弓长岭铁矿二矿区蚀变岩中锆石SHRIMP U-Pb年龄及地质意义*

李厚民 刘明军 李立兴 杨秀清 姚良德 陈靖 姚通

1.中国地质科学院矿产资源研究所国土资源部成矿作用与资源评价重点实验室，北京 100037

2.辽宁省冶金地质勘查局地质勘查研究院，鞍山 114002

国外的富铁矿资源(TFe含量超过50%)主要来自长期稳定的古老克拉通上早前寒武纪铁建造(BIF)经过后期风化淋滤作用形成的赤铁矿石。虽然我国的华北克拉通等古老地块也发育早前寒武纪BIF，并经历了强烈的变质变形作用，但是由于地块活动性强导致缺乏充分风化淋滤作用的条件，因而赤铁富矿很少，铁矿石以TFe含量30%左右的沉积变质型磁铁贫矿为主(Zhang et al.，2014)。辽宁弓长岭铁矿床位于华北克拉通东北部的鞍(山)-本(溪)铁矿集区，是一个大型沉积变质型铁矿床，其中二矿区的磁铁富矿(TFe含量大于50%)达大型规模，是我国最重要的沉积变质型磁铁富矿。对该富矿的成因目前已基本达成共识，认为是条带状铁建造沉积后受后期叠加改造作用形成的，富矿体成矿时发生了强烈的围岩蚀变，形成以石榴石为特征矿物的蚀变岩(程裕淇，1957;李绍柄，1979;施继锡和李本超，1980;赵斌和李统锦，1980;李曙光，1982;李曙光等，1983;周世泰，1994;刘军和靳淑韵，2010;刘明军等，2012;Li et al.，2014a，b;Sun et al.，2014;Wang et al.，2014)。但是富矿的形成时代还有待确定，因此厘定热液叠加作用形成富铁矿的时代对于在华北克拉通内寻找此类富铁矿具有重要的意义。本文从富含石榴石的蚀变岩中分离出了热液锆石，并应用SHRIMP方法进行了U-Pb年龄测定，以期确定富矿的形成时代，进而确定其形成的地球动力学背景。

1 矿床地质特征

弓长岭铁矿床位于辽宁省辽阳市弓长岭镇，为沉积变质型铁矿床，可以分为一矿区、二矿区、三矿区、老岭-八盘岭矿区4个矿区。其中二矿区累计查明资源储量9.46亿吨，其中贫矿7.82亿吨，富矿1.64亿吨。

辽宁弓长岭二矿区出露地层主要为太古宇鞍山群茨沟组及第四系(图1)。与成矿有关的地层为鞍山群茨沟组变质岩系，呈NW向狭长带状产出在混合花岗岩中，长约4800m，宽约100～700m，倾向北东，倾角60°～80°，由一套变质火山沉积岩系组成，由老至新为:(1)下部角闪岩层(Hb):以石英斜长角闪岩、黑云角闪岩、绿泥角闪岩、石英角闪岩为主，有时夹白云石英片岩、云母绿泥石英片岩、石英绿泥片岩和薄层磁铁石英岩，总厚20～385m，下部与弓长岭混合花岗岩呈混合交代接触。(2)下含铁带:由两层铁矿(Fe1、Fe2)及钠长角闪岩(SPS)和绿泥云母片岩、绿泥角闪片岩(PSP)组成，厚0～88m，局部因构造或原始沉积不连续有间断。(3)黑云变粒岩层(K):习惯称K层，主要由石英黑云(绿泥)钠长变粒岩组成，分布稳定，横贯全区，是划分上、下含铁层的标志层，层间偶夹铁矿(即第三层铁矿Fe3)，厚70～90m。(4)上含铁带:由三层铁矿(Fe4、Fe5、Fe6)和斜长角闪岩层(Am)组成。(5)石英岩层(S):分布在上含铁层顶部，岩石相变较大，主要由石英岩、石英片岩组成，常夹云母石英片岩、云母片岩、透闪石英岩、阳起石英岩、滑石片岩、绿泥片岩，局部夹薄层铁矿及富铁矿层。

