山西交城矽卡岩铁矿的形成条件

宋 燕，刘鸿福，余传涛

（太原理工大学 矿业工程学院，太原030024）

1 矽卡岩铁矿矿床地质特征

1.1 矿区地层

矿区内植被不发育，基岩出露较多，见奥陶系中统二组、三组和石炭系中统、上统的零星露头，第四系多为残坡积和冲洪积层。因受岩浆岩侵入的影响，奥陶系中统地层呈捕虏体形式漂浮于二长岩体之上和岩体之中。

奥陶系中统（O2mb）变质成大理岩或结晶石灰岩，泥灰岩和角砾泥灰岩多被岩体吞并或变质成矽卡岩。O2mb（二组第三段）：地表仅出露该段中、上部的厚层大理岩夹薄层大理岩和薄层泥灰岩。大理岩为灰白色、白色、青灰色，厚层状，质纯，主要矿物成分是方解石，中～粗粒，局部有星散状磁铁矿颗粒和透辉石矽卡岩脉。弱变质者为青灰色结晶石灰岩，内有方解石细脉穿插，局部呈条带状（似豹皮状）构造，可见0.5～1cm的溶蚀小洞。石灰岩、大理岩经风化后多呈松散砂粒状，夹薄层大理岩和泥灰岩。泥灰岩为灰白色、黄色、质软，见有方解石细脉，局部有星散状磁铁矿和透辉石矽卡岩化。薄层大理岩和薄层泥灰岩，层间构造发育，矿液和岩浆液多沿此充填、交代，形成矿层和透辉石矽卡岩，为矿区的主要含矿层位。

1.2 矿区侵入岩

矿区内岩浆和区域的岩浆岩是一致的。常见的有主要为二长岩。二长岩早期分三相，中心相（即中深成相）是等粒状二长岩，过渡相是似斑状二长岩，边缘相（即浅成相）是斑状二长岩。矿区内岩浆岩主要为以下两种：第一种是似斑状二长岩，成分和等粒状二长岩相同，其间分布有较大的长石似斑晶，构成似斑状结构，斑晶的体积比一般为5%，个别达20%，定向排列不明显；第二种是斑状二长岩，灰白色、淡灰绿色、浅肉红色、斑状结构，斑晶为全自形斜长石和正长石，具明显的定向排列，斑晶占20%，基质细，细粒状结构或细粒二长结构，斜长石多为奥中长石，正长石斑晶具自形轮廓，常见卡氏双晶，偶见石英，成分同等粒状二长岩。

1.3 控矿构造

岩体的凹部往往对成矿有利，这是由于凹部一般断裂裂隙发育，围岩易破碎，矿液常易于集中，并能与有利围岩进行充分的交代作用而成矿。此外，在接触带上断裂交错部位、与不同岩性接触部位以及早期脉岩和断裂发育部位等均有利于矿化。

资料表明：由于受围岩岩性、构造和岩体多次侵入等因素的影响，接触带在深部的产状往往比较复杂。接触面时而向内倾，时而向外倾，时而呈平盖接触，时而又呈超覆接触，甚至出现在剖面上的多次分枝、或多次凸出又凹陷的复杂产状，造成多层矿化现象。矿体既产在接触带上，又可顺层或沿裂隙进行充填交代，形成似层状或脉状矿体。

在水峪贯西冶村的大沟山上在进行勘查时，在已被开采断面，观察到了一些矿床接触带的一些特征，还有接触带上的石榴石，透辉石，如图1所示。

2 矽卡岩矿床的形成条件

接触交代矿床常成群出现，多产在地槽及活动性较强的地台边缘或凹陷带（一般称为断裂凹陷带）。这些地带在地质历史上曾经过长期的大幅度沉降，堆积了巨厚的碳酸盐，区内构造活动频繁，又常伴有岩浆活动。当中酸性岩浆（少量其它性质的）与碳酸盐类岩石相遇，产生有利的接触带构造。当含矿热液沿接触带或其附近发生交代作用时容易形成接触交代矿床。岩浆岩、围岩和构造是形成接触交代矿床的基本地质条件。由于这类矿床的形成是侵入体产生的热和含矿气水溶液综合作用的结果，因而温度范围可由超临界的高温到中低温；压力条件，依据深度分析主要是中深或中浅深，此种深度下侵入体的热动力条件和挥发性组份的内压力等有利于在接触带附近进行充分的交代作用而成矿。因而温度、压力有利于矿床的形成。

