老挝万象省爬立山(PHaLek)铁矿床地质特征及成矿作用分析

朱华平， 范文玉，毛洪江，吴振波，高建华 ，刘书生

1.成都地质矿产研究所，成都 610082 2.四川省冶金地质勘查局606大队，成都 611700

老挝万象省爬立山(PHaLek)铁矿床地质特征及成矿作用分析

朱华平1， 范文玉1，毛洪江2，吴振波1，高建华1，刘书生1

1.成都地质矿产研究所，成都 610082 2.四川省冶金地质勘查局606大队，成都 611700

爬立山铁矿床位于长山褶皱带北西端，是长山成矿带内与岩浆作用有关的一个大型铁矿床。根据野外地质观察及室内对含矿岩体、赋矿围岩和矿石开展的岩相学和地球化学研究发现：与成矿作用有关的花岗质岩石属钙碱系列准铝质的I型花岗岩，成岩的构造环境为火山弧。矿区内发育致密块状磁铁矿、孔洞状赤铁矿、砂砾土状铁矿等3种铁矿石。结合岩(矿)石微量元素分析，认为爬立山铁矿具有复合成矿作用特征，主要可分为3个成矿阶段：早期以与华力西期岩浆侵入作用有关的接触交代成矿作用为主，形成矽卡岩型磁铁矿；其后，在褶皱造山后形成的断陷盆地中，由于火山喷发(溢)作用形成孔洞状熔岩型赤铁矿；最后随着新生代地壳抬升，发生表生物理化学风化成矿作用，形成如今的砂砾土状型铁矿。

铁矿；成矿作用；长山褶皱带；熔岩型；砂砾土状；爬立山；老挝

0 引言

爬立山铁矿位于老挝万象省赛宋文县西北方的南山村境内，矿区中心地理坐标为102°56′28″E、18°59′22″N。现有勘查工作*吴振波,范文玉,高建华,等.老挝万象省赛宋文县爬立山矿区D矿段铁矿勘探报告(内部资料).成都:成都地质矿产研究所,2012.表明，爬立山矿床预测铁矿石资源量大于2 亿t，属大型铁矿床。爬立山铁矿床研究工作程度不高，仅越南及中国的矿业公司开展过资源评价和勘探工作。早期研究*刘发荣.老挝人民民主共和国万象省赛宋文县爬立山铁矿详查设计(内部资料).北京:中材地质工程勘查研究院，2010.认为，矿区大面积分布的磁异常及沿坡分布的矿体由火山作用成因的火山熔岩型矿浆形成，但是，实施的大量钻探工程之后并未见到大量的火山熔岩或火山碎屑岩出露，因此对这种观点争议较大。朱延浙等[1]、吴良士[2]对老挝的铁矿资源进行了分析总结认为，研究区铁矿床类型以矽卡岩型为主，其次为热液型，成矿作用与花岗岩类侵入作用有关。笔者在系统的野外调查和室内研究工作基础上，总结了爬立山铁矿床的地质特征，对其矿床成因及成矿作用进行了探讨，并建立成矿模式。因此，本项研究对矿区的系统勘探和外围地区的找矿工作具有重要指导意义。

1 成矿地质背景

爬立山铁矿区大地构造位置处于南海--印支地块东部长山(Truongson)褶皱带的北西端(图1)。长山褶皱带(也称为长山花岗岩带)沿老挝--越南长山山脉展布，发育元古宙--早寒武世变质杂岩体，构成陆块结晶基底；早--中古生代发育高铝、硅、钠的花岗岩、混合岩穹窿，形成具硅铝质特性的大陆壳；晚古生代，该区先后经历了马江洋的南西向俯冲、大洋闭合，印支--华南陆块间的汇聚碰撞及随后的长山带热构造-变质变形事件，从而形成长山褶皱带[3-9]。总体上，该带地史上遭受了多期强烈的构造-岩浆作用，同时也伴生着复杂而丰富的成岩-成矿作用。长山成矿带矿产资源丰富，是老挝境内最为重要的多金属成矿带，带内已知铁、金、铜、锡、铅、锌等矿产地70余处，并分布有数个大型--超大型矿床，如：色潘(Sepon)铜金矿、富开(PhuKham)铜金矿、富诺安(PhouNhuan)铁矿等[10-16]。

矿区内岩浆活动强烈，侵入岩以华力西期的花岗岩、二长花岗岩、花岗闪长岩、闪长岩为主，为长山花岗岩带的一部分。岩体主要侵入于泥盆系中，总体呈北西--南东向展布，以不规则岩株状产出。

