孫劍 朱祥坤＊＊ 李志紅 陳福雄

1.中國地質科學院地質研究所，國土資源部同位素地質重點實驗室;大陸構造與動力學國家重點實驗室，北京 100037 2.海南礦業(yè)股份有限公司，?？?572700

1 引言

海南石碌鐵礦床是我國為數(shù)不多的大型富鐵礦床之一，被譽為亞洲最大的富鐵礦(Zhang et al.，2014及其中的參考文獻)。自20世紀50年代開展找礦勘查以來，國內(nèi)許多學者和單位對石碌鐵礦的地質、地球化學特征等開展了系列研究(陳國達等，1977;馮建良等，1980;Yu and Lu，1983;王寒竹等，1983，1985;中國科學院華南富鐵礦科學研究隊，1986;楊開慶等，1988;張仁杰等，1992;侯威等，2007;許德如等，2007，2008，2009，2011;趙勁松等，2008;Xu et al.，2013，2014;Yu et al.，2014)，但仍未對該礦床的形成機制和富集機理取得統(tǒng)一的意見。

中國科學院華南富鐵礦科學研究隊(1986)曾對石碌鐵礦的不同成因觀點進行過系統(tǒng)總結，包括:(1)高溫熱液接觸交代說，認為石碌鐵礦是矽卡巖型礦床;(2)火山或火山-沉積說，主張成礦物質來源與火山作用有關，包括火山鐵漿噴溢沉積說和火山沉積說;(3)沉積變質熱液改造說，認為礦床沉積形成之后，經(jīng)受區(qū)域變質作用及大規(guī)模巖漿侵入而產(chǎn)生的各種熱液影響，改造了礦體面貌，使其具有熱液礦床的特點;(4)熱鹵水成礦說，認為礦床從獨立于火山作用之外的滲流熱鹵水沉積而成;(5)火山沉積-變質說，認為石碌鐵礦是個火山熱液沉積礦床，但經(jīng)受了變質作用的改造(中國科學院華南富鐵礦科學研究隊，1986，及其中的參考文獻)。最近，許德如等 (2007，2008，2009，2011)、Xu et al.(2013，2014)通過大量研究，認為石碌鐵礦是一個兼具IOCG(熱液鐵氧化物-銅-金-鈷)型礦床和蘇必利爾型BIF(條帶狀鐵建造)礦床特點的多成因復雜礦床。

雖然前人采用了各種方法對石碌礦床的礦石和圍巖進行了詳細研究，從不同的角度為礦床提供了豐富的資料和成因依據(jù)(中國科學院華南富鐵礦科學研究隊，1986;侯威等，2007;許德如等，2009;Xu et al.，2013，2014)。但前人對于石碌鐵礦床所發(fā)育的特征性組份——碧玉的研究仍然較少，大多學者僅作少量的描述進行報道(馮建良和王靜純，1980;中國科學院華南富鐵礦科學研究隊，1986)，而對碧玉對石碌礦床成因的指示意義也未得到重視。

近幾十年的礦床學研究進展及對現(xiàn)代海底熱液噴口的觀測使得人們對碧玉這一特殊的硅質巖的成因有了更清楚的認識(華明弟，1984，1985;Hesse，1988，1989;Hekinian et al.，1993;Gutzmer et al.，2001;Grenne and Slack，2002，2003，2005;Little et al.，2004;Slack et al.，2007，2009;孫治雷等，2010)。碧玉是一種含鐵的致密塊狀燧石，由于燧石中發(fā)育塵埃狀赤鐵礦而通常呈紅色。碧玉通常與火山巖地質體，如火山成因塊狀硫化物體系(VMS)、蛇綠巖套相伴生，或發(fā)育在前寒武紀條帶狀鐵建造中;它實質上是一種基本未變質(或變質程度很低)的火山-熱液成因的Si-Fe化學沉積物，具有重要的成因指示意義。石碌礦區(qū)中碧玉的發(fā)育暗示了原始石碌鐵礦的形成可能與火山-熱液活動有關。因此，研究石碌礦床中碧玉的礦相學特征、在礦床中的分布特點、特別是碧玉與巨量鐵礦石之間的關系等問題，對解決礦床的成因問題具有重要意義。

