吉林塔東鐵礦賦礦建造地球化學特征及其地質構造意義

寇林林，張 森，呂俊超，劉桂香

（沈陽地質礦產研究所/中國地質調查局沈陽地質調查中心，遼寧沈陽110034）

0 引言

塔東鐵礦是大型火山-沉積變質型鐵礦床.賦礦的新元古界塔東群分布于佳木斯古元古代隆起西側，呈近南北向狹長帶狀展布，可能受南北向斷陷盆地控制，其巖石組合屬火山噴發-沉積產物，具有島弧型鈣堿性火山巖特點.

吉林省地調院于2007年對塔東鐵礦進行了較為詳細的勘查工作，并提交了勘查報告?吉林省地質礦產勘查開發研究院.吉林省敦化市塔東鐵礦勘探報告.2007.，但對賦礦圍巖——新元古代火山巖帶及其形成的古構造環境研究程度較低.到目前為止，對塔東鐵礦賦礦圍巖古構造背景的認識尚缺乏明確的結論.筆者從含礦巖石組合、火山巖分布及其地球化學特征等方面入手，討論塔東鐵礦賦礦火山巖形成的古構造環境，旨在提高塔東新元古代鐵礦基礎地質研究水平，指導區內鐵礦找礦工作.

1 礦區地質概況

區域上塔東群劃分為兩個巖組，即拉拉溝巖組和朱敦店巖組.拉拉溝巖組以角閃質巖石為主，主要由角閃斜長片麻巖、角閃黑云斜長片麻巖、斜長角閃巖、角閃石巖、透輝斜長變粒巖及磁鐵斜長角閃巖、磁鐵綠簾石巖夾大理巖組成，可見厚度為1000m，為區內重要的賦礦層位；朱敦店巖組主要由黑云斜長片麻巖、二云石英片巖、紅柱石黑云石英片巖和大理巖組成，夾有斜長角閃巖，可見厚度為1075m.上下兩個巖組巖性組合標志比較清楚［1］.

賦礦的拉拉溝巖組可分兩個巖性段：下部巖性段（Pt3l1）以黑云母斜長片麻巖、黑云角閃斜長片麻巖、透輝斜長變粒巖為主，夾有斜長角閃巖，原巖為中基性熔巖-凝灰巖-凝灰質粉砂巖建造，厚度為250m，其中產有薄層鐵礦層，礦化較差；上部巖性段（Pt3l2）主要有角閃斜長片麻巖、斜長角閃巖、磁鐵斜長角閃巖、磁鐵礦層、透輝巖、透輝斜長變粒巖、黑云斜長片麻巖，原巖為基性火山噴發-火山碎屑巖，其中斜長角閃巖、角閃石巖、角閃斜長片麻巖等角閃質巖石，原巖為基性火山巖，黑云斜長片麻巖則介于正常沉積和火山沉積的過渡類型，厚度為750m.其中拉拉溝巖組上部巖性段為主要賦礦層位，為本文主要研究對象.

2 鐵礦成礦特征

塔東鐵礦屬大型火山-沉積變質型鐵礦，呈近南北向展布，傾向東，由42條礦體組成（圖1）.礦體按賦存部位不同，劃分為Ⅰ、Ⅱ兩個礦組：Ⅰ號礦組位于礦區北西側，產于拉拉溝巖組下部巖性段中，由Ⅰ-1～Ⅰ-13及Ⅰ-4-1、Ⅰ-5-1共15條礦體組成，礦體規模不大，均屬于次要礦體；Ⅱ號礦組位于礦區東側，產于拉拉溝巖組上部巖性段中，由Ⅱ-1、Ⅱ-3～Ⅱ-24及Ⅱ-6-1、Ⅱ-9-1、Ⅱ-19-1、Ⅱ-22-1 共 27 條礦體組成，為主要開采對象.

塔東鐵礦嚴格受層位控制，礦體賦存于新元古界塔東（巖）群拉拉溝巖組上部巖性段中.鐵礦石類型主要為磁鐵角閃巖型，與磁鐵斜長角閃巖呈漸變過渡，具有條帶狀、變斑狀等變晶結構，有時具有皺紋狀構造，顯示典型的沉積變質特征.礦石中磁鐵礦、磷灰石等礦物發生重結晶和富集，并形成具有一定規模的磷鐵礦層，顯示在火山噴發-沉積作用同時或之后，發生區域變質作用，致使鐵等成礦物質重結晶并富集而形成鐵礦石.磁鐵礦石中常見細脈浸染狀和粗粒狀構造，由磷灰石、磁鐵礦和巨粗或粗粒狀角閃石變斑晶組成.礦石中常見到溶蝕交代結構、交代殘余結構、穿插交代結構等，顯示該磁鐵礦床形成之后又有巖漿熱液疊加的特征，鐵礦中含有較高的磷、釩、鈷.總之，塔東鐵礦床成因類型應屬火山－沉積變質熱液疊加型.

