齊大山鐵礦富礦圍巖的地球化學(xué)特征分析研究

王永增，郝大海

（1.鞍鋼集團礦業(yè)有限公司齊大山分公司，遼寧 鞍山 114000；2.東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110089）

齊大山鐵礦床位于遼寧省鞍山市東北部，是鞍山式沉積變質(zhì)型鐵礦的典型代表，其貧鐵礦石量超過28億噸，富鐵資源量在鞍本地區(qū)僅次于弓長嶺二礦區(qū)，達到中型規(guī)模，是我國北方地區(qū)BIF型鐵礦中僅次于弓長嶺鐵礦的主要富鐵礦床之一[1，2]。本次研究以齊大山鐵礦富礦圍巖為研究對象，在其地球化學(xué)特征分析的基礎(chǔ)上，對該礦床的沉積環(huán)境、構(gòu)造背景進行系統(tǒng)探討。

1 研究區(qū)成礦地質(zhì)特征

齊大山鐵礦床主要由前震旦系變質(zhì)巖系構(gòu)成，鐵礦層產(chǎn)于鞍山群櫻桃園組[3]。本礦床的區(qū)域變質(zhì)程度為綠片巖相-低角閃巖相。礦區(qū)出露的地層主要為太古界鞍山群、元古界遼河群和新生界第四系（圖1）。其中，太古界鞍山群櫻桃園巖組，主要巖性有綠泥石英片巖、綠泥滑石片巖、絹云母石英巖、變粒巖、斜長角閃巖、條帶狀含鐵石英巖等，是本區(qū)主要的賦礦地層。遼河群浪子山組，與下伏鞍山群為角度不整合接觸，只在王家堡子一、二礦區(qū)的礦體頂部和北一山至北四山有零星出露，其由底部礫巖、石英巖和千枚巖組成，已知厚度大于200m。遼河群的地層走向與鞍山群基本一致，傾向南西，傾角40°～60°。第四系：以沖積、坡積層為主，由砂、礫石、粘土組成。主要分布在山前平原及河床中。各地厚度不一，山坡上一般厚1m~3m，河谷中最厚可達50余米。

圖1 齊 大山鐵礦床地質(zhì)簡圖

齊大山鐵礦區(qū)含礦地層為一走向300°～340°的單斜構(gòu)造。傾向南西，傾角在70°～90°，局部倒轉(zhuǎn)。本礦區(qū)斷裂構(gòu)造發(fā)育，且具多期性特征，由于多期性、繼承性和疊加作用影響。包括北北西向走向斷裂、北東向及東西向橫斷裂，其時代應(yīng)早于遼河群或大規(guī)?；旌蠋r化作用之前。北北東向斜交斷裂晚于遼河群，但其上限不清。除斷裂構(gòu)造外本區(qū)地層沿走向、傾向兩個方向都顯示出舒緩波狀的褶皺。

礦床的西側(cè)，分布有本區(qū)最古老的花崗巖（鐵架山花崗巖）。礦床的東側(cè)，大面積出露有新太古宙花崗巖（弓長嶺花崗巖，也曾稱為齊大山花崗巖），遠離礦體的區(qū)域，巖石呈淡紅色，花崗變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。礦物成分主要為微斜長石、奧長石、鈉長石、石英，次要礦物為白云母、磁鐵礦、鋯石、磷灰石等。礦區(qū)內(nèi)見閃長巖、閃長玢巖、輝綠巖等脈巖。

2 齊大山鐵礦富礦圍巖的礦物學(xué)特征

本區(qū)富鐵礦體的兩側(cè)或一側(cè)均發(fā)育有以綠泥石為主的圍巖蝕變，總的看來二者呈正相關(guān)[4，5]，一般情況下富鐵礦發(fā)育處必有蝕變巖石發(fā)育。蝕變巖呈現(xiàn)脈狀、似層狀、皮殼狀依附于富鐵礦體的周圍，主要以綠泥石巖或綠泥片巖為主，綠泥石化與富鐵礦關(guān)系密切，分布也最為廣泛，從富鐵礦體向外可見富鐵礦體—綠泥片巖—石英綠泥巖—混合巖化巖的蝕變分帶。主要蝕變巖石的礦物特征如下所示。

綠泥片巖：由綠泥石蝕變而形成的綠泥片巖呈綠色，片理發(fā)育，組成礦物中大多為綠泥石（圖2 A）。此外，還含有少量石英、白云母、磁鐵礦和黃鐵礦。

石英綠泥巖：分布在蝕變帶的外緣，處于蝕變強的綠泥片巖與混合巖化巖石之間。和綠泥片巖相比較，片理發(fā)育程度差，組成礦物主要是綠泥石和石英，二者含量大致相同（圖2 B）。此外還含有少量磁鐵礦、絹云母、黃鐵礦。局部可見白云母和黑云母，偶見電氣石。

