对马山、大宝山变质成因磁黄铁矿不同组成结构的认识-

1、第21卷第3期地球科学中国地质大学学报V o l.21N o .31996年5月Earth Science -Jou rnal of Ch ina U n iversity of Geo sciencesM ay 1996对马山、大宝山变质成因磁黄铁矿不同组成结构的认识何金祥(中国地质矿产信息研究院,北京100037徐克勤顾连兴(南京大学地球科学系,南京210093摘要马山和大宝山矿床均为块状硫化物矿床。显微镜研究表明,两矿床中磁黄铁矿主要均由胶黄铁矿变质形成,但组成结构上却有较大区别。马山矿床主矿体中单斜磁黄铁矿(M po 一般少于六万磁黄铁矿(Hpo ,而大宝山矿床主矿体中单斜磁黄铁矿和六

2、万磁黄铁矿一般近相等。通过对导致矿床发生热变质的中生代燕山期岩体的研究,认为岩体成因类型的不同及所含热量的差异是导致两矿床变质成因磁黄铁矿组成结构不同的主要原因。关键词磁黄铁矿,组成结构,马山矿床,大宝山矿床。中图法分类号P 61113第一作者简介何金祥,男,工程师,1961年生,1995年毕业于南京大学地球科学系矿床专业,获博士学位,现主要从事矿床学的研究。1994年12月30日收稿,1996年3月14日收修改稿。笔者在进行下扬子和南岭区块状硫化物矿床研究时,注意到铜陵地区的马山矿床和粤北地区的大宝山矿床在变质成因磁黄铁矿组成结构上有较大差别。对采集于马山矿床层状主矿体不同地段的磁黄铁矿矿石

3、标本的显微镜研究和统计表明,马山矿床变质成因磁黄铁矿中,在六方磁黄铁矿(Hpo 背景上出熔形成的单斜磁黄铁矿(M po 与六方磁黄铁矿的比例一般为15115,甚至更小;而对采集于大宝山层状主矿体不同地段的含铜磁黄铁矿矿石标本所进行的显微镜研究则表明,在六方磁黄铁矿背景上出熔形成的单斜磁黄铁矿与六方磁黄铁矿之比一般近相等。这就产生了一个问题,为什么同在块状硫化物矿床中,同为胶黄铁矿变质成因,磁黄铁矿组成结构上会有如此差别呢?本文试图从不同成因类型岩体所引起的环境温度变化不同来探讨它们间的这种差异。1地质概况及磁黄铁矿组成特征111马山、大宝山矿床地质概况马山矿床位于下扬子铜陵地区,为一含金多金属

4、矿床,成矿时代为石炭纪,矿体呈层状赋存在石炭系沉积岩中,燕山期侵入岩为石英闪长岩(同位素年龄143M a ,K -A r 法,呈岩株、岩枝状分布于矿区西北部,出露面积约018km 2,对原生层状硫化物矿体产生了强烈的改造、叠加作用。大宝山矿床则位于南岭粤北地区,为一含钨多金属矿床,成矿时代为泥盆纪,矿体主要呈层状赋存在泥盆系火山岩和沉积岩中。燕山期花岗闪长岩体(同位素年龄121135M s ,R b -Sr 等时线呈岩株、岩枝状侵入于矿区西北部泥盆系中,出露面积约018km 2,对早期形成的块状硫化物矿床产生了显著的改造、叠加作用。马山和大宝山矿床的地质特征如表1。根据镜下观察,马山和大宝山矿

5、床中的磁黄铁矿均可见残留的胶黄铁矿(图1,说明它们主要是由胶黄铁矿变质而来。它们的矿物形成顺序是胶黄铁矿黄铁矿磁黄铁矿。根据马山矿床矿石中磁黄铁矿颗粒相对较大,含量相对较多的事实,我们推断马山矿床遭受的热变质改造比大宝山矿床要强。112变质成因磁黄铁矿组成特征根据显微镜研究和X 光衍射分析,马山、大宝表1马山和大宝山矿床地质特征T ab le1Geo logical featu res of M ashan and D abao shan depo sits矿区赋矿地层矿体形态主要矿物组合矿石类型矿石结构构造围岩蚀变后期改造马山石炭系层状磁黄铁矿、黄铁矿、毒砂、黄铜矿、方铅矿、闪锌矿、白铁矿、

