矽卡岩型铁矿成因机制探究

矽卡岩型铁矿成因机制探究

邓仁东

成都理工大学 四川省成都市610000

摘要：铁矿床是与矽卡岩相关度最大的一类矿床，单个矿床储量可达 5000 Mt（平均品位约 45%）。研究矽卡岩铁矿床对于国家战略层面来说意义十分重大，它占到我国富铁矿的百分之五十，因此具有良好的经济效益。然而对于矽卡岩型铁矿中的铁质来源及成因机制是目前最核心、也最具争议的问题之一，本文在对国内矽卡岩型铁的矿床的大量资料进行了整理，以期探究矽卡岩型铁矿的成因机制。

关键字：矽卡岩；铁质来源；矿床成因

1不同地区矽卡岩型铁矿实例对比

邯邢地区、鲁西地区以及鄂东南地区均是我国矽卡岩型富铁矿床的重要矿集区，这些地区铁矿床具有规模大，品位高的特点。其中邯邢地区位于华北克拉通中部造山带的中南段，目前在邯邢地区已探明矿床/点100多个，铁矿石储量8亿多吨。鲁西地区不仅是中国重要的矽卡岩型富铁矿成矿区，也是中国平炉富铁矿的重要产地，而鲁西区内矽卡岩型铁矿又可以划分在莱芜、淄博、济南、齐河-禹城等矿集区(张招崇等,2021)，这些铁矿床主要赋存于早白垩世中基性侵入岩与奥陶系碳酸盐岩接触带及其附近，被称为“邯邢式铁矿”，矿石品位多高于50%(沈立军等,2021)。

邯邢地区以及鲁西地区均位于华北板块，根据前人研究表明，华北克拉通在中生代发生了大规模的破坏事件，虽然关于其破坏诱因目前存在较大争议(Fan et al.,2000;Wu et al.,2006;Gao et al)。恰巧根据前人大量定年数据表明(杨承海等,2005;)，邯邢、鲁西两地的矽卡岩型铁矿床也大多处在中生代白垩纪，与克拉通破坏事件在时间上相吻合，因此大量学者认为华北克拉通破坏导致的区内强烈的岩浆活动事件，是华北板块内矽卡岩型矿床发育的关键因素之一(孙熠,2016)。也有学者认为鄂东南地区早白垩世矽卡岩型铁矿形成于岩石圈伸展—减薄环境。(谢桂青,2013)

对比邯邢地区、鲁西地区、鄂东南地区的部分矽卡岩型铁矿矿床特征资料(表1)发现矿床的成矿时代均集中在130Ma左右，属于燕山晚期。其中邯邢西石门铁矿以及鲁西大张铁矿矿石储量尚未探明，邯邢白涧铁矿、鲁西牛泉铁矿的储量为千万吨级别，分别属于中、小型铁矿，鲁西张家洼铁矿、鄂东南大冶铁矿以及鄂东南程潮铁矿均达到上亿吨级别，属于大型铁矿。表中所列矿床铁矿石品位平均值均在40%以上，最高可达60%以上，属于富铁矿石。矿体多以层状、透镜状为主，构造控矿明显，金属矿物为典型的磁铁矿、赤铁矿、硫化物金属矿物为主，脉石矿物以透辉石、石榴石等矽卡岩岩矿物为主，均具有典型的矽卡岩型矿床特征。

值得注意的是鄂东南地区的两个铁矿床都发现了硬石膏与矿石伴生的现象，可能指示早期岩浆混染了膏岩层导致硫的异常富集，后期伴随着磁铁矿沉淀，体系硫大量卸载导致。大量文献也表明，大冶、程潮铁矿与当地三叠系膏岩层有着密不可分的联系。表中的鲁西大张铁矿未查阅到有文献提及成矿过程与膏岩层有关，鲁西的大张铁矿为近年来新发现的矽卡岩型铁矿床，矿床位于齐河-禹城区，而鲁西的张家洼铁矿与牛泉铁矿均位于莱芜地区，笔者认为导致未有文献指出大张铁矿与膏岩层有关的现象可能与该矿床的研究程度或者地域原因有关。

