瞿滬然

(1．南京大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京 210093;2．江蘇省有色金屬華東地質(zhì)勘查局，江蘇南京210007)

0 引言

國(guó)內(nèi)外有關(guān)巖漿巖與磁鐵礦成因關(guān)系的研究很多，但是研究花崗巖、正長(zhǎng)細(xì)晶巖與磁鐵礦成因關(guān)系的則不多見，且爭(zhēng)議較大。印尼某鐵礦區(qū)的花崗巖、正長(zhǎng)細(xì)晶巖與磁鐵礦關(guān)系具有自身的一些特點(diǎn)，為闡明該類礦床的形成機(jī)理提供了新的思路。

1 礦區(qū)地質(zhì)

印尼某鐵礦區(qū)歸屬于印尼蘇拉群島，區(qū)域大地構(gòu)造位于東南亞陸緣板塊南西緣與澳大利亞大陸板塊、菲律賓海洋板塊的交接部位，是環(huán)太平洋成礦帶的組成部分，同時(shí)也是東南亞錫、鐵成礦帶的延伸部位。

1.1 地層

礦區(qū)出露地層自老到新主要為:(1)上石炭系中段大理巖、白云質(zhì)大理巖(Pzmm-Mb)及其變質(zhì)蝕變巖型矽卡巖，該層分布較廣泛;(2)上石炭系上段泥質(zhì)粉砂巖、變質(zhì)泥巖、板巖等(Pzmm-Mms)，僅局部出露;(3)第四系(Q)，該層覆蓋礦區(qū)大部分地區(qū)。與礦區(qū)磁鐵礦成礦關(guān)系最為密切的是上石炭系中段大理巖及其變質(zhì)巖石矽卡巖。

地層分布見圖1。

圖1 印尼某鐵礦區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖

1.2 構(gòu)造

本區(qū)區(qū)域上位于穹窿復(fù)式背斜北東翼，由石炭系中部碳酸鹽地層構(gòu)成一總體傾向NE的單斜構(gòu)造。區(qū)內(nèi)主要發(fā)育NNW(F1)、NEE(F2、F3)2組斷裂構(gòu)造(圖1)。

1.3 巖漿巖

本礦區(qū)位于花崗巖巖基的北東邊緣部分，除西部及南部大面積出露花崗巖外，區(qū)內(nèi)沉積圍巖與花崗巖接觸帶附近尚有正長(zhǎng)細(xì)晶巖及少量花崗斑巖等出露。

1.3.1 花崗巖 一般呈肉紅色－灰白色，細(xì)—中?；◢徑Y(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。主要礦物為鉀長(zhǎng)石、石英;次要礦物為斜長(zhǎng)石、黑云母;副礦物為磁鐵礦;次生礦物為高嶺土、絹云母、褐鐵礦。鉀長(zhǎng)石質(zhì)量分?jǐn)?shù)為45% ～48%;石英質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35%左右;斜長(zhǎng)石質(zhì)量分?jǐn)?shù)為小于15%;黑云母質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1% ～10%?；◢弾r多云英巖化，地表普遍見高嶺土化(圖2、圖3)。

圖2 花崗巖地表特征

圖3 花崗巖鏡下特征

1.3.2 正長(zhǎng)細(xì)晶巖 巖石一般呈紫紅色－淺黃色，具細(xì)粒結(jié)晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，礦物以鉀長(zhǎng)石及少量石英為主。鉀長(zhǎng)石:粒徑0.1～0.3 mm，質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于90%，他形—半自形粒狀，呈雜亂分布的條狀、表面泥化，并被黏土礦物、鈉長(zhǎng)石、綠泥石、少量絹云母等交代。石英:粒徑0.1～0.2 mm，質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于10%，他形粒狀，分布于鉀長(zhǎng)石粒間。次生礦物:主要為黏土礦物、鈉長(zhǎng)石，少量絹云母、黃鐵礦。巖石普遍具鈉長(zhǎng)石化，近地表巖石則多高黏土化，受鐵質(zhì)氧化物淋濾，呈紫紅色－深褐色糖粒狀、次塊狀，巖石強(qiáng)度較低(圖4、圖5)。