6、磁铁矿、方黄铜矿、自然金、银金矿、石英、方解石、白云石含铜磁黄铁矿型、含铜黄铁矿型、铅锌矿型自形、半自形变晶结构、斑状变晶结构、退火平衡结构、胶状结构、交代残余结构、压碎结构;层纹构造、块状构造、角砾状构造硅化、绢云母化、白云石化、蛇纹石化、绿泥石化、矽卡岩化强烈大宝山泥盆系层状、似层状黄铁矿、磁黄铁矿、方铅矿、闪锌矿、黄铜矿、白钨矿、辉秘矿、毒砂、黑钨矿、黝铜矿、碲金矿、石英、方解石、萤石含铜磁黄铁矿型、含铜黄铁矿型、铅锌矿型自形、半自形、他形结构、变晶结构、退火平衡结构、胶状结构、交代残余结构、块状构造、层纹状构造、角砾状构造硅化、绢云母化钾长石化、绿泥石化、矽卡岩化较强烈图1磁黄铁矿(P

7、o与胶黄铁矿(M e的共生关系F ig.1R elict m eln ikovites in pyrrho titea.标本MM3,产地马山,单偏光,视域长218mm;b.标本DB6,产地大宝山,单偏光,视域长2。8mm山矿床的变质成因磁黄铁矿均由六万磁黄铁矿(Hpo和单斜磁黄铁矿(M po组成。在磁黄铁矿不同变体的镜下研究中,我们应用了顾连兴教授提供和配制的磁性胶体。因单斜磁黄铁矿磁性相对较强,六方磁黄铁矿相对较弱,故用磁性胶体浸润光片表面时,磁性胶粒将迅速向磁性较强的单斜磁黄铁矿上运动、集中,从而使单斜磁黄铁矿的形态、数量和分布特点变得一目了然。若在裂隙附近,后期硫化物脉或石英、方解石脉等

8、附近单斜磁黄铁矿聚集、增多时,则此单斜磁黄铁矿为交代成因;若单斜磁黄铁在以六方磁黄铁矿为背景的磁黄铁矿颗粒中呈细纹状、叶片状、板条状均匀分布时,则为原生出熔成因。因此依据单斜磁黄铁矿的分布特点,可以很容易确定它是后期交代成因还是原生出熔成因。前面所说的磁黄铁矿组成结构主要指的是出熔成因的单斜磁黄铁矿与六方磁黄铁矿之间的数量比关系。图2单斜磁黄铁矿(M po数量小于六万方磁黄铁矿(Hpo数量F ig.2M onoclin ic pyrrho tite is less than hexagonalpyrrho tite in quan tity标本HB28,单编光,视域长度为114mm马山矿床中磁

9、黄铁矿粒度相对较粗,多在012115mm之间,与磁黄铁矿平衡共生的矿物主要是黄铁矿、毒砂、黄铜矿,黄铁矿一般成粗大的变斑晶,从而使含黄铁矿的磁黄铁矿矿石一般成斑状变晶结构。磁黄铁矿颗粒中由出熔作用所形成的单斜磁黄铁矿一般呈棒条状、细纹状、叶片603地球科学中国地质大学学报第21卷状、粒度一般为几个微米。镜下观察和统计表明,马山主矿体磁黄铁矿矿石中,Hpo含量远远大于M po含量(图2。X光衍射分析二者均为单峰,峰值为21065。大宝山矿床中磁黄铁矿颗粒粒度相对较细,一般在0101015mm之间,与磁黄铁矿平衡共生的矿物主要为黄铁矿、黄铜矿,构成近等粒自形、半自形、他形变晶结构,在六方磁黄铁矿背

10、景图3 单斜磁黄铁矿数量和六万磁黄铁矿数量近相等F ig.3M onoclin ic pyrrho tite is app rox i m ately equal tohexagonal pyrrho tite in quan tity标本DB3,单偏光,视域长度为218mm图4太宝山矿区磁黄铁矿X射线衍射曲线F ig.4T yp ical pattern of X-ray diffiracti on analysis ofpyrrho tites from D abao shan depo sit表2马山和大宝山矿床磁黄铁矿特征对比ab le2Con trast of pyrrho tite

