新疆海相火山巖型鐵礦研究進(jìn)展及問題

武陽 申萍 李昌昊

摘? 要：海相火山巖型鐵礦是近年來發(fā)現(xiàn)的重要富鐵礦礦床類型。前人通過對不同礦床圍巖進(jìn)行鋯石U-Pb年齡、黃鐵礦Re-Os年齡、石榴子石Sm-Nd年齡和磁鐵礦Re-Os年齡測試，認(rèn)為主要形成時代多集中于古生代，此類礦床直接定年仍較困難。據(jù)礦床礦化特征認(rèn)為有火山沉積型、火山巖漿-熱液型和類矽卡巖型等成因類型。據(jù)磁鐵礦電子探針、La-ICP-MS和Fe同位素實(shí)驗(yàn)認(rèn)為，成礦物質(zhì)為巖漿與巖漿-熱液來源。該類礦床產(chǎn)出形態(tài)與礦床成因多與火山作用相關(guān)，距火山口由近及遠(yuǎn)具明顯變化規(guī)律，造成同一成礦帶中分布著不同成因礦床。其它類型鐵礦已開展十分精細(xì)的礦物學(xué)成礦過程研究，礦床形成過程中的多期次成礦作用導(dǎo)致礦床兼具多種成礦類型特征。

關(guān)鍵詞：海相火山巖型鐵礦;磁鐵礦;成礦模式

我國鐵礦床類型豐富，按礦床成因分為沉積變質(zhì)型、巖漿型、接觸交代-熱液型、火山巖型、沉積型、風(fēng)化淋濾型等6種[1]，富鐵礦多為火山巖型礦床與接觸交代-熱液型鐵礦床。火山巖型鐵礦按含礦建造形成環(huán)境可分為陸相火山巖型和海相火山巖型，海相火山巖型鐵礦為產(chǎn)于海相火山-沉積巖系鐵礦床，形成于與俯沖有關(guān)的活動大陸邊緣（圖1）[2]。鐵礦床具以下特點(diǎn)：①礦床位于火山、巖漿構(gòu)造活動帶中，受火山機(jī)制控制明顯;②含礦介質(zhì)復(fù)雜，有火山巖漿、火山噴氣、熱液等;③礦石組構(gòu)復(fù)雜多樣;④鐵礦石品位較高，一般大于35%，少量大于60%[3]。近年來隨著勘查力度加大，西天山阿吾拉勒成礦帶發(fā)現(xiàn)一系列海相火山巖型鐵礦，主要以富鐵礦石為主，該礦帶為我國新發(fā)現(xiàn)的十大資源接替基地中唯一的鐵礦資源接替基地[4]。本文擬通過對不同類型海相火山巖鐵礦分布規(guī)律、地質(zhì)特征、礦化類型及礦床成因與物質(zhì)來源的分析，初步討論該類礦床成礦規(guī)律。

1? 鐵礦床地質(zhì)特征

海相火山巖型鐵礦多分布于中國西部，主要礦集區(qū)為阿爾泰山、阿爾金山的喀臘大灣地區(qū)、東準(zhǔn)噶爾北緣、揚(yáng)子板塊西緣、西天山阿吾拉勒成礦帶和東天山，零星分布于青海開心嶺地區(qū)及海南的石碌鐵礦[4-14]。

