蘭彩云 趙太平 羅正傳 王長樂 文啟付 劉立新

LAN CaiYun1，2，ZHAO TaiPing1＊＊，LUO ZhengZhuan3，WANG ChangLe4，WEN QiFu5 and LIU LiXin3

1. 中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所礦物學(xué)與成礦學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510640

2. 中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049

3. 河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第四地質(zhì)隊(duì)，鄭州 450016

4. 中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所，北京 100029

5. 河南安鋼集團(tuán)舞陽礦業(yè)有限責(zé)任公司，舞鋼 462500

1. Key Laboratory of Mineralogy and Metallogeny，Guangzhou Institute of Geochemistry，Chinese Academy of Sciences，Guangzhou 510640，China

2. University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China

3. No.4 Geological Brigade of Henan Nonferrous Geological Mineral Resource Bureau，Zhengzhou 450016，China

4. Institute of Geology and Geophysics，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100029，China

5. Henan Angang Group Wuyang Mining Co. ，Ltd，Wugang 462500，China

2014-10-02 收稿，2015-02-10 改回.

1 引言

華北克拉通南部分布一系列賦存于早前寒武紀(jì)雜巖中的大型或超大型鐵礦床，從北西至南東，有濟(jì)源林山群中的鐵礦床、許昌登封群中的鐵礦床(約3.9 億噸)、魯山太華群中的鐵礦床、舞陽太華群中的鐵礦床(約4.5 億噸)、新蔡太華群中的鐵礦床及安徽霍邱群中的鐵礦床(約8.8 億噸)等(姚培慧，1993)。它們與雜巖NW-SE 走向一致、呈帶狀產(chǎn)出，多以沉積變質(zhì)型(BIF)鐵礦床為主(姚培慧，1993;楊曉勇等，2012;黃華等，2013;蘭彩云等，2013)。在舞陽地區(qū)存在兩種類型鐵礦床，依據(jù)賦鐵層位不同分別為賦存于鐵山廟組中的“鐵山廟式鐵礦”和賦存于趙案莊組中的“趙案莊式鐵礦”(梁約翰等，1981)。前者屬于BIF 型鐵礦(蘭彩云等，2013)，對后者的成因認(rèn)識尚存爭議。

趙案莊鐵礦床隱伏于地下，因遭受后期構(gòu)造、變質(zhì)和流體等作用改造，鐵礦與超基性巖體、圍巖地層的空間接觸關(guān)系不清晰，礦物組合極為復(fù)雜，因而對于趙案莊鐵礦成因仍存有爭議。部分學(xué)者結(jié)合趙案莊鐵礦頂部產(chǎn)出的鐵山廟BIF礦床，推測趙案莊鐵礦也同屬于BIF 型鐵礦床(王貴成等，2006;羅明強(qiáng)，2009;李俊平等，2012)。王俊發(fā)等(1979①王俊發(fā)，劉文榮，炎金才，翟明國，魏崗峰. 1979. 河南午陽“趙案莊式”礦床中發(fā)現(xiàn)菱鐵礦-重新認(rèn)識“趙案莊式”礦床的成因及今后找礦途經(jīng). 見:西北大學(xué)地質(zhì)系前寒武紀(jì)地質(zhì)研究室編.華北南部前寒武紀(jì)地質(zhì)及富鐵科研論文集. 西安:西北大學(xué)地質(zhì)系，175 -192)根據(jù)在鉆孔中發(fā)現(xiàn)球粒狀菱鐵礦，認(rèn)為磁鐵蛇紋巖是交代菱鐵礦而形成，其中磁鐵礦是菱鐵礦轉(zhuǎn)變的，將趙案莊鐵礦歸為原生沉積-疊加改造型礦床。前人早在1973 年依據(jù)鐵礦床與巖體具有基本一致的礦物組成及相互過渡的接觸關(guān)系初步認(rèn)為趙案莊鐵礦是超基性巖體中晚期巖漿礦床(河南省地質(zhì)局第九地質(zhì)隊(duì)，1973)。俞受鋆等(1982，1983)通過詳細(xì)的礦物學(xué)工作，識別出80 多種礦物并分析了其中20 種代表性礦物的主量元素成分，認(rèn)為趙案莊存在超基性侵入體且趙案莊鐵礦是與其有成因聯(lián)系的晚期巖漿型鐵礦。此外，蔣永年和陳勇華(1986)也分析了其中14 種礦物的主量元素成分并認(rèn)為橄欖石、輝石、角閃石等均為正變質(zhì)礦物，依據(jù)單斜輝石等礦物溫度計(jì)計(jì)算得出變質(zhì)溫度為700 ～780℃，認(rèn)為趙案莊鐵礦經(jīng)歷了高角閃巖相向麻粒巖相過渡的變質(zhì)作用。此外，還認(rèn)為礦體與巖體同源同時(shí)形成，并推測母巖漿為玄武巖漿。

近年來，隨著高精度測試手段的利用(如LA-ICPMS)，發(fā)現(xiàn)磁鐵礦的微量元素成分(如Ti、Cr、V、Ni、Co、Mn、Zn、Ga等)在不同類型礦床中有較大差別(如熱液型和巖漿型磁鐵礦床)(Nystroem and Henriquez，1994;Frietsch and Perdahl，1995;Belousova et al.，2002;Müller et al.，2003;Nadoll et al.，2014;Gao et al.，2013)。此外，磷灰石作為一種在巖漿巖和變質(zhì)巖中廣泛存在的副礦物，具有可大量吸收稀土元素(REE)和大離子親石元素(如Sr、U、Th 等)的特征，是一種在巖漿系統(tǒng)中記錄微量元素特征信息的敏感礦物(Ayers and Watson，1993;Sha and Chappell，1999;Belousova et al.，2001，2002)。而目前為止，趙案莊鐵礦中磁鐵礦和磷灰石的化學(xué)組成(尤其微量元素組成)尚不清楚。對趙案莊鐵礦成因存在不同認(rèn)識，嚴(yán)重制約了對舞陽礦區(qū)的深部及外圍找礦潛力的科學(xué)評估，也影響到對華北克拉通南部鐵礦的成礦地質(zhì)條件和成礦規(guī)律的系統(tǒng)探討?；诖耍疚脑谠敿?xì)分析趙案莊超基性巖石的空間分布、鐵礦礦床地質(zhì)、礦物組合及結(jié)構(gòu)特征的基礎(chǔ)上，側(cè)重研究了磁鐵礦和磷灰石的微區(qū)地球化學(xué)組成，討論趙案莊鐵礦床的成因。

2 區(qū)域地質(zhì)與礦床地質(zhì)

2.1 區(qū)域地質(zhì)

