福建马坑铁(钼)矿床矽卡岩矿物学特征及分带研究*

张志 张承帅

1.中国地质大学，北京 100083

2.中国地质调查局发展研究中心，北京 100037

3.中国地质科学院矿产资源研究所，北京 100037

我国铁矿类型齐全，其中条带铁建造型(BIF)铁矿是我国最重要的铁矿类型，其储量占我国铁矿总储量的50%以上(Li et al.，2013a，b;Zhang et al.，2014a)，在我国经济建设中占有非常重要的地位，但品位低。矽卡岩型铁矿在我国广泛分布，虽然其储量小，但因其品位高，是我国重要的富铁矿来源，供应我国60%以上的富铁矿矿石(Zhang et al.，2014b)，因此该类型铁矿研究引起很多学者的兴趣。马坑铁(钼)矿是闽西南地区一个大型铁多金属矿床，20世纪50年代发现，1999年以后才对该矿床大规模开采，目前是我国东南沿海地区最重要的铁矿生产基地。马坑铁(钼)矿具明显层控特点(赵一鸣等，1983)，许多学者对该矿床的地质特征、构造、矿床地球化学以及矿物学等做了研究(赵一鸣等，1983，1990;韩发和葛朝华，1983;李萌清和陈伟十，1982;薛虎和梁士奎，1982;陈述荣等，1985;刘劲鸿，1993)，但是主要集中在对矿床地质的基本特征描述上;赵一鸣等(1980a)、韩发和葛朝华(1983)、刘劲鸿(1993)对矿区内矽卡岩矿物学开展了一些研究，但仅限于含氯角闪石和辉石。矿床的成因存在着多种争论，海相火山沉积-热液改造型观点认为铁矿的铁质来源与海相火山作用密切相关(韩发和葛朝华，1983);陆源沉积-热液改造型观点认为铁质源于陆源，主要是铁丰度高的泥盆纪基底岩系，经过长期陆相风化预富阶段，海相沉积成矿阶段，后期热液改造阶段形成(陈跃升，2002，2010);层控钙矽卡岩型观点认为与成矿有关的岩浆岩为大洋-莒舟花岗岩和辉绿岩侵入体，矿床的控矿层位主要在黄龙组(C2h)的贫镁碳酸盐岩层，铁矿大多产于外矽卡岩带中(赵一鸣等，1983)。矿区内矽卡岩广泛出露，并与铁矿密切共生是不容否认的事实，因此研究矽卡岩特征及其与铁矿床的关系是解决矿床成因的关键。鉴于此，本文拟通过对马坑铁矿床中的矽卡岩矿物成分和矿物分带现象进行系统研究，以期为进一步研究该矿床的成矿机制提供依据。

1 成矿地质背景

马坑铁(钼)矿床所处的大地构造位置是华夏古陆永(安)-梅(县)晚古生代拗陷，其西侧、北侧为分别武夷隆起和闽北隆起，东侧是闽东中新生代火山断陷带(图1;赵一鸣等，1983;韩发和葛朝华，1983)。区内地层除志留纪及早泥盆世地层缺失外，其它时代地层均有发育，根据地层岩性、岩相、成岩环境的差异可分为三大岩系:1)前泥盆纪基底岩系，以震旦纪-早古生代中浅变质岩系为主，总体上为一套深海-浅海相环境下形成的巨厚陆屑沉积、火山复理石建造;2)晚泥盆世-中三叠世盖层岩系，主要呈NE向分布于晚古生代拗陷带内，为一套浅海、滨海相、海陆交互相及陆相环境下的产物;3)中新生代陆相碎屑岩及火山喷发和火山沉积岩，其中中侏罗世-晚白垩世主要表现为强烈的块断运动，伴随频繁的岩浆喷发和侵入活动，为研究区的成矿奠定了良好的基础(吴凎国等，2000;毛建仁等，2002)。

本区内侵入岩以印支期和燕山期花岗岩为主，呈岩基、岩株或岩床产出。此外，还发育各类脉岩，包括辉绿岩、闪长玢岩、酸性斑岩类以及细粒花岗岩等。区内已知大小铁矿床(点)共有数十处，其中大型铁矿1处(马坑)、中型铁矿3处，铁矿储量占福建全省的95%以上(谢家亨等，1986①谢家亨，许超南，王文桂.1986.福建省龙岩市马坑铁矿床地质特征及成矿地质条件，矿产专著-黑色金属矿产(14))。本区铁矿主要分布在永定-龙岩-大田成矿带，特别是集中于北东东向阳山-蕉岭深断裂带两侧或与东西向大断裂交汇处，如马坑、中甲、洛阳、潘田、阳山、铁山嶂、铁坑坳等主要铁矿均处于上述地段。

