朱喬喬 謝桂青 李偉

中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所，自然資源部成礦作用與資源評價重點實驗室，北京 100037

矽卡巖型鐵礦由于其儲量大、品位高，同時共/伴生有Cu、Au和Co等元素，因而具有較高的經(jīng)濟價值，是我國重要的鐵礦床類型之一(趙一鳴等, 1990; Zhangetal., 2015)。然而，我國矽卡巖型鐵礦床的品位存在兩極分化的現(xiàn)象：一方面，矽卡巖型富鐵礦約占我國富鐵礦石儲量的一半左右(李厚民等, 2010; 趙一鳴, 2013; Zhangetal., 2015)；另一方面，在已查明的低品位鐵礦床(TFe介于最低工業(yè)品位和邊界品位之間)中約14.53%的資源量來自于矽卡巖型，而數(shù)量上約占38.63%(王巖等, 2014)。這些矽卡巖型鐵礦中高品位鐵礦石的形成機制一直是學(xué)者研究的熱點，爭議也較多，主要有鐵礦漿熔離并貫入成礦、巖漿熱液交代成礦和巖漿-熱液過渡性流體成礦等觀點。如一部分學(xué)者認(rèn)為我國鄂東礦集區(qū)的大冶和程潮鐵礦既有礦漿成礦作用，也有熱液交代成礦作用(石準(zhǔn)立等, 1981; 翟裕生等, 1982)，另一部分學(xué)者則認(rèn)為只有熱液交代作用(黃懿等, 1957; 裴榮富等, 1985; Huetal., 2014; 李偉等, 2016; Lietal., 2019)；而同一礦集區(qū)內(nèi)的金山店和靈鄉(xiāng)鐵礦則有巖漿熱液交代成礦和礦漿-熱液過渡性流體成礦之爭(黃懿等, 1957; 裴榮富等, 1985; 林新多, 1998; 姚書振, 1983)。最近，學(xué)者注意到矽卡巖型鐵礦中的磁鐵礦常常發(fā)育溶解-再沉淀等再平衡結(jié)構(gòu)，認(rèn)為磁鐵礦與流體之間的再平衡對于鐵礦品位的提高起到了重要的作用，有利于形成富鐵礦石(Huetal., 2014, 2015)。然而，該過程能在多大程度上提高鐵礦石的品位還不清楚，是否可以將低品位礦石改造為高品位礦石也存在疑問。李偉等(2016)發(fā)現(xiàn)程潮鐵礦中的溶解-再沉淀現(xiàn)象僅在多世代磁鐵礦顆粒的核部發(fā)育，而邊部至少包括兩個世代，且單個世代的磁鐵礦成分較為均一，孔洞不發(fā)育，再平衡特征不明顯，因而認(rèn)為多世代磁鐵礦的疊加可能是形成富鐵礦的機制之一。這些研究表明，一個礦床或者礦體是否經(jīng)歷了多重(級)富集，對于其能否形成工業(yè)富礦具有重要的指示意義(汪國棟和宋雄, 1996)，因此，多次高強度的疊加富集可能是矽卡巖型富鐵礦形成的重要機制之一。

通常認(rèn)為，由單一地質(zhì)作用所形成地質(zhì)體中的元素含量(數(shù)量足夠多)呈(對數(shù))正態(tài)分布或者近似于呈(對數(shù))正態(tài)分布，在頻率分布直方圖中呈單峰/對稱分布，屬于單一總體；但由于地質(zhì)作用的長期性和復(fù)雜性，地質(zhì)體往往經(jīng)歷了多個成因階段或具有復(fù)雜的成因過程，因而實際觀測所得的數(shù)據(jù)，往往是多種成因或多次作用疊加的綜合結(jié)果，其元素含量并不呈(對數(shù))正態(tài)分布，在頻率分布直方圖中呈多峰/偏態(tài)分布，屬于多個單一總體疊加而成的混合總體(Sinclair, 1974; 趙鵬大等, 1994a; Allègre and Lewin, 1995)。因此，元素地球化學(xué)數(shù)據(jù)是研究地質(zhì)作用疊加與否及疊加程度的絕佳對象。如何使用合理的方法將不同總體區(qū)分開來，并估計單一總體的各種參數(shù)(比例，均值和標(biāo)準(zhǔn)差等)，一直是學(xué)者研究的熱點和難點。目前，已有多種基于元素地球化學(xué)數(shù)據(jù)分析的方法被提出，這些方法大體可以分為基于頻率和基于頻率-空間這兩類(Zuoetal., 2016)。前者包括概率圖解法和聚類統(tǒng)計等(Sinclair, 1974; Miesch, 1981)；后者包括地質(zhì)統(tǒng)計和分形、多重分形等方法(趙鵬大, 1990; Chengetal., 1994; Cheng, 1999)。概率圖解法以品位數(shù)據(jù)為橫坐標(biāo)，累積頻率為縱坐標(biāo)，將數(shù)據(jù)點投在算術(shù)(對數(shù))概率圖上，根據(jù)曲線的走勢找到其拐點，拐點所對應(yīng)的累積頻率值即為單一總體的比例，這一方法能有效區(qū)分不同來源的總體，并提供相關(guān)參數(shù)的估計值，被廣泛應(yīng)用于混合總體的篩分(Sinclair, 1974, 1991; Stanley and Sinclair, 1989; 崔彬等, 2003; 王琳等, 2008; Geranianetal., 2013)。

鄂東礦集區(qū)位于長江中下游成礦帶的最西端，是我國矽卡巖型鐵礦床最為集中的地區(qū)之一，也是我國矽卡巖型礦床理論的發(fā)源地(黃懿等, 1957; 裴榮富等, 1985)。區(qū)內(nèi)的矽卡巖型礦床除單一鐵礦外，還共/伴生有銅、金等礦種。該礦集區(qū)內(nèi)的大冶鐵銅礦和程潮鐵礦是典型的大型富鐵礦床，其平均鐵品位均超過50%(趙一鳴, 2013)，而金山店鐵礦中的富鐵礦石量達(dá)到中型規(guī)模(舒全安等, 1992)。這些礦床經(jīng)過約半個世紀(jì)的大規(guī)模開采，積累了大量的地質(zhì)資料和研究成果(黃懿等, 1957; 石準(zhǔn)立等, 1981; 裴榮富等, 1985; 舒全安等, 1992; Zhaietal., 1996; Pan and Dong, 1999; Maoetal., 2011; Lietal., 2014; Xieetal., 2011a, b, 2012, 2015; 朱喬喬等, 2013, 2014, 2016; Zhuetal., 2015, 2017)；近來，學(xué)者又對該地區(qū)礦床中的主要礦石礦物——磁鐵礦開展了系統(tǒng)的顯微結(jié)構(gòu)和微區(qū)成分的研究，在此基礎(chǔ)上對成礦作用過程有了更進(jìn)一步的認(rèn)識(Huetal., 2014, 2015; 李偉等, 2016)，但不同礦床之間缺乏系統(tǒng)的對比工作，其成礦作用的相似性和差異性還不清楚，矽卡巖型富鐵礦是否存在統(tǒng)一的成礦機制也不明確。本文擬以鄂東礦集區(qū)典型的大冶式鐵礦——大冶鐵銅礦、程潮鐵礦和金山店鐵礦為研究對象，對這些礦床中的磁鐵礦顯微結(jié)構(gòu)進(jìn)行細(xì)致的對比，并采用概率統(tǒng)計的方法，深入分析這些礦床中的鉆孔品位數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)特征，綜合探討矽卡巖型鐵礦中鐵的疊加富集機制。

1 區(qū)域地質(zhì)

