張志 張承帥

1.中國地質(zhì)大學(xué)，北京 100083

2.中國地質(zhì)調(diào)查局發(fā)展研究中心，北京 100037

3.中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所，北京 100037

我國鐵礦類型齊全，其中條帶鐵建造型(BIF)鐵礦是我國最重要的鐵礦類型，其儲量占我國鐵礦總儲量的50%以上(Li et al.，2013a，b;Zhang et al.，2014a)，在我國經(jīng)濟建設(shè)中占有非常重要的地位，但品位低。矽卡巖型鐵礦在我國廣泛分布，雖然其儲量小，但因其品位高，是我國重要的富鐵礦來源，供應(yīng)我國60%以上的富鐵礦礦石(Zhang et al.，2014b)，因此該類型鐵礦研究引起很多學(xué)者的興趣。馬坑鐵(鉬)礦是閩西南地區(qū)一個大型鐵多金屬礦床，20世紀50年代發(fā)現(xiàn)，1999年以后才對該礦床大規(guī)模開采，目前是我國東南沿海地區(qū)最重要的鐵礦生產(chǎn)基地。馬坑鐵(鉬)礦具明顯層控特點(趙一鳴等，1983)，許多學(xué)者對該礦床的地質(zhì)特征、構(gòu)造、礦床地球化學(xué)以及礦物學(xué)等做了研究(趙一鳴等，1983，1990;韓發(fā)和葛朝華，1983;李萌清和陳偉十，1982;薛虎和梁士奎，1982;陳述榮等，1985;劉勁鴻，1993)，但是主要集中在對礦床地質(zhì)的基本特征描述上;趙一鳴等(1980a)、韓發(fā)和葛朝華(1983)、劉勁鴻(1993)對礦區(qū)內(nèi)矽卡巖礦物學(xué)開展了一些研究，但僅限于含氯角閃石和輝石。礦床的成因存在著多種爭論，海相火山沉積-熱液改造型觀點認為鐵礦的鐵質(zhì)來源與海相火山作用密切相關(guān)(韓發(fā)和葛朝華，1983);陸源沉積-熱液改造型觀點認為鐵質(zhì)源于陸源，主要是鐵豐度高的泥盆紀基底巖系，經(jīng)過長期陸相風化預(yù)富階段，海相沉積成礦階段，后期熱液改造階段形成(陳躍升，2002，2010);層控鈣矽卡巖型觀點認為與成礦有關(guān)的巖漿巖為大洋-莒舟花崗巖和輝綠巖侵入體，礦床的控礦層位主要在黃龍組(C2h)的貧鎂碳酸鹽巖層，鐵礦大多產(chǎn)于外矽卡巖帶中(趙一鳴等，1983)。礦區(qū)內(nèi)矽卡巖廣泛出露，并與鐵礦密切共生是不容否認的事實，因此研究矽卡巖特征及其與鐵礦床的關(guān)系是解決礦床成因的關(guān)鍵。鑒于此，本文擬通過對馬坑鐵礦床中的矽卡巖礦物成分和礦物分帶現(xiàn)象進行系統(tǒng)研究，以期為進一步研究該礦床的成礦機制提供依據(jù)。

1 成礦地質(zhì)背景

馬坑鐵(鉬)礦床所處的大地構(gòu)造位置是華夏古陸永(安)-梅(縣)晚古生代拗陷，其西側(cè)、北側(cè)為分別武夷隆起和閩北隆起，東側(cè)是閩東中新生代火山斷陷帶(圖1;趙一鳴等，1983;韓發(fā)和葛朝華，1983)。區(qū)內(nèi)地層除志留紀及早泥盆世地層缺失外，其它時代地層均有發(fā)育，根據(jù)地層巖性、巖相、成巖環(huán)境的差異可分為三大巖系:1)前泥盆紀基底巖系，以震旦紀-早古生代中淺變質(zhì)巖系為主，總體上為一套深海-淺海相環(huán)境下形成的巨厚陸屑沉積、火山復(fù)理石建造;2)晚泥盆世-中三疊世蓋層巖系，主要呈NE向分布于晚古生代拗陷帶內(nèi)，為一套淺海、濱海相、海陸交互相及陸相環(huán)境下的產(chǎn)物;3)中新生代陸相碎屑巖及火山噴發(fā)和火山沉積巖，其中中侏羅世-晚白堊世主要表現(xiàn)為強烈的塊斷運動，伴隨頻繁的巖漿噴發(fā)和侵入活動，為研究區(qū)的成礦奠定了良好的基礎(chǔ)(吳凎國等，2000;毛建仁等，2002)。

本區(qū)內(nèi)侵入巖以印支期和燕山期花崗巖為主，呈巖基、巖株或巖床產(chǎn)出。此外，還發(fā)育各類脈巖，包括輝綠巖、閃長玢巖、酸性斑巖類以及細?；◢弾r等。區(qū)內(nèi)已知大小鐵礦床(點)共有數(shù)十處，其中大型鐵礦1處(馬坑)、中型鐵礦3處，鐵礦儲量占福建全省的95%以上(謝家亨等，1986①謝家亨，許超南，王文桂.1986.福建省龍巖市馬坑鐵礦床地質(zhì)特征及成礦地質(zhì)條件，礦產(chǎn)專著-黑色金屬礦產(chǎn)(14))。本區(qū)鐵礦主要分布在永定-龍巖-大田成礦帶，特別是集中于北東東向陽山-蕉嶺深斷裂帶兩側(cè)或與東西向大斷裂交匯處，如馬坑、中甲、洛陽、潘田、陽山、鐵山嶂、鐵坑坳等主要鐵礦均處于上述地段。