图1 闽西南铁矿成矿区地质略图(据赵一鸣等，1983修改)1-上泥盆统-中三叠统;2-其他时代地层;3-燕山期花岗岩;4-印支期花岗岩;5-加里东基底拗陷带;6-铁矿床;7-多金属矿床;8-背斜轴;9-向斜轴;10-主要断裂Fig.1 The map showing the regional geology and the distribution of major Fe-polymetallic ore deposits in the southeastern Fujian Province(modified after Zhao et al.，1983)1-strata of Upper Devonian to Middle Triassic;2-strata of the other times;3-Yanshanian magmatic rock;4-Indosinian magmatic rock;5-Caledonian rifted depression;6-iron ore deposit;7-polymetallic deposit;8-the axial plane of the anticline;9-the axial plane of the syncline;10-main fault

图2 马坑铁(钼)矿床地质简图(据赵一鸣等，1990修改)1-下二叠统加福组砂质页岩;2-下二叠统文笔山组页岩;3-上石炭统黄龙组灰岩-下二叠统栖霞组灰岩;4-下石炭统林地组石英砂岩;5-奥陶-志留系变质砂岩、粉砂岩;6-辉长-辉绿岩;7-莒舟花岗岩;8-矽卡岩;9-褐铁矿体;10-背斜;11-向斜;12-正断层;13-逆断层;14-隐伏矿体地表投影界线;15-勘探线;16-钻孔Fig.2 Simplified geologic map of the Makeng Fe-Mo deposit(modified after Zhao et al.，1990)1-sandy shale of Lower Permian Jiafu Formation;2-shale of Lower Permian Wenbishan Formation;3-limestone of Lower Permian Qixia Formation to Lower Carboniferous Huanglong Formation;4-quartz sandstone of Lower Carboniferous Lindi Formation;5-metamorphic sandstone and siltstone of Ordovician-Silurian;6-gabbro-diabase;7-granite;8-skarn;9-limonite orebody;10-anticline;11-syncline;12-normal fault;13-thrust fault;14-outline of concealed orebody projected on the surface of the earth;15-prospecting line;16-drill hole

2 矿床地质特征

矿区内主要出露上古生代地层，自下而上岩性可分为三个组成部分，下部为粉砂岩、石英岩、凝灰质砂岩组合，属于下石炭统林地组(C1l)顶部和上石炭统黄龙组(C2h)下部;中部为大理岩、大理岩化灰岩、条带状灰岩组合，属于上石炭统黄龙组(C2h)、船山组(C2c)和下二叠统栖霞组(P1q);上部为泥岩和粉砂岩组合，属于下二叠统文笔山组(P1w)至加福组(P1j)底部。

区内主要构造为一背斜——马坑背斜，矿体位于马坑背斜的北西翼，总体形态为一单斜构造，发育次一级背斜褶皱及断裂构造。褶皱和断裂主要为北东向，次为北西向(图2)。该区燕山期逆冲推覆构造与Izanagi板块自南东向北西方向向欧亚板块之下俯冲作用有关，对马坑铁矿具有重要的控矿作用(狄永军等，2012)。

矿区出露岩体为莒舟花岗岩和大洋花岗岩。其中莒舟岩体位于矿区东部，呈北北东向展布，出露面积23km2;大洋岩体位于矿区西部，呈南北向展布，出露面积28km2，二者在地表相距仅1km，马坑铁矿位于其间。大洋和莒舟岩体分异明显，相带发育，北部出露黑云母正长花岗岩岩相(中粗粒花岗结构)，南部为微斜长石花岗岩相(中细粒花岗结构)。这两个岩体的岩石学、矿物学和岩石化学等特征非常相似(张承帅等，2012a，c)，矿区深部钻孔已经遇到花岗岩，说明这两个岩体在深部可能是相连的。但是大洋花岗岩的黑云母正长花岗岩LA-ICP-MS锆石年龄为144.8±0.9Ma、微斜长石花岗岩的LA-ICP-MS锆石年龄127.5±0.4Ma(张承帅等，2012a，b)、莒舟花岗岩体单颗粒锆石U-Pb年龄为136Ma和133.9Ma、黑云母39Ar-40Ar年龄为 132.3Ma(毛建仁等，2006)，因此莒舟-大洋花岗岩为一复式岩体。

辉绿岩在矿区分布较广，地表出露部分以北东向为主，次为北西向，明显受北东向和北西向二组断裂控制。在剖面上多为似层状，部分可见呈稳定的层状延伸，分布受断裂和褶皱构造控制。早期辉绿岩与铁矿体关系密切，与矽卡岩、磁铁矿紧密伴生，部分就是矿体的顶底板围岩，多遭受不同程度的褪色蚀变、绿泥石化等，并普遍遭受辉钼矿化;晚期辉绿岩外貌以深绿灰色为主，有时错断矿体。