圖1 舞陽鐵礦區(qū)域地質(zhì)簡圖(據(jù)舞陽鋼鐵有限責(zé)任公司，2003①舞陽鋼鐵有限責(zé)任公司. 2003. 河南舞陽鐵礦鐵山礦床(擴(kuò)界)資源儲量核查報(bào)告(內(nèi)部資料)修改)舞陽鐵礦包括賦存于趙案莊組中的“趙案莊式鐵礦”和賦存于鐵山廟組中的“鐵山廟式BIF 鐵礦”，其中趙案莊鐵礦屬隱伏礦床且無采坑剝露，主要分布于八臺、趙案莊、王道行一帶. 圖中的白色框圈的位置是趙案莊隱伏礦，紅色的BIF 鐵礦指“鐵山廟式BIF 鐵礦”Fig.1 Geological map of the Wuyang iron depositThe Wuyang iron deposit consists of Zhaoanzhuang Fe oxide deposit and Tieshanmiao BIF. The Zhaoanzhuang Fe oxide deposit occurred in Batai，Zhaoanzhuang，Wangdaoxing and so on with no open pit. White square in figure is Zhaoanzhuang deposit and the red is Tieshanmiao BIF

據(jù)近十年大規(guī)模地質(zhì)鉆探及采礦作業(yè)，舞陽鐵礦區(qū)隱伏的基巖地質(zhì)信息被不斷揭示出來。該區(qū)域基巖地質(zhì)簡圖顯示，區(qū)內(nèi)太華雜巖從底到頂依次包括趙案莊組、鐵山廟組和楊樹灣組，整體是一套變質(zhì)沉積巖和變質(zhì)巖漿巖組合(圖1)。其中賦存于趙案莊組中的“趙案莊式鐵礦”和賦存于鐵山廟組中的“鐵山廟式BIF 鐵礦”則構(gòu)成了舞陽鐵礦。趙案莊組在地表沒有出露。根據(jù)大量鉆孔資料揭示，趙案莊組是一個(gè)雜巖組合，概括分為兩部分:超基性雜巖體及其圍巖。超基性雜巖體是由礦石和超基性巖石組成的雜巖體，且其中礦石所占比例大于超基性巖石。超基性雜巖體底板是一套含石榴子石的片麻巖組，控制厚度10 ～190m，局部缺失，是礦區(qū)的重要標(biāo)志層;頂板主要由變粒巖與角閃變粒巖(前人稱其“混合巖”)互層產(chǎn)出，間夾混合花崗巖，構(gòu)成變粒巖組(圖2)。東部變粒巖組厚20m，西部王道行礦段平均厚132m，最大厚度583m。圍巖整體走向NWW，大部分向西傾斜，局部NE 傾斜。此外，太華雜巖頂部覆蓋有中-新元古界汝陽群、新元古界洛峪群及寒武系地層。區(qū)域上還出露有中元古代熊耳群玄武安山玢巖、前寒武紀(jì)閃長巖以及燕山期花崗巖、花崗斑巖、石英正長斑巖侵入體(圖1)，其中閃長巖多呈脈狀切割礦體。舞陽鐵礦區(qū)域構(gòu)造復(fù)雜(圖1)，分布一系列北西、南東向褶皺構(gòu)造，主體是一軸向NWW 向、向西傾伏的倒轉(zhuǎn)復(fù)式背斜，趙案莊雜巖組位于該復(fù)式背斜的北翼。斷裂構(gòu)造有三組:近東西向、南北向、北東向。斷裂構(gòu)造破壞了地層、礦層的連續(xù)性。

圖2 趙案莊鐵礦區(qū)基巖地質(zhì)圖(據(jù)河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第四地質(zhì)大隊(duì)，2013①河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第四地質(zhì)大隊(duì). 2013. 河南省舞陽鐵礦田深部普查報(bào)告修改)趙案莊鐵礦區(qū)次級褶皺構(gòu)造復(fù)雜，且后期閃長巖極為發(fā)育. Ⅻ勘探線剖面圖見圖3Fig.2 Detailed geological map of the Zhaoanzhuang Fe oxide depositComplex structure and diorite vein later-stage in the Zhaoanzhuang Fe mining region. Profile map of Line Ⅻis in Fig. 3

2.2 礦床地質(zhì)

趙案莊鐵礦東西長約5km，南北寬約2km，面積約8km2。據(jù)1976 年河南省冶金局地質(zhì)四隊(duì)提交的《河南省舞陽鐵礦趙案莊、王道行礦床綜合地質(zhì)勘探報(bào)告》，趙案莊鐵礦資源儲量9647.9 萬噸，伴生磷礦4858.8 萬噸。趙案莊鐵礦TFe(全鐵)最高品位為60.40%，Tfe ≥40% 的樣品占總量的44.82%。此外，趙案莊鐵礦全部為埋藏第四系下的隱伏礦床，礦區(qū)后期閃長巖脈/巖墻極為發(fā)育，切割地層及礦體(圖2)。

圖3 顯示了鐵礦體的空間形態(tài)及分布位置。礦體與超基性巖石密切共生，構(gòu)成趙案莊超基性雜巖體，呈似層狀、透鏡狀。超基性巖體接觸面與頂、底片麻巖的片麻理方向一致，局部為斜切關(guān)系(圖3)。其在礦區(qū)范圍呈近東西向展布，延伸較為穩(wěn)定，厚度變化范圍為0 ～110m。這套超基性雜巖組合剖面上呈現(xiàn)中-下部以磁鐵蛇紋巖(圖4b)和蛇紋磁鐵礦石為主，二者相互過渡，且數(shù)量上，后者優(yōu)于前者。此外，局部還殘留原巖輝石橄欖巖(圖4c)，磁鐵蛇紋巖底部及中間夾有金云母巖(金云母含量達(dá)90%以上，含少量磁鐵礦)(圖4f)以及厚度不均(1 ～7m)的磁鐵輝石白云質(zhì)大理巖，在碳酸鹽巖接觸部位見含碳酸鹽礦物的磁鐵礦石(圖4h)。中-下部雜巖厚度約占超基性巖體總體厚度的三分之二;中-上部主要是古銅輝石巖(圖4d)、角閃石巖(圖4e)和金云角閃巖，其中亦分布有磁鐵礦石，包括蛇紋磁鐵礦石、磷灰磁鐵礦石(圖4g)以及少量角閃磁鐵礦石。礦石中的脈石礦物與其寄主巖石的主礦物一致。蛇紋磁鐵礦石與古銅輝石巖之間偶有硬石膏脈穿插(圖4a)。中-上部分雜巖厚度約占超基性巖體的三分之一?？傮w上，趙案莊鐵礦床主要賦存于整個(gè)超基性巖體的中下部。前人認(rèn)為趙案莊超基性巖體屬于侵入巖體，空間上存在巖相分帶，剖面上從底部邊緣經(jīng)中心到頂部邊緣依次為橄欖巖相、輝石巖相和角閃石巖相(河南省地質(zhì)局第九地質(zhì)隊(duì)，1973;俞受鋆等，1982，1983;蔣永年和陳勇華，1986)。據(jù)近幾年大量鉆孔資料揭示，趙案莊超基性巖體是否屬于侵入體缺乏足夠證據(jù)，而分相的認(rèn)識是可以肯定的，雖并不典型，但可指示其有堆晶作用的存在。整個(gè)超基性巖體中，鐵礦所占比例較大(約四分之三)。超基性巖原巖主要以橄欖巖類為主，其中絕大多數(shù)已經(jīng)蝕變?yōu)樯呒y巖，部分已變質(zhì)為角閃巖的角閃石巖次之，輝石巖類較少，整體屬于一套變質(zhì)巖漿巖組合。

