河南舞陽鐵礦趙案莊組含礦層的巖石礦物組合特征及成礦作用

涂恩照， 張洪武

(1.河南省有色金屬地質礦產局第四地質大隊，河南鄭州450016； 2.長春工程學院，吉林長春130000)

河南舞陽鐵礦趙案莊組含礦層的巖石礦物組合特征及成礦作用

涂恩照1， 張洪武2

(1.河南省有色金屬地質礦產局第四地質大隊，河南鄭州450016； 2.長春工程學院，吉林長春130000)

趙案莊型鐵礦是河南舞陽鐵礦床中重要的鐵礦類型。通過采取礦區含礦巖層巖性標本，運用巖石學、巖石成巖理論、變質相的新理論對各種巖石標本進行偏光鏡下的巖礦鑒定，分析各種巖石的礦物組合、巖石的結構構造、礦物的生成順序、礦物的結晶力和變晶相系，確定不同含礦層的巖石組合，推斷其變質程度，初步劃分變質相；同時分析成礦組分在不同礦物之間的轉換過程，建立初步成礦模式。總結了趙案莊組含礦層的巖石礦物組合特征，厘定了研究區含礦變質巖系的變質級、變質相系，初步分析各類變質巖中礦物組合在變質作用過程中的變化，確定區內各類變質巖的原巖類型；同時分析了成礦組分鐵質來源、鐵質在原巖的成巖作用及隨后的區域變質作用過程的變化，不同礦質來源與礦石特征、礦體產出形態的關系，為深部找礦提供參考。

含礦層；巖石礦物組合特征；成礦作用；趙案莊組；舞陽鐵礦區；河南

0 引 言

趙案莊型鐵礦是河南舞陽鐵礦床中重要的鐵礦類型，該含礦巖層屬于新太古代的變質巖系(李俊平等，2012)，經歷了多期次、不同程度的變質作用，其巖石中的礦物組合均能較好地反映不同的變質強度、變質作用的方式以及變質作用的環境，通過對其礦物組合的研究能夠更好地劃分、對比含礦層位，從而可以為深部含礦層位的分析提供理論依據，也可間接分析礦質富集的有利部位，為深部找礦提供一定的指導。

1 主要巖石類型

趙案莊組巖層的巖石類型主要由片巖類和片麻巖類、斜長角閃巖類、麻粒巖和混合巖以及具有礦化可含輝石、角閃石、黑云母的長英質粒巖四大基本巖石類型組成，并有夾有大理巖和具有明顯變余組構特征的新太古代侵入的超鎂質脈巖(李懷乾等，2014)。其中片巖和片麻巖的片柱狀變晶礦物為黑云母、金云母、普通角閃石、透輝石，各種混合巖為與之相對的片麻巖、斜長角閃巖在深熔并伴隨長英質注入以及交代和變質分異作用下形成，經混合巖化之后巖石中的硅質和鉀質明顯升高(表1)。

2 含礦層礦物組合特征

趙案莊組中段為含鐵礦層段，整體上原巖變質變形程度較強，巖性變化較大，巖石種類繁多，該段普遍存在不均勻分布的石榴子石和硬石膏礦物，巖石中副礦物磷灰石分布較為均一。硬石膏和磷灰石是該段的標志性礦物，磷灰石在鐵礦層中達到了可綜合利用的標準。該段厚度一般為34～145 m，最大厚度336 m(李懷乾等，2011；賈興杰等，2012)。鐵礦與圍巖、夾石層之間鐵的含量多呈漸變過渡關系，局部呈突變關系。U-Pb法同位素年齡上限值為2 646～2 735 Ma(表2)，均集中于新太古代的25～28億年年齡段內，應當定為新太古代。

表1 趙案莊組主要巖石類型的巖性組合特征Table 1 Lithologic assemblage characteristics of the main rock types in the Zhaoanzhuang Formation

表2 趙案莊組中段U-Pb同位素等值線年齡Table 2 U-Pb isotopoic ages of the middle member of the Zhaoanzhuang Formation

注：天津地質研究所，2012

該段以斜長角閃片麻巖或角閃斜長片麻巖以及含透輝石、或石榴子石、或黑云母、或金云母、或硬石膏、或鉀長石的各類片麻巖為主，厚度一般1～30 m，最大厚度達119 m。夾有厚0.4～18 m的角閃巖、斜長角閃巖，局部還夾有厚度多為2～15 m角閃輝石黑云片巖、蛇紋透閃金云片巖、金云輝石片巖、綠泥石片巖，厚度為5～30 m的陽起石化、蛇紋石化橄欖巖、陽起石蛇紋巖，厚度0.5～8 m的輝石石英巖和長石石英巖。偶見0.4～13 m厚的混合巖和混合巖化斜長角閃片麻巖，個別地段還見有厚度為6 m左右的石英輝石大理巖。

