沈利霞 丁俊德 陳志國(guó)

(天津華北地質(zhì)勘查局)

·地質(zhì)·測(cè)量·

冀南邯邢鐵礦巖漿巖演化與成礦作用

沈利霞 丁俊德 陳志國(guó)

(天津華北地質(zhì)勘查局)

論證了邯邢鐵礦區(qū)巖漿巖是一套幔源分異系列巖石，不存在花崗巖類(lèi)深成巖體多次脈動(dòng)上侵并隨著溫度下降從邊緣向內(nèi)部固結(jié)的產(chǎn)物，巖漿巖明顯受斷裂構(gòu)造及地層結(jié)構(gòu)控制，呈似層狀產(chǎn)出，不存在所謂的“起球膨脹式”主動(dòng)侵入現(xiàn)象。在此基礎(chǔ)上對(duì)區(qū)內(nèi)控巖構(gòu)造與巖體產(chǎn)狀進(jìn)行了分析，并對(duì)區(qū)內(nèi)巖漿巖成礦作用進(jìn)行了討論，為區(qū)內(nèi)找礦工作提供參考。

巖漿巖演化 控巖構(gòu)造 巖體產(chǎn)狀 成礦作用

邯邢鐵礦區(qū)位于河北省西南部太行山東麓，邯鄲市和邢臺(tái)市西部。區(qū)域大地構(gòu)造位于太行抬拱(Ⅲ級(jí)構(gòu)造)武安拱斷束(Ⅳ級(jí)構(gòu)造)區(qū)，地層以古生代地層為主[1-5]，構(gòu)造以NNE向壓性正斷層為主，以階梯狀地塹、地壘式形式出現(xiàn)。燕山期中酸性-偏堿性巖體廣范分布，接觸帶及附近產(chǎn)有眾多的矽卡巖型鐵礦。

邯邢地區(qū)的接觸交代型鐵礦，在20世紀(jì)中期地質(zhì)找礦及科研工作中起到了典范作用，積累了大量成果，到20世紀(jì)80年代找礦科研工作已基本結(jié)束。近期隨著鐵礦找礦工作的升溫，對(duì)該區(qū)地質(zhì)研究工作又引起了關(guān)注[1]，文中著重對(duì)近年來(lái)關(guān)于區(qū)內(nèi)巖漿巖的演化、來(lái)源及巖漿巖的產(chǎn)狀和成礦模式的新認(rèn)識(shí)進(jìn)行深入探討。

1 巖漿巖演化

1.1 巖漿巖分布概況

區(qū)內(nèi)燕山期侵入巖體在中奧陶紀(jì)地層中呈帶狀、不規(guī)則面狀或零星分布的小巖體廣泛出露。概括起來(lái)可分為東、中、西等3個(gè)NNE向的巖帶，見(jiàn)圖1。

1.2 巖漿巖時(shí)代

區(qū)內(nèi)與成礦有關(guān)的燕山期巖漿巖由早到晚基本上可以劃分為3期：①早期以偏基性的角閃閃長(zhǎng)巖為主，分布于涉縣符山巖體，武安巖體的南部偏西部位及北部綦村巖體北部邊緣；②第2期以閃長(zhǎng)巖及二長(zhǎng)巖為主，局部出現(xiàn)角閃二長(zhǎng)巖，分布于區(qū)內(nèi)中部；③第3期以偏堿性巖石為主，主要為正長(zhǎng)巖及其脈巖，巖體主要分布于東部洪山，與火山機(jī)構(gòu)晚期活動(dòng)有關(guān)[6-7]。區(qū)域南部黃澤關(guān)—邯鄲近EW向斷層之東西兩端均出現(xiàn)喜山期玄武巖，證實(shí)近EW向斷裂帶已深切至上地幔，并有多期活動(dòng)。

圖1 邯邢—安林鐵礦區(qū)巖漿巖分布

河北省遙感影像圖上有8個(gè)直徑達(dá)100 km的大型環(huán)狀影像，邯邢地區(qū)就是其中之一(見(jiàn)圖2)，這說(shuō)明該地區(qū)深部具有巖漿房存在，可能與地幔柱有關(guān)。

