夏浩東，杜高峰，戴塔根，鄧會(huì)娟

(1.國(guó)土資源部實(shí)物地質(zhì)資料中心，河北三河 065201;2.中南大學(xué)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙 410083)

玉泉嶺鐵礦是20世紀(jì)70年代勘查開(kāi)發(fā)的一個(gè)中型矽卡巖型鐵礦，位于河北省南部邯邢地區(qū)。邯邢地區(qū)位于山西臺(tái)背斜與河淮臺(tái)向斜的過(guò)渡地帶，東接黃淮大平原，西傍太行山脈，屬太行背斜之東翼。邯邢地區(qū)是我國(guó)重要的矽卡巖型鐵礦礦集區(qū)。前人對(duì)該區(qū)進(jìn)行較系統(tǒng)的研究(鄭建民，2007;鄭建民等，2007a，2007b;孟祥貴等，2009)。隨著礦山開(kāi)發(fā)，玉泉嶺鐵礦資源已面臨危機(jī)礦山，為解礦山燃眉之急，特對(duì)礦區(qū)進(jìn)行成礦預(yù)測(cè)研究。本文總結(jié)了玉泉嶺鐵礦的礦床特征，通過(guò)對(duì)成礦階段礦物流體包裹體巖相學(xué)、氣液相成分和均一測(cè)溫學(xué)研究，分析成礦流體來(lái)源，探討礦床成因，對(duì)今后在玉泉嶺鐵礦區(qū)的深邊部找礦工作具有重要意義。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

1.1 地層

本礦區(qū)地層出露簡(jiǎn)單，從新到老分別為第四系黃土層，中奧陶系灰?guī)r(圖1)。離礦區(qū)稍遠(yuǎn)可以看到石炭紀(jì)耐火粘土和砂頁(yè)巖層。第四系黃土在礦區(qū)范圍內(nèi)分布很廣，位于礫石層上部，厚度20～30m，礫石多為石英巖質(zhì)，空隙被黃土充填;中奧陶系石灰?guī)r呈東西向出露于礦區(qū)中部，傾角40°～50°，傾向南，局部有小的褶皺。上窄下寬，呈狹長(zhǎng)帶狀分布，向西與外圍大面積灰?guī)r相連通，為礦區(qū)的主要含水層。溶洞裂隙發(fā)育，水力聯(lián)系較好，由于受火成巖侵入的影響，有相變現(xiàn)象，即礦體→大理巖→結(jié)晶灰?guī)r→灰?guī)r，顏色呈灰色、灰白色、黃白色等，巖性較破碎，構(gòu)成礦體的底板;大理巖為變晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，組成成分主要是方解石。

1.2 構(gòu)造

本區(qū)構(gòu)造簡(jiǎn)單，在巖漿巖和灰?guī)r接觸處產(chǎn)生破碎帶。構(gòu)造有斷裂和褶曲，斷裂為主，褶曲次之。礦區(qū)西部小型褶曲呈帚狀展布。礦區(qū)中部北東向斷裂亦較發(fā)育，但在開(kāi)采地段所見(jiàn)不多。在礦體的東端，有一個(gè)斷層，但對(duì)礦體開(kāi)采影響不大。礦區(qū)未發(fā)現(xiàn)任何巖脈，巖石中的節(jié)理以北北東、南北向最為發(fā)育，傾角很陡，約80°～90°，這種節(jié)理屬于成礦后。巖脈少這一特點(diǎn)也說(shuō)明自巖漿侵入后，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)幅度小。

圖1 玉泉嶺鐵礦地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig.1 Geological sketch of the Yuquanling iron deposit in Hebei Province

