庐枞(庐江-枞阳)中生代火山盆地位于长江中下游断陷带内, 地处扬子板块的北缘, 郯庐断裂带的南段(图 1), 是长江中下游成矿带中最重要的中生代火山岩盆地和矿集区之一, 近年来相关基础地质和成岩成矿作用研究取得了一系列重要成果(常印佛等, 1991；任启江等, 1991；翟裕生等, 1992；唐永成等, 1998；刘洪等, 2002；吕庆田等, 2004, 2010; Wang et al., 2006；董树文等, 2007, 2011; 周涛发等, 2007, 2008, 2010, 2011, Zhou et al., 2008；刘珺等, 2007；袁峰等, 2008；谢智等, 2007；范裕等, 2008；毛景文等, 2012)。包括庐枞盆地在内的长江中下游成矿带中生代铜铁金多金属矿床主要类型有：(1)与高钾钙碱性岩系有关的矽卡岩-斑岩型矿床(常印佛等, 1991；翟裕生等, 1992；唐永成等, 1998; Pan and Dong, 1999；周涛发和岳书仓, 2000; Mao et al., 2006)矿床；(2)与橄榄安粗岩系有关的“玢岩铁矿型”铁矿床(宁芜玢岩铁矿编写组, 1978；陈毓川等, 2006; Mao et al., 2006)；(3)与A型花岗岩有关的氧化物-铜-金(铀)矿床成矿系统(郑永飞等, 1997；范裕等, 2008), 其中前两类成矿系统的研究程度很高, 但关于成矿带中与A型花岗岩有关矿床的研究, 除对安庆枞阳地区与大龙山岩体有关的铀矿床D012、D015进行过年代学和氧同位素研究外(郑永飞等, 1997), 鲜有报道。庐枞盆地南部正长岩中产出的铁矿床是长江中下游成矿带内新发现的一种矿床类型, 矿床中矿石发育的磷灰石-阳起石-磁铁矿矿物组合与“玢岩型铁矿床”十分相似, 但与成矿有关的岩浆岩明显不同, 不是辉石闪长玢岩或闪长岩, 而是正长岩-花岗岩类岩石。因此, 开展此类矿床的地质地球化学特征, 成矿年代学和矿床成因研究, 并与已有的玢岩型铁矿床进行对比研究, 对丰富和发展我国矿床学家于20世纪70年代建立起来的“玢岩铁矿”成矿理论, 深化和提高庐枞盆地乃至长江中下游成矿带成矿系统的研究程度具有重要意义。为此, 本文在作者已开展的庐枞盆地相关研究工作基础上, 以马口铁矿床为研究对象, 通过深入细致的野外地质工作和室内镜下工作, 确定了矿床地质特征, 并通过锆石LA-ICP-MS U-Pb定年和金云母Ar-Ar定年方法和包裹体显微测温等测试方法确定了矿床的年代学和流体特征, 结合已有的庐枞盆地成岩成矿时空格架, 厘定了马口铁矿床在庐枞盆地成矿序列中的位置, 并在此基础上与典型玢岩型铁矿床进行对比, 为丰富长江中下游成矿带成矿规律和区域成矿理论研究提供新的资料。

图 1

Fig. 1

图 1 庐枞盆地地质略图(据周涛发等, 2010) Fig. 1 Geological sketch map of Luzong volcanic basin (after Zhou et al., 2010)

庐枞盆地位于安徽省庐江县(庐)和枞阳县(枞)之间, 为4组深大断裂控制(图 1), 盆地基底东浅西深, 属于继承式的中生代陆相盆地(任启江等, 1991), 火山岩出露面积约800km²。出露的沉积地层主要为中侏罗统罗岭组(J₂l)陆相碎屑沉积岩, 与火山岩系呈不整合接触。火山岩由老至新分为龙门院组、砖桥组、双庙组和浮山组, 4组火山岩在空间上大致呈同心环状分布, 自盆地边缘至盆地中心依次出露龙门院组、砖桥组、双庙组和浮山组, 各组之间均为喷发不整合接触(任启江等, 1991；周涛发等, 2008), 构成4个旋回。各旋回的火山活动均由爆发相开始, 此后溢流相逐渐增多, 最后以火山沉积相结束, 喷发方式由裂隙-中心式向典型的中心式喷发演化。火山岩类由熔岩、碎屑熔岩、火山碎屑岩及次火山岩组成, 火山碎屑岩的总量高于熔岩类。其中, 龙门院组主要分布在盆地边缘, 以角闪粗安岩为特征岩性标志；砖桥组主要分布在庐枞火山岩盆地中部, 以辉石粗安岩为特征岩性标志, 构成了庐枞盆地火山岩的主体部分；双庙组主要分布在庐枞盆地中部和南部, 以粗面玄武岩为特征岩性标志；浮山组仅在庐枞盆地中部仅零星分布, 出露面积较小, 以粗面质火山岩为主(图 1)。

