2021, Vol. 30
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2. 中国地质调查局 国土资源实物地质资料中心, 河北 三河 065201
2. Core Samples and Data Center of Land Resources, CGS, Sanhe 065201, Hebei Province, China
贾家堡子条带状铁矿（BIF）位于辽宁省本溪市北台铁矿西部，由于该矿床发现和开采较晚，因此对该矿床的地质研究相对薄弱. 本文通过矿石的主量、微量元素地球化学分析，对贾家堡子铁矿的成矿物质进行示踪研究，为进一步找矿提供新的资料和研究线索，对鞍本地区前寒武纪地壳的形成和演化研究也具有一定的借鉴意义.
1 成矿地质背景鞍本地区地处中朝准地台胶辽台隆太子河-浑江台陷的辽阳-本溪凹陷上（Ⅳ级构造单位）. 该地区是我国重要的太古宙花岗岩-绿岩带分布区，分布有太古宇鞍山群中上部的茨沟岩组、大峪沟岩组和樱桃园岩组[2]. 该地区大面积出露太古宙花岗质岩石，其中残留为数众多的表壳岩，其岩性组合主要为基性-中基性火山岩-硅铁建造组合、中酸性火山岩-硅铁建造组合和沉积岩-硅铁建造组合. 目前该地区已经发现和开发众多大型、超大型铁矿床，如大台沟、徐家堡子、弓长岭、南芬、齐大山、东鞍山等（图 1）.
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图 1 辽宁鞍山原本溪地区条带状铁矿分布简图(据文献[1]) Fig.1 Distribution map of BIF in Anshan-Benxi area(From Reference [1]) 1—显生宙盖层(Phaneroxic caprock); 2—鞍山群樱桃园组(Yingaoyuan fm. of Anshan gr); 3—鞍山群大峪沟组(Dayugou fm. of Anshan gr.); 4—鞍山群茨沟岩组(Cigou formation complex of Anshan gr); 5—鞍山群通什村组(Tongshieun fm. of Anshan gr); 6—条带状铁建造(banded iron formation); 7—太古宙钾质花岗岩(Archean poash granite); 8—晚太古代混合片麻岩(Late Archean amphogneis); 9—地质界线(geological boundary); 10—区域大断裂(regional fault); 11—航磁异常(aeromagnetie anomaly); 12—铁矿床(iron deposit) |
贾家堡子铁矿地理位置位于辽宁省本溪市西南约35 km，东距大台沟铁矿10 km，西南距弓长岭铁矿25 km. 大地构造位置处于华北地台辽东台背斜营口-宽甸隆起的北缘太子河凹陷中，属于鞍山-本溪铁矿成矿带重要组成部分，系鞍本地区典型鞍山式铁矿床之一.
矿区出露的地层主要为太古宇鞍山群茨沟岩组，其上局部有新生界第四系覆盖.
鞍山群茨沟岩组与铁矿关系最为密切，是铁矿主要赋矿层位，在矿区广泛分布. 变质程度属于角闪岩相. 岩石类型主要有斜长角闪岩、黑云斜长片麻岩、黑云斜长角闪岩. 其中斜长角闪岩在铁矿体顶底板均有出现（图 2）.
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图 2 贾家堡子地区地质简图❶ Fig.2 Geological sketch map of Jiajiapuzi area 1—第四系（Quaternary）；2—斜长角闪岩、黑云斜长角闪岩、斜长角闪片麻岩（amphibolite，biotite amphibolites and plagioclase hornblende gneiss）；3—黑云斜长片麻岩（biotite plagiogeniss）；4—黑云二长花岗岩（biotite monzogranite）；5—花岗伟晶岩（granite pegmatite）；6—矿体及编号（orebody and number）；7—勘探线及编号（exploratory line and number） |
❶辽宁省冶金地质勘查局地质勘查研究院.辽宁省灯塔市贾家堡子-果木园子一带铁矿详查报告. 2011.
矿区主要构造有断裂构造和褶皱构造. 主要有北东—北北东向的扭性-压扭性断裂构造，其次为近南北向断裂构造. 该断裂构造具有顺层的特点，其中北东—北北东压性断裂对铁矿起改造和破坏作用，将矿体分为若干小矿体，同时也起到储矿作用.
褶皱构造可分为早期褶皱构造和晚期褶皱构造. 早期褶皱构造主要表现为紧闭同斜性褶皱，矿体被该构造改造，形成厚度不对称并重复出现. 晚期褶皱在早期褶皱的走向方向进一步叠加略显宽缓，致使矿区矿体在平面上呈现南北向的舒缓游鱼状或宽缓的钩状.