矿区内构造以断裂构造为主，褶皱构造不发育。断裂构造主要分为北西向、北东向、和近东西向3组断裂：北西向断裂控制着岩体产出，为区内主要构造；北东向、东西向构造为成矿期后构造，为地壳隆升作用过程中形成的破矿构造。

2 矿床地质

2.1 矿体特征

目前在爬立山矿区的D矿段已圈定出D1、D2、D3、D4 四个主要的矿体(群)。D1矿体地表矿化面积达0.343 km2，为风化壳型矿体，矿石呈风化砂土状、砂砾石土状。D2矿体可分为2个上下叠置的铁矿体：上部矿体(D2-1)以砂土状、砂砾土状铁矿体为主，局部地段可见铁块呈尖峰状兀立于地表形成“铁山”；下部矿体(D2-2)隐伏于上部矿体的东南侧，以层状、似层状孔洞状赤铁矿体为主。上、下矿体之间由一套铁质砂质黏土、含砾铁质砂土分隔(图2)。矿体地表矿化面积可达0.64 km2。D3矿体可分为上、下3个矿体：上部矿体为地表出露的表生砂土状铁矿，特征与D2-1矿体类似；下部矿体为隐伏的矽卡岩型致密块状磁铁矿体，呈不规则透镜状近北西--南东向断续分布于围岩与花岗闪长岩接触带的矽卡岩中，产状变化较大(图3)。矿体地表矿化面积0.082 km2。D4矿体规模较小，地表矿化面积为0.071 km2，为表生砂土状铁矿体。

2.2 矿石特征

图2 爬立山矿区D2矿体纵投影图Fig.2 Vertical projection map of the D2 ore body in PHaLek deposit

D3-1.D3上部矿体;D3-2、D3-3.D3下部矿体。图3 爬立山矿区D3矿体剖面图Fig.3 Profile map of D3 ore body in PHaLek deposit

爬立山铁矿矿石类型按自然类型可分为3种，分别为砂砾土状铁矿石(图4A)、孔洞状赤(褐)铁矿石(图4B)、致密块状磁铁矿石(图4C)。砂砾土状铁矿石为原生铁矿石经风化剥蚀后的崩塌及坡积矿石，或经短距离搬运沉积堆积的铁矿石，松散、未固结，具砾土状、砾砂土状、含砾砂土状、铁质粉砂土状、铁质黏土状结构；矿石矿物主要为磁铁矿、赤铁矿和褐铁矿,铁矿石品位一般为40%～50%;孔洞状赤铁矿石具孔洞状、角砾状、网格状、蜂窝状构造；矿石矿物以赤铁矿、褐铁矿为主，夹少量磁铁矿。铁矿石品位一般为40%～60%;致密块状磁铁矿石是由花岗质岩体侵位过程中与含钙质岩石接触交代作用形成的原生铁矿石，具晶粒状结构、交代结构，块状构造；矿石矿物以磁铁矿为主，夹少量赤铁矿、褐铁矿;铁矿石品位一般为50%～60%。

图4 爬立山铁矿手标本及矿石显微照片Fig.4 Photomicrographs of ore and hand specimen at PHaLek iron deposit

D2-2矿体主要由孔洞状矿石及少量角砾状矿石组成，多呈褐红--浅褐红色。孔洞状矿石孔洞大小一般为3mm×5mm～5mm×8mm，呈杏仁状或不规则状，部分孔洞具有一定定向分布的特征(图4D)；角砾状矿石(图4E)角砾成分复杂，主要有赤铁矿、磁铁矿和凝灰岩，胶结物以铁质、凝灰质为主。本次研究对矿石进行了扫描电镜能谱分析，见图4F、G、H。图4F 为赤铁矿(亮色)被斜长石(暗色)胶结组成网状构造；图4G为石英(Q)呈细小颗粒分布在赤铁矿(Het)中；图4H为典型的鲕状赤铁矿，且赤铁矿鲕粒被赤铁矿胶结。显微镜下观察的照片(图4I)为孔洞状赤铁矿中不规则状石英与赤铁矿共生，发育典型的熔蚀结构。