庐枞盆地内部有34个侵入岩岩体分布, 侵入岩体的形成与区域火山活动有着极为密切的关系(图 1), 这些岩体按岩性可主要分为3种, 一种为二长岩体, 主要分布在盆地的北部, 出露面积较大岩体有巴家滩岩体, 龙桥岩体和罗岭岩体等, 第二种为正长岩体, 出露面积较大岩体有土地山岩体、凤凰山岩体等, 第三种为A型花岗岩, 出露面积较大岩体有城山岩体, 花山岩体、黄梅尖岩体等(周涛发等, 2007, 2010；范裕等, 2008)。

庐枞盆地是一个铁、硫、铜、铅锌、明矾石、金、铀等多种矿床构成的矿集区(图 1), 盆地西侧产出斑岩型沙溪铜(金)矿床, 盆地内矿床类型主要有：(1)与龙门院旋回有关的次火山热液型Pb、Zn矿床, 如岳山铅锌银矿床；(2)与砖桥旋回有关的玢岩型铁矿床, 如罗河铁矿床, 龙桥铁矿床, 泥河铁矿床、小岭硫铁矿床、大包庄硫铁矿床；高硫型矿床, 如矾山明矾石矿床等, 以及中温热液型铜金矿床, 如井边石门庵、天头山、拔茅山脉状铜金矿床等。(3)与正长岩类侵入岩有关的铁氧化物-铜-金(铀)矿床, 如马口、杨桥、吴桥、3440和34等铁-铜-金(铀)矿床(点)。

马口铁矿床位于庐枞火山岩盆地中南部, 行政区划隶属安徽省枞阳县钱铺乡, 距枞阳县城约42km, 是庐枞盆地中新近发现的一个小型铁矿床, 本次工作对马口铁矿床开展了详细的野外地质和室内分析研究工作, 确定了矿床的地质特征。

矿区出露地层较为简单, 主要为双庙组玄武粗安质火山岩和第四系残坡积物(图 2)。火山岩的岩性以粗面玄武岩、粗面玄武质角砾熔岩为主, 与下伏砖桥旋回火山岩呈不整合接触。

图 2

Fig. 2

图 2 马口铁矿床地质简图(左)及剖面图(右) Fig. 2 Geological map (left) and section map (right) of Makou iron deposit

矿区内的构造以断裂为主, 野外地质观察确定矿区内存在1条破碎带, 为矿区主要的导矿和控矿构造, 野外可以观察到断层擦痕和阶步(图 3a)。该破碎带走向325°, 倾向南西, 倾角72°, 属张扭性质, 北段出露长约220m, 南段出露长约250m, 中段被第四系覆盖。该破碎带主要发育于石英正长斑岩中, 破碎带附近节理较为发育, 解理面平整, 少数被镜铁矿、硅质和泥质充填。

图 3

Fig. 3

图 3 马口铁矿床地质特征野外照片 (a)-断层擦痕和阶步; (b)-马口岩体中双庙组地层的俘虏体; (c、d)-脉状, 网脉状磁铁矿体 Fig. 3 Photograghy of geological characteristics of Makou iron deposit

矿区内主要侵入岩为马口岩体, 在岩体中可见双庙组地层的俘虏体, 表明其侵位时代晚于双庙旋回火山岩(图 3b)。马口岩体可能属于凤凰山岩体西北延伸的岩枝(图 1), 其岩性为石英正长斑岩, 似斑状结构。主要矿物为正长石85%、条纹长石5%、石英10%。正长石呈他形斑状晶形, 泥化较发育, 粒径0.3~1mm, 条纹长石含量较少, 聚片双晶发育, 石英他形粒状, 充填于长石颗粒间隙中, 粒径为0.5mm。