鄂東礦集區(qū)位于環(huán)太平洋成礦域西部的長江中下游鐵銅成礦帶的最西端，由陽新-常州、襄樊-廣濟和郯城-廬江三大斷裂所夾持。長江中下游成礦帶位于揚子板塊北緣，華北板塊南緣的大別造山帶南側(cè)(裴榮富等, 1985)。已有研究表明，該區(qū)構(gòu)造演化大致經(jīng)歷了三個主要階段，分別為前震旦紀(jì)基底形成階段、震旦紀(jì)-早三疊世沉積蓋層階段和中三疊世以來的碰撞造山和造山后板內(nèi)變形階段(常印佛等, 1991; Zhaietal., 1996; 岳書倉和周濤發(fā), 1998; Zhouetal., 2015)。前震旦紀(jì)基底主要由變質(zhì)奧長花崗巖-英云閃長巖-花崗閃長巖組合、白云母石英片巖夾有角閃巖組成，與沉積蓋層呈角度不整合關(guān)系；沉積蓋層主要包括震旦紀(jì)碎屑巖、白云巖和硅質(zhì)巖、寒武紀(jì)至三疊紀(jì)的海相碳酸鹽巖等；第三階段以中生代大規(guī)模巖漿活動和成礦作用為特征(常印佛等, 1991)，這些巖漿侵位于沉積蓋層淺部的石炭系、二疊系、三疊系及侏羅系地層之中(毛建仁等, 1990)，在其接觸帶或附近形成大量與巖漿熱液作用有關(guān)的鐵銅金等礦床(Zhaietal., 1996)。長江中下游成礦帶由七個各具特色的礦集區(qū)組成，自西向東分別為鄂東、九瑞、安慶-貴池、廬樅、銅陵、寧蕪和寧鎮(zhèn)礦集區(qū)(Zhaietal., 1996)，另外，還有新增的宣城礦集區(qū)(周濤發(fā)等, 2017)。Maoetal. (2011)將區(qū)內(nèi)巖漿活動和成礦作用劃分為三種類型，分別為① 156～137Ma侵位的富鉀鈣堿性花崗質(zhì)巖石，巖性主要為閃長巖、花崗閃長巖、花崗巖和花崗閃長斑巖，與之相關(guān)礦床類型為斑巖、矽卡巖和層控型銅金鉬鐵礦床；② 135～123Ma形成的鈣堿性花崗質(zhì)巖石，巖性主要為輝長巖、輝石閃長巖、石英閃長巖、石英二長巖、花崗閃長巖、花崗巖、閃長斑巖和花崗閃長斑巖以及與之相對應(yīng)的噴出巖，與之相關(guān)的礦床主要為位于白堊紀(jì)盆地中的玢巖鐵礦(寧蕪廬樅地區(qū))和隆凹過渡區(qū)的矽卡巖型鐵礦(金山店和程潮等)(Maoetal., 2011; Xieetal., 2011a, 2012)；③ 127～123Ma侵位的A型花崗巖，巖性主要為石英正長巖、正長巖、石英二長巖、堿性花崗巖和對應(yīng)的噴出巖，對應(yīng)于金鈾礦化(范裕等, 2008; 周濤發(fā)等, 2008)。其中，玢巖鐵礦和鄂東礦集區(qū)的矽卡巖型鐵礦(金山店和程潮)常常伴/共生大量的硬石膏/石膏礦床，另外，鄂東礦集區(qū)和寧蕪盆地東側(cè)的溧水盆地中還產(chǎn)出大型熱液鍶礦床(圖1)，石膏礦和鍶礦床與巖漿侵位于或穿透含膏鹽地層有關(guān)，顯示出就地取材的特點(李延河等, 2014; 朱喬喬等, 2017)。

鄂東礦集區(qū)內(nèi)地層出露齊全，從古生代到中、新生代地層均有出露，其中三疊系大冶組和嘉陵江組碳酸鹽巖、蒲圻組砂頁巖、侏羅系香溪群含煤砂頁巖分布廣泛，馬架山組、靈鄉(xiāng)組和大寺組的火山熔巖和火山碎屑巖主要在礦集區(qū)西部的金牛盆地內(nèi)發(fā)育(Xieetal., 2011b; 李瑞玲等, 2012)。中下三疊統(tǒng)碳酸鹽巖和含石膏的碳酸鹽巖(圖1)是區(qū)內(nèi)矽卡巖型鐵銅礦床最為重要的賦礦圍巖(舒全安等, 1992)。區(qū)內(nèi)巖漿活動以燕山期為主，既有巖漿侵入，又有火山噴發(fā)，并顯示多期次活動的特點，侵入巖與火山巖均表現(xiàn)出由中基性向中酸性演化的特征(毛建仁等, 1990)。侵入巖自北向南依次有鄂城、鐵山、金山店、靈鄉(xiāng)、陽新、殷祖六大巖體和銅綠山、銅山口、封山洞、阮家灣和付家山等多個小巖株，巖性主要為閃長巖、石英閃長巖和花崗閃長斑巖(舒全安等, 1992)。六大巖體中除殷祖巖體暫時沒有發(fā)現(xiàn)規(guī)模礦化之外，其它巖體均發(fā)育規(guī)模不等的矽卡巖(-斑巖)型礦化，且表現(xiàn)出一定程度的巖漿成礦專屬性：鄂城、金山店、靈鄉(xiāng)巖體接觸帶主要發(fā)育單一鐵礦(如程潮鐵礦、金山店鐵礦和靈鄉(xiāng)鐵礦等, Xieetal., 2012; Zhuetal., 2015)；鐵山巖體和陽新巖體接觸帶則主要為鐵銅金等多金屬礦床(如大冶鐵銅礦和銅綠山銅鐵礦等, Lietal., 2014; Xieetal., 2015)；銅山口和封山洞等小巖株則以矽卡巖-斑巖型銅鉬礦為主(如銅山口銅(鉬)礦和封山洞銅礦等，朱喬喬等, 2019)；阮家灣和付家山小巖株則以矽卡巖型鎢礦為主(如阮家灣鎢礦和付家山鎢礦)，伴生有銅和鉬等有益組分(舒全安等, 1992)。

2 礦床地質(zhì)

2.1 大冶鐵銅礦

大冶鐵銅礦位于鄂東礦集區(qū)北部的鐵山巖體南緣中段接觸帶上(圖2a)。礦區(qū)范圍內(nèi)出露的地層以下三疊統(tǒng)大冶組為主，下二疊統(tǒng)龍?zhí)督M、大隆組則為零星出露，第四系殘坡積及堆積物主要零星分布在低洼地段。其中龍?zhí)督M為中厚層-厚層狀含燧石結(jié)核灰?guī)r和薄層粉砂巖、粉砂質(zhì)頁巖、硅質(zhì)頁巖夾1～3層煤層，靠近巖體部位部分變質(zhì)為大理巖和角巖。大隆組以灰黑、深灰?guī)r硅質(zhì)巖或硅質(zhì)頁巖為主，夾有粘土質(zhì)及碳質(zhì)頁巖。與龍?zhí)督M為整合或假整合接觸，經(jīng)熱接觸變質(zhì)為角巖。大冶組主要為灰色薄至厚層狀白云巖、灰?guī)r夾角礫狀白云質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)條紋灰?guī)r及鈣質(zhì)頁巖；上部以白云巖為主，下部為灰?guī)r夾鈣質(zhì)頁巖；按巖性特征可細(xì)分為七個巖性段，其中第三至六巖性段與成礦作用密切(舒全安等, 1992)。靠近巖體接觸帶數(shù)百米范圍內(nèi)的大冶組地層發(fā)生熱變質(zhì)而成的大理巖中發(fā)育強烈塑性形變特征，形成褶疊層、石香腸和流變褶皺等接觸熱動力變質(zhì)構(gòu)造。

圖1 鄂東礦集區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)圖(據(jù)舒全安等, 1992; 朱喬喬和謝桂青, 2018修改)Fig.1 Geological map and mineral deposits distribution of the Edong district (modified after Shu et al., 1992; Zhu and Xie, 2018)