含铁岩系上、下盘均为混合花岗岩，大体可划分为两期，即约31亿年的弓长岭花岗岩和约28亿年的麻峪花岗岩。弓长岭花岗岩分布在含铁岩系下盘，岩石以奥长花岗岩为主，白色，中-细粒结构，主要由斜长石、钾长石、石英及少量黑云母组成，呈条痕状、眼球状、片麻状构造，糜棱面理发育，常与围岩地层片理方向一致;麻峪花岗岩分布在含铁岩系上盘，肉红色，中粗粒结构，块状构造，以微斜花岗岩为主，主要由微斜长石、石英和少量黑云母、白云母组成，与铁矿层没有直接接触关系。另外矿区有少量长英岩脉。

二矿区的两侧分别被NE走向、倾向SE、倾角85°左右的寒岭断裂和偏岭断裂所切割，矿床内的横断层发育(图1)。

图1 弓长岭铁矿床二矿区地质平面图(据周世泰，1994，略有修改)1-第四系;2-下奥陶统;3-上混合岩;4-下混合岩;5-石英岩层;6-斜长角闪岩层;7-黑云变粒岩(K层);8-钠长角闪岩、绿泥角闪片岩;9-绿泥云母片岩、绿泥角闪片岩;10-底部角闪岩;11-磁铁富矿;12-条带状磁铁石英岩;13-类矽卡岩、绿泥片岩;14-长英岩脉;15-实测及推测断层Fig.1 Geological map of the mining area II of Gongchangling iron deposit(modified after Zhou，1994)

二矿区六层铁矿中以Fe6最大，其次为Fe2、Fe4、Fe1、Fe5、Fe3，总长4800m，走向南东 120°～160°，倾向北东，倾角60°～80°，矿体呈层状，与围岩产状一致，产状稳定。此外，在上含铁层顶部硅质岩层中也夹有铁矿，呈盲矿体产出。

二矿区既有贫铁矿体又有富铁矿体，贫铁矿体资源储量大于富铁矿体。已探明富铁矿体138个，其中Fe6矿层中有65个富铁矿体，占富铁矿总资源储量的77.1%;石英岩层(S)内有29个富铁矿体，占富铁矿总资源储量的13.5%;Fe4矿层中有21个富铁矿体，占富铁矿总资源储量的6.5%;Fe3矿层中有19个富铁矿体，占富铁矿总资源储量的2.5%;Fe2矿层中有3个富铁矿体，占富铁矿总资源储量的0.4%;Fe1矿层中仅有1个富铁矿体。富铁体大多呈层状、似层状，其空间展布与贫铁矿一致，倾向北东，倾角60°～90°，最大富铁矿体走向长2840m，厚1～30m，延深大于600m。

二矿区的矿石类型根据矿石矿物成分和品位可分为磁铁矿贫矿石、假像赤铁矿贫矿石、磁铁矿富矿石和赤铁矿富矿石，贫铁矿石条带状构造明显，富铁矿石为块状构造。脉石矿物主要为石英，贫矿石的脉石矿物还可有少量阳起石、透闪石、绿泥石、黑云母和磷灰石等;富矿石的脉石矿物还可有石榴子石、镁铁闪石、绿泥石、方解石和极少量石墨、黄铁矿、黄铜矿、菱铁矿等。富矿热液改造特征明显(图2a)，暗示其是由贫铁矿经“去硅富铁”作用形成的。

二矿区富铁矿的围岩蚀变发育，主要有镁铁闪石石榴石岩(图2b)、绿泥石榴石岩和石榴石岩(图2c)等，呈似层状、脉状、透镜状，主要产出在富铁矿体的顶底板、内部以及富矿体层间的构造虚脱部位，与磁铁富矿呈截然接触，界线明显，厚度从十几米到几十米不等，呈黄绿色、棕褐色，多呈块状构造，粗粒结构，主要由石榴石(以铁铝榴石为主，伴以少量的镁铝榴石和钙铁榴石)、绿泥石(为蠕绿泥石)、角闪石(以透闪石为主)、绿帘石、黑云母、磁铁矿、石英以及少量的电气石、辉石、碳酸盐矿物、黄铁矿、磁黄铁矿等组成。这些蚀变岩具有明显的分带特征，自富铁矿体向外，依次是绿泥镁铁闪石岩、镁铁闪石铁铝榴石岩、镁铁闪石石榴绿泥岩、绿泥岩、黑云绿泥岩，磁铁矿化明显，从近矿到远矿随石榴石的含量降低磁铁矿含量也随之降低。