1.3 巖漿巖

本區(qū)巖漿巖屬中生代，為中酸性閃長(zhǎng)巖類，沿構(gòu)造脆弱帶侵入。由于接觸變質(zhì)和巖漿分異作用，出現(xiàn)分相現(xiàn)象，即由礦體→透輝石矽卡巖(或石榴子石矽卡巖)→蝕變閃長(zhǎng)巖→角閃閃長(zhǎng)巖→黑云母角閃閃長(zhǎng)巖。構(gòu)成礦體頂板的多為蝕變閃長(zhǎng)巖，顏色呈灰白或灰綠色，以中粒結(jié)構(gòu)為主，主要由斜長(zhǎng)石和角閃石組成。節(jié)理發(fā)育，結(jié)構(gòu)較松散，頂板不太穩(wěn)固。矽卡巖不太發(fā)育，厚度不大，多為1～3m，零星分布在礦體頂板，以透輝石矽卡巖為主，質(zhì)地較軟。礦區(qū)未發(fā)現(xiàn)任何巖脈存在。黑云母角閃閃長(zhǎng)巖在本區(qū)分布普遍，易風(fēng)化呈球狀。肉眼觀察巖石為灰黑色，礦物可見(jiàn)黑云母、角閃石、長(zhǎng)石等。巖石具斑狀結(jié)構(gòu)，角閃石、長(zhǎng)石呈粗晶出現(xiàn)。角閃閃長(zhǎng)巖與黑云母角閃閃長(zhǎng)巖呈漸變關(guān)系，一般出現(xiàn)在接觸帶附近，巖石結(jié)構(gòu)屬全晶質(zhì)，中粒，半自形，其礦物成分與前者相比只是黑云母略少。蝕變閃長(zhǎng)巖為全晶質(zhì)，半自形，不等粒狀，由略呈斑狀到斑狀結(jié)構(gòu)。主要礦物有中性長(zhǎng)石、角閃石、透輝石、綠簾石、綠泥石、絹云母等。礦區(qū)以透輝石矽卡巖為主，矽卡巖礦物主要有透輝石、石榴石、綠簾石，次生礦物有綠簾石、綠泥石、絹云母等。次要礦物為磷灰石、榍石。矽卡巖緊鄰礦體呈透鏡狀，礦體直接與灰?guī)r接觸。

2 礦床地質(zhì)

2.1 礦體特征

玉泉嶺礦區(qū)包括三個(gè)礦體:南礦體、北礦體及東礦體。其中以南礦體最大。南礦體在地表分為不連續(xù)的東西兩端，深部合二為一，沿巖漿巖與中奧陶灰?guī)r接觸帶東西向分布，延長(zhǎng)約500m。北礦體延長(zhǎng)約300m，東礦體約65m。礦體位于適于侵入巖體的灰?guī)r的頂部，因灰?guī)r頂部接觸面向南傾斜，所以北礦體頂板為灰?guī)r，底板為巖體，南礦體則相反。

礦體沿巖體與結(jié)晶灰?guī)r的接觸帶分布，其空間位置主要是在透輝石矽卡巖與結(jié)晶灰?guī)r之間，呈不規(guī)則的透鏡狀和鏈?zhǔn)降牟灰?guī)則透鏡體(如南礦體的東段和西段)，局部有伸入結(jié)晶灰?guī)r中。

北礦體和南礦體的西段是處于接觸帶相對(duì)應(yīng)的部分，北礦體陡，延伸的最大標(biāo)高達(dá)109.5m，南礦體傾斜較小，延伸較大，絕對(duì)標(biāo)高10m。

礦體逐漸向8號(hào)勘探線傾伏，其東西兩部分礦體上部多被侵蝕出露。北礦體與南礦體于11號(hào)勘探線合二為一，呈一不對(duì)稱的鞍狀礦體(圖2)。認(rèn)為可能二者原來(lái)是同一礦體，后受某種因素而分開(kāi)。

圖2 玉泉嶺鐵礦11線剖面圖Fig.2 Geological profile along the prospecting line No.11 in the Yuquanling iron deposit

2.2 礦石特征

玉泉嶺礦體中的主要礦體成分有磁鐵礦、假象赤鐵礦、黃鐵礦、黃銅礦等。脈石礦物有透輝石、透閃石、綠泥石、陽(yáng)起石、方解石、石榴子石及石英、玉髓、蛇紋石等。磁鐵礦為鐵黑色，金屬光澤，強(qiáng)磁性，結(jié)晶完好的呈八面體，主要為他形晶，分布于礦體下部。赤鐵礦為由磁鐵礦氧化后形成，褐紅色，主要分布在礦體上部。黃鐵礦為銅黃色，金屬光澤，多呈六面體及塊狀體。礦石多為浸染狀構(gòu)造，塊狀構(gòu)造，條帶狀構(gòu)造。結(jié)構(gòu)主要為自形半自形晶粒狀結(jié)構(gòu)，他形晶粒狀結(jié)構(gòu)，交代殘余結(jié)構(gòu)等。礦石化學(xué)成分主要有鐵、鎂、鈣、鋁等，有害成分有磷、硫等。銅、鎳、鈷在本區(qū)含量少。礦石工業(yè)類型主要有平爐礦，高爐低硫礦，高爐高硫礦，貧礦等，共4個(gè)工業(yè)類型。平爐礦，高爐低硫礦，高爐高硫礦主要分布在+210m水平標(biāo)高以上，下部主要為貧礦。