马坑铁矿主矿体为一大型隐伏似层状矿体，产于莒舟-大洋花岗岩体外接触带上石炭统黄龙组(C2h)、船山组(C2c)厚层大理岩化灰岩、白云质灰岩与下石炭统林地组(C1l)石英砂岩、粉砂岩、凝灰质砂岩之间的构造破碎带中。矿体走向与岩层走向基本一致，呈北东-南西向，倾向北西，倾角25°～45°，在断层带附近倾角增大(图3)。矿体长3000m，延伸100～1200m，厚10～100m。矿体相对埋深80～600m不等，由北东向南西矿体埋藏由浅变深。在有的地段，由于地层褶皱和层间破碎，在背斜鞍部造成虚脱，是成矿有利位置，形成厚大矿体(赵一鸣等，1990)。

马坑铁(钼)矿的围岩交代蚀变现象十分显著，矽卡岩是矿区最普遍的蚀变岩，以钙矽卡岩为主，可分为石榴子石矽卡岩、辉石矽卡岩等，伴以强烈的磁铁矿化，还有与铅、锌矿化较密切的锰质钙矽卡岩;主矿体底板碎屑岩中发育强烈硅化。后期热液蚀变广泛，常叠加在早期矽卡岩上，其中比较重要的有含氯角闪石化、萤石化、绢云母化、辉钼矿化和硅化等(赵一鸣等，1990)。

原生矿石以透辉石磁铁矿、石榴子石磁铁矿、石英磁铁矿为主，其中石榴子石磁铁矿一般分布在主矿体上部，石英磁铁矿分布在下部。矿石主要金属矿物为磁铁矿，次为黄铁矿、辉钼矿、闪锌矿，非金属矿物以透辉石、石榴子石、石英为主，次为方解石、含氯角闪石、金云母、符山石、黑柱石、钾长石，矿石构造主要为致密块状、斑杂状，次为条纹状、角砾、网脉状等，矿石结构常见交代残余结构、似海绵陨铁结构。

图3 马坑铁(钼)矿床61线剖面图(据赵一鸣等，1990修改)1-下二叠统加福组砂质页岩;2-下二叠统文笔山组页岩;3-上石炭统黄龙组灰岩-下二叠统栖霞组灰岩;4-下石炭统林地组石英砂岩;5-辉长-辉绿岩;6-矽卡岩;7-矿体;8-花岗岩(左侧大洋，右侧莒舟);9-断层;10-钻孔Fig.3 No.61 prospecting line geological cross section of Makeng Fe-Mo deposit(modified after Zhao et al.，1990)1-sandy shale of Lower Permian Jiafu Formation;2-shale of Lower Permian Wenbishan Formation;3-limestone of Lower Permian Qixia Formation to Lower Carboniferous Huanglong Formation;4-quartz sandstone of Lower Carboniferous Lindi Formation;5-gabbro-diabase;6-skarn;7-orebody;8-granites;9-fault;10-drill hole

图4 马坑铁(钼)矿典型石榴子石矿物(a)-棕红色钙铁榴石，MK99;(b)-具环带结构的石榴子石(正交偏光);(c)-浅绿色钙铝榴石，MK99;(d)-自形石榴子石颗粒，MK99(单偏光);(e)-磁铁矿与石榴子石、透辉石构成海绵陨铁结构(单偏光);(f)-靠近大理岩的石榴子石磁铁矿，被晚期石榴子石脉穿插.Adr-钙铁榴石;Di-透辉石;Cal-方解石;Grs-钙铝榴石;Grt-石榴子石;Mb-大理岩;Mt-磁铁矿Fig.4 Typical garnet minerals of the Makeng Fe-Mo deposit(a)-dark brown andradite，MK99;(b)-zonal texture garnet(under transmitted light);(c)-greenish grossular garnet，MK99;(d)-euhedral garnet(under transmitted light)，MK99;(e)-euhedral garnets and diopsides with interstitial magnetite;(f)-garnet-magnetites next to the mable，cut through by the garnet vein of second stage.Adr-andradite;Di-diopside;Cal-calcite;Grs-grossular;Grt-garnet;Mb-mable;Mt-magnetite

本矿床成矿作用主要发生在矽卡岩阶段。矽卡岩阶段的矿物主要有透辉石、石榴子石、符山石，该阶段的后期有少量磁铁矿产出，有的矽卡岩晚于磁铁矿，例如在石榴子石磁铁矿内可见到晚期的钙铁榴石脉，偶见穿插，说明矽卡岩的生成是多期的;矽卡岩退化蚀变阶段的矿物主要有含氯角闪石、透闪石、绿帘石、绿泥石、金云母和大量石英等，这些矿物充填交代早阶段矽卡岩矿物，同时形成大量磁铁矿，是最重要的矿化阶段。