圖2 齊大山富鐵礦蝕變圍巖顯微圖片。A-綠泥片巖（單偏光）；B-石英綠泥巖（單偏光）。

3 齊大山鐵礦富礦圍巖的地球化學(xué)特征

本文對獲取的貧鐵礦（QD-1-1、QD-1-12、QD-2-16）、富鐵礦（QD-2-3）及其圍巖（QD-1-7、QD-2-5~QD-2-8，巖性為綠泥石英片巖和綠泥片巖）進行了全巖和稀土分析。測試單位是廣州澳實分析檢測有限公司，全巖采用P61-XRF26s化驗分析（硼酸鋰—硝酸鋰熔融，XRF定量），稀土元素采用M61-MS81化驗分析（堿熔+酸消解，等離子質(zhì)譜/光譜定量）。

鐵礦石稀土元素測試結(jié)果顯示：貧鐵礦石LRee/HRee平均為2.82，富鐵礦石LRee/HRee為3.98，說明輕稀土元素相對富集，重稀土相對虧損。經(jīng)標準化后（圖3a），貧鐵礦和富鐵礦石均呈現(xiàn)輕稀土元素相對虧損，重稀土相對富集的左傾型稀土配分模式。貧鐵礦中δeu為2.67~2.74（平均2.70），具有明顯eu正異常，δCe為0.88~0.90（平均0.90），無明顯正負異常，這與海底噴氣沉積產(chǎn)物的正銪異常、鈰異常不明顯的特征一致。富鐵礦中δeu為1.17，具有弱eu正異常，Ce為0.94，無明顯正負異常,。

圍巖稀土元素測試結(jié)果顯示：貧鐵礦圍巖LRee/HRee為2.03，富鐵礦圍巖LRee/HRee平均為2.41，說明輕稀土元素相對富集，重稀土相對虧損。經(jīng)標準化后（圖3b），貧鐵礦和富鐵礦圍巖均呈現(xiàn)輕稀土元素相對虧損，重稀土相對富集的左傾型稀土配分模式。貧鐵礦圍巖中δeu為0.04，具有很強eu負異常，δCe為0.91，無明顯正負異常。富鐵礦圍巖中δeu為0.21~0.51（平均0.37），具有較強eu負異常，δCe為0.94，無明顯正負異常。

圖3 齊大山礦石（a）與圍巖（b）稀土元素原始地幔標準化蜘蛛網(wǎng)

從稀土元素分析可看出，富鐵礦和貧鐵礦具有相似的稀土配分模式，配分曲線為輕稀土相對虧損的左傾型，以eu正異常為主，Ce無明顯正負異常，并且從貧鐵礦石到富磁鐵礦石，稀土元素總量呈逐漸上升趨勢，說明富鐵礦是由熱液鐵質(zhì)活化貧鐵礦再富集形成的，成礦熱液在帶走Fe2+的同時也將大部分稀土元素一起遷移并富集在一起，因此富鐵礦石繼承了貧鐵礦石的稀土元素配分模式和 eu 正異常。但是富鐵礦eu正異常明顯低于貧鐵礦，推測造成這種現(xiàn)象的原因一方面是因為偏還原性的成礦熱液在遷移稀土元素時，將eu3+還原為eu2+，而在二eu2+性質(zhì)與其他三價的Ree元素發(fā)生分離，出現(xiàn)異常行為。另一方面可能是因為成礦熱液再富集形成富鐵礦時，與具有較強eu負異常的圍巖相互作用，使得富鐵礦eu正異常弱于貧鐵礦。貧鐵礦圍巖和富鐵礦圍巖具有相似的稀土分配模式，配分曲線為輕稀土相對虧損的左傾型，以eu負異常為主，Ce無明顯正負異常，但富鐵礦圍巖eu負異常明顯低于貧鐵礦圍巖，這可能是具有較強eu正異常的成礦溶液再富集形成富鐵礦時，與具有較強eu負異常的圍巖相互作用，造成富鐵礦圍巖的eu異常弱于貧鐵礦圍巖。

因此，結(jié)合前人研究成果和本文稀土元素的分析可推測[6,7]，貧鐵礦圍巖很可能是與BIF形成有關(guān)的區(qū)域變質(zhì)成因，而富鐵礦蝕變圍巖則是與富鐵礦形成有關(guān)的熱液成因。

4 結(jié)論

（1）富鐵礦是由熱液鐵質(zhì)活化貧鐵礦再富集形成的，成礦熱液在帶走Fe2+的同時也將大部分稀土元素一起遷移并富集在一起，因此富鐵礦石繼承了貧鐵礦石的稀土元素配分模式和 eu 正異常。

（2）富鐵礦圍巖eu負異常明顯低于貧鐵礦圍巖，這可能是具有較強eu正異常的成礦溶液再富集形成富鐵礦時，與具有較強eu負異常的圍巖相互作用，造成富鐵礦圍巖的eu異常弱于貧鐵礦圍巖。

（3）結(jié)合前人研究成果和本文稀土元素的分析可推測，貧鐵礦圍巖很可能是與BIF形成有關(guān)的區(qū)域變質(zhì)成因，而富鐵礦蝕變圍巖則是與富鐵礦形成有關(guān)的熱液成因。