鄂西北地區海相火山巖型鐵礦成礦規律及找礦方向

徐鵬，李歡，謝家濤，王球

(1.湖北省地質局第八地質大隊， 湖北 襄陽 441000； 2.中南大學地球科學與信息物理學院， 湖南 長沙 410083)

0 引言

火山巖型鐵礦床是與火山活動有關的一類鐵礦床，按照賦礦火山巖系的地質環境又可被細分為陸相(又稱玢巖型鐵礦)和海相火山巖型兩類。火山巖型鐵礦長期以來也是國內外學者研究的熱點之一，但是研究成果多集中于陸相型礦床，對海相火山巖型鐵礦的研究稍顯薄弱(Dill, 2010)。海相火山巖型鐵礦是產于海相火山—沉積巖系的鐵礦床，近年來該類型鐵礦的勘查工作在我國取得了重大突破(張招崇等，2016)，比如在新疆西天山阿吾拉勒鐵礦帶的石炭系大哈拉軍山組海相火山沉積地層陸續發現了一系列的海相火山巖型鐵礦床(汪幫耀，2011)；與西天山類似，在東天山阿齊山—雅滿蘇成礦帶中也發現了黑尖山、雅滿蘇、紅云灘、沙泉子、赤龍峰等具有經濟價值的海相火山巖型鐵礦(宋哲, 2020)。海相火山巖型鐵礦床的某些產狀與矽卡巖型鐵礦床相近，且流體包裹體的研究資料也顯示出與矽卡巖鐵礦的相似性(Duan et al., 2014；Li et al., 2014；Jiang et al., 2014)，因此有的學者也將海相火山巖型鐵礦歸為矽卡巖型鐵礦的類別(Yang et al., 2010； Xu et al., 2010；Yang et al., 2013；Li et al., 2014)。不過另一部分學者認為海相火山巖型鐵礦床與礦區出露的巖體并不存在成因聯系，而與沉積巖相及火山巖建造相關，故反對這一觀點(Zhang et al., 2014；李厚民等，2014)。張招崇等(2016)通過已有資料的綜合研究，揭示了形成海相火山巖型鐵礦的構造環境和深部動力學過程，認為海相火山巖型鐵礦形成于活動大陸邊緣弧靠大洋一側，俯沖帶的熱結構模式為熱幔—冷殼模式，鐵礦的形成與高角度俯沖有關。

鄂西北地區大地構造演化過程復雜，斷層構造十分發育，因此具有良好的海相火山巖型鐵礦成礦條件，并已相繼發現了多處以“陳家埡”式為代表的海相火山巖型礦床，雖然前人在成礦地質條件、礦床成因類型以及鐵礦的時空分布等研究方面取得了一定成果(王進進等, 2016; 徐鵬, 2020)，但是對區域海相火山巖礦床整體的成礦規律、主要控礦因素、成礦物質來源等方面的認識還有很多不足之處，在一定程度上制約了成礦規律的總結和找礦勘查的突破。因此，本文綜合了鄂西北地區的地球物理勘探和地球化學資料，收集了與鐵礦產出密切相關的耀嶺河組火山巖的全巖成分數據和年代學資料，對典型礦床內的鐵礦石和蝕變巖樣品進行了綜合的物性分析，在剖析區域地質背景的基礎上，歸納總結了區域的成礦地質條件和成礦規律，并建立了鄂西北地區海相火山巖型鐵礦的成礦模式。同時，依據以上的研究成果，在4個成礦區帶的基礎上劃定了5處找礦靶區，為今后區域上同類型礦床的勘查工作提供一定的指導。

1 區域地質背景

1.1 區域構造

秦嶺造山帶是分隔中國南北大陸的一條復合型碰撞造山帶，經歷了長期的不同的造山作用。秦嶺造山帶早中元古代在伸展構造體制下形成裂谷與小洋盆，晚元古代中晚期開始進入板塊構造演化階段。晚古生代早期由于東古特提斯洋的形成，揚子板塊北緣沿秦嶺南部擴張打開形成秦嶺微板塊，之后自南向北俯沖消減碰撞，于中三疊世陸陸碰撞造山，之后又發生了強烈陸內造山作用(張國偉等, 1997)。秦嶺地區北部的商丹縫合帶及南部的勉略縫合帶可以將其進一步劃分為北秦嶺及南秦嶺兩個次級構造單元(Dong et al., 2016，2017；Zhao and Asimow, 2018；張國偉等，2019；張方毅等，2020)。鄂西北地區位于秦嶺造山帶東段的南秦嶺造山帶內，北部接壤北秦嶺造山帶，南部以青峰斷裂為界與揚子板塊為鄰。由于華北與揚子兩個板塊在地質歷史上的多次分離和碰撞(即原特提斯洋和古特提斯洋打開—閉合的演化過程)，加上濱太平洋構造運動的影響，致使研究區內也發育有不同時代、不同樣式、不同尺度的構造形式以及構造疊加改造(圖1；Wu and Zheng, 2013；張國偉等，1996；陳虹等，2014)。本文根據前人對研究區的基礎地質研究成果(江世俊和李美美，1992；楊志華等，1999；彭三國等，2013；毛新武等，2014)，結合湖北省的區域地質志的資料(湖北省區域地質礦產調查所，1988①)，將研究區劃分為秦嶺—大別造山帶和揚子板塊兩個一級構造單元，兩個一級構造單元以青峰—襄陽—廣濟斷裂為界。依據物質組成、構造特征和演化等方面的差異，可將南秦嶺造山帶進一步劃分為湖北口—白浪被動陸緣、北武當構造亞帶、武當構造亞帶、兩竹裂谷帶、兵房街陸源斜坡等次一級構造單元(圖2)。研究區從前晉寧期至燕山期的構造變形及演變特征如表1所述。印支期前主要是沿大陸斜坡的重力伸展滑脫，印支期為陸陸碰撞、擠壓，燕山期又開始拉伸，喜山期為擠壓(秦正永等，2005)。