2.3 矿床地球化学特征

笔者对与成矿作用有关的花岗岩开展了地球化学研究，主量、微量元素分析见表1。岩石SiO2质量分数中等(平均70.78%)、富钠、贫钾，铝饱和指数A/CNK(0.848～0.955)变化不大，属于准铝质型及I型花岗岩[18]；分异指数(DI)为78.96～84.18，说明花岗岩经历了高程度的分异演化；岩石里特曼指数(σ)为1.54～1.85，小于3.30，属于钙碱性岩石系列。最新测定爬立山矿区花岗岩的SHRIMP锆石U-Pb年龄为(280±3 )Ma(另文讨论)，与赵红娟等[19]测定的花岗闪长岩 LA-ICP-MS 锆石U-Pb同位素年龄(308～317 Ma)及Phu Bia 矿业公司富开铜金矿的花岗岩锆石U-Pb 同位素年龄(300～310 Ma)的结果相差不大。在w(Rb)-w(Y+Nb)图解上，微量元素样品投点都分布于火山弧构造环境中(图5)。这表明产于长山成矿带的铁铜金矿床及与其相关的花岗岩形成于晚石炭世--早二叠世华南地块向印支地块俯冲产生的火山岛弧环境[21]。

VAG.火山弧花岗岩；ORG.洋脊花岗岩；WPG.板内花岗岩；Syn-COLG.同碰撞花岗岩。图5 花岗岩微量元素w(Rb)-w(Y+Nb)构造环境判别图解[20]Fig.5 Tectonic setting of w(Rb)-w(Y+Nb)trace elements for granits[20]

本次研究对孔洞状赤铁矿赋矿围岩进行了详细的地质调查，地质剖面见图6。在赤铁矿石层之下为一套火山碎屑岩，两者界线清楚。火山碎屑岩呈紫红色、灰绿色，较轻，孔洞发育，孔洞多被铁质充填。火山碎屑岩往下为一套粉砂岩、凝灰质粉砂岩，界线处依稀可见一套含砾砂岩，出露宽度约20 cm，可能为坡积作用形成，砾岩呈次圆状，岩石坚硬，其成分有别于两侧岩石。粉砂岩层再往下则为一套灰绿色矽卡岩化蚀变岩，岩石具弱磁性、呈致密块状、较硬、硅化作用强。矽卡岩层之下则为角岩化砂岩和花岗闪长岩。

对火山碎屑岩与赤铁矿石样品开展了微量元素测试分析，结果见表1。爬立山矿区火山岩碎屑岩稀土元素总量中等、变化较大，w(∑REE)为(44.83～147.62)×10-6，LREE/HREE=1.74～6.86，(La/Yb)N=1.01～7.08，轻稀土略微富集，重稀土略亏损。(La/Sm)N=3.21～4.73，(Gd/Yb)N=0.30～1.28，显示轻、重稀土元素各自分馏特征不同，轻稀土元素分馏明显强于重稀土元素。Eu具负异常，δEu为0.49～0.87，表明成岩母岩浆曾经发生过斜长石分离结晶作用。爬立山矿区赤铁矿矿石稀土元素较低且变化较大，w(∑REE)为(11.07～49.80)×10-6，D002-XT1和D002-XT4两件样品的稀土总量明显偏低，可能与样品强风化作用有关。LREE/HREE=1.30～5.22，(La/Yb)N=1.07～8.23，轻稀土略富集，重稀土略亏损。(La/Sm)N=2.20～4.93，(Gd/Yb)N=0.68～1.78，轻稀土元素分馏明显强于重稀土元素。Eu具强负异常，δEu为0.28～0.53。

①花岗闪长岩；②角岩；③磁铁矿化、硅化砂岩；④粉砂岩；⑤含砾砂岩；⑥砂岩、凝灰质砂岩；⑦紫红色凝灰岩、灰绿色熔结凝灰岩、铁质凝灰质熔岩；⑧孔洞状赤铁矿矿石夹少量磁铁矿矿石。Hm.褐铁矿石;q.石英脉。图6 爬立山矿区4号勘探线剖面示意图Fig.6 Profile map of prospecting line 4 in PHaLek mining area

综上所述，爬立山矿区的火山碎屑岩与赤铁矿矿石具有相似的稀土元素含量特征，且两者的稀土元素球粒陨石标准化分布曲线(图7a)基本相同，为较平缓右倾型，说明其为同源岩浆演化产物，也反映了矿区赤铁矿的成矿作用与火山作用密切相关。在原始地幔标准化蛛网图( 图7b) 中，火山碎屑岩和赤铁矿的微量元素变化特征一致，均表现富集Th、U等高场强元素，相对亏损Sr、Ti等大离子亲石元素。

图7 火山碎屑岩与赤铁矿稀土元素配分曲线(a)和微量元素原始地幔标准化蛛网图(b)Fig.7 Chondrite-normalized REE pattern(a) and primitive mantle-normalized spider diagram(b) of volcaniclastic rocks and hematite ore

