沙 鑫，陳世強(qiáng)，何兆祥，侯克選，邊 鵬，霍永豪，王金榮，翟新偉

(1.蘭州大學(xué)地質(zhì)科學(xué)與礦產(chǎn)資源學(xué)院，蘭州大學(xué)甘肅省西部礦產(chǎn)資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅蘭州 730000；2.甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅酒泉 735000)

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北祁連西段卡瓦鐵礦的地球化學(xué)特征及其地質(zhì)意義

沙 鑫1，陳世強(qiáng)2，何兆祥1，侯克選1，邊 鵬1，霍永豪1，王金榮1，翟新偉1

(1.蘭州大學(xué)地質(zhì)科學(xué)與礦產(chǎn)資源學(xué)院，蘭州大學(xué)甘肅省西部礦產(chǎn)資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅蘭州 730000；2.甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅酒泉 735000)

卡瓦鐵礦位于北祁連造山帶西段，是新近發(fā)現(xiàn)的沉積變質(zhì)型鐵建造。礦石全鐵(Fe2O3T，平均45.28%)含量最高，其次為SiO2含量(平均40.50%)，并具有較高的親生物化合物P2O5(平均0.73%)及陸緣碎屑組分Al2O3(平均4.69%)、TiO2(平均0.31%)；Ba以及對(duì)氧化還原敏感的元素U、Th相對(duì)富集，Nb、Ta、Sr、Zr、Hf相對(duì)虧損；稀土元素總量較高，LREE虧損、HREE富集，弱的La正異常，無Eu、Ce、Y異常，Sr/Ba、Y/Ho比值與陸源沉積物相近。綜合分析認(rèn)為卡瓦鐵礦是中元古代早期海洋化學(xué)沉積的產(chǎn)物，在形成過程中伴有較多陸緣碎屑物質(zhì)的加入。此外，卡瓦鐵礦缺乏Ce負(fù)異常，U、Th的相對(duì)富集，表明鐵礦沉積于低氧的環(huán)境。

北祁連西段 卡瓦鐵礦 物質(zhì)來源 成礦環(huán)境

1 前言

在全球范圍內(nèi)，鐵礦類型眾多，但是分布最廣儲(chǔ)量最大的鐵礦類型當(dāng)屬沉積變質(zhì)鐵礦。沉積變質(zhì)鐵礦主要形成于前寒武紀(jì)(主要為太古宙到古元古代)，因其礦石主要由硅質(zhì)(碧玉、燧石、石英)和鐵質(zhì)(赤鐵礦、磁鐵礦)薄層呈互層組成，又稱為鐵(質(zhì))-硅(質(zhì))條帶狀鐵建造，如北美的蘇必利爾型鐵礦，獨(dú)聯(lián)體的庫爾斯克和克里沃羅格鐵礦等。

沉積變質(zhì)型鐵礦也是我國重要的鐵礦資源，其儲(chǔ)量、礦產(chǎn)地和開采量均占全國首位，其中最主要的是條帶狀鐵建造鐵礦床亞類，是僅發(fā)育于前寒武紀(jì)時(shí)期的鐵礦床，是前寒武紀(jì)的特征礦床類型。近些年來，對(duì)沉積變質(zhì)型鐵礦的地質(zhì)特征、時(shí)空分布、演化規(guī)律及礦床成因等方面進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究(沈保豐等，1981，2005；鄭建民等，2007；李志紅等,2008，2010；沈其韓等，2009，2011；趙文廣等，2011；李厚民等，2012；李永峰等，2013；張龍飛等，2014；王偉等，2015；許英霞等，2015)，認(rèn)為中國前寒武紀(jì)鐵礦床自古太古代到新元古代，近30億年的各個(gè)地史時(shí)期均有產(chǎn)出，但不同時(shí)期鐵礦床的類型、規(guī)模具有一定的差異。中國前寒武紀(jì)鐵礦床的空間分布與中國前寒武紀(jì)地殼演化緊密相連，前寒武紀(jì)地殼的形成、發(fā)展和演化至少經(jīng)歷了7次重大的地質(zhì)事件和演化階段及相應(yīng)的成礦作用，而作為在前寒武紀(jì)分布頻率較高的鐵礦床及其分布特征也與之有關(guān)。