圖3 趙案莊-王道行鐵礦縱Ⅻ勘查剖面圖(據(jù)河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第四地質(zhì)大隊(duì)，2013)超基性巖體為圖中包含礦體的灰色陰影部分，主要巖性磁鐵蛇紋巖(局部見其原巖橄欖巖)、古銅輝石巖(層薄，圖中未畫出)以及已變質(zhì)為角閃巖的角閃石巖，其中夾金云母巖Fig.3 The section map of line Ⅻof Zhaoanzhuang Fe oxide depositThe Zhaoanzhuang Fe oxide deposit has a close relationship with the Zhaoanzhuang ultramafic rocks which consist of serpentinite，olivine-clinohumitebronzite pyroxenite and olivine-pyroxene hornblendite. The Zhaoanzhuang ultramafic rock is the gray part by the confining broad line in Fig.3

3 巖石學(xué)、礦相學(xué)特征

3.1 超基性巖石

與趙案莊鐵礦密切相關(guān)的超基性巖石主要有磁鐵蛇紋巖、古銅輝石巖、角閃石巖。這套巖石均呈半自形-中粗粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。

磁鐵蛇紋巖 礦物組成包括蛇紋石、橄欖石、斜方輝石、磁鐵礦、鈦鐵礦、金云母、磷灰石、滑石及少量斜硅鎂石等。大多橄欖石蝕變?yōu)樯呒y石，但仍然保留橄欖石的假象(圖5a，b)。殘存的較新鮮橄欖石呈無色，粒狀，粒徑1 ～2mm(圖5a)。顯示原巖為輝石橄欖巖，輝石與橄欖石呈相互交生的接觸關(guān)系。此外，部分橄欖石亦發(fā)生滑石化(圖5a，b)。根據(jù)礦物組成的不同，亦有橄欖古銅輝石巖，作為與古銅輝石巖之間的過渡相。

古銅輝石巖 礦物組成包括古銅輝石、橄欖石、角閃石、磁鐵礦、斜硅鎂石等(圖5c)，具弱蛇紋石化。據(jù)報(bào)道存在古銅輝石巖和單斜輝石巖兩種，古銅輝石巖分布較廣;單斜輝石巖由單斜輝石、普通角閃石、磷灰石和少量磁鐵礦組成(俞受鋆等，1982，1983;蔣永年和陳勇華，1986)。古銅輝石巖與角閃石巖直接存在的過渡相有輝石角閃石巖、橄欖輝石角閃石巖等。

圖4 趙案莊超基性巖石和礦石的野外特征及手標(biāo)本照片(a)蛇紋磁鐵礦裂隙面上的硬石膏脈;(b)磁鐵蛇紋巖;(c)輝石橄欖巖，部分蛇紋石化;(d)古銅輝石巖;(e)角閃石巖;(f)金云母巖;(g)磷灰磁鐵礦石，磷灰石呈條帶狀;(h)含碳酸鹽礦物的磁鐵礦石Fig.4 Phenomenon and hand specimen of the Zhaoanzhuang ultramafic rocks and ores in field(a)anhydrite vein between fractures of serpentine-magnetite ore;(b)serpentinite;(c)serpentinization of pyroxene peridotite;(d)bronzite pyroxenite;(e)hornblendite;(f)phlogopite rock;(g)baned apatitemagnetite ore;(h)carbonate-bearing magnetite ore

圖5 趙案莊超基性巖石的顯微照片(a、b)磁鐵蛇紋巖，礦物組成有橄欖石、斜方輝石、少量斜硅鎂石(圖中未照出)和磁鐵礦。橄欖石部分發(fā)生蛇紋石化、滑石化;(c)古銅輝石巖，礦物組成主要是古銅輝石，少量橄欖石(圖中未照出)、斜硅鎂石和磁鐵礦;(d)角閃石堆晶巖Fig.5 Photomicrographs of Zhaoanzhuang ultramafic rocks and mineralization assemblages(a，b)serpentinite of assemblages with olivine+serpentine+orthopyroxene+clinohumite+magnetite;(c)olivine-clinohumite-bronzite pyroxenite of assemblages with bronzite+clinohumite+olivine+magnetite;(d)hornblendite of assemblages with hornblend+pyroxene+biotite

角閃石巖 堆晶結(jié)構(gòu)，主要由角閃石組成，具有弱的定向(圖5d)。此外，還存在角閃巖，由普通角閃石、直閃石、淺色角閃石及金云母、透閃石、透輝石、磷灰石、鈦磁鐵礦、碳酸鹽礦物等組成。蔣永年和陳勇華(1986)通過分析角閃巖中角閃石的成分，認(rèn)為角閃巖是巖漿成因的角閃石巖后期變質(zhì)形成。

3.2 礦石

趙案莊鐵礦床的礦石類型包括磷灰磁鐵礦石、蛇紋磁鐵礦石、含碳酸鹽礦物的磁鐵礦石及少量角閃磁鐵礦石。數(shù)量上蛇紋磁鐵礦石為主，磷灰磁鐵礦石次之，含碳酸鹽礦物的磁鐵礦石較少。這些礦石中均含有含量不同的碳酸鹽巖礦物，含量變化范圍2% ～10%。

磷灰磁鐵礦石 組成礦物為磁鐵礦、磷灰石，塊狀構(gòu)造，海綿隕鐵結(jié)構(gòu)(圖6a)。磷灰石顆粒粗大，呈灰白色，粒徑0.3 ～1.5mm，含量約占15% ～20%。裂紋發(fā)育，呈條紋狀、浸染狀分布在礦石中，與貴橄欖石、古銅輝石、斜硅鎂石及磁鐵礦等共生。沿著磁鐵礦、磷灰石裂理、邊界有碳酸巖脈穿插(圖7c)。