马口铁矿床的矿体主要赋存于石英正长斑岩体中的构造破碎带中, 矿体局部呈脉状, 网脉状产出, 脉宽5~50cm不等(图 3c, d), 产状严格受构造破碎带控制(图 4a), 矿体总体上呈似层状, 矿体走向上延伸可达250m, 矿体单层厚度可达5.1m, 沿倾向延伸可达50m, 矿体与石英正长斑岩的接触关系截然, 并在局部穿插石英正长斑岩(图 4a, b)。矿床中主要有两种矿石类型, 在破碎带的上部(即岩体的上部)发育有薄层状、脉状、网脉状矿石(图 4b)；在破碎带的下部(也即岩体的下部)发育有厚层的块状磁铁矿矿石(图 4c)。薄层状、脉状、网脉状矿石, 含约35%磁铁矿、约20%磷灰石、约15%镜铁矿和10%石英和少量金云母；块状矿石中含约50%的磁铁矿、约30%磷灰石(±阳起石)、约10%黄铁矿以及少量的赤铁矿、星点状黄铜矿、石英和黑云母(图 4d, e), 部分磁铁矿颗粒的边部已发生赤铁矿化(图 4d, f)。矿石中磁铁矿与磷灰石(±阳起石)紧密共生, 构成了与宁芜玢岩型铁矿床中类似的典型三矿物组合(宁芜玢岩铁矿编写组, 1978)。矿脉两侧蚀变晕较窄, 赋矿石英正长斑岩发育碱性长石化, 主要为钾长石化, 伴随少量的钠长石化。

图 4

Fig. 4

图 4 马口铁矿床典型矿石手标本和镜下照片 (a)-采坑剖面素描图；(b)-薄层状、脉状、网脉状磁铁矿矿石；(c)-粗脉状、块状磁铁矿矿石；(d)-磁铁矿-磷灰石-阳起石组合, 含少量金云母, 部分磁铁矿已赤铁矿化；(e)-磁铁矿-磷灰石组合；(f)-粗晶的阳起石与磁铁矿和磷灰石构成三组合脉；(g)-叠加有石英硫化物的磁铁矿矿石, 含有晚期的菱铁矿脉 Fig. 4 Photograghs of main ore and alteration rock and ore of Makou iron deposit (a)-sketch map of mine face; (b)-thin-bedded, vein and net-veined magnetite ore; (c)-big vein and massive magnetite ore; (d)-magnetite-apatite-anctinite assemblage containing few phlogopite; (e)-magnetite-apatite assemblage; (f)-coarse-crystallized anctinite-magnetite-apatite; (g)-magnetite altered by later sulphide and siderite

根据矿物共生组合及相互穿插关系, 将马口铁矿床的蚀变矿化分成热液期和表生期(表 1), 热液期分为：碱性长石阶段(阶段Ⅰ), 磁铁矿阶段(阶段Ⅱ), 石英-硫化物阶段(阶段Ⅲ)和碳酸盐阶段(阶段Ⅳ), 表生期主要组成矿物为褐铁矿和镜铁矿。

表 1

Table 1

表 1(Table 1)

表 1 马口铁矿床蚀变矿化期次表 Table 1 Mineralization and alteration period of Makou iron deposit

表 1 马口铁矿床蚀变矿化期次表 Table 1 Mineralization and alteration period of Makou iron deposit

碱性长石阶段形成少量的钠长石和钾长石, 磁铁矿阶段是主要成矿阶段, 形成与宁芜玢岩型铁矿床中相类似磁铁矿-磷灰石-阳起石三矿物组合。在磁铁矿化阶段的晚期出现石英-硫化物, 并伴随着少量的绿泥石化和碳酸盐化。硫化物呈脉状或斑点状产出于磁铁矿矿石中, 主要矿物组合为石英-黄铁矿±黄铜矿(图 4g)。退蚀变叠加在磁铁矿化带上, 主要体现为上一阶段的阳起石蚀变成为绿泥石, 并伴随着绿泥石-碳酸盐化。另外, 上一阶段生成的磁铁矿部分的发生了赤铁矿化或镜铁矿化(图 4d)。晚期碳酸盐阶段的脉体比较发育, 穿插在围岩或矿化层中, 脉的主要类型为方解石脉或菱铁矿脉。