海相火山巖型鐵礦據(jù)其礦化階段可劃分為火山噴溢-沉積型、火山巖漿-熱液型、火山熱液交代型及火山沉積型等，同時存在后期多期次礦化疊加作用，礦床圍巖特征、礦體產(chǎn)狀、礦石組構(gòu)及圍巖蝕變等變化較大。海相火山巖型鐵礦主要產(chǎn)于海相火山-沉積巖系中，礦體圍巖巖性變化較大，基性-中性-酸性熔巖及火山巖均可產(chǎn)出礦體（雅滿蘇鐵礦床、智博鐵礦床）。同時火山沉積巖（松湖礦床、查崗諾爾礦床）或碎屑巖（紅云灘礦床）也有產(chǎn)出[15-19]。礦床受火山機(jī)構(gòu)控制，礦體形態(tài)多樣?？拷鹕娇诹严栋l(fā)育處，礦體以脈狀產(chǎn)出且傾角較大（雅滿蘇礦床、備戰(zhàn)礦床）。破火山口斷裂裂隙中，礦體多以與圍巖整合接觸的層狀、似層狀或透鏡狀產(chǎn)出（智博礦床、查崗諾爾礦床）。遠(yuǎn)離火山口向沉積巖過渡地區(qū)，礦體一般呈層狀和條帶狀（式可布臺礦床、松湖礦床）。總體上，礦體以層狀、脈狀、似層狀和透鏡狀為主。由于火山機(jī)構(gòu)控制與成礦方式存在差異，礦區(qū)鐵礦石組構(gòu)不同。距火山口較遠(yuǎn)處，成礦方式為化學(xué)沉積為主的式可布臺、松湖礦床和莫托薩拉礦床等。鐵礦石以赤鐵礦為主，少量鏡鐵礦和菱鐵礦，其它為磁鐵礦。礦石類型主要有塊狀、條帶狀、浸染狀、角礫狀、網(wǎng)脈狀和紋層狀，主要以塊狀塊石為主。

由于礦床成礦作用不同，據(jù)不同礦床成礦期次，自早向晚可劃分為巖漿成礦階段、熱液成礦階段。礦體可能同時存在巖漿成礦階段和熱液成礦階段（如智博礦床），也可能發(fā)育熱液成礦階段（敦德礦床），或存在后期表生成礦階段（松湖鐵礦）。因此，雖礦床不同，礦床間圍巖蝕變則具相似特征。礦床圍巖蝕變主要有鈉長石化、矽卡巖化、綠簾石化、鉀長石化、綠泥石化、碳酸鹽化等，主要蝕變礦物為鈉長石、透輝石、透閃石、石榴子石、綠簾石、綠泥石、方解石和石英等。礦床不完全發(fā)育上述蝕變礦物，如西天山智博礦床由于缺乏膏鹽層，不發(fā)育石榴子石。主要基于蝕變礦物組合進(jìn)行劃分，其中類矽卡巖型礦物蝕變類型與矽卡巖礦床蝕變類型相似，又不同于傳統(tǒng)矽卡巖礦床。傳統(tǒng)矽卡巖產(chǎn)于中酸性巖體和碳酸鹽巖接觸帶，礦體形成年齡多晚于圍巖年齡。海相火山巖型類矽卡巖型礦床礦體和矽卡巖不產(chǎn)于中酸性巖體和碳酸鹽巖的接觸帶。據(jù)前人獲得的年齡數(shù)據(jù)，如查崗諾爾礦床石榴子石Sm-Nd等時線年齡為316.8 Ma[20]，礦區(qū)內(nèi)拉斑玄武巖鋯石年齡為314 Ma[21]，形成時代較接近，表現(xiàn)出同生礦床時代特征，有別于具明顯后生礦床特征的傳統(tǒng)矽卡巖礦床（表1）。

2? 海相火山巖型鐵礦成礦時代

火山巖型鐵礦床礦石礦物多為鐵氧化物（磁鐵礦、赤鐵礦、褐鐵礦等），前人對此類礦床定年多集中于含礦火山巖的年齡。揚(yáng)子板塊西緣鐵礦、海南石碌鐵礦與阿爾金山迪木那里克鐵礦賦礦地層形成于元古代（622.6±1.4） Ma，并經(jīng)后期多期次改造[10，12-13]。其它主要鐵礦多形成于古生代，空間分布上具明顯變化，如中亞造山帶自北向南，阿爾泰山的蒙庫鐵礦和阿巴宮鐵礦侵入花崗巖年齡分別為（400±6） Ma和（412±3.5）Ma[38-39]。準(zhǔn)噶爾北緣喬夏哈拉鐵礦形成年齡為377～383 Ma[40]。西天山阿吾拉勒成礦帶中備戰(zhàn)（301～303 Ma）、敦德（296 Ma）、智博（294～320 Ma）、查崗諾爾（314 Ma）、松湖（342 Ma）、式可布臺（301～313 Ma）等礦床多形成于晚石炭世[21，26-27，41-43]。東天山雅滿蘇鐵礦形成時間為323 Ma[19]。