11、s characteristics of M ashan andD abao shan depo sits矿床粒度(mm退火平衡结构共生的黄铁矿变斑晶大小及数量结构特点马山大宝山01211501010.5发育较发育大、多小、少HpoµM poHpoM po上出熔形成的单斜磁黄铁矿一般呈棒条状、叶片状、板条状,大小约几至几十微米。镜下观察表明,大宝山磁黄铁矿矿石中,Hpo和M po含量近相等(图3,它们的X光衍射分析特征如图4。马山、大宝山矿床变质成因磁黄铁矿特征对比如表2。2马山、大宝山岩体的成因类型及形成温度关于马山岩体的成因类型,我们未作详细研究,安徽地矿局321地质队和中国地质

12、大学(北京研究分析表明1,马山岩体相当于徐克勤等2划分的同熔型花岗岩。南京地质矿产研究所苏郁香等3研究表明,马山岩体的结晶温度约为9001000。下面我们将重点讨论大宝山岩体的成因类型和结晶温度。(1岩石化学1大宝山岩体的岩石化学分析及主要参数如表3,由表3可知,大宝山岩体Si O2含量高,大于68%,里特曼指数=1.7<118,碱质含量中等,N a2O K2O比值低,A N KC=1.72>111,和徐克勤等2划分的华南改造型花岗岩成分特征相似。(2稀土元素。大宝山岩体的稀土元素含量如表4。由表可知,大宝山岩体稀土总量为220166×10-6L R EE HR EE为6

13、134,Eu=0.82,和徐克勤等2划分的华南改造型花岗岩稀土元素组成特征有一定相似之处。(3锶同位素。大宝山岩体锶同位素组成如表5。由表5可计算其锶同位素初始值I0=0.7102±,这一数值符合徐克勤等2划分的华南改造型花岗岩锶同位素初始值I0>01710的特点。(4氧同位素。据刘垢群等4对我们认为和大宝山岩体是同一岩体的船肚花岗闪长斑岩的石英氧同位素的分析结果,其18O=10.8,和徐克勤等2划分的华南改造型花岗岩的18O大于10.0的结论是一致的。(5钾长石斑晶有序度。根据我们对大宝山岩体钾长石斑晶的X光粉末衍射分析结果,其三斜度131=0,说明正长石,有序度为=0.34

14、,和徐克703第3期何金祥等:对马山、大宝山变质成因磁黄铁矿不同组成结构的认识表3大宝山岩体的化学成分及主要参数T ab le3Chem ical compo siti on s and its m ain param eters of D abao shan p lu ton岩体Si O2T i O2A l2O3Fe2O3FeO M nO CaO M gO N a2O K2O 里特曼指数(碱质N a2O+K2ON a2O K2OA N KC表4大宝山岩体的稀土元素含量(×10-6T ab le4Con ten ts of R EE of D abao shan P lu ton测试

15、者:南京大学分析中心,19931表5大宝山岩体花岗闪长斑岩的Sr同位素组成T ab le5Sr iso topoc compo siti on s of D abao shan p lu ton样品号R b(×10-6Sr(×10-687R b 86Sr87Sr 86Sr测试者:南京大学分析中心,199316。勤等2划分的华南改造型重熔2再生花岗岩钾长石的结构态相似。由以上几个方面的比较,我们认为大宝山岩体的成因类型应属改造型花岗岩。根据大宝山岩体中石英和黑云母的氧的同位素组成4,我们可以计算出氧同位素平衡时大宝山岩体的结晶温度约为700。这和华南改造型重熔2再生花岗岩形成

16、温度低于9002是吻合的。上述马山、大宝山岩体的结晶温度和一般认为同熔型花岗岩形成温度高、改造型花岗岩形成温度低的看法是一致的。3磁黄铁矿的组成结构当岩体侵入到矿体周围并引起矿体发生变质时,根据光片观察和相图(图56,胶黄铁矿在温度升高条件下将转变成磁黄铁矿。若温度升高并伴随着氧逸度升高时,则磁黄铁矿也将转变成磁铁矿。若矿体温度升高而氧逸度未发生明显变化,则在矿石中可见大量磁黄铁矿形成。当磁黄铁矿形成后矿石温度随岩体冷却而降温时,可有两种降温情况,一种是快速降温,另一种是缓慢降温。它们主要受外界热源(岩体所提供的热量控制。根据A rno ld7相图(图6,设原始磁黄铁矿成分Fe S值位于A点,