圖1 閩西南鐵礦成礦區(qū)地質(zhì)略圖(據(jù)趙一鳴等，1983修改)1-上泥盆統(tǒng)-中三疊統(tǒng);2-其他時代地層;3-燕山期花崗巖;4-印支期花崗巖;5-加里東基底拗陷帶;6-鐵礦床;7-多金屬礦床;8-背斜軸;9-向斜軸;10-主要斷裂Fig.1 The map showing the regional geology and the distribution of major Fe-polymetallic ore deposits in the southeastern Fujian Province(modified after Zhao et al.，1983)1-strata of Upper Devonian to Middle Triassic;2-strata of the other times;3-Yanshanian magmatic rock;4-Indosinian magmatic rock;5-Caledonian rifted depression;6-iron ore deposit;7-polymetallic deposit;8-the axial plane of the anticline;9-the axial plane of the syncline;10-main fault

圖2 馬坑鐵(鉬)礦床地質(zhì)簡圖(據(jù)趙一鳴等，1990修改)1-下二疊統(tǒng)加福組砂質(zhì)頁巖;2-下二疊統(tǒng)文筆山組頁巖;3-上石炭統(tǒng)黃龍組灰?guī)r-下二疊統(tǒng)棲霞組灰?guī)r;4-下石炭統(tǒng)林地組石英砂巖;5-奧陶-志留系變質(zhì)砂巖、粉砂巖;6-輝長-輝綠巖;7-莒舟花崗巖;8-矽卡巖;9-褐鐵礦體;10-背斜;11-向斜;12-正斷層;13-逆斷層;14-隱伏礦體地表投影界線;15-勘探線;16-鉆孔Fig.2 Simplified geologic map of the Makeng Fe-Mo deposit(modified after Zhao et al.，1990)1-sandy shale of Lower Permian Jiafu Formation;2-shale of Lower Permian Wenbishan Formation;3-limestone of Lower Permian Qixia Formation to Lower Carboniferous Huanglong Formation;4-quartz sandstone of Lower Carboniferous Lindi Formation;5-metamorphic sandstone and siltstone of Ordovician-Silurian;6-gabbro-diabase;7-granite;8-skarn;9-limonite orebody;10-anticline;11-syncline;12-normal fault;13-thrust fault;14-outline of concealed orebody projected on the surface of the earth;15-prospecting line;16-drill hole

2 礦床地質(zhì)特征

礦區(qū)內(nèi)主要出露上古生代地層，自下而上巖性可分為三個組成部分，下部為粉砂巖、石英巖、凝灰質(zhì)砂巖組合，屬于下石炭統(tǒng)林地組(C1l)頂部和上石炭統(tǒng)黃龍組(C2h)下部;中部為大理巖、大理巖化灰?guī)r、條帶狀灰?guī)r組合，屬于上石炭統(tǒng)黃龍組(C2h)、船山組(C2c)和下二疊統(tǒng)棲霞組(P1q);上部為泥巖和粉砂巖組合，屬于下二疊統(tǒng)文筆山組(P1w)至加福組(P1j)底部。

區(qū)內(nèi)主要構(gòu)造為一背斜——馬坑背斜，礦體位于馬坑背斜的北西翼，總體形態(tài)為一單斜構(gòu)造，發(fā)育次一級背斜褶皺及斷裂構(gòu)造。褶皺和斷裂主要為北東向，次為北西向(圖2)。該區(qū)燕山期逆沖推覆構(gòu)造與Izanagi板塊自南東向北西方向向歐亞板塊之下俯沖作用有關(guān)，對馬坑鐵礦具有重要的控礦作用(狄永軍等，2012)。

礦區(qū)出露巖體為莒舟花崗巖和大洋花崗巖。其中莒舟巖體位于礦區(qū)東部，呈北北東向展布，出露面積23km2;大洋巖體位于礦區(qū)西部，呈南北向展布，出露面積28km2，二者在地表相距僅1km，馬坑鐵礦位于其間。大洋和莒舟巖體分異明顯，相帶發(fā)育，北部出露黑云母正長花崗巖巖相(中粗?；◢徑Y(jié)構(gòu))，南部為微斜長石花崗巖相(中細?；◢徑Y(jié)構(gòu))。這兩個巖體的巖石學(xué)、礦物學(xué)和巖石化學(xué)等特征非常相似(張承帥等，2012a，c)，礦區(qū)深部鉆孔已經(jīng)遇到花崗巖，說明這兩個巖體在深部可能是相連的。但是大洋花崗巖的黑云母正長花崗巖LA-ICP-MS鋯石年齡為144.8±0.9Ma、微斜長石花崗巖的LA-ICP-MS鋯石年齡127.5±0.4Ma(張承帥等，2012a，b)、莒舟花崗巖體單顆粒鋯石U-Pb年齡為136Ma和133.9Ma、黑云母39Ar-40Ar年齡為 132.3Ma(毛建仁等，2006)，因此莒舟-大洋花崗巖為一復(fù)式巖體。

輝綠巖在礦區(qū)分布較廣，地表出露部分以北東向為主，次為北西向，明顯受北東向和北西向二組斷裂控制。在剖面上多為似層狀，部分可見呈穩(wěn)定的層狀延伸，分布受斷裂和褶皺構(gòu)造控制。早期輝綠巖與鐵礦體關(guān)系密切，與矽卡巖、磁鐵礦緊密伴生，部分就是礦體的頂?shù)装鍑鷰r，多遭受不同程度的褪色蝕變、綠泥石化等，并普遍遭受輝鉬礦化;晚期輝綠巖外貌以深綠灰色為主，有時錯斷礦體。