由于碧玉組成的特殊性，大的碧玉可以用肉眼直接識別，而微小的碧玉即使在透射光、單偏光反射光、甚至掃描電鏡下都不容易識別。但碧玉具有特征的鮮紅色的內(nèi)反射色，與純凈的石英、結晶赤鐵礦、磁鐵礦等其他礦物的特征明顯不同。因此，在反光顯微鏡下利用正交偏光法可以對碧玉進行很好的識別。

本文對石碌鐵礦區(qū)不同類型的鐵礦石樣品進行系統(tǒng)的礦相學研究，重點對肉眼無法識別的微小的碧玉進行了識別和觀察。研究結果清楚地顯示，碧玉除了在鐵礦層的露頭中有少量發(fā)育，在微觀尺度上，微小的碧玉在鐵礦石中也普遍發(fā)育，說明碧玉是石碌礦床很重要的組成部分。因此，原始的石碌鐵礦是一套化學沉積的Si-Fe建造。本文的研究為礦床的火山-熱液沉積模式提供了直接有力的證據(jù)。

2 礦區(qū)地質概況及樣品采集

石碌鐵礦床位于我國海南省西部昌江縣城南側(圖1)。礦區(qū)東西長約11km，南北寬約5km，面積約50km2。區(qū)域出露的地層主要有長城系抱板群、青白口系石碌群、震旦系石灰頂組以及志留系、石炭系等;侵入巖主要為海西期-印支期花崗巖和燕山期花崗巖，其次為中元古代片麻狀花崗巖等。

石碌鐵礦的賦礦地層石碌群為一套以(低)綠片巖相變質為主的淺海相和淺海-瀉湖相(含鐵)火山碎屑沉積巖和碳酸鹽巖建造。目前一般認為石碌群的形成時代屬于新元古代，相當于青白口紀(張仁杰等，1992;許德如等，2009;Xu et al.，2013)。石碌群自下而上可分為7層。第1層為紅柱石絹云母石英片巖、片理化石英巖、含炭質紅柱石白云母石英片巖。第2層為蛇紋石化大理巖、鎂鐵橄欖石大理巖、透輝石透閃石巖化大理巖，夾火山凝灰?guī)r。第3層為石英絹云母片巖，夾千枚巖、石英片巖、紅柱石石英絹云母片巖、硅質條帶及少量火山巖物質。第4層為石英片巖、石英巖、石英絹云母片巖、千枚巖。第5層為石英絹云母片巖，夾火山凝灰?guī)r及少量硅質巖。第6層是鐵-銅-鈷等多金屬的主要賦礦層位，可分為3段，下段為含銅鈷巖性段，以白云質大理巖、透輝石透閃石巖化白云質大理巖、條帶狀透輝石透閃石巖為主，夾硅質巖、石英絹云母片巖等以及富含銅鈷的硫鐵礦透鏡體;中段是含鐵的主要層位，主要為透輝石透閃石巖化白云質大理巖、條帶狀透輝石透閃石巖、含石榴石透輝石透閃石巖，夾赤鐵礦層及少量碧玉、石膏、火山質凝灰?guī)r;上段為白云巖、白云質灰?guī)r、泥巖和炭質白云巖，夾板巖和千枚巖。第7層為變質石英砂巖、含鐵石英砂巖夾薄層千枚巖和含錳赤鐵鐵礦(許德如等，2009)。

礦區(qū)出露或已探明的礦體有將近上百個，這些礦體在區(qū)域上呈點狀分布，以透鏡體、似層狀賦存在石碌群的第6層位。大多數(shù)礦體的規(guī)模較小，只有少數(shù)規(guī)模較大，其中規(guī)模最大的是北一礦體，該礦體平均品位TFe為58%，鐵、鈷、銅的儲量占總儲量的80%以上。除了北一礦體，其他的礦體主要包括:南六鐵礦體、楓樹下鐵礦體、正美鐵礦體等(圖1)。大多數(shù)鐵礦體的含鐵礦物以赤鐵礦為主，但正美礦體可能是因為受到燕山期花崗巖的改造而以磁鐵礦為主。

