弓长岭铁矿床磁铁富矿形成机制探讨.pdf

年专 11 曹 地 质 学 报 A C T A G E O L O G I C A S I N I C A V 0 1 8 6 N o 1 1 N O V 2 0 1 2 弓长 岭铁矿床磁铁 富矿形成 机制探讨 王 恩 德 夏 建 明 赵 纯 福 付 建 飞 侯 根 群 东北大学资源与土木工程学院 沈阳 1 1 0 8 1 9 内容 提要 弓长岭沉积变质 型铁 矿床是我国鞍山式铁 矿床 的典型代 表 矿床 中的磁铁 富矿 体 的形 成一直 都是 矿床研究 的重点问题 研究表明 弓长岭富铁矿体赋存 于反 S型褶 皱 中 局部 矿体 出现褶 曲现象 磁 铁富 矿体产 于主要是 由斜 长角 闪石 磁铁石英岩构成 的含铁岩系 中 磁铁富矿 的围岩主要是 绿泥 片岩 石 榴绿泥 片岩 绿 泥石 榴岩和少量黑 云母绿泥 片岩 对 绿泥石片岩 石榴绿泥片 岩和绿 泥石榴 岩 的常量 微量 与稀土元 素 的研 究 和对绿 泥石 石 榴子石 黑云母铁含量与磁铁 矿品位的研究表明 含铁岩系在沉积间歇 中出现 的含铝 的泥质一粉砂质 物质 在富铁矿形成过程 中起 到对磁铁石英 岩中带出的硅 消耗并形 成石榴 子石 绿泥 石 黑云母 等作 用 区域 变质作 用 为磁铁富矿的形成提供 了储矿空 间 同时 区域变质作用 产生 变质热 液 变质热 液淋 滤途经 的磁铁石 英岩 可从 中带 出 F e O 变质热液是磁铁富矿形成过程中重要的物质载体 在进变质过程中 区域变质作用为矿物转换提供所需 的温压条件 可见 区域变 质作 用是 磁铁富矿形成 的重要条件 关键词 磁铁 富矿 磁铁石英岩 区域变质作用 泥质 岩一 粉砂 质岩 在 中国鞍山一本溪地区分布着太古宙鞍山式铁 矿床 在铁矿中出现高品位 的富铁矿体 其中以弓长 岭二矿区富铁矿床最为典型 对于弓长岭二矿区磁 铁富矿的成因 长期以来存在三种不 同的观点 原 始沉积的 陈光远等 1 9 8 4 磁铁石英岩贫矿经热 液改造形成富矿 并对热液的来源也有不 同的见解 一 是混合岩化热液 程裕淇 1 9 5 7 郑宝鼎 1 9 9 2 二 是区域变质阶段形成的变质水热液 关广岳 1 9 6 1 周世泰 1 9 9 4 原始沉积 的菱铁矿在变质作用过 程中分解 形成含石墨的磁铁富矿 李绍柄 1 9 7 8 李 曙光等 1 9 8 3 但对弓长岭二矿区富铁矿成矿包裹 体的研究表 明 包 裹体 中的 p H 值 均小 于 9 才玉 民 1 9 9 2 郑宝鼎 1 9 9 2 这表 明热液水的 p H 值 为 中性或弱碱性 据 K B 克劳斯考普夫理论 该热液 水淋滤 S i O 的作用不明显 本文通过对 弓长岭二矿区中磁铁石英岩 以及磁 铁富矿石的常量 微量与稀土元素以及 富铁矿体与 围岩 构造 的关系 富铁矿体 中矿物共生关 系的研 究 认为该区富铁矿体 的形成不仅是变质热液活动 的结果 磁铁石英岩层间沉积的含铝沉积物也是富 铁矿形成的重要因素 1 矿 区地质 弓长岭地区广泛分布太古宙鞍山群茨沟组变质 岩 沉积一 变质 型铁矿床产于含铁岩系中的上 下含 铁带中 弓长岭铁矿带构造发育 褶皱 断层齐全 它们 控制着矿床的形成与分 布 铁矿 带整体呈北西 向 长约 1 2 k m 但 由于受寒岭断裂 偏岭断裂等一系列 近平行的北东向断层的影响 铁矿带被切割分 为一 矿区 二矿区 三矿 区 老岭 盘岭矿 区 包括老 弓 长岭 独木 哑叭岭和八盘岭 弓长岭铁矿带整体 为一北西向反 S型褶皱 但北东向断层将北西 向铁 矿带错断成为断陷区和断隆区 断陷区由于下降而 有利含铁岩系的保存 断隆区 由于上升遭受剥蚀强 烈而不利于含铁岩 系的保存 弓长岭二矿区地层属于茨沟组 位于寒岭断裂与 老岭断裂之间 处于断陷区 二矿区含铁岩系呈单层 状残留体产于大片混合花岗岩 中 岩层走向北 2 0 6 O 西 倾向北东 倾角 6 0 8 5 两端受断层影 响产 状有些变化 其北西端受寒岭断裂的影响 地层走 向 变为北 8 0 西 倾向南东 在其东南因受老岭断裂的影 响 产状变为南北走向 向东陡倾斜 图 1 注 本文为国家 9 7 3 项 目 我 国富 铁矿 形成 机 制 与预 测研 究 编 号 2 0 1 2 C B 4 1 6 8 0 0 和 国土 资 源部 公 益性 行业 科 研 专项 基 金 编 号 2 0 l 1 1 1 0 0 2 2 资助的成果 收稿 日期 2 0 1 2 0 1 0 8 改回 日期 2 0 1 2 0 3 0 6 责任编辑 周健 作者简介 王恩德 男 1 9 5 7年生 博士生导师 教授 从 事金属矿 床成矿规律 与成矿 预测研究 E ma i l wn d ma i l n e u e d u c n 地质学报 的铁含量密切相关 陈光远等 1 9 8 4 关系如下 1 石榴子石 本区石榴子石主要以铁铝榴石为 主 其全铁系数与铁矿体品位关系非常密切 当其全 铁系数接近它们的下限时 即出现贫矿 接近它们 的 上限时 即出现富矿 如 F e 层底板 的石榴子石 全 铁系数为 2 6 2 9 9 6 2 9 7 1 9 6 故 F e 层 既可 出现贫 矿 也可出现富矿 F e 层底板 中的石榴子石 仅个 别为 2 6 5 2 外 其余为 2 9 8 0 3 0 7 9 9 6 而顶板 中的石榴子石为 