图8 爬立山铁矿床成矿模式图Fig.8 Metallogenic model of PHaLek iron deposit

3 成矿作用分析

爬立山矿区矽卡岩型铁矿体产于华力西期二长花岗岩、花岗岩、花岗闪长岩等侵入体与泥盆系碳酸盐岩、钙质碎屑岩的接触带中。在中酸性岩体与碳酸盐岩接触部位发育强烈的接触交代作用，形成矿区的矽卡岩化带和大理岩化带。矽卡岩化带长500～5 000 m、宽100～1 500 m，以透闪石-透辉石-石榴石矽卡岩为主，它也是矽卡型岩铁矿体的主要赋存部位，铁矿体主要受接触带控制。钻孔资料揭示，自上而下表现为大理岩--磁铁矿--矽卡岩--二长花岗岩的分布规律，可代表爬立山矿区矽卡岩型铁矿体的典型特征。

爬立山矿区位于长山花岗岩带，长山褶皱带自华力西期以来发生多期次强烈的构造岩浆活动,具有多次脉动的特点，从而有利于岩体对围岩的交代，为成矿作用提供了丰富的矿质来源和迁移富集的动力及有利介质条件。因此，中酸性岩体与围岩接触交代作用是爬立山矿区矽卡岩型铁矿成矿作用最为关键的因素之一。

根据赤铁矿矿石的组构分析，初步确定孔洞状赤铁矿矿石既具有火山作用成岩成矿的特征，又具有沉积成岩成矿的特征，并在后期遭受了风化淋滤作用。岩浆(特别是熔岩)在喷发或喷溢、冷凝时，其中的气体析出并膨胀，从而形成大小不等的孔洞，并在成岩时形成气孔状构造而被保留下来，部分岩心可见岩浆溢流时形成的撕裂特征即证明其孔洞为火山作用形成；另外石英呈细小颗粒状嵌布在赤铁矿中，也表明赤铁矿为火山熔岩的产物。赤铁矿形态较多，其中发育鲕状、豆状及复鲕等构造，可作为赤铁矿由火山沉积作用形成最为直接的证据。含有石英、褐铁矿及铁泥质充填的孔洞状赤铁矿，则为后期风化淋滤作用形成，熔岩气孔被岩浆作用后期产物充填形成杏仁状构造，这些充填物质抗风化能力较弱，易受后期的表生作用而风化，易溶解的矿物流失形成孔洞，残留少量石英及铁泥质物质。综上所述，初步判断孔洞状赤铁矿矿石系喷发相的铁质熔岩或火山碎屑沉积而形成。

在爬立山矿区山斜坡、河谷阶地普遍发育一种砖红色砂砾状铁矿体，包含有赤铁矿、磁铁矿和褐铁矿3种矿石，初步判断为原生矿体风化淋滤作用形成。砂砾土状矿体大小混杂、分选较差，明显是经历了强烈的风化剥蚀及崩塌作用而形成的。另外，矿区还发育一种静水沉积特征的黏土状铁矿，其中夹有卵砾状铁质砾石、花岗质砾石等，可能代表了河、湖相交替的往复沉积过程，由此分析区内存在强烈的隆升剥蚀作用及沉积凹地的存在。

在以隆升作用为背景的表生作用阶段，原生的矽卡岩型透镜状矿体群遭受风化剥蚀，并形成矿区内漫坡及沿沟分布的数吨至几十吨重的疑似露头磁铁矿块和远源近千吨重的巨大磁铁矿块体，说明了隆升作用及风化作用对矿体的强烈破坏作用。隆升作用间歇阶段存在的局部应力松滞导致的伸展作用可能形成小型山间盆地，为矿区内十至数十米较厚层砂土状铁矿提供了沉积凹地。在近铁质物源区的这种沉积凹地中以舒缓河流或河湖相堆积为主，因而出现了本矿区探槽及钻孔中揭露的代表相对静水的黏土状铁矿的沉积。现分布于地表的尖峰状磁铁矿露头仅为植根于矽卡岩化带且植根不深的矽卡岩型磁铁矿体的风化残余露头。

4 成矿模式探讨

综上所述，爬立山铁矿床成矿作用过程经历了从内生到表生期的复杂地质作用过程，大致可分为3个主要阶段:华力西期，长山褶皱带岩浆构造活动强烈，发育以花岗质岩石为主的岩浆侵入活动，中酸性岩体侵入于泥盆系碳酸盐岩、钙质碎屑岩地层中，发生以接触交代为主的矽卡岩化作用，在内、外接触带内形成透镜状、似层状矽卡岩型磁铁矿体;华力西期褶皱造山作用后期，沿着板内裂谷发育的断陷盆地同时伴生火山喷发作用，其后经历了火山沉积成岩成矿阶段，形成层状孔洞状熔岩型赤铁矿;新生代印支地块整体隆升，先期形成的矽卡岩型铁矿及火山沉积型的赤铁矿体继续遭受风化剥蚀作用，从而形成矿区目前所见的分布在矽卡岩铁矿体周围的铁质砂土状矿体，进入到以表生成矿作用为主的成矿期。矽卡岩型磁铁矿体被剥蚀出地表，在地表及沟谷内见大块铁矿石转石，没被剥蚀完的铁矿石则突出形成山峰，形成矿区典型的“铁山”地貌特征。成矿模式见图8。