石碌鐵礦的圍巖總體上為一套白云巖，靠近鐵礦的部分普遍發(fā)生了透輝石透閃石化(圖2a，b)。透輝石透閃石巖構成了鐵礦的頂?shù)装?，有時也呈鐵礦的夾層出現(xiàn)。鐵礦體主要由赤鐵礦層(圖2c)構成，礦物組成簡單，主要由赤鐵礦、石英及少量磁鐵礦、重晶石、石膏等組成。此外，局部赤鐵礦層中發(fā)育碧玉透鏡體(圖2d)及薄層狀或細脈狀的石膏-硬石膏巖和重晶石巖。鐵礦體與圍巖通常呈突變關系(圖2a)，有時也能觀察到硅化圍巖、貧鐵礦到富鐵礦呈漸變過渡。

圖1 石碌礦區(qū)位置圖(a)和石碌鐵礦礦區(qū)地質圖(b，據(jù)Xu et al.，2013修改)Fig.1 Location map(a)and geological map(b，modified after Xu et al.，2013)of Shilu Fe ore deposit

圖2 石碌鐵礦礦區(qū)野外露頭照片(a)-富鐵礦體與二透巖化白云巖(圍巖)接觸;(b)-白云巖，發(fā)生透輝石透閃石巖化;(c)-塊狀富鐵礦石;(d)-含鐵碧玉巖，呈團塊狀發(fā)育在富赤鐵礦石中Fig.2 Field photographs of Shilu ore deposit(a)-photograph showing clear boundary between high-grade Fe ore and pyroxene-amphibole rock;(b)-dolomite marble with pyroxene-amphibole bands;(c)-high-grade Fe ore;(d)-jaspilite in iron ore

本次研究的礦石和碧玉樣品采自石碌礦區(qū)的北一礦體、南六礦體以及ZK1101鉆孔(圖1)等，這些樣品囊括了鐵礦體從底部到頂部不同位置、不同類型的礦石。由于北一鐵礦體是石碌礦區(qū)規(guī)模最大、礦層出露完整的礦體，因而最具代表性，本文所研究的樣品以北一礦體的為主。

3 碧玉和鐵礦石的特征及關系

石碌礦床鐵礦體的主體部分是鐵礦石。根據(jù)鐵的含量，鐵礦石可以大致分為富鐵礦石(TFe＞50%)和貧鐵礦石(20% ＜TFe＜50%)兩類，其中富鐵礦石是最主要的礦石類型。貧鐵礦石大多發(fā)育在富鐵礦和圍巖接觸的部位，規(guī)模相對較小。鐵礦體中發(fā)育有碧玉，雖然規(guī)模并不大，但碧玉在礦區(qū)中的分布廣泛，在北一礦體、南六礦體、石灰頂?shù)V體以及ZK1101等鉆孔中均有發(fā)現(xiàn)。碧玉通常呈幾厘米到幾十厘米長的不規(guī)則透鏡體形式在鐵礦層中產(chǎn)出(圖2d)，有時可達幾米厚，延伸數(shù)十米，延伸產(chǎn)狀與鐵礦層一致。碧玉與鐵礦石通常呈截然突變的接觸關系，有時也呈漸變的過渡關系。詳細的礦相學研究發(fā)現(xiàn)鐵礦石中普遍發(fā)育碧玉，顯示兩者具有密切的共生關系。

3.1 碧玉巖

在野外露頭或手標本上，碧玉巖呈紅色、暗紅色，隨著鐵含量的升高而顏色變深;具有致密塊狀構造，隱晶質結構，具貝殼狀斷口(圖2d)。碧玉巖的蝕變通常沿斷面或裂隙發(fā)育，斷裂面中充填方解石、石英、鏡鐵礦細脈。有些碧玉巖可能發(fā)生了重結晶作用，形成赤鐵礦晶體。