2 9 2 1 3 1 3 9 故在 F e 层中 即以富矿为主 它们的全铁系数还与铁矿的层位有 关 从下含铁带向上含铁带 从西北区到东南区 随 着铁矿品位的上升 它们的全铁系数也不断升高 2 绿泥石 本 区绿泥石的含铁系数厂 与铁矿品 位空间上的关系密切 图 4 根据含铁 系数可把本 区与矿 有 关 的 绿 泥石 划 分 为 四个 区 工区 f 6 6 5 产于 F e 层底 部磁铁富矿 以及含石墨绿泥磁 铁富矿中 I I 区 f 一6 3 8 产于磁铁富矿底板 中 f 一 5 7 2 产于 F e 层石墨绿泥磁铁富矿底板 区 厂 一4 3 5 8 4 产于磁铁富矿近矿 围岩 中 I V区 f l 9 产于远矿围岩中 3 黑云母 黑云母的含铁系 随矿的贫富而 变化 图 5 贫矿围岩中黑云母 的含铁 系数厂平均 为 4 2 7 5 富矿围岩厂平均为 5 7 8 1 随着铁矿 由西 北区向东南 区加厚加富 介质中铁浓度也增高 黑云 母厂 值也升高 如 同属 F e 层底板 在西北区矿薄而 贫 厂为 4 2 6 0 而东南 区铁矿加富厂为 7 6 0 4 同属 F e 富矿底板 在 中央区较低 平均为 4 8 6 5 在东 南区较高 平均为 5 6 6 3 由此 可知 本 区绿泥 石 石 榴 子石和 黑 云母 的铁 含量与富铁矿关系十分密切 总体来说 越是靠近 磁铁富矿 其对应的铁含量就越高 反之 远离富铁 样品号 图 4 弓长 岭二 矿区绿 泥石含铁 系数 与铁矿 品位关 系 Fi g 4 Re l a t i o n b e t we e n c h l o r i t e i r o n c o e f f i c i e n t a n d i r o n o r e g r a d e i n t h e s e c o n d mi n e o f Go n g c h a n g l i n g i r o n d e p o s i t 图 5 弓长岭 二矿 区黑 云母含铁 系数 与铁矿 品位关 系 F i g 5 Re l a t i o n b e t we e n b i o t i t e i r o n c o e f f i c i e n t a n d i r o n o r e g r a d e i n t h e s e c o n d mi n e o f Go n g c h a n g l i n g i r o n d e p o s i t I一 黑云变粒岩 中黑云母 西北区 K层 lI 一富铁矿顶底夹层 中黑 云母 东南 区 F e s F e 层 I ll 一富 矿地 板 中黑 云 母 中央 区 F e 6 层 l V 贫矿底板及夹层 中黑云母 中央 区 F e z 层 西北 区 东南区 F e e 层 V一镁铁 闪石黑云母绿泥石片岩 远矿 围岩 S层 I Bi0 t i t e i n t h e K l a y e r 0 t i t e i n h i gh g r a d e ma g ne t i t e 一 b i o t i t e n e a r h i g h g r a d e ma g n e t i t e IV b i o t i t e i n o r n e a r ma g n e t i t e q u a r t z i t e V b i o t i t e f a r ma g n e t i t e 矿 铁含量降低 表明这些矿物 中的 F e O含量 的不 均匀很可能是由物质扩散所引起 的 3 地球化学特征 本次在 弓长岭二矿区进行了全面系统的样本采 集 样本包括了 F e 层到硅质岩层 在做 了镜下鉴定 的基础上 进行了常量 稀土和微量元素的测试 磁 铁富矿以及与之关系密切的磁铁石英岩和围岩的常 量 稀土和微量元素测试结果如表 1 3 3 1 富铁矿与磁铁石英岩的地球化学特征 磁铁 富矿与磁铁石英岩空间关 系密切 且镜下 观察发现磁铁石英岩与磁铁 富矿构造 结构以及 主 要矿物种类一致 图版 工 一 2 5 7 为进一 步确定 其内在的联系 做了常量 微量和稀土元素的对 比 磁铁富矿和磁铁石英岩常量元素折线 图如 图 6 磁铁石英岩中杂质组分主要是 C a O Mg O 但含 量都很低 S i O F e O F e O三者 含量之和平均值 达 9 1 5 1 磁铁富矿 的主要 化学成分也是 F e 3 F e O与 S i O z 三者含量之和为 8 8 9 9 平均为9 6 4 3 在磁铁石英岩和磁铁 富矿 中 铁的含量与硅 的 含量成明显的负相关 磁铁富矿中铁 的含量要 高于 磁铁石英岩中铁的含量 而硅的含量低于磁铁石英 岩中的含量 磁铁石英岩和磁铁富矿中都缺少铝硅 酸盐 表明在形成 过程 中没有含铝 的碎 屑岩加入 同时磁铁富矿的磁铁矿物颗粒大于磁铁石英岩中磁 铁矿物颗粒 第 l 1期 王恩德等 弓长 岭铁 矿床磁铁富矿形成机制探讨 1 7 6 5 表 1 弓长 岭二 矿区磁铁 石英岩 磁铁 富矿 富矿 围岩 常量 测试 结果 T a b l e 1 Ma i n e l e me n t s 0 f m a g n e t i t e q u a r t z i t e h i g h g r a d e ma g n e t i t