馬坑鐵礦主礦體為一大型隱伏似層狀礦體，產(chǎn)于莒舟-大洋花崗巖體外接觸帶上石炭統(tǒng)黃龍組(C2h)、船山組(C2c)厚層大理巖化灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r與下石炭統(tǒng)林地組(C1l)石英砂巖、粉砂巖、凝灰質(zhì)砂巖之間的構(gòu)造破碎帶中。礦體走向與巖層走向基本一致，呈北東-南西向，傾向北西，傾角25°～45°，在斷層帶附近傾角增大(圖3)。礦體長3000m，延伸100～1200m，厚10～100m。礦體相對埋深80～600m不等，由北東向南西礦體埋藏由淺變深。在有的地段，由于地層褶皺和層間破碎，在背斜鞍部造成虛脫，是成礦有利位置，形成厚大礦體(趙一鳴等，1990)。

馬坑鐵(鉬)礦的圍巖交代蝕變現(xiàn)象十分顯著，矽卡巖是礦區(qū)最普遍的蝕變巖，以鈣矽卡巖為主，可分為石榴子石矽卡巖、輝石矽卡巖等，伴以強烈的磁鐵礦化，還有與鉛、鋅礦化較密切的錳質(zhì)鈣矽卡巖;主礦體底板碎屑巖中發(fā)育強烈硅化。后期熱液蝕變廣泛，常疊加在早期矽卡巖上，其中比較重要的有含氯角閃石化、螢石化、絹云母化、輝鉬礦化和硅化等(趙一鳴等，1990)。

原生礦石以透輝石磁鐵礦、石榴子石磁鐵礦、石英磁鐵礦為主，其中石榴子石磁鐵礦一般分布在主礦體上部，石英磁鐵礦分布在下部。礦石主要金屬礦物為磁鐵礦，次為黃鐵礦、輝鉬礦、閃鋅礦，非金屬礦物以透輝石、石榴子石、石英為主，次為方解石、含氯角閃石、金云母、符山石、黑柱石、鉀長石，礦石構(gòu)造主要為致密塊狀、斑雜狀，次為條紋狀、角礫、網(wǎng)脈狀等，礦石結(jié)構(gòu)常見交代殘余結(jié)構(gòu)、似海綿隕鐵結(jié)構(gòu)。

圖3 馬坑鐵(鉬)礦床61線剖面圖(據(jù)趙一鳴等，1990修改)1-下二疊統(tǒng)加福組砂質(zhì)頁巖;2-下二疊統(tǒng)文筆山組頁巖;3-上石炭統(tǒng)黃龍組灰?guī)r-下二疊統(tǒng)棲霞組灰?guī)r;4-下石炭統(tǒng)林地組石英砂巖;5-輝長-輝綠巖;6-矽卡巖;7-礦體;8-花崗巖(左側(cè)大洋，右側(cè)莒舟);9-斷層;10-鉆孔Fig.3 No.61 prospecting line geological cross section of Makeng Fe-Mo deposit(modified after Zhao et al.，1990)1-sandy shale of Lower Permian Jiafu Formation;2-shale of Lower Permian Wenbishan Formation;3-limestone of Lower Permian Qixia Formation to Lower Carboniferous Huanglong Formation;4-quartz sandstone of Lower Carboniferous Lindi Formation;5-gabbro-diabase;6-skarn;7-orebody;8-granites;9-fault;10-drill hole

圖4 馬坑鐵(鉬)礦典型石榴子石礦物(a)-棕紅色鈣鐵榴石，MK99;(b)-具環(huán)帶結(jié)構(gòu)的石榴子石(正交偏光);(c)-淺綠色鈣鋁榴石，MK99;(d)-自形石榴子石顆粒，MK99(單偏光);(e)-磁鐵礦與石榴子石、透輝石構(gòu)成海綿隕鐵結(jié)構(gòu)(單偏光);(f)-靠近大理巖的石榴子石磁鐵礦，被晚期石榴子石脈穿插.Adr-鈣鐵榴石;Di-透輝石;Cal-方解石;Grs-鈣鋁榴石;Grt-石榴子石;Mb-大理巖;Mt-磁鐵礦Fig.4 Typical garnet minerals of the Makeng Fe-Mo deposit(a)-dark brown andradite，MK99;(b)-zonal texture garnet(under transmitted light);(c)-greenish grossular garnet，MK99;(d)-euhedral garnet(under transmitted light)，MK99;(e)-euhedral garnets and diopsides with interstitial magnetite;(f)-garnet-magnetites next to the mable，cut through by the garnet vein of second stage.Adr-andradite;Di-diopside;Cal-calcite;Grs-grossular;Grt-garnet;Mb-mable;Mt-magnetite

本礦床成礦作用主要發(fā)生在矽卡巖階段。矽卡巖階段的礦物主要有透輝石、石榴子石、符山石，該階段的后期有少量磁鐵礦產(chǎn)出，有的矽卡巖晚于磁鐵礦，例如在石榴子石磁鐵礦內(nèi)可見到晚期的鈣鐵榴石脈，偶見穿插，說明矽卡巖的生成是多期的;矽卡巖退化蝕變階段的礦物主要有含氯角閃石、透閃石、綠簾石、綠泥石、金云母和大量石英等，這些礦物充填交代早階段矽卡巖礦物，同時形成大量磁鐵礦，是最重要的礦化階段。