圖4 正長(zhǎng)細(xì)晶巖巖石

圖5 正長(zhǎng)細(xì)晶巖鏡下特征

本區(qū)正長(zhǎng)細(xì)晶巖應(yīng)為主花崗巖漿上升過程中在特定空間位置如流動(dòng)前沿及周邊裂隙等部位發(fā)生分異作用的產(chǎn)物，即花崗巖成巖后期次生巖漿沿前期大型斷裂構(gòu)造侵位至與次級(jí)斷裂構(gòu)造交匯部位，由于溫度、壓力等發(fā)生變化，殘余巖漿發(fā)生分異，并沿前期次級(jí)斷裂構(gòu)造侵位。隨著巖漿的上升、溫度降低，鉀長(zhǎng)石首先開始結(jié)晶形成正長(zhǎng)細(xì)晶巖，同時(shí)，結(jié)晶溫度較高的SiO2被分異，也就是正長(zhǎng)巖化過程中的去硅化作用，表現(xiàn)為在細(xì)晶巖內(nèi)部及與花崗巖、磁鐵礦體、圍巖接觸帶附近出現(xiàn)厚度不等的強(qiáng)烈破碎的硅質(zhì)角礫層(圖6)。

圖6 細(xì)晶巖內(nèi)破碎的硅質(zhì)角礫巖條帶

1.4 巖石地球化學(xué)特征

1.4.1 巖漿巖地球化學(xué)特征 選取研究區(qū)花崗巖進(jìn)行全巖Rb-Sr同位素分析(表1)，相應(yīng)的Rb-Sr等時(shí)線見圖7。

圖7 區(qū)內(nèi)花崗巖全巖Rb-Sr等時(shí)線圖

由表1可見，研究區(qū)花崗巖的(87Sr/86Sr)0值為0.716 67±0.002 40，顯著高于幔源花崗巖(0.706)，為高初始比值的花崗巖，屬于殼源(大陸殼古老硅鋁質(zhì)巖石)S型花崗巖。

表1 研究區(qū)花崗巖Rb-Sr同位素地球化學(xué)分析結(jié)果

區(qū)內(nèi)花崗巖全巖Rb-Sr等時(shí)線的直線方程為y=0.003 23x+0.716 67，計(jì)算所得研究花崗巖的入侵年齡為(227±2)Ma，即屬于印支時(shí)期的三疊紀(jì)。

1.4.2 稀土元素地球化學(xué) 對(duì)區(qū)內(nèi)的花崗巖采集代表性樣品進(jìn)行全巖稀土元素地球化學(xué)含量分析，稀土元素地球化學(xué)參數(shù)見表2。經(jīng)球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化得配分曲線(圖8)。

表2 鐵礦區(qū)稀土元素地球化學(xué)參數(shù)表

圖8 花崗巖稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)配分曲線

(2)稀土元素配分型式圖總體為右傾斜曲線，傾斜程度不高。研究區(qū)花崗巖稀土配分模式中銪谷十分顯著，δEu平均值均為0.062，表明曾經(jīng)歷明顯的斜長(zhǎng)石分離結(jié)晶作用，因此具備殼源花崗巖的負(fù)銪異常特征，同時(shí)表明其經(jīng)歷了高度的分異演化。Ce負(fù)異常也較為明顯，表明在結(jié)晶分異過程中，氧化作用較強(qiáng)。在輕稀土一側(cè)為向右緩傾斜的曲線，重稀土一側(cè)為近乎平行的曲線，表現(xiàn)出輕稀土分餾明顯，重稀土分餾不明顯的特征?？傊芯繀^(qū)花崗巖的稀土元素地球化學(xué)特征及其配分模式均表明其具S型花崗巖的典型特征，屬地殼重熔型(邱家驤，1991)。

