太行山南段平顺地区矽卡岩铁矿地质特征及成矿模式探讨_百

1、 卷 (Volume 29, 期 (Number 3, 总 (Total 117矿物 岩石 页 (Pages 53-59,2009,9, (Sept ,2009J MIN ERAL PETROL 收稿日期 :2009-01-04; 改回日期 :2009-06-05基金项目 :全国危机矿山项目 (编号 200614004作者简介 :张海东 , 男 ,27岁 , 博士生 , 矿床普查与勘探专业 , 研究方向 :矿床地质 .太行山南段平顺地区矽卡岩铁矿地质特征及成矿模式探讨张海东 , 刘建朝 , , 薛旭平西安 710054, 主要产于燕山期中性侵 入岩与中奥陶统碳酸盐岩地层接触带及其附近 。 矿化

2、蚀变带明显 , 钠长石化是重要的找 矿标志 。 矿化蚀变带特征和黄铁矿矿物 (206Pb/204Pb =171741181301, 平均值 171993;207Pb/204Pb =151433151551, 平均值 151495 与 早 期 侵 入 岩 (206Pb/204Pb =171859181474; 207Pb/204Pb =151429151431 以及晚期侵入岩 (206Pb/204Pb =171959181223, 平均值 181088; 207Pb/204Pb =151434151566, 平均值 151536 的 Pb 同位素组成均说明晚期 闪长岩是主要的成矿母岩 , 但早期

3、超基性 2基性侵入岩通过被晚期中性侵入岩交代同化 , 大 量铁质进入晚期中性岩浆之内 , 间接为铁矿体的形成提供了物质来源 。晚期侵入体的岩 浆热液不仅是成矿物质的载体 , 而且所产生的压应力和热能成为成矿流体运移的驱动力 。 在成矿过程分析的基础上 , 建立了本区矽卡岩型铁矿床的成矿模式 。 【关键词】 太行山南段平顺地区 ; 矽卡岩型铁矿 ; 早晚两期侵入岩体 ; 成矿模式 中图分类号 :P61111+1 文献标识码 :A文章编号 :1001-6872(2009 03-0053-07 平顺铁矿位于太行山南段山西省长治市境内 ,是华北地区重要的矽卡岩型铁矿矿集区 , 和邯邢铁 矿以及安阳 林

4、县铁矿构成太行山南段矽卡岩型铁 矿床成矿带 。以往研究主要集中在邯郸 邢台地 区 , 提出岩体是由大陆拆沉作用和大洋府冲作用形 成 1,2, 并具有壳幔岩浆混合的特点 3,4, 邯邢成铁 矿的形成受邯郸地幔柱的控制 5等观点 , 并在此基 础上探讨了铁矿床的形成时代和成矿规律 6。 60年代70年代对平顺矽卡岩型铁矿床研究 , 认为流 体温度 、 盐度降低及沸腾作用与磁铁矿沉淀有一定 关系 , 本区岩体与矿体最早被认为由火山喷发作用 形成 7; 随后根据岩体钠化蚀变特征 , 认为铁矿体形 成与闪长岩钠化作用具有成因关系 , 晚期闪长岩为 其主要成矿母岩 ; 并对北落峡矿床流体包裹体特征 进行研

5、究 , 然对铁矿成矿物质来源及成矿模式研究 尚显薄弱 , 基于对蚀变带特征的研究 , 通过对平顺地 图 1 平顺地区地质简图1. 闪长岩 ; 2. 断层 ; 3. 矿床位置 ; 4. 岩浆带范围 ; Q. 第四系 ; C. 碳系 ; O 1. 奥陶系中统 ; O 2. 奥陶系下统Fig. 1 Simplified geologic map of the Pingshun area区具有代表性的芦沟和北落峡两个矿区的岩体蚀变带特征及岩石矿物 Pb 同位素示踪数据分析 , 希望 能够深入探讨本区成矿物质来源和成矿模式 。1 矿床地质背景研究区在大地构造位置上位于吕梁 2太行断块 的太行块隆南段 ,