在整個舞陽地區，該段巖層中多見有磁鐵礦的礦化，但并未構成穩定的工業礦體(李懷乾等，2011)。本次研究認為，工業礦體的形成與變質原巖的巖性組合、原始巖層中超鎂鐵質巖的分布、超鎂鐵質原巖在后期變質改造過程中鐵質析出的程度、原始鐵礦層的分布有著密切的關系。

趙案莊組礦物組合主要有以下6種情況。

(1) 片巖礦物組合：片柱礦物(Hb+Px+Bi、Px+Phl、Tr+Phl、Am、Bi、Ch、Gra、Ser)+Q。片柱礦物主要為輝石、角閃石、黑云母、金云母、透閃石、綠泥石、石墨、蛇紋石等，其中蛇紋石主要出現于中段，為超鎂鐵質巖脈蝕變形成，并未經明顯的進化變質作用。另外，到中上段，片巖中也出現石榴石，其礦物組合變為Bi+Q+Gr。

(2) 片麻巖礦物組合：Pl+Q+Di(Hb、Bi、Phl)或Kf+Q+Di(Hb、Bi、Phl)。其中，長石類型主要為斜長石和鉀長石，片柱狀暗色礦物主要為透輝石、角閃石、黑云母和金云母。到中、上段，因變質程度增高，巖石中開始出現較多的石榴石和紫蘇輝石，其礦物組合變為Pl+Q+Di(Hb、Bi)+Gr+Hy或Kf+Q+Di(Hb、Bi、Phl) +Gr+Hy。

(3) 混合巖礦物組合：Pl+Mi+Q+Di(Hb、Bi、Phl)或Or+Mi+Q+Di(Hb、Bi)。因為研究區的混合巖基本上是在片麻巖(包括斜長角閃片麻巖或角閃斜長片麻巖)的基礎上發生深熔、外來長英質注入、鉀質硅質交代和變質分異作用形成的，所以這類巖石的礦物組合有一種針對片麻巖的繼承性，同時考慮外來鉀質的交代，出現明顯的新礦物相微斜長石。而外來長英質的注入，不改變巖石的總體礦物組合，只改變巖石中原礦物組合的含量比例，變質分異作用是改變原來巖石礦物組合的重新分布，如構成不同條帶。

(4) 輝石石英巖、長石石英巖以及含礦巖類：主要由輝石石英巖、長石石英巖、磁鐵輝石巖、輝石磁鐵石英巖等組成。其巖石礦物組合為Pl(Kf)+Q(±Hb±Di±Bi)，為一套重要的磁鐵含礦巖系。

(5) 超鎂鐵質含礦巖類及礦化蝕變巖類：主要由透輝石、透閃石、石英、斜長石、石榴石、紫蘇輝石、磁鐵礦組成，其巖石礦物組合為Di(Hb)+Q±Pl(+Gr)、Di(±Hy+Hb)+Q+Mt(+Gr)，為一套重要的磁鐵含礦巖系。

(6) 大理巖類的礦物組合：Cc(Dol)+Q(Sec、Di、Tr、Tc)，該礦物組合為最簡單的一類巖石。

據巖礦鑒定，趙案莊組鐵礦石類型主要有蛇紋石磁鐵礦(圖1)、角閃石磁鐵礦(圖2)、塊狀磁鐵礦(圖3)和陽起石磁鐵礦(圖4)。

圖1 蛇紋磁鐵礦顯微照片Ser-蛇紋石；Mt-磁鐵礦Fig.1 Microscopic photos of serpentine magnetite(a) ZK14808-B4, polished section (-); (b) ZK14808-B4, thin section (-)

圖2 角閃磁鐵礦顯微照片Hb-角閃石；Mt-磁鐵礦；Bi-黑云母Fig.2 Microscopic photos of hornblende magnetite(a) ZK14808-B47, polished section (-); (b) ZK14808-B47,thin section (-)

圖3 塊狀磁鐵礦顯微照片Ser-蛇紋石；Mt-磁鐵礦Fig.3 Microscopic photos of massive magnetite(a) ZK15600-B6, polished section (-); (b) ZK15600-B6, thin section (+)