鄂西北地區斷層構造十分發育，主要以北西向斷層為主體。如兩鄖斷層主要活動時期為印支期—燕山期，走向315°～290°，全長250 km，斷層帶內發育糜棱巖、擠壓片理及構造透鏡體，并伴有強烈硅化(喬岳強等，2017)。該斷層與其他斷裂交匯處發現了鐵、銅、鉛、汞等礦化現象，因此是一條重要的控礦斷層構造。白河公路斷層呈北西西向展布，延伸約164 km，可分為黃龍灘以西、黃龍灘—青徽鋪以及黃龍灘以東三段。該斷層同樣經歷多期活動，印支期屬韌性變形階段，先是擠壓推覆，后是右行走滑，燕山期以伸展為主，并發生脆性構造疊加，東段對中—新生代紅色盆地有控制作用，近期又表現為強度較弱的擠壓特點。除了這兩條斷層之外鄂西北地區還展布有兩竹斷層、兵房街斷層以及青峰—襄陽—廣濟斷層等主要斷層，一同構建了鄂西北地區的構造格架。

圖1 鄂西北地區大地構造位置(a)及地質簡圖(b)(據湖北省區域地質礦產調查所，1988①)1—白堊系上統—第四系；2—泥盆系—二疊系下統；3—志留系；4—奧陶系—寒武系；5—震旦系；6—南華系耀嶺河組；7—南華系武當群；8—酸性侵入巖類；9—中性侵入巖類；10—基性侵入巖類；11—超基性侵入巖類；12—實測斷層；13—推測斷層；14—省界；15—水系

1.2 區域地層及變質作用

研究區內只出露晚于中元古界的地層，各地層間基本為整合接觸。最老的地層為上元古界武當群，主要分布于研究區的中心部位，上元古界至下古生界地層為中—淺變質的基性火山巖與陸源碎屑巖、碳酸鹽巖；上古生界地層以碳酸鹽巖為主，夾少許碎屑巖；區內缺失三疊系—侏羅系及下白堊統地層，上白堊統—古近系地層為陸相紅色碎屑巖，零星分布于斷陷盆地內；新近系—第四系為礫巖和河谷、斷陷、凹地內分布的沖積、洪積及殘坡積成因的松散堆積(圖1)。該區的區域變質程度普遍為低—中綠片巖相，局部地區已達低角閃巖相。低綠片巖相主要出現在耀嶺河組以下地層中，高綠片巖相則主要分布在武當巖群下部層位。本區為一中低級變質相帶，變質帶呈穹窿狀產出。穹隆中心為武當巖群，外圍為耀嶺河組、震旦系和古生界地層。南部以青峰斷裂為界與揚子古生界地層接觸，東部被南陽斷陷盆地中、新生界地層覆蓋。

1.3 區域巖漿巖

研究區內巖漿巖廣泛分布，主要集中在武當復背斜核部及西緣，具活動型地殼巖漿組合特征，侵入巖包括基性—超基性巖、中性、酸性及偏堿性—堿性巖類，其中以基性巖類最為發育，中酸性巖類較為少見(圖1；徐鵬, 2020)。根據侵位地層、變質程度、巖漿演化特征和穿插關系，可以將區內巖漿活動分為元古代、古生代、中生代三個巖漿侵入期(吳昌雄等, 2015)。其中元古代侵入巖以侵位于武當群和耀嶺河組的大部分巖體為代表，以基性巖為主，規模較大，多呈巖床產出，巖石普遍遭受變質作用、變質程度達綠片巖相，并發育定向構造。古生代與中生代侵入巖則僅有零星出露。火山巖以海相噴發為主，主要產于新元古代耀嶺河組和武當群地層中。其中耀嶺河組的基性火山巖為一次連續噴發的產物，屬一套細碧巖—角斑巖建造，夾部分沉積碎屑巖和少量碳酸鹽巖，且伴生部分酸性火山巖類(吳年文等, 2021)。武當群的火山巖多分布于研究區南部及北部，為一套變基性、(鈉質和鉀質)酸性火山噴發—沉積巖系，具產于陸間裂陷槽構造環境的雙峰式火山巖基本特征(祝禧艷等, 2008)。本區火山巖表現出明顯的雙峰式火山巖套特征，例如耀嶺河組火山巖便同時發育拉斑玄武巖—流紋巖套與堿性玄武巖—粗面巖套(徐鵬, 2020)。

表1 鄂西北構造、變質事件演化(據秦正永等，2005)

圖2 研究區大地構造分區圖(據毛新武等，2014)1—南秦嶺造山帶；2—揚子板塊；3—湖北口—白浪被動陸緣；4—北武當構造亞帶；5—武當構造亞帶；6—兩竹裂谷帶；7—兵房街陸源斜坡；8—斷層及編號

1.4 區域礦產背景

鄂西北地區礦產比較豐富，區內已發現非油氣類礦產62種，已查明資源儲量的上表礦產28種，其中鈮、稀土、釩、鋯、銀、金、銻、鉛、鎘、鉬等金屬元素儲量較高(湖北省地質局第八地質大隊，2017②)。本區還是我國綠松石、鈮—稀土礦及低品位磁鐵礦等礦產的主要產地。截至目前，本區已發現鐵礦產地44處，其中大型1處、中型4處、小型及以下39處(圖3)。