6、 与邯郸 2邢台和安阳 2林县地区具 有相同大地构造背景 , 空间上处于大型宽缓的太行 山复式背斜的西翼 , 南北向两个宽缓的背斜隆起带 , 控制了东西两个岩浆岩带和东西两个成矿带 , 此为 平顺地区控矿构造的总体轮廓 (图 1 , 断裂和褶皱 均以北北东向为主 , 作用影响 。, 大多呈岩盖 、 。 岩体规模不 大 , , 在走向上呈北北东向串珠状分布 (图 1 。第一岩浆 岩带 (东边 岩性较复杂 , 由早期 、 晚期侵入岩组成 , 第二岩浆岩带岩性相对较简单 , 主要为晚期侵入岩 。 早期侵入岩以橄榄辉长辉绿岩为主 , 晚期侵入岩主 要为中性闪长岩 2二长闪长岩 , 在二者接触部位形成

7、混染暗色不等粒闪长岩 。早期 、 晚期侵入岩体具有 相似的岩石地球化学特征 , 表现为 :低硅高镁 ; 轻稀 土富集而重稀土亏损 , 并显示轻微 Eu 正异常 ; 富集 大离子亲石元素 (如 Sr ,Ba , K 和亏损高场强元素 (如 Nb , Ta , Ti ; 富集放射性成因 Pb 。它们说明两 个岩浆岩带均起源于富集地幔 , 但在上侵定位过程中受到不同程度下地壳的混染 9。矿区出露地层简单 , 主要为中奥陶统马家沟组 灰岩和泥灰岩 , 组分为 6个岩性段 , 第一 , 三 , 五岩性 段以泥灰岩为主 , 第二 , 四 , 六岩性段为中厚层纯质 灰岩并夹有少量泥质灰岩和白云岩 。 矿体主

8、要产于 马家沟组第二岩性段与闪长岩的内外接触带 , 其次 是第四岩性段 , 而一 , 三 , 五岩性段的泥质灰岩一般 不成矿 。2 2. 126个 , 矿体大小不等 , 长度 , 每个矿区均有一 、 二个或几 个比较重要的主矿体 , 它们的储量常占矿区总储量 的 70%以上 。由于构造应力集中在背斜倾未端及 其本部 , 岩层褶皱后产生的层间滑动 、 裂隙 、 断裂多 集中在此处 , 为矿液聚集形成有利空间 , 褶皱和接触 带成为主要的控矿和容矿构造 。 矿体的形态故而明 显受到接触面及周边构造形态的控制 , 呈不规则板 状 、 透镜状 、 分枝状 、 羽状及其他各种形状 (如后墁 、 北洛峡

9、, 另外还有一些规模很小的囊状 、 窝状矿体 , 总的来说 , 这种接触交代型铁矿矿体小 , 成群出现 , 矿体形态变化复杂 (图 2,3 。 矿体分布于岩体的顶 部 、 周边地区以及岩体内部 。岩浆上拱使其顶部围 岩发生层间滑动 、 层间剥离或形成脱顶构造 , 后经热 液交代在岩浆顶部形成铁矿体 ; 同时岩浆还要发生 侧向挤压 , 由于围岩抗挤压能力的不同 , 使岩浆与围45矿 物 岩 石 2009 图 3 北落峡 27勘探线剖面矿体分布图O 24. 马家沟灰岩四段 ; O 23. 马家沟灰岩三段 ; O 22. 马家沟灰岩二段 ; 2. 闪长岩、 二长闪长岩 ; O 1. 下奥陶统Fig.

10、 3 Distribution map of iron deposits along 27exploration line in the Beiluoxia 岩形成相互穿插构造 , 并在岩体两侧有利成矿部位形成铁矿体 ; 同时岩浆在上升的过程中还要捕获大量围岩 , 经后期热液交代矿化 , 并形成铁矿体 (图3 。图 2 第一岩浆岩带地质简图Fig. 2 Simplified geologic map of the first magmaticzone2. 2 矿石物质组成及结构构造特征矿石矿物以磁铁矿为主 , 次为黄铁矿 , 还有微量的磁黄铁矿 , 黄铜矿和铜蓝等 。 脉石矿物以透辉石和碳酸盐

