金山店铁矿地质地球化学特征及成矿模式研究①

熊　琦　路远发　蔡锦辉

1 长江大学地球环境与水资源学院，武汉430100；

2 武汉地质调查中心，武汉 430232

金山店铁矿地质地球化学特征及成矿模式研究①

熊琦*1路远发1蔡锦辉2

1 长江大学地球环境与水资源学院，武汉430100；

2 武汉地质调查中心，武汉 430232

提要金山店铁矿位于鄂东南金山店岩体南缘，矿体主要产于石英二长岩与三叠系碳酸盐岩接触带附近。通过成矿地质特征、稠密侵染状矿石和具有冷凝边块状矿石微量元素、稀土元素的研究，认为金山店铁矿具有类似铁山铁矿矿浆型矿体；但是金山店铁矿仍然以热液交代型矿石为主，为矿浆-热液过渡型成矿流体形成的矿床。

地质特征地球化学成矿模式矽卡岩型铁矿金山店

鄂东南矿集区位于长江中下游成矿带最西段【1】，是我国重要的铁铜矿产地之一。区内出露从古生代到中、新生代地层，其中三叠系大冶组碳酸盐岩和蒲圻组砂页岩为区内矽卡岩铁铜矿最重要的赋矿围岩。区内中生代岩浆岩广泛发育，以中酸性侵入体为主，主要包括鄂城、铁山、金山店、灵乡、殷组和阳新六大岩体【2】。北西西向褶皱和断裂为本区重要的构造，也是主要的控矿构造，近南北向褶皱和断裂发育较差【3】。区内矿床以铁、铜为优势矿种【4】，金山店铁矿为典型的矽卡岩型铁矿之一。前人认为金山店铁矿是同时具有矿浆充填和热液交代特征的矿床，而本区具矿浆贯入特征的矿床以铁山铁矿和程潮铁矿为代表【1】。

1　成矿地质特征

金山店矿床位于金山店杂岩体与围岩接触带上，主要包括位于岩体南缘中段的张福山矿床和位于北缘西段的余华寺矿床【4】。

区内地层较为简单，出露地层主要为三叠系中、上统，其次为侏罗系，第四系在地表分布广泛【5】。其中与成矿作用关系密切的地层为中三叠统蒲圻组、下中三叠统嘉陵江组和下三叠统大冶组【6】。

金山店杂岩体平面呈纺锤形，轴向北西西—南东东，面积约为16km2。主要由石英闪长岩和闪长岩组成，其次为角闪辉长岩和二长花岗岩。与成矿有关的岩体为石英闪长岩和二长花岗岩。

区内北西西和北东东向断裂发育，褶皱主要为许家咀-陈少刚向斜、余华寺箱形背斜。

矿体赋存于石英闪长岩与蒲圻组砂页岩夹碳酸盐岩接触带及其附近（图 1）。矿体倾向均为SSW、倾角 48～89°。由西住东矿体有向东南倾伏趋向。其中规模较大矿体有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ号等六个，矿体呈似层状、透镜状、脉状、囊状分布于接触交代形成的矽卡岩中，部分矿体与围岩接触界线截然，接触面磁铁矿一侧有冷凝边， 在这一块状矿石中还见气孔状构造，有些地段充填的致密块状磁铁矿中还见定向构造；而且块状构造的磁铁矿在充填于早期形成的矽卡岩中时，对围岩有热烘烤形成的褪色现象。矿石胶结矽卡岩等围岩角砾，显示金山店矿区存在有以磁铁矿矿液的形式直接充填冷凝形成的矿体。

图1　金山店铁矿地质简图Fig. 1 A sketch geological map of the Jingshandian Fe deposit1.铁矿体范围投影；2.岩体地层界线；3.断层；4.武昌组长石石英砂岩夹砂质页岩；5.自流井组粉砂岩、砂质页岩；6.灵乡组砾岩层；7.蒲圻组砂质页岩夹粉砂岩；8.嘉陵江组白云质灰岩；9.二长花岗岩；10.石英闪长岩；11.角闪辉长岩；12.闪长岩；13.剖面位置；14.矿体编号

矿石矿物以磁铁矿、黄铜矿、黄铁矿为主，另有少量的赤铁矿和菱铁矿。脉石矿物主要为方解石、金云母、透辉石等。矿石结构主要为微细粒半自形晶粒状结构，次为碎裂结构和少量交代残余结构。矿石构造主要有块状构造、浸染状构造、粉状构造、角砾状构造、条带状构造、斑块状或斑杂状构造。

