黔西北雄雄戛铁矿成因研究

令狐东，薛洪富，蒲庆隆，向明坤，张涛，蒋尚志，张安

（贵州省有色金属和核工业地质勘查局地质矿产勘查院，贵州贵阳550005）

黔西北威宁、赫章一带是贵州省铁矿的产区之一，已探明资源量1亿多吨。通过该区铁矿床的矿物学、沉积学、地球化学、物质来源、岩相古地理及构造进行了研究对该区铁矿床成因提出了不同的认识，主要有热液交代-充填成因说[1]、沉积改造成因说[2]、热水喷流成因说[3]等。本次对沉积型和热液型铁矿及围岩进行系统采样，通过微量元素和稀土元素测试，研究各类矿石的地球化学特征，分析铁矿形成环境、成矿物质来源，结合矿石结构与构造、矿体赋存特征、构造演化等，探讨矿床的形成机制。

1 区域地质背景

研究区位于上扬子陆块西南缘之六盘水裂陷槽与织金穹盆变形区的结合处（图1），出露地层为中下志留系、泥盆系、石炭系、二叠系、三叠系、侏罗系，铁矿赋存于中泥盆统地层内。区内地质构造复杂，断裂主要由NE向断裂与NW向联合组成，褶皱形迹主要为NWWNW向，经历海西—燕山构造旋回期沉积盆地演化、玄武岩浆喷溢、侵位与陆内造山活动的影响[4-5]，为铁矿的形成奠定基础。区内铁矿集中分布于菜园子—小河边一线，主要沿断裂带呈NW-SE向展布（图1），与NW向垭都—蟒硐断裂带的延伸方向一致。

2 矿区地质概况

2.1 矿床地质

矿区出露地层简单（图1），最老地层为中下志留系韩家店组，与上覆地层呈平行不整合接触，其后依次丹林组、独山组、望城坡组，区内构造相对简单，除北东部边界处为垭都-蟒硐断裂派生（F1-1）规模较大外，主要由一系列NE向次级断裂与小型褶皱构成矿区的整体格架。赋矿地层为龙洞水组与邦寨组二段。钻孔揭露显示，前者为一套泥质白云岩、白云岩组合，局部夹薄层状泥岩；后者以黑色粉砂岩、细砂岩为主，夹灰白色条带状细砂岩。围岩蚀变主要有菱铁矿化、白云石化、黄铁矿化、褐铁矿化、方解石化、硅化及绿泥石化等。

2.2 2种类型的矿体

（1）沉积型铁矿。矿体主要呈层状、似层状产出于泥盆系邦寨组二段一亚段、二亚段、三亚段、五亚段内（图2），赋矿岩性为一套以黑色粉砂岩、细粉砂岩为主的碎屑岩类，夹灰白色条带状石英细砂岩。钻孔和镜下鉴定显示，主要有鲕状赤铁矿和鲕绿泥石菱铁矿2种类型的矿石，前者肉眼下为赤红色、褐红色鲕状结构，后者为暗灰绿色、深灰黑色、局部见灰黑色鲕粒结构，镜下观察表明，前者为赤红色、暗紫色赤铁矿鲕粒和深灰色细、微晶菱铁矿为主的胶结物组成，后者为深灰—暗灰色铁绿泥石鮞粒及深灰色细、微晶菱铁矿为主的胶结物组成，2种类型的鲕粒呈现不同的颜色，是由于鲕粒中赤铁矿的含量变化所致,部分鲕粒中可以明显看到赤铁矿(和/或菱铁矿)与绿泥石组成的“似叠层构造”。

（2）热液型菱铁矿。矿体主要呈透镜状、脉状产出于泥盆系龙洞水组中（图2），赋矿岩性为泥质白云岩、白云岩，矿体的产出明显受到构造的控制：透镜状矿体赋存于含矿层位的层间剥离带中，而脉状矿体赋存于F1-1断裂上盘破碎带中。矿石具有中—粗晶结构、斑点状结构、假象结构、块状构造、角砾状构造等。

图1 研究区地质略图

3 矿床微量、稀土元素地球化学特征

3.1 微量元素组成特征

为探讨矿区微量元素的分布规律，进行Rb、Ba、Th、U、Ta、Pb、Zr、Hf、Nb、Sr、Pr、La、Nd、Y等分析（表1），对测试数据通过软件GeoKit做了微量元素蛛网图（数据均进行原始地幔均一化处理）（图3），从图3和表1中可以看出，菱铁矿石与围岩的微量元素配分形式基本一致，其中高场强元素Pb、Nd、U、La、Th、Sm和大离子亲石元素Sr富集，而高场强元素Nb、Zr、Hf、Ta和大离子亲石元素Ba、Eu以及Ce相对亏损。