11、矿物为主 , 次为角闪石 、 镁橄榄石 、 石榴石 、 绿帘石等 。晚期蚀变矿物有透闪石 、 金云母 、 铁云母 、 绿泥石 、 蛇纹石 、 滑石 、 及晚期碳酸盐矿物等 。矿石结构以自形 半自形和他形结构为主 , 其次为包含状结构 、 熔蚀和交代残余结构 、 压碎结构 ; 矿石构造以浸染状 、 致密块状 、 条纹 条带状 、 斑杂状 、 细脉状为主 , 并含有 少量晶洞状 、 角砾状和胶状构造 。2. 3 蚀变带特征本区矽卡岩型铁矿床近围岩均有不同程度的蚀 变 , 不同类型的蚀变作用在时间上有先后 , 在空间上 往往互相叠加 , 但蚀变分带特征仍十分明显 (图 4 。 根据蚀变带内矿物种类和

12、含量的不同 , 从岩体到围 岩可将蚀变带依次划分为以下 5个带 1:钠长岩 带 (白色带 , 岩石颜色由于暗色矿物显著减少或消 失而明显变浅 , , 变强 , 、 厚 ; 次透辉石 钠长石岩带和球状葡萄石带 (灰绿色带 , 相对于钠 长岩带颜色明显加深 , 由于含有次透辉石而呈现微 绿色 , 具半自形粒状结构 , 同时向花岗变晶结构变 化 , 具块状构造 。 此带还可看到葡萄状圆球构造 , 球 状葡萄石被钠长石岩熔融交代 , 透辉石呈长柱状或 短柱状 。该带主要矿物有钠长石 、 次透辉石 、 葡萄 石 、 方解石等 ; 透辉斜长石岩带 (绿色带 , 蚀变带 中透辉石含量增加 , 呈短柱状或粒状

13、 , 绿色 , 半自形 粒状结构 , 有钠化 、 葡萄石化 、 及更晚期的云母类迭 加 。 主要矿物有斜长石 (常见绢云母化 , 黝帘石化 、 透辉石 , 晚期有角闪石 、 绿泥石 、 钠长石 、 绿帘石 、 碳 酸盐迭加 , 有时见到少量角闪石巨大残留晶体被透 辉石交代 ; 磁铁矿体带 :由磁铁矿等金属矿物交 代大理岩而成 , 可见磁铁矿 , 黄铁矿 , 还含有少量黄 铜矿 , 铜兰等金属矿物 。磁铁矿体主要迭加于矽卡 岩带和大理岩带的接触带上 , 同时发育角闪石化 , 绿 帘石化等 ; 大理岩带 , 碳酸盐岩围岩受侵入岩体 55 第 29卷 第 3期 张海东等 :太行山南段平顺地区矽卡岩铁

14、矿地质特征及成矿模式探讨 热变质重结晶作用形成大理岩 , 宽度不等 , 从数十米到数百米 , 是重要的找矿标志之一 。图 4 北落峡 301勘探线矿化蚀变带剖面图1. 闪长岩 ; 2. 钠长岩 ; 3. 矽卡岩 ; 4. 铁矿体 ; 5. 透辉石岩带 ;6. 大理岩Fig. 4 The profile of mineralized alteration zone along301exploration line in Beiluoxia3 成矿模式探讨3. 1, 分别在本区第 282个钻孔 (图 5中 A ,B 部分岩芯进行取样分析 (表 1 。 结果表明钠长石带中Na 2O 质量分数最高 ,

15、 而 K 2O 和 TFe 的质量分数相对较低 , 次透辉石钠长岩带和葡萄石带以及透辉斜长岩带中的 Na 2O 质量分数变小 , K 2O 和 TFe 质量分数相对增高 , 尤其在透辉斜长岩带向磁铁矿带过渡中 , TFe 质量分数表现为突变性增大 (图 5 。由此可以认为 , 未蚀变的闪长岩在高温富含挥发份流体的作用下 , 岩石中暗色矿物 (角闪石 、 黑云母等 和表 1 平顺地区第 28勘探线钻孔岩芯样品分析结果表T able 1 Analysis results of core samples from 28explorationline in the Pingshun area样品编号