上述年齡數(shù)據(jù)測試對象多為與礦體相關(guān)的火山巖鋯石年齡，能否代表礦體形成時代仍存在爭議。有學(xué)者使用黃鐵礦Re-Os及石榴子石Sm-Nd年齡進(jìn)一步約束礦床形成時代[20，44]，也有學(xué)者使用磁鐵礦Re-Os年齡對礦體形成時代進(jìn)行直接約束，并取得一些成果。如新疆東天山沙泉子鐵礦獲得磁鐵礦Re-Os年齡為（303±12） Ma[45]，松湖與敦德鐵礦磁鐵礦Re-Os年齡分別為314 Ma和306 Ma[2]。此方法對實(shí)驗(yàn)樣品要求較高，磁鐵礦樣品需滿足較高純度及較高且變化較大的Re和Os含量，且磁鐵礦Re-Os體系未受后期地質(zhì)事件影響，才可獲得可靠的等時線年齡。因此對鐵氧化的直接定年仍較困難。

3? 礦床成因和礦床物質(zhì)來源

3.1? 磁鐵礦元素特征

前人對海相火山巖型鐵礦成因研究主要基于不同礦區(qū)地質(zhì)特征與成礦環(huán)境判斷礦床成因類型，主要成因認(rèn)識集中于火山沉積型、火山巖漿-熱液型和類矽卡巖型等成因類型[34，46-47]。

磁鐵礦是火山巖型鐵礦主要金屬礦物，也是重要的成因指示礦物。由于形成環(huán)境的變化，磁鐵礦中的Fe2+和Fe3+可與不同元素發(fā)生類質(zhì)同象替換，不同元素組成可指示不同形成環(huán)境。前人通過對磁鐵礦成分分析[48]，繪制了一系列不同元素組合判別圖解，對不同成因磁鐵礦進(jìn)行分類，取得廣泛應(yīng)用。由于環(huán)境中溫度、壓力和化學(xué)條件的變化，磁鐵礦可能經(jīng)歷巖漿階段（發(fā)生鈦鐵礦出溶結(jié)構(gòu)）或熱液階段（發(fā)生溶解再沉淀或重結(jié)晶過程）成礦過程[49-51]。此類圖解在實(shí)際使用中常出現(xiàn)同一類型磁鐵礦在數(shù)據(jù)投圖中落于不同成因類型的結(jié)果（圖2），不能對成礦類型過程進(jìn)行準(zhǔn)確解釋，造成對同一礦床存在不同的成因認(rèn)識。

基于上述磁鐵礦圖解存在的問題，近年來對磁鐵礦礦物結(jié)構(gòu)研究增多，通過詳細(xì)的礦物學(xué)研究，對不同階段磁鐵礦元素特征進(jìn)行 （Ti+V）-（Ca+Al+Mn） 圖解，可準(zhǔn)確反映各成礦階段主要成礦作用，并取得較好結(jié)果[56-57]。由于海相火山巖型鐵礦在形成過程中環(huán)境變化導(dǎo)致磁鐵礦中元素特征的變化。在實(shí)際應(yīng)用中，同一礦床可能存在指示多種成因解釋的磁鐵礦，存在既有指示巖漿成因的元素特征，也有指示熱液成因的元素特征。在對磁鐵礦元素特征數(shù)據(jù)分析中仍存在數(shù)據(jù)不能很好解釋成礦類型的問題（圖2）。因此，對后續(xù)此類型礦床中磁鐵礦的研究，應(yīng)對磁鐵礦成礦期次和結(jié)構(gòu)特征，結(jié)合同一磁鐵礦中不同結(jié)構(gòu)類型元素特征進(jìn)行分析。通過對磁鐵礦進(jìn)行礦物學(xué)研究，結(jié)合成礦過程分析元素特征，研究成礦類型，可取得更準(zhǔn)確的研究結(jié)論。