典型碧玉的礦相學特征如圖3所示。碧玉在鏡下的典型特點是具有鮮紅色的內(nèi)反射色，利用正交偏光法可以進行清晰鑒定(圖3a)。碧玉巖中大多發(fā)育有少量的大小不等、形狀不規(guī)則、浸染狀分布的赤鐵礦顆粒(圖3a，b)，有時也發(fā)育有赤鐵礦團塊或細脈(圖3c，d)。有些碧玉巖沿裂隙充填有浸染狀-細脈狀赤鐵礦集合體及重結晶石英，殘留的碧玉形成團塊狀、不規(guī)則邊界(圖3e，f)。表明這些碧玉巖是原生的巖石，它們發(fā)生了一定程度的“活化”作用，使得原有的物質在局部發(fā)生了重結晶作用。

3.2 貧鐵礦石

貧鐵礦石成分結構較為復雜，主要由赤鐵礦、磁鐵礦組成，其他礦物包括石英、長石、石榴石、方解石、白云石、重晶石等。貧鐵礦石往往具有隱晶質、微晶結構，重結晶、交代現(xiàn)象較為普遍;有時呈條帶狀構造，鐵礦和透輝石透閃石(石榴石)巖互呈條帶狀。有些礦石在手標本上能看到殘留的碧玉巖。

貧鐵礦石的礦相學特征如圖4所示。貧鐵礦石中的含鐵礦物主要為赤鐵礦、磁鐵礦，它們往往呈不規(guī)則的團塊狀或細粒浸染狀，粒度大小不等，略具定向性排列(圖4a-f)。貧鐵礦石中發(fā)育含量不等的碧玉，呈細粒隱晶質集合體，形狀極不規(guī)則，多呈鋸齒狀、港灣狀(圖4a-d)。石英呈集合體形態(tài)發(fā)育，顆粒大小不等，具有重結晶現(xiàn)象。礦石中發(fā)育石英細脈，脈體中的石英結晶較好，并發(fā)育有團塊狀赤鐵礦或磁鐵礦集合體(圖4e，f)。貧鐵礦與碧玉巖相比，顯示了更加強烈的變質重結晶作用。

3.3 富鐵礦石

富鐵礦石主要由赤鐵礦、碧玉組成，伴生有少量石英、絹云母、磁鐵礦、重晶石、硬石膏等。主要為塊狀構造，礦物(主要是赤鐵礦)結晶程度不一，有的結晶較好，呈片狀結構，有的結晶較差，呈微晶、隱晶質結構。

詳細的礦相學研究表明，幾乎所有的富鐵礦石中都發(fā)育有微小的碧玉。圖5顯示了幾個典型富鐵礦的鏡下特征。隱晶質、微晶結構富鐵礦石中的赤鐵礦呈它形、半自形不規(guī)則集合體狀，粒度通常＜0.02mm，定向性不明顯(圖5a-d);碧玉呈浸染狀分布在赤鐵礦集合體之間，碧玉的粒度大小不等，大多極微小，少量呈細粒狀，形狀不規(guī)則。這些特點表明這類富鐵礦石并沒有受到明顯的變形變質作用。片狀、鱗片狀結構富鐵礦石中的赤鐵礦呈自形、半自形，粒度可達0.1～0.3mm，一般定向排列(圖5e，f);碧玉、石英或其他礦物呈星點狀分布在赤鐵礦顆粒邊緣之間或包裹著赤鐵礦之內(nèi)，顆粒大小不等，在0.01～0.1mm之間，形狀呈豆狀、細粒狀，沿赤鐵礦排列方向略具定向性。表明這類富鐵礦石發(fā)生了明顯的變質重結晶作用。

總結上述現(xiàn)象，可以得出:(1)碧玉在石碌鐵礦中普遍發(fā)育，是石碌鐵礦很重要的組成部分。雖然碧玉在野外露頭上出露的規(guī)模較小，但細小的碧玉在絕大多數(shù)的鐵礦石中都廣泛發(fā)育，并與鐵礦石具有密切的共生關系。(2)碧玉在鐵礦石中呈透鏡體、團塊狀、豆狀或不規(guī)則形態(tài)，并且沿碧玉邊緣或裂隙面發(fā)育有重結晶或交代的現(xiàn)象，表明碧玉是早期原生的產(chǎn)物，而不是交代或蝕變作用的產(chǎn)物。(3)大多數(shù)赤鐵礦趨向于呈不規(guī)則集合體形式分布，或者呈半自形、自形顆粒定向排列，具有變質重結晶的特征。