礦區(qū)主要褶皺構(gòu)造從南到北有鐵山背斜、龍門山倒轉(zhuǎn)向斜、龍洞-獅子山倒轉(zhuǎn)背斜及象鼻山倒轉(zhuǎn)向斜，是礦區(qū)的主要構(gòu)造格架，其中龍洞-獅子山倒轉(zhuǎn)背斜是鐵山復(fù)背斜的次級褶曲構(gòu)造，該次級向斜分布在龍洞獅子山背斜北側(cè)，僅出現(xiàn)在礦區(qū)象鼻山至尖林山地段，呈NWW向展布，具有控礦意義。礦區(qū)內(nèi)北西西向斷裂十分發(fā)育，且具有一定的規(guī)模，一般斷裂有多次活動的特征。鐵山巖體是礦區(qū)內(nèi)的主要巖體，也是成礦母巖，其出露形狀呈北西-南東的紡錘形，長軸走向NWW，西部風(fēng)化強烈且覆蓋嚴(yán)重，東部露頭較好。巖體南緣與大冶組灰?guī)r呈侵入接觸關(guān)系，淺部向南超覆于地層之上，深部變?yōu)橄蚰蟽A，角度逐漸變緩(舒全安等, 1992)。鐵山巖體是燕山期多次巖漿活動形成的復(fù)式巖體，已查明有四次侵入活動，根據(jù)各期次巖體之間的穿插和接觸關(guān)系，將鐵山巖體由老至新依次劃分為中細(xì)粒含石英閃長巖、輝長巖、正長閃長巖和斑狀含石英閃長巖，另外還有一定量的云斜煌斑巖、輝綠巖、閃長玢巖等脈巖(Xieetal., 2011a)。

大冶鐵銅礦共由六大礦體組成，自東向西依次為尖山、獅子山、象鼻山、尖林山、龍洞和鐵門坎，總長度約4300m。除尖林山礦體為盲礦體外，其余各礦體均出露地表(圖2a)。除鐵門坎與龍洞礦體因斷層錯開不連續(xù)外，其余礦體互相連接，呈疊瓦狀展布(舒全安等, 1992)。礦體呈似層狀、透鏡狀，賦存于接觸帶及其附近(圖2b)，產(chǎn)狀基本與接觸面吻合，走向NWW，除龍洞礦體傾向SW外，其它礦體一般上部傾向NE，深部傾向SW。礦體品位變化也較大：鐵礦石品位以鐵門坎礦體最高，尖林山礦體最低。銅礦化在大部分地段與鐵礦體一致，但在鐵礦體靠近大理巖一側(cè)或在其深部尖滅部位較為富集，而在與閃長巖接觸帶附近則較貧，各礦體中銅的品位以龍洞礦體最高，獅子山礦體最低，局部地段銅礦化則主要在圍巖中呈浸染狀產(chǎn)出(姚培慧等, 1993)。礦床在垂向上可分為氧化帶和原生帶，氧化帶以赤鐵礦-褐鐵礦礦石為主，氧化深度一般在地表以下100m范圍內(nèi)，原生帶礦石成分以磁鐵礦為主(趙一鳴等, 1990)。

大冶鐵銅礦的金屬礦物主要為磁鐵礦，其次為赤鐵礦、假象赤鐵礦、菱鐵礦、黃鐵礦、黃銅礦、磁黃鐵礦，有少量的斑銅礦、白鐵礦、閃鋅礦，在氧化帶上還有水針鐵礦、孔雀石、銅藍(lán)、輝銅礦、赤銅礦等。非金屬礦物主要為方解石、透輝石(或次透輝石)、石榴石、金云母、方柱石、白云石、斜長石、鈉長石、綠簾石和石英，局部有綠泥石和陽起石等。大冶鐵銅礦的礦石可以分為致密塊狀礦石、浸染狀礦石、花斑狀礦石、氣孔狀礦石、條帶狀礦石、角礫狀礦石等，除氧化帶以外，主要礦體大都由致密塊狀含銅或貧銅磁鐵礦礦石組成，全鐵品位可高達(dá)60%以上(石準(zhǔn)立等, 1981)。

圖2 大冶鐵銅礦地質(zhì)平面圖(a)和剖面圖(b)(據(jù)姚培慧等, 1993；武漢地質(zhì)學(xué)院和武鋼大冶鐵礦, 1982(1)武漢地質(zhì)學(xué)院，武鋼大冶鐵礦. 1982. 湖北大冶鐵礦地質(zhì)特征及其深部成礦預(yù)測問題探討(內(nèi)部資料)修改)

Fig.2 Geological map (a) and cross sections (b) of the Daye deposit (modified after Yaoetal., 1993)

圖3 程潮鐵礦地質(zhì)平面圖(a)和剖面圖(b)(據(jù)Yaoetal., 2015；冶金工業(yè)部中南冶金地勘司六0九隊, 1964(2)冶金工業(yè)部中南冶金地勘司六0九隊. 1964. 湖北省鄂城縣程潮礦區(qū)地質(zhì)勘探中間報告(內(nèi)部資料)修改)

Fig.3 Geological map (a) and cross section (b) of the Chengchao deposit (modified after Yaoetal., 2015)

2.2 程潮鐵礦

程潮鐵礦位于鄂東礦集區(qū)北部的鄂城巖體南緣接觸帶上(圖3a)。礦區(qū)內(nèi)出露的地層主要有三疊系和侏羅系，多分布在礦區(qū)南部，第四系僅在局部出露。礦區(qū)內(nèi)三疊系地層由下至上由大冶組、嘉陵江組、蒲圻組和雞公山組組成。其中，與成礦有關(guān)的圍巖主要是大冶組和嘉陵江組地層(姚培慧等, 1993；圖3)。大冶組地層主要分布于巖體接觸帶附近，呈透鏡狀或板狀，多處于雜巖體與蒲圻組地層或者花崗巖與閃長巖之間，在地表出露少。礦區(qū)內(nèi)鉆孔中僅見大冶組五至七段，其余出露不完整，巖性主要為灰?guī)r和白云質(zhì)灰?guī)r。嘉陵江組主要為白云巖和含石膏夾層的白云巖等。與大冶組頂部呈逐漸過渡的關(guān)系，加之巖漿侵位過程中的改造作用，常常難以與大冶組區(qū)分。蒲圻組主要分布于礦區(qū)南部，因受斷裂破壞，出露不完整，呈東厚西薄的特點，其主要為紫紅色砂泥質(zhì)頁巖、頁巖夾灰色砂巖、長石石英砂巖，頂、底部常夾有泥灰?guī)r扁豆體。蒲圻組地層在靠近巖體附近多發(fā)生明顯的熱變質(zhì)現(xiàn)象，形成角巖。雞公山組主要分布于大王沖和55線以東程潮村一帶，主要為泥質(zhì)粉砂巖，局部夾頁巖及劣質(zhì)煤層。區(qū)內(nèi)侏羅系地層主要為武昌組，多分布于本區(qū)南緣山嶺及南坡，巖性主要為砂質(zhì)頁巖、石英砂巖、頁巖等。礦

圖4 金山店鐵礦地質(zhì)平面圖(a)和剖面圖(b)(據(jù)姚培慧等, 1993; 朱喬喬和謝桂青, 2018修改)Fig.4 Geological map (a) and cross section (b) of the Jinshandian deposit (modified after Yao et al., 1993, Zhu and Xie, 2018)