岩浆岩主要为黑云二长花岗岩及脉岩. 主要脉岩有闪长玢岩、花岗伟晶岩等（图 3）❶.
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图 3 贾家堡子28线勘探线剖面图❶ Fig.3 Profile of Jiajiapuzi deposit along No. 28 exploratory line 1—斜长角闪岩、黑云斜长角闪岩、斜长角闪片麻岩（amphibolite，biotite amphibolites and plagioclase hornblende gneiss）；2—黑云斜长片麻岩（biotite plagiogeniss）；3—黑云二长花岗岩（biotite monzogranite）；4—花岗伟晶岩（granite pegmatite）；5—闪长玢岩（diorite porphyrite）；6—矿体及编号（orebody and number）；7—钻孔（borehole） |
贾家堡子铁矿体总体走向呈北西向，倾向南西，倾角35~40°. 铁矿体产于绿帘角闪石英绿泥片岩和石英片岩之间，呈层状、似层状产出，与围岩近于平行不整合接触.
矿石矿物成分比较简单，主要有磁铁矿、赤铁矿，次要成分为黄铁矿、菱铁矿及少量黄铜矿，脉石矿物有石英、透闪石、白云母、方解石和阳起石等. 矿石结构为不均匀粒状变晶结构、纤状变晶结构. 构造主要是条带状和块状构造. 根据矿石矿物组合、结构构造特征，矿石可分为磁铁石英岩、透闪石磁铁石英岩、磁铁赤铁石英岩和赤铁磁铁石英岩4种自然类型.
全区铁矿石主要成分为SiO2及TFe2O3，两者占矿石化学成分的85%以上. 矿层中全铁品位主要为20%~40%，全铁含量与矿石类型密切相关. 含铁含量最高的是磁铁石英岩，一般为20%~40%，赤铁石英岩次之，含量为20%~30%.
4 条带状铁矿石的地球化学特征笔者对贾家堡子矿区采取了7件条带状磁铁石英岩样品进行主量元素和微量元素测试分析. 所测样品均是经过手标本和显微镜下鉴定后，挑选出来的具有代表性的样品. 主量元素和稀土元素在中国地质调查局沈阳地质调查中心实验室完成. 主量元素采用荧光光谱分析（XRF），稀土元素采用电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）分析测定.
4.1 主量元素地球化学特征贾家堡子铁矿石主量元素分析结果见表 1. 从表 1中可以看出，贾家堡子铁矿石中SiO2含量的为38.34%~55.63%，平均值为45.20%；TFe2O3 22.16%~52.05%，平均值为40.43%；FeO 11.91%~17.81%，平均值为14.58%；MnO 0.04%~0.23%，平均值为0.10%；MgO 1.44%~3.18%，平均值为2.16%；CaO 1.10%~2.36%，平均值为1.73%；Na2O 0.73%~1.84%，平均值为1.32%；K2O 0.59%~2.00%，平均值为1.37%；P2O5 0.12%~0.44%，平均值为0.21%；Al2O3 4.11%~10.67%，平均值为6.20%；TiO2 0.18%~0.43%，平均值为0.22%.
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表 1 贾家堡子条带状铁矿床主量元素分析数据 Table 1 Contents of major elements in Jiajiapuzi BIF |
由上可知，贾家堡子矿区条带状铁矿中含量最多的化学成分是SiO2和TFe2O3，二者含量之和为94.95%~99.47%，平均值为97.61%. 其他组分（MnO、CaO、Na2O、K2O、P2O5、TiO2、Al2O3、MgO）含量非常低. 因此，贾家堡子条带型铁矿（BIF）主要由SiO2、TFe2O3组成，同时含有较低的Al2O3和TiO2. 这些特征表明南芬铁矿同鞍本地区其他BIF铁矿一样，是由极少碎屑物质加入的化学沉积岩[3-6].
4.2 稀土元素地球化学特征贾家堡子矿区7个铁矿矿石的全岩样品的稀土元素分析结果列于表 2. 表中Eu的异常用δEu=2EuPAAS/（SmPAAS+NdPAAS）来计算，Ce的异常用δCe=CePAAS/（2PrPAAS-NdPAAS）来计算，经PAAS（post Archean Australian shale）[7]标准化后的REE配分曲线如图 4所示.
