辽宁本溪大台沟铁矿地球化学特征及其地质意义

张朋

中国地质调局沈阳地质调查中心（沈阳地质矿产研究所），辽宁沈阳110034

辽宁本溪大台沟铁矿地球化学特征及其地质意义

张朋

中国地质调局沈阳地质调查中心（沈阳地质矿产研究所），辽宁沈阳110034

通过主量元素和稀土元素相结合的方法，对大台沟铁矿成矿物质来源提出了有效制约.研究表明：大台沟铁矿化学成分主要由TFe2O3和SiO2组成，并且具有较低的Al2O3和TiO2含量，这一特征与鞍本地区及山西五台山和冀东迁安地区铁矿一致，表明大台沟铁矿为火山沉积变质铁矿.稀土元素呈现轻稀土亏损、重稀土富集的特征，具有明显的Eu正异常特征，这些特征表明成矿物质来源于火山热液和海水的混合液.

大台沟铁矿；稀土元素；成矿物质；矿床成因；辽宁省

辽宁本溪大台沟铁矿是近年发现的最大的“鞍山式”铁矿，初步估算该矿床333+332类资源量约34×108t［1］.迄今为止，未见有矿床主量元素、稀土元素和微量元素的相关报道.本次在详实的钻孔观察基础上，采集相关矿石样品，进行元素地球化学测试并与鞍本地区典型矿床作比较，探讨矿床成矿物质来源及矿床成因.

1 矿床地质特征

大台沟铁矿区位于鞍山-本溪铁矿成矿带东部.矿区地表出露地层主要有寒武系、震旦系和青白口系盖层，钻孔资料显示深部地层含有辽河群浪子山组和鞍山群樱桃园组.矿区地表未见岩浆岩出露，钻孔中见有新太古代花岗片麻岩和闪长玢岩脉岩.

大台沟铁矿为隐伏近直立厚板状矿体.矿体水平厚度平均在870 m，矿体埋深1100～1200 m，目前已控制矿体延长2000 m.矿体主要由条带状磁铁石英岩组成.主要矿石类型有条带状磁铁赤铁石英岩、条带状赤铁石英岩和条带状磁铁石英岩.矿石矿物有磁铁矿、赤铁矿和假象赤铁矿.脉石矿物有绿泥石、透闪石、石英等.矿石主要结构有镶嵌粒状变晶结构、鳞片粒状变晶结构、柱粒状变晶结构.矿石构造有条带状构造和条纹状构造.

2 样品采集及分析结果

笔者采集了5件条带状磁铁石英岩钻孔样品，进行了主量元素和微量元素测试分析，所测样品均是经过手标本和显微镜下鉴定后挑选出来的具有代表性的样品.主量元素和稀土元素在中国地质调查局沈阳地质调查中心实验室完成.主量元素采用荧光光谱分析（XRF），稀土元素分析采用电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）分析测定.

2.1 主量元素特征

大台沟铁矿矿石主量元素分析结果见表1.从表1中可以看出：大台沟铁矿石中SiO2含量的变化范围为41.06%～51.01%，平均值为47.65%；TFe2O3含量的变化范围为44.95%～56.44%，平均值为49.93%；FeO含量0.92%～17.12%，平均值8.31%；MnO含量0.01%～0.03%，平均值0.02%；MgO含量0.15%～2.93%，平均值1.24%；CaO含量0.08～0.92%，平均值0.34%；Na2O含量0.06～0.11%，平均值0.08%；K2O含量0.13～0.15%，平均值0.14%；P2O5含量0.03～0.20%，平均值0.09%；Al2O3含量0.27～0.54%，平均值0.33%；TiO2含量0.02%，平均值0.02%.

由上可知，大台沟条带状铁矿中含量最多的化学成分是SiO2和TFe2O3，二者含量之和介于95.96%～99.07%之间，平均值为97.51%，其他组分（MnO、CaO、Na2O、K2O、P2O5、TiO2、Al2O3、MgO）含量非常之低.因此，大台沟BIF型铁矿主要由SiO2、TFe2O3组成，同时含有较低的Al2O3和TiO2，这些特征表明大台沟铁矿同鞍本地区其他BIF铁矿一样，由极少碎屑物质加入的化学沉积岩［2-31］.

2.2 稀土元素特征

大台沟铁矿5件矿石的REE分析结果列于表2.表中Eu的异常用Eu/Eu*=2EuPAAS/（SmPAAS+NdPAAS）来计算；Ce的异常用Ce/Ce*=CePAAS/（2PrPAAS-1NdPAAS）来计算；Y的异常用Y/Y*=2YPAAS/（DyPAAS+HoPAAS）来计算；La的异常用La/La*=LaPAAS/（3PrPAAS-3NdPAAS）计算.经PAAS（Post Archean Australian shale）［4］标准化后的REE配分曲线如图1所示.