e a n d wa l l r o c k i n t he s e c o nd mi ne o f G0 ng c ha ng l i n g i r o n de po s i t S AM PLE Si 02 Al 2 03 Fe 2 03 Ca 0 M g 0 Na 2 0 K2 0 Cr 2 03 Ti O2 M n O P2 05 S r O B a O I OI To t a l 磁铁石英岩 1 5 2 1 0 1 4 4 4 0 5 1 1 2 8 1 8 6 0 1 3 0 0 6 0 0 1 0 0 1 0 0 7 0 O 9 6 0 0 1 O 0 1 l 2 6 9 8 8 1 磁铁石英岩 2 4 3 2 6 0 2 6 5 2 7 6 1 5 8 1 4 6 0 1 3 0 0 5 0 0 1 0 0 1 0 0 7 0 1 3 2 0 0 1 0 0 1 1 0 O 9 8 7 1 磁铁石英岩 3 3 O 7 4 O 4 9 5 5 8 6 6 0 4 0 6 6 O 1 2 0 0 2 O 0 1 O 0 1 0 1 3 4 2 O 1 0 O 1 O 0 1 0 8 0 9 9 0 7 磁铁石英岩 4 4 6 9 9 0 6 8 4 3 9 1 5 0 1 0 8 0 0 1 1 0 O 2 0 0 1 0 0 1 0 1 2 0 0 7 5 0 0 1 0 0 1 1 9 2 9 9 6 2 磁铁石英岩 5 4 4 5 5 3 4 1 4 5 0 6 0 9 9 4 7 5 0 1 7 0 1 5 O 0 1 0 0 4 0 1 5 0 1 2 1 0 0 1 O 0 1 0 5 3 9 9 9 2 磁铁石英岩 6 5 3 7 4 0 9 3 3 9 6 0 3 0 1 2 2 3 0 1 6 0 0 3 0 0 1 0 0 3 0 1 4 0 0 9 3 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 O 0 0 5 磁铁富矿 1 1 4 O 6 0 5 7 7 4 7 3 3 9 3 0 7 9 0 1 4 0 0 3 0 0 2 0 0 6 0 1 7 2 5 0 8 0 0 1 O 0 1 1 4 1 9 8 4 3 磁铁富矿 2 9 6 2 0 5 8 8 7 8 7 0 1 2 0 7 4 0 1 6 0 0 8 0 0 1 0 0 1 0 1 7 0 O 2 6 0 0 1 0 0 1 一O 6 O 9 8 7 4 磁铁 富矿 3 1 9 9 1 0 4 5 7 9 6 1 0 0 4 0 4 1 0 1 4 0 0 7 0 0 1 0 0 1 0 0 6 0 0 3 9 0 0 1 0 0 1 一2 O 0 9 8 7 3 磁铁 富矿 4 2 3 8 2 0 8 4 7 3 9 7 0 0 1 0 8 1 0 1 5 0 1 4 O 0 1 O 0 1 O 1 9 O O 1 2 O 0 1 O O 1 1 1 O 9 8 8 1 磁铁 富矿 5 5 1 8 1 0 0 9 3 4 2 0 0 7 1 1 4 0 1 7 0 0 4 0 0 1 0 0 1 0 0 8 0 0 1 4 0 0 1 0 0 1 一2 6 0 9 8 5 2 石榴绿 泥片岩 1 2 8 1 0 1 6 1 8 4 2 0 8 0 0 7 7 3 3 0 0 6 0 0 6 0 0 3 1 1 5 0 2 9 0 O 2 8 0 0 1 O 0 1 3 7 2 9 9 1 0 石榴绿泥片岩 2 2 3 9 7 1 6 3 8 4 3 7 0 0 0 3 8 7 0 0 0 7 0 1 0 0 0 3 1 3 2 0 2 4 0 0 1 2 0 0 1 0 0 1 4 6 2 9 9 1 8 绿 泥片岩 3 2 O 3 9 1 4 7 0 4 6 4 8 0 0 5 9 0 4 0 O 8 0 0 7 0 0 1 2 7 5 0 1 1 0 0 0 9 0 0 1 0 0 1 5 5 3 9 9 2 2 绿泥石榴岩 4 4 3 5 7 1 2 0 4 2 7 4 6 0 0 4 9 5 1 0 0 7 0 0 2 0 0 1 0 8 O 0 0 6 0 0 0 9 0 0 1 0 0 1 4 8 8 9 8 4 6 测试单位 澳实分析检测集团一澳实矿物实验 室 采用熔 融法 硼 酸锂熔融 x荧光光谱定量分析 其 中铁以 F e z 0 表示 表 2弓长岭二矿 区磁铁石 英岩 磁铁 富矿 富矿 围岩稀土元素测试 结果 1 0 T a b l e 2 R E E e l e me n t s 1 0 o f ma g n e t i t e q u a r t z i t e h i g h g r a d e ma g n e t i t e a n d wa l l r o c k i n t he s e c o nd mi n e o f G0n g c ha n gl i n g i r on de po s i t 样品名 L a C e P r Nd S m E u Gd T b D y Ho Er Tm Yb L u Y 磁铁石英岩 1 3 4 0 6 5 0 0 7 6 3 0 0 0 6 4 0 2 7 0 7 1 0 1 2 0 7 9 