2 样品特征及实验方法概述

用于挑选锆石的富含石榴石的蚀变岩(图2c和2d)样品编号GCL2-67，采自弓长岭铁矿二矿区5勘探线附近，样品新鲜，没有遭受风化。蚀变岩呈褐色、棕红色，块状构造，晶型完好，颗粒粗大。蚀变岩呈似层状产出在富矿体的顶底板，与富矿体呈渐变接触，富含石榴石的蚀变岩矿化明显。

显微镜下见该样品由石榴石(含量约70%)和退化蚀变的镁铁闪石(约10%)、绿泥石(约10%)和磁铁矿(约10%)组成。薄片中见锆石与镁铁闪石共生(图2e)或与绿泥石一起产于石榴石中的绿泥石网脉中(图2f)。

将20kg左右的富含石榴石的蚀变岩人工粉碎后，采用重选及电磁选分离出锆石。将待测锆石与数粒锆石标样TEM置于环氧树脂制成的样品靶上，将靶子的锆石磨去一半露出内部，用于投射光、反射光和阴极发光照相测量及SHRIMP U-Pb测试，接着进行抛光、清洗、镀金等操作。

SHRIMP U-Pb测试在中国地质科学院地质研究所北京离子探针中心的SHRIMPⅡ上完成(详细流程和实验原理参见Compston et al.，1992;Williams，1998;宋彪等，2002)。一次流强度为7.5nA，加速电压为10kV，离子束斑直径约为25～30μm。应用标准锆石TEM(417Ma)进行年龄校正。数据处理及U-Pb谐和图绘制采用Squid及Isoplot程序自动完成。普通铅根据实测的204Pb进行校正，同位素比值误差为1σ，文中均值加权平均年龄置信度为95%。

为了进一步解释年龄分析结果。我们还对锆石中包体进行了探针分析，对锆石微量元素进行了微区原位分析。锆石包体的电子探针分析在中国地质科学院矿产资源研究所探针实验室完成，仪器型号JXA-8230，加速电压15kV，工作距离10.9mm。锆石微量元素和稀土元素的微区原位分析在北京大学造山带与地壳氧化教育部重点实验室采用高分辨多接收器等离子质谱仪(MC-ICP-MS)完成，仪器型号VG AXIOM，检出限 Be＜1×10－12，Mn＜0.5×10－12，Fe＜1×10－12，准确度 0.002%。

图2 弓长岭二矿区富铁矿及其围岩蚀变和锆石产态(a)-条带状磁铁石英岩经热液交代“去硅富铁”形成块状富铁矿现象(深色为磁铁矿，白色为石英);(b)-块状富铁矿体边部镁铁闪石石榴石蚀变岩(左侧为块状富矿;右侧蚀变岩中红色斑点为石榴子石，绿色为绿泥石和镁铁闪石等);(c)-镁铁闪石榴石蚀变岩(褐色粒状者为石榴子石;其间白色为石英，绿色为绿泥石和镁铁闪石);(d)-磁铁矿、绿泥石与镁铁闪石共生并交代石榴石(褐红色者)(样品号GCL2-81，单偏光);(e)-锆石产于镁铁闪石中;(f)-锆石产于石榴石内的绿泥石网脉中Fig.2 High-grade iron mineralization and the alteration of country rocks and the occurrence of zircon in the mining area II of the Gongchangling iron deposit

图3 弓长岭铁矿床二矿区蚀变岩中锆石的背散射电子图像Fig.3 Back-scattered electron images of zircons from the altered rocks of the mining area II of the Gongchangling iron deposit