表1 辽宁本溪大台沟条带状铁矿石主量元素分析数据

表2 辽宁本溪大台沟条带状铁矿石稀土元素分析数据

图1 大台沟铁矿稀土配分曲线图Fig.1 The REE distribution pattern of Dataigou iron deposit

由表2和图1可知，样品的稀土元素总量均较低（ΣREE=20.08×10-6～95.09×10-6），这与太古宙海洋沉积物特征一致.大台沟铁矿BIF样品PAAS标准化后呈现非常一致的稀土元素配分曲线，其特征为：具轻稀土元素相对亏损、重稀土元素相对富集的分馏模式，呈现明显的Eu正异常（Eu/Eu*=2.11～6.98）；Ce异常不明显（Ce/Ce*=0.85～5.25），Y/Ho比值的变化范围104.36～ 2115.27.这些特征与全球BIF的特征一致［5-6］，表明大台沟铁矿为前寒武纪海洋化学沉积的产物.

3 讨论

3.1 成矿物质来源

大台沟铁矿稀土配分曲线呈现轻稀土亏损，重稀土富集，具有明显的Eu正异常的形态（图1），这与鞍本地区乃至世界其他地区BIF的REE配分曲线一致.前人研究表明，Eu的正异常是高温海底热液的特点，通常认为与火山活动关系密切的Algoma型铁矿具有较大的Eu值（Eu>1.8），而与火山活动无明显关系的Superior型铁矿具有相对较小的Eu值（Eu<1.8）［7-8］.大台沟铁矿中Eu的正异常均大于1.8（表2），表明该地区BIF的形成与更强烈的热液组分的输入有关，这与鞍本地区BIF型铁矿为Algoma型铁矿的认识相符. Y/Ho通常用作区分海相沉积和非海相沉积的标准.研究显示，球粒陨石Y/Ho比值为26～28，陆源沉积物和上地壳岩石的Y/Ho比值与球粒陨石相似，现代海水Y/Ho比值为44～74［9-10］.大台沟铁矿Y/Ho比值明显与现在海水相近，因此综合Eu正异常认为大台沟铁矿成矿物质来源于火山热液和海水的混合液.

3.2 矿床成因

条带状铁矿中主要化学成分SiO2和TFe2O3的含量对判断铁矿的沉积作用类型有一定的指示意义.大台沟铁矿SiO2和TFe2O3之和为95.96%～99.07%，其他组分含量较低，这一特征与山东地区的韩旺铁矿和鞍本地区的东鞍山、齐大山、大孤山、弓长岭铁矿相同，说明它们均为极少数的碎屑物加入的化学沉积岩.样品Al2O3/TiO2比值介于13.00～27.00，说明在沉积岩中仅有极少量的黏土物质或陆源碎屑物混入，表明它们是化学Fe-Si沉积岩.研究显示，沉积变质铁矿的SiO2/ Al2O3比值应小于10，火山沉积变质铁矿SiO2/Al2O3比值应大于 10.大台沟铁矿中 SiO2/Al2O3比值介于94.52～189.35，这一比值与火山沉积变质铁矿相对应.因此，大台沟铁矿为火山沉积变质铁矿.

4 结论

本文研究了大台沟铁矿床全岩样品主量元素和稀土元素地球化学特征，经初步分析得出以下认识.

（1）大台沟铁矿的化学成分主要为SiO2和TFe2O3组成，Al2O3和TiO2含量较低，表明大台沟BIF型铁矿是由极少数碎屑物质加入的化学沉积岩.

（2）大台沟铁矿经页岩标准化后的稀土元素配分模式显示轻稀土亏损、重稀土富集、明显的Eu正异常，这说明成矿物质来源于火山热液和海水混合液.

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ZHANG Peng

Shenyang Institute of Geology and Mineral Resources,CGS,Shenyang 110034,China

Study on the major and rare earth elements（REE）of Dataigou iron deposit reveals that the average bulk compositions of the banded iron formations（BIF）are rich in TFe2O3and SiO2but low with Al2O3and TiO2contents.These characteristics are consistent with those of the iron deposits in Anshan-Benxi,Wutaishan and Qianan.It shows that the Dataigou deposit is of volcanic-sedimentary metamorphic iron deposit,characterized by depletion of light REE and enrichment of HREE,with distinct positive anomaly of Eu,which indicates that the BIFs are the products of chemical sedimentation from paleo-seawater with significantinputofvolcanic hydrothermal fluids.

Dataigou iron deposit;BIF;REE;ore-forming material source;genesis;Liaoning Province

2015-03-31；

2015-06-08.编辑：李兰英.

中国地质调查局“辽东吉南成矿带资源远景调查评价”项目（编号12120113058700）.

张朋（1983—），男，硕士，工程师，主要从事成矿规律及找矿预测工作，通信地址辽宁省沈阳市皇姑区黄河北大街280号，E-mail// geozhangpeng2010@163.com