2成矿过程

传统的矽卡岩型铁矿通常被划分为五个成矿期次，分别干矽卡岩期、湿矽卡岩期、氧化物期、石英硫化物期、碳酸盐期，而磁铁矿的主要沉淀期为氧化物期。大量研究表明，一些含水的矽卡岩矿物（角闪石、金云母、绿帘石等）经常与磁铁矿处于同一时期产生，所以大量学者(张招崇,2014)又将湿矽卡岩期与氧化物期合并为退化蚀变期，而退化蚀变期也是矽卡岩型铁矿床主要的成矿阶段。

金子梁(2017)通过研究鲁西地区淄博金岭和莱芜张家洼两个矽卡岩型富铁矿，对该地区矽卡岩型富铁矿总结出8阶段成矿模式：①高氧逸度的岩浆形成②富Cl以及富Fe成矿流体的出溶③成矿流体对围岩Fe的萃取④成矿流体Ca-Si-Fe-O矿物的沉淀⑤成矿流体相的分离⑥磁铁矿预沉淀⑦磁铁矿主沉淀⑧后期矽卡岩矿物沉淀及流体逃逸。金子梁通过对侵入岩体三世代角闪石的精细刻画指出，岩浆侵位之后尚未完全固结，第三世代角闪石铁质降低即为富铁流体出溶的证据。随后出溶流体会不断萃取出侵入岩体的铁质造成侵入岩体钠质蚀变以及成矿流体的铁质富集，此阶段伴同时伴随着流体对碳酸盐岩地层的作用，碳酸盐岩中的Ca2+、Mg2+等进入流体，在靠近侵入岩体一侧出现透辉石沉淀，而流体与碳酸盐岩一侧则出现硅灰石等干矽卡岩型矿物。随着体系压力、温度的降低，流体沸腾并发生相分离，分异出高盐度以及低盐度两种流体，此时低盐度流体可能会带走并沉淀部分铁质，而高盐度流体则由于低盐度流体的分异变得更加富集铁质。随着通道两侧矽卡岩矿物的不断生成，形成化学反应障，成矿流体与围岩物质交换效率降低，保证了矿体的纯度，伴随着温度、压力降低，体系氧逸度到达磁铁矿沉淀阈值，磁铁矿大量沉淀形成高品位厚层状矿体。

部分学者发现，矽卡岩型铁矿中热液磁铁矿广泛存在溶解再沉淀现象。陈应华等(2018)通过对山东张家洼磁铁矿进行了LA-ICP-MS微量元素测定，并结合磁铁矿的矿相学特征得出，张家洼磁铁矿可以分为早、晚两个阶段的成矿，早阶段原生磁铁矿粒径较大且与晚期原生磁铁矿均具有三联点结构。成矿晚阶段，早期磁铁矿部分被后期热液溶蚀，发育溶蚀结构，成矿热液越来越富集Mg、Al、Mn、Zn等元素，Fe再次沉淀形成晚阶段磁铁矿。

结论

矽卡岩型铁矿的铁质主要来源于与成矿相关的侵入岩体，对闪长岩钠化蚀变对铁质带出量进行定量计算，形成一亿吨品位在45%左右的矽卡岩型磁铁矿床需要体积为0.353立方千米的闪长岩被钠质蚀变。

矽卡矿床矿物质组合起来相互作用，经历漫长的过程，并不同时期，不同阶段表现了不同的特征，将成矿作用可以总结为多期性和有多阶段性，我们弄清楚程成矿的作用机理及特征后，就相当于打开矽卡岩铁矿的大门，对我们以后开发利用十分有利。

参考文献

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陈艳,张招崇.2012.矽卡岩型铁矿的铁质来源与迁移富集机理探讨[J].岩矿测试,31(5):889-897

费详惠,张招崇,韩鎏.2014.山东张家洼矽卡岩型铁矿矿物学特征及其对成矿环境的指示意义[J].中国地质,41(6):1873-1895

沈立军,朱裕振,王怀洪等.2021.山东齐河-禹城地区李屯富铁矿床地球化学特征及地质意义[J].地质论评,67(1):84-98

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金子梁.2017.矽卡岩型富铁矿成因研究[D].中国地质大学(北京)

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