16、w (K 2O /%w (Na 2O /%w (TFe /%0011. 307. 852. 680021. 157. 003. 620032. 008. 753. 640041. 257. 303. 960051. 406. 457. 930060. 966. 359. 210070. 357. 303. 670080. 404. 508. 400090. 857. 854. 300100. 505. 605. 020110. 309. 902. 180120. 408. 703. 730130. 858. 703. 730141. 208. 803. 440448. 005. 206. 63

17、0451. 756. 455. 390462. 553. 455. 150470. 754. 807. 750481. 254. 00 6. 550492. 008. 152. 490501. 723. 0513. 270510. 738. 0013. 640520. 907. 755. 89图 5 北落峡 28勘探线剖面图及岩芯 K 2O ,Na 2O , TFe 分布曲线图1. 透辉斜长岩及透辉石化闪长岩 ; 2. 透辉石岩 ; 3. 闪长岩 ; 4. 铁 矿体 ; 5. 岩体上侵方向 ; 6. K 2O 变化曲线 ; 7. 透辉钠长岩及球粒 葡萄石岩 ; 8. 钠长岩 ; 9. 透辉石化

18、闪长岩 ; 10. 大理岩 ; 11. TFe 变化曲线 ; 12. Na 2O 变化曲线Fig. 5 K 2O ,Na 2O , TFe distribution curves of core sam 2 ples along 28exploration line in Beiluoxia area 磁铁矿大幅减少或消失 , 热液带出铁质和 K 2O , 而 带入 Na 2O , 形成大量钠长石等蚀变矿物 。在钠长 岩带中 , 钠化蚀变作用从岩体到围岩逐渐增强 , Na 2O 质量分数渐趋增高 , 铁质和 K 2O 质量分数逐 渐降低 , 褪色现象也明显增强 , 深灰色闪长岩类渐变 为灰 2

19、灰白色钠长岩 。 钠长石化的范围 、 强度与矿体 规模成正比 , 即钠化越强 、 范围越大 , 则矿体规模越 大 , 钠长石化完全可以成为本区重要的找矿标志 。 从上述蚀变作用带中元素的带入带出关系不难 看出 , , 在岩体 65矿 物 岩 石 2009 图 6 207Pb/204Pb 2206Pb/204Pb 同位素相关曲线图解 (据杨学明等 ,200014修改 N HRL. 北半球参考线 , 地球等时线年龄为 4155Ga ; DM. 亏损地幔 ; BSE. 全硅酸盐地球 ; EM I. 富集地幔 I ; EM II. 富集地幔 II ; HIMU. 具有高 U/Pb 比值的地幔 ; PR

20、EMA. 普通地幔Fig. 6 Correlation curves of isotope 207Pb/204Pb 2206Pb/204Pb (modifiedfrom Yang Xunming et al , 200014就位以后 , 受钠化蚀变形成白色钠长岩带 , 并将铁质 转化为富含铁质溶液 , 最终形成铁矿体 。 3. 2 成矿物质来源铅同位素组成除受放射性衰变和混合作用影响 外 , 不会在物理 、 化学和生物作用过程中发生变化 , 即在矿质运移和沉淀过程中铅同位素组成保持不 变 10。 因此铅同位素组成是示踪成矿物质来源最 直接 、 最有效的一种方法 , 被广泛应用于各种矿床的 研究

21、中 。在第一岩浆岩带芦沟矿区 , 挑选与磁铁矿共生 的 3件黄铁矿样品 、 4件晚期中性岩样品和 2件早 期超基性岩样品 , 其中 3件黄铁矿样品均采自西安 里芦沟矿区 , 因为与磁铁矿共生在一起 , 试分 析 (表 2 结 , 204Pb 表 2 同位素分析测试结果 T able 2 The result of isotope analysis in rocks and min 2erals in the Lugou deposits样品号岩石类型206Pb /204Pb 207Pb /204Pb 208Pb /204Pb LB 2118. 30115. 55137. 9369. 38LB

22、22磁铁矿体中的黄铁矿 17. 93715. 50137. 9119. 3217. 74115. 43337. 6439. 21SG201早期橄榄辉长辉绿岩18. 47415. 43137. 3749. 1317. 85915. 42937. 5099. 19暗色不等粒闪长岩 18. 12515. 43438. 2899. 17SG30918. 04415. 56638. 4029. 44SG105晚期闪长岩 2二长闪长岩 17. 95915. 53138. 2799. 38171741181301, 平 均 值 171993; 207Pb/204Pb =151433151551, 平均值 1