表1 樣品描述及采樣位置Table 1 Description sampling location of test samples

3 樣品分析

本次分析的樣品主要采自馬坑礦區(qū)+420～+200m中段內(nèi)主礦體附近的坑道平硐內(nèi)，所測樣品的取樣位置、巖礦石名稱、礦物組成等見表1。所采集的樣品磨制成探針片，在室內(nèi)詳細的顯微鏡鑒定的基礎(chǔ)上，從代表性的樣品中挑選輝石、石榴子石、角閃石、綠泥石和云母等礦物，在中國地質(zhì)大學(xué)(北京)地學(xué)實驗中心進行電子探針分析。儀器為日本島津公司生產(chǎn)的EPMA-1600型電子探針，配有高穩(wěn)定的電子光學(xué)系統(tǒng)、真空系統(tǒng)及高精度機械系統(tǒng)，EDAX公司生產(chǎn)的Genesis能譜儀以及波譜儀WDS。元素分析范圍5B-92U，電子束流穩(wěn)定性好于1.5×10－3/h，加速電壓25kV;電流4.5nA;束斑小于1μm;修正方法ZAF;標準樣品是美國SPI公司53種礦物。礦物中各元素占位與端元成分計算采用Minpet2和Geokit軟件(Richard，1995;路遠發(fā)，2004)處理。

圖6 馬坑鐵(鉬)礦床中典型輝石類礦物(a)-石榴子石透輝石矽卡巖，MK40;(b)-具輝石式解理的透輝石(單偏光)，MK40;(c)-鈣鐵輝石交代透輝石(單偏光)，MK43;(d)-鈣鐵輝石交代石榴子石，MK17;(e)-靠近大理巖的薔薇輝石;(f)-薔薇輝石顯微照片(單偏光)，MK101.Di-透輝石;Grt-石榴子石;Hd-鈣鐵輝石;Rdn-薔薇輝石Fig.6 Typical pyroxene minerals of the Makeng Fe-Mo deposit(a)-garnet-diopside skarn，MK40;(b)-diopside with pyroxenic cleavage(under transmitted light)，MK40;(c)-diopside replaced by greenish hedenbergite(under transmitted light)，MK43;(d)-garnet replaced by hedenbergite(under transmitted light)，MK17;(e)-rhodonite;(f)-micrograph of rhodonite，(under transmitted light)，MK101.Di-diopside;Grt-garnet;Hd-hedenbergite;Rdn-rhodonite

4 矽卡巖礦物學(xué)分析

4.1 石榴子石

石榴子石明顯形成于二個時期。早期石榴子石形成于磁鐵礦化之前或近于同時形成，與磁鐵礦、螢石等礦物形成平行條帶結(jié)構(gòu)，呈淺肉紅色或淺綠色(圖4a，c，e)，單偏光鏡下多為褐色、紅褐色，極高正突起，無解理，偶見異常干涉色，多呈自形-半自形，粒度不一，粗粒粒徑在0.2～1.0mm之間，細粒粒徑近于0.05mm，以鈣鐵榴石和鈣鋁榴石為主(圖4b-d)。粗粒石榴子石環(huán)帶結(jié)構(gòu)比較發(fā)育，反映了石榴子石形成時物理化學(xué)條件的改變和石榴子石的形成經(jīng)歷了較長的時間。晚期石榴子石呈細脈狀穿插交代早期矽卡巖礦物和磁鐵礦，呈淺肉紅色，顆粒較細，以鈣鐵榴石為主(圖4f)。

馬坑鐵礦中石榴子石的電子探針分析結(jié)果見表2。計算得出的石榴石的端元組分如圖5所示，鈣鐵榴石端元含量變化范圍為7.82% ～93.58%，平均61.01%，鈣鋁榴石端元含量變化范圍為1.77%～82.74%，平均30.88%。由探針數(shù)據(jù)分析可知，石榴子石屬于鈣鋁-鈣鐵榴石系列，以鈣鐵榴石為主，而且TFe含量較高，鈣鋁榴石相對較少，較純的鈣鋁榴石(鈣鐵榴石＜15%)多在無礦矽卡巖中見到(圖4c)。

表2 馬坑鐵(鉬)礦床石榴子石電子探針分析結(jié)果(wt%)及端元組分Table 2 Electron microprobe analyses(wt%)，ion proportions and end members of the representative garnet form the Makeng Fe-Mo deposit

4.2 輝石

輝石是矽卡巖的重要組成礦物(圖6a)，多具有較好的晶形和輝石式解理(圖6b)，從表3中可知，SiO2變化范圍為47.09% ～56.33%，CaO為 19.70% ～25.70%，MgO為0.44% ～17.54%，TFe變化范圍為0.94% ～24.78%，屬于鈣鐵輝石-透輝石系列，主要包括透輝石、次透輝石和鈣鐵輝石，也含少量錳鈣輝石。根據(jù)表3，對馬坑鐵礦床的輝石進行Q-J圖解(圖7)，可知馬坑鐵礦床中輝石均屬于Ca-Mg-Fe輝石類，具有非常低的J值，表明他們富Ca+、Mg+、Fe2+，而貧Na。與鐵礦有關(guān)的輝石可分類兩大類:一類是透輝石，另一類是鈣鐵輝石(圖8)。透輝石的組分變化在2.50% ～96.60%之間，鈣鐵輝石的含量在2.90% ～81.20%之間(圖9)。早期矽卡巖化階段生成的透輝石應(yīng)是在相當長的時間范圍內(nèi)晶出的，粒度比較細，單偏光鏡下多為無色，高正突起，輝石式解理，多呈半自形-他形粒晶，致密塊狀構(gòu)造，與石榴子石和磁鐵礦共生(圖6e)。鈣鐵輝石含錳較高，可達12.17%，從輝石成分三角圖可以看出，一部分樣品已落在錳鈣鐵輝石區(qū)內(nèi)。在薄片和手標本中能見到淺綠色鈣鐵輝石