根据马口铁矿床的蚀变矿化期次, 本次工作选择磁铁矿阶段的磷灰石和石英-硫化物阶段的石英进行包裹体研究(图 4e, g), 查明矿床主要成矿阶段的成矿流体特征。通过包裹体岩相学观察得出, 石英-硫化物阶段石英中包裹体不甚发育, 研究中所观察到的包裹体主要为气液两相包裹体。气液包裹体在室温下呈气液两相, 室温下气液比5%~20%(室温下肉眼观察), 它们具有各种形态, 常见的有浑圆状、负晶形和不规则状等, 包裹体较细小, 最长轴大多约为5μm。它们孤立产出或成群产出, 其附近无愈合的裂隙, 多数为原生包裹体(图 5a, b)。马口铁矿床磁铁矿阶段磷灰石中包裹体较为发育, 主要为气液包裹体, 未见含子晶的包裹体。气液包裹体一类为形态不规则状或者椭圆状, 呈孤立分布, 大小均小于10μm (图 5c)。另一类为管状, 或者针状, 长轴长度约为5~10μm, 宽度多为2~3μm, 甚至更细(图 5d)。

图 5

Fig. 5

图 5 马口铁矿床不同类型流体包裹体显微照片 (a、b)-磁铁矿阶段磷灰石中包裹体；(c、d)-石英-硫化物阶段石英中流体包裹体 Fig. 5 Photographs of fluid inclusions in quartz from Makou iron deposit

包裹体显微测温工作在合肥工业大学资源与环境工程学院的流体包裹体实验室完成。实验流程为均一法和冷冻法, 详见卢焕章等(1990)。显微测温仪器为英国LINKAM THMS600型冷热台温控范围-196~600℃, 控温偏差 < 0.1℃。显微测温结果表明, 矿床中与磁铁矿共生的磷灰石中流体包裹体的均一温度范围为252.2~322.6℃, 平均值为279℃, 矿床中石英硫化物阶段中的石英中流体包裹体均一温度的范围为120.1~189.2℃, 平均为163.1℃。与马芳等(2006)获得的宁芜地区磷灰石中流体包裹体的均一温度偏低, 同时也比庐枞盆地内玢岩型铁矿床如泥河铁矿床和罗河铁矿床的成矿流体温度要低。

采集马口岩体新鲜的石英正长斑岩样品(MK-30), 为似斑状结构, 主要矿物为正长石85%、条纹长石5%、石英10%。正长石呈他形斑状晶形, 泥化较发育, 粒径0.3~1mm, 条纹长石含量较少, 聚片双晶发育, 石英他形粒状, 充填于长石颗粒间隙中, 粒径为0.5mm。

采集马口铁矿床中金云母样品(样号MK-16)进行⁴⁰Ar-³⁹Ar法定年。金云母在单偏光下呈褐黄色, 一组完全解理, 平行消光, 粒径约0.2~0.6mm, 与磁铁矿密切共生(图 4e)。

用于锆石年代学测试的样品首先经过破碎, 经浮选和电磁选等方法挑选出单颗粒锆石, 然后在双目镜下挑纯, 选样工作在河北省区域地质矿产调查研究所实验室完成。手工挑出晶形完好、透明度和色泽度好的锆石, 粘于环氧树脂表面, 经抛光后进行透射光和反射光照相, 据此选择晶体特征良好的锆石阴极发光(CL)分析, 最后根据阴极发光照射结果选择典型的岩浆锆石进行LA-ICP-MS测年分析, 锆石的CL图像和U-Pb年龄测定分别在澳大利亚塔斯马尼亚大学国家优秀矿床研究中心(CODES of Excellence, University of Tasmania)电子探针分析室和LA-ICP-MS室完成。分析仪器为HP4500型四极杆质谱仪和德国MicroLas公司生产的GeoLas200M型激光剥蚀系统。采用He作为剥蚀物质的载气, 用美国国家标准技术研究院研制的人工合成硅酸盐玻璃标准参考物质NIST SRM610进行仪器最佳化。

⁴⁰Ar-³⁹Ar定年样品经粉碎过筛, 对碎样样品进行水漂、磁选和重液分离等步骤, 分选出60~80目粒度的金云母样品, 最后在双目镜下手工挑选其中与磁铁矿共生的金云母200mg, 样品纯度达到99.9%以上后送实验室进行测试。选纯的金云母用超声波清洗。超声清洗过程中要注意清洗液的选择和严格控制时间。一般先用经过两次亚沸蒸馏净化的纯净水清洗3次, 每次3min, 在此过程中矿物表面和解理缝中在天然状态下和碎样过程中吸附的粉末和杂质被清除。然后在丙酮中清洗两次, 每次3min, 在此过程中, 矿物表面吸附的油污等有机物质被清除。