表1 样品描述及采样位置Table 1 Description sampling location of test samples

3 样品分析

本次分析的样品主要采自马坑矿区+420～+200m中段内主矿体附近的坑道平硐内，所测样品的取样位置、岩矿石名称、矿物组成等见表1。所采集的样品磨制成探针片，在室内详细的显微镜鉴定的基础上，从代表性的样品中挑选辉石、石榴子石、角闪石、绿泥石和云母等矿物，在中国地质大学(北京)地学实验中心进行电子探针分析。仪器为日本岛津公司生产的EPMA-1600型电子探针，配有高稳定的电子光学系统、真空系统及高精度机械系统，EDAX公司生产的Genesis能谱仪以及波谱仪WDS。元素分析范围5B-92U，电子束流稳定性好于1.5×10－3/h，加速电压25kV;电流4.5nA;束斑小于1μm;修正方法ZAF;标准样品是美国SPI公司53种矿物。矿物中各元素占位与端元成分计算采用Minpet2和Geokit软件(Richard，1995;路远发，2004)处理。

图6 马坑铁(钼)矿床中典型辉石类矿物(a)-石榴子石透辉石矽卡岩，MK40;(b)-具辉石式解理的透辉石(单偏光)，MK40;(c)-钙铁辉石交代透辉石(单偏光)，MK43;(d)-钙铁辉石交代石榴子石，MK17;(e)-靠近大理岩的蔷薇辉石;(f)-蔷薇辉石显微照片(单偏光)，MK101.Di-透辉石;Grt-石榴子石;Hd-钙铁辉石;Rdn-蔷薇辉石Fig.6 Typical pyroxene minerals of the Makeng Fe-Mo deposit(a)-garnet-diopside skarn，MK40;(b)-diopside with pyroxenic cleavage(under transmitted light)，MK40;(c)-diopside replaced by greenish hedenbergite(under transmitted light)，MK43;(d)-garnet replaced by hedenbergite(under transmitted light)，MK17;(e)-rhodonite;(f)-micrograph of rhodonite，(under transmitted light)，MK101.Di-diopside;Grt-garnet;Hd-hedenbergite;Rdn-rhodonite

4 矽卡岩矿物学分析

4.1 石榴子石

石榴子石明显形成于二个时期。早期石榴子石形成于磁铁矿化之前或近于同时形成，与磁铁矿、萤石等矿物形成平行条带结构，呈浅肉红色或浅绿色(图4a，c，e)，单偏光镜下多为褐色、红褐色，极高正突起，无解理，偶见异常干涉色，多呈自形-半自形，粒度不一，粗粒粒径在0.2～1.0mm之间，细粒粒径近于0.05mm，以钙铁榴石和钙铝榴石为主(图4b-d)。粗粒石榴子石环带结构比较发育，反映了石榴子石形成时物理化学条件的改变和石榴子石的形成经历了较长的时间。晚期石榴子石呈细脉状穿插交代早期矽卡岩矿物和磁铁矿，呈浅肉红色，颗粒较细，以钙铁榴石为主(图4f)。

马坑铁矿中石榴子石的电子探针分析结果见表2。计算得出的石榴石的端元组分如图5所示，钙铁榴石端元含量变化范围为7.82% ～93.58%，平均61.01%，钙铝榴石端元含量变化范围为1.77%～82.74%，平均30.88%。由探针数据分析可知，石榴子石属于钙铝-钙铁榴石系列，以钙铁榴石为主，而且TFe含量较高，钙铝榴石相对较少，较纯的钙铝榴石(钙铁榴石＜15%)多在无矿矽卡岩中见到(图4c)。

表2 马坑铁(钼)矿床石榴子石电子探针分析结果(wt%)及端元组分Table 2 Electron microprobe analyses(wt%)，ion proportions and end members of the representative garnet form the Makeng Fe-Mo deposit

4.2 辉石

辉石是矽卡岩的重要组成矿物(图6a)，多具有较好的晶形和辉石式解理(图6b)，从表3中可知，SiO2变化范围为47.09% ～56.33%，CaO为 19.70% ～25.70%，MgO为0.44% ～17.54%，TFe变化范围为0.94% ～24.78%，属于钙铁辉石-透辉石系列，主要包括透辉石、次透辉石和钙铁辉石，也含少量锰钙辉石。根据表3，对马坑铁矿床的辉石进行Q-J图解(图7)，可知马坑铁矿床中辉石均属于Ca-Mg-Fe辉石类，具有非常低的J值，表明他们富Ca+、Mg+、Fe2+，而贫Na。与铁矿有关的辉石可分类两大类:一类是透辉石，另一类是钙铁辉石(图8)。透辉石的组分变化在2.50% ～96.60%之间，钙铁辉石的含量在2.90% ～81.20%之间(图9)。早期矽卡岩化阶段生成的透辉石应是在相当长的时间范围内晶出的，粒度比较细，单偏光镜下多为无色，高正突起，辉石式解理，多呈半自形-他形粒晶，致密块状构造，与石榴子石和磁铁矿共生(图6e)。钙铁辉石含锰较高，可达12.17%，从辉石成分三角图可以看出，一部分样品已落在锰钙铁辉石区内。在薄片和手标本中能见到浅绿色钙铁辉石