圖1 塔東鐵礦平面地質圖Fig.1 Geologicmap ofthe Tadong iron deposit1—朱敦店組（Zhudundian fm.）；2—拉拉溝組上段（uppermember of Lalagou fm.）；3—拉拉溝組下段（lowermemberof Lalagou fm.）；4—黑云斜長花崗巖（biotite plagiogranite）；5—鐵礦體（iron orebody）；6—地層界線（stratum boundary）

3 地球化學特征

火山巖的巖石化學、稀土元素等地球化學特征的研究對確定火山巖形成的構造環境具有十分重要的意義.為了進行全區性的對比和深入研究，筆者在本研究的基礎上，收集了前人資料（表1、2、3），來探討該區火山巖帶形成的古構造背景.

3.1 巖石化學

區內賦礦巖石化學全分析結果列于表1中.含礦圍巖主要由斜長角閃巖、透輝斜長變粒巖、角閃斜長片麻巖組成.從表1中可以看出，斜長角閃巖巖石化學成分特征為較低的SiO2含量（47.82%～50.11%），較高的Al2O3含量（13.81%～17.1%）和高 MgO（5.97%～8.39%），富Na2O（1.49%～3.53%），Na2O/K2O值為2.98～4.41.在尼格里圖解［2］（圖2）上，主要落于火山巖區，僅個別落于化學沉積物區，其中斜長角閃巖、角閃斜長片麻巖、透輝變粒巖等落于火山巖區，而黑云斜長片麻巖落于化學沉積物區.在A－F－M和久野（1965）的堿-硅關系圖解［3］（圖 3、4）中，大部分樣品投影點落于堿性玄武巖系列和高鋁玄武巖系列中，有的落于拉斑玄武巖區；火山巖σ為0.49～3.31，平均為2.09，以鈣堿性系列為主.反映區內新元古代賦礦火山巖巖石化學成分與大陸邊緣活動帶內火山巖成分特征相近.

表1 塔東礦區巖石化學成分及特征值Table1 Petrochem icaldata of Tadong orefield

圖2 塔東地區尼格里四面體對稱展開平面圖（據 P.Niggli，1969）Fig.2 The Nigglidiagram for the volcanic rocks in Tadong area（afterP.Niggli,1969）

圖3 A-F-M關系圖Fig.3 The A-F-M diagram T—拉斑玄武巖（tholeiite）；AL—高鋁玄武巖（high-aluminabasalt）；A—堿性玄武巖（alkalibasalt）

圖4 堿-硅關系圖（據久野，1965）Fig.4 Thediagram of SiO2 vs.（Na2O+K2O）（after H.Kuno,1965）

在里特曼－戈蒂里圖解（圖5）上，火山巖成分點集中分布于造山帶（島弧或活動大陸邊緣）火山巖區（B區），且集中在島弧（日本弧）成分線的右側，部分成分點落入A、B區派生之堿性、偏堿性火山巖區邊部.可以理解為拉拉溝巖組火山巖的演化系由造山帶鈣堿性向大陸內部穩定區堿性過渡.

3.2 稀土元素

區內鐵礦石和賦礦火山巖稀土元素含量見表2，采用 McLennan（1989）［4］球粒隕石標準化稀土配分模式（圖6）.從圖6和表2中可以看出：鐵礦石和賦礦巖石稀土配分曲線（圖6）基本上一致，呈左高右低的不對稱右傾“V”字型，顯示輕稀土富集型，銪顯示虧損型，表明兩者巖漿來自同一個源區，均與活動大陸邊緣火山巖稀土模式相近.

圖5 里特曼-戈蒂里圖解（據里特曼，1973）Fig.5 The Rittman-Gotilidiagram（after Rittman,1973）A區—非造山帶地區火山巖（non-orogenic belt）；B區—造山帶地區火山巖（orogenic belt）；C區—A、B區派生的堿性、偏堿性巖（alkalinesubalkaline rocks derived from A and B areas）；J—日本火山巖（volcanic rocks from Japan）

如果將稀土元素按輕稀土（La、Ce、Pr、Nd）、輕重稀土（Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho） 和重稀土（Er、Tm、Yb、Lu）3個組來研究，在圖6中可以明顯地看出3個稀土元素組表現有明顯不同：輕稀土元素組分餾明顯，富集程度高；輕重稀土組元素有一定的分餾，但不明顯；重稀土組元素亦顯示出基本無分餾特征，特別是Tm、Lu等元素有明顯的富集之趨勢.輕稀土分餾程度遠高于重稀土.這一結論在稀土配分模式圖（圖6）上直觀地表現出來，表明賦礦圍巖形成時巖漿被地殼物質強烈混染.賦礦的火山巖球粒隕石標準化后的（La/Sm）N值變化于3.32～9.07間，平均值為5.67，明顯較（Gd/Yb）N值（變化于 1.14～1.38，平均值為 1.19）為高，進一步說明輕重稀土分餾程度的差異，即前者分餾程度遠高于后者.