1.5 區域地球物理特征

1.5.1 區域磁場特征

區內巖(礦)石磁性差異較大，按磁性參數大小及變化特征可分為強磁性、較強磁性、中等磁性、弱磁性和無磁性巖石，磁性參數見表2。

由鄂西北地區航空ΔT磁場圖(圖4)可看出，整個武當隆起西緣全處于負磁場區內，異常總體走向為北西向，鄖陽區—鄖西一線為磁力高帶，與倉房正異常相接；白河—竹溪一線為磁力低帶，極值為-65～-75 γ；中間武當山地區為北西向梯度帶，異常梯度較大。在竹溪以南，磁場值迅速上升。與區域巖漿巖分布圖對比顯示，正場區與耀嶺河組變火山巖、武當群變火山碎屑—沉積巖組吻合；負場區與武當群下部之變火山巖組、震旦—奧陶紀、泥盆紀等沉積巖系(無磁建造)一致。

圖3 鄂西北地區海相火山巖型鐵礦分布圖1—中新生界；2—古生界；3—耀嶺河組；4—武當群上部變質沉積巖組；5—武當群下部變火山巖組；6—變基性侵人巖；7—其它斷層；8—安康青峰主推覆斷層和巴山一青峰主推覆斷層；9—十堰主推覆斷層和復合剪切走滑斷層；10—逆斷層；11—鐵礦礦產地；12—鐵礦(化)點

表2 區內巖礦石磁性參數表

續表2

圖4 鄂西北地區航磁△T等值線平面圖及磁場分區圖(據鄂西北地質礦產調查所，1993修改③)1—△T正等值線；2—△T負等值線；3—△T零等值線；4—磁場分區范圍及編號；5—省界

1.5.2 區域重力特征

區內為低重力場區，由自東向西遞減的重力梯級帶組成，重力場值低于-70×10-5m/s2。整個重力梯級帶簇總體呈一向西方向突出的弧形，并向南西、北西方向繼續降低(圖5)。

圖5 鄂西北地區區域重力場等值線平面圖(資料引自湖北省物化探所，2003④)

由剩余布格重力異常平面圖(圖6)可以看出，本區重力異常形態復雜，多呈不規則狀，異常梯度變化明顯。位于斷裂帶附近的異常多為重力低異常，推測為斷裂造成異常內地層整體密度較低而引起；有耀嶺河組大面積出露的范圍，異常多為重力高異常，異常主要由耀嶺河組基性火山巖引起。

圖6 鄂西北地區剩余布格重力異常平面等值線圖(資料引自湖北省物化探所，2003④)1—剩余重力異常正等值線；2—剩余重力異常負等值線；3—剩余重力異常零等值線；4—重力高異常；5—重力低異常；6—省界

1.6 區域地球化學特征

以鄂西北地區水系沉積物測量資料分析，以大于全區平均值加1.5倍標準離差為高值，分作9個地球化學區：Ⅰ區為鈉高值區，Ⅱ區為多元素背景區，Ⅲ區為鐵族元素高值區，Ⅳ區為高鈣鎂低鈉區，Ⅴ區為硼高值區，Ⅵ區為鋇、鉬、銅、鋅及鐵族元素高值區，Ⅶ區為鉀硼鎢鉛高值區，Ⅷ區多元素高值區以及Ⅸ區汞砷硼K2O、CaO、MgO高值區(圖7)。

圖7 鄂西北水系沉積物地球化學分區圖(據湖北省物探隊，1987⑤)1—鈉高值區；2—多元素背景區；3—鐵族元素高值區；4—高鈣鎂低鈉區；5—硼高值區；6—鋇鉬銅鋅及鐵族元素高值區；7—鉀硼鈣鉛高值區；8—多元素高值區；9—汞砷硼鉀鈣高值區；10—省界

鐵族元素濃集區主要集中分布于兩竹(竹山—竹溪)地區(圖8)，呈半環狀分布在研究區北部。該地區內，V元素濃集系數為背景值的6倍，Ni元素濃集系數為背景值的5倍，Cr素濃集系數為背景值的4倍；其中Cr元素在研究區東部濃于西部，Cr元素的富集與基—超基性侵入體相關。兩鄖(鄖西、鄖縣)地區展現出了鐵族元素的異常，除1～2個異常外，多為組合簡單、規模不大且濃度不高的V、Ni、Co類異常，少見Mn、Cr異常。異常區共計9處，異常總數33處，其分布延展與耀嶺河組含鐵地層相一致(湖北省地質局第八地質大隊，2017②)。

圖8 鄂西北地區鐵族元素異常分布圖1—異常區編號及主要元素組合；2—單異常編號及元素組合(T系首位元素濃集系數)；3—省界

2 成礦地質條件分析及成礦規律總結

2.1 區域控礦因素

鄂西北地區經歷了復雜的構造運動和巖漿活動，同時典型的海相火山巖型鐵礦也基本出產于特定地層(耀嶺河組)的火山巖層位，并伴有強度不一的區域變質作用，因此筆者將分別從地層、火山活動、構造以及變質作用四個方面來仔細分析它們對海相火山巖型鐵礦形成的控制作用。

2.1.1 地層因素

研究區內發現的海相火山巖型鐵礦床嚴格受到地層控制，均賦存于耀嶺河組上部第三韻律組中酸性—基性火山巖中，顯示出地層建造對該類型鐵礦的成礦專屬性。其中熔巖型鐵礦石賦存于火山噴發韻律下部變細碧巖中，而凝灰巖型及火山熱液改造型鐵礦石則賦存在各火山噴發韻律上部變角斑質火山碎屑巖中，在區域內沿走向和傾向都較穩定。武當巖群同樣作為南秦嶺重要的前震旦系基底巖系，其變基性火山巖規模比耀嶺河組中基性火山巖還要大，但其磁性強度遠弱于后者，且基本不引起航磁異常(圖4)，也并未發現分布有海相火山巖型鐵礦(圖3)。

