

3.3 礦體形狀、產狀及規模

礦體形狀有礦巢狀、扁豆狀、透鏡狀和似脈狀。似脈狀礦體狹而長，規模不大，大者22 m×2 m，小者幾米長，十余厘米寬，厚度變化大，富礦多位于礦體中下部，礦石類型多稠密及中等浸染狀，兩側變貧，迅速尖滅，礦體與圍巖界線清楚，在膨大的純橄欖巖中，常有平行礦脈，就目前資料來看，大而厚的富礦體多分布在純橄欖巖中下部，礦體中常有純橄欖巖夾層，在主礦脈兩側有細小的礦脈穿插于圍巖中，礦體有分枝現象，脈狀礦體本區少見；扁豆狀及透鏡狀礦體、規模小、大者15 m×1.5 m，小者兩三米長，十余厘米寬，小者占主要，礦石類型以中等浸染狀為主，礦體與圍巖界線清楚或呈迅速過渡接觸關系；礦巢狀礦體，大者一二米長，幾十厘米寬，小者幾十厘米長，幾厘米或十幾厘米寬，礦石類型以稠密浸染狀和致密塊狀為主，礦體與圍巖界線清楚。本區礦巢狀礦體多，扁豆狀，透鏡狀和礦巢狀礦體空間分布（走向延長、傾向延伸）上，斷續出現，連續性不好，礦體產狀受純橄欖巖產狀控制，傾角45°～60°。隨圍巖變化而變化，因斷裂影響局部有不一致的，成倍產出的礦體，其產狀大致相同。礦體規模與純橄欖巖大小有關，在規模甚小的純橄欖巖異離體中，很少見到礦，且質量不好，本區鉻鐵礦主要產于第Ⅱ巖體的純橄欖巖中，其規模比其余巖體都大，在純橄欖巖轉變及膨大部分常有較大的礦體，礦體常見有不厚的蛇紋巖外殼。從Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ巖體含礦純微欖巖分布位置看，均處于巖體的中下部。第Ⅱ巖體含礦性好。Ⅰ、Ⅳ巖體僅含極少的小礦巢，Ⅱ巖體未見礦，從各巖體的化學成分資料看，Ⅲ巖體MgO 含量最高，其次為Ⅳ、Ⅰ巖體，Ⅱ巖體最低，說明Cr₂O₃與巖體MgO 含量呈正相關，和Al₂O₃呈負相關。

3.4 礦石質量

本區鉻鐵礦礦石類型以中等浸染及稠密浸染狀為主，致密塊狀礦石甚少，Cr₂O₃平均品位為15.5%，礦石中有純橄欖巖夾層，夾石厚度不等，一般為幾厘米或十幾厘米，含夾石者多為脈狀礦體，巖體中未見鉑礦。

4. 礦床特點及成因

4.1 超基性巖礦床特點及成因

本區二疊系下統超基性巖體（P₁Σ）侵入于二疊系下統（P₁）地層中，局部被白堊系下統（K₁）火山巖覆蓋，侵入巖受深大斷裂歸流河斷裂構造控制。巖體長軸方向與區域地層及構造線走向大體一致，近南北向排列，Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ 巖體傾向與圍巖傾向相交，傾角比圍巖大，Ⅱ巖體傾向與圍巖傾向相反，傾角甚陡、Ⅰ、Ⅳ巖體為單獨的似脈狀，Ⅱ、Ⅲ巖體為深部相連的兩個巖枝。

巖體屬斜方輝石橄欖巖相夾少許純橄欖巖，單斜輝石橄欖巖，橄欖巖、輝石巖及輝長巖異離體的雜巖體類型，在數量上斜方輝石橄欖巖相占了絕對的優勢，其次為純橄欖巖相，各巖相帶相互平行，呈迅速過渡關系，具條帶狀構造，純橄欖巖形態呈扁豆狀、透鏡狀和狹長條帶狀，產狀嚴格受巖體產狀的控制，在巖體轉彎及膨大部分純橄欖巖變厚，主要分布在巖體的中下部，在第Ⅰ巖體含礦純橄欖巖狹長帶狀的上下盤附近，斜方輝石橄欖巖相中有成的小扁豆狀純橄欖巖、其余巖體中小的純橄欖巖異離體，雖連續性不好，但在空間分布上均構成有一定規律性的斷續的與巖體平行的雜巖相帶。