卡瓦鐵礦位于甘肅省肅南裕固族自治縣境內(nèi)，鏡鐵山鐵礦向東南約60km處，大地構(gòu)造位置劃屬北祁連西段、北祁連增生雜巖體南緣(圖1a)，走廊南山地體與托萊山地體的構(gòu)造結(jié)合部位，為新近發(fā)現(xiàn)的沉積變質(zhì)型鐵建造。礦田勘查工作始于2009年，2011年甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院首次發(fā)現(xiàn)了卡瓦鐵礦，隨后進(jìn)行地表揭露，并運(yùn)用電法、磁法及重力勘探等手段研究該區(qū)磁異常，開展鉆探控制工作，展示了良好的開發(fā)前景。前人對(duì)卡瓦鐵礦做過相關(guān)報(bào)道(張春宇，2014)，但僅局限于礦床地質(zhì)特征的介紹，對(duì)成礦物質(zhì)來源、成礦環(huán)境等方面尚未做相關(guān)研究。本文基于卡瓦鐵礦床野外地質(zhì)調(diào)查，通過礦石主量和微量元素地球化學(xué)研究，討論卡瓦鐵礦的成礦物質(zhì)來源及礦床成因，為礦田整裝勘查提供相應(yīng)的理論依據(jù)。

圖1 北祁連西段卡瓦鐵礦地質(zhì)簡圖(據(jù)夏小洪等，2012修改)

2 礦床地質(zhì)特征

卡瓦沉積變質(zhì)型鐵礦賦存于長城系朱龍關(guān)群樺樹溝組地層中(圖1b)，屬淺海相沉積型礦產(chǎn)(張春宇，2014)，層位及橫向延伸相對(duì)穩(wěn)定，呈NWW-近EW向展布，被NE、NW、NS向斷層截切，南部斷裂帶(超基性巖帶)對(duì)地層有一定的破壞作用。該區(qū)地層主要有中元古界的長城系、新元古界的青白口系和中生界白堊系。長城系由下而上包括熬油溝組和樺樹溝組，是一套由中基性火山巖-淺變質(zhì)陸緣沉積巖-碳酸鹽巖組成的較完整的海侵沉積旋回。樺樹溝組由下而上又可分為兩個(gè)巖段，下巖段主要以灰黑色細(xì)晶灰?guī)r、灰綠色泥質(zhì)(粉砂質(zhì))板巖、鐵染紫紅色泥質(zhì)板巖及灰黑色碳質(zhì)板巖組成，是主要的含礦層位；上巖段以灰綠色砂質(zhì)板巖、硅質(zhì)巖及鐵染化薄層粉砂巖組成。樺樹溝組與下伏地層熬油溝組(主要以海底中基性火山巖夾板巖、硅質(zhì)巖、灰?guī)r及凝灰?guī)r，含有火山巖型赤磁鐵礦)和上覆新元古界的青白口系龔岔群(主要以硅化白云巖為主)均為斷層接觸(圖2)。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造較發(fā)育，巖漿活動(dòng)以中基性為主，屬海底噴發(fā)巖，主要沿山前斷裂帶分布。侵入巖主要為加里東中晚期的產(chǎn)物，其中以加里東晚期的侵入巖(酸性花崗巖體、輝長巖)最為發(fā)育，侵入活動(dòng)明顯的受區(qū)域構(gòu)造控制，侵入體多沿構(gòu)造線方向分布，多呈帶狀、橢圓狀及脈狀產(chǎn)出。

圖2 北祁連卡瓦鐵礦剖面選段主要巖石單元野外關(guān)系、采樣位置及礦石鏡下照片(剖面位置見圖1)