圖7 馬坑鐵礦床輝石Q-J圖解(據(jù)Morimoto，1989)Q=Ca+Mg+Fe2+;J=2NaFig.7 Diagram showing the relation between Ca+Mg+Fe2+and 2Na in the pyroxenes from the Makeng iron deposit(after Morimoto，1989)

圖8 Ca-Mg-Fe輝石命名(據(jù)Morimoto，1989)Fig.8 Diagram showing the nomenclature of Ca-Mg-Fe clinopyroxenes(after Morimoto，1989)

圖9 馬坑鐵礦床輝石端元組分圖解Fig.9 Compositions of pyroxene from the Makeng iron deposit

圖10 馬坑鐵礦矽卡巖中似輝石的成分三角圖(底圖據(jù)趙一鳴等，1997)Fig.10 Compositional triangular diagram of pyroxenoids from Makeng iron deposit(after Zhao et al.，1997)

馬坑鐵礦還有似輝石產(chǎn)出，多產(chǎn)于礦體邊緣或上部的礦化矽卡巖中，在MnSiO3-FeSiO3-CaSiO3三角圖落在鈣薔薇輝石和薔薇輝石區(qū)內(nèi)(圖10)。鈣薔薇輝石常呈纖維狀、放射狀集合體，顯淡粉色或淺褐色，風化面為灰褐色(圖6f)?；瘜W(xué)成分的特點如下(表4):MnO的含量較高(27.23% ～40.27%)，而CaO的含量相應(yīng)減少(8.20% ～19.58%)，并含一定量FeO(2.52% ～3.1%)，說明MnO、FeO主要是呈類質(zhì)同象替代了CaO。薔薇輝石常與鈣薔薇輝石共生，它的端元組成為(74.9%MnSiO3，5.8%FeSiO3，19.3%CaSiO3)，與柿竹園錳質(zhì)矽卡巖中薔薇輝石(72% ～81%MnSiO3，9% ～15%FeSiO3，9% ～17%CaSiO3)的成分相當(毛景文等，1994，1998)。

4.3 角閃石、綠泥石和云母

早期矽卡巖形成后在熱液流體作用下通常遭受強烈的角閃石化、硅化、綠泥石化，以石英、綠泥石、綠簾石和角閃石為主(圖11a-f)。

表4 馬坑鐵礦床似輝石電子探針分析結(jié)果(wt%)及端元組分Table 4 Electron microprobe analyses(wt%)，ion proportions and end members of the representative pyroxenoids form the Makeng iron deposit

圖11 馬坑鐵礦典型角閃石和綠泥石礦物(a)-放射狀陽起石;(b)-陽起石(單偏光)，MK29;(c)-發(fā)生角閃石化的輝綠巖(單偏光)，MK123;(d)-退化蝕變(綠泥石和角閃石化)石榴子石矽卡巖，2-26;(e)-退色蝕變(綠泥石和角閃石化)石榴子石(單偏光)，樣品2-26;(f)-綠泥石化和白云母化的碎屑巖(單偏光)，MK85.Am-角閃石;Chl-綠泥石;Grt-石榴子石Fig.11 Typical amphibole and chlorite minerals of the Makeng iron deposit(a)-radial actinolite;(b)-actinolite(under transmitted light)，MK29;(c)-amphibolization in diabase(under transmitted light)，MK123;(d，e)-retrograde minerals(amphibole and chlorite)in garnet，2-26;(f)-choritization and muscovitization in clasolite(under transmitted light)，MK85.Am-amphibole;Chl-chlorite;Grt-garnet

角閃石較常見，可與磁鐵礦緊密伴生，組成角閃石-磁鐵礦，也可交代早期的矽卡巖礦物。鏡下呈綠色-黃褐色，具有典型的角閃石式解理，呈自形晶或他形晶沿輝石解理和石榴子石晶體間隙分布(圖11e)，電子探針分析結(jié)果見表5。根據(jù)Leake(1978)、Leake et al.(1997)分類，所測角閃石多為鈣角閃石亞類(圖12a)，角閃石類型以鐵、鎂閃石和陽起質(zhì)透閃石為主(圖12b)。角閃石種屬與被交代矽卡巖和圍巖巖性有關(guān)，例如交代蝕變矽卡巖磁鐵礦(樣品2-26，MK87，見表1)等形成的角閃石多為鐵閃石。另外，含氯角閃石是礦區(qū)常見的一種較特殊的鐵角閃石(趙一鳴等，1980b)，多見于輝綠巖的接觸帶矽卡巖和磁鐵礦中，氯可能對鐵質(zhì)的萃取、搬運起了積極作用(張招崇等，2014)。