0 1 9 0 5 6 0 0 8 0 5 4 O O 9 6 4 O 磁铁石英岩 2 2 3 O 4 2 O 0 5 5 2 4 0 0 5 1 0 4 1 0 6 8 0 1 1 0 8 1 0 1 9 0 6 7 0 1 0 0 7 4 0 1 4 7 3 O 磁铁石英岩 3 7 1 0 1 2 9 0 1 5 9 6 8 0 1 4 7 1 3 7 1 8 5 0 2 8 1 9 4 0 4 6 1 3 7 0 1 9 1 3 3 O 2 2 1 9 6 0 磁铁石英岩 4 3 0 0 5 1 0 0 6 4 2 6 0 0 5 3 0 2 7 0 6 0 0 0 9 0 6 6 0 1 6 0 5 3 0 0 8 0 5 4 O O 9 6 2 O 磁铁石英岩 5 2 9 0 5 3 0 0 5 6 1 9 0 0 3 9 0 1 8 0 4 4 0 0 9 0 7 0 0 1 7 0 5 5 0 0 8 0 5 9 O 1 O 5 6 0 磁铁石英岩 6 1 6 O 2 8 0 0 3 4 1 5 0 0 3 6 0 2 1 0 5 2 0 0 9 0 6 3 0 1 6 0 5 3 0 0 8 O 5 2 O O 9 6 O O 磁铁 富矿 1 5 5 0 1 1 5 0 1 4 8 6 8 0 1 6 2 1 3 4 2 0 2 0 3 3 2 1 7 0 4 8 1 4 8 0 2 0 1 2 7 O 2 0 1 6 9 O 磁铁 富矿 2 1 0 0 1 7 0 0 1 7 0 7 0 0 1 4 0 0 5 0 1 6 0 0 3 0 1 9 0 0 4 0 1 6 0 0 2 0 1 8 O 0 4 1 5 O 磁铁富矿 3 0 7 0 2 0 0 0 3 4 1 8 0 0 6 1 0 2 9 0 6 7 0 1 4 1 1 4 0 3 1 1 1 0 0 1 6 1 0 8 O 1 9 1 O 7 O 磁铁 富矿 4 5 2 O 1 6 8 0 2 9 7 1 6 2 0 4 8 8 3 0 2 6 2 2 0 9 8 6 6 1 1 5 6 4 8 4 0 6 9 4 2 5 0 6 4 6 2 3 0 磁铁 富矿 5 1 5 0 2 7 0 0 3 2 1 3 0 0 2 0 0 1 1 0 2 8 0 0 5 0 4 2 0 1 0 0 3 5 0 0 5 0 4 3 O O 7 3 2 O 石榴绿泥片岩 1 2 2 0 5 0 0 0 7 5 3 7 0 1 0 9 0 3 1 1 6 7 0 3 2 2 3 5 0 5 8 1 8 7 0 2 8 1 9 7 O 3 2 1 5 4 O 石榴绿 泥片岩 2 3 3 0 8 0 0 1 1 9 5 8 0 1 6 8 0 4 2 1 9 7 0 4 3 3 2 0 0 7 3 2 2 5 0 3 3 2 3 4 O 3 9 1 8 2 O 绿 泥片岩 3 2 9 0 7 5 0 1 2 4 6 6 0 1 9 5 0 3 8 1 7 7 0 2 6 1 6 0 0 3 4 0 9 7 0 1 4 O 8 9 O 1 4 9 4 0 绿泥石榴岩 4 5 9 0 1 3 1 0 1 7 6 7 7 0 2 0 0 0 7 4 1 8 7 0 3 2 2 1 7 0 4 6 1 4 8 0 2 2 l 6 5 0 2 6 1 O 5 0 测试单位 澳实分析检测集团 一澳实矿物实验室 T i B 02 熔融 质谱仪定量分析 表 3 弓长岭二矿 区磁铁 石英岩 磁铁 富矿 富矿 围岩微 量元素测试结果 1 0 T a b l e 3 T r a c e e l e me n t s 1 O 一 o f ma g n e t i t e q u a r t z i t e h i g h g r a d e ma g n e t i t e a n d wa I l r 0 c k i n t he s e c O nd m i ne Of GO n gc ha ng I i n g i r O n de p O s i t 样 品名 S r K Rb B a Th Ta Nb P Hf Ti Ni C r S c V Z r 磁铁石英 岩 1 7 6 O O 8 4 1 0 4 1 2 8 O 2 1 1 4 4 O O 3 1 O O 1 O 2 0 1 2 1 3 磁铁石英岩 2 1 6 4 O O 9 4 2 6 0 O 1 2 O 1 O 3 6 2 O 0 2 1 O O 1 1 O 1 1 2 磁铁石英岩 3 6 7 2 O O 2 7 4 3 0 1 3 O 1 0 5 4 O O 0 O O 2 1 O O 1 1 O 1 1 2 磁铁石英岩 4 2 2 7 O O 1 6 2 3 0 1 5 1 5 O 6 3 3 O O 2 1 O 0 1 1 0 1 1 3 3 磁铁石英岩 5 1 2 1 2 O 0 2 O 9 2 O 9 2 8 1 O 6 2 O 5 7 O 1 1 5 0 O 1 1 O 1 2 8 4 1 磁铁石英岩 6 5 3 0 O 2 3 3 O O 3 7 O 2 0 8 4 O O O 2 4 O O 1 1 0 1 1 3 8 磁铁 富矿 1 5 1 3 O O 3 7 4 4 0 2 2 O 1 O 6 2 O 0 O