蛇紋磁鐵礦石 組成礦物有磁鐵礦、蛇紋石、白云石、云母、黃鐵礦、綠泥石、磷灰石及鈦鐵礦。塊狀構(gòu)造，具有典型的海綿隕鐵結(jié)構(gòu)(圖6c)。磁鐵礦呈半自形-他形，圍繞蛇紋石分布，裂理發(fā)育(圖6b)，磁鐵礦與蛇紋石接觸邊界可見溶蝕關(guān)系(圖7b，c)。蛇紋石保留橄欖石的假象(圖6b)，且局部有橄欖石殘留，為橄欖石蝕變產(chǎn)物，因此，也形成有橄欖石蛇紋石磁鐵礦。蛇紋磁鐵礦石中，沿著磁鐵礦、蛇紋石裂理、邊界亦可見碳酸巖脈穿插，且與蛇紋石邊部因與CO2反應(yīng)形成滑石(圖7e，f)。

含碳酸鹽礦物的磁鐵礦石 組成礦物為磁鐵礦、白云石(5% ～10%)、蛇紋石、橄欖石、磷灰石等。具有海綿隕鐵結(jié)構(gòu)。磁鐵礦圍繞副礦物分布，裂理發(fā)育(圖6d)。白云石較為自形，兩組解理發(fā)育(圖6d)。碳酸鹽巖礦物自形且邊部接觸后期碳酸巖脈發(fā)生蝕變(圖7d)，被磁鐵礦包圍。

圖6 趙案莊礦石的顯微照片(a)磷灰石磁鐵礦石，礦物組成有磁鐵礦、磷灰石、少量蛇紋石和橄欖石;(b、c)蛇紋石磁鐵礦石，礦物組成主要是磁鐵礦和蛇紋石，部分蛇紋石殘留原生橄欖石，此外還有少量磷灰石;(d)含碳酸鹽礦物的磁鐵礦石，礦物組成有磁鐵礦、白云石和部分磷灰石和蛇紋石. 礦石都具有海綿隕鐵結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造Fig.6 Photomicrographs of kinds of Zhaoanzhuang Fe oxide ores and mineralization assemblages(a)apatite magnetite ore of assemblages with magnetite + apatite + olivine + serpentine;(b，c)serpentine magnetite ore of assemblages with magnetite+serpentine+olivine+apatite;(c)serpentine magnetite ore of assemblages with magnetite+serpentine;(d)carbonate-bearing magnetite ore of assemblages with magnetite+dolomite+apatite+serpentine

4 樣品采集及分析方法

本文樣品來自礦石類型發(fā)育全面、礦體較厚的鉆孔ZK2552(圖3)，包括磷灰磁鐵礦石、蛇紋磁鐵礦石、含碳酸鹽礦物的磁鐵礦石、輝石橄欖巖。礦物主量元素分析采用中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所電子探針實(shí)驗(yàn)室JXA-8100 型電子探針進(jìn)行分析，分析條件選擇加速電壓為15kv，加速電流20nA，束斑直徑3μm。由中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所同位素地球化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室分析了如下礦物原位元素24Mg，27Al，29Si，31P，43Ca，45Sc，49Ti，51V，53Cr，55Mn，27Fe，59Co，60Ni，65Cu，67Zn，69Ga，72Ge，85Rb，88Sr，89Y，90Zr，93Nb，95Mo，118Sn，133Cs，138Ba，139La，140Ce，141Pr，146Nd，147Sm，151Eu，155Gd，159Tb，163Dy，165Ho，166Er，169Tm，

173Yb，175Lu，178Hf，181Ta，208Pb，232Th 和238U，分析儀器采用美國Resonetics 公司生產(chǎn)的RESOlution M-50 激光剝蝕系統(tǒng)和Agilent 7500a 型的ICP-MS 聯(lián)機(jī)。詳細(xì)的分析過程和操作說明及條件參考涂湘林等(2011)。激光剝蝕方式采用單點(diǎn)剝蝕，He 氣作為載氣。束斑73μm，頻率4Hz。由電子探針測得的43Ca 的含量作為內(nèi)標(biāo)用于數(shù)據(jù)校正。采用NIST SRM610 作為外標(biāo)，具體參考值見(Pearce et al.，1997)。NIST 612 作為第二標(biāo)樣用于監(jiān)測LA-ICPMS 方法的準(zhǔn)確性和精度。數(shù)據(jù)處理采用ICPMSDataCal 軟件，具體使用過程參見(Liu et al.，2008，2010)。分析位置盡量選擇靠近電子探針分析原位，選擇無包裹體和出溶的顆粒。圖8 顯示通過電子探針和LA-ICPMS 分析趙案莊礦石中磁鐵礦的主量元素是一致的。

5 礦物學(xué)特征

圖7 趙案莊超基性巖石和礦石中礦物接觸關(guān)系(a)輝石橄欖巖中，輝石與橄欖石呈交生關(guān)系;(b、c)蛇紋磁鐵礦石中，磁鐵礦與蛇紋石之間的溶蝕結(jié)構(gòu);(d)含碳酸鹽礦物的磁鐵礦石中，碳酸鹽巖礦物與磁鐵礦之間的蝕變假象;(e)蛇紋磁鐵礦石中，沿著磁鐵礦裂隙穿插的碳酸巖脈;(f)蛇紋磁鐵礦石中，沿蛇紋石邊部分布的碳酸巖脈與蛇紋石反應(yīng)形成滑石;(g)磷灰磁鐵礦石中，沿著磁鐵礦、磷灰石裂隙穿插的碳酸巖脈;(h)磁鐵白云質(zhì)大理巖Fig.7 Ore structure of Zhaoanzhuang ultramafic rock and Fe oxide ores(a)intergrowth of orthopyroxene and olivine in pyroxene peridotite;(b，c)reaction relationship between magnetite and serpentine in serpentine magnetite ore;(d-g)carbonate veins crossing the fracture of magnetite，serpentine and apatite respectively. And talc occurring in between the carbonate and serpentine;(h)magnetite-bearing marble with mineral assemblages of magnetite+dolomite+mica+serpentine+calcite

根據(jù)顯微鏡下的礦物學(xué)特征及電子探針數(shù)據(jù)分析，對趙案莊鐵礦及相關(guān)超基性巖識別出十幾種礦物，包括貴橄欖石、古銅輝石、透輝石、斜硅鎂石、角閃石、氟磷灰石、鈦鐵礦、磁鐵礦、蛇紋石、滑石、金云母、黃鐵礦、白云石、方解石、綠泥石等。本文側(cè)重對磁鐵礦和磷灰石做了主、微元素分析，對橄欖石也做了主量元素分析。

表1 礦石中代表性磁鐵礦的主量(wt%)和微量(×10 -6)化學(xué)成分Table 1 Representive EPMA (wt%)and LA-ICPMS (×10 -6)results of magnetite in Zhaoanzhuang Fe oxideores

