沉积变质_热液交代型稀土_铁矿床的成因特征

1、1973年3月GEOCH1M1CA第期© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, hnp'vv © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, hnp'vv 沉积变质-热液交代型稀土、鉄矿床的成因特征王中刚李統苏贤译我们研究了一种特殊类型的稀土和铁的矿床，它是由于沉积变质作用以及后期来自 岩浆的热液交代作用的迭加而

2、形成的。这是一个历史悠久的矿床，H 1928年我国地质工作者发现以后，许多学者都在这里 做过大屋的研究工作。由于地质情况复杂，因而对于矿床成因的探讨，是硏究者们广泛感 兴趣的问题，迄今为止，提出了冬种不同的见解。近儿年来，随着地质工作的进一步开展， 我们对矿床的成因问题有了一些新的认识，将在本文予以讨论。一、矿床地质矿床位于地台向地槽过渡的地带。地台区由太古代的片麻岩系及花岗岩基组成，并 广泛分布有富含稀土元素的花岗伟晶岩。矿床分布地区在元古代时逐渐下沉，接受了一 套浅海相的碎屑岩与碳酸岩沉积，其特点是厚度大，岩相变化显若。吕梁运动时期，区内发生裙皱H动，隆起而形成一个近于东西方向的构造，并发

3、疗有 大的断裂（图1）。到了晚芒生代又有强烈的运动，最初为规模不大的辉长-闪反岩侵入，其后则为大量 的花岗岩侵入，后者因与元古界地层发生同化混染和接触交代作用而在边缘部分形成角 闪石-黑云母花岗岩或花岗正长岩及辉石正长岩等偏碱性的岩相，其厚度仅数米至数十 米，主体部分则为黑云母花岗岩。含矿带主要由元古界的白云岩组成。在这一层中，岩性是复杂的，除白云岩外，还有 少量的板岩、石英岩、白云质石英岩等，其巾分布有大小不等的铁矿休，而白云岩本身普遍 有稀土矿化,只是在热液交代作用强烈发育的地段更为富集。矿体与個岩是整合的，二者 之间没有明显的界限。矿床的矿石成分也是复杂的，它把稀七、铁等以及钠、飙、磷、

4、硫、做等的矿化与交代都 集合在一起了°矿石成分的复杂性主要由下面两个因素所造成：1经受交代作用的原始 岩石的成分是刘杂的；2.交代溶液的成分、性质以及发展阶段的不同。因此，在矿体内呈 现了不同类型矿石的水平的和垂直的带状分布现象（图2）。在图2的剖面中基本上包括了所有矿石的种类，除此之外，在矿区东部花岗岩与白云 岩的按触带，尚分布有按触交代作用产生的镁矽卡岩矿石。矿石中稀土的成分以钿族为主，锂族稀土的含虽很低。稀土的硅酸盐类旷物（褐帘石、硅钛笳犷等）主要产在钱矽卡岩带，与透辉石、金云母、 硅镁石共生;稀上的磷酸盐类矿物（迪居石）除主要分布在白云岩中外，还常与含碱金属的© 1

5、994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, hnp'vv G 一 99P2£HQchina>dc:2.c JuumLEkctronk: publishing Ek>usu A= rEHS reserved.hupy.M wvvxnr.na图】 矿区地质示意图1 黑云母花岗君：2 剖面线：3 薛长岩和辉艮闪长岩：仁太古界地层：5 混合岩化岩石：0石英岩.砾岩；7 石英岩、扳営：$ 南部主突为白云岩夹石 英岩、板君等北矩主婪为石灰岩（两者是否为同一层