3.2 稀土元素特征

为探明矿区稀土元素组成、分配特征，对所采样品进行La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu元素分析（表2），各矿石和围岩稀土元素配分形式如图4所示。

从表2和图4中可以看出，稀土元素组成具有如下特征：

（1）沉积型鲕状赤铁矿[∑REE：（4.35～5.56）×10-6]和鲕绿泥石菱铁矿[∑REE：（4.35～26.25）×10-6]与围岩白云岩[∑REE：（7.97～42.60）×10-6]相一致，相比热液型菱铁矿[∑REE：（2.06～2.10）×10-6]富集稀土元素。

（2）La异常变化：沉积型鲕状赤铁矿显示出弱负异常至正异常（La/La*为0.92～1.1，平均1.02）、鲕绿泥石菱铁矿显示出正异常（La/La*为1.09～1.84，平均1.46）；热液型菱铁矿La/La*变化大（0.30～1.47，平均0.89），显示出负异常到正异常的转换；围岩白云岩显示弱负异常至正异常（La/La*为0.95～1.15，平均1.08），数据显示，沉积型铁矿与围岩具有相似的La值，而热液型铁矿与围岩La差异较大。

（3）Y/Y*、Y/Ho、Eu异常变化：沉积型铁矿（Y/Y*为1.00～1.46，平均为1.23；Y/Ho为28.73～34.69，平均31.03；Eu/Eu*为1.08～2.00，平均1.59）；热液型菱铁矿（Y/Y*为0.99～1.04，平均为1.02；Y/Ho为25.68～27.58，平均26.63；Eu/Eu*为1.08～2.00，平均1.59）；围岩（Y/Y*为1.14～1.38，平均为1.27；Y/Ho为25.60～32.02，平均29.73；Eu/Eu*为1.04～1.17，平均1.11），对比显示沉积型铁矿与围岩具有相似特征，而与热液型相差较大。

图2 赋矿层含矿性对比柱状图

4 矿床成因分析

图3 研究区矿石和围岩微量元素蛛网图

图4 研究区铁矿和围岩REE分模式图

4.1 成矿环境

Th、Zr、Sc可评价陆源物质参与成矿过程的程度[6]，矿区沉积型矿石Th含量（0.18～1.61）×10-6、Zr含量（4.92～14.25）×10-6、Sc含量（1.73～2.82）×10-6；热液型菱铁矿Th含量0.05×10-6、Zr含量（0.42～0.90）×10-6、Sc含量（1.95～2.05）×10-6；围岩白云岩Th含量（0.41～2.60）×10-6、Zr含量（8.36～27.39）×10-6、Sc含量（2.23～4.36）×10-6（表1），矿石中Th、Zr、Sc含量普遍偏低，与围岩相比也呈现偏低现象，表明成矿过程中受陆源物质的影响不大，或仅有部分陆源物质参与成矿。

Ce异常与它所处的构造背景有关，大洋中脊Ce/Ce*为0.29，大洋盆地Ce/Ce*为0.55，大陆边缘区Ce/Ce*为1.03[7]。矿区Ce/Ce*为0.70～0.87，反映出大陆边缘背景特征，与黔西北地区铁矿产于隆起区和沉降区过渡带相吻合[2]。

4.2 成矿物质来源

成矿过程中当有来自深部的热液流体参与时，所形成的矿石具有明显的Eu正异常值，Eu/Eu*＞1为正异常，Eu/Eu*＜1呈负异常[8]。稀土元素Y和Ho具有类似化学特性，热液流体中Y/Ho比值为26，较正常海水Y/Ho比值（44～74）低，当成矿流体为两者的混合体时，Y/Ho会发生明显变化。微量元素U/Th能反映成矿流体的来源，当U/Th＞1时，指示热液流体沉积，U/Th＜1，反映正常的海水沉积[9]。

表1 研究区微量元素分析结果表（10-6）

研究区矿石具有Eu正异常，Eu/Eu*值为1.08～2.00，反映高温热液流体参与成矿。Y/Ho值为25.68～32.57，平均为29.93，高于纯热液流体Y/Ho值（26），而低于正常海水Y/Ho值（44～74），这可能反映了矿区矿石的形成为两者的混合流体参与成矿。矿石U/Th为0.3～8.51（平均为2.53），变化范围较大（表1），反映成矿过程既有正常海水沉积又具有热液流体作用参与，但热液流体作用为主导。