(1)花崗巖具較高含量的稀土元素豐度值，區(qū)內(nèi)花崗巖∑REE平均值在188.38～596.29 g/t之間，反映輕重稀土元素分餾程度的幾個(gè)重要參數(shù)值都較低，LR/HR在1.45～2.54之間，(La/Yb)N為3.32～8.42(＞1)，(La/Sm)N為 1.82～2.58(＞1)，(Gd/Yb)N為 0.95～3.08(≥1)，表明巖石屬輕稀土富集、重稀土弱虧損的中等分餾型。Sm/Nd均小于0.3，表明研究區(qū)花崗巖源于地殼。

2 巖漿巖與磁鐵礦空間上的關(guān)系

研究區(qū)內(nèi)花崗巖大面積分布于西側(cè)到西南側(cè)，上石炭系中段大理巖分布于東側(cè)。正長(zhǎng)細(xì)晶巖平面上總體呈條帶狀分布于花崗巖與大理巖之間，走向NNW(圖1)，在垂直該界線方向剖面上細(xì)晶巖呈“V”字形產(chǎn)出于花崗巖與大理巖之間(圖9)。該巖脈與花崗巖界線NE傾，∠40°～60°;與大理巖界線較復(fù)雜，總體為正長(zhǎng)細(xì)晶巖呈席狀平緩超覆于大理巖或矽卡巖之上(圖10)。

圖9 印尼某鐵礦區(qū)A線地質(zhì)剖面示意圖

圖10 細(xì)晶巖平緩超覆于矽卡巖之上

本區(qū)淺部花崗巖與正長(zhǎng)細(xì)晶巖界線部位經(jīng)揭露均發(fā)育有磁鐵礦體，該礦體在走向上厚度變化較大，但連續(xù)性較好。礦體產(chǎn)狀基本與接觸界線產(chǎn)狀一致，大部分較為平緩，局部產(chǎn)狀陡立(圖11)。礦體在細(xì)晶巖內(nèi)外部呈似層狀、條帶狀及透鏡狀分布(圖 12、圖13)。

圖11 局部產(chǎn)狀陡立的磁鐵礦體

圖12 細(xì)晶巖內(nèi)呈似層狀分布的磁鐵礦

圖13 條帶狀磁鐵礦與細(xì)晶巖條帶相間

產(chǎn)于花崗巖與大理巖或矽卡巖接觸部位的矽卡巖型磁鐵礦連續(xù)性好，但礦體形態(tài)較復(fù)雜，傾向NE，厚度隨著向東遠(yuǎn)離巖基有逐漸變薄的趨勢(shì)。磁鐵礦一般呈塊狀—次塊狀，礦體上盤大理巖與下盤花崗巖均具較強(qiáng)的矽卡巖化。

由圖9可以看出，磁鐵礦體在花崗巖與大理巖和正長(zhǎng)細(xì)晶巖之間表現(xiàn)為同一個(gè)礦體，說(shuō)明2者在成因上關(guān)系密切。細(xì)晶巖與大理巖接觸部位大理巖雖然具明顯矽卡巖化，但除局部見少量磁鐵礦化外，區(qū)內(nèi)該部位未見有價(jià)值的磁鐵礦體。

3 產(chǎn)于不同部位磁鐵礦石的對(duì)比

研究區(qū)內(nèi)磁鐵礦根據(jù)所產(chǎn)部位分2種類型:(1)產(chǎn)于淺部細(xì)晶巖與花崗巖之間的磁鐵礦;(2)產(chǎn)于深部花崗巖與大理巖(或矽卡巖)接觸部位的磁鐵礦。2種礦石的脈石礦物均以矽卡巖礦物為主，結(jié)構(gòu)構(gòu)造也很相似(圖14、圖15)。2種磁鐵礦礦石的對(duì)比見表3。