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表 2 贾家堡子条带状铁矿矿石全岩样品稀土元素分析结果 Table 2 Contents of R££s in the whole-rock samples from Jiajiapuzi BIF |
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图 4 PAAS标准化的贾家堡子条带状铁矿床REE配分图解 Fig.4 PAAS-normalized REE distribution pattems for Jiajiapuzi BIF |
由表 2和图 4可知，样品的稀土元素总量均较低（ΣREE=48.98×10-6~95.80×10-6），这与太古宙海洋沉积物特征一致. 贾家堡子铁矿样品PAAS标准化后呈现非常一致的稀土元素配分曲线，其特征为：具轻稀土元素相对亏损、重稀土元素相对富集的分馏模式；呈现明显的Eu正异常（δEu=1.64~1.80）；Ce异常不明显（δCe=3.45~4.02）；Y/Ho比值的变化范围17.88~22.89. 这些特征与全球BIF的特征一致[8-9]，表明贾家堡子铁矿为前寒武纪海洋化学沉积的产物.
5 讨论条带状铁矿中主要化学成分SiO2和TFe2O3的含量对判断铁矿的沉积作用类型有一定的的指示意义[10-11]. 贾家堡子铁矿SiO2和TFe2O3含量之和为94.95%~99.47%，其他组分含量较低，这一特征与山东地区的韩旺铁矿和鞍本地区的东鞍山、齐大山、大孤山、弓长岭铁矿相同[5]，指示了它们均为极少数碎屑物加入的化学沉积岩. 样品具有极低的TiO2和Al2O3含量，较高的Al2O3 / TiO2比值，介于24.70~38.77，说明在沉积岩中仅有极少量的黏土物质或陆源碎屑物混入，表明它们是化学Fe-Si沉积岩. 一般认为沉积变质铁矿的SiO2 / Al2O3比值应小于10，火山沉积变质铁矿SiO2 / Al2O3应大于10. 贾家堡子铁矿中SiO2 / Al2O3比值介于5.21~9.62，均小于10，因此，贾家堡子铁矿为沉积变质铁矿.
如上所述，贾家堡子铁矿样品REE配分曲线重要特点是显著的Eu的正异常（图 4）. 前人研究表明，Eu的正异常是高温海底热液的特点[13]. 实验表明，当热液与海水混合（1: 100），REE配分曲线显示Eu的正异常、LREE亏损、HREE相对富集和La正异常[14]，这些特点与贾家堡子铁矿REE配分曲线特征一致，表明该铁矿中的REE元素来源于火山热液和海水混合液. 由于Eu的正异常是高温海底热液的特征（图 4），Eu异常的大小可以代表混合溶液中高温热液的相对贡献量[10]，也就是说，释放到海水中的高温热液越多，Eu的正异常越明显. 前人研究表明，不同类型的BIF具体可分为与火山活动关系密切的Algoma型铁矿和与火山活动无明显关系的Superior型铁矿. 在TFe2O3-（MgO+CaO）-SiO2三角图解中，贾家堡子铁矿数据点均落入全球Algoma型铁矿分布区内（图 5）. 这与鞍本地区BIF型铁矿为Algoma型铁矿的认识相符. 因此本文认为贾家堡子铁矿床成因类型为与海底火山活动有关的Algoma型铁矿.
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图 5 贾家堡子磁铁石英岩TFe2O3-(MgO+CaO)-SiO2三角图解（据文献[12]） Fig.5 The TFe2O3-(MgO+CaO)-SiO2 diagram for Jiajiapuzi magnetite quartzite(From Reference [12]) |
本文在对贾家堡子矿床详细地质调查研究的基础上，报道了该矿床7个全岩样品和稀土元素分析结果，通过分析初步得出如下结论.
1）贾家堡子铁矿的化学成分主要为SiO2和TFe2O3组成，并含有较低的Al2O3和TiO2，表明该地区BIF型铁矿是由极少数碎屑物质加入的化学沉积岩.
2）贾家堡子铁矿经页岩标准化后的稀土元素配分模式显示轻稀土亏损、重稀土富集，且具有明显的Eu正异常，这说明该地区稀土元素来源于火山热液和海水混合液；矿床成因类型为Algoma型铁矿.