围岩蚀变为金云母化、方柱石化、透辉石化、绿泥石化、蛇纹石花、钠长石化、黄铁矿化、碳酸盐化、硬石膏化等。透辉石化、金云母化与成矿关系密切。

矿化蚀变阶段分为：无矿矽卡岩阶段、磁铁矿阶段、脉状矽卡岩阶段、硬石膏-硫化物阶段、石膏-碳酸盐岩阶段【7】。

2　采样及样品处理

通过对金山店矿床的野外地质调查，认为可能存在矿浆型矿体，本次工作选择了金山店张福山铁矿的东部矿段（如图1），实测了罗正甫剖面（图2），该剖面包含有正常的石英闪长岩，蚀变石英闪长岩、矽卡岩、块状磁铁矿、具明显冷凝边的块状磁铁矿矿石、稠密浸染状磁铁矿矿石和灰岩等；通过系统观测，系统采集了不同类型的矿石和围岩样品共计19件剖面标本，测试分析其微量元素和稀土元素含量，以探究其地球化学元素特征。

分析测试工作由核工业北京地质研究院测试中心承担。将测定的样品粉碎、研磨到0.074mm（200目）以下粉末备用。称取样品0.05g放入25mL专用溶样罐中，先用少量水湿润，轻轻震动使样品均匀，加入1mL氢氟酸，3mL硝酸，1mL高氯酸，盖上专用溶样罐盖，在低温电热板上以 200℃恒温加热溶解，待样品分解后，打开溶样罐，在低温电热板上加热蒸至近干，滴加2滴高氯酸，再次蒸至近干，后加入1：1硝酸3mL，盖上专用溶样罐焖置一段时间。用1%硝酸提取至50 mL容量瓶中，摇匀后采用美国热电公司ELEMENT XR等离子体质谱（ICP—MS）分析仪利用在线内标（Rh）法对样品进行分析测试。

图2　金山店铁矿罗正甫地质剖面图Fig.2 Geological profile of Luozhengfu，Jinshandian iron ore mine

3　地球化学特征

表1　金山店岩矿微量元素含量ug/gTable 1 Trace elements of the rocks and minerals in Jinshandian Fe deposit

3.1微量元素特征

由表1数据制得图3，图中可见Ta、Th、Nd、 Nb元素含量的变化曲线较为一致，元素分布类似锯齿状，矿石呈现低于矽卡岩、灰岩、石英闪长岩的低值。块状矿石、有冷凝边的块状矿石、稠密浸染状矿石表现为起伏较为类似的V形特征，但稠密浸染状矿石有着相对较低的V字形低谷。由于Ta、Th、Nb为高场强元素，离子半径小、电荷高，难溶于水，地球化学性质稳定为非活动性元素，因此可指示原始物质的组成【8】，这说明块状矿石、具冷凝边的块状矿石与稠密浸染状矿石原始物质组成基本一致。元素 U在块状矿石和具冷凝边的块状矿石处均表现为同等的向下弯曲，在稠密浸染状矿石处表现为更低数量级的弯曲，元素Th也是如此，然而元素U、Th有在晚期的结晶相和残余熔体中富集的性质，这说明，块状矿石和有冷凝边的块状矿石较稠密浸染状矿石形成时间相对较晚。元素Ba、Rb在具冷凝边块状矿石中表现为近似程度下凹，浸染状矿石具有较高的含量，与矽卡岩相差不大，元素Ba、Rb为大离子亲石元素，地球化学活动性强，显示出浸染状矿石更强的热液交代特征，而块状矿石和具冷凝边的块状矿石则显现出不同与此的特征。

其中W、Cu、Bi、Zn、Cr、Co含量在磁铁矿矿石中含量明显低于矽卡岩中的含量，对数曲线在矿石样品出呈下凹的形态，早期流体分异形成高温的矽卡岩型磁铁矿矿石，而W、Cu、Bi、Zn、Cr等元素残留于流体中。其中Cr3+与Fe3+电负性相近，二者容易置换，在成矿流体析出了含Fe3+的磁铁矿，为了维持电价平衡Cr3+从围岩中进入流体，以致矽卡岩中具有较高的Cr含量，稠密浸染状矿石具有与不同类矿石较高的 Cr含量，反应该类矿石成矿过程与围岩的元素交换较块状矿石、有冷凝边的块状矿石更强。Pb、Mo、Sb在不同类型岩（矿）石中的变化成矿元素的这种变化特征与成矿作用的阶段和元素的亲硫性密切相关，元素Mo变化较不明显，元素Pb在块状矿石及其围岩中表现出较高的含量，这与其围岩原岩为大理岩有关并发生了一定程度的元素交换。元素 Sb在图中较为平直，但在 J-14、J-15处较高，这可能与矿体对围岩进行烘烤导致的蚀变有关，各类矿石元素含量差异不大，Sb为热液活动指示元素，这说明剖面各类型矿石均与热液存在联系。