O O 3 6 O 0 1 9 0 5 3 5 1 1 磁铁 富矿 2 2 2 7 0 0 1 8 4 7 9 O 1 9 1 8 O 9 1 O O O 2 l 0 0 1 1 0 1 2 2 磁铁 富矿 3 1 8 7 0 O 1 5 1 1 O 1 0 1 7 O 1 0 6 1 7 0 O 2 1 O O l 1 O 1 1 3 磁铁富矿 4 1 3 1 2 O O 3 6 8 1 3 O O 2 4 3 O O 7 2 O 0 2 1 O 0 1 1 O 1 1 3 磁铁 富矿 5 1 0 3 O O 6 2 4 2 O 2 1 3 5 3 4 2 O 0 2 2 O 0 2 1 O l 9 9 石榴绿泥片岩 1 2 5 O 0 2 0 8 3 3 O 3 5 1 2 5 9 1 O O 1 9 7 1 O 0 1 O 9 2 4 O 3 1 2 8 2 6 6 石榴绿泥片岩 2 4 6 0 0 3 5 6 4 9 O 9 1 1 4 3 2 O 4 3 O 2 1 7 8 O O 7 3 2 6 0 1 2 3 6 2 7 5 绿 泥片岩 3 1 6 6 O O 1 7 9 4 2 0 5 2 1 4 1 1 2 1 O 2 O 1 6 1 O 0 1 3 4 2 0 1 3 8 0 3 7 2 绿泥石榴岩 4 2 2 O O 6 2 1 5 O 7 1 0 3 2 4 2 O 1 2 5 1 O O 6 3 7 O 3 3 3 O 5 4 2 测试单位 澳实分析检测集团一澳实矿物实验室 四酸溶解 等离子体发射光谱 分析 第 1 1期 王恩德等 弓长岭铁矿床磁铁 富矿形成 机制探讨 图 8 弓长岭二矿 区磁铁石英 岩和磁铁富矿稀土元素原始 地幔标准化 配分模式 标准化数据据 S u n等 1 9 8 9 Fi g 8 Th e p r i mi t i v e ma n t l e n o r ma l i z e d REE p a t t e r n o f ma g n e t i t e q u a r t z i t e a n d h i g h g r a d e ma g n e t i t e i n t h e s e c o n d mi n e o f G0 n g c h a n g l i n g i r o n d e p o s i t s t a n d a r d d a t a a f t e r S u n e t a 1 1 9 8 9 嘶 缸 S iO2 AI O F e 2 0 C a O Mg oNa 2 0 0 C O3 T i O Mn O P 20 S r O Ba O L OI 图 9 弓长岭二矿区石榴绿泥片岩 与绿 泥石 片岩 主量元素对 比图 Fi g 9 M a i n e l e me n t s o f g a r n e t c h l o r i t e s c h i s t a n d c h l o r i t e s c h i s t i n t h e s e c o n d m i n e o f Go n g c h a n g l i n g i r o n d e p o s i t 致 所有这一切都显示了磁铁石英岩和磁铁富矿的 一 致性 和继 承性 结 合两 者产 出位 置 的关 系可 以得 出磁铁富矿是由磁铁石英岩经过改造形成的 3 2绿泥片岩 石榴绿泥片岩 绿泥石榴岩的地 球化 学特 征 富铁矿的围岩为绿泥片岩 石榴绿泥片岩 绿泥 石榴岩 在绿泥片岩中有大颗粒 的石榴子石产出 图 版 I一 1 8 为确定其 内在关系 做 了常量 微量和 稀土元素的对比 在该矿 区富矿 围岩 中的绿泥片岩 石榴绿泥片 岩与绿泥石榴岩 常量元素测试结果见表 1和图 9 结果表明它们具有相近的组成成分 主要差别在 于 S i O z 和铁氧化物 差别表现与磁铁石英岩和磁铁 富 矿差别表现一致 绿泥 片岩 石榴绿泥片岩与绿泥石榴岩微量元 素原始地幔标准化蛛网图解见图 1 0 稀 土元素北美 页岩标准化配分模式见 图 1 1 绿泥片岩 石榴绿泥 片岩与绿泥石榴岩稀土和微量元 素对 比可知 绿泥 片岩 石榴绿泥片岩与绿泥石榴岩有相近的稀土元 素 微量元素配分型式 j 咯 壮 图 1 O 弓长岭二矿 区石榴绿 泥片岩与绿泥石片岩 微量元素原始地 幔标 准化蛛网图 标 准化 数据 据 S u n等 1 9 8 9 Fi g 1 0 t h e p r i mi t i v e ma n t l e n o r ma l i z e d s p i d e r g r a n o f t r a c e e l e me n t s o f g a r n e t c h l o r i t e s c h i s t a n d c h l o r i t e s c h i s t i n t h e s e c o n d mi n e o f Go n g c h a n g l i n g i r o n d e p o s i t s t a n d a r d d a t a a f t e r S u n e t a 1 1 9 8 9 图 1 1 弓长岭二矿 区石榴绿泥 片岩 与绿 泥石片岩 稀土元素北美页岩标准化分 布型式图 Fi g 1 1 No