圖4 陽起石磁鐵礦顯微照片Ser-蛇紋石；Mt-磁鐵礦；Act-陽起石Fig.4 Microscopic photos of actinolite magnetite(a) ZK14800-B9, thin section (-); (b) ZK14800-B9, polished section (-)

圖5 變質相的P-T圖(據Turner，1968)Pu-綠纖石；Ch-綠泥石；Q-石英；Zo-黝簾石；Act-陽起石；An-鈣長石；Gro-鈣鋁榴石；V-釩；Hb-角閃石；Alm-鐵鋁榴石；Opx-斜方輝石；Ab-鈉長石；Jd-硬玉；Lw-硬柱石AEH-鈉長綠簾角巖相；HH-普通角閃石相；PH-輝石角閃相；S-透閃石相；Z-沸石相；PP-葡萄石-綠纖石相；GL-藍閃石相；GS-綠片石相；EA-綠簾角閃巖相；A-角閃巖相；G-麻粒巖相；E-榴輝石相；HPFS-高壓相系；MPFS-中壓相系；LPFS-低壓相系;UN-未發現；DG-未變質相；BS-藍片巖相；VLPFS-超低壓相系；DTHS-接觸變質相系；DGS-脫氣作用；MG-巖漿氣相Fig.5 P-T diagram of metamorphic facies(after Turner, 1968)

3 巖層的變質相

對趙案莊組巖層變質相的分析至關重要，不但因為該組中段是研究區鐵礦主要含礦巖層之一，更主要的是涉及鐵礦床的成因與成礦物質的來源分析。多年來，對趙案莊組中段礦床形態特征、分布規律等方面的研究較為深入，但對成礦物質在變質作用過程中的活動規律，包括活化、遷移、富集以及原始鐵質的主要來源等方面的研究相對較少。將趙案莊組主要巖石類型的礦物組合分段投影在變質相P-T圖解中，得出下段所有投點均落MPFS區段的A區，部分落在G區；中段比較分散，從GS區經過A區到靠近G區均有投點；上段投點較為集中，主要落于A區靠近G區，還有部分投點落于G區(圖5)。說明上段的巖石變質程度達到了中P/T變質相系的麻粒巖相，為整個趙案莊組變質程度最高的巖石組合；中段巖石整體為中P/T變質相系的高角閃巖相接近麻粒巖相，但根據變質作用P-T-t軌跡與變質相系的關系分析，出現變質作用經過熱峰值后有回返的過程，特殊的回返過程為部分超鎂鐵質巖石中鐵質的析出提供了有利條件；下段為中P/T變質相系的高角閃巖相至麻粒巖相，但礦物間的變質反應并未達到完全平衡狀態。

4 含礦巖層巖石化學特征

對趙案莊組礦層采集了4個含礦巖樣，樣號分別為ZK15604HQ1、ZK15604HQ2、ZK15600HQ3、ZK15600HQ4，分析號為0628—0631。

為了確定含礦巖層的原巖，首先將巖石化學分析結果(表3)中的質量分數進行w(P2O5)/w(TiO2)和w(MgO)/w(CaO)計算，將計算結果投于Werner正、副片麻巖圖解中(圖6)。從圖6可以看出，4個樣品中有3個落在正片麻巖區，只有1個樣品落在副片麻巖區，而且投點非常接近正片麻巖區，說明研究區的變質原巖和成礦母巖多為巖漿巖，礦質可能主要來源于超基性、基性到中性侵入巖和火山碎屑巖。

考慮Fe、Mg、K、Na、Ca、Al等元素在變質作用過程中的變化，將4個樣品的分析數據投點于(Al+Fe+Ti)-(Ca+Mg)圖解中(圖7)，可以看出有4個樣品的投點落在中基性火山巖區，由此可得出趙案莊組含礦巖層原巖主要為基性、中基性火成巖。

表3 舞陽鐵礦田主要含礦巖層巖石化學分析結果Table 3 Petrochemical analysis of main ore-bearing strata in the Wuyang iron mine

注：河南省巖礦測試中心，2013

圖6 正副片麻巖圖解(據Werner,1987)Fig.6 Diagram discriminating orthogneiss and paragneiss(after Werner, 1987)