图7 马坑铁矿床辉石Q-J图解(据Morimoto，1989)Q=Ca+Mg+Fe2+;J=2NaFig.7 Diagram showing the relation between Ca+Mg+Fe2+and 2Na in the pyroxenes from the Makeng iron deposit(after Morimoto，1989)

图8 Ca-Mg-Fe辉石命名(据Morimoto，1989)Fig.8 Diagram showing the nomenclature of Ca-Mg-Fe clinopyroxenes(after Morimoto，1989)

图9 马坑铁矿床辉石端元组分图解Fig.9 Compositions of pyroxene from the Makeng iron deposit

图10 马坑铁矿矽卡岩中似辉石的成分三角图(底图据赵一鸣等，1997)Fig.10 Compositional triangular diagram of pyroxenoids from Makeng iron deposit(after Zhao et al.，1997)

马坑铁矿还有似辉石产出，多产于矿体边缘或上部的矿化矽卡岩中，在MnSiO3-FeSiO3-CaSiO3三角图落在钙蔷薇辉石和蔷薇辉石区内(图10)。钙蔷薇辉石常呈纤维状、放射状集合体，显淡粉色或浅褐色，风化面为灰褐色(图6f)。化学成分的特点如下(表4):MnO的含量较高(27.23% ～40.27%)，而CaO的含量相应减少(8.20% ～19.58%)，并含一定量FeO(2.52% ～3.1%)，说明MnO、FeO主要是呈类质同象替代了CaO。蔷薇辉石常与钙蔷薇辉石共生，它的端元组成为(74.9%MnSiO3，5.8%FeSiO3，19.3%CaSiO3)，与柿竹园锰质矽卡岩中蔷薇辉石(72% ～81%MnSiO3，9% ～15%FeSiO3，9% ～17%CaSiO3)的成分相当(毛景文等，1994，1998)。

4.3 角闪石、绿泥石和云母

早期矽卡岩形成后在热液流体作用下通常遭受强烈的角闪石化、硅化、绿泥石化，以石英、绿泥石、绿帘石和角闪石为主(图11a-f)。

表4 马坑铁矿床似辉石电子探针分析结果(wt%)及端元组分Table 4 Electron microprobe analyses(wt%)，ion proportions and end members of the representative pyroxenoids form the Makeng iron deposit

图11 马坑铁矿典型角闪石和绿泥石矿物(a)-放射状阳起石;(b)-阳起石(单偏光)，MK29;(c)-发生角闪石化的辉绿岩(单偏光)，MK123;(d)-退化蚀变(绿泥石和角闪石化)石榴子石矽卡岩，2-26;(e)-退色蚀变(绿泥石和角闪石化)石榴子石(单偏光)，样品2-26;(f)-绿泥石化和白云母化的碎屑岩(单偏光)，MK85.Am-角闪石;Chl-绿泥石;Grt-石榴子石Fig.11 Typical amphibole and chlorite minerals of the Makeng iron deposit(a)-radial actinolite;(b)-actinolite(under transmitted light)，MK29;(c)-amphibolization in diabase(under transmitted light)，MK123;(d，e)-retrograde minerals(amphibole and chlorite)in garnet，2-26;(f)-choritization and muscovitization in clasolite(under transmitted light)，MK85.Am-amphibole;Chl-chlorite;Grt-garnet

角闪石较常见，可与磁铁矿紧密伴生，组成角闪石-磁铁矿，也可交代早期的矽卡岩矿物。镜下呈绿色-黄褐色，具有典型的角闪石式解理，呈自形晶或他形晶沿辉石解理和石榴子石晶体间隙分布(图11e)，电子探针分析结果见表5。根据Leake(1978)、Leake et al.(1997)分类，所测角闪石多为钙角闪石亚类(图12a)，角闪石类型以铁、镁闪石和阳起质透闪石为主(图12b)。角闪石种属与被交代矽卡岩和围岩岩性有关，例如交代蚀变矽卡岩磁铁矿(样品2-26，MK87，见表1)等形成的角闪石多为铁闪石。另外，含氯角闪石是矿区常见的一种较特殊的铁角闪石(赵一鸣等，1980b)，多见于辉绿岩的接触带矽卡岩和磁铁矿中，氯可能对铁质的萃取、搬运起了积极作用(张招崇等，2014)。