3 锆石特征、SHRIMP U-Pb定年及其他分析结果

在背散射电子图像(图3)上，锆石与石英、钛铁矿、镁铁闪石、绿泥石共生，并沿裂隙分布于石榴石中，显示锆石是石榴石后期退化蚀变阶段热液作用形成的。

锆石阴极发光(CL)图像(图4)在中国地质科学院地质研究所实验室完成。样品GCL2-67中的锆石有三种，绝大多数锆石晶体呈形态不完整的半自形-自形粒状，内部呈明暗不同的斑块状及补丁状，明暗极不均匀，边部有较明显的环带，颜色暗黑，粒径较小，一般在60～80μm左右，可能是热液锆石，与李长民(2009)总结的岩浆锆石和变质锆石的特征明显不同。岩浆锆石自形程度高，CL图像亮，内部均匀，震荡环带发育;变质锆石多为卵圆形，CL图像暗，常见核、幔、边结构，环带不发育。另有两种混入锆石，一种混入锆石在阴极发光照片上具有明显的核幔结构(图4中7)，“核”所占比例较小，较灰暗，形状浑圆，“幔”较宽较亮较均一，边部色暗，明显不同于其它锆石;另一种混入锆石呈自形长粒状，环带发育(图4中15)，明显为混入的岩浆锆石。样品测试过程中尽量选择无包裹体、无裂纹的锆石。

富含石榴石的蚀变岩(GCL2-67)样品中的锆石SHRIMP U-Pb分析结果列于表1，示于图5。图4为代表性锆石CL图、测试点位置。由表1可知，点7.1、7.2、15.1的Th/U值偏高，为 0.14～0.81，Th含量最高，为 53×10－6～357×10－6，显示混入的岩浆锆石或其他成因锆石特征;其他15个分析点的Th/U值明显较低，为0～0.06，Th含量较低，为0×10－6～24×10－6，显示热液锆石的Th/U比值特征。在15个点热液锆石测点中，部分锆石存在Pb丢失，除1.1外的测点拟合出的上交点年龄为1850±16Ma(图5)。15个测点中除去 Pb丢失和偏离的数据点(1.1，3.1，6.1，11.1，12.1)不参与加权平均年龄计算外，余下10个数据点加权平均年龄为1840±7Ma(图5)，该年龄可能代表了富含石榴石的蚀变岩的形成年龄，也是弓长岭地区条带状磁铁石英岩遭受后期变质作用改造形成富铁矿的年龄。

表1 弓长岭铁矿富含石榴石的蚀变岩中锆石SHRIMP U-Pb分析结果Table 1 SHRIMP U-Pb isotopic results of the zircons from the garnet-rich altered rocks of the mining area II of the Gongchangling iron deposit

图4 弓长岭铁矿床二矿区蚀变岩中锆石的阴极发光形态特征及分析点位置示意图Fig.4 Representative CL images with SHRIMP U-Pb analyses spots of zircons from the altered rocks of the mining area II of the Gongchangling iron deposit

图5 弓长岭铁矿富含石榴石的蚀变岩中锆石SHRIMP U-Pb定年结果Fig.5 SHRIMP U-Pb age concordia diagram of zircons from the garnet-rich altered rocks of the mining area II of the Gongchangling iron deposit

弓长岭二矿区蚀变岩的锆石中常见包裹体。为了确定这些包裹体的成分，本文对其进行了电子探针波谱分析(表2)。电子探针证实锆石主要由ZrO2和SiO2组成(表2中测点5-2、7-1、8-1、9-1、10-1)，ZrO2含量 64.79% ～ 66.41%，SiO2含量32.73%～33.27%。锆石内包体在背散射图像上呈暗色，长条状或片状自形晶，从形态上判断为片柱状矿物;虽然由于包体颗粒细小，成分分析时探针束斑覆盖了包体周围的锆石，导致分析结果中有不等量的ZrO2，但仍然可以看出，包体主要由MgO、FeO、SiO2、Al2O3组成，其他组分可以忽略不计。扣除锆石 ZrO2和 SiO2的影响，根据剩余 MgO、FeO、SiO2、Al2O3含量的比例关系，结合上述晶体形态，判断锆石中的这些包体主要为绿泥石(表2中测点3-1、4-1、5-1)，还有铝直闪石(表2中测点2-1、6-2)和镁铁闪石(表2中测点6-1)。这些矿物是蚀变岩中的主要矿物，因此表明锆石是热液成因的。