卡瓦礦區(qū)鐵礦帶總體長斷續(xù)約13km，寬約1km。根據(jù)礦體的分布規(guī)律，自西向東將礦區(qū)劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ礦段。Ⅰ礦段礦體多為單斜構(gòu)造，走向145°，傾角多在50°～75°間；Ⅱ礦段、Ⅲ礦段總體呈EW向展布，走向約100°左右。礦體多具褶皺形態(tài)，且區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，切割褶皺，使得褶皺兩翼不對(duì)稱，造成一翼的減薄或者缺失。部分礦體內(nèi)部構(gòu)造復(fù)雜，多分布有層間滑動(dòng)導(dǎo)致的復(fù)雜而細(xì)小的牽引褶皺，對(duì)礦體的加厚或者減薄起著重要的作用。塔里干溝礦區(qū)礦體總體沿23°～203°方向展布，傾向多為NW或SW，傾角在40°～65°之間。礦體斷續(xù)長約4.9km，平均厚度約10m，呈較連續(xù)分布，局部形態(tài)受圍巖及褶皺、斷裂等構(gòu)造的雙重控制，具明顯的膨漲、收縮、扭曲現(xiàn)象。

卡瓦礦區(qū)I、II礦段的礦石礦物以赤鐵礦、磁鐵礦為主，III礦段和卡瓦西側(cè)的塔里干溝鐵礦則以菱鐵礦、磁鐵礦為主，次為赤鐵礦。脈石礦物主要有石英、鐵白云石、方解石、白云石、絹云母及綠泥石等。礦石以條帶狀、塊狀構(gòu)造為主(圖2a、2b)，其次為板狀、片狀及透鏡狀構(gòu)造，少量礦石呈角礫狀構(gòu)造；礦層受構(gòu)造作用影響褶皺發(fā)育(圖2a、2b)。礦石結(jié)構(gòu)多以細(xì)粒結(jié)構(gòu)為主，少見粒狀變晶結(jié)構(gòu)和鱗片狀變晶結(jié)構(gòu)。反射光下赤鐵礦呈褐紅色，粉末-膠狀結(jié)構(gòu)，偶見球粒狀、放射狀，具定向排列特征(圖2c、2d)；磁鐵礦呈淺藍(lán)灰色-灰色，半自形細(xì)粒結(jié)構(gòu)，偶見粒狀變晶結(jié)構(gòu)和鱗片狀變晶結(jié)構(gòu)(圖2c、2d)。我們對(duì)采自卡瓦礦區(qū)鐵礦石樣品進(jìn)行了主量元素、微量元素和稀土元素地球化學(xué)研究，以期對(duì)鐵礦的物質(zhì)來源、礦床成因及沉積環(huán)境進(jìn)行制約。

3 分析方法及結(jié)果

采集并挑選卡瓦礦區(qū)較新鮮且具代表性的鐵礦石樣品(采樣位置見圖2)，切成薄塊，用石英砂磨盤磨去鋸痕及風(fēng)化面，用碎樣器粗碎至5mm，剔除樣品中的杏仁體和斑晶，用去離子水在超聲波中清洗兩次，放烘箱中烘干樣品，最后用瑪瑙研磨儀磨至200目粉末。全巖主、微量元素分析委托西安地質(zhì)礦產(chǎn)研究所實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心完成，主量元素采用堿熔法，用Xios4.0kwX-熒光光譜儀測(cè)試，測(cè)試精度≤5%；微量元素采用混合酸溶樣法，樣品測(cè)定選用等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)分析方法測(cè)試，測(cè)試精度≤2%。分析結(jié)果列于表1。