綠泥石呈深綠色，半自形-他形晶，粒度較小，主要沿石榴子石和透輝石解理分布(圖11d)，表明形成于較晚階段。電子探針分析結(jié)果見表6，顯示出其成分分析結(jié)果不是很理想，可能是由于綠泥石顆粒細小，分析過程中電子探針信號不穩(wěn)定，但也能夠半定量地反映出綠泥石具有富Fe(TFe=20.99%)的特征，暗示熱液流體演化至晚期仍然含鐵。礦區(qū)內(nèi)云母含量較少，常是碎屑巖內(nèi)長石質(zhì)成分受熱液蝕變形成的絹云母，電子探針分析顯示其成分具有富鐵特征，F(xiàn)e/(Fe+Mg)為0.29～0.43。礦區(qū)局部地段也可見金云母，常與磁鐵礦伴生，形成可能與灰?guī)r地層中存在白云質(zhì)灰?guī)r透鏡體有關(guān)(趙一鳴等，1983)。

5 矽卡巖分帶

馬坑主礦體賦存于莒舟-大洋花崗巖體外接觸帶黃龍組灰?guī)r和林地組碎屑巖層間構(gòu)造破碎帶中，是一個大型接觸滲

濾型磁鐵礦床(趙一鳴等，1983)。由于成礦前輝綠巖脈、凝灰質(zhì)粉砂巖的存在和成礦后晚期輝綠巖的穿插破壞，使矽卡巖分帶變得復(fù)雜化，但是總的趨勢仍然存在:即主礦體底部一般是強烈硅化或鉀化、黑云母化或絹云母化的碎屑巖或輝綠閃長巖類，主礦體下部有的地段有較多石英磁鐵礦存在，一般主要為透輝石次透輝石矽卡巖，并伴有強烈的磁鐵礦化;往上石榴石矽卡巖增多，且多為鈣鐵榴石，磁鐵礦化強度漸趨減弱，輝鉬礦化逐漸增強。主礦體上部或邊部的灰?guī)r中常見含錳質(zhì)矽卡巖，多伴隨閃鋅礦化(趙一鳴等，1980a)。隨著礦床的開采，上部礦體在水平方向上(底板至頂板方向)也出現(xiàn)明顯的分帶性:石英巖-主礦體(磁鐵礦±透輝石)-石榴子石矽卡巖(±浸染磁鐵礦和透輝石)-大理巖。

圖12 馬坑鐵礦床角閃石分類圖解(a，據(jù)Leake，1978;b，據(jù)Leake et al.，1997)Fig.12 Classification of amphiboles from the Makeng iron deposit(a，after Leake，1978;b，after Leake et al.，1997)

表6 綠泥石和云母探針分析結(jié)果(wt%)Table 6 The EPMA analyses of chlorite and mica(wt%)

圖13 馬坑鐵礦輝綠巖蝕變分帶實例Fig.13 Zonation example of diabase in Makeng deposit

在巷道和采場中能觀察到各種局部性矽卡巖分帶，例如圖13趕山坑400m水平4#穿脈內(nèi)一輝綠巖蝕變分帶剖面示意圖，甚至在一些手標本上也能看出。例如侵入灰?guī)r中輝綠巖本身的矽卡巖化和褪色蝕變現(xiàn)象就很普遍(圖14a，b)，這類矽卡巖多呈脈狀交代輝綠巖，形成滲濾型矽卡巖，兩側(cè)出現(xiàn)矽卡巖化，因此往往具有對稱分布的特點，有時呈網(wǎng)脈狀交代輝綠巖，矽卡巖內(nèi)見少量閃鋅礦(圖14c)。輝綠巖的矽卡巖化多伴隨磁鐵礦化(圖14d)，也出現(xiàn)分帶趨勢:輝綠巖-蝕變輝綠巖-石榴子石矽卡巖+磁鐵礦-大理巖。褪色輝綠巖外表呈灰白色，是輝綠巖蝕變交代的產(chǎn)物，有時候能見輝鉬礦浸染狀分布在褪色輝綠巖(圖14e)，說明鉬礦化和輝綠巖的蝕變發(fā)生在同時代。在薄片中，褪色輝綠巖仍保持原巖的輝綠結(jié)構(gòu)，但是礦物成分卻發(fā)生了很大變化，主要為透輝石和斜長石，趙一鳴等(1983)將其命名為透輝石-斜長石交代巖。石榴子石和磁鐵礦相間排列形成同心環(huán)狀結(jié)構(gòu)(圖14f)，這種現(xiàn)象是自組織結(jié)構(gòu)的一個證據(jù)。

6 討論

6.1 礦床成因類型探討

盡管前人對于礦床成因有不同的認識，但是廣泛發(fā)育的矽卡巖及退化蝕變巖是一個客觀存在的事實。與常見的矽卡巖不同，馬坑礦床中的矽卡巖并不是花崗巖或輝綠巖類與碳酸鹽巖直接接觸交代而成，而是由來自巖漿的流體沿灰?guī)r與碎屑巖之間層間構(gòu)造破碎帶交代灰?guī)r而形成(趙一鳴等，1980a，1983)。但是其矽卡巖礦物組合與通常所見的鈣質(zhì)矽卡巖大致相同，首先形成石榴子石、輝石等礦物組合，接著先后發(fā)生以角閃石和綠泥石為代表的退化蝕變作用。