圖7 (Al+Fe+Ti)-(Ca+Mg)圖解(據Walk et al.,1987)Ⅰ-基性火山巖；Ⅱ-基性火山巖變種；Ⅲ-中性火成巖、基性火山雜巖、含黏土質凝灰巖；Ⅳ-含碳酸鹽的沉凝灰巖；Ⅴ-黏土、泥巖、粉砂巖、長石砂巖、泥灰質砂巖；Ⅵ-黏土質、白云質和鈣質泥灰巖Fig.7 (Al+Fe+Ti)-(Ca+Mg) diagram(after Walk et al.,1987)

5 成礦元素Fe的活化遷移富集

根據對趙案莊組的巖性組合及礦物組合分析，鐵礦賦存于中段巖層中，主要巖性組合為片巖類、片麻巖類、長英質巖類、超鎂鐵質含礦巖類及礦化蝕變巖類、大理巖類、混合巖化巖類等，其中片麻巖類以斜長角閃質片麻巖為主(表4)。

巖石化學分析結果表明，主要含礦層位為超鎂鐵質含礦巖類及礦化蝕變巖類(劉立新等，2014)。其原巖均為基性、超基性火成巖，只有部分不含礦的片巖、片麻巖、大理巖為副變質巖類，說明含礦巖石主要來自上地幔上侵的富含鐵質的超基性、基性巖漿，礦體形態多為似層狀至巨大透鏡狀，產狀與巖層一致，礦石的結構為條帶狀和塊狀(羅明強，2009)，這些均與現代巖漿熔離型和結晶分異型磁鐵礦床有很大的相似性。

表4 趙案莊組含礦巖層的主要礦物組合Table 4 Main mineral assemblages of ore-bearing layers in the Zhaoanzhuang Formation

注：表中Am-角閃石；Bi-黑云母；Ch-綠泥石；Cc-方解石；Di-透輝石；Dol-白云石；Gr-石榴石；Gra-石墨；Hb-普通角閃石；Hy-紫蘇輝石；Kf-鉀長石；Mi-微斜長石；Mt-磁鐵礦；Or-正長石；Phl-金云母；Px-輝石；Q-石英；Tc-滑石；Tr-透閃石

根據巖礦鑒定資料，含礦巖石多呈粒狀變晶結構，暗色礦物主要為普通輝石、透輝石，少量綠色角閃石和更少量的黑云母；淺色礦物以石英為主，有少量的斜長石和一定量的鉀長石；礦石礦物基本為磁鐵礦，磁鐵礦的含量與透輝石呈一定程度的正相關關系，與普通輝石、角閃石等呈明顯的反相關關系。雖然巖石中暗色礦物含量較高，但從巖石化學分析結果可知，這類巖石中鐵質的總量變化不太大，其礦石的含礦性明顯與巖石中暗色礦物組合、含量有關：當巖石中透輝石含量較高時，一般磁鐵礦含量也較高；但當巖石完全由透輝石組成時，基本不含礦。上述鑒定和分析結果明顯說明，礦石中磁鐵礦的形成主要是基性、超基性火成巖在變質作用過程中，原富含鐵質的暗色礦物發生物相轉變，晶格中的鐵離子被鈣離子置換，鐵離子游離出原礦物晶格，在原礦物晶格之外形成磁鐵礦，典型的變質反應如下(肖榮閣等，2008)：

Aug+Ca2+→Di+Mt

Hb+Ca2+→Tr+Mt

Ol+Q+V→Ser+Mt

Ol+Q+V→Tc+Mt

Ol+Q+V→Phl+Mt

以上反應式右側的礦物組合恰巧是趙案莊組礦石層中最為常見的礦物組合，當然也會出現蛇紋巖、透閃石片巖、金云母片巖，表明游離鐵發生了遷移。

6 結 論

(1) 根據對趙案莊組的巖性組合及礦物組合分析，鐵礦賦存于中段巖層中，主要巖性組合為片巖類、片麻巖類、輝石長英質巖類、超鎂鐵質含礦巖類及礦化蝕變巖類、大理巖類、混合巖化巖類等。

(2) 巖石化學分析結果表明，主要含礦層位為超鎂鐵質含礦巖類、輝石長英質巖類和礦化蝕變巖類，其原巖均為基性、超基性火成巖，只有部分不含礦的片巖、片麻巖、大理巖為副變質巖類，說明含礦巖石主要來自上地幔上侵的富含鐵質的基性、超基性巖漿。

(3) 礦體形態多為似層狀至巨大透鏡狀，產狀與巖層一致，礦石的結構為條帶狀和塊狀，這些均與現代巖漿熔離型和結晶分異型磁鐵礦床有很大的相似性。

賈興杰,李懷乾,鄭洪舉,2012. 河南舞鋼鐵礦地質特征及深部找礦研究[J]. 黃金科學技術, 20(2):25-31.