r t h Ame r i c a n s h a l e n o r ma l i z e d REE p a t t e r n o f g a r n e t c h l o r i t e s c h i s t a n d c h l o r i t e s c h i s t i n t h e s e c o n d mi n e o f G0 n g c h a n g 1 i n g i r o n d e p o s i t 富铁矿围岩 中石榴子石矿物 的 C a O含量变化 柏 如 加 2 m 0 地质学报 范 围为 0 1 4 4 3 5 平 均为 2 O 2 远小 于 6 故其应为泥质变质矿物 基性岩变质矿物铁铝 榴石中 C a O的含量一般为 6 2 O 选取 富铁矿围岩 中绿泥片岩 石榴绿泥片岩和 绿泥石榴岩的常量分析结果采用 KA方法对原岩进 行恢复 其中 K K2 O Na 2 0 K2 O 1 0 0 A Al 2 O Al 2 O C a O Na 2 O K 2 O 1 0 0 各氧化物均以百分含量进行计算 其结果显示绿泥石片岩 石榴绿泥片岩和绿泥石榴 岩原岩为泥质 粉砂质沉积岩 图 1 2 如考虑在变质过程中 H O C O K O和 N a O 都属于活动组分 易发生变化 采用 A C F M 图解 加以副 证 其 中 一 A1 2 O C a O 2 F e O Mg O A 铝制系数 一A1 2 O 1 0 0 C 钙质 系 数 一C a O 1 0 0 F 铁质系数 一2 F e O 1 0 0 M 镁质系数 一Mg O 1 0 0 各氧化物均以 分子数进行计算 结果如图 1 3 绿泥片岩 石榴绿 泥片岩和绿泥石榴岩的原岩落于粉砂岩 区 V 靠 近硅铁质沉积岩区 V I 而不是落入基性火山岩区 也表明它们原岩以粉砂岩为主 综上所述 该区富矿围岩中绿泥片岩 石榴绿泥 片岩 绿泥石榴岩的原岩为泥质一粉砂质岩 而不是 后期 热液 蚀 变岩 1 0 0 2 0 O 2 0 4 0 6 O 8 0 1 0 0 A 图 1 2 弓长岭二矿 区绿泥片岩和石榴绿 泥片岩 KA 图解 据 周世 泰 1 9 9 2 F i g 1 2 KA f i g u r e o f c h l o r i t e a n d g a r n e t c h l o r i t e s c h i s t i n t he s e c o nd m i ne of Go ngc ha n gl i n g i r o n de po s i t a f t e r Z h o u 1 9 9 2 A 图 1 3 弓长岭二矿区绿泥片岩和石榴 绿泥片岩 A C F M 图解 据王仁民等 1 9 8 7 F i g 1 3 A C F M f i g u r e o f c h l o r i t e a n d g a r n e t c h l o r i t e s c hi s t o f t he s e c ond mi ne o f Gong c ha ngl i n g i r on d e p os i t a f t e r Wa n g e t a 1 1 9 8 7 4 富铁矿形成机制探讨 以上分析了富铁矿与磁铁石英岩的关系 富铁 矿围岩 中绿泥片岩 石榴绿 泥片岩和绿泥石榴岩的 关系 下面分析变质热液 的来源 变质热液的运移 并建立磁铁富矿体成矿模型 4 1 交 代热液 的 来源 变质热液的来源可能有两种 一是混合岩化热 液 二是区域变质阶段的变质水热液 1 从碱性组分含量考虑 由磁铁富矿及其附近 围岩的常量测试结果可见 表 1 造成 富矿及其 围 岩的热液 并没有带来那么多的碱质组分来足够形 成大量 的碱性矿物 且 Na含量普遍 大于 K 含量 所以成矿溶液不可能是混合岩化热液 并且 由于本 区磁铁 富矿 以及 磁铁 富 矿体 围岩 中仅有 少 量 的 Kz O Na z O碱性组分 导致本 区磁铁 富矿体 围岩中 云母类 矿物 含量较 少 2 从硫同位素的角度考虑 磁铁石英岩 中的黄 铁矿 S值均为小 的正值或负值 或近于零 与陨 石硫的硫同位素特征相似 表 明这些硫没有经过显 著的分馏作 用 其 物质是 来源 于深部 的 杨 凤筠 1 9 8 0 但磁铁富矿 中的黄铁矿具高 的 S值 为 3 2 1 4 4 反映了后期热液改造过程中 有高 值 6 S硫 的加入 混合花 岗岩中心部位 的 6 弘S值 1 2 o 接近于陨石硫的值 这可能代表高温混合岩 化作用造成的均一化的结果 也就是说混合岩化热 液只能促使硫同位素均一化 而不会使 S升高发 地质学报 蚕 宝 图 1 5 弓长岭 二矿 区绿 泥石 与石 榴子 石转 化图 据都城秋 蕙 1 9 7 9 F i g 1 5 Th e f i g u r e o f t h e c o n v e r s i o n b e t we e n c h l o r t e a n d g a r n e t i n t h e s e c o n d mi n e o f Go n g c h a n g l i n g i r o n d e p o s i t a f t e r Ak i h o M i y a s h i r o 1 9 7 9 子化学势 