沉積變質(zhì)_熱液交代型稀土_鐵礦床的成因特征

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 沉積變質(zhì)-熱液交代型稀土、鉄礦床的成因特征王中剛李統(tǒng)蘇賢譯我們研究了一種特殊類型的稀土和鐵的礦床，它是由于沉積變質(zhì)作用以及后期來自 巖漿的熱液交代作用的迭加而

2、形成的。這是一個歷史悠久的礦床，H 1928年我國地質(zhì)工作者發(fā)現(xiàn)以后，許多學(xué)者都在這里 做過大屋的研究工作。由于地質(zhì)情況復(fù)雜，因而對于礦床成因的探討，是硏究者們廣泛感 興趣的問題，迄今為止，提出了冬種不同的見解。近兒年來，隨著地質(zhì)工作的進一步開展， 我們對礦床的成因問題有了一些新的認識，將在本文予以討論。一、礦床地質(zhì)礦床位于地臺向地槽過渡的地帶。地臺區(qū)由太古代的片麻巖系及花崗巖基組成，并 廣泛分布有富含稀土元素的花崗偉晶巖。礦床分布地區(qū)在元古代時逐漸下沉，接受了一 套淺海相的碎屑巖與碳酸巖沉積，其特點是厚度大，巖相變化顯若。呂梁運動時期，區(qū)內(nèi)發(fā)生裙皺H動，隆起而形成一個近于東西方向的構(gòu)造，并發(fā)

3、療有 大的斷裂（圖1）。到了晚芒生代又有強烈的運動，最初為規(guī)模不大的輝長-閃反巖侵入，其后則為大量 的花崗巖侵入，后者因與元古界地層發(fā)生同化混染和接觸交代作用而在邊緣部分形成角 閃石-黑云母花崗巖或花崗正長巖及輝石正長巖等偏堿性的巖相，其厚度僅數(shù)米至數(shù)十 米，主體部分則為黑云母花崗巖。含礦帶主要由元古界的白云巖組成。在這一層中，巖性是復(fù)雜的，除白云巖外，還有 少量的板巖、石英巖、白云質(zhì)石英巖等，其巾分布有大小不等的鐵礦休，而白云巖本身普遍 有稀土礦化,只是在熱液交代作用強烈發(fā)育的地段更為富集。礦體與個巖是整合的，二者 之間沒有明顯的界限。礦床的礦石成分也是復(fù)雜的，它把稀七、鐵等以及鈉、飆、磷、

4、硫、做等的礦化與交代都 集合在一起了°礦石成分的復(fù)雜性主要由下面兩個因素所造成：1經(jīng)受交代作用的原始 巖石的成分是劉雜的；2.交代溶液的成分、性質(zhì)以及發(fā)展階段的不同。因此，在礦體內(nèi)呈 現(xiàn)了不同類型礦石的水平的和垂直的帶狀分布現(xiàn)象（圖2）。在圖2的剖面中基本上包括了所有礦石的種類，除此之外，在礦區(qū)東部花崗巖與白云 巖的按觸帶，尚分布有按觸交代作用產(chǎn)生的鎂矽卡巖礦石。礦石中稀土的成分以鈿族為主，鋰族稀土的含雖很低。稀土的硅酸鹽類曠物（褐簾石、硅鈦笳獷等）主要產(chǎn)在錢矽卡巖帶，與透輝石、金云母、 硅鎂石共生;稀上的磷酸鹽類礦物（迪居石）除主要分布在白云巖中外，還常與含堿金屬的© 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圖】 礦區(qū)地質(zhì)示意圖1 黑云母花崗君：2 剖面線：3 薛長巖和輝艮閃長巖：仁太古界地層：5 混合巖化巖石：0石英巖.礫巖；7 石英巖、扳営：$ 南部主突為白云巖夾石 英巖、板君等北矩主婪為石灰?guī)r（兩者是否為同一層

6、，尚特硏處）：9 板巖夾石英巖；10 鐵礦體：11 宕展走向、傾向：【2 實風(fēng)及推測斷層；13地層界線; H 侵入依界線。#地 球 化 學(xué)1973年圖2 礦體剖面示總圖1 板巖.黑云母化板巖爭；2 鈉閃冷化白云巖；3 含獨居石的白云巖；4 石英巖及致密硅質(zhì)巖; 5 螢石-石英巖；6克石巖、萸石-霓石巖等；7 塊狀磁鐵礦"石；8 塊狀赤鐵fiTM石；九條帶 狀螢石-赤佚獷礦石及螢石-磁鐵礦赤鐵礦礦石；1（）右英-瑟鐵曠-赤鐵獷礦衣；H 白云母-磁 錢礦礦石：12鈉閃石-班洪礦礦石；13 宛石-磁鐵礦獷石：14 口云巖。硅酸鹽礦物訥輝石、鈉閃石、金云母等共生;桶土的氟碳酸鹽類礦物（氟碳篩