3.2? 磁鐵礦Fe同位素特征

前人開展同位素示蹤研究，通過對不同礦床中磁鐵礦Fe，O同位素、黃鐵礦Fe，S同位素及流體H-O同位素等研究，認(rèn)為礦床物質(zhì)主要為巖漿來源和巖漿-熱液來源[46，58-59]。隨著近年來非傳統(tǒng)同位素研究程度的深入，磁鐵礦中Fe同位素為示蹤礦床中鐵質(zhì)的理想示蹤同位素。Fe為磁鐵礦主要金屬元素，在熱液系統(tǒng)中其同位素穩(wěn)定，可保持原有同位素特征。據(jù)Fe同位素在巖漿系統(tǒng)和巖漿-熱液系統(tǒng)的不同分餾特征，可用于判別巖漿礦床和巖漿-熱液礦床。Fe同位素數(shù)據(jù)在實(shí)際應(yīng)用存在磁鐵礦元素判別圖解中的類似問題（圖3），如備戰(zhàn)鐵礦中Fe同位素數(shù)據(jù)中，不同礦石構(gòu)造Fe同位素表現(xiàn)出不同同位素特征。致密塊狀礦石中δ56Fe的值集中于0值附近，指示巖漿期鐵質(zhì)主要來自于地幔。脈狀礦石相對富集鐵的輕同位素，分布范圍較致密塊狀礦石鐵同位素大，熱液活動對脈狀礦石影響較大，指示礦床為火山巖漿成因+熱液交代共同作用[54]。隨著實(shí)驗(yàn)手段的提升，對智博和查崗諾爾礦床開展了原位Fe同位素研究。Fe同位素表明，智博磁鐵礦δ56Fe位于正巖漿磁鐵礦范圍，與層狀侵入體和IOCG礦床相近;查崗諾爾以浸染狀出現(xiàn)的磁鐵礦，δ56Fe特征值更接近熱液成因[15]。磁鐵礦Fe同位素可指示礦床成因。由于上述研究未開展磁鐵礦詳細(xì)成礦階段與結(jié)構(gòu)研究，因而不能對礦床在成礦過程中的Fe同位素進(jìn)行準(zhǔn)確描述。Knipping et al.等基于前期磁鐵礦精細(xì)礦物學(xué)工作[56]，對各階段磁鐵礦進(jìn)行原位Fe同位素測試，詳細(xì)描述了Los Colorados基魯納型鐵礦床（IOA礦床或陸相火山巖型鐵礦）自巖漿過程向熱液過程中Fe同位素的分餾變化及成礦過程。對海相火山巖型鐵礦的Fe同位素的精細(xì)研究稍顯不足，在以后研究工作中加強(qiáng)此類工作。

4? 礦床成礦背景與成礦模式

海相火山巖型鐵礦成礦時代多集中于古生代，中亞造山帶由早古生代至早二疊世早期混合增生的古代微大陸、島弧、海洋高原和海洋板塊拼接形成[63]。前人通過自北向南典型礦床的成礦背景研究，認(rèn)為存在陸緣弧環(huán)境下板塊俯沖作用由大陸邊緣俯沖-碰撞體系向后碰撞造山階段的拉張體系轉(zhuǎn)變，此過程中形成一系列礦床[18，64-65]。李鳳鳴等通過對西天山石炭紀(jì)火山-沉積盆地研究，認(rèn)為大哈拉軍山組中形成的大型鐵礦床受火山活動控制明顯，與火山中心距離變化具明顯成礦變化規(guī)律?？傮w演化規(guī)律為自火山機(jī)構(gòu)內(nèi)帶及火山通道向火山機(jī)構(gòu)外帶過渡過程中，成礦作用由礦漿貫入-氣液交代填充成礦火山噴發(fā)沉積-氣液交代成礦化學(xué)沉積成礦過渡。Hou et al以東天山雅滿蘇鐵礦為主要研究對象，總結(jié)相關(guān)海相火山巖成礦模式。據(jù)火山中心距離，分為中心相、近端相和遠(yuǎn)端相。隨著火山中心距離的變化和海水在成礦過程中的作用，由近及遠(yuǎn)礦床中氧化鐵富集機(jī)制由巖漿、熱液向沉積轉(zhuǎn)變。該研究與西天山智博和查崗諾爾礦床研究成礦模式相近[18]。申萍等通過對西天山阿吾拉勒成礦帶中4處大型鐵礦礦床地質(zhì)總結(jié)，將阿吾拉勒成礦帶東段海相火山巖型鐵礦成礦模式劃分為火山通道相熱液富集鐵多金屬成礦模式和火山邊緣相沉積-熱液富集鐵成礦模式。張招崇等通過建立雙層對流模型解釋圍繞火山中心的成礦規(guī)律變化，認(rèn)為火山口附近由于存在與火山作用有關(guān)的放射狀或環(huán)狀斷裂-裂隙，當(dāng)海水深度較淺時，壓力較低，含有大量揮發(fā)分的成礦流體還沒有到達(dá)海底就會在上升通道中發(fā)生沸騰卸載成礦，因此充填在裂隙中形成脈狀礦床;當(dāng)海水深度較深時，壓力較大，成礦流體直接上升到海底，不會在通道發(fā)生卸載成礦，形成海底噴流作用。據(jù)成礦流體與海水密度大小關(guān)系，自火山口向遠(yuǎn)離火山口的地區(qū)形成不同礦體產(chǎn)狀與礦化類型礦床。結(jié)合巖漿性質(zhì)、巖漿演化過程和火山構(gòu)造等地質(zhì)因素，共同控制和制約與海底巖漿-熱液系統(tǒng)相關(guān)的礦床。