23、51495 与岩体铅 (早期侵入岩 206Pb/204Pb =171859181474, 207Pb/204Pb =151429151431; 晚期侵入岩 206Pb/204Pb =171959181223, 平均值 181088; 207Pb/204Pb =151434151566, 平均值 151536 的同位素组成接近 , 说明矿石铅与岩体铅具有大致相同来源 ; 在 206Pb/204Pb 2207Pb/204Pb 演化模式图解上 (图 6 , 所有样品都落在地球等时线的右侧 , 以 富集放射性成因 Pb 为特征 , 说明源区应富 集大离子亲石元素 U , Th , 属于富集地幔型 。

24、所选 9个样品在图中明显形成了两组 , 中性 岩 、 黄铁矿组成一组 , 靠近下地壳 , 说明其受到下地壳混染作用相对较强 , 黄铁矿的形成 与中性岩关系较密切 , 由于所选的黄铁矿样品与磁铁矿共生 , 同时也说明本区磁铁矿的形成与晚期中性岩侵入作用关系较密切 ; 超 基性岩 、 暗色不等粒闪长岩以及一件黄铁矿 样组成另一组 , 说明铁矿体的形成与早期基性 2超基性侵入岩关系较小 , 但也有一定的贡献 , 可能是早期基性 2超基性侵入岩体部分被晚期中性侵 入岩体同化 、 交代 , 大量铁质进入晚期中性岩内 , 经 后期钠化蚀变 , 铁质析出 , 在有利的部位形成磁铁 矿 , 间接为铁矿体的形成

25、提供了物质来源 。另外 , 蚀变带中元素的带入带出关系也说明了 晚期中性岩是铁矿的主要成矿母岩 , 在其就位以后 , 受钠化蚀变作用 , 铁质析出 , 形成富含铁质溶液 , 最 终形成铁矿体 。 3. 3 铁质运移及沉淀、 金云母 、 透闪石 -阳 , F ,Cl 等挥发组分 。根据赵 6,15的研究 , 结合本区地质特征分 析 , 认为本区矽卡岩型矿床 Fe 元素主要以含 F ,Cl 的络合物形式迁移 , 而碳酸盐岩是 Fe 络合物最重 要的沉淀剂 。 碳酸盐岩可以提供大量的碳酸钙 , 使 Fe 的络合物分解后产生的 HCl , HF 等强酸得到中和 , 络合物得以分解 , 磁铁矿才能不断沉

26、淀 。 这也是 本区马家沟组二 、 四段纯质灰岩成矿 , 而一 、 三 、 五段 泥灰岩不成矿的一个佐证 。 3. 4 成矿模式 研究认为钠长岩带与铁矿床的形成有关 , 据以 往钻孔资料显示 , 钠长岩最厚达 300m 左右 , 这显 然不可能是侵入体在边部已经结晶成岩的情况下 , 内部残余的热液一次性导致形成如此大规模的蚀 变 , 很可能是晚期侵入岩中具有多次岩浆侵入导致 的结果 , 这也得到了晚期侵入岩由闪长岩 、 二长闪长 岩和细小正长岩脉组成的论证 。 在后期侵入岩体的 热液和高热能的作用下 , 前期岩体发生钠化蚀变 , 带 出铁质形成钠长岩 。李九玲等 16通过对闪长玢岩75 第 2

27、9卷 第 3期 张海东等 :太行山南段平顺地区矽卡岩铁矿地质特征及成矿模式探讨58 矿 物 岩 石 2009 钠长石化的实验研究说明上面推断是合理的 , 在适 宜的富碱含硅的溶液作用下 ,闪长玢岩在 500 以 上可以发生钠长石化 。 本区岩体多呈岩床或岩株产出 ,露头较好 ,在第 一岩浆带许多地方可见到不同期次的侵入体平面上 呈同心带状或不规则同心带状分布 ( 图 7 , 由外围 向核部岩性成分具有从中酸性向基性2超基性演化 的趋势 。由此可以判断 , 与本区矽卡岩型铁矿密切 相关的钠长石化岩石的原岩为晚期侵入岩 , 提供成 矿物质 ,并与早期侵入岩作用 , 同化部分早期基性2 超基性侵入岩