7、礦、氟碳鈣缽 礦、黃河礦年）常與螢石、重晶石、礴灰石及部分與鈉輝石、鈉閃石共生。上述稀土礦物中稀土對軍的配位數(shù)較高（多數(shù)在10以上），均以強選擇缽族稀土配分 為特征。只有一些比較次要的含稀土礦物易解石、確灰石、螢石、方解石等相對的含 有較高的鋌族稀土，這些礦物的稀土配分屬于完全配分型（圖3）。二、礦床成因關(guān)于本礦床的成因，目前存在著各種不同的看法，歸納起來，有以下幾方面：1認為是與花崗正長巖有成因聯(lián)系的熱液礦床，礦質(zhì)與揮發(fā)分來源于花崗正長巖巖 漿；2礦質(zhì)與揮發(fā)分均為沉積巖中原有的，經(jīng)變質(zhì)作用及熱液交代作用而富集；3. 鐵礦石是沉積變質(zhì)成因的，而稀土是花崗正長巖的派生熱液成因的；4. 認為礦床屬

8、于碳酸巖型，只不過尚未找到與之有關(guān)的堿性超基性雜巖。我們認為，提出這樣一些不同的見解是可以理解的，一方面是由于礦床地質(zhì)情況復(fù) 雜；另一方面是研究資料的積累尚不充分。但是，我們相信，隨養(yǎng)工作的深入，對于礦床的 成因問題,可以得到一個比較符合客觀實際的認識。本文擬就以下三個問題進行討論。（一）礦質(zhì)的來源1. 如前所述，礦區(qū)南部的地臺區(qū)有廣泛分布的富含舖族稀土元素的花崗偉晶巖，其年 齡為18億年，而木區(qū)含礦地層的年齡為14億年左右，此外，前者中稀土元素的成分亦以 CeXY為特征，與本區(qū)情況大體吻合。因此，可以考慮，富含晞土元索的古老基底可能 是本區(qū)稀土物質(zhì)的供給者。2. 礦體產(chǎn)狀與圍巖一致。稀土的礦

9、化除在強烈地受到鈉、撅交代作用的地段更為富 集外，一般分布比較均勻，礦化范圍亦受白公巖的分布范圍所控制，并且在一些受鈉、氟熱 液交代作用很微弱或基本上不受熱液交代作用的白云巖中，仍然有很高的稀土含屋C父在白云巖中，桶土礦物以獨居石為主，它呈浸染狀或細脈浸染狀分布，其附近往往 沒有鈉、氟熱液交代作用的跡象。4上述白云巖中獨居石的年齡測定值為15億年左右以，亦即與元古界的沉積時代相 當(dāng)，顯然，這一部分稀土礦物的形成與古生代花崗巖的派生熱液交代活動無關(guān)。5. 從稀土配分特征來看，受熱液交代作用強烈的地段形成的礦石和巖石與含獨居石 白云巖比較接近,而與花崗巖相差較大（參閱表l）o表1各類礦石與巖石中的

10、Ce/ZY值巖石與礦石種類含獨居石的 白云巖緘報交代作用 強烈的稀土 富集地段的礦石花崗巖與白 云巖的接獨 交代帶的巖石照云每花崗巖XCc/2；Y70493076.為了査明礦體內(nèi)大量存在的鐵的來源問題，曾對磁鐵礦和赤'佚礦巾氧的同位素組994-20IQ China Acadvrnic Journo) Ekctroaic Publishing House. All rights rescued. hllp:.第1期王中剛、李紹柄、蘇賢澤：沉積變質(zhì)-熱液交代型稀土、鐵礦床的成因符征11成用浮沉子法進行分析王館芝：1964,浮沉f法在測定磁伕子的審?fù)凰亟M成上的應(yīng)用。，測定結(jié)呆如表2所示。同

