弓长岭铁矿床磁铁富矿形成机制探讨.pdf

年专 11 曹 地 质 学 报 A C T A G E O L O G I C A S I N I C A V 0 1． 8 6 N o ． 1 1 N O V ． 2 0 1 2 弓长 岭铁矿床磁铁 富矿形成 机制探讨 王 恩 德， 夏 建 明 ， 赵 纯 福， 付 建 飞， 侯 根 群 东北大学资源与土木工程学院 ， 沈阳， 1 1 0 8 1 9 内容 提要 ： 弓长岭沉积变质 型铁 矿床是我国鞍山式铁 矿床 的典型代 表 ， 矿床 中的磁铁 富矿 体 的形 成一直 都是 矿床研究 的重点问题 研究表明 ， 弓长岭富铁矿体赋存 于反 S型褶 皱 中， 局部 矿体 出现褶 曲现象 磁 铁富 矿体产 于主要是 由斜 长角 闪石 、 磁铁石英岩构成 的含铁岩系 中磁铁富矿 的围岩主要是 绿泥 片岩 、 石 榴绿泥 片岩 、 绿 泥石 榴岩和少量黑 云母绿泥 片岩 对 绿泥石片岩 、 石榴绿泥片 岩和绿 泥石榴 岩 的常量 、 微量 与稀土元 素 的研 究 和对绿 泥石 、 石 榴子石 、 黑云母铁含量与磁铁 矿品位的研究表明 ， 含铁岩系在沉积间歇 中出现 的含铝 的泥质一粉砂质 物质 在富铁矿形成过程 中起 到对磁铁石英 岩中带出的硅 消耗并形 成石榴 子石 、 绿泥 石 、 黑云母 等作 用 。

区域 变质作 用 为磁铁富矿的形成提供 了储矿空 间 ， 同时 区域变质作用 产生 变质热 液 ， 变质热 液淋 滤途经 的磁铁石 英岩 可从 中带 出 F e O， 变质热液是磁铁富矿形成过程中重要的物质载体在进变质过程中， 区域变质作用为矿物转换提供所需 的温压条件 可见 ， 区域变 质作 用是 磁铁富矿形成 的重要条件 关键词 ： 磁铁 富矿 ； 磁铁石英岩 ； 区域变质作用 ； 泥质 岩一 粉砂 质岩 在 中国鞍山一本溪地区分布着太古宙鞍山式铁 矿床 ， 在铁矿中出现高品位 的富铁矿体 ， 其中以弓长 岭二矿区富铁矿床最为典型对于弓长岭二矿区磁 铁富矿的成因， 长期以来存在三种不 同的观点： ①原 始沉积的( 陈光远等 ， 1 9 8 4 ) ； ②磁铁石英岩贫矿经热 液改造形成富矿 ； 并对热液的来源也有不 同的见解 ， 一是混合岩化热液 ( 程裕淇 ， 1 9 5 7 ； 郑宝鼎 ， 1 9 9 2 ) ； 二 是区域变质阶段形成的变质水热液 ( 关广岳， 1 9 6 1 ； 周世泰， 1 9 9 4 ) ； ③原始沉积 的菱铁矿在变质作用过 程中分解 ， 形成含石墨的磁铁富矿( 李绍柄 ， 1 9 7 8 ； 李 曙光等， 1 9 8 3 ) 。

但对弓长岭二矿区富铁矿成矿包裹 体的研究表 明， 包 裹体 中的 p H 值 均小 于 9 ( 才玉 民， 1 9 9 2 ； 郑宝鼎 ， 1 9 9 2 ) ， 这表 明热液水的 p H 值 为 中性或弱碱性 ， 据 K． B ． 克劳斯考普夫理论 ， 该热液 水淋滤 S i O 的作用不明显 本文通过对 弓长岭二矿区中磁铁石英岩 以及磁 铁富矿石的常量 、 微量与稀土元素以及 富铁矿体与 围岩、 构造 的关系、 富铁矿体 中矿物共生关 系的研 究 ， 认为该区富铁矿体 的形成不仅是变质热液活动 的结果 ， 磁铁石英岩层间沉积的含铝沉积物也是富 铁矿形成的重要因素 1 矿 区地质 弓长岭地区广泛分布太古宙鞍山群茨沟组变质 岩， 沉积一 变质 型铁矿床产于含铁岩系中的上 、 下含 铁带中 弓长岭铁矿带构造发育 ， 褶皱 、 断层齐全 ， 它们 控制着矿床的形成与分 布铁矿 带整体呈北西 向， 长约 1 2 k m， 但 由于受寒岭断裂 、 偏岭断裂等一系列 近平行的北东向断层的影响， 铁矿带被切割分 为一 矿区、 二矿区、 三矿 区、 老岭- ／ ＼ 盘岭矿 区( 包括老 弓 长岭 、 独木、 哑叭岭和八盘岭) 。