4 討論

4.1 碧玉的成因指示意義

碧玉(Jasper)是硅質巖的一種。硅質巖在國際上一般稱為燧石(Chert)，與粘土巖、碎屑巖、碳酸鹽巖等巖石一樣，屬于沉積巖范疇。它是一種致密的巖石，主要由一種或幾種形式的氧化硅(蛋白石、玉髓或微晶質石英)組成。硅質巖具有不同的種類，其成因可細分為:(1)生物或生物化學沉積成因，例如硅藻土、放射蟲硅質巖、海綿巖等;(2)化學沉積成因，例如燧石巖、碧玉巖、硅華等;(3)交代作用(硅化作用)成因，例如硅化碳酸鹽巖、硅化蒸發(fā)巖等(楊建民等，1999;Hesse et al.，1988，1989;樊擁軍和王福生，2009)。

碧玉是含鐵的燧石，由蛋白石膠體(SiO2·nH2O)和鐵的氫氧化物(Fe(OH)3)膠體共同沉淀形成，它們在成巖作用過程中發(fā)生脫水形成微晶石英和赤鐵礦(Hekinian et al.，1993;Gutzmer et al.，2001)。由于碧玉中含有塵埃狀赤鐵礦而呈紅色，有時也呈黃色、褐色、黑色，鐵的含量越高，顏色越深。碧玉是一種未變質或變質程度很低的硅質巖。當發(fā)生變質作用時，碧玉中的微晶石英和赤鐵礦可發(fā)生重結晶形成鐵英巖。這一過程中Fe質和Si質發(fā)生分離和重結晶，所形成的巖石不再呈現(xiàn)紅色。

碧玉實質上是一種化學沉積的Si-Fe建造，其形成與海底火山-熱液活動有關。研究表明，層狀碧玉巖的發(fā)育產(chǎn)出大多與火山巖建造(火山成因塊狀硫化物VMS礦床、蛇綠巖等)有密切聯(lián)系(Grenne and Slack，2003，及其中的參考文獻)。碧玉也普遍發(fā)育在前寒武紀條帶狀鐵建造(BIF)中，而條帶狀鐵建造(BIF)的形成也與海底火山-熱液活動有密切聯(lián)系(Lascelles，2007;Bekker et al.，2010;李延河等，2010)?，F(xiàn)代海底熱液噴口系統(tǒng)的觀測表明，硅(-鐵)質沉積與海底熱液活動有關，當熱液噴口中上升的熱液流體與冷的、堿性的、氧化的海水混合時，由于溫度、pH等條件的變化，二氧化硅和鐵的氫氧化物以膠體形式發(fā)生沉淀，這一過程往往還伴隨著硫酸鹽(如重晶石)的形成。這一過程是個化學沉積過程，所形成碧玉的化學成分以SiO2、Fe2O3為主，Al2O3、TiO2、ZrO 等 元 素 含 量 很 低 (Herzig et al.，1988;Gutzmer et al.，2001及其中的參考文獻)。