Einaudi et al.(1981)、Meinert et al.(2005)研究認為，與矽卡巖型礦床有關(guān)的輝石主要為透輝石-鈣鐵輝石系列，一般鈣鐵輝石能占輝石總數(shù)的80%以上，其他種類輝石常少于10%。雖然馬坑鐵礦床中矽卡巖的形成位置與通常所見的矽卡巖礦床不同，但是它的矽卡巖組分與一般矽卡巖沒有明顯的差別，其中輝石以透輝石和鈣鐵輝石為主，與長江中下游矽卡巖型鐵礦(如月山矽卡巖型鐵礦和安徽長龍山矽卡巖型鐵礦)、新疆阿爾泰蒙庫鐵礦的特征一致(趙永鑫，1992;束學(xué)福，2004;徐林剛等，2007a，b)。馬坑鐵礦床中石榴子石的端元組分(圖5)顯示，大部分石榴子石為鈣鐵榴石-鈣鋁榴石的過渡系列，其中鈣鐵榴石約占60%以上，并含少量的錳鋁榴石，典型的矽卡巖型鐵礦如月山鐵礦和安徽長龍山鐵礦的石榴子石(束學(xué)福，2004)也基本落在這個區(qū)域內(nèi)。另外，礦體上部和邊部分布的錳矽卡巖，如薔薇輝石和鈣薔薇輝石，也和湖南柿竹園的錳質(zhì)矽卡巖成分類似(Mao et al.，1996a，b;毛景文等，1998)。角閃石成分富鈣，明顯是由鈣矽卡巖礦物退化蝕變形成，被交代的圍巖又可細分為鐵角閃石和透閃石-陽起石系列，與新疆磁海、福建掛山、陽山和內(nèi)蒙古浩布高、黃崗等礦區(qū)的角閃石類型類似(趙一鳴和李大新，2003)。

矽卡巖礦床在金屬組成和地球化學(xué)特征的變化常受到各種因素的影響，例如巖體類型、侵位深度、圍巖組成和大氣降水(Einaudi et al.，1981;Einaudi and Burt，1982;Einaudi，1982)。輝石出現(xiàn)貫穿整個矽卡巖系統(tǒng)，所以矽卡巖中的輝石地球化學(xué)組成能作為反映這些變量的指示劑。Nakano et al.(1994)發(fā)現(xiàn)矽卡巖礦床的輝石的Mn/Fe比值相對恒定，大致與礦床的金屬類型一致，可在輝石組成的基礎(chǔ)上用Mn/Fe比值來劃分矽卡巖類型。他們發(fā)現(xiàn)矽卡巖銅、鐵礦床輝石的Mn/Fe比值較低(＜0.1)，而矽卡巖鉛鋅礦的則較高(＞0.2)。馬坑鐵礦的輝石Mn/Fe比值明顯分為兩個區(qū)間，一個在0.06～0.19之間(平均0.11)，另一個在0.20～1.34之間(平均0.6)，分別代表主礦體內(nèi)的輝石和上部含鉛鋅礦的矽卡巖的輝石的Mn/Fe比值，與Nakano et al.(1994)的分類一致，同時支持馬坑鐵礦的矽卡巖成因。

圖14 馬坑鐵礦矽卡巖分帶現(xiàn)象(a)-輝綠巖中脈狀矽卡巖化;(b)-矽卡巖化輝綠巖(顯現(xiàn)分帶);(c)-輝綠巖附近閃鋅礦;(d)-輝綠巖附近磁鐵礦化;(e)-含輝鉬礦的褪色輝綠巖;(f)-條帶狀石榴子石磁鐵礦Fig.14 Zonation of skarns in Makeng iron deposit(a)-skarnization alteration in diabase(showing zonation);(b)-vein like skarnization alteration in diabase at;(c)-sphalerite in altered diabase;(d)-magnetite in altered diabase;(e)-flaky molybdenite enriched at the concentration of altered diabase;(f)-stripped garnet-magnetite

前文可知，馬坑主礦體整體上分帶明顯，下部的透輝石+磁鐵礦+石英，上部石榴子石+磁鐵礦，邊緣為錳質(zhì)矽卡巖組合伴生閃鋅礦，雖然沒有侵入巖-大理巖接觸帶上分帶那么明顯，但是從礦化中心到礦床邊緣，分帶趨勢仍是較為明顯，礦體邊緣大多數(shù)礦物(特別是輝石)富錳，符合遠源帶的特征(Meinert，1997)。大洋-莒舟巖體呈鍋底狀包圍馬坑鐵礦，熱液沿層間斷裂帶進入，總體向上交代，強度趨于減弱。這種分帶模型可以用于已知和盲區(qū)靶區(qū)勘查預(yù)測。

雖然馬坑鐵礦中矽卡巖礦物是由巖漿期后熱液沿黃龍組(C2h)厚層灰?guī)r和林地組(C1l)碎屑巖之間層間破碎帶順層交代而形成的，但是矽卡巖礦物組合特點與國內(nèi)外矽卡巖型鐵礦床的特點基本相似(Xu and Lin，2000;Heich，1985;Zhao and Li，2004)，矽卡巖的形成演化和礦化有密切的關(guān)系。綜上所述，馬坑鐵礦具有典型層控矽卡巖礦床的特征。