绿泥石呈深绿色，半自形-他形晶，粒度较小，主要沿石榴子石和透辉石解理分布(图11d)，表明形成于较晚阶段。电子探针分析结果见表6，显示出其成分分析结果不是很理想，可能是由于绿泥石颗粒细小，分析过程中电子探针信号不稳定，但也能够半定量地反映出绿泥石具有富Fe(TFe=20.99%)的特征，暗示热液流体演化至晚期仍然含铁。矿区内云母含量较少，常是碎屑岩内长石质成分受热液蚀变形成的绢云母，电子探针分析显示其成分具有富铁特征，Fe/(Fe+Mg)为0.29～0.43。矿区局部地段也可见金云母，常与磁铁矿伴生，形成可能与灰岩地层中存在白云质灰岩透镜体有关(赵一鸣等，1983)。

5 矽卡岩分带

马坑主矿体赋存于莒舟-大洋花岗岩体外接触带黄龙组灰岩和林地组碎屑岩层间构造破碎带中，是一个大型接触渗

滤型磁铁矿床(赵一鸣等，1983)。由于成矿前辉绿岩脉、凝灰质粉砂岩的存在和成矿后晚期辉绿岩的穿插破坏，使矽卡岩分带变得复杂化，但是总的趋势仍然存在:即主矿体底部一般是强烈硅化或钾化、黑云母化或绢云母化的碎屑岩或辉绿闪长岩类，主矿体下部有的地段有较多石英磁铁矿存在，一般主要为透辉石次透辉石矽卡岩，并伴有强烈的磁铁矿化;往上石榴石矽卡岩增多，且多为钙铁榴石，磁铁矿化强度渐趋减弱，辉钼矿化逐渐增强。主矿体上部或边部的灰岩中常见含锰质矽卡岩，多伴随闪锌矿化(赵一鸣等，1980a)。随着矿床的开采，上部矿体在水平方向上(底板至顶板方向)也出现明显的分带性:石英岩-主矿体(磁铁矿±透辉石)-石榴子石矽卡岩(±浸染磁铁矿和透辉石)-大理岩。

图12 马坑铁矿床角闪石分类图解(a，据Leake，1978;b，据Leake et al.，1997)Fig.12 Classification of amphiboles from the Makeng iron deposit(a，after Leake，1978;b，after Leake et al.，1997)

表6 绿泥石和云母探针分析结果(wt%)Table 6 The EPMA analyses of chlorite and mica(wt%)

图13 马坑铁矿辉绿岩蚀变分带实例Fig.13 Zonation example of diabase in Makeng deposit

在巷道和采场中能观察到各种局部性矽卡岩分带，例如图13赶山坑400m水平4#穿脉内一辉绿岩蚀变分带剖面示意图，甚至在一些手标本上也能看出。例如侵入灰岩中辉绿岩本身的矽卡岩化和褪色蚀变现象就很普遍(图14a，b)，这类矽卡岩多呈脉状交代辉绿岩，形成渗滤型矽卡岩，两侧出现矽卡岩化，因此往往具有对称分布的特点，有时呈网脉状交代辉绿岩，矽卡岩内见少量闪锌矿(图14c)。辉绿岩的矽卡岩化多伴随磁铁矿化(图14d)，也出现分带趋势:辉绿岩-蚀变辉绿岩-石榴子石矽卡岩+磁铁矿-大理岩。褪色辉绿岩外表呈灰白色，是辉绿岩蚀变交代的产物，有时候能见辉钼矿浸染状分布在褪色辉绿岩(图14e)，说明钼矿化和辉绿岩的蚀变发生在同时代。在薄片中，褪色辉绿岩仍保持原岩的辉绿结构，但是矿物成分却发生了很大变化，主要为透辉石和斜长石，赵一鸣等(1983)将其命名为透辉石-斜长石交代岩。石榴子石和磁铁矿相间排列形成同心环状结构(图14f)，这种现象是自组织结构的一个证据。

6 讨论

6.1 矿床成因类型探讨

尽管前人对于矿床成因有不同的认识，但是广泛发育的矽卡岩及退化蚀变岩是一个客观存在的事实。与常见的矽卡岩不同，马坑矿床中的矽卡岩并不是花岗岩或辉绿岩类与碳酸盐岩直接接触交代而成，而是由来自岩浆的流体沿灰岩与碎屑岩之间层间构造破碎带交代灰岩而形成(赵一鸣等，1980a，1983)。但是其矽卡岩矿物组合与通常所见的钙质矽卡岩大致相同，首先形成石榴子石、辉石等矿物组合，接着先后发生以角闪石和绿泥石为代表的退化蚀变作用。