圖4 貧鐵礦石的顯微照片(a)-貧鐵礦石中的碧玉，赤鐵礦呈浸染狀、集合體狀，正交反射光;(b)為(a)的同一樣品，反射光;(c)-貧鐵礦石中不規(guī)則形態(tài)的碧玉和石英，石英具有重結晶的特點，碧玉和石英邊界發(fā)育浸染狀赤鐵礦，正交反射光;(d)為(c)的同一樣品，反射光;(e)-貧鐵礦石中發(fā)育碧玉、磁鐵礦、赤鐵礦及石英細脈，磁鐵礦和赤鐵礦呈不規(guī)則集合體狀，正交反射光;(f)為(e)的同一樣品，反射光.Hem-赤鐵礦;Ja-碧玉;Mag-磁鐵礦;Qtz-石英Fig.4 Photomicrograph of low-grade Fe ore(a)-jasper in low-grade Fe ore，with disseminated fine hematite，with cross-polarized reflected light;(b)-the same sample as(a)，with reflected light;(c)-jasper and quartz in low-grade Fe ore，with cross-polarized reflected light;(d)-the same sample as(c)，with reflected light;(e)-lowgrade Fe ore cutting by quartz vein，with cross-polarized reflected light;(f)-the same sample as(e)，with reflected light.Hem-hematite;Ja-jasper;Mag-magnetite;Qtz-quartz

自然界中還存在一些類似于碧玉的巖石，如所謂的紅色硅質巖石、似碧玉巖、類碧玉巖等，可以由熱液交代(硅化)作用形成，但這些巖石的地質產(chǎn)狀、結構構造、化學組成等與典型的碧玉不同(閆升好等，2000;薛春紀，1991)。自然界中其他的地質過程是否也能夠形成碧玉還有待進一步研究，但是幾乎所有發(fā)育碧玉的巖層或礦床都在一定程度上被認為與海底火山-熱液活動有關。

因此，碧玉具有重要的成因指示意義，指示了與火山-熱液活動有關的化學沉積作用。

圖5 富鐵礦石的顯微照片(a)-致密塊狀富鐵礦石，隱晶質結構，發(fā)育他形極細粒赤鐵礦和碧玉，正交反射光;(b)為(a)的同一樣品，反射光;(c)-細鱗片狀富鐵礦石，赤鐵礦呈細粒半自形結構，發(fā)育少量細粒碧玉和石英，正交反射光;(d)為(c)的同一樣品，反射光;(e)-鱗片狀富鐵礦石，赤鐵礦呈中粗粒半自形-自形鱗片狀結構，發(fā)育碧玉和石英，正交反射光;(f)為(e)的同一樣品，反射光.Hem-赤鐵礦;Ja-碧玉;Qtz-石英Fig.5 Photomicrograph of high-grade Fe ore(a)-high-grade Fe ore showing cryptocrystalline texture，with disseminated very fine hematite and jasper，with cross-polarized reflected light;(b)-the same sample as(a)，with reflected light;(c)-high-grade Fe ore with microcrystalline texture，with cross-polarized reflected light;(d)-the same sample as(c)，with reflected light;(e)-high-grade Fe ore with lepidoblastic texture，with cross-polarized reflected light;(f)-the same sample as(e)，with reflected light.Hem-hematite;Ja-jasper;Qtz-quartz

4.2 原始鐵礦床的成因制約

石碌原始鐵礦主要的成因模式可概況為:(1)礦漿噴溢成因或火山成因;(2)矽卡巖或類矽卡巖成因;(3)熱鹵水沉積成因;(4)火山(熱液)沉積成因(中國科學院華南富鐵礦科學研究隊，1986，及其中的文獻)。不管是哪種成因觀點，大多數(shù)的學者都不否認石碌鐵礦的形成有沉積作用的參與。

大量的資料和研究都表明，石碌礦床中發(fā)育有碧玉，這也已被許多學者所報道并得到礦相學和地球化學數(shù)據(jù)的證實(馮建良和王靜純，1980;中國科學院華南富鐵礦科學研究隊，1986)。例如，利用正交偏光法觀察表明，這些碧玉具有特征的鮮紅色的內(nèi)反射色、并具有隱晶質結構;從主量元素組成來看，石碌鐵礦的碧玉巖主要由SiO2和Fe2O3、FeO組成，其他元素的含量都非常低(＜1%)(中國科學院華南富鐵礦科學研究隊，1986)。此外，石碌礦區(qū)中碧玉的巖相學特征也表明，這些碧玉確實是早期原生成因的，不是由后期的交代(硅化)作用所形成。