區(qū)內(nèi)構(gòu)造較為復(fù)雜，既有印支期NWW向構(gòu)造變形，又有NE向構(gòu)造形跡，其中NWW向的斷裂和褶皺構(gòu)造是礦區(qū)的主干構(gòu)造，控制著巖體產(chǎn)狀以及鐵礦體的分布。礦區(qū)巖漿巖為鄂城侵入體南緣中段的一部分，主要由花崗質(zhì)巖石(中細(xì)粒花崗巖、石英二長斑巖、花崗斑巖和斑狀花崗巖等)和閃長質(zhì)巖石(含黑云二長閃長巖和細(xì)粒黑云閃長巖等)以及一些小的中基性巖脈(閃長玢巖和輝綠玢巖)組成，其中花崗質(zhì)巖石與成礦關(guān)系最為密切(Yaoetal., 2015; 李偉等, 2016)。

程潮鐵礦由百余個鐵礦體及硬石膏礦體組成，分為東、西兩個礦區(qū)(圖3b)。其中，東區(qū)鐵礦體由Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ號礦體及51個小礦體組成；西區(qū)鐵礦體主要由Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ號礦體及一些零星小礦體組成。鐵礦體最大者長約1700m，寬350m，厚達(dá)100多米，而眾多的小礦體一般僅有數(shù)十米長，傾向南或南南西。礦體向NWW側(cè)伏，各礦體的賦存標(biāo)高，從Ⅰ號到Ⅶ號礦體依次加深。硬石膏礦體一般疊加在鐵礦體之上，或在鐵礦體南部靠近地層的部位形成單獨的礦體。

程潮鐵礦礦物種類多樣，成分較為復(fù)雜，金屬礦物主要有：磁鐵礦、赤鐵礦、鏡鐵礦、黃鐵礦、黃銅礦、斑銅礦和磁黃鐵礦等；非金屬礦物包括：石榴石、透輝石、硅灰石、方柱石、韭閃石、透閃石、陽起石、金云母、綠泥石、綠簾石、蛇紋石、鉀長石、斜長石、石英、方解石、石膏、硬石膏及高嶺土等。程潮鐵礦的礦石類型按礦石量的多少可以分為致密塊狀礦石、浸染狀礦石、花斑狀礦石和條帶狀礦石等，礦石品位一般在36%～51%之間，局部可達(dá)61%，其中致密塊狀礦石是該礦床最主要的礦石類型(李偉等, 2016)。

2.3 金山店鐵礦

金山店鐵礦位于鄂東礦集區(qū)西部的金山店巖體與三疊系地層接觸帶上，受斷裂接觸帶疊加控制，分為兩個礦區(qū)，其中主礦區(qū)張福山礦區(qū)位于金山店巖體南緣中段，余華寺礦區(qū)位于金山店巖體西北緣(圖4a)。礦區(qū)內(nèi)地層主要由三疊系和部分侏羅系地層組成，第四系較發(fā)育。其中與成礦作用關(guān)系密切的地層為中-下三疊統(tǒng)嘉陵江組、下三疊統(tǒng)大冶組和中三疊統(tǒng)蒲圻組(舒全安等, 1992)。嘉陵江組為灰色微薄層至厚層狀白云質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r、含泥質(zhì)條紋灰?guī)r、鈣質(zhì)頁巖，含巨厚石膏層，與下伏大冶組呈整合接觸。大冶組主要為灰色薄至厚層狀白云巖、灰?guī)r夾角礫狀白云質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)條紋灰?guī)r及鈣質(zhì)頁巖；上部以白云巖為主，下部為灰?guī)r夾鈣質(zhì)頁巖；按巖性特征可細(xì)分為七個巖性段，區(qū)內(nèi)只出露其頂部第七段巖層，受北西西向斷裂和巖體侵入影響出現(xiàn)重復(fù)或缺失(王焰新和李立平, 1994)。金山店巖體平面呈紡錘形，軸向呈北西西-南東東(圖4a)。主要為淺色中偏酸性的石英二長巖-石英閃長巖，另外有少量的閃長玢巖脈等(圖4b)。與成礦有關(guān)的巖石類型為石英閃長巖和石英二長巖。沿金山店巖體接觸帶，共分布有大小約100個鐵礦體，其中規(guī)模較大的礦體有13個，尤以Ⅰ、Ⅱ號礦體規(guī)模最大。主要礦體在平面上大致呈北西西-南東東向條帶狀展布(圖4a)。在剖面上，各礦體呈似層狀、透鏡狀和脈狀(圖4b)(姚培慧等,1993)。

表2大冶、程潮和金山店礦床鉆孔品位數(shù)據(jù)篩分結(jié)果參數(shù)表

Table 2 Estimated parameters of partitioned populations of Fe contents in drill cores from Daye, Chengchao and Jinshandian deposits

勘探線號樣品數(shù)均值(wt%)標(biāo)準(zhǔn)差低值總體(A)高值總體(B)均值(wt%)標(biāo)準(zhǔn)差變異系數(shù)均值(wt%)標(biāo)準(zhǔn)差變異系數(shù)低值總體高值總體大冶鐵銅礦11-0線8044.8213.4432.227.7223.9655.635.008.993961大冶鐵銅礦28線15145.2312.5731.205.3317.0852.674.418.373070大冶鐵銅礦35線22542.2414.4123.954.3818.2951.017.2514.212773程潮鐵礦5線34543.9017.3421.916.4329.3555.184.478.103268程潮鐵礦16線24847.2012.6533.035.0415.2653.053.716.993664程潮鐵礦31線15733.0915.1225.847.2027.8649.084.048.236238金山店鐵礦25線11634.7021.5618.049.9455.1055.484.588.265149金山店鐵礦28線13726.9917.4519.7910.6653.8748.975.2310.686535金山店鐵礦39線20424.7816.8819.218.5344.4050.724.078.027624大冶鐵銅礦35線>20wt%20844.4212.6526.292.509.5153.116.0711.432674程潮鐵礦31線>20wt%11739.7111.1930.844.4514.4350.435.3010.514852金山店鐵礦39線>20wt%10239.0211.8532.555.2916.2552.522.745.226238

金山店鐵礦中的金屬礦物主要有：磁鐵礦、黃鐵礦、赤鐵礦、黃銅礦、穆磁鐵礦、斑銅礦和磁黃鐵礦等；非金屬礦物主要包括：透輝石、金云母、硬石膏、方柱石、綠泥石、綠簾石、方解石、石榴石、石膏、角閃石、磷灰石、蛇紋石、鉀長石等。按礦石的結(jié)構(gòu)構(gòu)造可以將金山店鐵礦的礦石類型分為致密塊狀礦石、粉狀礦石、浸染狀礦石、花斑狀礦石、條帶狀礦石和角礫狀礦石等(朱喬喬等, 2013, 2016)，其中致密塊狀礦石是金山店鐵礦最主要的礦石類型，粉狀礦石是金山店鐵礦重要的富礦類型之一。

3 樣品研究和數(shù)據(jù)處理方法

本次選取大冶鐵銅礦、程潮鐵礦和金山店鐵礦的典型礦石為對比研究對象，重點觀察這些礦床中磁鐵礦的溶解-再沉淀和疊加邊等顯微結(jié)構(gòu)特征，由于大冶鐵銅礦和程潮鐵礦磁鐵礦的顯微結(jié)構(gòu)研究程度較高(Huetal., 2014, 2015; 李偉等, 2016)，本次重點研究金山店鐵礦。在光學(xué)顯微鏡和能譜儀下觀察，尋找磁鐵礦的結(jié)構(gòu)變化特征，識別磁鐵礦的世代關(guān)系，劃分標(biāo)志有先后穿插關(guān)系和包裹關(guān)系、生長間斷、顏色亮暗變化、孔洞發(fā)育程度和背散射電子照片中相對亮暗變化與振蕩環(huán)帶發(fā)育程度等特征。