28、 ,形成富含铁质岩体 ,同时晚期侵入岩 内部最少也有 2 次 3 次脉动岩体侵入 , 其所含热 液不仅是成矿物质的载体 , 而且所产生的压应力和 热能也成为成矿流体运移的驱动力 。 图 8 所示 。 该成矿模式的意义在于 : 本区矽卡岩型铁矿 的形成在区域构造上受邯郸地幔柱控制 ; 矽卡岩 型矿床多形成于中期侵入体与碳酸盐岩的接触带附 近 ,晚期侵入岩内部最少也有 2 次 3 次岩体侵入 , 其所含热液不仅是成矿物质的载体 , 而且所产生的 压应力和热能也成为成矿流体运移的驱动力 ; 晚 期中性侵入岩体由于析出铁质而钠长石化 , 是重要 的找矿标志之一 , 且钠长石化愈强 , 成矿规模愈大 ;

29、 由于早期基性2超基性侵入岩体部分被晚期中性 侵入岩体同化 、 交代 , 大量铁质进入晚期中性岩内 , 间接为铁矿体的形成提供了成矿物质 。 图8 平顺地区矽卡岩型铁矿成矿模式 1. 中奥陶统马家沟灰岩 ; 2. 钠长岩 ; 3. 晚期基性2超基性侵入岩 ; 4. 中基性杂岩 ; 5. 闪长岩 ; 6. 矿质运移方向 Fig. 8 Metallogenic model of skarn iron ore depo sit s in t he Pingshun area 图7 北落峡矿区南部岩体平面分带示意图 Fig. 7 Schematic plan map of zo ning of roc

30、k bodies in so ut h of t he Beiluoxia o re dist rict 邢积善等 认为平顺地区和邯邢地区的中生 代铁矿床形成在大地构造上共同受邯郸地幔柱控 制 ,柱头分布于燕山造山带下 ,热浮物质不断堆积于 柱头 中 , 在 上 升 的 过 程 中 与 下 地 壳 形 成 的 接 触 带 18 ,19 ,由于热力集中 ,易使岩石圈破裂 , 热浮物质 17 4 结 论 K2 O ,Na2 O 和 TFe 质量分数的变化趋势 ,说明岩体 在发生钠化的过程中 ,Na2 O 被带入 ,而铁质和 K2 O 被带出 ,在有利的成矿地段形成铁矿体 。 41 2 铅同位素示踪

31、研究 ,说明晚期闪长岩是主要的 41 1 北落峡 28 勘探线上的两个钻孔岩芯样品的 上涌 ,形成一套偏碱性中基性侵入杂岩 , 相应在平 顺、 邯郸和安阳等地形成铁矿床 。在此基础上 ,参考 余元昌等 20 和郑建民 21 所提出的成矿模式 ,结合铁 矿体形成的大地构造环境 , 建立本区的成矿模式如 成矿母岩 ,但早期超基性2基性侵入岩也提供了一定 了物质来源 ,结合该区早期 、 晚期侵入岩的时空分布 关系 ,早期超基性 - 基性侵入岩很可能是通过被晚 期中性侵入岩交代同化 , 大量铁质进入晚期中性岩 浆之内的方式 ,间接为铁矿体提供了物质来源 。 参考文献 1 邓晋福 ,赵国春 ,赵海玲 ,

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38、an g U ni versi t y , X i an an 710054 , Chi na Abstract : The Pingshun skarn iro n depo sit s in t he so ut hern Taihang Mo untains of Shanxi Prov2 ince mainly occurred alo ng t he co ntact zo ne bet ween Yanshan intermediate rocks and Middle Or2 dovician carbo nate rocks. The mineralizatio n and alteratio n showed p ro no unced zo ning wit h albi2 tizatio n being t he important ore2hunting indicator . 208 Pb/ 204 Pb and 207 Pb/ 204 Pb 206 Pb/ 204 Pb ratio s of p yrite were in t he ranges of 171 741 181 301 ( average 171 993 and 151 433 151