巖相學和礦相學的研究已表明，碧玉不僅在石碌礦區(qū)的野外露頭中發(fā)育，在微觀尺度上，碧玉也在大多數(shù)的鐵礦石中普遍發(fā)育(圖4、圖5)。因此，不管是宏觀尺度上，還是微觀尺度上，鐵礦石和碧玉都是相互密切聯(lián)系的共生體。由于碧玉是未變質或變質程度很低的化學沉積物，鐵礦中碧玉的普遍發(fā)育表明原始的石碌鐵礦不可能是礦漿噴溢或者矽卡巖化的產(chǎn)物，而是一套典型的Si-Fe沉積建造。這也與碧玉巖、貧鐵礦石、富鐵礦石的化學元素特征相符，它們的元素組成都是以SiO2和Fe2O3、FeO為主，只是比例有所不同，而其他元素(Al2O3、TiO2等)的含量都很低(中國科學院華南富鐵礦科學研究隊，1986;許德如等，2009)，反映了它們是同一成因系列的純凈的化學沉積物。

因此，原始的石碌鐵礦應為火山-熱液沉積作用的產(chǎn)物。礦床學的研究表明，在火山活動過程中，包括火山噴發(fā)的晚期或噴發(fā)間歇期，都伴隨火山噴氣和火山熱液活動，這些含礦質的酸性氣液，主要成分包括 SiCl4、FeCl3、H2S、SO2、CO2以及各種金屬的化合物，它們呈真溶液或膠體溶液，進入水體后會因為物理化學條件的改變而沉淀下來。硅、鐵、錳、鈷等的易溶化合物也可以被遠距離搬運，在適當?shù)臈l件下發(fā)生化學沉淀形成碧玉-赤鐵礦(-重晶石)建造(翟裕生等，2011)。

從碧玉和鐵(銅)礦關系的角度，石碌鐵礦床和其他的火山-熱液沉積類型的礦床也具有很好的對比性。例如，甘肅的鏡鐵山鐵銅礦床(薛春紀等，1997;劉華山等，1998)、新疆西天山的莫托薩拉和式可布臺鐵礦床(華明弟，1984，1985)。這些礦床的鐵(銅)礦都與碧玉具有密切的聯(lián)系，它們的形成大都被認為是與火山-熱液活動有關。石碌礦床本質上也可以算是一種前寒武紀條帶狀鐵建造(BIF)，它們都屬于一種化學沉積的Si-Fe建造，并且在成因上也與火山-熱液活動有關(Lascelles，2007;Bekker et al.，2010;李延河等，2010)。

石碌礦床的火山-熱液沉積成因模式也可以很好地解釋石碌礦區(qū)中許多特殊的地質現(xiàn)象。例如，礦體為透鏡體形態(tài)，呈點型分布，延伸不長，而不是呈連續(xù)的層狀分布，并且不同礦體的大小差別很大，這可能與火山-熱液噴口的大小和分布有關。鐵礦體中發(fā)育碧玉、重晶石、石膏，它們是火山-熱液沉積的標志性沉積物。礦石的S、O同位素顯示出巖漿來源和陸源相混合的特點。在礦區(qū)的周圍，賦礦地層巖系中發(fā)育有富鉀流紋質熔結凝灰?guī)r等火山巖(王寒竹，1983;中國科學院華南富鐵礦科學研究隊，1986)，表明火山活動確實存在。

雖然石碌礦床的礦體與圍巖受到了矽卡巖化作用，例如圍巖白云巖普遍發(fā)生了強烈透輝石透閃石巖化，但是鐵礦石的矽卡巖化作用只在局部位置發(fā)育，只有部分礦體邊部的貧鐵礦石中發(fā)育有石榴石、透輝石、透閃石等高溫熱液蝕變礦物，而大多數(shù)的富鐵礦石中并沒有這種蝕變現(xiàn)象。所以石碌礦床只是受到矽卡巖化作用的影響，但并不是矽卡巖成因的礦床。有學者觀察到礦石中磁鐵礦被赤鐵礦交代的現(xiàn)象(Xu et al.，2013，2014)，石碌鐵礦中的磁鐵礦可能與后期熱液活動有關，礦體邊部的貧鐵礦石或受花崗巖強烈影響的鐵礦石(正美地區(qū))中就明顯發(fā)育更多的磁鐵礦。因此，磁鐵礦的成因及和赤鐵礦的關系問題需要更進一步的研究。