Einaudi et al.(1981)、Meinert et al.(2005)研究认为，与矽卡岩型矿床有关的辉石主要为透辉石-钙铁辉石系列，一般钙铁辉石能占辉石总数的80%以上，其他种类辉石常少于10%。虽然马坑铁矿床中矽卡岩的形成位置与通常所见的矽卡岩矿床不同，但是它的矽卡岩组分与一般矽卡岩没有明显的差别，其中辉石以透辉石和钙铁辉石为主，与长江中下游矽卡岩型铁矿(如月山矽卡岩型铁矿和安徽长龙山矽卡岩型铁矿)、新疆阿尔泰蒙库铁矿的特征一致(赵永鑫，1992;束学福，2004;徐林刚等，2007a，b)。马坑铁矿床中石榴子石的端元组分(图5)显示，大部分石榴子石为钙铁榴石-钙铝榴石的过渡系列，其中钙铁榴石约占60%以上，并含少量的锰铝榴石，典型的矽卡岩型铁矿如月山铁矿和安徽长龙山铁矿的石榴子石(束学福，2004)也基本落在这个区域内。另外，矿体上部和边部分布的锰矽卡岩，如蔷薇辉石和钙蔷薇辉石，也和湖南柿竹园的锰质矽卡岩成分类似(Mao et al.，1996a，b;毛景文等，1998)。角闪石成分富钙，明显是由钙矽卡岩矿物退化蚀变形成，被交代的围岩又可细分为铁角闪石和透闪石-阳起石系列，与新疆磁海、福建挂山、阳山和内蒙古浩布高、黄岗等矿区的角闪石类型类似(赵一鸣和李大新，2003)。

矽卡岩矿床在金属组成和地球化学特征的变化常受到各种因素的影响，例如岩体类型、侵位深度、围岩组成和大气降水(Einaudi et al.，1981;Einaudi and Burt，1982;Einaudi，1982)。辉石出现贯穿整个矽卡岩系统，所以矽卡岩中的辉石地球化学组成能作为反映这些变量的指示剂。Nakano et al.(1994)发现矽卡岩矿床的辉石的Mn/Fe比值相对恒定，大致与矿床的金属类型一致，可在辉石组成的基础上用Mn/Fe比值来划分矽卡岩类型。他们发现矽卡岩铜、铁矿床辉石的Mn/Fe比值较低(＜0.1)，而矽卡岩铅锌矿的则较高(＞0.2)。马坑铁矿的辉石Mn/Fe比值明显分为两个区间，一个在0.06～0.19之间(平均0.11)，另一个在0.20～1.34之间(平均0.6)，分别代表主矿体内的辉石和上部含铅锌矿的矽卡岩的辉石的Mn/Fe比值，与Nakano et al.(1994)的分类一致，同时支持马坑铁矿的矽卡岩成因。

图14 马坑铁矿矽卡岩分带现象(a)-辉绿岩中脉状矽卡岩化;(b)-矽卡岩化辉绿岩(显现分带);(c)-辉绿岩附近闪锌矿;(d)-辉绿岩附近磁铁矿化;(e)-含辉钼矿的褪色辉绿岩;(f)-条带状石榴子石磁铁矿Fig.14 Zonation of skarns in Makeng iron deposit(a)-skarnization alteration in diabase(showing zonation);(b)-vein like skarnization alteration in diabase at;(c)-sphalerite in altered diabase;(d)-magnetite in altered diabase;(e)-flaky molybdenite enriched at the concentration of altered diabase;(f)-stripped garnet-magnetite

前文可知，马坑主矿体整体上分带明显，下部的透辉石+磁铁矿+石英，上部石榴子石+磁铁矿，边缘为锰质矽卡岩组合伴生闪锌矿，虽然没有侵入岩-大理岩接触带上分带那么明显，但是从矿化中心到矿床边缘，分带趋势仍是较为明显，矿体边缘大多数矿物(特别是辉石)富锰，符合远源带的特征(Meinert，1997)。大洋-莒舟岩体呈锅底状包围马坑铁矿，热液沿层间断裂带进入，总体向上交代，强度趋于减弱。这种分带模型可以用于已知和盲区靶区勘查预测。

虽然马坑铁矿中矽卡岩矿物是由岩浆期后热液沿黄龙组(C2h)厚层灰岩和林地组(C1l)碎屑岩之间层间破碎带顺层交代而形成的，但是矽卡岩矿物组合特点与国内外矽卡岩型铁矿床的特点基本相似(Xu and Lin，2000;Heich，1985;Zhao and Li，2004)，矽卡岩的形成演化和矿化有密切的关系。综上所述，马坑铁矿具有典型层控矽卡岩矿床的特征。