圖5 大冶(a)、程潮(b、c)和金山店(d-f)礦床磁鐵礦結(jié)構(gòu)對比(a、b)為反射光下照片，(c-f)為背散射電子照片；不同世代間的邊界用白色虛線標(biāo)出，(c)中白色箭頭指示位置為溶解-再沉淀結(jié)構(gòu)集中區(qū)域.Anh-硬石膏；Ccp-黃銅礦；Hem-赤鐵礦；Mag-磁鐵礦；Py-黃鐵礦Fig.5 Texture of magnetite from Daye (a), Chengchao (b, c) and Jinshandian (d-f)depositsPhotomicrographs (a, b) are under reflected light, whereas (c-f) are back-scattered electron (BSE) images. The boundary of different generations of magnetite are shown by white dished lines, area with obvious dissolution-reprecipitation texture are indicated by white arrows in (c). Anh-anhydrite; Ccp-chalcopyrite; Hem-hematite; Mag-magnetite; Py-pyrite

本次分析的礦石品位數(shù)據(jù)來自于大冶鐵銅礦、程潮鐵礦和金山店鐵礦的礦床勘查報告，分別選取各礦床中的勘探線若干，收集該勘探線中鉆孔的全鐵含量(TFe)。各礦床勘探線情況如表1，勘探線和鉆孔位置見圖2、圖3、圖4。數(shù)據(jù)處理過程大致如下：①對同一勘探線內(nèi)的所有數(shù)據(jù)從小到大進(jìn)行排序，計算出其標(biāo)準(zhǔn)差，選取標(biāo)準(zhǔn)差的四分之一到二分之一內(nèi)的某一整數(shù)作為分組間距，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分組，使得分組數(shù)大于等于10；②利用SPSS軟件對各勘探線做全鐵含量-頻率分布直方圖，判斷各勘探線的品位數(shù)據(jù)是否符合正態(tài)分布特征，若符合正態(tài)分布，則直接計算相關(guān)參數(shù)(如均值和標(biāo)準(zhǔn)差等)；對不符合正態(tài)分布的勘探線品位數(shù)據(jù)進(jìn)行篩分(③-⑦)，篩分過程參照趙鵬大等(1994b)和王琳等(2008)；③計算每組數(shù)據(jù)的分組組中值和分組頻數(shù)、累積頻數(shù)及累積頻率(從低值向高值累積)，以組中值為橫坐標(biāo)，累積頻率為縱坐標(biāo)投在概率格紙上(以實心圓表示)并連成一條光滑的曲線，該曲線即為實測累積頻率曲線；④在實測累積頻率曲線上找到曲線的拐點，大致確定混合總體數(shù)量及其在混合總體中所占的比例，即拐點出現(xiàn)處的累積頻率百分?jǐn)?shù)；⑤對于非相交雙峰混合總體，根據(jù)曲線的上端和下端部分的若干個點，應(yīng)用公式P(A+B)=fAPA+fBPB計算單一總體所占的累積頻率投在概率格紙上(以空心菱形表示)并連成直線得到篩分出的A和B成分總體，式中P(A+B)為實測數(shù)據(jù)曲線上概率讀數(shù)，PA、PB為兩成分總體對應(yīng)于P(A+B)點有關(guān)的概率，fA、fB為依拐點所確定的兩成分總體的比例，二者之和為1；⑥通過實測曲線中部(拐點附近)的數(shù)個點作垂直線，相交于A、B成分總體，由交點可分別讀出橫坐標(biāo)PA，PB值，用上述公式可計算出數(shù)個P(A+B)理論值，投在概率格紙上(以空心三角表示)，與實際觀測值相比，若偏離很小，則認(rèn)為篩分有效；若偏離較遠(yuǎn)，則表明拐點位置不合適，必須重新選擇新的拐點值，重復(fù)上述計算，直到擬合基本一致為止；⑦對篩分出的單一總體進(jìn)行參數(shù)估計，單個總體累積頻率50%所對應(yīng)的橫坐標(biāo)為平均數(shù)的估計值，累積頻率84%與16%所對應(yīng)的縱坐標(biāo)之差的一半為標(biāo)準(zhǔn)差估計值。考慮到磁鐵礦礦石的邊界品位為TFe=20%，本次選擇部分代表性的勘探線(大冶鐵銅礦35線、程潮鐵礦31線和金山店鐵礦39線)按TFe<20%去掉低值數(shù)據(jù)，再次進(jìn)行統(tǒng)計和篩分，以探討低品位數(shù)據(jù)對于篩分結(jié)果的影響。

圖6 大冶、程潮和金山店礦床鉆孔品位數(shù)據(jù)直方圖Fig.6 Frequency histograms using Fe contents of drill cores from Daye, Chengchao and Jinshandian deposits

4 磁鐵礦結(jié)構(gòu)觀察和品位數(shù)據(jù)處理結(jié)果

大冶鐵銅礦中的磁鐵礦在光學(xué)顯微鏡下即可觀察到明顯的世代關(guān)系(圖5a)，至少有兩個世代，形成核邊結(jié)構(gòu)。磁鐵礦核部孔洞發(fā)育，包裹有較多的硅酸鹽礦物；而邊部孔洞較少，包裹礦物為黃鐵礦和黃銅礦；相比核部而言，邊部顏色略亮，二者之間有時可見明顯的生長間斷；BSE下有明顯的溶解-再沉淀結(jié)構(gòu)(Huetal., 2015)。程潮鐵礦中的磁鐵礦在光學(xué)顯微鏡下也可觀察到明顯的世代關(guān)系(圖5b)，BSE下則更加明顯(圖5c)，至少有三個生長間斷明顯的世代：第一世代磁鐵礦發(fā)育溶解-再沉淀結(jié)構(gòu)(為討論方便，參照李偉等, 2016的劃分方式，將原磁鐵礦和溶解-再沉淀的磁鐵礦合并為一個世代)，孔洞較多，BSE下亮暗不均勻，但整體上為最暗，與第二世代邊界處有窄的亮邊；第二世代磁鐵礦振蕩環(huán)帶發(fā)育，孔洞較少，BSE下顏色較其它各世代為最亮；第三世代磁鐵礦振蕩環(huán)帶不明顯，孔洞較少，邊界呈弧形。金山店鐵礦中的磁鐵礦溶解-再沉淀結(jié)構(gòu)不發(fā)育，僅在少量樣品中發(fā)育疊加結(jié)構(gòu)(圖5d-f)，核部在BSE照片中較亮而邊部則相對較暗，二者之間存在明顯的生長間斷。

圖7 大冶、程潮和金山店礦床鉆孔品位數(shù)據(jù)累積頻率圖Fig.7 Cumulative probability plots generated using Fe contents of drill cores from Daye, Chengchao and Jinshandian deposits

圖8 大冶、程潮和金山店礦床代表性勘探線鉆孔品位數(shù)據(jù)(TFe>20%)累積頻率圖Fig.8 Cumulative probability plots generated using Fe contents (TFe>20%) of drill core from typical cross sections from Daye, Chengchao and Jinshandian deposits