6、，尚特硏处）：9 板岩夹石英岩；10 铁矿体：11 宕展走向、倾向：【2 实風及推測断层；13地层界线; H 侵入依界线。#地 球 化 学1973年图2 矿体剖面示总图1 板岩.黑云母化板岩爭；2 钠闪冷化白云岩；3 含独居石的白云岩；4 石英岩及致密硅质岩; 5 萤石-石英岩；6克石岩、萸石-霓石岩等；7 块状磁铁矿"石；8 块状赤铁fiTM石；九条带 状萤石-赤佚犷矿石及萤石-磁铁矿赤铁矿矿石；1（）右英-瑟铁旷-赤铁犷矿衣；H 白云母-磁 钱矿矿石：12钠闪石-班洪矿矿石；13 宛石-磁铁矿犷石：14 口云岩。硅酸盐矿物讷辉石、钠闪石、金云母等共生;桶土的氟碳酸盐类矿物（氟碳篩

7、矿、氟碳钙钵 矿、黄河矿年）常与萤石、重晶石、礴灰石及部分与钠辉石、钠闪石共生。上述稀土矿物中稀土对军的配位数较高（多数在10以上），均以强选择钵族稀土配分 为特征。只有一些比较次要的含稀土矿物易解石、确灰石、萤石、方解石等相对的含 有较高的铤族稀土，这些矿物的稀土配分属于完全配分型（图3）。二、矿床成因关于本矿床的成因，目前存在着各种不同的看法，归纳起來，有以下几方面：1认为是与花岗正长岩有成因联系的热液矿床，矿质与挥发分来源于花岗正长岩岩 浆；2矿质与挥发分均为沉积岩中原有的，经变质作用及热液交代作用而富集；3. 铁矿石是沉积变质成因的，而稀土是花岗正长岩的派生热液成因的；4. 认为矿床属

8、于碳酸岩型，只不过尚未找到与之有关的碱性超基性杂岩。我们认为，提出这样一些不同的见解是可以理解的，一方面是由于矿床地质情况复 杂；另一方面是研究资料的积累尚不充分。但是，我们相信，随养工作的深入，对于矿床的 成因问题,可以得到一个比较符合客观实际的认识。本文拟就以下三个问题进行讨论。（一）矿质的来源1. 如前所述，矿区南部的地台区有广泛分布的富含舖族稀土元素的花岗伟晶岩，其年 龄为18亿年，而木区含矿地层的年龄为14亿年左右，此外，前者中稀土元素的成分亦以 CeXY为特征，与本区情况大体吻合。因此，可以考虑，富含晞土元索的古老基底可能 是本区稀土物质的供给者。2. 矿体产状与围岩一致。稀土的矿

9、化除在强烈地受到钠、撅交代作用的地段更为富 集外，一般分布比较均匀，矿化范围亦受白公岩的分布范围所控制，并且在一些受钠、氟热 液交代作用很微弱或基本上不受热液交代作用的白云岩中，仍然有很高的稀土含屋C父在白云岩中，桶土矿物以独居石为主，它呈浸染状或细脉浸染状分布，其附近往往 没有钠、氟热液交代作用的迹象。4上述白云岩中独居石的年龄测定值为15亿年左右以，亦即与元古界的沉积时代相 当，显然，这一部分稀土矿物的形成与古生代花岗岩的派生热液交代活动无关。5. 从稀土配分特征来看，受热液交代作用强烈的地段形成的矿石和岩石与含独居石 白云岩比较接近,而与花岗岩相差较大（参阅表l）o表1各类矿石与岩石中的

10、Ce/ZY值岩石与矿石种类含独居石的 白云岩緘报交代作用 强烈的稀土 富集地段的矿石花岗岩与白 云岩的接独 交代带的岩石照云每花岗岩XCc/2；Y70493076.为了査明矿体内大量存在的铁的来源问题，曾对磁铁矿和赤'佚矿巾氧的同位素组994-20IQ China Acadvrnic Journo) Ekctroaic Publishing House. All rights rescued. hllp:.第1期王中刚、李绍柄、苏贤泽：沉积变质-热液交代型稀土、铁矿床的成因符征11成用浮沉子法进行分析王館芝：1964,浮沉f法在測定磁伕子的审同位素组成上的应用。，测定结呆如表2所示。同