锆石的MC-LA-ICPMS微区原位分析结果见表3。从表3中Si的分析结果看，与锆石Si的理论含量接近，表明分析结果是可靠的。由表3可见，混入锆石(测点15.1)与该蚀变岩中锆石(测点10.1、13.1、16.1、17.1)的微量元素特征有一定差异，前者 Ti含量高达9.48×10－6，后者 Ti含量为1.63×10－6～ ＜3.7×10－6，较低;前者 Y 含量较低，为12.58×10－6，后者为 16.32 ×10－6～19.41 ×10－6，较高。蚀变岩中锆石 Hf元素含量为 10672×10－6～11822×10－6，Th为0.32×10－6～1.48×10－6，U 为425 ×10－6～663 ×10－6，Th/U为0.0005～0.0031，∑REE为＜10.37×10－6～20.45×10－6。注:测点15.1为混入锆石

表2 弓长岭二矿区富含石榴石的蚀变岩中锆石及其包体电子探针分析结果(wt%)Table 2 Electron probe analytical results of the inclusions in the zircons from garnet-rich altered rocks of the mining area II of the Gongchangling iron deposit(wt%)

表3 弓长岭二矿区富含石榴石的蚀变岩中锆石微量元素分析结果(×10－6)Table 3 Trace element contents of the zircons from the garnetrich altered rocks of the mining area II of the Gongchangling iron deposit(×10－6)

4 讨论

4.1 弓长岭二矿区磁铁富矿的成因

弓长岭二矿区富铁矿是我国最大的沉积变质型磁铁富矿床，富矿体赋存于磁铁石英岩(即贫铁矿)之内(图1)，具有一定层位。该富铁矿为后期热液改造成矿已基本达成共识，主要依据有地质和地球化学两个方面:

(1)地质特征方面，有条带状贫矿通过交代作用“去硅富铁”形成富矿的现象(图2a);富铁矿石与围岩蚀变关系密切，蚀变强度愈大，铁矿愈富，规模愈大;蚀变作用形成一套含石榴石与闪石的蚀变岩，包括石榴石岩、绿泥石岩、含石榴石绿泥石岩和含磁铁矿阳起石岩等，石榴石端员组分以铁铝榴石为主，角闪石属于钙角闪石系列中的透闪石，绿泥石属于蠕绿泥石(刘明军等，2012)。

(2)地球化学特征方面，磁铁贫矿、磁铁富矿中磁铁矿的形态、物性、化学成分、氧同位素、红外光谱特征都有明显差别(陈洪江和徐光荣，1984)，硫同位素组成有差异(陈江峰等，1985)，稀土配分曲线类似但富矿中磁铁矿稀土总量较高(刘军和靳淑韵，2010;杨秀清等，2012)，说明两者的成因是不同的，磁铁富矿是磁铁贫矿经热液交代形成的。

但是对于后期交代热液是变质热液、混合岩化热液、还是其他成因的热液，目前还存在很大争论。李秉伦等(1977)通过二矿区矿物中包裹体盐度的测定，认为有两类成因的包裹体，即区域变质作用形成的低盐度包裹体和热液作用成因的高盐度包裹体，后者与本区的混合岩化作用密切有关，是富铁矿的成矿流体，是一种高盐度的含有一定数量碳酸根和硼酸根的碱性溶液。赵斌和李统锦(1980)通过高温高压实验研究发现，在1000～1500bar和450～500℃条件下，弱碱性溶液能大量淋滤磁铁石英岩中的SiO2;在500℃时，贫铁矿中的石英溶解度最大，SiO2淋滤量高达3.13g/L;在2000bar、500～580℃、pH=6～12，fO2=10－25～10－29巴条件下能形成含铁铝石榴石、镁铁闪石、绿泥石和磁铁矿的各种蚀变岩。他们据此认为弓长岭富磁铁矿床是由沉积的条带状赤磁铁石英岩先经过区域变质而后又遭受来自混合花岗岩的高温气热溶液淋滤交代去硅富铁而成。而施继锡和李本超(1980)测得弓长岭二矿区富矿及蚀变岩中矿物流体包裹体均一温度为307～325℃，成矿温度约为487～505℃(与赵斌和李统锦(1980)的温度条件类似)，盐度为13.3% ～23.1%NaCleqv，认为富矿是区域变质热液交代成因，与矿区混合岩化作用无关;王守伦(1986)认为弓长岭二矿区富矿是在原生沉积较富的贫矿基础上，经后期退化变质作用加富而成的;刘军和靳淑韵(2010)对弓长岭铁矿矿区内磁铁石英岩和磁铁富矿两种矿石的主量元素、微量元素和稀土元素以及氧同位素组成进行了测试，发现磁铁富矿和磁铁石英岩除了主要成分Fe、Si的含量有很大差别外，其他元素的含量并没有太大的差别，微量元素特征非常地相似，稀土配分型式也非常一致，δ18O值变化范围也一致，认为磁铁富矿应该是由区域变质阶段形成的变质水热液交代条带状磁铁石英岩，通过去硅作用形成的。