各礦床各勘探線品位數(shù)據(jù)的頻率分布直方圖顯示(圖6)，本次所選各礦床的不同勘探線的品位數(shù)據(jù)均表現(xiàn)為雙峰或多峰分布。同時，所有勘探線品位數(shù)據(jù)的峰度均小于0，除金山店鐵礦的28線和39線數(shù)據(jù)外，其余各勘探線品位數(shù)據(jù)的偏度均小于0。各礦床各勘探線品位數(shù)據(jù)的篩分結(jié)果見表2和圖7。統(tǒng)計結(jié)果顯示，各勘探線品位數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差范圍為12.57～21.56，分組間距在4～6之間，分組數(shù)在11～14之間。各勘探線品位數(shù)據(jù)的累積頻率曲線有著明顯的拐點，其兩側(cè)的低值(A)和高值(B)兩個單一總體在所研究的概率范圍內(nèi)為不相交的兩條直線，不同曲線的拐點位置和其兩側(cè)直線的斜率略有差別。大冶鐵銅礦三條勘探線品位數(shù)據(jù)的累積頻率曲線的拐點分別為39%、30%和27%(圖7a-c)，其低值總體與高值總體的比例分別為39:61、30:70和27:73，且低值總體的均值范圍為23.95%～32.22%，標(biāo)準(zhǔn)差范圍為4.38～7.72，高值總體的均值范圍為51.01%～55.63%，標(biāo)準(zhǔn)差范圍為4.41～7.25。程潮鐵礦三條勘探線品位的累積頻率曲線的拐點分別為32%、36%和62%(圖7d-f)，其低值總體與高值總體的比例分別為32:68、36:64和62:38，且低值總體的均值范圍為21.91%～33.03%，標(biāo)準(zhǔn)差范圍為5.04～7.20，高值總體的均值范圍為49.08%～55.18%，標(biāo)準(zhǔn)差范圍為3.71～4.47。金山店鐵礦三條勘探線品位的累積頻率曲線的拐點分別為51%、65%和76%(圖7g-i)，其低值總體與高值總體的比例分別為51:49、65:35和76:24，且低值總體的均值范圍為18.04%～19.79%，標(biāo)準(zhǔn)差范圍為8.53～10.66，總體的均值范圍為48.97%～55.48%，標(biāo)準(zhǔn)差范圍為4.07～5.23。就不同的礦床來看，篩分前，大冶鐵銅礦和程潮鐵礦鉆孔品位數(shù)據(jù)的均值和標(biāo)準(zhǔn)差近似，但二者的均值絕大部分高于金山店鐵礦品位數(shù)據(jù)的均值，標(biāo)準(zhǔn)差則絕大部分低于金山店鐵礦品位數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差；篩分后，低值總體依然保持類似的規(guī)律，但高值總體的均值和標(biāo)準(zhǔn)差基本一致。就單一礦床來看，篩分前，除程潮鐵礦31線外，大冶鐵銅礦和程潮鐵礦各勘探線品位數(shù)據(jù)低值總體的比例均低于高值總體的比例，而金山店鐵礦的低值總體則都高于高值總體；篩分后，低值總體和高值總體的標(biāo)準(zhǔn)差均低于篩分前的混合總體標(biāo)準(zhǔn)差，且低值總體的標(biāo)準(zhǔn)差絕大部明顯高于高值總體的標(biāo)準(zhǔn)差。

大冶鐵銅礦35線、程潮鐵礦31線和金山店鐵礦39線刪除低于20%的品位數(shù)據(jù)后的統(tǒng)計結(jié)果與原數(shù)據(jù)相比(圖8)，其均值明顯提高，標(biāo)準(zhǔn)差則明顯降低，篩分后的低值總體均值也明顯升高，標(biāo)準(zhǔn)差明顯降低，而高值總體均值略有升高，標(biāo)準(zhǔn)差有升有降，如大冶鐵銅礦35線和金山店鐵礦39線標(biāo)準(zhǔn)差降低，而程潮鐵礦31線則略有升高。

5 討論

5.1 鄂東礦集區(qū)典型鐵礦的磁鐵礦顯微結(jié)構(gòu)特征對比

礦物學(xué)研究表明，礦物結(jié)構(gòu)是其所處物理化學(xué)環(huán)境變化的記錄者和保存者(Craig, 2001)，但需要鑒別的是礦物結(jié)構(gòu)所保存的是其形成時的物理化學(xué)條件，還是形成后的條件，亦或是二者兼而有之(Craigetal., 1998; Putnis, 2002; Putnis and John, 2010)。近年來原位微區(qū)技術(shù)在礦物學(xué)尺度的應(yīng)用為巖漿/熱液中鐵質(zhì)富集機制的研究提供了重要平臺：一方面，磁鐵礦結(jié)構(gòu)和成分的復(fù)雜性逐漸被揭示出來，為細(xì)致而深入研究奠定了基礎(chǔ)(Ciobanu and Cook, 2004; Huetal., 2014, 2015; Nadolletal., 2014; Dareetal., 2014)；另一方面，不同成因類型磁鐵礦的化學(xué)成分對比工作逐漸開展(Dupuis and Beaudoin, 2011; 段超等, 2012, 2017; Nadolletal., 2014; Dareetal., 2015)，為研究矽卡巖型鐵礦中鐵的高效富集機制創(chuàng)造了條件。大冶鐵銅礦和程潮鐵礦中普遍發(fā)育溶解-再沉淀和多世代疊加結(jié)構(gòu)，在光學(xué)顯微鏡下較易識別多世代磁鐵礦疊加的特征，尤其是在各世代之間有明顯生長間斷和/或孔洞發(fā)育程度及包裹礦物有所差別時，而光學(xué)顯微鏡下僅在程潮鐵礦中識別出溶解再沉淀特征(圖5a, b)；而背散射電子(BSE)照片中溶解-再沉淀結(jié)構(gòu)和多世代疊加結(jié)構(gòu)均能很容易地加以區(qū)分(圖5c)，除光學(xué)顯微鏡下的識別依據(jù)外，BSE照片中化學(xué)成分的區(qū)別也是重要的依據(jù)：微量元素替代磁鐵礦中的鐵而引起礦物明暗的變化，大體上，原子序數(shù)小于鐵的元素替代鐵，磁鐵礦表面平均原子序數(shù)將會降低，可導(dǎo)致該部位磁鐵礦的顏色變暗，反之則變亮(陳克樵等, 2002)。在BSE照片中，大冶鐵礦第二世代磁鐵礦明顯較第一世代要亮，其SiO2(0.06%～0.08%)、Al2O3(0.30%～0.31%)和MgO(0.11%～0.12%)明顯低于第一世代，后者分別為0.52%～1.92%、0.49%～1.20%和0.28%～0.942%(Huetal., 2015)，而程潮鐵礦中的第一和第二世代的磁鐵礦也有類似的特征，但第三世代的磁鐵礦則相對第二世代暗，具有富含Ca、Al和Si的特點(李偉等, 2016)。金山店鐵礦僅在局部礦石中有疊加結(jié)構(gòu)產(chǎn)出(圖5d-f)，溶解再沉淀結(jié)構(gòu)不明顯，光學(xué)顯微鏡下，磁鐵礦核部顏色帶藍(lán)灰色色調(diào)，BSE照片中核部明顯較邊部亮，能譜顯示其邊部較核部明顯富集Ca、Si和Al等元素。鄂東礦集區(qū)典型矽卡巖型鐵礦中磁鐵礦的結(jié)構(gòu)各有特色，且與其礦物成分的變化具有一定的對應(yīng)關(guān)系，因而這些礦床中磁鐵礦的結(jié)構(gòu)和成分記錄了矽卡巖型鐵礦形成過程中流體演化的復(fù)雜性，包括磁鐵礦的形成及其與后期流體之間的相互作用過程。