4.3 矿床成因

黔西北赫章—威宁一带铁矿赋存于中泥盆系地层内，且沿垭都—蟒硐断裂带沿线分布（图1），表明铁矿的形成除明显受地层控制外，构造活动对其形成也具有重要影响。晚古生代开始贵州发生陆内裂陷[4]，在黔中古陆物源供给下，沉积了一套镁铁质碳酸盐岩夹碎屑岩沉积，为沉积型菱铁矿的形成垫定基础。进入二叠世后，伴随着区域性大面积地幔物质的上涌[10]，发生基性岩浆喷溢及侵位，引起区域性热流值增高、地下流体活动增强，可能为热液型菱铁矿的形成提供必要的物质来源。燕山运动使贵州发生陆内造山[5]，强烈的构造活动对沉积作用和初始矿源层进行热液改造，使其进一步富集形成热液型菱铁矿。

（1）沉积型铁矿。矿区位于黔中古陆边缘，长期隆起的古陆遭受强烈的风化剥蚀，该区不断接受古陆风化物质的补给，形成本区中下泥盆系富铁矿碎屑沉积，成矿物质初步富集，形成初始矿源层。中泥盆晚期，海水由南部广西侵入贵州，断续海进和海退，该区形成半封闭—封闭的局限台地高能沉积环境，为豆鲕的形成奠定基础。期间随着六盘水断陷作用的不断发展演化、垭都—蟒硐断裂带活动强烈，在构造应力驱动下，深部高温热水物质与地表下渗的流体混合形成对流循环，对初始矿源层中的成矿物质不断进行萃取、活化、迁移，这过程中不断伴随应力释放、温度、压力的改变，活化的成矿物质在适宜的条件下，于有利空间富集、成矿，进而形成规模较大的层状、似层状矿体。

表2 研究区稀土元素分析结果表（10-6）

（2）热液型铁矿。构造运动可为原生沉积型菱铁矿或含铁建造提供动力来源及有利构造空间，作为断陷盆地边界的垭都-蟒硐断裂带发生多期次强烈活动，形成赫章-威宁一带复杂的构造格架[4]，为热液型菱铁矿的形成奠定赋存空间。二叠世时期，峨眉山地幔柱上涌，形成大规模基性岩浆喷溢、侵位[10]，引起区域性热流值增高，在燕山构造运动的影响下，地壳强烈挤压、变形[5]，在强烈的构造热驱动下，流体活动性增强，深部流体沿构造裂隙向上运移，不断从矿源层中萃取、活化富铁成矿物质，沿断裂破碎带、层间剥离空间等有利空间富集，形成脉状、透镜状矿体。野外地质调查和钻探工程揭露显示，这类型的矿体产出明显受到构造的控制：透镜状矿体赋存于含矿层位的层间剥离带中，而脉状矿体赋存于断层破碎带中，矿体与围岩呈“犬牙交错”接触、“云雾状”渐变，矿石中可见鞍状构造，说明热液活动强烈[3]，脉状、网脉状产出的矿体与层状、似层状矿体具有共生现象，鲕状铁矿存在热液交代、热液矿体中含有部分原生沉积矿石等说明具有明显的热液叠加、改造成因。

5 结论

（1）雄雄戛铁矿由沉积型鲕状赤铁矿、鲕绿泥石菱铁矿与热液型菱铁矿2种类型的矿石组成，热液型菱铁矿产出明显受到构造的控制：透镜状矿体赋存于含矿层位的层间剥离带中，而脉状矿体赋存于断层破碎带中。

（2）矿区Ce/Ce*为0.70～0.87，反映出大陆边缘背景特征，这黔西北赫章一带铁矿床主要呈北西向沿川黔古陆边缘或附近分布、展布方向与古海岸线方向一致；Ce呈现负异常，表明铁矿的形成环境为还原环境。

（3）矿石中Th、Zr、Sc含量普遍偏低，与围岩相比也呈现偏低现象，表明成矿过程中受陆源物质的影响不大，或仅有部分陆源物质参与成矿；Eu/Eu*值为1.08～2.00，反映具有高温热液流体参与成矿作用的进行；Y/Ho值为25.68～32.57，平均为29.93，可能反映了矿区矿石的形成为正常海水和深部热液流体的混合流体参与成矿；U/Th为0.3～8.51，平均为2.53，成矿过程既有正常海水沉积又具有热液流体作用参与。

（4）矿体的产出、赋存形态，矿石结构、构造，微量元素、稀土元素特征综合显示，矿床为沉积-热液改造型矿床。

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