11、時，為了對比起見，用同樣的方法測宦 了確認為是來自巖漿源的熱液交代成因的某鐵礦中磁鐵礦的氧同位素組成（表3）o從這 兩個表中可以看出，這兩個礦床的成因顯然是不同的。我們有理由認為，本區(qū)鐵礦物中竄表2本礦床鐵礦物中氧的同位素分析的同位素組成與主要為熱液交代作用的鐵標(biāo)本號礦物名稱釆來地點 礦物是不同的V密度差（T）表3某熱液交代成因的34磁鐵礦99I【礦上盤H礦中部+ 9.8+2.9II*1 MiLj U J鐵礦氧的同位素分析56赤鐵礦99H礦下盤+ 3.7+ 8.3標(biāo)木號礦物名孫密度差O）7>>99+ 8.0鐵T磁鐵礦+ 11.78”+ 8.01()+ 13.99磁彊礦H礦東北+ 4

12、.011十M.410赤鐵礦I礦上盤+ 10.01299+ 11.91199+ 2.213+ 12.912磁詼礦1礦中部+ 4.014+ 12.713赤決礦M+ 11.11099+ 13.81499I獷下盤“ +5.525>>+ 18.015”99+7.026”+ 16.07.在研究礦石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造時，經(jīng)?？梢砸姷匠练e變質(zhì)時期形成的石英-磁鐵礦礦石及 含磁鐵礦石英巖、含菱鐵礦白云巖受到后期熱液交代的殘留。以上事實說明，礦床中一部分稀土物質(zhì)，尤其是鐘族稀土以及大呈的鉄是由沉積作用 產(chǎn)生的。但是，不能忽視還有一部分稀土物質(zhì)是來源于花崗巖巖漿的，可以用以下事實說 明：1 礦區(qū)內(nèi)花崗巖的年齡為

13、270 ± 10 （ X 106）年，而矽卡巖及礦化富集地段的交代成因 的礦物一一金云母、白云母以及含稀土的礦物易解石的年齡測定結(jié)果也大體與之相 當(dāng)；2在空間上，花崗巖與礦化富集部位，同樣受著東西向構(gòu)造的控制； 3.本區(qū)的花崗巖富于鉀、鈉。從其演化過程還可以看出，從早期的中粗粒黑云母花崗 巖-細粒黑云母花崗巖f到晚期的淺色花崗巖，主要造巖元索的變化是：一價陽離子鉀、 觸的含量逐漸増加，二價陽離子鈣、鎂的含雖逐漸減少。巖漿演化晚期形成的淺色花崗巖 中的副成分礦物螢石的含量劇增，獨居石、黃鐵礦亦有增加。以上說明了巖漿分異晚期 飆、硫等揮發(fā)分以及堿金屬、稀土元素的含雖:是增加的；4. 花崗

14、巖與白云巖接觸處產(chǎn)生的矽卡巖化作用（矽卡巖中經(jīng)常有大雖的螢石脈及鈉 長石脈）以及獷化高集地段強烈的鈉、氟交代作用，充分說明了花崗巖對成礦的影響。而 鈉、氟大凰從花崗巖漿中逸出，與由圍巖帶入的碳酸根一起，對于稀土等礦質(zhì)的運移和在 條件改變時使稀土沉淀是極為有利的。因而在礦區(qū)的鈉、氟熱液交代作用愈顯著的地段, 稀土的礦化愈強；5. 礦石中稀土配分情況亦反映了花崗巖的稀土成分的影響，尤其在接觸帶表現(xiàn)得更 為明顯（參見表Do通過以上事實的分析，我們認為，礦床中的稀土物質(zhì)一部分是沉積巖中原有的；一部 分則是來自于巖漿源的。并且，從表1所列各巖石及礦石中的龍Ce/£Y比值分析,不難看 出，沉積巖

15、中的稀土占了較大的比例。而鐵質(zhì)可能在沉積作用巾的形成更為主要。（二）礦化過程對于礦質(zhì)來源問題有了比較清楚的認識以后，再來探討這個復(fù)雜礦床的礦化過程就 比較容易了。根據(jù)物質(zhì)來源情況并結(jié)合巖石、礦石及礦物的年齡值的測定以及交代作用等 可以將礦化過程劃分為兩個主要的成礦期，即沉積變質(zhì)成礦期與熱液交代成礦期（表4）。喪4地質(zhì)體的年齡值與成礦期的劃分地質(zhì)體測定&'物年齡值（xi（r年）成礦期劃分白云巖方恪L1400±100沉積變質(zhì)成礦期白云巖中級居宕獨居石1500±100u,黑云母花崗巖黑云母270 土 10熱液交代成礦期細帥黑云母花崗巖黑云母250±20矽