（2）颁布专项法规。针对煤矿关闭，各国均颁布了专项法律法规，并成立专门机构，处理煤矿关闭的各项问题。在国内，由于区分不严格，缺乏相应的专项法律，没有清晰的安置规定，易出现员工期望过高和安置政策的冲突。

2.1 岩浆岩条件

图1 矿床接触带特征

矽卡岩矿床形成的首要条件是在岩浆演化过程中含矿溶液的分出。有利于形成接触交代矿床的岩浆岩，大多数是中酸性岩浆岩。与接触交代矿床关系最密切的为钙碱性系列：如花岗岩、斜长花岗岩、花岗闪长岩、石英闪长岩、闪长岩，它们常由几种不同岩相的岩石组成杂岩体。从总的看来，与矽卡岩矿床有关的侵入岩的化学成分与中国同类岩石平均值比较，钾、钠含量明显偏高，镁、铁及钙的含量偏低。岩石酸度与矿化的关系是：铁矿床往往与闪长岩、二长岩有关；铅、锌矿床主要与花岗岩类，其次与花岗闪长岩类有关。

从岩体的产状看，一般是侵位于中深到浅成环境是最有利于接触交代矿床的形成。从中深至浅成的岩相特征是：具中细粒结构、斑状结构，斜长石的环带构造明显，角闪石具辉石的残余，构成反应边结构，微斜长石被正长石代替等。通过对某些接触交代矿床中侵入体顶板的盖层厚度测算，一般都在1～4.5km的深度内形成。

与接触交代矿床有关的侵入体多为中小型的，出露面积一般小于50km2，大多数在2～10km2。它们常呈岩株、岩瘤等产出。

从岩体的形成时代看，我国大多数与接触交代矿床有关的侵入体，在东部以燕山期为主，而西部则主要为海西期。从世界范围看，大多数接触交代矿床是中生代的或更年轻的，有少数钨、锡矿床是中生代的。

2.2 围岩条件

围岩岩性对成矿的矿物质成分、方式、规模具有一定的影响作用，它是矿床形成的决定性条件。碳酸盐岩石以及火山岩为成矿的有利围岩，碳酸盐岩石主要包括石灰岩、白云质灰岩、白云岩、泥灰岩和钙质页岩等，火山岩主要有安山岩、英安岩和凝灰岩等。而不利于成矿的围岩，一般是厚层的灰岩。围岩的节礼、裂隙及空隙度（大小、性质结构、开放程度、形态）对矿化富集及矿体的形状、产状也有重要影响。

2.3 其它条件

由于构造在一定程度上制约了含矿溶液运输的通道，从而为成矿提供了空间。具体控矿构造有以下几种：侵入体与围岩的接触带构造、围岩层理层间破裂带及构造裂隙、以及褶皱构造。

矽卡岩矿床形成的温度范围很广，从简单的矿化开始到结束，温度在逐渐减小。通常认为矽卡岩矿物的形成在800～300℃的温度段内。大量研究资料表明，接触交代矿床中的形成金属氧化物的温度一般是600～350℃温度段内，金属硫化物（如黄铁矿、闪锌矿等）一般是450～100℃之间（主要在300℃）。总的来说硅酸盐结晶温度较高，而金属氧化物和硫化物形成的温度较低。

矿床形成的压力与矿床的深度相关，大量研究资料表明矽卡岩矿床主要是在浅深及中等深度。一般情况下，接触交代矿床形成于1～4.5km。

3 二长岩与矽卡岩铁矿的关系

3.1 提供容矿空间

在构造变动中中奥陶统灰岩形成薄弱带，为矿体的形成提供有利空间。覆盆状、筒状、多层状等的岩体，对矿体的形态和范围具有一定的控制作用。岩体边部发生钠化，而矽卡岩化主要发生在碳酸盐岩内，与铁矿关系最密切的是金云母透辉石矽卡岩化和透辉石矽卡岩化。

