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        齊大山鐵礦富礦圍巖的地球化學(xué)特征分析研究

        2021-12-23 14:23:32王永增郝大海
        中國金屬通報 2021年17期
        關(guān)鍵詞:成礦圍巖

        王永增,郝大海

        (1.鞍鋼集團(tuán)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(dá)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(jìn)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(dá)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)模混合巖化作用之前。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(yuǎn)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(qiáng)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(jìn)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(biāo)準(zhǔn)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(fù)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(fù)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(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)eu負(fù)異常,δCe為0.91,無明顯正負(fù)異常。富鐵礦圍巖中δeu為0.21~0.51(平均0.37),具有較強(qiáng)eu負(fù)異常,δCe為0.94,無明顯正負(fù)異常。

        圖3 齊大山礦石(a)與圍巖(b)稀土元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)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(fù)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(qiáng)eu負(fù)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(fù)異常為主,Ce無明顯正負(fù)異常,但富鐵礦圍巖eu負(fù)異常明顯低于貧鐵礦圍巖,這可能是具有較強(qiáng)eu正異常的成礦溶液再富集形成富鐵礦時,與具有較強(qiáng)eu負(fù)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(fù)異常明顯低于貧鐵礦圍巖,這可能是具有較強(qiáng)eu正異常的成礦溶液再富集形成富鐵礦時,與具有較強(qiáng)eu負(fù)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。

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