图3　金山店铁矿岩矿微量元素图Fig.3 Rocks and minerals trace elements Figure of the Jinshandian iron ore mine

金山店铁矿块状矿石、有冷凝边的块状矿石、稠密浸染状矿石有着共同的原始物质来源，块状矿石、具冷凝边的块状矿石有着不同于稠密浸染状矿石的元素特征。具冷凝边的块状矿石表现出一定的矿浆型矿石的特征，因此我们收集了前人给出的程潮和铁山两矿床中的矿浆型矿石（见表2）以作比对。通过对比不难看出，金山店具冷凝边的块状磁铁矿矿石成分较同类型矿床矿石成分差异并不大，成分介于程潮铁矿和铁山铁矿之间。其中元素Ni、Co、Cu、Pb具有高于程潮铁矿矿石低于铁山铁矿矿石的含量，而元素 Zn、Cr具有高于铁山铁矿矿石低于程潮铁矿的含量。金山店具冷凝边的磁铁矿矿石在微量元素上显示出了类似矿浆型矿床矿石的元素特征；鉴于金山店矿床与程潮铁矿和铁山铁矿同属一个成矿带内，具有相同的成矿地质背景，相似的地质条件和构造环境，且三个矿床的实际距离并不远，成矿作用过程可能也非常相似，所以金山店铁矿存在矿浆型矿石也是一种很自然的现象。但是需要说明的是在金山店铁矿中这种类型型的矿石并不是该矿区主要的矿石类型。

表2　程潮、金山店、铁山铁矿磁铁矿微量元素含量（ug/g）Table 2 Trace elements of the magnetite in Chengchao Fe deposit，Jinshandian Fe deposit and Tieshan Fe deposit

3.2稀土元素特征

由表3和图4可知：块状矿石和具冷凝边的块状矿石具有一致的稀土元素分布曲线，说明具有相同的演化模式和来源，因此可以归为一类。块状磁铁矿和具冷凝边块状磁铁矿矿石稀土总量为 33.78×10-6～144.82×10-6，轻重稀土比值为14.28～18.7，显示轻稀土富集。（La/Yb）N为18.42～40.02，轻稀土内部分馏高。δEu为0.28～0.50，明显的Eu负异常。δCe为0.89～0.92，Ce轻度亏损。稀土分配模式具有轻稀土富集、内部分馏程度高、Eu中度—强烈亏损的特点。

表3　金山店岩矿稀土元素含量ug/gTable 3 REE elements of the rocks and minerals in Jinshandian deposit

续表3

图4　金山店铁矿岩矿稀土元素分配曲线图Fig.4　REE patterns for rocks and minerals in Jinshandian deposit

稠密浸染状磁铁矿矿石稀土总量为7.49×10-6～7.60×10-6，稀土总量明显低于具冷凝边块状磁铁矿。轻重稀土比值为 10.67～12.35，显示轻稀土富集特征。（La/Yb）N为7.90～10.36，轻稀土内部分馏较高。δEu为 1.21～1.56，明显正异常，不同于具冷凝边块状磁铁矿的明显负异常，因此具有不同的成因。δCe为0.65～0.71，Ce负异常较为明显，不同于具冷凝边块状磁铁矿的不明显Ce负异常。稀土分配模式为轻稀土富集、内部分馏较高、Eu正异常明显、Ce负异常明显的特点。并且曲线特征类似灰岩，这应说明稠密浸染状矿石成因上与灰岩具有密切联系。

石英闪长岩稀土总量为 246.50×10-6～298.68×10-6，轻重稀土比值为 10.25～11.33，（La/Yb）N为11.80～12.62，δEu为0.71，δCe为0.99～1.09，其分布模式为轻稀土富集、内部分馏较高、Eu中度亏损、Ce异常不明显。

矽卡岩稀土总量为179.67×10-6～544.49×10-6，轻重稀土比值为 11.42～15.18，（La/Yb）N为14.53～23.99，δEu为0.55～0.83，δCe 为0.88～1.10，矽卡岩样品的分布曲线基本一致，其分布模式具有轻稀土富集、内部分馏较高、Eu中度-强烈亏损、Ce轻度亏损、曲线右倾的特征。矽卡岩与具冷凝边块状磁铁矿、块状磁铁矿在稀土元素分配模式上具有相似性，表明具冷凝边的块状矿石与矽卡岩具有更为密切联系，且该类磁铁矿的Eu负异常更为强烈，表明演化过程中有较强的斜长石分离结晶。