5 结论

1)长山成矿带的铁矿床及与其相关的花岗质岩石形成于晚石炭世--早二叠世华南地块向印支地块俯冲产生的火山岛弧环境。2)爬立山铁矿床受岩浆侵入、火山喷发、表生作用多重影响，具有复合成矿作用的特征。其矿床类型包括：接触交代作用形成的矽卡岩型铁矿、火山作用形成的火山-沉积型铁矿及表生作用形成的风化淋滤型铁矿。3)矽卡岩型块状磁铁矿为矿区内主要矿石类型，呈透镜状、似层状产出；风化淋滤型砂砾土状铁矿石主要赋存于地表，易于开采；火山沉积型的孔洞状赤铁矿在矿区范围内出露较少，仅局限于小的断陷盆地内，其成矿时限还有待于进一步研究。4)爬立山铁矿的成矿模式在老挝长山成矿带内具有一定的代表性，可以指导区域找矿工作。华力西期花岗质岩浆活动在长山褶皱带内普遍发生以接触交代作用为主的矽卡岩化作用，形成矽卡岩型铁铜金矿；褶皱造山后期，沿着板内裂谷发生火山喷发作用，形成火山熔岩型铁矿床。

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Geological Characteristics and Metallogenesis of the PHaLek Iron Deposit in Vientiane Province, Laos

Zhu Huaping1,Fan Wenyu1, Mao Hongjiang2,Wu Zhenbo1, Gao Jianhua1, Liu Shusheng1

1.ChengduInstituteofGeologyandMineralResources,Chengdu610082,China2.No.606Party,SichuanBureauofMetallurgicalGeologyandResourcesDevelopment,Chengdu611700,China

Absract: The PHaLek iron deposit is situated in the Northwest end of the Truongson fold belt, an elongate trending belt, which forms part of the Indochian Terrane of SE Asia. It is one of huge iron deposits associated with magmatic activities in the Truongson metallogenic belt. Combined their field geology survey, the micro-petrographic and element geochemical analyses are finished for the ore-forming intrusive rock, the wall-rock of the ore bodies and the iron ore. It was shown that the granitic rock related to the mineralization belongs to the “I” type granite, calcium alkali series and metaluminum, and formed in the tectonic environment of volcanic island arc. Three main ore types are recognized in PHaLek mine district, i.e. massive magnetite ore, pore-shaped hematite ore, gravel-earthy ore. Based on trace element geochemical analysis of the ore and wall-rock, it was concluded that the PHaLek iron deposit is characterized by composite metallogenesis, which can be divided three main metallogenic epochs. The earliest one is the skarn magnetite mineralization associated with the Variscan intrusive magmatism. Thereafter, the volcanic eruption resulted in pore-shaped lava-type hematite mineralization in continental rift basins, which formed in late stage of continental folding orogenic process. Finally, supergene physical and chemical weathering mineralization caused the gravel-earthy iron mineralization on the surface, due to the crustal uplift in the Cenozoic period.

iron deposit; metallogenesis; Truongson fold belt; lava type;gravel-earthy; PHaLek; Laos

10.13278/j.cnki.jjuese.201405109.

2014-02-13

中国地质调查局地质大调查项目(1212011220907)

朱华平(1979--)，男，高级工程师，主要从事矿产资源评价及研究工作，E-mail:zhp791225@163.com

范文玉(1962--)，男，教授级高级工程师，主要从事地质矿床研究工作，E-mail:929717730@qq.com。

10.13278/j.cnki.jjuese.201405109

P618.31

A

朱华平， 范文玉，毛洪江,等.老挝万象省爬立山(PHaLek)铁矿床地质特征及成矿作用分析.吉林大学学报:地球科学版,2014,44(5):1492-1501.

Zhu Huaping,Fan Wenyu, Mao Hongjiang,et al.Geological Characteristics and Metallogenesis of the PHaLek Iron Deposit in Vientiane Province, Laos.Journal of Jilin University:Earth Science Edition,2014,44(5):1492-1501.doi:10.13278/j.cnki.jjuese.201405109.