石榴石－輝石階段:形成石榴石、輝石等矽卡巖礦物，雖然沒(méi)有礦石礦物相伴沉淀，但蝕變作用改變了巖石的物理性質(zhì)，使其脆性和滲透性增強(qiáng)，為礦化提供了場(chǎng)所。

石英－鐵氧化物階段:發(fā)生在石榴石－輝石階段之后，石榴石和輝石被綠簾石和石英等礦物交代，并伴隨磁鐵礦、赤鐵礦沉淀，形成有價(jià)值的鐵礦體。

3 取樣及測(cè)試

研究樣品均采自玉泉嶺鐵礦石榴石和方解石單礦物，取樣來(lái)自于南礦體圍巖與礦石中，將其磨制成厚度約為0.2mm雙面剖光的光薄片作巖相學(xué)與流體包裹體觀察。流體包裹體測(cè)溫在中南大學(xué)地質(zhì)研究所流體包裹體測(cè)溫實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。本次測(cè)試使用儀器為英國(guó)產(chǎn)的Linkam THMS600型冷熱臺(tái)，均一溫度重現(xiàn)誤差小于2℃，冰點(diǎn)溫度重現(xiàn)誤差小于0.2℃。

包裹體成分測(cè)定對(duì)象為磁鐵礦、方解石及黃鐵礦，由中南大學(xué)地質(zhì)研究所流體包裹體氣液相成分測(cè)定實(shí)驗(yàn)室完成。流體包裹體的氣相成分分析采用加熱爆裂法提取氣體。分析儀器為Varian－3400型氣相色譜儀(美國(guó))，分析誤差＜5%。流體包裹體的液相成分分析儀器為美國(guó)戴安公司生產(chǎn)的DX－120Ion Chromatograph離子色譜儀。重復(fù)測(cè)定精密度＜5%。

4 流體包裹體

4.1 巖相學(xué)

礦物中流體包裹體比較發(fā)育(圖3)，但包裹體個(gè)體較小，長(zhǎng)軸多在 5～15μm左右，少數(shù)大于15μm。包裹體多為長(zhǎng)條狀、不等軸狀、三角狀及不規(guī)則狀。從相態(tài)特征來(lái)看，礦物中流體包裹體多為氣液兩相包裹體，以10% ～20%的氣液比最為常見(jiàn)，純氣體包裹體和純液相包裹體少見(jiàn)。

4.2 氣液相成分

玉泉嶺鐵礦6件樣品氣液相成分結(jié)果及相關(guān)參數(shù)列于表1、表2，由表1、表2可知，

(1)磁鐵礦、黃鐵礦和方解石流體包裹體氣相成分主要為 H2O、CO2、CH4、H2，其中 H2O 含量最高，其次為 CO2、CH4、H2;

(2)液相成分陰離子主要成分為Cl－、、F－，其中磁鐵礦、方解石含量大小順序?yàn)?Cl－＞＞F－，黃鐵礦大小順序?yàn)椋綟－＞Cl－;

(3)液相成分陽(yáng)離子主要成分為 Na+、K+、Mg2+、Ca2+，其中磁鐵礦液相陽(yáng)離子成分含量大小順序?yàn)镵+＞Na+＞Ca2+＞Mg2+，方解石液相陽(yáng)離子成分含量大小順序?yàn)镃a2+＞Na+＞K+，黃鐵礦液相陽(yáng)離子成分含量大小順序?yàn)镃a2+＞K+＞Na+。

圖3 玉泉嶺鐵礦包裹體類型Fig.3 Photos showing fluid inclusion types in the Yuquanling iron deposit

表1 玉泉嶺鐵礦包裹體氣相成分及相關(guān)參數(shù)Table 1 Gas composition and related parameters of fluid inclusions in the Yuquanling iron deposit

表2 玉泉嶺鐵礦包裹體液相成分及相關(guān)參數(shù)Table 2 Liquid composition and related parameters of fluid inclusions in the Yuquanling iron deposit

4.3 均一溫度

玉泉嶺鐵礦6件樣品石榴石和方解石的均一法測(cè)溫、冰點(diǎn)和鹽度等結(jié)果列于表3，頻數(shù)直方圖見(jiàn)圖4。石榴石和方解石流體包裹體均一溫度范圍分別為410～560℃、100～260℃;冰點(diǎn)溫度范圍分別為－18.3～11.2℃;通過(guò)冰點(diǎn)溫度查表得知流體包裹體鹽度(劉斌等，1999)，石榴石和方解石鹽度范圍分別為15.17% ～21.19%、1.91% ～12.73%。