超基性巖已強烈蛇紋石化，橄欖石和輝石蝕變為蛇紋石和絹石，交代結構明顯。基性巖與超基性巖有密切關系，為同源分異的產物，基性巖有稍早侵入的青盤巖化輝長巖就地分異的輝長巖及巖漿冷凝后貫入的基性巖脈。斷裂以斜交巖體走向陡角度階梯式正斷裂為主，把純橄欖巖切割成段塊狀相連，片理構造發育。

成因：堿性超基性巖的產出與大陸裂谷作用相聯系[7]。區域內有北東向二連浩特—賀根山縫合帶（屬西伯利亞東南緣增生板塊）。隨著板塊的增生，大地構造縫合帶深源熾熱超基性巖漿導致壓力釋放侵入分異成巖，沿該縫合帶表現為超巖石圈、巖石圈復合型斷裂。基性巖脈、基性巖與堿性超基性巖是地幔巖部分熔融（或巖漿源區）的直接產物或分異衍生物[8]，基性巖脈是區域性地殼拉張運動的產物。主流觀點認為，深源巖漿沿深大斷裂上侵分異成巖。區內呼和哈達基性超基性巖及臨區大石寨巖體為沿這一縫合帶（二連—賀根山—霍林河—大石寨—扎蘭屯—黑河）上侵巖漿分異的產物。本區超基性巖主要侵入北西、北東向4條次級斷裂中，被南部近東西向歸流河斷裂控制，沒有跨過該斷裂帶[11]（圖2）。

4.2 鉻鐵礦特點及成因

鉻鐵礦特點：本區鉻鐵礦以中—細半自形、他形結構為主，具致密塊狀、浸染狀、條帶狀構造，礦體形狀多樣，有透鏡狀、扁豆狀和脈狀，礦體與圍巖接觸界線清楚或是迅速過渡，鉻鐵礦全產于純橄欖巖中，以上這些現象說明，鉻鐵礦是巖漿晚期含鉻化物的殘余熔融體就地分異而成，鉻鐵礦的形成需要一段過程，從開始結晶到結束，殘余熔融體中的揮發分和鉻化合物的含量隨著分異作用的進行揮發分增高，鉻化合物也富集起來，結晶期有先后，因此在同一純橄欖巖中就產生了不同的礦石類型，不同結構、不同形狀的礦體和與圍巖有不同的接觸關系，同一純橄欖巖中不同地段或同一地段內有不同的礦石類型和不同形狀的礦體存在，說明含揮發分有所不同的結果，在揮發分集中地方具有一定的侵入力量，造成同一純橄欖巖中礦體的分支，主礦體附近有細小礦脈穿插圍巖的現象，富礦常位于礦體的中下部，向兩側迅速過渡和圍巖界線清楚，反映了含礦殘余熔融體與圍巖的粘度不同，條帶狀礦石的存在，說明當時具有一定的動力作用，使殘余熔融體產生了流動，規模甚小的礦巢狀、扁豆狀和透鏡狀礦體分布于異離體純橄欖巖中，礦巢狀礦體多為稠密及致密塊狀礦石，空心瘤狀構造的存在說明本區不僅有熔離作用，且分異上有很大的不徹底性，由于分異差，鉻化合物不能很好匯集起來，因而多成為規模不大斷續產出的礦體。

鉻鐵礦成因：鉻鐵礦產于純橄欖巖（個別產于輝石橄欖巖）中，受純橄欖巖控制，在膨大的純橄欖巖中常分布有較大的礦體或平行礦脈，礦體形狀呈小的扁豆狀、透鏡狀，含礦性較好的為Ⅲ巖體，而Ⅰ、Ⅳ巖體僅含極少的小礦巢，Ⅱ巖體未見礦，說明是晚期巖漿就地分異成因，巖體具熔離作用和不明顯的重力分異作用，但分異很不徹底，由于分異不徹底性，造成純橄欖巖分布不集中，多呈小的分散孤立的純橄欖巖異離體，鉻化合物未能很好匯集，因此礦體規模甚小。