4 地球化學(xué)特征

4.1 主量元素

樣品主量元素有關(guān)參數(shù)列于表1。由表1可知，SiO2含量變化范圍為32.38%～46.62%，平均40.50%；全鐵(Fe2O3T)含量的變化范圍為39.56%～52.07%，平均45.28%；FeO含量的變化范圍為1.10%～6.76%，平均3.48%，表明樣品中碳酸鹽成分較少。Al2O3含量的變化范圍為3.06%～7.71%，平均4.69%；TiO2含量的變化范圍為0.20～0.58%，平均0.31%；MnO含量的變化范圍為0.01%～0.12%，平均0.05%；MgO含量的變化范圍為0.3%～1.61%，平均值為1.07%；CaO含量的變化范圍為0.35%～1.48%，平均值為0.76%；Na2O含量均小于0.1%；K2O含量的變化范圍為0.05%～0.49%，平均值為0.26%；P2O5含量的變化范圍為0.3%～1.65%，平均值為0.73%。與山西五臺(tái)、冀東遷安、遼寧弓長嶺以及魯東昌邑等海底火山成因(兼有部分陸源碎屑物質(zhì)加入)的BIF相比，卡瓦鐵礦中SiO2和Fe2O3T含量均低，而Al2O3、K2O及P2O5的含量明顯高于上述各地區(qū)鐵礦(表1)，暗示更多的碎屑物質(zhì)參與了卡瓦鐵礦的形成。與前寒武紀(jì)條帶狀鐵建造中的海水化學(xué)沉積巖相比(李志紅等，2008，2010)，樣品中Al2O3、TiO2、P2O5含量較高，表明卡瓦鐵礦中有陸緣碎屑物質(zhì)的加入，并且成礦作用過程可能與生物活動(dòng)有關(guān)。與加拿大阿爾戈馬型和蘇必利爾型BIF(Grossetal.，1980)相比，卡瓦鐵礦的SiO2含量較低，而Fe2O3T含量比二者高出約10%左右，Al2O3、P2O5含量高，K2O含量位于二者之間，MgO、CaO含量低(表1)。

4.2 微量元素

樣品的微量元素分析結(jié)果列于表1，經(jīng)原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化的微量元素蛛網(wǎng)圖如圖3a。

由表1和圖3a可知，樣品微量元素富集Ba、Th和U，相對(duì)虧損Rb、Nb、Ta、Sr、Zr、Hf。其中，Ba的含量變化范圍為103.00×10-6～555.00×10-6，平均216.86×10-6；Rb的含量變化范圍為2.61×10-6～17.6×10-6，平均9.18×10-6；Th的含量變化范圍為3.07×10-6～4.64×10-6，平均3.86×10-6；Sr的含量變化范圍為23.00×10-6～82.00×10-6，平均49.91×10-6；Zr的含量變化范圍為47.30×10-6～97.80×10-6，平均67.20×10-6；Hf的含量變化范圍為1.36×10-6～2.44×10-6，平均1.88×10-6；Nb的含量變化范圍為4.66×10-6～9.97×10-6，平均5.94×10-6；Ta的含量變化范圍為0.36×10-6～0.76×10-6，平均0.47×10-6；U的含量變化范圍為0.26×10-6～3.28×10-6，平均1.53×10-6。微量元素U、Th是對(duì)氧化還原非常敏感的元素，它們的富集指示低氧的環(huán)境(Tribovillardetal.,2006)。

表1 卡瓦礦區(qū)鐵礦石主量元素(%)、微量元素和稀土元素組成(×10-6)Table 1 Major(%),trace and rare earth element(×10-6)compositions of Kawa iron deposit

圖3 卡瓦鐵礦原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(a)和PAAS標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式(b)(PAAS標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)McLennan，1989，原始地幔標(biāo)準(zhǔn)值據(jù)Sun S S et al.，1989)

4.3 稀土元素

卡瓦鐵礦石樣品的稀土元素分析結(jié)果列于表1。因Y的地球化學(xué)性質(zhì)與REE相似，故也列于表中與REE一并討論。樣品經(jīng)PAAS標(biāo)準(zhǔn)化后的稀土元素配分曲線如圖3b所示。由表1和圖3b可知，卡瓦鐵礦稀土總量較高(ΣREE=103.7×10-6～213.78×10-6，平均151.5×10-6)，稀土元素呈現(xiàn)非常一致的配分曲線，其特征是LREE相對(duì)虧損，(Pr/Yb)PAAS=0.46～0.75；無明顯Ce(Ce/Ce*=0.95～0.98)異常、Eu(Eu/Eu*平均1.07)異常、Pr(Pr/Pr*=0.99～1.03)異常；弱的La(La/La*=0.93～1.17)正異常；無明顯Y異常，Y/Y*=0.70～0.92。