6.2 成礦物理化學(xué)環(huán)境探討

矽卡巖礦物組成記錄流體成分的演化，反映流體滲濾的影響程度，是判斷矽卡巖環(huán)境的有力證據(jù)之一(Meinert et al.，2005)。一些學(xué)者認為從矽卡巖礦物的Fe2+/Fe3+相對比值可以反推矽卡巖礦物形成時的氧化還原狀態(tài)。Zaw and Singoyi(2000)認為還原環(huán)境下形成的矽卡巖有相對較高的Fe2+/Fe3+比率，氧化環(huán)境下則比值較低。氧化還原環(huán)境僅能用石榴子石和輝石的Fe2+/Fe3+的比值推算，而石英、硅灰石和螢石在成分上位于端元組分末端，符山石和綠簾石形成時處在熱力學(xué)不平衡狀態(tài)下，它們都不符合要求。大多數(shù)馬坑矽卡巖礦物Fe2+/Fe3+的比值都比較低，例如石榴子石Fe2+/Fe3+的平均比值為0.12(除了樣品30)(表2)，暗示它們是在氧化環(huán)境下形成。Kwak(1994)指出在氧化的環(huán)境下產(chǎn)生富Mg的輝石和鈣鐵榴石，而在還原環(huán)境下形成鈣鐵輝石(+鈣鋁榴石)。馬坑鐵礦電子探針分析顯示矽卡巖礦物組成以透輝石和鈣鐵榴石為主，說明馬坑礦床在矽卡巖形成階段處于氧化環(huán)境。隨著成礦作用的發(fā)展，氧化環(huán)境逐漸向還原環(huán)境過渡，大量輝鉬礦的出現(xiàn)也支持該觀點。

趙一鳴等(1983)測得馬坑鐵礦金云母 K-Ar年齡為128.3±3Ma，而最近獲得馬坑鐵(鉬)礦輝鉬礦Re-Os年齡為130.5Ma和133.0Ma(王登紅等，2010;張承帥等，2012b);而莒舟花崗巖體單顆粒鋯石U-Pb年齡為136Ma和133.9Ma(毛建仁等，2006)，大洋花崗巖體LA-ICP-MS的鋯石U-Pb年齡分別為127.4Ma和144.8Ma，鋯石SHRIMP鈾-鉛年齡為132.6Ma(張承帥等，2012a，b，c)，表明輝鉬礦與莒舟-大洋巖體近于同時形成。礦區(qū)部分輝綠巖是鐵礦體的頂板，并且普遍遭受輝鉬礦穿插，說明輝綠巖早于花崗巖?；◢弾r巖漿本身含鐵很低，提供不了大規(guī)模鐵礦的成礦物質(zhì)，而中基性巖漿由于含鐵較高，可作為鐵礦的成礦母巖。本區(qū)的碎屑巖地層中含鐵質(zhì)(多為赤鐵礦)較高，TFe含量可達5% ～7%，狄永軍等(2012)研究認為，輝長輝綠巖和大洋、莒州巖體花崗巖可能起了疊加改造作用。馬坑礦區(qū)輝綠閃長巖與鐵礦床的關(guān)系密切，輝綠巖退色蝕變析出鐵質(zhì)已被梁祥濟和曲國林(1982)實驗證明。

矽卡巖礦物與鐵礦石緊密共生也反映了矽卡巖與成礦密切關(guān)系。通過野外和室內(nèi)研究可以看出，鐵礦石大部分產(chǎn)于矽卡巖內(nèi)，磁鐵礦多稍晚于矽卡巖，不僅廣泛交代矽卡巖，而且還直接交代灰?guī)r、砂巖等圍巖，形成了交代結(jié)構(gòu)(圖13、圖14a，b)，礦體內(nèi)常見未被交代完全的矽卡巖、砂巖等殘留體，與大冶式、邯邢式等典型矽卡巖型鐵礦床礦化特點相似。一般矽卡巖礦床多是交代灰?guī)r的破碎帶，而馬坑主礦體下盤常出現(xiàn)厚層石英巖，說明碎屑巖也出現(xiàn)了明顯的交代。礦石類型和矽卡巖礦物組合很大程度上決定于被交代圍巖的巖性(趙一鳴等，1983;陳躍升，2002)，例如，鈣矽卡巖-磁鐵礦主要是交代灰?guī)r而成;石英磁鐵礦主要是交代林地組石英砂巖。梁祥濟和王福生(2000)通過實驗證明了硅質(zhì)巖地層和碳酸鹽地層重疊或相間，在地下環(huán)境、熱液和CO2、F、Cl等揮發(fā)分作用下，在適宜的溫度、壓力和弱氧化或弱還原的環(huán)境中都能發(fā)生交代作用。只要地層巖石組合中硅、鈣、鋁、鎂和鐵等成分比例合適，就能形成相應(yīng)矽卡巖礦物組合。如果地層中含有較高的鐵鎂物質(zhì)，熱液可能把它們從中活化呈配合物(絡(luò)合物)或化合物形式遷移，將其攜帶到沉積間斷面、層間和相變界面上沉淀成礦。

7 結(jié)論

(1)馬坑鐵礦矽卡巖礦物中輝石以透輝石和鈣鐵輝石過渡系列為主，存在少量錳鈣輝石，而似輝石多為鈣薔薇輝石和薔薇輝石;石榴子石以鈣鐵榴石為主，伴以鈣鋁榴石;角閃石屬于鈣角閃石，礦物學(xué)特征表明它們形成于相對較氧化的條件下。

(2)雖然馬坑鐵礦中的矽卡巖是流體沿灰?guī)r與碎屑巖之間層間構(gòu)造破碎帶交代灰?guī)r形成的，層控性明顯，但仍然具有矽卡巖的普遍分帶特點，與典型矽卡巖型礦床一致，是一種層控矽卡巖型礦床。

致謝 野外工作得到了馬坑礦業(yè)公司姜益豐、陳寧青、任浩、劉武剛等同志的大力支持和幫助;中國地質(zhì)大學(xué)地學(xué)實驗中心尹京武老師在實驗過程中給予了熱情的指導(dǎo)和幫助;論文撰寫和成文過程中，張招崇教授、許德如研究員給予了悉心的指導(dǎo)和幫助，并修改全文;匿名審稿人認真審閱并提出了具體的修改意見;在此一并深表謝意!

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