虽然李绍柄(1979)、李曙光(1982)和李曙光等(1983)根据弓长岭富矿中存在石墨，认为弓长岭二矿区部分富铁矿是菱铁矿层经区域变质作用形成的;但是夏建明等(2011)研究认为，弓长岭二矿区中的石墨应是由泥质沉积物经区域变质作用后生成的，由于石墨的存在，又可以生成CO和CH4等还原气体，使铁以磁铁矿形式存在，因此磁铁矿赋存的还原环境多数是由泥质沉积物引起的。条带状贫铁矿“去硅富铁”形成富铁矿的同时，转移出来的SiO2或者交代含铝的泥质—粉砂质岩石形成含石榴子石、绿泥石、黑云母等矿物的蚀变岩(王恩德等，2012)，或者交代含磁铁矿的白云质大理岩形成含阳起石的蚀变岩(李厚民等，2012)，消耗Si质，有利于富铁矿的形成。

综上所述，弓长岭二矿区富铁矿的交代热液的成因还有待进一步深入研究。

4.2 富含石榴石的蚀变岩与富矿的成因联系

弓长岭二矿区富矿与富含石榴石的蚀变岩具有密切的空间关系。蚀变岩具有空间分带性，自富矿体向外，依次为绿泥镁铁闪石岩和镁铁闪石铁铝榴石岩、镁铁闪石石榴绿泥岩、绿泥岩、黑云绿泥岩。从近矿到远矿，蚀变岩中石榴石的含量降低，蚀变岩中磁铁矿含量也随之降低。

我国沉积变质型铁矿中的富铁矿主要分布在华北克拉通的鞍本地区，少量分布在冀东地区，山西袁家村和河南舞阳地区也有少量富矿显示。鞍本地区是我国北方沉积变质型铁矿中富矿最多的地区，分布有我国著名的弓长岭二矿区大型沉积变质型磁铁富矿床、齐大山(樱桃园)中型磁铁富矿床以及八盘岭、南芬、歪头山、大汪沟、王家堡子、眼前山、大孤山、西鞍山等铁矿床的富铁矿体。但是，热液蚀变强度最大、大量形成石榴石以致形成富含石榴石的蚀变岩并形成大型磁铁富矿床的只有弓长岭二矿区。其他发育富铁矿的矿区没有石榴石化或石榴石化很弱，因此富矿规模很小，最大的为齐大山(樱桃园)中型磁铁富矿床，其余为小型磁铁富矿床或只有磁铁富矿体。

由此我们认为，弓长岭二矿区富含石榴石的蚀变岩不仅与富铁矿具有密切的空间关系，而且具有密切的成因联系。因此，富含石榴石的蚀变岩的成岩年龄可以代表富矿的成矿年龄。

4.3 富含石榴石的蚀变岩中锆石的成因

如前所述，在光学显微镜下该蚀变岩中锆石与镁铁闪石和穿插石榴石的绿泥石网脉共生(图2e，f);在电子显微镜下，锆石与镁铁闪石、绿泥石、钛铁矿和石英共生，并分布于石榴石中裂隙附近(图3);锆石中包体成分也为绿泥石和镁铁闪石等，与蚀变岩的矿物组成一致;锆石的CL图像也显示热液成因特征。这些特征表明，该蚀变岩中的锆石是热液成因的，与石榴石同期但稍晚，相当于夕卡岩期湿夕卡岩阶段的产物，与石榴石退化蚀变的含水矿物角闪石、绿泥石等共生。