11、时，为了对比起见，用同样的方法测宦 了确认为是来自岩浆源的热液交代成因的某铁矿中磁铁矿的氧同位素组成（表3）o从这 两个表中可以看出，这两个矿床的成因显然是不同的。我们有理由认为，本区铁矿物中窜表2本矿床铁矿物中氧的同位素分析的同位素组成与主要为热液交代作用的铁标本号矿物名称釆来地点 矿物是不同的V密度差（T）表3某热液交代成因的34磁铁矿99I【矿上盘H矿中部+ 9.8+2.9II*1 MiLj U J铁矿氧的同位素分析56赤铁矿99H矿下盘+ 3.7+ 8.3标木号矿物名孙密度差O）7>>99+ 8.0铁T磁铁矿+ 11.78”+ 8.01()+ 13.99磁彊矿H矿东北+ 4

12、.011十M.410赤铁矿I矿上盘+ 10.01299+ 11.91199+ 2.213+ 12.912磁诙矿1矿中部+ 4.014+ 12.713赤決矿M+ 11.11099+ 13.81499I犷下盘“ +5.525>>+ 18.015”99+7.026”+ 16.07.在研究矿石结构、构造时，经常可以见到沉积变质时期形成的石英-磁铁矿矿石及 含磁铁矿石英岩、含菱铁矿白云岩受到后期热液交代的残留。以上事实说明，矿床中一部分稀土物质，尤其是钟族稀土以及大呈的鉄是由沉积作用 产生的。但是，不能忽视还有一部分稀土物质是来源于花岗岩岩浆的，可以用以下事实说 明：1 矿区內花岗岩的年龄为

13、270 ± 10 （ X 106）年，而矽卡岩及矿化富集地段的交代成因 的矿物一一金云母、白云母以及含稀土的矿物易解石的年龄测定结果也大体与之相 当；2在空间上，花岗岩与矿化富集部位，同样受着东西向构造的控制； 3.本区的花岗岩富于钾、钠。从其演化过程还可以看出，从早期的中粗粒黑云母花岗 岩-细粒黑云母花岗岩f到晚期的浅色花岗岩，主要造岩元索的变化是：一价阳离子钾、 触的含量逐渐増加，二价阳离子钙、镁的含虽逐渐减少。岩浆演化晚期形成的浅色花岗岩 中的副成分矿物萤石的含量剧增，独居石、黄铁矿亦有增加。以上说明了岩浆分异晚期 飙、硫等挥发分以及碱金属、稀土元素的含虽:是增加的；4. 花岗

14、岩与白云岩接触处产生的矽卡岩化作用（矽卡岩中经常有大虽的萤石脉及钠 长石脉）以及犷化高集地段强烈的钠、氟交代作用，充分说明了花岗岩对成矿的影响。而 钠、氟大凰从花岗岩浆中逸出，与由围岩带入的碳酸根一起，对于稀土等矿质的运移和在 条件改变时使稀土沉淀是极为有利的。因而在矿区的钠、氟热液交代作用愈显著的地段, 稀土的矿化愈强；5. 矿石中稀土配分情况亦反映了花岗岩的稀土成分的影响，尤其在接触带表现得更 为明显（参见表Do通过以上事实的分析，我们认为，矿床中的稀土物质一部分是沉积岩中原有的；一部 分则是来自于岩浆源的。并且，从表1所列各岩石及矿石中的龙Ce/£Y比值分析,不难看 出，沉积岩

15、中的稀土占了较大的比例。而铁质可能在沉积作用巾的形成更为主要。（二）矿化过程对于矿质来源问题有了比较清楚的认识以后，再来探讨这个复杂矿床的矿化过程就 比较容易了。根据物质来源情况并结合岩石、矿石及矿物的年龄值的测定以及交代作用等 可以将矿化过程划分为两个主要的成矿期，即沉积变质成矿期与热液交代成矿期（表4）。喪4地质体的年龄值与成矿期的划分地质体测定&'物年龄值（xi（r年）成矿期划分白云岩方恪L1400±100沉积变质成矿期白云岩中级居宕独居石1500±100u,黑云母花岗岩黑云母270 土 10热液交代成矿期细帅黑云母花岗岩黑云母250±20矽