5.1 磁鐵礦

不同類型礦石和部分超基性巖石中磁鐵礦的全鐵含量用FeOT表示(表1)。磷灰磁鐵礦石、蛇紋磁鐵礦石、含碳酸鹽礦物的磁鐵礦石和輝石橄欖巖中磁鐵礦的FeOT含量變化范圍為91.2% ～92.8%，與磁鐵礦FeOT的理論值(93.1%)偏差甚小。不同類型礦石和巖石中磁鐵礦的主量元素成分差別不大，其它元素的變化范圍為Ti(395 ×10-6～3186×10-6)、Cr (3.30 ×10-6～66.1 ×10-6)、Ni(93.0 ×10-6～176.4 ×10-6)、Mn(259.1 ×10-6～937.4 ×10-6)、V(1458 ×10-6～247 ×10-6)、Mg(2502 ×10-6～4674 ×10-6，13ZAZ-1-1 的一個(gè)點(diǎn)除外)，變化范圍較大，除了Mg、V 之外，其它這些元素含量甚低。圖9 顯示不同類型礦石和巖石中磁鐵礦的Mg、Al、Ti、V、Ga、Mn 和Ni 含量相當(dāng)，無明顯差別。輝石橄欖巖中磁鐵礦的Cr 含量較其它三種礦石的稍高，蛇紋石磁鐵

礦石中磁鐵礦的Co 含量較其它三種礦石的稍低。

表2 不同類型礦石和超基性巖石中磷灰石的主量(wt%)和微量(×10 -6)化學(xué)成分Table 2 Representive EPMA (wt%)and LA-ICPMS (×10 -6)results of apatite in Zhaoanzhuang iron ores and ultramafic rock

圖8 趙案莊鐵礦中磁鐵礦的TiO2-Al2O3和FeOT-MgO 電子探針(EPMA)和LA-ICPMS 分析數(shù)據(jù)對照圖Fig.8 TiO2 vs. Al2O3 and FeOT vs. MgO diagrams of magnetire from Zhaoanzhuang Fe oxide ores analyzed by EPMA and LA-ICPMS

圖9 趙案莊鐵礦中不同類型礦石和超基性巖石中磁鐵礦的Mg-Al、Ti-V、Al-Ga、Mg-Mn、Cr-V 和Co-Ni(×10 -6)元素含量變化相關(guān)圖Fig.9 The variation diagrams of Mg vs. Al (×10 -6)，Ti vs. V (×10 -6)，Al vs. Ga (×10 -6)，Mg vs. Mn (×10 -6)，Cr vs. V(×10 -6)，and Co vs. Ni (×10 -6)of magnetite from different kinds of ores and ultrmafic rock of the Zhaoanzhuang Fe oxide deposit

圖10 不同類型礦石和超基性巖石中磷灰石的球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖解(標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Sun and McDonough，1989)Fig.10 Chondrite-normalized REE patterns for apatite in Zhaoanzhuang iron ores and ultramafic rock (normalizing valued after Sun and McDonough，1989)

5.2 磷灰石

磷灰石在礦石、超基性巖石中均有分布，且是礦石中主要脈石礦物之一，其在礦石中的含量約為5% ～15%，在超基性巖石中的含量變化范圍為5% ～10%。表2 顯示了不同類型礦石和巖石中磷灰石的主量和微量化學(xué)成分。結(jié)果顯示磷灰磁鐵礦石、含碳酸鹽礦物的磁鐵礦石和輝石橄欖巖中的磷灰石均為氟磷灰石(F 含量約2.69% ～3.52%)，且化學(xué)成分相近。具有較高的稀土總量(4983 ×10-6～7038 ×10-6)、非常低的Sr 含量(214 ×10-6～241 ×10-6)。此外，稀土配分曲線(圖10)顯示不同類型礦石和巖石中的磷灰石具有一致的分布型式，均具有輕稀土富集，重稀土虧損，輕重稀土強(qiáng)烈分餾(La/Yb)N為28 ～45，具有明顯的Eu 虧損(0.42 ～0.48)，不具有Ce 異常。

5.3 橄欖石

橄欖石是該超基性巖體的主要礦物之一。輝石橄欖巖中的橄欖石的成分見表3，其SiO2含量39.85% ～41.40%，F(xiàn)eOT(全鐵)含量13.13% ～14.30%。Mg#約86，屬貴橄欖石。

6 討論

趙案莊鐵礦的成礦時(shí)代尚不明確，前人直接定年數(shù)據(jù)相對匱乏。陳好壽等(1981)利用磷灰石的鉛在HBr 介質(zhì)中用陰離子交換分離萃取、比色法進(jìn)行了年齡測試，并獲得了趙案莊磷灰蛇紋磁鐵礦石中磷灰石的U-Pb 年齡為2.58Ga。

6.1 礦物組合

礦物組合和礦物結(jié)構(gòu)特征是判別巖石成因的重要證據(jù)。趙案莊超基性巖石中蛇紋石普遍發(fā)育，但也存在直閃石、頑火輝石、滑石等礦物(蔣永年和陳勇華，1986)。假如這些礦物都是變質(zhì)礦物，這與超鎂鐵質(zhì)巖石蛇紋石、滑石、菱鎂礦等礦物標(biāo)志低級變質(zhì)作用、蛇紋石消失直閃石出現(xiàn)標(biāo)志中級變質(zhì)作用及直閃石消失、頑火輝石出現(xiàn)標(biāo)志高級變質(zhì)作用的特點(diǎn)相悖(陳曼云等，2009)。這指示部分礦物并非變質(zhì)成因。殘留的較新鮮自形的貴橄欖石、斜方輝石及其相互交生的結(jié)構(gòu)關(guān)系指示二者均為原生礦物(圖7a)，而非變質(zhì)成因。絕大多數(shù)橄欖石已經(jīng)完全蝕變?yōu)樯呒y石，并呈單顆?；蛘哌B晶狀被半自形-他形的磁鐵礦所包圍，似海綿隕鐵結(jié)構(gòu)。其中蛇紋石與磁鐵礦的接觸邊界存在溶蝕、交代關(guān)系(圖7b，c)，指示磁鐵礦結(jié)晶晚于橄欖石且于較高溫的環(huán)境。此外，蛇紋石、磁鐵礦和磷灰石、蛇紋石、磁鐵礦和橄欖石、輝石、磁鐵礦等礦物之間接觸邊界缺乏變質(zhì)礦物120°三連點(diǎn)的典型接觸關(guān)系。因此，本文認(rèn)為趙案莊鐵礦并未經(jīng)歷高角閃巖相向麻粒巖相過渡的變質(zhì)作用(蔣永年和陳勇華，1986)，而普遍發(fā)育的蛇紋石化和較弱的滑石化的低溫蝕變，指示趙案莊超基性巖和鐵礦均發(fā)生了較低級的變質(zhì)作用和強(qiáng)烈的蝕變作用。