弓长岭铁矿带整体 为一北西向反 S型褶皱 ， 但北东向断层将北西 向铁 矿带错断成为断陷区和断隆区， 断陷区由于下降而 有利含铁岩系的保存 ， 断隆区 由于上升遭受剥蚀强 烈而不利于含铁岩 系的保存 弓长岭二矿区地层属于茨沟组， 位于寒岭断裂与 老岭断裂之间， 处于断陷区二矿区含铁岩系呈单层 状残留体产于大片混合花岗岩 中， 岩层走向北 2 0 ～ 6 O 西， 倾向北东， 倾角 6 0 ～8 5 两端受断层影 响产 状有些变化 其北西端受寒岭断裂的影响， 地层走 向 变为北 8 0 西， 倾向南东； 在其东南因受老岭断裂的影 响， 产状变为南北走向， 向东陡倾斜( 图 1 ) 注 ： 本文为国家“ 9 7 3 ” 项 目“ 我 国富 铁矿 形成 机 制 与预 测研 究 ” ( 编 号 2 0 1 2 C B 4 1 6 8 0 0 ) 和 国土 资 源部 公 益性 行业 科 研 专项 基 金 ( 编 号 2 0 l 1 1 1 0 0 2 — 2 ) 资助的成果 收稿 日期 ： 2 0 1 2 — 0 1 — 0 8 ； 改回 日期 ： 2 0 1 2 — 0 3 — 0 6 ； 责任编辑 ： 周健 。

作者简介 ： 王恩德 ， 男 ， 1 9 5 7年生 博士生导师， 教授 ， 从 事金属矿 床成矿规律 与成矿 预测研究 E ma i l ： wn d @ma i l ． n e u ． e d u ． c n 地质学报 的铁含量密切相关( 陈光远等 ， 1 9 8 4 ) ， 关系如下 ： ( 1 ) 石榴子石 ： 本区石榴子石主要以铁铝榴石为 主， 其全铁系数与铁矿体品位关系非常密切 ， 当其全 铁系数接近它们的下限时 ， 即出现贫矿 ， 接近它们 的 上限时， 即出现富矿如 F e 层底板 的石榴子石 ， 全 铁系数为 2 6 ． 2 9 9 ／ 6 ～2 9 ． 7 1 9 ／ 6 ， 故 F e 层 既可 出现贫 矿， 也可出现富矿 F e 层底板 中的石榴子石 ， 仅个 别为 2 6 ． 5 2 外 ， 其余为 2 9 ． 8 0 ～3 0 ． 7 9 9 ／ 6 ， 而顶板 中的石榴子石为 2 9 ． 2 1 ～3 1 ． 3 9 ， 故在 F e 层中 即以富矿为主它们的全铁系数还与铁矿的层位有 关从下含铁带向上含铁带 ， 从西北区到东南区， 随 着铁矿品位的上升， 它们的全铁系数也不断升高 。

( 2 ) 绿泥石 ： 本 区绿泥石的含铁系数厂 ， 与铁矿品 位空间上的关系密切( 图 4 ) 根据含铁 系数可把本 区与矿 有 关 的 绿 泥石 划 分 为 四个 区：工区： f= 6 6 ． 5 ， 产于 F e 层底 部磁铁富矿 以及含石墨绿泥磁 铁富矿中； I I 区： f 一6 3 ． 8 ， 产于磁铁富矿底板 中； f 一5 7 ． 2 ， 产于 F e 层石墨绿泥磁铁富矿底板 ； Ⅲ区： 厂 一4 3 ～5 8 ． 4 ， 产于磁铁富矿近矿 围岩 中； I V区： f— l 9 ， 产于远矿围岩中 ( 3 ) 黑云母 ： 黑云母的含铁系 ， 随矿的贫富而 变化( 图 5 ) 贫矿围岩中黑云母 的含铁 系数厂平均 为 4 2 ． 7 5 ， 富矿围岩厂平均为 5 7 ． 8 1 随着铁矿 由西 北区向东南 区加厚加富 ， 介质中铁浓度也增高 ， 黑云 母厂 值也升高 ， 如 同属 F e 层底板， 在西北区矿薄而 贫 ， 厂为 4 2 ． 6 0 ， 而东南 区铁矿加富厂为 7 6 ． 0 4 ； 同属 F e 富矿底板 ， 在 中央区较低 平均为 4 8 ． 6 5 ， 在东 南区较高 ， ，平均为 5 6 ． 6 3 。