本區耀嶺河組的火山巖基本上可分為兩組：一是中酸性噴發巖類(變角斑質火山碎屑巖)和堿性侵入巖類(石英正長斑巖)；二是中基性噴溢巖類(變細碧玢巖、變細碧巖)和基性侵入巖類(輝長輝綠巖)。耀嶺河組的變細碧巖、變細碧質、凝灰巖、變角斑巖、變角斑質、凝灰巖、絹云鈉長片巖、磁鐵絹云片巖(變凝灰巖)和變石英角斑巖的平均化學成分見楊建中等(2010)，與海相火山巖型鐵礦有關的火山巖的巖性變化較大，從玄武巖—玄武安山巖—安山巖—英安巖—流紋巖均有，存在多種巖性的組合，且幾乎所有的礦床均有基性巖漿巖的出露。后者表明巖漿起源于上地幔，而前者則暗示其巖漿曾經歷過顯著的分離結晶作用(張招崇等，2016)，本區的海相火山巖型鐵礦(如陳家埡礦床)無一例外均符合上述特征。

耀嶺河組巖性主要為玄武巖—粗安巖—英安巖—流紋巖組合(圖9a)，明顯具有雙峰式火山巖特征，這一特征在Nb/Y-Zr/TiO2圖解上尤為明顯，玄武巖主要為亞堿性玄武巖，次為堿性玄武巖，且相當比例的樣品偏堿性(圖9b)。本區的耀嶺河組玄武巖主要為洋島玄武巖(OIB)類型(圖10a)，僅個別樣品落入洋中脊玄武巖(MORB)類型的區域。武當群基性火山巖則基本屬于島弧火山巖(凌文黎等，2002)，從側面反映了武當群基性火山巖巖漿來源相對較淺(<15 km)，鐵的豐度也較低。耀嶺河組火山巖的主要元素分析結果表明，與陸相火山巖大多是鉀質火山巖不同的是，含礦的耀嶺河組海相火山(玄武)巖明顯富鈉(圖10b)。此外，耀嶺河組基性火山巖中富FeO(一般為13%～15%)、MgO(5.11%～8.80%)、TiO2(1.92%～3.30%)和P2O5(>0.23%)，貧SiO2(43.19%～53.10%)和K2O(多<1%)，屬一種特殊類型的富鐵、鈦而貧硅的Fe-Ti玄武巖(蔡志勇，2007)。耀嶺河組火山巖隨Mg#的降低，其FeOT含量升高，表明其可能經歷了磁鐵礦或鈦鐵礦等富鐵礦物的堆晶作用。此外Mg#與Ni的含量顯示為正相關關系，暗示了耀嶺河組玄武巖經歷了鐵鎂質礦物(如橄欖石、輝石等)的分離結晶作用(楊建中等，2010)。K2O和Na2O的離散性較大，可能與后期的K、Na活動性有關。

圖9 耀嶺河火山巖全堿—氧化硅(TAS)圖解(a)及耀嶺河組火山巖Nb/Y-Zr/TiO2判別圖解(b)(數據來源：楊建中等，2010；a底圖據Le Bas et al., 1986；b底圖據Floyd, 1977)

圖10 玄武巖FeO/MgO-TiO2成因圖解(a)及玄武巖K2O-Na2O圖解(b)(數據來源：楊建中等，2010；a底圖據Glassley, 1974；b底圖據Middlemost, 1972)

本文還收集了區內耀嶺河組火山巖39件樣品的微量和稀土元素數據(凌文黎等，2002，蔡志勇，2007)并投圖，結果表明，耀嶺河組基性火山巖的微量元素與OIB十分相似，強烈富集高場強元素，但有明顯的Sr和K負異常和不明顯的P負異常，明顯虧損Rb和Ba。從微量蛛網圖和稀土配分曲線(圖11)可以清楚地看出耀嶺河組基性火山巖與酸性火山巖樣品分布型式極為相似，顯示其同源性。而武當群變質火山巖系則相反，其基性火山巖與酸性火山巖不具同源性，巖漿分異程度低(巖石中僅見鈉長石巖條帶)，不利于鐵質的富集。此外，耀嶺河組的所有樣品均有明顯的Th正異常，少數樣品具有明顯的Sr正異常，無明顯的Nb、Ta異常，但個別低重稀土基性巖樣品具有弱Nb、Ta異常，暗示了其侵入和結晶過程中受到了地殼圍巖的混染(凌文黎等，2002)。無論酸性或基性巖石，耀嶺河組火山巖的大離子親石元素含量水平明顯高于武當群火山巖，表現出與陸內裂谷巖漿巖類似的特征；基性侵入巖墻的多元素地球化學特征與耀嶺河組基性火山巖十分相似，而與武當群基性火山巖區別明顯。

圖11 耀嶺河組原始地幔(a，c)和稀土配分(b，d)曲線a—耀嶺河組基性火山巖原始地幔標準化蛛網；b—耀嶺河組基性火山巖球粒隕石標準化蛛網圖；c—耀嶺河組酸性火山巖原始地幔標準化蛛網圖；d—耀嶺河組酸性火山巖球粒隕石標準化蛛網圖(數據來源：凌文黎等，2002；蔡志勇，2007；球粒隕石標準據Sun and McDonough,1989; 原始地幔標準據Taylor and McLennan, 1985)