趙案莊鐵礦賦存于該超基性巖體中，與地層無直接接觸關(guān)系(圖3)。礦石中的脈石礦物與其寄主巖石的主礦物一致。在超基性巖體中，磁鐵蛇紋巖和蛇紋石磁鐵礦因FeOT的含量不同相互過渡、多層產(chǎn)出。這種密切關(guān)系排除了賦存于地層中且與之呈整合接觸的沉積變質(zhì)型鐵礦(BIF 型)的可能性(王貴成等，2006;羅明強(qiáng)，2009;李俊平等，2012)，指示鐵礦與超基性巖石存在成因聯(lián)系。前人曾在趙案莊鉆孔中發(fā)現(xiàn)有菱鐵礦轉(zhuǎn)變?yōu)榇盆F礦的殘余結(jié)構(gòu)(王俊發(fā)等，1979)，而本文作者觀察了趙案莊鐵礦的大量薄片，未發(fā)現(xiàn)沉積成因菱鐵礦的存在及其與磁鐵礦轉(zhuǎn)變的礦物學(xué)特征。此外，趙案莊鐵礦中橄欖石與磁鐵礦的共生組合也排除了巖漿萃取早期BIF 中鐵的成因認(rèn)識。

趙案莊鐵礦石中可見大量碳酸鹽巖(2% ～10%)。有兩種產(chǎn)狀:一種是以白云石為主呈半自形、粗粒分散在磁鐵礦等礦物粒間(圖7d)，指示巖漿中具有豐富的CO2。一種是以方解石細(xì)脈沿著磁鐵礦的裂隙及磁鐵礦、蛇紋石、白云石礦物邊界分布(圖7e-g)，蛇紋石與碳酸鹽巖接觸并蝕變?yōu)榛?圖7f)、白云石的邊部亦有碳酸鹽巖的反應(yīng)邊假象(圖7d)，指示磁鐵礦形成之后有富CO2流體產(chǎn)生。此外，在超基性巖體中局部包裹了來自地層的碳酸鹽巖，且該碳酸巖中也含有磁鐵礦、蛇紋石、磷灰石等礦物(圖7h)，當(dāng)磁鐵礦含量較高時(shí)可形成含碳酸鹽巖的磁鐵礦石。礦石中的磷灰石亦顯示巖漿中具有大量的P。揮發(fā)性組分CO2和P2O5的存在被認(rèn)為對磁鐵礦的結(jié)晶具有重要控制作用。模擬計(jì)算表明，CO2可以增加巖漿的氧逸度(Osborn，1959;Ganino et al.，2008)，從而促進(jìn)磁鐵礦的大量結(jié)晶。Toplis et al. (1994a，b)認(rèn)為P2O5可以跟Fe3+反應(yīng)形成Fe3+(PO4)3-絡(luò)合物，從而降低巖漿中Fe3+/Fe2+比值，抑制磁鐵礦的結(jié)晶，有利于巖漿中Fe 的富集。

表3 輝石橄欖巖中橄欖石的主要成分(wt%)Table 3 EPMA results (wt%)of olivine in pyroxene peridotite

Green(1975)認(rèn)為與地幔橄欖巖平衡的原生巖漿的Fo為0.63 ～0.73。根據(jù)趙案莊輝石橄欖巖中的橄欖石最高M(jìn)g#為86，計(jì)算得母巖漿的FeO/MgO 為0.51，F(xiàn)o 為0.66。較為接近地幔橄欖巖部分熔融形成的原生巖漿。Arai(1994)報(bào)道橄欖石中Fo 與Cr 含量是成正相關(guān)關(guān)系。而趙案莊超基性巖石中的橄欖石的高Fo 值并未對應(yīng)高Cr 含量(低于0.02%)，這與正常的地幔橄欖巖成分不符。Rajesh et al.(2013)報(bào)道了與趙案莊類似成分的橄欖石，并認(rèn)為這種低Cr、Ni 高M(jìn)g 的橄欖石來自富揮發(fā)分(C-O-H-S)的巖漿。間接指示趙案莊的橄欖石可能具有類似的成因。因此，富揮發(fā)性組分是趙案莊鐵成礦巖漿的重要特征且CO2對于趙案莊磁鐵礦成礦過程具有重要作用。

6.2 礦物化學(xué)組成及對趙案莊鐵礦成因的指示

6.2.1 磁鐵礦

圖11 磁鐵礦Ca+Al+Mn vs. Ti+V 和Ni/(Cr+Mn)vs. Ti+V 成因類型判別圖(據(jù)Dupuis and Beaudoin，2011)Fig.11 Diagram of Ca+Al+Mn vs. Ti+V and Ni/(Cr+Mn)vs. Ti+V of Fe oxide (after Dupuis and Beaudoin，2011)

Ray and Webster(2007)認(rèn)為巖漿熱液形成低Ti 磁鐵礦，巖漿結(jié)晶則形成高Ti 磁鐵礦。Dupuis and Beaudoin(2011)和Nadoll et al.(2014)分析了不同類型磁鐵礦的微量元素，認(rèn)為BIF 型磁鐵礦具有低Al、Ti、V、Cr、Mn、Co、Ni、Zn、Ga 和Sn 的特征;熱液型磁鐵礦具有高M(jìn)g、Mn，低Ti 的特征;巖漿型磁鐵礦具有高Ti、V、Cr，低Mg 的特征。綜合前人不同認(rèn)識，可歸結(jié)為熱液型磁鐵礦具有高M(jìn)g、Mn 的特征;BIF 型磁鐵礦各種微量元素含量均較低以及巖漿型磁鐵礦具有高V、Ti(部分具有低Ti)的特征。趙案莊鐵礦中的磁鐵礦成分較為復(fù)雜，具有類似熱液型磁鐵礦的低Ti、Al、Cr、Zr、Hf、Sc;同時(shí)也具有巖漿型磁鐵礦的高V 的特征。根據(jù)Dupuis and Beaudoin(2011)提出的磁鐵礦成因類型判別圖(圖11)，均落在斑巖型礦床范圍內(nèi)，指示趙案莊的磁鐵礦結(jié)晶有熱液的參與且于高溫環(huán)境。此外，進(jìn)一步對比了趙案莊磁鐵礦與Kiruna 型智利安第斯EI Laco 的磁鐵礦V 和Ti 的元素含量(圖12)，顯示二者的磁鐵礦具有類似的V、Ti 含量。但目前對于EI Laco 的磁鐵礦的成因認(rèn)識存有爭議，一種根據(jù)磷灰石富含流體包裹體和磁鐵礦富集巖漿不相容元素的特征，認(rèn)為是熱液成因(Dare et al.，2014);一種依據(jù)磁鐵礦具有巖漿快速結(jié)晶形成的柱狀、樹狀結(jié)構(gòu)特征并結(jié)合磁鐵礦的微量元素組成，認(rèn)為是與安山巖有成因聯(lián)系的巖漿礦床(Nystroem and Henriquez，1994);一種通過磷灰石的流體包裹體并結(jié)合磁鐵礦的結(jié)構(gòu)特征認(rèn)為EI Laco 磷灰石磁鐵礦是熱液疊加的巖漿礦床(Broman et al.，1999)。磁鐵礦的元素組成受許多因素控制，例如巖漿成分、溫度、冷卻速率、壓力、氧逸度、硫逸度以及硅的活動性等等(Nadoll et al.，2014)。因此，EI Laco 磷灰石磁鐵礦床中磁鐵礦的巖漿成因解釋較為合理，而磷灰石形成稍晚，形成環(huán)境更富流體。趙案莊的磁鐵礦元素組成雖然與EI Laco 磁鐵礦的相似，但賦礦巖體完全不同，前者是與超基性巖體有關(guān)，后者則與中酸性火山巖有關(guān)。因此，磁鐵礦的結(jié)構(gòu)也有所不同。趙案莊磁鐵礦成因機(jī)制上類似與斑巖型礦床，是在氧逸度的突變情況下大量結(jié)晶。促使氧逸度陡增的因素可能是CO2流體的加入。