由此 可知 ， 本 区绿泥 石 、 石 榴 子石和 黑 云母 的铁 含量与富铁矿关系十分密切 总体来说 ， 越是靠近 磁铁富矿 ， 其对应的铁含量就越高， 反之 ， 远离富铁 样品号 图 4 弓长 岭二 矿区绿 泥石含铁 系数 与铁矿 品位关 系 Fi g ． 4 Re l a t i o n b e t we e n c h l o r i t e i r o n c o e f f i c i e n t a n d i r o n o r e g r a d e i n t h e s e c o n d mi n e o f Go n g c h a n g l i n g i r o n d e p o s i t 图 5 弓长岭 二矿 区黑 云母含铁 系数 与铁矿 品位关 系 F i g ． 5 Re l a t i o n b e t we e n b i o t i t e i r o n c o e f f i c i e n t a n d i r o n o r e g r a d e i n t h e s e c o n d mi n e o f Go n g c h a n g l i n g i r o n d e p o s i t I一 黑云变粒岩 中黑云母( 西北区 K层) ； lI 一富铁矿顶底夹层 中黑 云母 ( 东南 区 F e s —F e 层) ； I ll 一富 矿地 板 中黑 云 母 ( 中央 区 F e 6 层) ； l V ～贫矿底板及夹层 中黑云母 ( 中央 区 F e z 层 ， 西北 区， 东南区 F e e 层) ； V一镁铁 闪石黑云母绿泥石片岩( 远矿 围岩 S层) I— Bi0 t i t e i n t h e K l a y e r ； Ⅱ～ 0 t i t e i n h i gh - g r a d e ma g ne t i t e ； Ⅲ一 b i o t i t e n e a r h i g h - g r a d e ma g n e t i t e ； IV — b i o t i t e i n o r n e a r ma g n e t i t e — q u a r t z i t e ；V-- b i o t i t e f a r ma g n e t i t e 矿 ， 铁含量降低。

表明这些矿物 中的 F e O含量 的不 均匀很可能是由物质扩散所引起 的 3 地球化学特征 本次在 弓长岭二矿区进行了全面系统的样本采 集 ， 样本包括了 F e 层到硅质岩层， 在做 了镜下鉴定 的基础上 ， 进行了常量 、 稀土和微量元素的测试 磁 铁富矿以及与之关系密切的磁铁石英岩和围岩的常 量、 稀土和微量元素测试结果如表 1 ～3 3 ． 1 富铁矿与磁铁石英岩的地球化学特征 磁铁 富矿与磁铁石英岩空间关 系密切， 且镜下 观察发现磁铁石英岩与磁铁 富矿构造、 结构以及 主 要矿物种类一致 ( 图版 工 一 2 、 5 ～7 ) 为进一 步确定 其内在的联系 ， 做了常量 、 微量和稀土元素的对 比 磁铁富矿和磁铁石英岩常量元素折线 图如 图 6 磁铁石英岩中杂质组分主要是 C a O、 Mg O， 但含 量都很低 ， S i O 、 F e O 、 F e O三者 含量之和平均值 达 9 1 ． 5 1 磁铁富矿 的主要 化学成分也是 F e ( ) 3 、 F e O与 S i O z ， 三者含量之和为 8 8 ％～9 9 ， 平均为9 6 ． 4 3 。

在磁铁石英岩和磁铁 富矿 中， 铁的含量与硅 的 含量成明显的负相关 ， 磁铁富矿中铁 的含量要 高于 磁铁石英岩中铁的含量， 而硅的含量低于磁铁石英 岩中的含量磁铁石英岩和磁铁富矿中都缺少铝硅 酸盐 ， 表明在形成 过程 中没有含铝 的碎 屑岩加入 同时磁铁富矿的磁铁矿物颗粒大于磁铁石英岩中磁 铁矿。