表2 塔東地區稀土數據分析結果表Table2 Analysis resultofREE in Tadong area

從表2中可以看出，塔東地區賦礦巖石稀土總量較高，為（123.2～247.5）×10-6，平均為 170.88×10-6，LREE/HREE 比值為 2.47～4.08，La/Yb比值為 8.54～24.1；δEu為0.62～0.72，為銪中等負異常型.鐵礦石的稀土總量也較高，為 55.4×10-6～218.4×10-6，平均為156.97×10-6，LREE/HREE 比值為 1.44～5.30，La/Yb 比值為 5.12～28.8；δEu 為 0.40～0.63.需特別提出的是，其中有的鐵礦石LREE/HREE值則較高，為4.26～5.30，說明巖漿演化過程中稀土的分餾比較充分.

δEu是稀土元素的重要參數，從表2可以看出，δEu值為0.40～0.72，從圖5中可看出，鐵礦石和賦礦圍巖均表現出明顯的銪負異常，可能是深源巖漿經過斜長石的結晶分離作用所導致的，體現了明顯的巖漿分異作用.

圖6 塔東稀土元素配分曲線圖Fig.6 REE distribution patternsof Tadong areaA—鐵礦石（iron ores）；B—賦礦巖石（host rocks）

Sm/Nd值是反映REE分餾程度的重要參數之一［6］，也是反映物質來源的一個參數，區內賦礦火山巖Sm/Nd值變化范圍為0.20～0.25，均小于0.3（REE未發生分餾的球粒隕石的Sm/Nd值為0.33），表明區內賦礦火山巖形成是在陸殼基礎上發展起來的（據赫爾曼，1970）.

總之，塔東地區賦礦火山巖成分屬殼、幔混合來源，同時有殼源物質的加入，具有殼幔巖漿混合的特點.

3.3 微量元素

塔東礦區鐵礦石和賦礦圍巖巖石微量元素含量列于表3，經原始地幔標準化后的微量元素配分曲線見圖7.從表3和圖7中明顯地看出，親硫元素（Cu、Zn）與原始地幔成分相近，非變價親硫元素（Pb、Ga）含量較高，親幔元素（Cr、Ni、Co）相對虧損，大離子親石元素（Zr）相對富集，表明火山巖成分中加入較多的陸殼成分.這些特征與巖石中含有較高的稀土（ΣREE）和高度富集LREE，貧HREE相吻合.總地看來，區內賦礦火山巖微量元素含量與內蒙興安－吉黑造山帶內形成的玄武巖構造環境可以類比（圖7）.

4 塔東鐵礦賦礦圍巖形成的古構造背景

從火山巖及礦體分布來看，區內賦礦火山巖地層及礦體呈近南北向展布，與佳木斯地塊西緣邊界一致.巖石普遍發育片麻理，也證實其形成于擠壓環境.賦礦圍巖建造為中基性火山噴發-陸緣碎屑沉積建造.在磁鐵斜長角閃片麻巖中保存著變余層狀構造（細紋狀構造），表明拉拉溝組上部含礦巖性段的建造具海底中基性火山噴發-火山碎屑交替沉積環境，屬于構造活動帶.

表3塔東礦區微量元素數據Table3 Data of traceelementsin Tadong orefield

圖7 塔東地區微量元素蛛網圖Fig.7 The spidergram of trace elements from Tadong areaA—鐵礦石（iron ores）；B—賦礦巖石（host rocks）

賦礦巖石地球化學成分特點反映出：①低SiO2、高MgO、富Na2O（偏堿性），火山巖成分點集中分布于造山帶（島弧或活動大陸邊緣）；②較高的稀土總量（ΣREE）和LREE高度富集，貧HREE；③親幔元素（Cr、Ni、Co）相對虧損，大離子親石元素（Zr）相對富集，顯示在火山巖成分中加入較多的陸殼成分.可以理解為拉拉溝巖組火山巖的演化系由造山帶鈣堿性向大陸內部穩定區堿性過渡.

總之，宏觀控制塔東地區火山－沉積變質型鐵礦床產出的火山巖帶形成于與板塊俯沖體系有關的島弧或活動大陸邊緣的構造背景.

［1］李慶武，張斌，張紅紅，等.塔東鐵礦床成礦規律新認識［J］.吉林地質,2010,29（4）:59—61.

［2］韓詠文，馬振東，張宏飛，等.地球化學［M］.北京：地質出版社,2003.［3］陳德潛，陳剛.實用稀土元素地球化學［M］.冶金工業出版社,1987.

［4］Robert B,Balz SK,Stephen M,etal.Characterisation of early Archaean chemical sedimentsby trace element signatures［J］.Earth and Planetary Science Letters,2004,222:6—43.

［5］遲清華，鄢明才.應用地球化學元素豐度數據手冊［M］.北京：地質出版社,2007.

［6］沈其韓，宋會俠，趙子然，等.山東韓旺新太古代條帶狀鐵礦的稀土和微量元素特征［J］.地球學報,2009,30（6）:693—699.