16、卡巖金云母白云母2s0±20鈉、矩?zé)岬z交代 地段的易解石易解石230+20還可以進一步劃分為以下三個階段：1沉積作用階段元古代時期，在本區(qū)沉積了淺海相的、巖性變化大且富含鐵、稀土的硅質(zhì)、硅鋁質(zhì)碎屑 巖及碳酸巖建造。稀土可能來源于富含稀土元素的古老基底。2.變質(zhì)作用階段根據(jù)本區(qū)元占界地層的巖性分析，應(yīng)屬淺區(qū)域變質(zhì)相。變質(zhì)作用的結(jié)果表現(xiàn)為白云 巖的重結(jié)晶作用以及硅、鋁質(zhì)巖石轉(zhuǎn)變?yōu)槭r及板巖。白云巖中的稀土與砂此時已成 為獨居石晶出，呈浸染狀或細脈浸染狀分布于結(jié)晶質(zhì)白云巖中，鐵質(zhì)則以鐵白云石、菱鐵 礦、赤鐵礦、磁鐵礦等形式晶出。3 交代作用階段（1）矽卡巖化階段在花崗巖與白云巖的接觸部位

17、形成厚約幾十聞米到十幾米的鎂 質(zhì)矽卡巖，主要由透輝石、金云母、硅鎂石、磁鐵礦、螢石等組成，所含的稀土礦物主要是硅 酸鹽類，如褐簾石、硅鈦鈾礦、確硅鈣缽礦等。（2）熱液交代作用階段熱液交代作用對于稀土元素的富集起了重要的作用，然而、這個作用的過程是復(fù)雜的,主要表現(xiàn)有以下三個特征：A. 多組分性 除了鈉、氟為主的交代作用外，還伴隨有鉀、磺、硫、鉞的交代作用；B. 選擇性表現(xiàn)為不同成分的圍巖對交代作用的控制，其特點是氟的交代沿白云巖 發(fā)育比較顯著，鈉的交代則常沿石英巖發(fā)育；C. 階段性還可以劃分出早期秋的交代、氟的交代以及腕期鈾的交代、氟的交代等° 然而，由于圍巖巖性對交代作用的控制而呈現(xiàn)

18、的選擇交代起了較為主要的作用，使得交代作用沿著圍巖層位而呈有規(guī)律的帶狀分布。這一階段形成的稀土礦物主要是氟碳酸鹽類及獨居石、易解石等。（3）熱液脈狀充填階段主要表現(xiàn)為形成各種不同礦物組合的細脈，礦物種類與上 一階段形成的大體相同。（三）與某些相似類型礦床的比較1. 美國新澤西州的斯克瑞奧克斯（Scrub Oaks）礦床，雖亦為鐵、氟、稀七的礦化，但 其成因上主要與花崗巖有關(guān)，從而形成了較多的鉉族稀土的礦物（磷鋰礦、冠碳鈣鉉礦）而 不同于本礦床；2. 本礦床的元素與礦物組合與許多碳酸巖型礦床相似，但在本礦區(qū)內(nèi)尚未發(fā)現(xiàn)堿性 超基性巖，并且白云巖層是外生的，礦體的產(chǎn)狀與形狀皆不同于一般的碳酸巖型礦床

19、；3. 芙國加利福尼亞州的蒙廷帕斯（Mountain Pass）礦床的稀土礦化亦與本礦床有相似 之處，不同的是在那里被認為有成因聯(lián)系的巖漿巖是花崗正長巖，含礦碳酸巖脈體厲圍巖 是不整合的穿切關(guān)系，鐵的礦化亦不顯著°結(jié) 論我們所硏究的礦床是一個沉積變質(zhì)作用和來自花崗活漿的熱液交代作用迭加而形成 的稀土和鐵的礦床，礦質(zhì)大部分是沉積巖層中原有的，而后期又有一部分來自于花崗巖巖 漿，因此，它是一個多元成因的礦床，是一種新的稀土和鐵的礦床類型，可以稱為沉積變 質(zhì)-熱液交代型稀土、鐵礦床。在有前寒武紀沉積變質(zhì)巖的分布又有后期酸、堿性巖漿活 動的地區(qū)，應(yīng)注意尋找這一類型的礦床。（收稿H期1972年12月）參 考 文 獻1 CepuieuKO 幾 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