圖14 產(chǎn)于花崗巖與細(xì)晶巖部位的磁鐵礦顯微特征

圖15 產(chǎn)于花崗巖與大理巖部位的磁鐵礦顯微特征

表3 產(chǎn)于不同部位的2種磁鐵礦石對(duì)比表

研究區(qū)矽卡巖成礦期可劃分為巖漿冷凝結(jié)晶階段、干矽卡巖階段、濕矽卡巖階段、氣成氧化物階段、高中溫?zé)嵋弘A段、中低溫?zé)嵋弘A段及表生氧化淋濾階段7個(gè)成礦階段(趙俊磊，1989)。2種類型的矽卡巖礦物基本均產(chǎn)于巖漿冷凝結(jié)晶階段至中低溫?zé)嵋弘A段。前一種類型的礦石因產(chǎn)于近地表，大部經(jīng)風(fēng)化氧化淋濾，出現(xiàn)大量黏土礦物，呈次塊狀、粉末狀;后一種類型的矽卡巖礦物生成時(shí)間上稍早于前一種類型的礦物，一般呈塊狀、次塊狀。

4 巖漿巖與磁鐵礦成因關(guān)系探討

研究區(qū)內(nèi)磁鐵礦礦體，無(wú)論從礦化分布、礦化類型或礦化方式均清楚的表明，其形成與區(qū)域內(nèi)強(qiáng)烈的花崗巖巖漿活動(dòng)密切相關(guān)。

4.1 磁鐵礦成因類型

研究區(qū)內(nèi)磁鐵礦礦床劃分為2種成因類型:接觸交代型和熱液充填交代型。其中，接觸交代型為鐵礦石的主要成因類型，主要賦存在巖體與大理巖或矽卡巖接觸界面、斷裂破碎帶，礦體與圍巖常呈漸變過渡的形態(tài)。

產(chǎn)于細(xì)晶巖與花崗巖之間的磁鐵礦是由前期已形成的矽卡巖型磁鐵礦經(jīng)后期氣液交代疊加改造形成的，為成礦晚期熱液疊加的產(chǎn)物，在成因上屬于后期熱液疊加改造型磁鐵礦。

4.2 成礦物質(zhì)來(lái)源

據(jù)流體包裹體的穩(wěn)定同位素組成特點(diǎn)分析，矽卡巖型磁鐵礦中流體的δ18O=8.41×10－3，熱液型磁鐵礦中流體的 δ18O=4.11×10－3。由此可見，矽卡巖型磁鐵礦中流體的δ18O具有原生巖漿水的δ18O同位素組成特征，表明矽卡巖型磁鐵礦的成礦流體源自巖漿熱液(張文淮等，1993)，而熱液型磁鐵礦流體的δ18O值小于5×10－3，其成礦流體可能來(lái)自巖漿熱液，亦有可能還有其他熱液的混合，應(yīng)屬于后期熱液疊加改造型磁鐵礦。而矽卡巖接觸帶中的方解石脈的δ13C為負(fù)值(－5.9×10－3)，與初生碳δ13C(－6×10－3～ －8×10－3)十分接近，表明成礦流體中的碳是由巖漿上侵帶來(lái)的原生碳，同時(shí)證明成礦流體一直到低溫?zé)嵋弘A段，都還沒有大氣降水或海水的參與，揭示了成礦流體在成礦期以深源的巖漿熱液為主。因此，區(qū)內(nèi)花崗巖應(yīng)是鐵礦區(qū)提供鐵質(zhì)的主要來(lái)源，正長(zhǎng)細(xì)晶巖可能提供了部分成礦物質(zhì)。