相关资料的三度空间表明，大理岩呈现大小规模不等的包裹体形式漂浮于二长岩体之中，而且二长岩体又呈现出顺层贯入于大理岩之中的小岩枝和岩床形式成矿，有的不成矿，仅生成矽卡岩或是大理岩化。

岩体是顺层贯入的，根据矿体在空间赋存的状态，初步认为矿体成因是：岩浆期后充填交代磁铁矿矿床。充填为主，交代为辅。矿液的来源是岩体本身，岩浆本身带有矿液就可成矿；否则不能生成矿体，只能出现热液蚀变或热力变质现象，如矽卡岩化、大理岩化。围岩所起的作用有两点，一是层位构造，便于矿液充填；二是起到熔剂作用，使铁浆液尽快的沉淀下来，所以矿体上下有矽卡岩化。充填为主的理由是：岩浆侵入，必然是轻物质在先，重物质在后，二者均找空间侵入，岩浆液侵入处便形成二长岩，铁浆液侵入处便形成铁矿层。

3.2 提供物质来源

岩浆侵入到高镁碳酸盐岩之后，由于平衡状态的破坏而发生物质组分的扩散、运移和重新组合。

当岩浆侵入到高镁碳酸盐岩之后，岩浆是熔体，而与其相接触的围岩也处于半熔体状态。白云石的晶格结构可以被破坏而处于离子状态。

MgCa（CO3）2→ Mg＋2＋Ca＋2＋2［CO3］－2.岩浆与围岩相比，前者富Si、Al、K、Na等，而后者富Ca，Mg，高浓度向低浓度方向扩散和运移，围岩中的Ca、Mg向岩浆中运移，而岩浆中的Si、Al、K、Na等向围岩中运移。结果，打破了原来各自的平衡状态，形成新的平衡，产生新的矿物共生组合。在围岩中，由于 Si的加入，［SiO3］－2置换出白云岩的［CO3］－2而形成透辉石。

由于K，Al等的加入，在H和F等挥发组分的参与下，与白云石作用即可形成金云母。

Ca、Mg向岩浆中运移的结果即可与Si化合，组成内矽卡岩带中大量的透辉石和部分金云母，这样就把岩浆中原来组成辉石和角闪石的大量Fe＋2和Fe＋3置换出来，造成岩浆中Fe＋2和Fe＋3的大量过剩。分析结果说明，未蚀化的等粒闪辉二长岩中Fe2O3和FeO总和比蚀变了的其它岩浆岩高出20%。

3.3 提供了成矿热能

二长岩体不仅为矽卡岩铁矿床提供了物质来源，也为矽卡岩铁矿的形成提供了足够的成矿热能。矽卡岩矿床形成的温度范围很广，从简单的矽卡岩化开始到矿化结果，温度不断下降。一般认为矽卡岩矿物的形成温度在800～300℃之间。总的来说硅酸盐结晶温度较高，而金属氧化物和硫化物形成的温度较低。携带成矿物质的介质的性状，在矽卡岩化作用早期的高温条件下，超临界流体的交代作用明显，而晚期温度较低的条件下，则以水为主的热液作用明显。

4 结论

通过对山西省交城县水峪贯地区的矽卡岩铁矿进行勘察，得出以下结论：

1）山西省交城县水峪贯地区的矽卡岩铁矿的成矿母岩是等粒状闪辉二长岩，似斑状及斑状透辉二长岩是其边缘相，是由钙碱性系列的中性岩浆岩凝结而成的。

2）岩浆岩，围岩和构造是形成矽卡岩矿床的地质条件，但又由于矽卡岩矿床的形成是侵入体产生的热和含矿气水溶液综合作用的结果，因此，温度和压力也是矽卡岩矿床形成的重要条件。

3）二长岩体为矽卡岩铁矿床的形成提供了物质来源、提供了成矿所需的热能及容矿空间。

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