5 討論

5.1 物質(zhì)來源

目前，關(guān)于鐵建造的成礦物質(zhì)來源問題一直存在爭(zhēng)議，大部分觀點(diǎn)認(rèn)為Fe主要來自于與地幔柱或大洋中脊有關(guān)的熱液對(duì)洋殼或基性-超基性巖的萃取(Katoetal. ，1996；Polatetal.，2005；Lascelles，2007)；少數(shù)觀點(diǎn)則認(rèn)為Fe來自風(fēng)化的基性陸殼(Cloud，1973；Adekoya，1998)。

前文已述，與山西五臺(tái)、冀東遷安、遼寧弓長嶺以及魯東昌邑等BIF相比，卡瓦鐵礦礦石樣品具有較低的全鐵(Fe2O3T)和SiO2含量，Al2O3、K2O及P2O5的含量較高，暗示更多的碎屑物質(zhì)參與了卡瓦鐵礦的形成。與前寒武紀(jì)海水化學(xué)沉積巖相比(李志紅等，2010)，親生物化合物P2O5含量較高，表明成礦作用過程可能與生物活動(dòng)有關(guān)。原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖顯示Ba、Th和U相對(duì)富集，Nb、Ta、Sr、Zr、Hf相對(duì)虧損的特征。個(gè)別樣品的大離子親石元素Ba的含量很高(可達(dá)555.00×10-6)且變化范圍較大(圖3a)，表明物質(zhì)來源可能是不均勻的。研究認(rèn)為火山巖和海相沉積物的Sr/Ba比值大于1，而與陸源碎屑物相關(guān)的沉積巖的Sr/Ba比值小于1(沈其韓等，2009，2011)。卡瓦鐵礦的Sr/Ba比值平均0.34(表1)，暗示大量陸相碎屑物質(zhì)參與了鐵礦的形成。

礦石全巖樣品稀土元素分析結(jié)果具有較為相似的特征：稀土總量較高；經(jīng)PAAS標(biāo)準(zhǔn)化后的稀土元素配分曲線呈現(xiàn)非常一致的特征，均顯示LREE虧損；弱的正La異常，無明顯Eu、Y、Ce異常。與山西五臺(tái)山、遼寧弓長嶺、魯東昌邑和冀東遷安BIF型鐵礦相比(表1)，除卡瓦鐵礦的稀土總量較高，Eu、Ce、Y異常不明顯外，其余特征與上述四個(gè)地區(qū)的BIF特征較為相似。前人研究表明，輕稀土相對(duì)重稀土虧損、La和Y的正異常以及Ce負(fù)異常是現(xiàn)代海水的特征(圖3b)(Zhangetal.，1996；Aliboetal.，1998)；礦石稀土總量較高可能與太古宙海洋沉積物中有陸緣碎屑物質(zhì)的加入有關(guān)(沈其韓等，2009)；而Eu正異常暗示存在高溫海底熱液的活動(dòng)，Eu異常的大小代表了混合溶液中高溫?zé)嵋旱南鄬?duì)貢獻(xiàn)量，即：釋放到海水中的高溫?zé)嵋涸蕉啵珽u的正異常越明顯(圖3b)(Danielsonetal. ,1992；Bauetal.，1996；Douvilleetal. ，1999)。卡瓦鐵礦的稀土配分模式與現(xiàn)代海水相比，除了不存在明顯的Eu、Ce、Y異常，其余特征均相似，表明該地區(qū)鐵礦的形成與海水組分的輸入具有一定關(guān)系。