5.2 礦石品位的分布特征和低品位數(shù)據(jù)對篩分結(jié)果的影響

由單一成因總體構(gòu)成礦石品位的統(tǒng)計分布都呈單峰的正態(tài)或偏斜曲線，而由多個成因總體構(gòu)成的統(tǒng)計總體的混合分布在大多數(shù)情況下均呈雙峰或多峰曲線(趙鵬大等, 1994a)，如勘查地球化學(xué)數(shù)據(jù)即具有混合分布(背景與異常)的特征，它們是兩次或多次地球化學(xué)作用的產(chǎn)物。本次研究的礦床勘探線品位數(shù)據(jù)明顯偏離正態(tài)曲線，大部分勘探線品位數(shù)據(jù)具有明顯的雙峰分布，屬于非相交總體(Sinclair, 1974; 趙鵬大等, 1994a)，只有一個明顯的拐點，均由低值總體和高值總體兩部分混合而成，也表明大冶地區(qū)的鐵礦石品位數(shù)據(jù)具有雙峰混合分布的特征。但不同礦床的混合特征有一定的差異(表2)：大冶鐵銅礦中三條勘探線品位數(shù)據(jù)低值總體的比例(27%～39%)均低于高值總體的比例(61%～73%)；程潮鐵礦中5和16號勘探線品位數(shù)據(jù)的低值總體低于高值總體，而31號勘探線品位數(shù)據(jù)的低值總體則高于高值總體；金山店鐵礦中三條勘探線品位數(shù)據(jù)低值總體的比例(51%～76%)均高于高值總體的比例(24%～49%)。即在同一礦床或不同礦床中兩次地球化學(xué)作用的結(jié)果有一定的差別，若將單次地球化學(xué)作用與成礦階段對應(yīng)起來，則可理解為不同成礦階段對于礦體的貢獻(xiàn)有所差異。

矽卡巖型鐵礦中含鐵的礦物種類多，且含量變化大，如石榴子石、輝石、云母和閃石等硅酸鹽礦物，巖石中混有一定量的這類礦物，可以導(dǎo)致巖石具有一定的全鐵品位，這些礦物中的鐵是難以利用的，而矽卡巖型鐵礦石樣品通常是磁鐵礦與這些礦物呈一定比例的混合物，因此，全鐵品位值可能并非全部來自于磁鐵礦的貢獻(xiàn)，有時甚至很低磁鐵礦含量的樣品也具有一定的品位值，如鄂東地區(qū)矽卡巖型鐵礦成礦巖體中的TFe含量范圍約為2%～8%(舒全安等, 1992)，該品位值主要來自于巖石中暗色礦物和副礦物磁鐵礦、鈦鐵礦等礦物的貢獻(xiàn)，與矽卡巖化過程的關(guān)系不大，因而必須考察這些低值數(shù)據(jù)對于品位數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的影響。本次選取了大冶鐵銅礦35線、程潮鐵礦31線和金山店鐵礦39線，其低于20%的品位數(shù)據(jù)比例分別為7.56%、25.48%和50.00%，剔除低值數(shù)據(jù)后再次進(jìn)行篩分。結(jié)果表明，剔除前后篩分曲線的走勢大體一致，但是隨著低品位比例的增加，剔除后的篩分曲線與剔除前的曲線的偏離程度也逐漸增加，而拐點值也逐漸降低，即低值總體所占的比例降低，三條勘探線的拐點位置變化程度分別為1%、14%和14%，對于低值總體而言，其標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)均明顯降低，均值升高，只是程度略有差異而已。因此，在進(jìn)行統(tǒng)計篩分時，一定比例的低品位數(shù)據(jù)將影響篩分曲線的走勢和拐點的位置，進(jìn)而影響低值總體和高值總體參數(shù)的計算，甚至可能導(dǎo)致錯誤的判斷。對比這三條代表性勘探線剔除低值前后的篩分曲線走勢和參數(shù)變化，可以推測，低值品位數(shù)據(jù)數(shù)目占總體數(shù)據(jù)量的25%以上，將對篩分結(jié)果產(chǎn)生明顯的影響，影響程度隨著低值品位數(shù)據(jù)比例的增加而增加。

5.3 矽卡巖型鐵礦中鐵的高效富集機制

鄂東礦集區(qū)是我國矽卡巖型鐵礦最為集中的地區(qū)之一，該區(qū)內(nèi)的鐵礦開采歷史悠久，而研究歷史則超過半個世紀(jì)。二十世紀(jì)五十年代，學(xué)者提出了著名的大冶式鐵礦理論，認(rèn)為這些鐵礦是熱液交代作用的產(chǎn)物(黃懿等, 1957)；八十年代，學(xué)者又提出了礦漿成礦的觀點(石準(zhǔn)立等, 1981)，九十年代又提出了巖漿-熱液過渡型流體成礦的認(rèn)識(林新多, 1998)。這些新觀點的提出，對于深入理解矽卡巖型鐵礦的形成機制具有積極的意義，但同時也引起了廣泛的爭論，其爭論的焦點在于是否存在礦漿成礦(黃懿等, 1957; 裴榮富等, 1985; 石準(zhǔn)立等, 1981; 趙一鳴等, 1990; 李延河等, 2013, 2014)。盡管部分實驗巖石學(xué)研究發(fā)現(xiàn)一些富含P(P2O5>5%)和/或揮發(fā)分的中性熔體可以發(fā)生不混溶作用形成富含鐵(TFe<40%)和富硅的兩類熔體，但無法產(chǎn)生近乎于純的磁鐵礦漿(王坤等, 2017; Tollarietal., 2006; Lesteretal., 2013)；另外，發(fā)生不混溶作用的溫度通常超過1000℃(王坤等, 2017; Lesteretal., 2013; Houetal., 2018; Mungalletal., 2018)，高于一般與矽卡巖型鐵礦有關(guān)巖漿巖的結(jié)晶溫度(～1000℃, 舒全安等, 1992)。事實上，在大冶地區(qū)常見品位高于50%的富鐵礦石，甚至有相當(dāng)一部分可達(dá)60%以上(表1)，近乎于純的磁鐵礦單礦物巖石(TFe=72.4%)，這部分高品位礦石被認(rèn)為是礦漿貫入成礦的重要證據(jù)之一(石準(zhǔn)立等, 1981)。綜合大冶式鐵礦的相關(guān)文獻(xiàn)可以發(fā)現(xiàn)，對于其礦漿貫入成礦的認(rèn)識，很大程度上是與智利拉科富鐵礦進(jìn)行結(jié)構(gòu)特征對比的結(jié)果(石準(zhǔn)立等, 1981; 翟裕生等, 1982)。然而近年來，部分學(xué)者對拉科鐵礦礦漿成因的觀點提出了強烈的質(zhì)疑，認(rèn)為其屬富含揮發(fā)分的流體交代成因(Sillitoe and Burrows, 2002; Dareetal., 2015)。Huetal. (2014)在程潮鐵礦的磁鐵礦中識別出代表熱液作用特征的溶解-再沉淀現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)不同產(chǎn)狀磁鐵礦的微量元素含量和變化特征符合熱液成因磁鐵礦的特點，因而認(rèn)為程潮鐵礦為熱液成因。大冶鐵銅礦中也發(fā)育多世代磁鐵礦疊加和溶解-再沉淀現(xiàn)象(舒全安等, 1992; Huetal., 2015)。Lietal. (2014)認(rèn)為大冶地區(qū)的多期次巖漿-熱液活動的疊加作用導(dǎo)致了大冶式富鐵礦的形成，支持前人疊加富集成富礦的觀點(汪國棟和宋雄, 1996)。李偉等(2016)通過統(tǒng)計不同世代磁鐵礦的面積，發(fā)現(xiàn)程潮鐵礦中前三個世代磁鐵礦的貢獻(xiàn)比例超過90%，認(rèn)為多期次疊加是鐵質(zhì)超常富集的重要機制。因此，高品位的鐵礦石可能并不是礦漿成礦的重要證據(jù)(Dareetal., 2015)，而是熱液在多期次/階段作用下產(chǎn)生的近乎于純的磁鐵礦單礦物巖石。事實上，在矽卡巖型礦床中單礦物巖石廣泛存在，如石榴子石矽卡巖、透輝石矽卡巖和方柱石矽卡巖等，這些巖石幾乎由單一礦物組成，且明顯具有典型熱液作用的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造，是巖漿熱液與圍巖發(fā)生強烈水巖作用的產(chǎn)物(常兆山, 2018, 私人通訊)。程潮鐵礦中的石榴子石和磁鐵礦均有四個世代(Lietal., 2019和本次)，大冶鐵銅礦中的磁鐵礦至少有兩個世代，褐簾石則具有四個世代(胡浩, 2014和本次)，金山店鐵礦中的石榴子石、輝石和部分磁鐵礦也具有兩個世代(Zhuetal., 2015和本次)，這些礦物的不同世代之間大多具有明顯的結(jié)構(gòu)和成分的差異，推測多世代礦物的疊加可能是矽卡巖中單礦物巖石形成的重要原因之一，富鐵礦石只是其中最為關(guān)注的一種。