16、卡岩金云母白云母2s0±20钠、矩热祕交代 地段的易解石易解石230+20还可以进一步划分为以下三个阶段：1沉积作用阶段元古代时期，在本区沉积了浅海相的、岩性变化大且富含铁、稀土的硅质、硅铝质碎屑 岩及碳酸岩建造。稀土可能来源于富含稀土元素的古老基底。2.变质作用阶段根据本区元占界地层的岩性分析，应属浅区域变质相。变质作用的结果表现为白云 岩的重结晶作用以及硅、铝质岩石转变为石英岩及板岩。白云岩中的稀土与砂此时已成 为独居石晶出，呈浸染状或细脉浸染状分布于结晶质白云岩中，铁质则以铁白云石、菱铁 矿、赤铁矿、磁铁矿等形式晶出。3 交代作用阶段（1）矽卡岩化阶段在花岗岩与白云岩的接触部位

17、形成厚约几十闻米到十几米的镁 质矽卡岩，主要由透辉石、金云母、硅镁石、磁铁矿、萤石等组成，所含的稀土矿物主要是硅 酸盐类，如褐帘石、硅钛铀矿、确硅钙钵矿等。（2）热液交代作用阶段热液交代作用对于稀土元素的富集起了重要的作用，然而、这个作用的过程是复杂的,主要表现有以下三个特征：A. 多组分性 除了钠、氟为主的交代作用外，还伴随有钾、磺、硫、钺的交代作用；B. 选择性表现为不同成分的围岩对交代作用的控制，其特点是氟的交代沿白云岩 发育比较显著，钠的交代则常沿石英岩发育；C. 阶段性还可以划分出早期秋的交代、氟的交代以及腕期铀的交代、氟的交代等° 然而，由于围岩岩性对交代作用的控制而呈现

18、的选择交代起了较为主要的作用，使得交代作用沿着围岩层位而呈有规律的带状分布。这一阶段形成的稀土矿物主要是氟碳酸盐类及独居石、易解石等。（3）热液脉状充填阶段主要表现为形成各种不同矿物组合的细脉，矿物种类与上 一阶段形成的大体相同。（三）与某些相似类型矿床的比较1. 美国新泽西州的斯克瑞奥克斯（Scrub Oaks）矿床，虽亦为铁、氟、稀七的矿化，但 其成因上主要与花岗岩有关，从而形成了较多的铉族稀土的矿物（磷锂矿、冠碳钙铉矿）而 不同于本矿床；2. 本矿床的元素与矿物组合与许多碳酸岩型矿床相似，但在本矿区内尚未发现碱性 超基性岩，并且白云岩层是外生的，矿体的产状与形状皆不同于一般的碳酸岩型矿床

19、；3. 芙国加利福尼亚州的蒙廷帕斯（Mountain Pass）矿床的稀土矿化亦与本矿床有相似 之处，不同的是在那里被认为有成因联系的岩浆岩是花岗正长岩，含矿碳酸岩脉体厲围岩 是不整合的穿切关系，铁的矿化亦不显著°结 论我们所硏究的矿床是一个沉积变质作用和来自花岗活浆的热液交代作用迭加而形成 的稀土和铁的矿床，矿质大部分是沉积岩层中原有的，而后期又有一部分来自于花岗岩岩 浆，因此，它是一个多元成因的矿床，是一种新的稀土和铁的矿床类型，可以称为沉积变 质-热液交代型稀土、铁矿床。在有前寒武纪沉积变质岩的分布又有后期酸、碱性岩浆活 动的地区，应注意寻找这一类型的矿床。（收稿H期1972年12月）参 考 文 献1 CepuieuKO 几 11, 3otob A., IIotcmkhh K. B.: 1964, Pe耶】le ajeMeum b ocaxomiux h MCTaMopnaecKHx nopoax. b kh. «Pe入khc axeMeiiTu b ocaGomiux n MetaMopHqecKBx uopoAax» «HayKa».2 TyrapniiOB A. H.: 1963, FeoxHMHccKMe oco6eHHOcrn meaoquwx meT