4.3 富鐵礦的形成機制探討

另一個與礦床成因密切相關的重要問題是富鐵礦的形成機制。鐵礦的主體是一套以赤鐵礦為主的富鐵礦石，并且大多具有鱗片變晶結構，顯示出多期改造疊加的特點(許德如等，2009)。這套富鐵礦的鐵是原始沉積形成的，還是后期改造使貧鐵礦發(fā)生鐵的富集形成的?

前人的研究多認為，構造變形過程中所引起的去硅作用可能是鐵礦富集的一種重要因素(楊開慶等，1988;侯威等，2007;許德如等，2009)。在韌性剪切作用過程中，成礦物質呈塑性流動，因壓溶而發(fā)生去硅作用，使貧鐵礦變成富鐵礦。因為鐵礦體的發(fā)育在一定程度上受構造控制，主要分布在褶皺的轉折端部位;并且塑性流動越發(fā)育，鐵礦的富集加厚就越顯著。如前所述，碧玉的普遍存在表明石碌鐵礦在受變質-變形改造前是一套化學沉積的Si-Fe建造。這為富鐵礦成因的構造去硅機制提供了必要的物質基礎。

誠然，對于Si-Fe建造而言，如果構造過程中發(fā)生去硅作用則會導致Fe的富集。但另一方面，化學沉積作用也可以直接形成富鐵礦。在Si-Fe質的沉積過程中，F(xiàn)e和Si的比例不同，形成的鐵礦石或碧玉(硅質巖)的Fe含量也不同。當Fe的沉淀占主導時，就形成Fe含量很高的鐵礦石。事實上，自然界中的沉積作用本身就可以直接形成富鐵礦。例如，在新疆西天山的莫托薩拉和式可布臺鐵礦區(qū)，就發(fā)育有典型的未受明顯變質變形的沉積富鐵礦石，全鐵(TFe)含量可達67%(華明弟，1985;袁濤，2003)。石碌礦區(qū)中碧玉的普遍發(fā)育表明石碌鐵礦的變質作用程度并不高，還不足以使礦區(qū)中的碧玉發(fā)生徹底的變質。礦區(qū)中也發(fā)育有基本沒有受到構造變形的含碧玉的致密塊狀隱晶質富鐵礦石(圖5a-b)，F(xiàn)e含量高達66%(本文未發(fā)表數(shù)據(jù))。所以石碌鐵礦的富鐵礦也可能沒有發(fā)生去硅作用而由沉積作用直接形成。

綜上所述，原始的石碌鐵礦為一套Si-Fe沉積建造，而富鐵礦的富集機制:是否發(fā)生了去硅作用，還是直接由沉積作用形成?仍然需要進一步的研究。

5 結論

通過對石碌鐵礦碧玉和鐵礦石巖相學和礦相學的研究，發(fā)現(xiàn)貧鐵礦石和富鐵礦石中均發(fā)育有碧玉，表明碧玉是石碌鐵礦的重要組成部分，并和鐵礦石具有密切的成因聯(lián)系。由于碧玉是與火山-熱液活動有關的化學沉積物。因此，原始的石碌鐵礦不可能為礦漿噴溢成因或矽卡巖作用成因，而是一套化學沉積的Si-Fe建造，是火山-熱液沉積作用的產(chǎn)物。石碌礦區(qū)中的富鐵礦可以通過構造去硅作用形成，但也可以由沉積作用直接形成，它的富集機制仍然需要進一步研究。

致謝 參與野外工作的還有中國地質科學院地質研究所的郭躍玲老師、王世霞博士;野外工作中還得到了中國科學院廣州地球化學研究所的許德如研究員、海南礦業(yè)股份有限公司的王永輝科長及其他領導和員工的幫助和支持;兩位審稿專家及張招崇教授對本文的修改提出了寶貴的意見和建議;在此一并表示誠摯的感謝。

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