由圖4可知，方解石均一溫度出現(xiàn)兩個(gè)峰值，范圍分別為140～180℃和220～260℃;石榴石均一溫度峰值范圍為460～540℃。方解石冰點(diǎn)溫度峰值范圍為－16.3～12.3℃;石榴石冰點(diǎn)溫度峰值范圍為 －8.3 ～ －6.3℃和 －4.3 ～ －2.3℃。方解石鹽度峰值范圍為 4.5% ～6.0%和 9.0% ～10.5%;石榴石鹽度峰值范圍為15.0% ～18.0%。

5 討論

據(jù)均一法測(cè)溫及頻數(shù)直方圖可知，礦物主成礦溫度為140～540℃，鹽度為4.5% ～18.0%。表明玉泉嶺鐵礦成礦流體應(yīng)屬于中－高溫、中－高鹽度流體。

玉泉嶺鐵礦流體包裹體氣相成分富含H2O、CO2，含有CH4、H2等揮發(fā)份，表明成礦環(huán)境為還原環(huán)境(楊金中等，2000)。液相成分陽(yáng)離子(K++Na+)/(Ca2++Mg2+)變化范圍為 0.12 ～22.53(表2)，其中磁鐵礦最高，均大于1，表明陽(yáng)離子中K++Na+大于Ca2++Mg2+，黃鐵礦、方解石(K++Na+)/(Ca2++Mg2+)小于或接近1，表明陽(yáng)離子中K++Na+小于或接近Ca2++Mg2+，陰離子成分以 Cl－、、F－為主。分析認(rèn)為，玉泉嶺鐵礦成礦流體應(yīng)為K+－Na+－Ca2+－Mg2+－Cl－－－F－體系。

成礦流體的Na+/K+和F－/Cl－可用來(lái)作為判別流體來(lái)源的一個(gè)標(biāo)志(盧煥章等，1990)，一般情況下，巖漿熱液K+/Na+大于1，經(jīng)計(jì)算(表2)，本區(qū)磁鐵礦、方解石和黃鐵礦流體包裹體K+/Na+值為0.05 ～1.75，方解石中 K+/Na+小于 1，磁鐵礦、黃鐵礦具巖漿熱液特征。

另當(dāng)Cl－/F－比大于1時(shí)反映屬大氣降水(或地層流體)的特征，由表2可知，方解石、磁鐵礦Cl－/F－比均大于1(2.77 ～442.87)，表明有大氣降水的加入。

圖4 玉泉嶺鐵礦成礦流體包裹體均一溫度、冰點(diǎn)溫度和鹽度頻數(shù)直方圖Fig.4 Histogram of homogenization temperature，freezing point and salinity of fluid inclusions in the Yuquanling iron deposit

總而言之，玉泉嶺鐵礦成礦流體以巖漿熱液為主，夾有部分大氣降水。

據(jù)趙一鳴等(1983)研究認(rèn)為，矽卡巖型鐵礦的鐵質(zhì)的主要搬運(yùn)形式可能是鹵化物和絡(luò)合物。而據(jù)前面敘述，玉泉嶺鐵礦成礦流體的性質(zhì)為低－中－高溫、中－高鹽度流體，富含、Cl－、F－。因此可以推斷，鐵在成礦流體中主要以硫氫絡(luò)合物、氯氟絡(luò)合物的形式遷移。

另?yè)?jù)鄭建民等(2007)研究認(rèn)為，邯邢地區(qū)矽卡巖鐵礦密切相關(guān)的巖體具有多期次脈動(dòng)侵位的特點(diǎn)，由于多次脈動(dòng)上侵帶來(lái)新的熱量，而碳酸鹽圍巖封閉環(huán)境使得堿質(zhì)和揮發(fā)份富集，由于熱水的作用降低巖石的溫度，隨著溫度的降低，析出鐵質(zhì)絡(luò)合物和鹵化物，沉淀成礦。

6 結(jié)論

(1)玉泉嶺鐵礦流體包裹體主要為氣液兩相包裹體。

(2)玉泉嶺鐵礦是由中－高溫、中－高鹽度成礦流體成礦作用形成的，成礦流體應(yīng)為K+－Na+－Ca2+－Mg2+－ Cl－－－F－體系?？傮w而言，本區(qū)成礦物質(zhì)的遷移以硫氫絡(luò)合物和氯氟絡(luò)合物為主。

(3)玉泉嶺鐵礦在成礦過(guò)程中由于與之關(guān)系密切的巖體多期次侵位活動(dòng)，帶入新的熱源，由于部分大氣降水的加入，導(dǎo)致鐵質(zhì)沉淀成礦。

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