圖2 河北一級(jí)遙感影像

1.3 巖漿巖化學(xué)成分

區(qū)內(nèi)巖漿巖化學(xué)成分與中國(guó)及世界同類(lèi)型巖石對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表1。根據(jù)大量巖石化學(xué)分析結(jié)果，區(qū)內(nèi)燕山期巖漿巖大部分為正常類(lèi)型，少數(shù)為鋁過(guò)飽和類(lèi)型，極個(gè)別為堿過(guò)飽和類(lèi)型，化學(xué)成分與中國(guó)及世界同類(lèi)型閃長(zhǎng)巖十分接近。

表1 巖漿巖化學(xué)成分對(duì)比 %

巖漿巖化學(xué)成分區(qū)內(nèi)平均值中國(guó)平均值閃長(zhǎng)巖中性巖世界平均值SiO257.5457.3958.0556.71TiO20.600.890.790.84Al2O316.0716.4217.4116.67Fe2O33.563.103.233.16FeO2.934.153.574.40CaO5.025.585.776.74MgO4.063.773.244.17Na2O4.924.263.573.39K2O2.692.572.362.12P2O50.3430.370.440.25其他0.451.321.421.36

1.4 野外觀察

在區(qū)域找礦勘查工作的后期，在大面積 1∶ 10 000 地質(zhì)測(cè)量過(guò)程中，于區(qū)內(nèi)中部巖帶的西部史東溝地區(qū)見(jiàn)到輝長(zhǎng)巖呈俘虜體，塊度為0.15～1.50m，被角閃閃長(zhǎng)巖包裹，見(jiàn)圖3。

圖3 史東莊溝剖面

華北陸臺(tái)上產(chǎn)于中奧陶統(tǒng)地層分布區(qū)的接觸交代型鐵礦，其附近幾乎都有基性巖或堿性巖體出露。經(jīng)過(guò)對(duì)東部礦帶洪山巖體的研究，正長(zhǎng)巖為區(qū)內(nèi)燕山期巖漿活動(dòng)晚期以次火山巖形式貫入于破火山口中，呈倒立的喇叭狀產(chǎn)出，覆蓋于基性超基性巖體之上。經(jīng)鉆探驗(yàn)證，于30m處見(jiàn)礦輝長(zhǎng)巖，并于其東部玉窯一帶的侏羅系火山巖中見(jiàn)到大小不等的橄欖輝長(zhǎng)巖包裹體。

1.5 航磁成果推斷

區(qū)內(nèi)進(jìn)行了15，500，1 700m等3個(gè)高度的航空磁法測(cè)量，發(fā)現(xiàn)礦山村巖體存在磁異常，隨著航飛高度的提高，磁異常中心向東偏離，說(shuō)明巖體深部有側(cè)伏。另外，在1 700m高空航磁圖上，洪山巖體不但沒(méi)有消失，反而更加明顯，范圍更大(見(jiàn)圖4)。認(rèn)為該磁異常絕非由出露于地表的正長(zhǎng)巖所能引起，只能由基性或超基性巖所引起。另?yè)?jù)對(duì)煤質(zhì)的變質(zhì)程度研究，亦證實(shí)該區(qū)以洪山為中心，煤變質(zhì)程度由高到低，推論該區(qū)巖漿巖的侵入中心位于洪山。

圖4 1 700 m高空航磁異常

1.6 巖漿巖演化特征

區(qū)內(nèi)直接與鐵礦成礦有關(guān)的巖漿巖為燕山早期(145～ 180 Ma )的角閃閃長(zhǎng)巖-閃長(zhǎng)巖，燕山晚期的閃長(zhǎng)巖-二長(zhǎng)巖(121～140 Ma)。燕山晚期(60～120 Ma)的偏堿性巖漿巖及閃長(zhǎng)玢巖等兼屬巖漿活動(dòng)晚期次火山巖及脈巖系列，尚未發(fā)現(xiàn)有關(guān)的成礦作用。巖漿巖由早期到晚期呈現(xiàn)出明顯的由中基性—中酸性—中酸性—中酸性偏堿性—堿性的演化趨勢(shì)，未發(fā)現(xiàn)有花崗巖-花崗閃長(zhǎng)巖-閃長(zhǎng)巖的脈動(dòng)信息。