Ho3+和Y3+由于具有相似的離子半徑而被認(rèn)定具有相似的地球化學(xué)行為。但是，Ho3+和Y3+表層絡(luò)合能力不同，Ho在海水中沉淀的速率比Y約高兩倍，這就使Y/Ho比值成為區(qū)分海相與非海相沉積環(huán)境的有用指標(biāo)(Nozakietal. ，1997)。研究表明，現(xiàn)代海水的Y/Ho為29～44，在現(xiàn)代深海熱液系統(tǒng)中Y/Ho為25～50 (Nozakietal.，1997)，陸相巖石和球粒隕石的Y/Ho比值為26～28 (McLennan，1989；Bauetal.，1996；Bolharetal. ，2004)?？ㄍ哞F礦Y/Ho值變化范圍為20.20～26.88，平均為23.83，與陸源巖石的Y/Ho比值更為接近，同樣暗示較多陸緣碎屑物質(zhì)參與了礦床的形成。

A-C-FM圖解可以用于判別變質(zhì)巖的原巖成分，能夠區(qū)分多種原巖類型，包括火成巖和各種沉積巖，并且計(jì)算結(jié)果不易受交代作用的影響(王仁民等，1987)。在該圖中，卡瓦鐵礦石的落點(diǎn)投在鐵硅質(zhì)沉積巖亞類區(qū)域(圖4a)，該巖石亞類的原巖被認(rèn)為是膠體化學(xué)沉積巖。沈其韓等(2009，2011)研究認(rèn)為條帶狀鐵礦的SiO2、Fe2O3T和Al2O3含量對(duì)判斷鐵礦的沉積作用類型具有一定的指示意義，并且火山沉積變質(zhì)鐵礦的SiO2/Al2O3比值應(yīng)大于10，而沉積變質(zhì)鐵礦的SiO2/Al2O3比值應(yīng)小于10?？ㄍ哞F礦石的SiO2和Fe2O3T之和介于77.98%～87.99%，均值為84.72%，變化較大，且平均值均低于山西五臺(tái)山、遼寧弓長嶺、魯東昌邑和冀東遷安BIF型鐵礦(表1)，表明卡瓦鐵礦的形成可能經(jīng)歷了有較多碎屑物質(zhì)加入的膠體化學(xué)沉積過程，并且碎屑物質(zhì)的參與很不均勻?？ㄍ哞F礦SiO2/Al2O3比值介于4.79～14.94，均值為9.63，顯示不均勻的沉積變質(zhì)型鐵礦的特征，且平均值也低于上述四個(gè)地區(qū)的BIF型鐵礦(表1)，表明卡瓦鐵礦可能還是海洋化學(xué)沉積的產(chǎn)物，兼有大量陸源碎屑物質(zhì)的加入。

此外，對(duì)卡瓦鐵礦層下伏地層(熬油溝組)火山巖地球化學(xué)特征研究表明，其Fe2O3T含量較高，稀土配分模式與卡瓦鐵礦石相類似，總體顯示板內(nèi)火山巖的特點(diǎn)，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)認(rèn)為其可能代表了大陸裂谷環(huán)境(數(shù)據(jù)另文發(fā)表)，這與前人認(rèn)為的北祁連西段地區(qū)在中元古至新元古代處于伸展拉張的構(gòu)造背景(馮益民等，1994；夏小洪等，2012)的觀點(diǎn)一致。因此，卡瓦鐵礦的成礦物質(zhì)來源很可能與發(fā)育于大陸裂谷環(huán)境中的火山活動(dòng)有關(guān)，熬油溝組基性火山巖源于深部地幔部分熔融并噴發(fā)在海底，具有高Fe含量及含有赤磁鐵礦層火山巖，在海水長期風(fēng)化、萃取作用下，火山巖中的Fe不斷進(jìn)入海水并富集到一定程度后在不同的氧化還原環(huán)境下堆積成不同類型的鐵礦。樺樹溝組沉積組合除了灰?guī)r外，主要由粉砂質(zhì)、泥質(zhì)巖類組成，為陸源長距離搬運(yùn)而來，因此，大量來源于陸源的碎屑物質(zhì)也同樣對(duì)鐵礦的成礦作用具有一定的貢獻(xiàn)。