17、若降温缓慢时(图6,A点降到阿诺德熔线后,将沿阿诺德线改变原始组成,同时有黄铁矿形成。因环境降温缓慢,将允许成分为图5Fe-S-O矿物在氧逸度2温度坐标中的稳定域8F ig.5Stab ility fields of the Fe2S2O system m ineralspH=5,2S=10-3mo l LA的六方磁黄铁矿充分分离出黄铁矿,并不断改变自身成分组成。当六万磁黄铁矿成分改变至B 点时,温度下降至304以下,此时,M po从Hpo 中出熔。依据杜杆原理,此时M po数量小于Hpo 数量。由图6可知,304以上高温条件下,环境降温愈缓慢,六方磁黄铁矿分离出黄铁矿愈多,则原始六方磁黄铁矿

18、成分点就愈向图左侧变化。因而304以下M po从Hpo中出熔时M po含量就愈少,若环境降温迅速,因黄铁矿不能充分从六方磁黄铁矿中分离出,故原始六方磁黄铁矿成分改变相对较小,因而在304M po从Hpo中出熔前, Hpo成分点就相对靠近图右侧(C点,从而在304以下出熔时,依据杠杆原理,M po比例增大,甚至数量上可大于Hpo。显然,环境降温愈快,黄铁矿(常为变斑晶就愈不发育,M po在磁黄铁矿中所占比例就愈大。由此可见,矿石中黄铁矿(变斑晶含量与M po数量存在着负相关关系。我们也可以得出,磁黄铁矿矿石中黄铁矿(变斑晶的发育与否是环境温度变化相对快慢的指示标志。803地球科学中国地质大学学报

19、第21卷图6成分介于FeS 2FeS 2之间的FeS 2S 系统相图F ig .6Phase relati on of FeS 2S system fo r com 2po siti on s betw een FeS and FeS 2由前所述,相对大宝山矿床,马山矿床磁黄铁矿矿石中黄铁矿变斑晶较发育,磁黄铁矿粒度较粗,退火平衡结构较发育,说明马山矿床矿石变质后降温缓慢,而大宝山矿床则相对较快,那么,同受近等大岩体作用为何马山矿床环境降温缓慢,而大宝山矿床环境降温就较快呢?我们认为这是不同成因类型岩体所含热量不同所至。由前面讨论我们知道,马山岩体为同熔型,结晶温度较高,为9001000,而大

20、宝山岩体为改造型,形成温度相对较低,为700左右,显然,马山岩体比大宝山岩体能向环境提供更多的热量以长时间维持周围环境的高温热场,因而马山矿床变质后环境降温缓慢,而大宝山矿床则相对较快。又由前面讨论已知,快速降温条件下,磁黄铁矿组成结构中M po Hpo 大,而缓慢降温条件下,M po Hpo 小,这就解释了马山、大宝山矿床中变质成因磁黄铁矿组成结构上的差别。4结论与意义虽然大宝山、马山矿床变质成因磁黄铁矿中有一部分M po 是后期热液交代形成的,但据光片观察,绝大部分M po 还是在六方磁黄铁矿背景上出熔形成的,为此我们可得出如下结论:(1马山、大宝山矿床中变质成因磁黄铁矿组成结构的不同主要

21、是它们分别形成在不同的降温条件下的结果。快速降温条件下M po Hpo 比例大,缓慢降温条件下则M po Hpo 比例小。(2不同的降温条件是由不同成因类型的岩体向外界提供的热量不同引起的。本次研究的意义在于:(1提供了一个新的定性判别后期火成侵入体对早期形成的硫化物矿床改造强弱的矿物对比标志;(2为进一步探讨下扬子和南岭区区域中生代侵入岩对外界地质体作用的差异奠定了初步基础。参考文献1安徽地质矿产局321队,中国地质大学(北京1铜陵地区铜、金等矿床综合预测1北京:地质出版社,199017152徐克勤,孙鼎,王德滋等1华南花岗岩成因与成矿1见:徐克勤,涂光炽主编1花岗岩地质和成矿关系(国际学术会议论文集1南京:江苏科学技术出版社,198411203苏郁香,毛建仁,岳元珍等1长江中下游中酸性侵入岩长石矿物特征及其地质意义1南京地质矿产研究所所刊,1986,7(3:29384刘垢群,杨世义,张秀兰等1粤北大宝山多金属矿床成因的初步探讨1地质学报,1985,(1:48515顾连兴1江西武山与华南型块状硫化物矿床伴生的燕山期侵入岩1岩石学报,1987,(1:726L arge R R .Chem ical evo luti on and zonati on of m assive sul 2fide depo sits in vo lvanic