另外，在區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)了大量基性巖信息，為輝長(zhǎng)巖被角閃閃長(zhǎng)巖包裹，侏羅系火山沉積巖中包括了大量橄欖輝長(zhǎng)巖包裹體，洪山巖體深部見(jiàn)到輝長(zhǎng)巖，洪山巖體與煤層變質(zhì)程度密切相關(guān)。有理由認(rèn)為，在該區(qū)內(nèi)177 Ma前具有基性-超基性巖侵入活動(dòng)，同時(shí)該巖漿活動(dòng)與其后的多期次巖漿活動(dòng)是密切相關(guān)的。區(qū)內(nèi)基本不見(jiàn)花崗巖或花崗閃長(zhǎng)巖，而是由超基性、基性、中性和偏堿性巖石組成的一套幔源分異系列巖石。

2 控巖構(gòu)造與巖體產(chǎn)狀

2.1 控巖構(gòu)造

2.1.1 斷裂褶皺控巖

根據(jù)太行山東麓燕山期巖漿巖的分布情況，南至河南安陽(yáng)，北至邯鄲、邢臺(tái)、石家莊、保定等地區(qū)均有巖體存在，并具有似等間距分布的特點(diǎn)。各巖體南北邊界均受EW向構(gòu)造限定。以邯鄲地區(qū)為例，在航磁異常圖上(見(jiàn)圖4)，低磁區(qū)呈EW—NWW向展布，限定了巖體的南北邊界，通過(guò)對(duì)航磁成果推斷該區(qū)存在EW—NWW向的基底斷裂。筆者認(rèn)為該方向的基底斷裂是海西運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)物，在燕山期轉(zhuǎn)化為張性或張扭性斷裂，成為基底導(dǎo)巖構(gòu)造。蓋層中的壓性斷層(見(jiàn)圖5)構(gòu)成階梯狀NNE向新華夏系斷裂構(gòu)造，NNE向的褶皺帶及旋鈕作用形成的褶皺構(gòu)造，亦是控制巖體頂部隆起的重要因素。

圖5 蓋層及基底斷裂分布示意

2.1.2 地層控巖

區(qū)內(nèi)燕山期巖漿巖主要分布于中奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖地層中，與地層結(jié)構(gòu)有關(guān)。根據(jù)沉積旋回，中奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖由下而上可劃分為下馬家溝組，上馬家溝組及峰峰組。每組底部均有1層厚約30 m的巖溶角礫巖，為巖漿巖侵入提供了通道。上部石炭二疊系地層亦大量分布著沿層理侵入的層狀巖床，厚度由數(shù)米到十余米不等。

2.2 巖體產(chǎn)狀

區(qū)內(nèi)存在以似層狀為主的燕山期巖漿巖，如礦山村巖體，該巖體經(jīng)多處鉆孔驗(yàn)證，其厚度一般不超過(guò)500 m，底部為下奧陶統(tǒng)冶里組白云質(zhì)灰?guī)r，巖體中夾有平緩產(chǎn)出的薄層碳酸鹽巖。上覆石炭二疊系地層中的巖漿巖，均以中淺成的閃長(zhǎng)玢巖為其特征。巖筒狀的巖體亦有發(fā)現(xiàn)，與圍巖接觸帶參差不齊，巖體中常有碳酸鹽巖的捕虜體存在。脈巖類(lèi)巖石如正長(zhǎng)巖、玢巖等多穿插于巖體內(nèi)。

以上巖漿巖產(chǎn)出的形狀與區(qū)域巖漿巖帶是互相聯(lián)系的，形成一個(gè)綜合體，區(qū)內(nèi)至今尚未發(fā)現(xiàn)類(lèi)似山東金嶺鎮(zhèn)，萊蕪地區(qū)呈盤(pán)狀或蘑菇狀的單一穹窿式的巖體。