圖4 卡瓦鐵礦礦石A-C-FM 判別圖解(a) (轉(zhuǎn)引自王仁民等，1987)和Ce異常判別圖(b) (據(jù)Bau et al.，1996)

5.2 沉積環(huán)境

眾所周知，REE、U和Th是對(duì)氧化還原敏感的元素。REE在自然界中常以穩(wěn)定的+3價(jià)離子的形式存在，而當(dāng)環(huán)境發(fā)生氧化-還原變化時(shí)，Eu可還原為+2價(jià)，Ce常被氧化為+4價(jià)，這就使Eu、Ce與其他REE元素發(fā)生分離，產(chǎn)生REE配分曲線中Eu、Ce的異常。而U、Th是對(duì)氧化還原敏感的變價(jià)微量元素，它們的地球化學(xué)特征能夠反映環(huán)境的變化。

Ce的負(fù)異常被認(rèn)為是反映氧化環(huán)境的重要指標(biāo)，通常在氧化的海水中，Ce3+會(huì)被氧化成Ce4+，而Ce4+易發(fā)生水解而被Fe、Mn的氫氧化物、粘土和有機(jī)質(zhì)等吸附而發(fā)生沉淀，造成海水中Ce的虧損(Byrneetal.，1996)。因此經(jīng)PAAS標(biāo)準(zhǔn)化后的海水具有強(qiáng)烈的Ce負(fù)異常，而低氧或缺氧的海水則不具有Ce負(fù)異常(Germanetal., 1991；Bauetal.，1995；Zhangetal.，1996；Aliboetal.，1998)。但與其他稀土元素相比，Ce異常的判別往往會(huì)受到La豐度不規(guī)則變化的影響，因此建立了Ce/Ce*-Pr/Pr*判別圖解來用以判斷Ce異常。在Ce異常判別圖(圖4b)中，卡瓦鐵礦樣品點(diǎn)均落入了Ce無異常區(qū)域，與現(xiàn)代海水顯示強(qiáng)烈Ce負(fù)異常不同。此外，Ce負(fù)異常的缺乏不僅在卡瓦鐵礦中出現(xiàn)，在山西五臺(tái)山(沈其韓等，2011)、遼寧弓長嶺(劉軍等，2010)、魯東昌邑(藍(lán)廷廣等，2012)和冀東遷安(沈其韓等，2011)BIF型鐵礦(表1)中均有出現(xiàn)，這可能與當(dāng)時(shí)的海水相對(duì)低氧有關(guān)?？ㄍ哞F礦的含礦地層均為中元古界長城系，據(jù)此推測(cè)長城系之前研究區(qū)大氣可能還處于低氧狀態(tài)，這與Kasting (1987)和Holland (1992)等認(rèn)為的22億年前大氣缺氧，22～19億年大氣中的O2才有所增加的觀點(diǎn)較為一致。此外，已有化學(xué)研究表明，U、Th在缺氧脫硝酸的環(huán)境下被還原并發(fā)生富集(Tribovillardetal. ，2006)，因此卡瓦鐵礦中U、Th的富集指示鐵礦沉積于低氧的環(huán)境。

6 結(jié)論

(1)礦石樣品Fe2O3T含量最高，其次為SiO2含量，親生物化合物P2O5及陸緣碎屑組分Al2O3、TiO2含量均較高。微量元素顯示Ba、Th和U相對(duì)富集，Nb、Ta、Sr、Zr、Hf相對(duì)虧損的特征。稀土總量較高，經(jīng)PAAS標(biāo)準(zhǔn)化后的稀土元素配分曲線顯示LREE虧損、HREE富集；弱的La正異常，無明顯的Eu、Ce、Y異常；Sr/Ba、Y/Ho比值與陸源沉積物相近。綜合研究認(rèn)為卡瓦鐵礦鐵的物質(zhì)來源應(yīng)與海底火山活動(dòng)和富含鐵的海水具有密切關(guān)系，是中元古代早期海洋化學(xué)沉積的產(chǎn)物，且大量陸源碎屑物質(zhì)也參與了鐵礦的形成。