4.3 成礦機(jī)理

區(qū)內(nèi)花崗巖是上部地殼重熔型花崗巖，而上地殼鐵含量較高，導(dǎo)致其鐵含量也較高。當(dāng)巖漿沿?cái)嗔褬?gòu)造等部位侵位成巖過程中，巖漿結(jié)晶分異極為充分。從元素地球化學(xué)性質(zhì)來(lái)看，鐵并非花崗質(zhì)巖漿的相容元素，在巖漿分異結(jié)晶過程中，趨向于在結(jié)晶演化晚期向殘余巖漿富集。當(dāng)富含揮發(fā)分的巖漿與碳酸鹽巖接觸時(shí)，在適當(dāng)?shù)纳疃确秶鷥?nèi)，發(fā)生雙交代作用，無(wú)論巖漿或侵入地層的鐵質(zhì)，都向雙交代作用晚期的高溫氣熱流體富集，形成矽卡巖型磁鐵礦。在矽卡巖成礦后期，由于控礦斷裂構(gòu)造等影響，產(chǎn)生了較強(qiáng)的熱動(dòng)力，使原來(lái)未完全冷凝的巖漿遭受重熔，形成新的氣水溶液。同時(shí)當(dāng)氣水溶液和原已形成的矽卡巖礦體接觸時(shí)，再次發(fā)生成礦物質(zhì)的交代疊加富集，形成了大小不一、形態(tài)復(fù)雜的礦體(趙丙成等，2005)。

5 結(jié)論

通過本次對(duì)花崗巖、正長(zhǎng)細(xì)晶巖與磁鐵礦成因關(guān)系的研究，得到以下幾點(diǎn)。

(1)主花崗巖體是本區(qū)鐵礦床成礦物質(zhì)的主要來(lái)源。

(2)正長(zhǎng)細(xì)晶巖是主花崗巖體晚期巖漿分異的產(chǎn)物，與花崗巖呈伴生關(guān)系(奧森柯夫等，1974)。

(3)本區(qū)磁鐵礦類型主要以接觸交代型為主。正長(zhǎng)細(xì)晶巖與花崗巖之間磁鐵礦體，則是已形成的矽卡巖型磁鐵礦體經(jīng)后期氣液交代充填疊加形成，并對(duì)已有礦體局部進(jìn)行破壞和改造，在成因上屬于后期熱液疊加改造型磁鐵礦。

(4)正長(zhǎng)細(xì)晶巖可能提供了部分成礦物質(zhì)，與磁鐵礦體在成因上存在一定的聯(lián)系，在空間上亦存在相關(guān)關(guān)系，可作為本區(qū)進(jìn)一步尋找磁鐵礦體的重要標(biāo)志。

6 致謝

研究采用了中南大學(xué)張術(shù)根教授的一些成果，并得到了董偉民、顧祖?zhèn)ァ⒒麻L(zhǎng)明等的熱心幫助，在此表示衷心的感謝!

趙俊磊．1989．變質(zhì)巖石學(xué)［M］．北京:地質(zhì)出版社．

劉南利，潘彤．1994．栗木礦田外圍細(xì)晶巖脈鉭鈮礦化特征及找礦意義［J］．礦產(chǎn)與地質(zhì)，8(4):258－261．

奧森柯夫P，中國(guó)科技情報(bào)所重慶分所地質(zhì)組．1974．花崗巖與細(xì)晶巖之間的空間關(guān)系［J］．地質(zhì)地球化學(xué)，(6):14－17．

邱家驤．1991．應(yīng)用巖漿巖巖石學(xué)［M］．武漢:中國(guó)地質(zhì)大學(xué)出版社．

趙丙成，李建華，李長(zhǎng)城．2005．次生巖漿對(duì)矽卡巖型礦床再次富集地質(zhì)特征［J］．有色金屬:礦山部分，57(6):21－22．

張慶麟．1974．華北某矽卡巖型磁鐵礦礦床的巖漿巖變質(zhì)分帶及其與礦床成因的聯(lián)系［J］．地質(zhì)與勘探，(6):1－8．

張文淮，陳紫英．1993．流體包裹體地質(zhì)學(xué)［M］．武漢:中國(guó)地質(zhì)大學(xué)出版社．

鐘文麗，劉家鐸，張成江，等．2010．川西稻城地區(qū)竹雞頂銅礦床花崗細(xì)晶巖的特征及其成礦意義［J］．地質(zhì)通報(bào)，29(5):771－778．