3 成礦作用

3.1 鐵元素來(lái)源

區(qū)內(nèi)鐵元素來(lái)源于中基性-中酸性偏堿性巖漿巖，原巖經(jīng)鈉長(zhǎng)石化后可以析出大量的鐵，見(jiàn)表2。

表2 成礦巖漿巖與鈉長(zhǎng)石化后鐵元素變化對(duì)比 %

3.2 鐵元素運(yùn)移

巖漿巖在侵入過(guò)程中，由于壓力釋放，析出大量的氣液物質(zhì)，中奧陶統(tǒng)地層中大量的碳酸鹽巖及膏巖層被同化于一體。巖漿氣液中形成大量的碳酸鹽和Na、Cl、F、S等活潑元素。巖漿巖在鈉化過(guò)程中，K2O的平均含量由3.50%降至0.48%。說(shuō)明氣液在早期弱酸條件下，后期又疊加了堿性物質(zhì)，使氣液的堿性程度有所增強(qiáng)。在此過(guò)程中，被析出的鐵元素以絡(luò)合物的形式被運(yùn)移至巖體上方的有利空間中。

3.3 矽卡巖與成礦

區(qū)內(nèi)鐵礦成礦地段均有矽卡巖存在，其規(guī)模與鐵礦床成正比，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于鈉長(zhǎng)石化的范圍，無(wú)礦接觸帶一般沒(méi)有矽卡巖出現(xiàn)。矽卡巖的出現(xiàn)與成礦有利地段密切相關(guān)，亦即有利于成礦氣液的聚集空間。在高溫氣液的參與下，碳酸鹽巖與硅酸鹽巖接觸，發(fā)生物質(zhì)的交代作用，形成一系列鈣鎂硅酸鹽礦物。區(qū)內(nèi)中奧陶統(tǒng)地層中以透輝石矽卡巖為主，蛇紋石矽卡巖較少見(jiàn)到。在矽卡巖帶中未發(fā)現(xiàn)明顯的鈉長(zhǎng)石化現(xiàn)象，筆者認(rèn)為矽卡巖化應(yīng)晚于鈉長(zhǎng)石化，早于磁鐵礦的形成階段。矽卡巖與成礦關(guān)系可以理解為為一個(gè)成礦系列中不同階段的產(chǎn)物，磁鐵礦在后期以交代的方式占據(jù)其空間。

3.4 鐵質(zhì)的富集與沉淀

區(qū)內(nèi)鐵礦床在剖面上的特點(diǎn)是：越靠近石灰?guī)r處，礦石越富，有時(shí)可見(jiàn)到直接交代灰?guī)r，還保留著灰?guī)r的層理，向內(nèi)帶隨著透輝石礦物的逐漸增加而變貧，鏡下鑒定時(shí)可見(jiàn)到磁鐵礦交代透輝石現(xiàn)象。鐵質(zhì)在高溫高壓下，隨氣液向有利的構(gòu)造空間運(yùn)移，在接觸帶處，由于理化條件的變化，溫度、壓力降低，大量碳酸鹽巖的參與，鐵質(zhì)開(kāi)始富集沉淀。同時(shí)亦產(chǎn)生一系列新的矽卡巖礦物，為金云母、角閃石、透閃石、陽(yáng)起石等。在現(xiàn)代高爐冶煉中，鐵礦石中投加輔料石灰?guī)r，可以使鐵礦石中的鐵更加富集，并可與鐵礦石中的硅酸鹽礦物結(jié)合形成鈣鎂硅酸鹽爐渣，在試驗(yàn)及工藝活動(dòng)中，均證明石灰?guī)r是鐵元素富集沉淀的重要物質(zhì)。