灰岩稀土总量较低，为 9.95×10-6～13.51×10-6，轻重稀土比值为 5.15～10.30，（La/Yb）N为2.90～6.98，δEu为0.62～0.64，δCe 为0.84～0.92，其分布模式具有轻稀土富集、重稀土内部分馏较高、Eu明显亏损、Ce轻度亏损、曲线右倾的特征，其分配型式与稠密浸染状磁铁矿较为类似。

块状磁铁矿和具冷凝边的块状矿石在稀土元素分配模式上高度一致，说明其具有共同的来源和演化模式，并且与石英闪长岩和矽卡岩在分配模式上具有相似特征，在成因上与二者联系密切。稠密浸染状磁铁矿具有不同的稀土分配模式，并且与灰岩明显相似，成因上与灰岩密切相关。

4　矿床成因讨论

金山店铁矿体产于中酸性侵入体与碳酸盐岩围岩接触带及附近，矿石主要有浸染状矿石、条带状矿石、角砾状矿石等，矿体与围岩界限不明显，逐渐过渡，对围岩进行交代，具有明显的交代特征。同时金山店铁矿主要为具有热液交代特征的矿体，其次还有一些类似矿浆贯入特征的矿体，矿体与围岩界限截然，具有气孔状构造、定向构造及冷凝边，并在矿体围岩可见褪色现象，由此来看，该类矿体具有矿浆贯入特征。该类矿石在元素含量上显示出类似本区矿浆型磁铁矿的特征，由于处于相同的地质背景及条件，金山店地区存在矿浆型磁铁矿也很合理。从微量元素上来看，块状矿石、具冷凝边的块状矿石显示出了一些类似稠密浸染状矿石的元素特征，同时显示出了不少的差异。稀土元素可以提供更多的关于成因来源方面的信息。

图5　金山店铁矿成矿模式图Fig.5 Metallogenic model diagram of Jinshandian Fe deposit

稀土元素特征能够反映早期成矿流体平衡状态下的特征，并对后期岩体及矿石微量元素造成一定影响。通过分析得出成矿模式图，如图5。

本区成矿物质主要来源于岩浆，成矿作用阶段较早形成的稠密侵染状矿石含明显的 Eu正异常，当该种流体热液在交代碳酸盐围岩形成矽卡岩时，稀土元素发生亏损，使得矽卡岩具有中等程度的 Eu负异常，而具冷凝边块状矿石则具有更强的负异常，这可能是在成矿活动中早期具有含大量磁铁矿流体发生分异作用，磁铁矿进一步富集，伴随强烈的斜长石分离结晶，形成似磁铁矿矿浆型流体，所以该类型矿石的稀土 Eu值呈现负异。成矿环境由氧化环境变为还原环境。具有矿浆贯入特征的块状矿石、有冷凝边的块状矿石表现出了不同于热液交代特征的稠密浸染状矿石的明显差异，且与本区矿浆型矿床矿石的正Eu异常具有明显区别，从而表明了金山店铁矿具有矿浆贯入特征矿石的成矿流体并非矿浆也非热液。因此，本文认为金山店铁矿成矿流体与铁山、程潮铁矿相似，为矿浆—热液过渡型流体【11】。

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Abstract

Be located at the southern edge of Jingshandian rock， southeastern Hubei， Jinshandian deposit were mainly produced in quartz monzonite and Triassic carbonate rocks near the contact zone.With the study of ore-forming geological background， deposit geological characteristics， trace elements of rock and ore， rare earth elements， we found that Jinshandian deposit have the similar ore magmatic body like Tieshan deposit， But Jinshandian mine is still dominated by hydrothermal ores， and establish a metallogenic model of Jinshandian deposit.

GEOLOGICAL，GEOCHEMICAL CHARACTERISTICS AND METALLOGENIC MODLE STUDY OF JINSHANDIAN IRON DEPOSIT

Xiong Qi1Lu Yuanfa1Cai Jinhui2
1.Yangtze University，Wuhan 430100，China；2. Wuhan Institute of Geology and Minerals Resources，Wuhan，430205，China

geological characteristics，geochemistry，metallogenic model，skarn Fe deposit，Jinshandian

P618.31：P59

A

1006-5296（2015）04-0213-08

①项目来源：中国地质调查局“老矿山典型矿床成矿规律总结研究项目” 资［2014］01-036-102项目资助

* 第一作者简介：熊琦（1992～），男，在校硕士研究生，主要从事矿床地球化学研究

2015-08-20；改回日期：2015-09-16