2.1.2 火山活動因素

前人根據中基性—中酸性的噴發韻律關系將耀嶺河組上段分為六個韻律段和五個含鐵礦層，并根據每個韻律段中熔巖與碎屑巖的比例關系對吳家梁礦區及外圍的耀嶺河組的巖石進行了爆發指數K的計算(劉興義等，1979⑥)，并可被劃分為：爆發相(K≥50%)、噴溢相(1%≤K≤49%)、溢出相(K<1%)三個相(邱家驤，1984)。其中對第一和第二韻律段的海相火山巖型鐵礦的分布及厚度研究發現吳家梁礦區含礦層與噴發強度呈正比例關系，礦層分布在噴發強度大的地方。第三韻律段由溢出的變細碧巖和爆發的變角斑質凝灰巖組成，其噴發活動發生在前兩個韻律段噴發之后，該韻律是吳家梁礦區的重要含礦層，該層平均含鐵TFe 18.71%，最高可達42.05%，其礦體產出的位置位于秋樹溝噴發中心附近，該中心并非爆發指數最高的地段也不是地層厚度最大的地段。第四韻律段是該區分布最廣的一個韻律段，該韻律段以噴溢相為主，該韻律段厚度大、分布廣，為該區噴發活動最強的一次。該韻律段的含鐵礦層分布位置與韻律分布一致，可是該層的平均含鐵品位較低，TFe品位在11.2%～26.4%之間，平均為14.20%。第五韻律段以溢出相為主，形成于爆發活動末期，爆發強度減弱，含礦層的分布面積很小，且TFe品位不高，TFe品位在12.9%～15.5%之間。第六韻律段僅在局部分布，組成該韻律段的巖石為變細碧玢巖的溢出相。

由此可以得出：(1)首先爆發指數較高的地段為第四和第五韻律段的噴發中心；(2)自上往下，后韻律是在前面韻律的基礎上繼續噴發形成的，越往上噴發活動逐漸減小、強度減弱直至結束；(3)鐵礦富集的地段并不在含礦熔巖厚度大的地段也不在其含礦層本身厚度大的地段，而是分布于噴發中心；(4)每一含礦層的分布，與其韻律段的噴發強度和分布范圍基本一致，盡管第四韻律段噴發強度很強、分布范圍也很廣，但可能正是由于多中心噴發所致導致鐵元素沒有很好的富集在各個噴口周圍，由此導致含礦層的TFe并不高。

2.1.3 構造因素

研究區地處秦嶺造山帶東段的南秦嶺造山帶，區內鐵礦床的形成與構造演化密不可分，從礦帶、礦床到礦體均受到不同類型和不同級別的構造控制。南秦嶺造山帶曾經歷了多期次的開合，在再生冒地槽階段發生區域性的滑脫構造，印支造山運動導致地槽的封閉，并發生強烈的區域變質作用(張國偉等, 1997)。由于本區含磁鐵礦的地質建造均形成于前華力西期，而構造變形事件均發生在華力西期及以后，因此成礦后發生的構造對磁鐵礦體及含礦母巖進行了改造和破壞。

第一階段：控巖。東西向構造發生階段沉降，斷裂控制了耀嶺河組各韻律組及含礦層的分布，通過對耀嶺河組上部韻律組的研究所確定的吳家梁—秋樹溝，鄭家院—云彩山的噴發中心為近東西向展布，而且上部韻律組也呈近東西向、向南、向北均變薄尖滅。因此，東西向構造的發生時期是控巖分布的一個階段。在吳家梁礦區及外圍的六個韻律段分析中，各韻律段的噴發中心的位置在區域上呈現為近東西向展布，充分反映了火山噴發活動曾受過東西向構造的影響。

第二階段：構造再造富集階段。東西向構造強烈擠壓，褶皺使含礦層構造再造，厚度增加。含礦層經受強烈擠壓，在應力最集中的背斜褶皺弧頂部位發生強烈構造變形。造山前的伸展型順層滑脫對含礦地層的影響較大，順層或地層單元間發育的韌性—韌脆性剪切帶，使部分含礦地層變薄或缺失；疊加在含礦巖層中的順層剪切帶在局部地段可能產生構造—變質熱液，對原磁鐵礦(化)層進行蝕變改造使礦化進一步富集。旋扭構造控制了含礦層的構造變形，這種作用力比東西向構造作用力度更大，在應力集中的背斜頂部近收斂部位發生礦體加厚，產生了大量動力熱蝕變礦物如綠簾石、角閃石、綠泥石等，遠離應力集中地段則形成絹云型含磁鐵變角斑質凝灰巖。印支造山時期形成的B型褶皺和斷裂構造使含礦的地層、侵入巖及磁鐵礦體(層)的產出形態復雜化。褶皺變形導致含礦地層建造及礦體(層)在水平方向上被強烈壓縮，在轉折端、傾伏端部位厚度加大，在倒轉翼部位厚度減小。根據陳家埡和吳家梁礦區的資料分析，背斜倒轉翼比正常翼的礦化程度強，構造轉折部位礦體往往厚度較大，品位較富，斷裂構造對礦體的連續性有較大影響。

2.1.4 變質因素

本區與礦有關的蝕變作用不明顯，主要為綠簾石化、鈉長石化及陽起石化。本區變細碧巖中普遍能見綠簾石化現象，但以近礦圍巖尤其強烈。它的成因包括了成巖中的自變質作用及后期熱力或熱液變質作用。在鐵礦層之頂底板變細碧巖中常見有交代作用，交代后淺色的鈉長石與深色綠泥石組成“斑紋狀”構造，兩者無明顯界線。陽起石化在含礦性較好地段，變細碧巖中陽起石含量較正常巖石高。