弓长岭二矿区富含石榴石的蚀变岩中锆石与前人锆石的微量元素特征对比见表4和图6，可以看出:

(1)不同成因锆石的Hf元素含量变化较大，没有规律可循。

(2)本文锆石的Y元素含量明显低于表中变质锆石和岩浆锆石。

(3)本文锆石的Th元素含量极低，U元素含量也较低，与变质锆石和岩浆锆石明显不同，与新疆阿尔泰地区热液锆石(唐勇等，2012)和海南尖峰岭岩体热液锆石(张小文等，2009)的Th、U含量及Th/U比值也明显不同;变质锆石的Th元素含量为2×10－6～179×10－6，U 为 21×10－6～2092×10－6，变化大，Th/U为0.01～1.12;岩浆锆石的 Th含量为22.2×10－6～1564×10－6，U为35×10－6～3878×10－6，变化大，Th/U为0.04～2.00。

(4)本文锆石的Ti元素含量低于3.7;变质锆石的Ti含量为7×10－6～714×10－6;岩浆锆石的 Ti含量为3.21×10－6～606×10－6。

(5)本文锆石的稀土元素含量很低，低于表4中变质锆石的11.72×10－6～2645×10－6和岩浆锆石的240×10－6～5972×10－6，也低于新疆阿尔泰地区热液锆石的6578×10－6～21164×10－6(唐勇等，2012)和海南尖峰岭岩体热液锆石的1261×10－6～13791×10－6(张小文等，2009)。

李长民(2009)对不同成因锆石的特征进行了总结。他认为岩浆锆石的 Th、U含量高，Th/U＞0.4，Hf含量很低，∑REE含量较高;变质锆石的Th、U含量低，Th/U＜0.1，Hf含量较高，∑REE含量变化大;热液锆石的Th、U含量较高，Th/U比值较大，Hf含量高，高Y，∑REE含量高。而从前面叙述可见，本区的锆石明显不同于表4中岩浆锆石和变质锆石的特征，热液锆石特征十分明显，但是本区锆石的Th含量极低，U含量较低，Th/U比值很小，Hf含量与岩浆锆石和变质锆石没有明显差别，Y含量很低(图6)，与李长民(2009)总结的热液锆石特征差异明显。因此，热液成因锆石的特征还需要随着数据的积累进一步总结。

表4 一些不同成因锆石的微量元素含量(×10－6)Table 4 A summary of the trace element compositions of the zircons of different origin(×10－6)

本区锆石的稀土元素总量与岩浆锆石、变质锆石和其他热液锆石相比，明显偏低(图7)。本区锆石及其主岩石榴石蚀变岩的稀土配分曲线如图7所示。由于轻稀土严重亏损，绝大多数低于仪器检出限，因此是否有铈异常不能判定。但是，据该配分曲线可以明显看出:该锆石轻稀土强烈亏损，中、重稀土富集;有弱的铕正异常，配分曲线上重稀土较平坦，这与前人的热液锆石稀土配分曲线有很大差别。不明显或弱的正铕异常可能表明交代流体为较氧化的热液流体。

本文锆石的主岩石榴石蚀变岩的轻重稀土分异不明显，具有铕负异常，与锆石的稀土配分曲线大致具有互补关系，可能反映了二者的成因联系。

综上所述，本区锆石为热液成因锆石，但是与其他地区热液锆石的特点有很大不同。

4.4 锆石年龄的地质含义及富矿成矿的大地构造背景

弓长岭二矿区富含石榴石的蚀变岩为富矿成矿时形成的热液蚀变岩。该岩石中的锆石是交代热液中形成的热液锆石。因此，锆石的年龄既是富含石榴石的蚀变岩的形成年龄，也可能代表了富矿的成矿年龄。