(2)卡瓦鐵礦缺乏Ce負(fù)異常，這與現(xiàn)代海水顯示強(qiáng)烈Ce負(fù)異常不同；U、Th等對(duì)氧化還原敏感的元素顯示富集，認(rèn)為鐵礦應(yīng)沉積于低氧的環(huán)境。

(3)卡瓦鐵礦與山西五臺(tái)山、遼寧弓長嶺、魯東昌邑和冀東遷安等華北克拉通BIF型鐵礦相比，在成因上有一定差別，其可能形成于具有更多陸源碎屑物質(zhì)和海底火山活動(dòng)參與的大陸裂谷后的初始洋盆環(huán)境。

致謝：西安地質(zhì)礦產(chǎn)研究所實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心承擔(dān)了主量、微量和稀土元素的分析測(cè)試；甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院工程師胡小春、付泉在野外采樣期間給予了幫助。在此一并致以誠摯的謝意!

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[附中文參考文獻(xiàn)]

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Geochemical Features of Kawa Iron Ore Deposit in the Western Section of the North Qilian Mountains and Their Geological Significance

SHA Xin1,CHEN Shi-qiang2,HE Zhao-xiang1,HOU Ke-xuan1,BIAN Peng1,HUO Yong-hao1,WANG Jin-rong1,ZHAI Xin-wei1

(1.SchoolofEarthSciences,LanzhouUniversity；KeyLaboratoryofWesternChina’sMineralResourcesofGansuProvince,Lanzhou,Gansu730000；2.FourthofGeologyandMineralExplorationInstituteofGansuProvince,Jiuquan,Gansu735000)

The Kawa iron ore deposit is located in the west section of the North Qilian orogenic belt,which is a newly discovered sedimentary metamorphic iron formation.In the average major compositions of its iron ore,total Fe2O3Tis the highest(44.22% on average)，next is SiO2(40.50%),with relative enrichment of P2O5(0.73%),Al2O3(4.69%)and TiO2(0.31%).Trace elements show that Ba and redox-sensitive trace elements(U,Th)are relatively enriched,while Ta,Nb,Sr,Zr and Hf are relatively depleted.The total rare earth element contents are high,and the PAAS-normalized REE patterns display depletion of light REE relative to heavy REE；La positive anomalies,non-significant positive anomalies of Eu,Ce,Y and low Sr/Ba,Y/Ho values.These characteristics demonstrate that the iron source of the Kawa iron ore deposit are the product of Early Proterozoic ocean chemical deposition,with much addition of continental margin clastic material during its formation.In addition,the Kawa iron ore deposit lacka Ce negative anomalies and has relative enrichment of U and Th,implying the oxygen fugacity was relatively low in its depositional environment．

Western North Qilian,Kawa iron ore deposit,source,metallogenic environment

2016-01-30；

2016-06-02；[責(zé)任編輯]陳偉軍。

甘肅省2014年省級(jí)礦產(chǎn)資源補(bǔ)償費(fèi)地質(zhì)勘查項(xiàng)目(甘財(cái)建[2014]99號(hào))、中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)項(xiàng)目(Lzu-Jbky-2012-128)和蘭州大學(xué)甘肅省西部礦產(chǎn)資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基金項(xiàng)目聯(lián)合資助。

沙 鑫(1986年-)，男，博士研究生，礦物學(xué)、巖石學(xué)、礦床學(xué)專業(yè)。E-mail：sxboy1226@163.com。

王金榮(1958年-)，男，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)閹r石大地構(gòu)造學(xué)。E-mail：jrwang@lzu.edu.cn。

P618.31

A

0495-5331(2016)04-0657-10

Sha Xin,Chen Shi-qiang,He Zhao-xiang,Hou Ke-xuan,Bian Peng,Huo Yong-hao,Wang Jin-rong,Zhai Xin-wei.Geochemical features of the Kawa iron ore deposit in the western section of the North Qilian Mountains and their geological significance[J].Geology and Exploration,2016,52(4):0657-0666.