綜上所述，海相火山巖型鐵礦在礦床地質(zhì)特征上多與海底火山作用相關(guān)，圍繞火山通道及與火山作用的斷裂、裂隙均有空間上的成因聯(lián)系。因此在礦床深部預(yù)測過程中，可進(jìn)一步對位于火山通道相的礦床（礦體產(chǎn)狀為脈狀）和經(jīng)歷破火山口塌陷的礦床（礦體產(chǎn)狀為層狀）深部進(jìn)行預(yù)測，以期探知深部礦體。

5? 結(jié)語

海相火山巖型鐵礦為重要富鐵礦床類型，仍存在諸多科學(xué)問題未解決，如選擇何種合適礦物與實(shí)驗(yàn)手段進(jìn)行礦床定年;海相火山巖型鐵礦蝕變礦物組合與矽卡巖鐵礦相近，又不同于矽卡巖礦床，其蝕變過程如何進(jìn)行;精細(xì)礦物學(xué)工作與詳細(xì)成礦過程研究的相對薄弱等問題。

針對上述問題，國內(nèi)學(xué)者對外陸相火山巖性或矽卡巖型鐵礦進(jìn)行了細(xì)致的成礦過程研究和成礦模式總結(jié)。目前對海相火山巖型鐵礦的研究相對滯后。今后研究工作中可借鑒其它類型礦床的研究經(jīng)驗(yàn)，開展海相火山巖型鐵礦研究，進(jìn)行細(xì)致和深入工作，以期更好地揭示海相火山巖型鐵礦的成礦機(jī)制，豐富和發(fā)展鐵礦的成礦與找礦理論依據(jù)。

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Abstract： Submarine volcanogenic iron oxide deposits are an important type of iron-rich ore deposits， according to the zircon U-Pb age， pyrite Re-Os age ， magnetite Re-Os age and garnet Sm-Nd age of the wall rock of different ore deposits， the result shows that thess mainly formed during the Paleozoic， but directly for such deposits dating is still more difficult.According to the mineralization characteristics of the deposit， it is considered that the deposit has volcanic sedimentary type， volcanic magmatic hydrothermal type and skarn-like type. According to the EMPA， LA-ICP-MS and Fe isotope experiments of magnetite， the source of ore-forming materials is considered to be magmatic source and magmatic hydrothermal source. In addition， the occurrence form and genesis of these deposits are mostly related to volcanism， and there are obvious changes from near to far from the crater， so the genesis of different deposits in the same metallogenic belt is caused. Exquisite mineralogical metallogenic processes of other types of iron ores have been studied .The multi-stage mineralization in the process of deposit formation leads to the characteristics of multiple metallogenic types.

Key words： Submarine volcanogenic iron oxide deposits; Magnetite; Metallogenic model