變質作用使含鐵火山巖中鐵礦重新組合成浸染狀磁鐵礦—赤鐵礦，局部更積聚成塊狀中，富礦鏡透體，如陳家埡礦區的Ⅱ礦體頂底板均為變細碧巖，圍巖發育有石英、綠簾石脈。

2.2 礦床時間演化規律

鄂西北地區海相火山巖型鐵礦賦存的地質建造與深源玄武巖漿活動有關，總體顯示在伸展拉張動力學機制控制下的多期成礦特點。本區在古元古代末，以造山運動結束了泛地槽的演化歷史(張國偉等,1997)，形成結晶基底；中元古代初，結晶基底伸展裂解成裂陷槽，發育具雙峰模式巖石系列的海相火山—侵入巖系，形成金-銀-多金屬礦的礦源建造；新元古代南華紀—古生代志留紀末，地幔柱的活動誘發南秦嶺—淮陽兩幕被動陸緣、陸內裂谷作用，并促成與磁鐵礦有關的巖漿成礦作用。繼而在晚古生代古特提斯擴張疊加下，直接造成南秦嶺—淮陽陸內地殼伸展及斷陷盆地形成，沉積一套次穩定型陸源碎屑—碳酸鹽巖建造，直至中三疊世末，印支運動開始，標志著地槽發展的結束。

總體而言，本區成礦受三期次巖漿侵位—噴發作用控制。

第一期即中—新元古代武當期基性、酸性火山—侵入巖系。該巖漿建造中的火山巖具雙峰式特點，巖石類型以基性和酸性火山巖為主。該期的侵入巖以輝綠巖、輝長輝綠巖等基性巖為主，次為石英鈉長(斑)巖、流紋斑巖等酸性巖。基性(火山)巖石化學成分所顯示的基本特征(堿總量偏低，δ值均<3.3)，反映巖石屬于亞堿性(拉斑)玄武巖系列，玄武巖漿可能來自殼幔混合源區。酸性火山巖巖石化學成分則顯示巖石鈣性(δ值多<1.8)為主和富鈉、富鉀并存的雙向演化特征，巖漿主要來自淺部，具殼源性質。該期雙峰式火山—侵入巖組合反映了初始裂谷(陸間裂陷槽)的構造環境。區域內雖廣泛分布武當群變基性火山巖及變基性巖體，但卻鮮見一定規模的航磁異常和磁鐵礦化(圖6)，這是由于武當期玄武巖漿來源較淺、分異不明顯(其中僅見綠簾石—鈉長石條帶)，且堿度偏低，不具備磁鐵礦化的基本條件。

第二期指新元古代南華紀耀嶺河期細碧角斑巖建造。細碧角斑巖建造是一種標志優地槽的典型建造，它是南秦嶺再生優地槽強烈拗陷階段所形成的陸緣裂谷式海相火山巖組合。化學成分顯示，火山巖具富堿、高鈉(Na2O>K2O)的特點，同時富鈦及大離子親石元素(圖10～11)，表征巖石起源于鈉質的富堿異常地幔源區，這些異常地幔源的形成與地幔流體交代作用有關。該期火山巖建造是本區主要的磁鐵礦化賦存地層，產“陳家埡”式鐵礦，屬海相火山巖型鐵礦床，規模達中型(圖3)。

第三期系早志留世偏堿性玄武巖—粗面質火山巖組合，該時期巖漿巖組合顯示大陸裂谷系的構造環境，其巖石化學的富堿、高鈉(Na2O>K2O)特點，基本類似于耀嶺河期的火山巖漿，但堿含量及堿性程度更高。推斷巖石起源于鈉質的富堿地幔源區，屬異常地幔源，但較耀嶺河期來源更深。該期巖漿活動具有雙峰式特點，較早的玄武質(或稱細碧質)巖漿建造包括噴出相的(杏仁狀)輝斑玄武巖、玻基輝石巖質火山巖，侵入相則包括鐵質—富鐵質基性—超基性巖、基性巖；較晚的粗面質(或稱角斑質)巖漿建造包括噴出相的粗面質火山巖和侵入相的粗面斑巖、正長(斑)巖及碳酸巖。該期鐵質—富鐵質基性—超基性巖是巖漿型低品位鈦磁鐵礦化的載體，產銀洞山式釩鈦磁鐵礦，礦床規模達大型。玄武質火山—侵入巖普遍有磁鐵礦化，其中超基性巖石礦化強度較大，但規模多為礦點級。

從以上地質建造的含礦特征分析，本區海相火山巖型鐵礦成礦作用在時間上的演化規律可大體作如下總結：在地史上，武當地區由中元古代到早古生代末，巖漿巖具有來源由淺漸深、堿度和基性度由低到高、活動規模由大到小、含礦性(磁鐵礦化)由弱到強的基本變化趨勢(表3)。

表3 鄂西北與巖漿成礦作用有關的磁鐵礦礦床在地史上演化規律基本情況表

2.3 礦床空間分布規律

鄂西北地區海相火山巖型鐵礦的空間分布，主要受制于該區的構造遷移和相應的構造—巖漿事件。從本區海相火山巖型鐵礦分布圖(圖3)上可以看出，成礦作用更主要發生兩鄖剪切走滑斷層(褶皺束)北側，分布著以陳家埡中型鐵礦為代表的產于耀嶺河組的29處海相火山巖型鐵礦礦產地和礦(化)點，而在其南側，僅在得勝一帶分布著該層位的數處磁鐵礦小礦和礦點。在隨州市大狼山區也符合此規律，其北側在劉升—大堰溝—高城一帶，分布著數處與耀嶺河組火山巖有關的磁鐵礦礦(化)點，南側尚未發現該類型的礦產地。