本次所研究的各礦床的勘探線品位數(shù)據(jù)均服從低值和高值兩個總體非相交而成的混合分布模式，但兩個總體在不同的礦床或者同一礦床的不同勘探線中的混合比例有所差異，即使剔除TFe小于20%的低值數(shù)據(jù)，混合分布模式的特征也依然保留，只是各總體的混合比例、均值和標(biāo)準(zhǔn)差略有改變而已。這些品位數(shù)據(jù)的疊加特征與礦床中的多世代磁鐵礦的疊加結(jié)構(gòu)可能具有一致的指向性——本次研究的三個大冶式鐵礦床可能是兩次或多次成礦作用期次/階段疊加的結(jié)果。這些礦床中品位數(shù)據(jù)的疊加可能是結(jié)構(gòu)疊加的宏觀反映，而結(jié)構(gòu)疊加是品位數(shù)據(jù)疊加的微觀表現(xiàn)，疊加導(dǎo)致品位提高的具體過程可能與選礦過程中逐級提純的過程類似——品位約30%的貧礦石，采用精心設(shè)計并嚴(yán)格控制的工藝條件和生產(chǎn)流程，經(jīng)過多段磨礦，并采用磁選、浮選和重選等多種方法將礦石品位逐漸提高，最后獲得55%～60%以上的精礦(汪國棟和宋雄, 1996)。其中，金山店鐵礦中的磁鐵礦僅局部有兩個世代，疊加作用較弱(圖5d-f)，其品位數(shù)據(jù)的疊加則可能是塊狀或浸染狀礦石在地下水作用下改造為粉狀礦石的表現(xiàn)(舒全安等, 1992)。因此，疊加富集可能是矽卡巖型鐵礦中鐵高效富集的一種重要機制。需要指出的是，溶解-再沉淀是疊加富集的特殊表現(xiàn)形式之一，即在時間上有先后關(guān)系的不同世代礦物在空間上呈混雜分布。在該過程中，早世代的磁鐵礦發(fā)生溶解可以為晚世代的磁鐵礦提供鐵質(zhì)(Huetal., 2015)，但如果流體中沒有晚期鐵質(zhì)的加入，即便早世代磁鐵礦完全被溶解，再沉淀形成新的磁鐵礦與原來相比，體積變化也不大(遵循質(zhì)量守恒定律)，同時由于雜質(zhì)元素對鐵元素的替代通常只有幾個百分點，因而溶解-再沉淀過程對于鐵礦石品位的提高程度可能比較有限。而直接在早期磁鐵礦外圍再次生長同種礦物，形成“加大邊結(jié)構(gòu)”(圖5c)，對于磁鐵礦顆粒的增大將起到立竿見影的效果，如程潮鐵礦磁鐵礦的溶解-再沉淀結(jié)構(gòu)僅發(fā)育在礦物的核部，而邊部的“加大邊”對于顆粒“表面積”的增加程度可以超過50%(李偉等, 2016)。

已有統(tǒng)計資料表明，我國的沉積變質(zhì)型鐵礦品位相對低(TFe一般20%～40%)，僅有少數(shù)變質(zhì)程度較高的礦床經(jīng)熱液疊加改造而形成有一定量的富鐵礦石(TFe>50%)，如弓長嶺鐵礦(李厚民等, 2010; Zhangetal., 2015)，明顯不同于世界上主要產(chǎn)鐵國家的富鐵礦類型——風(fēng)化淋濾型(Gutzmeretal., 2006; Lascelles, 2006)。二者的共同之處在于都經(jīng)歷了疊加改造，且改造作用的類型不同于原始沉積作用，加之兩次成礦作用之間的時間間隔較長，因而相對較易區(qū)分出不同期次的成礦作用(沈保豐和張闊, 2016)，但與巖漿活動有著密切聯(lián)系的斑巖-矽卡巖型礦床在礦區(qū)尺度內(nèi)不同期次的巖漿活動間隔相對較短，通常只有幾個百萬年(Chiaradiaetal., 2013; Lietal., 2014; Spenceretal., 2015)，且疊加作用的類型基本一致，產(chǎn)物也相似(Vryetal., 2010)，因而難以區(qū)分出不同期次/階段的成礦作用。本次研究結(jié)果顯示，礦物顯微結(jié)構(gòu)和品位數(shù)據(jù)的研究可以為制約這類疊加成礦作用提供有效途徑；同時不同礦床疊加結(jié)構(gòu)和礦石品位數(shù)據(jù)的差異表明，多世代磁鐵礦的發(fā)育范圍和疊加程度可以在一定程度上反映高品位礦石的分布狀況，其疊加程度可以作為矽卡巖型富鐵礦的找礦線索。

6 結(jié)論

本文對鄂東礦集區(qū)內(nèi)典型的大冶式矽卡巖型鐵礦：大冶鐵銅礦、程潮鐵礦和金山店鐵礦開展了詳細(xì)的磁鐵礦顯微結(jié)構(gòu)特征的對比和礦石品位數(shù)據(jù)的篩分研究。在光學(xué)顯微鏡和背散射電子照片中發(fā)現(xiàn)大冶鐵銅礦和程潮鐵礦中的磁鐵礦至少有兩個世代，發(fā)育明顯的疊加結(jié)構(gòu)，而金山店鐵礦中局部礦石也發(fā)育疊加結(jié)構(gòu)，但發(fā)育程度明顯弱于大冶和程潮礦床。這三個礦床中代表性勘探線鉆孔礦石品位數(shù)據(jù)的概率圖解法篩分結(jié)果顯示，礦石品位數(shù)據(jù)的累積頻率曲線具有兩個非相交總體所形成的混合分布模式，分別具有低值(TFe 18.04%～33.03%)和高值(TFe 48.97%～55.63%)兩個總體。剔除掉TFe<20%的數(shù)據(jù)后，其混合分布模式不變，但當(dāng)?shù)椭灯肺粩?shù)據(jù)數(shù)目占總體數(shù)據(jù)量的25%以上，將對篩分結(jié)果產(chǎn)生明顯的影響，其影響程度隨著低值品位數(shù)據(jù)比例的增加而增加。磁鐵礦結(jié)構(gòu)和品位數(shù)據(jù)篩分結(jié)果表明，這些矽卡巖型鐵礦床中至少存在兩個成礦作用期次/階段的疊加，且不同礦床的疊加程度略有區(qū)別，大冶和程潮鐵礦疊加程度明顯高于金山店鐵礦，這可能是導(dǎo)致大冶和程潮礦床整體為富鐵礦而金山店鐵礦只有局部是富鐵礦的重要原因。因此，疊加富集可能是矽卡巖型鐵礦中鐵高效富集的一種重要機制，多世代磁鐵礦的發(fā)育范圍和疊加程度可以在一定程度上反映高品位礦石的分布狀況，其疊加程度可以作為矽卡巖型富鐵礦的找礦線索。

致謝野外工作期間，得到武鋼礦業(yè)集團有限責(zé)任公司大冶鐵礦、程潮鐵礦、金山店鐵礦和中國冶金地質(zhì)總局中南地質(zhì)勘查院的大力支持；室內(nèi)分析時得到了中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所劉歡博士的幫助；在成文過程中中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)王成彬博士和中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所段超博士提出了寶貴的意見和建議；審稿專家對論文提出了許多建設(shè)性的意見；一并在此表示衷心地感謝！