圖12 趙案莊磁鐵礦與El Laco 磁鐵礦的V-Mg 圖解El Laco 磁鐵礦的數(shù)據(jù)來自Nystrom and Henriquez，1994;巖漿型磁鐵礦的數(shù)據(jù)來自Dupuis and Beaudoin，2011Fig.12 Diagram of V-Mg of magnetite from Zhaoanzhuang and El LacoThe data of El Laco magnetite are from Nystrom and Henriquez，1994 and the data of magmatic magnetite are from Dupuis and Beaudoin，2011

趙案莊鐵礦中磁鐵礦較典型巖漿成因磁鐵礦低Ti(395×10-6～3186 ×10-6)(圖12)。可能原因?yàn)槌傻V巖漿虧損Ti、巖漿氧逸度的影響和變質(zhì)作用改造(Buddington and Lindsley，1964;Johnson，1979;Nesbitt et al.，1979)。趙案莊鐵礦賦存在超基性巖石中，大量研究表明與超基性巖石相關(guān)的礦床大多為Cr、Ni 礦床或者V-Ti 磁鐵礦床(Hall and Fischer，1977;Von Gruenewaldt et al.，1986;Cowden et al.，1986)。而趙案莊的超基性巖石和磁鐵礦均具有富Fe 低Cr、Ni、Ti 的特征，推測其成巖巖漿是富Fe、低Ti 的。前人報(bào)道Ti 在高程度熔融的熔體中分配系數(shù)較低，從而導(dǎo)致科馬提質(zhì)巖漿具有低Ti 的特征(Nesbitt et al.，1979)，說明源區(qū)的熔融程度會影響巖漿的Ti 含量。實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)研究表明，高的氧逸度會抑制鈦鐵礦的形成，而有利于磁鐵礦的形成(Buddington and Lindsley，1964)。Ganino et al. (2008)報(bào)道富CO2流體的加入可以導(dǎo)致巖漿的氧逸度大幅度提高(e.g.峨眉山玄武巖因CO2流體的加入，氧逸度可從FMQ 提升到FMQ+1.5)。并通過模擬計(jì)算，玄武巖漿中增加10% 的CO2，巖漿的氧逸度就會提升一個(gè)數(shù)量級。而巖相學(xué)特征顯示趙案莊鐵礦中有來自圍巖的CO2流體加入。假定磁鐵礦中的低Ti 并非成礦后變質(zhì)作用導(dǎo)致，利用Powell and Powell(1977)建立的磁鐵礦-鈦鐵礦氧逸度計(jì)，大致計(jì)算的趙案莊P-Fe 礦中磁鐵礦-鈦鐵礦的lgfO2為-28 ～-22(MN-NNO 緩沖線)，這指示趙案莊鐵礦發(fā)生了亞固相條件下的成分調(diào)整且當(dāng)時(shí)是一個(gè)高氧逸度的環(huán)境。此外，硬石膏的存在也為高氧逸度環(huán)境提供佐證。Johnson (1979)認(rèn)為洋底長期發(fā)生的低溫變質(zhì)作用會引起鈦磁鐵礦發(fā)生低溫氧化從而虧損Ti。但也有人認(rèn)為這種低溫變質(zhì)作用在洋底并不普遍。因此，本文認(rèn)為趙案莊磁鐵礦低Ti 可能是源區(qū)特征和CO2流體的參與導(dǎo)致氧逸度提高所引起的，且后者與磁鐵礦攜帶熱液信息是一致的。

表4 利用磷灰石微量元素計(jì)算的趙案莊鐵礦床的混合巖漿成分(×10 -6)Table 4 The calculated composition (×10 -6)of magma by trace element content of apatite from the ores and ultrabasic rock

6.2.2 磷灰石

趙案莊鐵礦石和超基性巖石中的磷灰石均為等粒、粗粒(0.3 ～1.5mm)的氟磷灰石，具有高F(2.69% ～3.52%)、高F/Cl 比值(21.5 ～78.8)、強(qiáng)烈輕、重稀土分餾((La/Yb)N為28 ～45)以及高∑REE(4983 ×10-6～7038 ×10-6)，是典型的巖漿型磷灰石(Frietsch and Perdahl，1995;Belousova et al.，2002;Chu et al.，2009)。而變質(zhì)磷灰石具有較低的∑REE(＜2000 ×10-6)(Puchelt and Emmermann，1976)。圖13 對比了趙案莊礦石和超基性巖石、Skaergaard 基性侵入體、芬蘭P??kk? BIF 和El Laco 磷灰石-磁鐵礦中的磷灰石的REE 配分型式(球粒隕石校正)，芬蘭P??kk? BIF 的磷灰石REE 具有典型的Ce 異常特征，Skaergaard 輝長質(zhì)侵入體中磷灰石的輕、重稀土分餾不明顯。而El Laco 磷灰石-磁鐵礦中的磷灰石的REE 配分型式與趙案莊的磷灰石完全一致，進(jìn)而指示其具有類似的成因，即趙案莊的磷灰石是來自巖漿，但有熱液疊加并攜帶熱液信息。REE 和Sr 是磷灰石的強(qiáng)相容元素，而趙案莊礦石中的磷灰石虧損Sr，可能是熱液影響所致。與典型的攀西V-Ti 磁鐵礦中的磷灰石相比，輕稀土較為富集，輕稀土在熱液中的分配系數(shù)較高，因此，間接指示熱液的加入。