翟明国(2010)将华北克拉通中元古代以前的构造演化划分为五个阶段:①＞3.0Ga的陆核与微陆块的形成;②2.9～2.7Ga的陆壳增生;③2.5Ga的岩浆、变质作用与克拉通化;④2.3～1.9Ga的古元古代活动(造山)带;⑤1.8Ga的基底隆升与裂谷-非造山岩浆事件。其中①、②、③阶段发生条带状铁建造(BIF)的沉积。BIF形成后，发生了2.5～2.45Ga的高级变质、花岗岩侵入以及基性岩墙群的侵入，它们标志着华北各微陆块拼贴完成，基本形成了与现存的华北陆块相当的新太古代克拉通(翟明国，2008);2.30～1.90Ga的造山事件以及随后的基底隆升和变质、花岗岩和混合岩化作用叠加于新太古代末的变质作用之上(程裕淇和张寿广，1982)，使BIF再次经历了叠加改造作用，其中火山-沉积岩大致发育在2.30～1.95Ga，变质作用发生在1.95～1.90Ga期间，并随后又发生了很强的叠加变质，表现为1.85～1.82Ga的麻粒岩相-高角闪岩相的等温(略升温)降压和降温降压叠加变质作用，并且在～1.80Ga发生角闪岩相退变质。1.85～1.82Ga和1.80Ga的两个时期叠加变质作用广泛发生在华北克拉通内，程裕淇和张寿广(1982)、沈其韩(1992)称为面状变质作用，代表克拉通基底的整体隆升。与两期叠加变质作用相对应的是紫苏花岗岩、堇青石-石榴花岗岩、钾质花岗岩的侵入，并以未变形的伟晶岩脉在华北克拉通全区范围内的贯入而告结束。

图6 本文锆石与其他岩浆锆石、变质锆石和热液锆石微量元素含量对比(据表4)Fig.6 Trace element patterns of the zircons from the garnet-rich altered rocks of the mining area II of Gongchangling iron deposit and the magmatic zircons，metamorphic zircons and hydrothermal zircons(form Table4)

弓长岭二矿区黑云变粒岩的年龄约27亿年(宋彪等，1992;万渝生和刘敦一，1993)，表明该矿区BIF沉积于27亿年左右。BIF形成后，经历了2.5Ga的岩浆、变质作用与克拉通化事件和2.3～1.9Ga的古元古代造山事件，变质为条带状磁铁石英岩，形成该区贫铁矿。随后，华北克拉通发生基底隆升与裂谷事件，古元古代造山作用结束，弓长岭矿区所在的辽东半岛发育有S型的巨斑花岗岩、I型的斑状花岗岩和正长岩，其侵位年龄为1850Ma(路孝平等，2004)。本文获得的弓长岭二矿区富含石榴石的蚀变岩中锆石SHRIMP UPb年龄为1840±7Ma，表明该区富矿及其蚀变作用与拉张环境的构造岩浆事件同期。但弓长岭二矿区出露的弓长岭花岗岩的年龄为30.91亿年，麻峪花岗岩的年龄为28.25亿年(李厚民未发表资料)，与本文获得的蚀变岩的年龄差距大。因此，该矿区是否存在18亿年左右的岩浆活动，成矿流体是否与岩浆活动有关，还需要进一步研究。

5 结论

辽宁弓长岭二矿区与富铁矿有密切成因联系的富含石榴石的蚀变岩中发育热液成因的锆石。采用锆石SHRIMP U-Pb定年方法获得该热液锆石的年龄为1840±7Ma，限定了弓长岭富铁矿的成矿时代为古元古代末期，形成于华北克拉通古元古代拉张构造环境。

需要说明的是，关于弓长岭二矿区富矿的形成时代及形成机制，还需要开展进一步的工作。如二矿区是否还有其它类型的富矿，形成时代是否具有一致性?矿区花岗岩对形成富矿的影响如何?矿区构造作用对形成富矿的影响如何?等等。希望本文抛砖引玉，使我国沉积变质型富铁矿的研究更加深入。

图7 弓长岭二矿区富含石榴石的蚀变岩中锆石与其他锆石稀土总量对比和稀土元素配分曲线Fig.7 Chondrite-normalized REE patterns of the zircons from the garnet-rich altered rocks in the mining area II of Gongchangling iron deposit

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