| [1] |
周世泰. 鞍山-本溪地区条带状铁矿地质[M]. 北京: 地质出版社, 1994: 1-278. Zhou S T. Geology of banded iron formation from Anshan-Benxi area[M]. Beijing: Geological Publishing House, 1994: 1-278. |
| [2] |
李士江, 全贵喜. 鞍山-本溪地区含铁变质地层的划分与对比[J]. 地质找矿论丛, 2010, 25(2): 107-111. Li S J, Quan G X. Stratigraphic division and correlation of iron ore-bearing metamorphic rocks in Anshan-Benxi area[J]. Contributions to Geology and Mineral Resources Research, 2010, 25(2): 107-111. |
| [3] |
张东阳, 苏慧敏, 秦松, 等. 河南窑场铁矿床地球化学特征及其地质意义[J]. 矿床地质, 2009, 28(3): 321-335. Zhang D Y, Su H M, Qin S, et al. Geochemistry of Yaochang iron deposit in Henan Province and its geological implications[J]. Mineral Deposits, 2009, 28(3): 321-335. DOI:10.3969/j.issn.0258-7106.2009.03.008 |
| [4] |
李志红, 朱祥坤, 唐索寒. 鞍山-本溪地区条带状铁建造的铁同位素与稀土元素特征及其对成矿物质来源的指示[J]. 岩石矿物学杂志, 2008, 27(4): 285-290. Li Z H, Zhu X K, Tang S H. Characters of Fe isotopes and rare earth elements of banded iron formations from Anshan-Benxi area: Implications for Fe source[J]. Acta Petrologica et Mineralogica, 2008, 27(4): 285-290. DOI:10.3969/j.issn.1000-6524.2008.04.004 |
| [5] |
张朋. 辽宁本溪大台沟铁矿地球化学特征及其地质意义[J]. 地质与资源, 2016, 25(1): 56-59. Zhang P. Geochemical characteristics and geological signification of the Dataigou iron deposit in Benxi, Liaoning Province[J]. Geology and Resources, 2016, 25(1): 56-59. |
| [6] |
Huston D L, Logan G A. Barite, BIFs and bugs: Evidence for the evolution of the earth's early hydrosphere[J]. Earth and Planetary Science Letters, 2004, 220(1/2): 41-55. |
| [7] |
Spier C A, de Oliveira S M B, Sial A N, et al. Geochemistry and genesis of the banded iron formations of the Cauê Formation, Quadrilátero Ferrífero, Minas Gerais, Brazil[J]. Precambrian Research, 2007, 152(3/4): 170-206. |
| [8] |
McLennan S M. Rare earth elements in sedimentary rocks: Influence of provenance and sedimentary processes[M]//Lipin B, McKay G A. Geochemistry and Mineralogy of Rare Earth Elements. Washington: The Mineralogical Society of America, 1989: 169-200.
|
| [9] |
Carlos A S, Sonia M B, Alcides N S, et al. Geochemistry and genesis of the banded iron formations of the Caue Formation, Quadrilatero Ferrifero, Minas Gerais, Brazil[J]. Precambrian Research, 2007, 152: 170-206. DOI:10.1016/j.precamres.2006.10.003 |
| [10] |
李志红, 朱祥坤, 唐索寒, 等. 冀东、五台和吕梁地区条带状铁矿的稀土元素特征及其地质意义[J]. 现代地质, 2010, 24(5): 840-846. Li Z H, Zhu X K, Tang S H, et al. Characteristics of rare earth elements and geological significations of BIFs from Jidong, Wutai and Lüliang area[J]. Geoscience, 2010, 24(5): 840-846. |
| [11] |
沈其韩, 宋会侠, 杨崇辉, 等. 山西五台山和冀东迁安地区条带状铁矿的岩石化学特征及其地质意义[J]. 岩石矿物学杂志, 2011, 30(2): 161-171. Shen Q H, Song H X, Yang C H, et al. Petrochemical characteristics and geological significations of banded iron formations in the Wutai mountain of Shanxi and Qian'an of eastern Hebei[J]. Acta Petrologica et Mineralogica, 2011, 30(2): 161-171. |
| [12] |
崔培龙. 鞍山-本溪地区铁建造型铁矿成矿构造环境与成矿、找矿模式研究[D]. 长春: 吉林大学, 2014. Cui P L. Metallogenic tectonic setting, metallogenic and prospecting models for Precambrian iron-formation in the Anshan-Benxi area[M]. Changchun: Jilin University, 2014. |
| [13] |
Danielson A, Möller P, Dulski P. The europium anomalies in banded iron formations and the thermal history of the oceanic crust[J]. Chemical Geology, 1992, 97(1/2): 89-100. |
| [14] |
Dymek R F, Klein C. Chemistry, petrology and origin of banded iron-formation lithologies from the 3800 Ma Isua supracrustal belt, West Greenland[J]. Precambrian Research, 1988, 39(4): 247-302. |