圖13 球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化的不同類型磷灰石REE 配分型式(標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Sun and McDonough，1989)磷灰石來自El Laco 磷灰石磁鐵礦(Frietsch and Perdahl，1995);Slaergaard 輝長巖侵入體(Paster et al. ，1974);芬蘭P??kk? BIF(Laajoki，1975)Fig.13 Chondrite-normalized REE pattern for apatite in igneous rocks，BIF and Fe-P oxide ores (normalizing valued after Sun and McDonough，1989)Fe-P oxide ore:El Laco (Frietsch and Perdahl，1995);Gabbro，Slaergaard intrusion (Paster et al. ，1974);BIF，P??kk?，F(xiàn)inland(Laajoki，1975)

圖14 計(jì)算的趙案莊鐵礦床混合巖漿的原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素圖解(標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Sun and McDonough，1989)圖中投影了趙案莊超基性巖體和地層的相應(yīng)數(shù)據(jù)作對比Fig.14 Primitive mantle-normalized trace elements patterns for the calculated composition of magma，ultramafic rocks and the meta-sedimentary rocks from Zhaoanzhuang Formation (normalizing values after Sun and McDonough，1989)

磷灰石是超基性巖石和礦石中最富含REE 元素的礦物，可認(rèn)為全巖中幾乎所有的REE 賦存于磷灰石中。因此，可以根據(jù)磷灰石的微量元素含量來反演巖漿成分?？梢岳貌煌⒘吭卦诹谆沂械姆峙湎禂?shù)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式為:Cli=Cap/D。其中，Cli為該元素在混合巖漿中的含量，Cap為該元素在磷灰石中的含量，D 為該元素在磷灰石與熔體間的分配系數(shù)。其中，用于計(jì)算的分配系數(shù)D 引自于Iwan and Jean-Clair(1979);Prowatke and Klemme(2006)和Tollari et al.(2008)。計(jì)算結(jié)果見表4，將計(jì)算的數(shù)據(jù)投影在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化圖解上(圖14)，明顯可以看出，計(jì)算的數(shù)據(jù)恰好位于地層巖石和超基性巖石的范圍之間。因此，本文認(rèn)為形成趙案莊鐵礦和超基性巖石的巖漿受到了地層巖石組分的混染。礦石中大量的碳酸鹽礦物也指示巖漿中有來自地層的CO2加入。此外，趙案莊超基性巖局部包裹來自地層的磁鐵輝石白云質(zhì)大理巖(1 ～7m)可以為巖漿提供CO2來源，本文認(rèn)為CO2極有可能是來自地層白云質(zhì)大理巖。

與超基性巖有關(guān)的磷灰石磁鐵礦床較為罕見(Mitchell et al.，1943;Southwick，1968;Honnorez and Kirst，1975;Nickel et al.，1979;Hopkinson and Roberts，1995;Gjata et al.，1995;Dick et al.，1999;Mitsis and Economou-Eliopoulos，2001)。相關(guān)成因認(rèn)識主要包括:一種是熱液成因，可形成低Ti 磁鐵礦和富Cl 和H2O 磷灰石，且磷灰石中有大量流體包裹體(Mitsis and Economou-Eliopoulos，2001);一種是礦漿成因，實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)表明，F(xiàn)e-C-O 的礦漿在高溫(800 ～900℃)條件下可以結(jié)晶出低Ti 磁鐵礦，其他礦物還包括磷灰石(2% ～35%)、少量的硅酸鹽礦物、碳酸鹽礦物及硫化物(Weidner，1982)。趙案莊鐵礦的礦物組合特征與礦漿成因形成的鐵礦床類似。低Cr、Ni 高M(jìn)g 橄欖石、低Ti 高V 磁鐵礦、大量碳酸鹽礦物及氟磷灰石的礦物組合支持富揮發(fā)分(CO2、P)巖漿成因。富CO2流體的加入促發(fā)磁鐵礦大量結(jié)晶(Ganino et al.，2008)，硬石膏的存在也指示當(dāng)時(shí)巖漿環(huán)境是高氧逸度的環(huán)境。磁鐵礦與超基性巖共生，缺乏巖漿演化過程的中間產(chǎn)物的特征與前人認(rèn)為趙案莊鐵礦屬巖漿晚期的鐵礦床(河南省地質(zhì)局第九地質(zhì)隊(duì)，1973;俞受鋆等，1982，1983;蔣永年和陳勇華，1986)相悖。

7 結(jié)論

(1)趙案莊鐵礦賦存于超基性巖石中，礦石中的脈石礦物與其寄主巖石的主礦物一致，而且他們在空間上緊密共生、相互過渡，成因上具有親緣性。

(2)趙案莊鐵礦中的磁鐵礦具有高V(1458 ×10-6～2524 ×10-6)、稍高M(jìn)g(2502 ×10-6～4674 ×10-6)和低Ti(395 ×10-6～3186 ×10-6)、Cr(3.30 ×10-6～66.1 ×10-6)、Ni(93.0 ×10-6～176 ×10-6)、Mn(259 ×10-6～937 ×10-6)的特征。屬于巖漿型鐵礦，但熱液對于成礦有重要作用。而磁鐵礦低Ti 是源區(qū)特征和CO2流體的參與導(dǎo)致氧逸度提高所引起的。

(3)礦石和超基性巖石中的磷灰石以粗粒(0.3 ～1.5mm)、等粒狀的氟磷灰石分散其中，具有高REE 總量(4983 ×10-6～7038 ×10-6)、高F(2.69% ～3.52%)和高F/Cl 比值(21.5 ～78.8)的特征，是典型的巖漿型磷灰石。低Sr及REE 配分型式指示磷灰石受到熱液的影響。

(4)利用磷灰石微量元素含量反演的巖漿微量元素組成顯示其受到地層組分的混染。礦石中大量的碳酸鹽礦物也指示巖漿中有來自地層的CO2加入。橄欖石低Cr、Ni 高M(jìn)g 的特征為巖漿中富揮發(fā)分提供佐證。

(5)趙案莊鐵礦屬與超基性巖有關(guān)的巖漿型鐵礦床，但磁鐵礦的大量結(jié)晶與來自圍巖富CO2流體的參與有密切關(guān)系。

致謝 野外工作得到了中加礦業(yè)公司張?jiān)从懈呒壒こ處?、河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第四地質(zhì)大隊(duì)李懷乾教授級高工的指導(dǎo);測試工作中得到中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所的靳新娣高工、毛騫高工、李文君和高炳宇工程師的幫助，以及中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所涂湘林高工、李聰穎工程師及相關(guān)實(shí)驗(yàn)人員的幫助;沈保豐研究員、張連昌研究員和陳偉博士提出許多建設(shè)性的意見;在此一并表示感謝。

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