4 結(jié) 論

(1)根據(jù)野外區(qū)域調(diào)查及大量找礦成果，并參照數(shù)十件巖石化學(xué)成分分析結(jié)果及近千塊巖石標(biāo)本的鏡下鑒定結(jié)果，認(rèn)為區(qū)內(nèi)尚未發(fā)現(xiàn)有一處花崗巖及花崗閃長(zhǎng)巖體。因此該區(qū)不存在花崗巖類(lèi)深成巖體多次脈動(dòng)上侵并隨著溫度下降從邊緣向內(nèi)部固結(jié)的產(chǎn)物，而是一套幔源分異系列巖石，應(yīng)是由基性-中基性-中酸性-中酸性偏堿性的巖石所組成的一套巖石組合系列。

(2)區(qū)內(nèi)巖漿巖受基底及蓋層斷裂所控，受蓋層中有利層間構(gòu)造所控制。區(qū)內(nèi)主要成礦區(qū)內(nèi)巖漿巖具有十分明顯的似層狀產(chǎn)出特征，有頂板(中奧陶統(tǒng))，也有底板(下奧陶統(tǒng))，巖體最厚部位并非巖體中心，而是位于東側(cè)的斷裂帶處。巖體受斷裂及特殊的地層結(jié)構(gòu)控制，是被動(dòng)式侵位，不存在蘑菇狀，漏斗狀、穹窿、底辟式“起球膨脹式”等所謂的主動(dòng)侵入現(xiàn)象。

[1] 鄭建民，毛景文，陳懋弘，等.冀南邯鄲—邢臺(tái)地區(qū)矽卡巖鐵礦的地質(zhì)特征[J].地質(zhì)通報(bào)，2007，26(2)：150-154.

[2] 鄭建民，謝桂青，陳懋弘，等.巖體侵位機(jī)制對(duì)矽卡巖型礦床的制約——以邯邢地區(qū)矽卡巖鐵礦為例[J].礦床地質(zhì)，2007，26(4)：481-486.

[3] 李黎明.論邯邢鐵礦成礦構(gòu)造控制因素[G]∥王可南，姚培慧.中國(guó)鐵礦床綜論.北京：冶金工業(yè)出版社，1992：448-460.

[4] 真允慶，馬麗華.邯邢鐵礦時(shí)控層控的成因分析[G]∥王可南，姚培慧.中國(guó)鐵礦床綜論.北京：冶金工業(yè)出版社，1992：461-475.

[5] 河北省地質(zhì)礦產(chǎn)局.河北省北京市天津市區(qū)域地質(zhì)志[M].北京：地質(zhì)出版社，1989.

[6] 華北地質(zhì)科學(xué)研究所鐵礦研究隊(duì).華北若干地區(qū)與接觸交代型鐵礦有關(guān)的中性巖漿雜巖系特征初步總結(jié)[G]∥華北地質(zhì)科學(xué)研究所.華北富鐵礦工作經(jīng)驗(yàn)交流會(huì)議地質(zhì)資料匯編.北京：地質(zhì)出版社，1975：24-51.

[7] 馬吉群.從內(nèi)生鐵礦探討巖漿巖的成礦專(zhuān)屬性[J].地質(zhì)論評(píng)，1987，33(1)：84-90.

Magmatic Rock Evolution and Metallogenic Process of Handan-Xingtai Iron Mine in Southern Heibei Province

Shen Lixia Ding Junde Chen Zhiguo

(Tianjin North China Geological Exploration Bureau)

The magmatic rocks in Handan-Xingtai iron mining area is a series of mantle-derived differentiation rocks, the products that granite class pluton pulse assault multiple pulse on invasion and consolidation is happened from the margin to the inside as the temperature descends. The magmatic rocks are obviously controlled by faults and stratum structures, the output of magmatic rocks is layered,the so called “balling up expansion style” doesn't exist. Based on this analysis results, control of rocks structure and occurrence of rock mass in this area are discussed, and the magmatic metallogenesis in this area is also analyzed so as to provide some references for the prospecting work in this area.

Magmatic rock evolution, Control of rocks structure, Occurrence of rock mass, Metallogenesis

2014-12-22)

沈利霞(1976—)，女，工程師，碩士，300171 天津市河?xùn)|區(qū)廣瑞西路67號(hào)。