根據地質建造的類型、分布、發育程度和相分析等綜合因素推斷，本區磁鐵礦床的空間分布是構造演化的結果，其發展歷史大體是：

中—新元古代(長城—青白口紀)時期本區處于陸間裂陷槽演化階段，發育武當群鈣堿性的基性、酸性雙峰式火山沉積巖系，晉寧造陸運動結束了原地槽的發展歷史；南華紀始，該區轉入再生地槽演化階段，并開始出現武當隆起(地背斜)雛形，在近南北向拉張應力場作用下，地槽活動帶開始由原中心地帶(相當于武當群下部火山巖組下段基性火山巖發育地帶—白河公路斷裂以南至青峰斷裂以北，以及大狼山地區吳店—安居一帶)向北、南兩側遷移，形成北、南兩個近東西向裂谷帶，耀嶺河組細碧角斑巖建造為裂谷系早期裂陷階段的地質記錄，為南秦嶺—淮陽再生優地槽第一幕的構造—巖漿產物。它從上地幔帶來了大量成礦物質，通過火山巖漿噴發—沉積作用成礦。北裂谷帶(鄖西中部—鄖縣北部—丹江口北部一帶)規模大，活動強烈，含礦火山巖建造厚度大、韻律多，磁鐵礦化強度較高，礦產地分布集中；而南裂谷帶(竹山桂坪—得勝—田家壩一帶)則規模小，活動弱，含礦火山巖建造厚度小、韻律少，磁鐵礦化集中在西部地段，礦產地少且礦化弱。

震旦紀—奧陶紀，地殼由裂谷環境逐漸向淺海盆地、淺海陸棚方向演變，地殼隆升。志留紀早世蘭家畈期，再生優地槽進入第二幕裂谷系構造—巖漿活動時期，除繼承、沿襲第一幕北、南裂谷帶分野特點外，還有明顯的向外側遷移、擴展之勢，表現為南裂谷帶該期火山—侵入雜巖在竹山三吉—竹溪上鄂坪一帶最為發育，而第一幕火山巖多分布在竹山桂坪—得勝—田家壩一帶，這兩個火山巖漿巖帶相距甚遠。該裂谷帶巖漿巖建造為偏堿性的玄武質—粗面質火山—侵入雜巖系，較第一幕巖漿建造具有更高的堿量和堿度。其中偏堿性玄武質巖漿衍生的基性—超基性巖對鈦磁鐵礦化(覃家門、東河鈦磁鐵礦)具有專屬性，堿性粗面巖漿所衍生的(堿性)正長巖、正長巖—碳酸巖雜巖則對碳酸巖型稀有、稀土礦化(廟埡鈮—稀土礦)有專屬性。該期北裂谷帶的噴出巖帶已遷移至豫西南地區，即早志留統蚱蛐組偏堿性玄武巖，火山巖建造厚度小，巖性單一，未見相關海相火山巖型鐵礦礦化信息報道。本區在泥盆紀至三疊紀期間，南秦嶺—淮陽地槽進入再生冒地槽演化階段，沉積盆地除繼續承襲向北、南遷移外，還有總體向西遷移趨勢。

依據構造—巖漿建造的區域遷移、分布特點，本區與巖漿成礦作用有關的磁鐵礦床主要產于武當背斜北、南兩側，耀嶺河期火山巖分布區及相鄰區帶是該成礦系列磁鐵礦的遠景地區。

2.4 成礦條件及成礦模式

通過上述討論內容和對前人資料的匯總，筆者總結了鄂西北地區海相火山巖型鐵礦床的成礦條件(表4)并建立了成礦模式(圖12)。

表4 鄂西北海相火山巖型磁鐵礦床成礦模式

續表4

圖12 鄂西北地區海相火山巖型鐵礦床成礦模式圖1—角斑質火山碎屑巖；2—角斑巖；3—細碧質火山巖；4—凝灰質泥質粉砂巖；5—含冰磧礫碎屑巖；6—輝綠巖；7—磁鐵礦體；8—巖漿上升方向

3 找礦前景評價及找礦方向

本文通過總結該區成礦地質背景、典型礦床特征、成礦規律及找礦模型的基礎之上，對鄂西北地區海相火山巖型鐵礦床找礦前景和找礦方向進行初步評價及探討。

3.1 找礦前景評價

鄂西北地區廣泛分布著南華系耀嶺河組地層，本文認為海相火山巖型鐵礦的找礦前景良好，依據如下：(1)本區廣泛出露的南華系耀嶺河組地層，是一個典型的耀嶺河組細碧—角斑巖建造，是海相火山巖型鐵礦成礦的地質背景基礎。耀嶺河組深部可能具有厚度大、連續性好的特點(蔡志勇，2007)，為成礦提供了優異的載體。(2)本區有分布著大量的經過地面檢查或驗證的磁異常，總數約82處，其中含TFe≥12%就有61處(圖7)。(3)本區有3處鐵族濃集區(圖8)：一是竹山斷裂及北西地區斜穿全區呈NW向馬鞍狀分布，地質背景為耀嶺河組和下古生界；二是由鄖西六郎鄉彎曲環繞鄖西到老莊溝—鄖縣—丹江陳家埡，也與耀嶺河組地層的分布相伴；三是由丹江口到銀洞山，與當地集中的出現基—超基性巖體群相伴，并有鐵族異常4處。已知的礦床(點)均與化探異常相吻合。(4)區內構造發育，背斜構造的弧頂部位或倒轉背斜的倒轉翼、傾伏部位都有可能賦存富礦(楊建中等，2010)。(5)本區的海相火山巖型集中分布在新元古代—早古生代南秦嶺再生優地槽演化階段，是陸緣、大陸裂谷系發展早期裂解沉降時期海底火山噴發的產物。巖漿來源更深，巖石堿性程度更高且更富含鈉質，具有鐵、鈷、鎳、鈦等元素的成礦專屬性。