J mo 1 溶质 是溶质在温度为 丁 压 力为 P B 浓度为 3 2 情况下的分子化学势 J too 1 溶质 是纯溶质在温度 T 压力 户 下的标准分 子化学势 J mo 1 R为热力学常数 J too l K T 为温度 K z 为溶液中溶质的摩尔分数 为溶质 在温度 T的摩尔体积 m too 1 式 4 中括号 内两 项之差的值在压力变化不大时可以忽略 依式 4 可知 变质水对磁铁石英岩 中物质的淋 滤 能力 与被淋 滤 物质 的浓度 变化 密切相 关 如果 淋 滤出的 S i O 不能 被转化 浓度 梯度就 不会发生 变 化 则淋滤过程很快结束 这样便不能形成富铁矿 但 由于泥质一粉砂质岩中含有较高的 Al O 该物 质可以与 S i O 和 F e O反应 从而形成绿泥石矿物 从而改变 S i O 的浓度 促使 S i O 的带出 通过对与富铁矿共生的铁铝石榴子石矿物中的 包裹体研究表明其形成 温度为 5 0 0 5 5 0 之间 施 继锡等 1 9 8 0 可见 本矿 区随着 区域变质作用的 进一步加强 绿泥石 和石英进一步反应生成矿物石 榴子石 转换方程式为 2绿泥石 4石英 一3石榴 子石 8水 图 1 5 在这个过程 中不需要铁氧化物 的加人 却需要 S i O 的参与 所 以在这个过程中 由 于铁的浓度没有变化 磁铁石英岩 中的 F e O不会被 继续带出 但是 S i O 情况相 反 随着其不断 的被消 耗 转化为石榴子石 磁铁石英 中的 S i O 被不断的 带出 从而形成磁铁富矿体与石榴绿泥片岩或绿泥 石榴岩相伴 终上所述 在 区域变质作用过程中 变质热液淋 滤途经的磁铁石英 岩 从 中带出二价 的 F e 并与原 始沉积的泥质一粉砂 质岩一同受变质作用力的影 响 在构造的合适地方富集起来 如在断层和褶皱核 部 在这些地方的磁铁石英岩由于发生了去硅且有 F e O的带入 从 而形 成磁铁富矿 并形成 了磁铁 富 矿与绿泥片岩 石榴绿泥片岩和绿泥石榴岩伴生的 结果 同时富铁矿受褶皱 断层构造控制的结果 所 以该矿区磁铁富矿成因是由区域变质产生的变质热 液水 构造动力以及原始含铝泥质一粉砂质沉积物 联合作用的结果 5 结论 1 弓长岭二矿 区磁铁富矿体与磁铁石英岩 围 岩和构造密切相关 2 弓长岭二矿区磁铁石英岩沉 积间歇中沉积 的含铝的泥质一粉砂质物质是磁铁富矿形成的重要 因数 在富铁矿形成过程中起到对磁铁石英岩 中带 出的硅消耗 形成石榴子石 绿泥石 黑云母等的作 用 3 区域变质作用为磁铁富矿 的形成提供 了变 质热液 储矿空间 变质热液运移动力 矿物转换提 供所需的温压条件 变质热液可 以淋滤磁铁石英岩 中的 F e O 区域变质作用是磁铁 富铁矿形成的重要 条件 4 弓长岭二矿区含有多层磁铁石英岩 在其间 夹有泥质一粉砂质沉积物 导致受力变形 以及 S i O 吸收两方面都相对 于单一厚大磁铁石英岩有利 所 以二矿区更易形成磁铁富矿体 参 考 文 献 陈光远 黎美华 汪雪芳 孙岱生 孙 传 敏 王祖 福 速 玉萱 林 家湘 1 9 8 4 弓长岭铁矿成因矿物学专辑 矿物岩石 4 2 1 2 5 4 程裕淇 1 9 5 7 中国东北部辽宁山东等省前震旦纪鞍山式条带状铁矿 中富矿的成因问题 地质学报 3 7 2 1 5 3 1 8 0 才 玉民 1 9 9 2 弓长岭富铁矿的赋存规律与找矿标志 见 中国铁 矿床 综论 北京 冶金工业出版 社 1 9 4 2 0 0 陈志宏 骆辉 毛德宝 胡小蝶 1 9 9 9 山西五 台山地区太古宙 条带状 铁建造地球化学特征及成 因 地质论评 4 5 5 O 3 5 0 7 关广 岳 1 9 6 1 论变质作用在鞍山式铁 矿床 富铁 矿形成上 的意义 地 质学报 4 1 6 5 7 6 翟德 高 王建平 刘家军 张红雨 要梅娟 杨宗锋 常兆山 2 0 1 0 成矿 作用过程中赤铁矿一 磁铁矿之 间非氧化还原转变 地 质论评 5 6 6 8 0 1 8 0 9 李 曙光 支霞 臣 陈江峰 王俊新 邓衍尧 1 9 8 3 鞍山前寒武纪条带状 第 1 1期 王恩德等 弓长岭铁矿床磁铁 富矿形成机制探讨 1 7 7 1 含铁建造中石墨的成因 地球化学 2 l 1 6 2 1 6 9 李绍柄 1 9 7 8 鞍山式铁 矿富磁铁 矿矿床 的成 因 富铁科研论文集 北 京 科学技术文献出版社 1 3 4 1 3 9 施 继锡 李本超 1 9 8 0 根据鞍本地 区包裹体研究 试论 弓长岭磁铁 富 矿的成因 地球化 学 3 1 4 3 5 2 王仁民 贺高品 陈珍珍 郑松彦 耿元生 1 9 8 7 变质岩原岩图解判别 法 北京 地质 出版社 杨凤筠 1 9 8 0 鞍本地区前寒武纪硅铁建 造 同位 素地质 的初步研究 天津地 质调查所所报 1 1 1 O 1 2 2 周世 泰 1 9 9 2 辽 宁鞍本地 区太古宙条带状铁矿的岩石化学研究 见 王可南 姚培慧主编 中国铁矿床 综论 北 京 冶金工 业出版 社 9 4 1 o 6 周世泰 1 9 9 4 鞍 山一本溪地区条带状铁矿地质 北京 地质出版社 郑宝鼎 1 9 9 2 辽宁省鞍山 本溪地区太古代 花岗质 岩石绿 岩地体 中 层控磁铁富矿矿床 见 王可南 姚培 慧主编 中 国铁 矿床综论 北京 冶金工业出版社 1 6 0 1 7 1 