齊大山鐵礦富礦圍巖的地球化學特征分析研究

王永增，郝大海

（1.鞍鋼集團礦業有限公司齊大山分公司，遼寧 鞍山 114000；2.東北大學資源與土木工程學院，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僅次于弓長嶺二礦區，達到中型規模，是我國北方地區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，在其地球化學特征分析的基礎上，對該礦床的沉積環境、構造背景進行系統探討。

1 研究區成礦地質特征

齊大山鐵礦床主要由前震旦系變質巖系構成，鐵礦層產于鞍山群櫻桃園組[3]。本礦床的區域變質程度為綠片巖相-低角閃巖相。礦區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50余米。

圖1 齊 大山鐵礦床地質簡圖

齊大山鐵礦區含礦地層為一走向300°～340°的單斜構造。傾向南西，傾角在70°～90°，局部倒轉。本礦區斷裂構造發育，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，其時代應早于遼河群或大規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。除斷裂構造外本區地層沿走向、傾向兩個方向都顯示出舒緩波狀的褶皺。

礦床的西側，分布有本區最古老的花崗巖（鐵架山花崗巖）。礦床的東側，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），遠離礦體的區域，巖石呈淡紅色，花崗變晶結構，塊狀構造。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。礦區內見閃長巖、閃長玢巖、輝綠巖等脈巖。

2 齊大山鐵礦富礦圍巖的礦物學特征

本區富鐵礦體的兩側或一側均發育有以綠泥石為主的圍巖蝕變，總的看來二者呈正相關[4，5]，一般情況下富鐵礦發育處必有蝕變巖石發育。蝕變巖呈現脈狀、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，等離子質譜/光譜定量）。

鐵礦石稀土元素測試結果顯示：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。經標準化后（圖3a），貧鐵礦和富鐵礦石均呈現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），無明顯正負異常，這與海底噴氣沉積產物的正銪異常、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，無明顯正負異常,。

圍巖稀土元素測試結果顯示：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。經標準化后（圖3b），貧鐵礦和富鐵礦圍巖均呈現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eu負異常，δCe為0.91，無明顯正負異常。富鐵礦圍巖中δeu為0.21~0.51（平均0.37），具有較強eu負異常，δCe為0.94，無明顯正負異常。

圖3 齊大山礦石（a）與圍巖（b）稀土元素原始地幔標準化蜘蛛網

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+性質與其他三價的Ree元素發生分離，出現異常行為。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eu負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負異常為主，Ce無明顯正負異常，但富鐵礦圍巖eu負異常明顯低于貧鐵礦圍巖，這可能是具有較強eu正異常的成礦溶液再富集形成富鐵礦時，與具有較強eu負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形成有關的區域變質成因，而富鐵礦蝕變圍巖則是與富鐵礦形成有關的熱液成因。

4 結論

（1）富鐵礦是由熱液鐵質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負異常明顯低于貧鐵礦圍巖，這可能是具有較強eu正異常的成礦溶液再富集形成富鐵礦時，與具有較強eu負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形成有關的區域變質成因，而富鐵礦蝕變圍巖則是與富鐵礦形成有關的熱液成因。