6.2 成矿物理化学环境探讨

矽卡岩矿物组成记录流体成分的演化，反映流体渗滤的影响程度，是判断矽卡岩环境的有力证据之一(Meinert et al.，2005)。一些学者认为从矽卡岩矿物的Fe2+/Fe3+相对比值可以反推矽卡岩矿物形成时的氧化还原状态。Zaw and Singoyi(2000)认为还原环境下形成的矽卡岩有相对较高的Fe2+/Fe3+比率，氧化环境下则比值较低。氧化还原环境仅能用石榴子石和辉石的Fe2+/Fe3+的比值推算，而石英、硅灰石和萤石在成分上位于端元组分末端，符山石和绿帘石形成时处在热力学不平衡状态下，它们都不符合要求。大多数马坑矽卡岩矿物Fe2+/Fe3+的比值都比较低，例如石榴子石Fe2+/Fe3+的平均比值为0.12(除了样品30)(表2)，暗示它们是在氧化环境下形成。Kwak(1994)指出在氧化的环境下产生富Mg的辉石和钙铁榴石，而在还原环境下形成钙铁辉石(+钙铝榴石)。马坑铁矿电子探针分析显示矽卡岩矿物组成以透辉石和钙铁榴石为主，说明马坑矿床在矽卡岩形成阶段处于氧化环境。随着成矿作用的发展，氧化环境逐渐向还原环境过渡，大量辉钼矿的出现也支持该观点。

赵一鸣等(1983)测得马坑铁矿金云母 K-Ar年龄为128.3±3Ma，而最近获得马坑铁(钼)矿辉钼矿Re-Os年龄为130.5Ma和133.0Ma(王登红等，2010;张承帅等，2012b);而莒舟花岗岩体单颗粒锆石U-Pb年龄为136Ma和133.9Ma(毛建仁等，2006)，大洋花岗岩体LA-ICP-MS的锆石U-Pb年龄分别为127.4Ma和144.8Ma，锆石SHRIMP铀-铅年龄为132.6Ma(张承帅等，2012a，b，c)，表明辉钼矿与莒舟-大洋岩体近于同时形成。矿区部分辉绿岩是铁矿体的顶板，并且普遍遭受辉钼矿穿插，说明辉绿岩早于花岗岩。花岗岩岩浆本身含铁很低，提供不了大规模铁矿的成矿物质，而中基性岩浆由于含铁较高，可作为铁矿的成矿母岩。本区的碎屑岩地层中含铁质(多为赤铁矿)较高，TFe含量可达5% ～7%，狄永军等(2012)研究认为，辉长辉绿岩和大洋、莒州岩体花岗岩可能起了叠加改造作用。马坑矿区辉绿闪长岩与铁矿床的关系密切，辉绿岩退色蚀变析出铁质已被梁祥济和曲国林(1982)实验证明。

矽卡岩矿物与铁矿石紧密共生也反映了矽卡岩与成矿密切关系。通过野外和室内研究可以看出，铁矿石大部分产于矽卡岩内，磁铁矿多稍晚于矽卡岩，不仅广泛交代矽卡岩，而且还直接交代灰岩、砂岩等围岩，形成了交代结构(图13、图14a，b)，矿体内常见未被交代完全的矽卡岩、砂岩等残留体，与大冶式、邯邢式等典型矽卡岩型铁矿床矿化特点相似。一般矽卡岩矿床多是交代灰岩的破碎带，而马坑主矿体下盘常出现厚层石英岩，说明碎屑岩也出现了明显的交代。矿石类型和矽卡岩矿物组合很大程度上决定于被交代围岩的岩性(赵一鸣等，1983;陈跃升，2002)，例如，钙矽卡岩-磁铁矿主要是交代灰岩而成;石英磁铁矿主要是交代林地组石英砂岩。梁祥济和王福生(2000)通过实验证明了硅质岩地层和碳酸盐地层重叠或相间，在地下环境、热液和CO2、F、Cl等挥发分作用下，在适宜的温度、压力和弱氧化或弱还原的环境中都能发生交代作用。只要地层岩石组合中硅、钙、铝、镁和铁等成分比例合适，就能形成相应矽卡岩矿物组合。如果地层中含有较高的铁镁物质，热液可能把它们从中活化呈配合物(络合物)或化合物形式迁移，将其携带到沉积间断面、层间和相变界面上沉淀成矿。

7 结论

(1)马坑铁矿矽卡岩矿物中辉石以透辉石和钙铁辉石过渡系列为主，存在少量锰钙辉石，而似辉石多为钙蔷薇辉石和蔷薇辉石;石榴子石以钙铁榴石为主，伴以钙铝榴石;角闪石属于钙角闪石，矿物学特征表明它们形成于相对较氧化的条件下。

(2)虽然马坑铁矿中的矽卡岩是流体沿灰岩与碎屑岩之间层间构造破碎带交代灰岩形成的，层控性明显，但仍然具有矽卡岩的普遍分带特点，与典型矽卡岩型矿床一致，是一种层控矽卡岩型矿床。

致谢 野外工作得到了马坑矿业公司姜益丰、陈宁青、任浩、刘武刚等同志的大力支持和帮助;中国地质大学地学实验中心尹京武老师在实验过程中给予了热情的指导和帮助;论文撰写和成文过程中，张招崇教授、许德如研究员给予了悉心的指导和帮助，并修改全文;匿名审稿人认真审阅并提出了具体的修改意见;在此一并深表谢意!

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