3.2 找礦標志

本文總結了6個鄂西北地區海相火山巖型鐵礦找礦標志：(1)地層(巖石)標志：南華系耀嶺河組細碧—角斑巖建造是本區海相火山巖型鐵礦的主要載體之一。全區已知礦產地中均產于其中。因此，若是尋找本類型鐵礦，耀嶺河組第三韻律組是首選目標。(2)巖相古地理標志：區內與耀嶺河組火山巖有關的各類型鐵礦，與古火山噴發中心均呈現密切的空間關系，火山噴發韻律愈發育，含礦層就越多，礦化強度也相對較高。(3)構造標志：區域性斷裂亦可直接控礦，比如：兩鄖走滑斷層控制帶狀強磁異常的延展與分布，長達130多公里，從丹江口市以東向北西直達鄖西之黃云鋪，該異常由耀嶺河賦鐵層所致，出露在耀嶺河地層，據陳家埡、吳家梁典型礦區的資料分析，背斜倒轉翼比正常翼的礦化強，因與斷裂推覆導致礦層重疊加厚、礦化富集有關。構造轉折部位礦體往往厚度較大，品位較富。(4)變質與蝕變改造標志：本區海西火山巖型鐵礦多為海相火山噴發沉積所致，但在吳家梁礦區中，在近礦層的變細碧巖中，發育綠簾石化，礦物含量陽起石多于透閃石，前者5%～10%，后者1%～3%。此種蝕變發育處礦石品位增高，厚度加大。因不普遍，僅在吳家梁礦區中存在此規律，以后的找礦實踐中需加以論證。(5)地球物理場及異常標志：磁異常是本區尋找鐵礦的重要標志，磁場表現與含鐵建造吻合良好，多為帶狀延續之高值區。(6)鐵族元素地球化學異常標志：鐵族異常分布集中區與成礦遠景區之間存在著嚴格的一致性。31處Ⅴ級遠景區中的81%都與異常區相吻合(張清林和王宗合，2007⑦)。

3.3 找礦模型

基于研究區海相火山巖型鐵礦床地質特征、控礦因素、成礦規律、找礦準則等方面的綜合研究，筆者初步建立了區域海相火山巖型鐵礦床的找礦模型(表5)。

3.4 找礦靶區的圈定

以成礦規律研究成果為基礎，充分考慮其成礦地質條件礦床的時空分布及模式差異和譜系歸屬等因素，結合已知產地分布、規模、成因類型及成礦時代，同時依托地球物理及地球化學場背景(尤其以磁場為重點)，在4個成礦區帶的基礎上共劃定了5處找礦靶區(圖13)。

4 結論

(1)鄂西北地區海相火山巖型鐵礦產于南華系耀嶺河組上段地層中，耀嶺河組上段上部的變細碧質火山巖夾變角斑質火山巖建造是尋找該類型鐵礦的先決條件，變角斑質凝灰巖是主要的含礦巖石，航磁異常是本區尋找鐵礦的重要標志。

(2)區內海相火山巖型鐵礦與古火山噴發中心均呈現密切的空間關系，礦體的產出受火山—沉積旋回的控制，空間上出現多層磁鐵礦(化)體，且礦化規模和礦化類型具有明顯的空間分帶特征。鐵礦床(點)在空間上主要分布在武當背斜北、南兩側，北側比南側多，背斜倒轉翼比正常翼的礦化強。構造轉折部位礦體往往厚度較大，品位較富。

(3)海相火山巖型鐵礦的形成以元古生代沉積成礦作用為主，后期的區域變質作用和巖漿熱液作用對磁鐵礦的形成和富集影響較為有限，主要是對早期形成的磁鐵礦體局部進行疊加改造。鐵礦床的成礦物質主要來源于海底火山活動。耀嶺河組含鐵火山巖系原始巖漿來源較武當巖群變質火山巖系要深，其基性火山巖的堿含量、堿度均高于武當巖群同類火山巖。

(4)對區內海相火山巖型鐵礦的找礦前景進行了評價，指出鄖西縣黃龍山—丹江口市銀洞山和鄖陽區青巖溝—竹山縣金花—竹山縣田家壩一帶是找尋該類鐵礦的有利地段，圈定了11處遠景區和5個具體的找礦靶區。

表5 鄂西北地區海相火山巖型鐵礦找礦模型

圖13 研究區海相火山巖型鐵礦成礦預測圖1—水系沉積物鐵族元素異常；2—布格重力剩余異常；3—鐵含量≥10%的A值分級；4—全鐵含量<10%的A值分級區；5—航磁ΔT異常；6—Ⅳ級成礦區帶(帶)及編號；7—Ⅴ級遠景區及編號；8—Ⅵ級靶區及編號；9—省界

注 釋

① 湖北省區域地質礦產調查所. 1988. 武漢： 湖北省及鄰區地質圖、地質構造圖說明[R].

② 湖北省地質局第八地質大隊. 2017. 襄陽： 十堰市礦產資源總體規劃(2016-2020年)[R]. 3-5.

③ 鄂西北地質礦產調查所. 1993. 十堰： 鄂西北地區金銀銅成礦遠景區劃[R].

④ 湖北省物化探所. 2003. 武漢： 鄂西北地區航磁、重力測量成果總結報告[R].

⑤ 湖北省物探隊. 1987. 武漢： 鄂西北區域化探資料研究及成礦遠景預測報告[R].

⑥ 劉興義, 徐志揚, 王宗合. 1979. 湖北省鄖縣吳家梁鐵礦成礦地質特征與找礦方向問題[R]. 十堰：湖北省第五地質大隊.

⑦ 張清林, 王宗合. 2007. 湖北省鄂西北成礦遠景區劃報告[R]. 280.