Co r n e l i s K 2 0 05 S o m e p r e c a mbr i a n b a n d e d i r o n f o r ma t i o n s BI F s f r o m a r o u n d t he wo r l d t h e i r a g e g e o l o g i c s e t t i n g m i n e r a l o g y me t a mo r ph i s m g e o c h e m i s t r y a n d o r i g i n Am e r i c a n M i n e r a l o g i s t 9 0 1 4 7 3 1 4 9 9 M i c h a e l B Pe t e r D 1 9 9 9 Co mp a r i n g y t t r i um a n d r a r e e a r t hs in hy d r o t h e r ma l f l u i d s f r o m t h e M i d At l a n t i c r i d ge i mp l ic a t i o ns f o r Y a nd REE b e h a v i o u r d u r i n g n e a r v e n t mi x i n g a nd f o r t h e Y Ho r a t i o n o f P r o t e r o z o i c S e a wa t e r C h e mi c a l Ge o l o g y 1 5 5 1 2 7 7 9 0 M u c k e A Ca b r a 1 A R 2 0 0 5 Re d o x a n d n o n r e d o x r e a c t i o n s o f ma g ne t i t e a n d h e ma t i t e in r oc k s Ch e m i e d e r Er d e 6 5 2 7 1 2 7 8 Oh mo t o H 2 0 0 3 No nr e d o x t r a ns f o r m a t i o n s o f h e ma t i t e ma g ne t i t e i n h y d r o t h e r ma l s y s t e m s Ec o n o m i c Ge o l o g y 9 8 1 5 7 1 6 1 Ot a k e T W e s o l o ws k i J D Ano v i t z M I Al l a r d F I Ohmo t o H 2 0 07 Ex p e r i me n t a l e v ide n c e f o r n on r e d o x t r a n s f o r ma t i o n s b e t we e n m a g ne t i t e a n d h e ma t i t e u n d e r H 2 r i c h h y d r o t h e r ma l c o n d i t i o n s EPS L 2 5 7 6 0 7 0 Ya s u hi r o K Ko s e i E Y Hi r o s h i O 2 0 06 Ra r e e a r t h e l e m e n t s i n Pr e c a mb r i a n b a nd e d i r o n f o r m a t i o n s s e c u l a r c ha n ge s o f Ce a n d Eu a n o ma l i e s a n d e v o l u t i o n o f a t mo s p h e r i c o x y g e n Ge o l o g i c a l So c i e t y o f Ame r i c a 1 9 8 2 6 9 2 8 9 Fo r m i n g M e c h a ni s m o f Hi g h Gr a d e M a g n e t i t e Bo d i e s i n G0 n g c h a n g l i ng Li a o ni ng Pr o v i n c e WANG En d e XI A J i a n mi n g ZHAO Ch u n f u FU J i a n f e i HOU Ge n g q u n I n s t i t u t e o f Re s o u r c e Ci v i l En g i n e e r i n g No r t h e a s t e r n Un i v e r s i t y S h e n y a n g 1 1 0 8 1 9 Ab s t r a c t Th e Go ng c ha ng l i ng i r o n d e p os i t i s r e p r e s e nt a t i ve of t he A n s h a n t yp e s e d i me nt a r y m e t a mo r 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