羅明強,2009. 河南省舞陽鐵礦地質特征與找礦靶區[J]. 西部探礦工程, 21(12): 128-130.

李懷乾,張瑜麟,2011. 河南舞陽鐵礦田鐵山礦區深部載礦潛力分析[J]. 礦產勘查，2(5)：487-493.

李懷乾,2012. 河南省舞陽鐵礦田基底巖系歸屬[J]. 礦產與地質,26(2):119-122.

李懷乾,沈柳生,賈興杰,2012. 河南舞陽鐵礦田經山寺礦床外圍找礦方向研究[J]. 黃金科學技術,20(1):54-60.

李俊平,李永峰,謝克家,2012. 河南舞陽地區太華群地質特征及其控礦意義[J]. 礦產與地質,26(1):30-34.

劉昭宜,2012. 河南省舞陽鐵礦田崗廟劉鐵礦床的地質特征及構造控礦分析地質構造歷史動力學研究[J]. 地質找礦論叢，27(2)：180-185.

李懷乾，張瑜麟，賈興杰，等， 2014. 河南省舞陽鐵礦田深部鐵礦普查報告[R]. 鄭州：河南省有色金屬地質礦產局第四地質大隊.

劉立新，李懷乾,賈興杰,等,2014. 河南省舞陽鐵礦田趙案莊組鐵礦地質特征及成因分析[J]. 礦產與地質,28(4):431-434.

涂恩照,2015. 河南省舞陽鐵礦含礦層的巖石礦物組合研究報告[R]. 鄭州：河南省有色金屬地質礦產局.

文啟富,王海軍,2005. 趙案莊地下礦礦體賦存規律研究[J]. 金屬礦山，20(10):54-55.

王貴成,曹平,張欽禮,2006. 舞陽鐵礦地質構造歷史動力學研究[J]. 礦業工程，4(4)：12-14.

肖榮閣，劉敬黨，費紅彩，等， 2008. 巖石礦床地球化學[M]. 北京：地震出版社.

Rock and mineral assemblage features and metallogenesis of ore-bearing layers in the Zhaoanzhuang Formation of the Wuyang iron mine, Henan Province

TU Enzhao1，ZHANG Hongwu2

(1. No.4 Geology Brigade, Henan Province Nonferrous Metals Geological and Mineral Resources Bureau, Zhengzhou, 450016, Henan, China; 2. Changchun Institute of Technology, Changchun 130000, Jilin, China)

Zhaoanzhuang-type iron deposits are an important type of the Wuyang iron deposits in Henan Province. This work collected rock samples from ore-bearing intervals in this deposit, and carried out microscopic identification with the theory of petrology, rock diagenesis and the new theory of metamorphic facies. We analyzed the mineral assemblages, rock textures and structures, mineral formation sequence, mineral crystallization force and crystalloblastic facies series, and rock assemblages of different ore-bearing layers, and inferred their metamorphic degree and preliminarily divided the metamorphic facies. The transition process of ore-forming composition among different minerals was determined, and a preliminary model was established. We summarized the rock and mineral assemblages of ore-bearing layers in the Zhaoanzhuang Formation, the metamorphic grade and metamorphic facies series of ore-bearing metamorphic rock series in this area, preliminarily analyzed the changes of mineral assemblage of various metamorphic rocks in metamorphism, and analyzed the original rock types of various types of metamorphic rocks in this area. In addition, we determined the the original source of ore-forming iron components, the role of iron during original rock diagenesis, the iron changes in later regional metamorphism, and the relationship of different sources of ore materials with ore characteristics and ore body occurrence shape. This study will be of some guiding significance for the deep prospecting of this area.

ore-bearing layers; rocks and minerals assemblage characteristics; mineralization; Zhaoanzhuang Formation; Wuyang iron mine; Henan Province

10.3969/j.issn.1674-3636.2016.04.567

2016-05-03；

2016-05-26；編輯：陸李萍

河南省地質勘查基金重點項目(整裝勘查項目)“河南省舞陽鐵礦田深部鐵礦普查”(豫國土資發[2011]82號)

涂恩照(1972— )，男, 高級工程師，碩士，地質學專業，主要從事礦產地質勘查及管理工作，E-mail： tezyssd@163.com

P584； P618.31

A

1674-3636(2016)04-0567-08