清洗后的样品被封进石英瓶中送核反应接受中子照射, 照射工作是在中国原子能科学研究院的“游泳池堆”中进行的。使用H8孔道, 中子流密度约为6.0×10¹²n ·cm^-2S^-1。照射总时间为3000min, 积分中子通量为1.13×10¹⁸n ·cm^-2。样品的阶段升温加热使用电子轰击炉, 每一个阶段加热30min, 净化30min。质谱分析是在中国地质科学院地质研究所Ar-Ar年代学同位素实验室MM-1200B质谱计上进行的, 每个峰值均采集8组数据。所有的数据在回归到时间零点值后再进行质量歧视校正、大气氩校正、空白校正和干扰元素同位素校正。系统空白水平：m/e=40、39、37、36分别小于6×10^-15mol、4×10^-16mol、8×10^-17mol和2×10^-17mol。中子照射过程中所产生的干扰同位素校正系数通过分析照射过的K₂SO₄和CaF₂来获得, 其值为：(³⁶Ar/³⁷Ar_o)_Ca=0.0002389, (⁴⁰Ar/³⁹Ar)_K=0.004782, (³⁹Ar/³⁷Ar_o)_Ca=0.000806。³⁷Ar经过放射性衰变校正；⁴⁰K衰变常数λ=5.543×10^-10年^-1 (Steiger et al., 1977)。用ISOPLOT程序计算坪年龄和等时线年龄(Ludwig, 2003), 坪年龄误差以2s给出。中子照射、样品处理和仪器测试均用国内标样黑云母(ZBH-25标准年龄为132.7Ma, K含量为7.6%)(王松山, 1983)做监控。详细实验流程见有关文章(陈文等, 2006)。

锆石U-Pb年龄分析采用的光斑直径为30μm, 并采用国际标准锆石91500作为外标标准物质, 外标校正方法为每隔4~5个样品分析点测一次标准, 保证标准和样品的仪器条件完全一致。样品的同位素数据处理采用Glitter (4. 0版)软件进行, 普通铅校正采用Andersen的方法(Andersen, 2002), 年龄计算及谐和图的绘制采用Isoplot (3.23版)进行(Ludwig, 2003), 测试中的误差标准为1σ, 实验详细的流程参见Black et al.(2004)。本次实验有效的测试数据为11个, 具体分析结果见表 2。

表 2

Table 2

表 2(Table 2)

表 2 庐枞盆地马口铁矿床石英正长斑岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学分析结果 Table 2 LA-ICP MS U-Pb analytic results of zircon from syenite porphyry samples in the Luzong volcanic basin 测点号 U Th Th/U 207Pb/206Pb 206Pb/238U 208Pb/232Th 206Pb/238U 207Pb/235U 208Pb/232Th (×10-6) 测值 1σ 测值 1σ 测值 1σ 年龄 (Ma) 1σ 年龄 (Ma) 1σ 年龄 (Ma) 1σ MK-30-1 1716 1893 0.91 0.0842 0.0236 0.0207 0.0152 0.0063 0.0385 126 2 1297 46 127 5 MK-30-2 379 383 0.99 0.1021 0.0247 0.0214 0.0140 0.0091 0.0380 128 2 1662 46 184 7 MK-30-3 835 635 1.32 0.0522 0.0291 0.0202 0.0144 0.0064 0.0354 128 2 293 66 130 5 MK-30-4 552 466 1.18 0.0947 0.0484 0.0215 0.0209 0.0081 0.0469 129 3 1521 91 164 8 MK-30-5 320 327 0.98 0.0558 0.0464 0.0205 0.0155 0.0063 0.0456 130 2 444 103 126 6 MK-30-6 533 465 1.14 0.0726 0.0398 0.0211 0.0180 0.0069 0.0435 130 2 1004 81 139 6 MK-30-7 592 517 1.14 0.0998 0.0365 0.0219 0.0214 0.0078 0.0529 131 3 1620 68 158 8 MK-30-8 301 308 0.98 0.0628 0.0651 0.0210 0.0239 0.0070 0.0537 131 3 703 139 140 8 MK-30-9 500 387 1.29 0.0688 0.0635 0.0214 0.0328 0.0070 0.0515 133 4 892 131 142 7 MK-30-10 434 431 1.01 0.0957 0.0693 0.0222 0.0389 0.0088 0.0694 133 5 1541 130 177 12 MK-30-11 559 519 1.08 0.0589 0.0479 0.0214 0.0219 0.0069 0.0491 135 3 565 104 140 7

表 2 庐枞盆地马口铁矿床石英正长斑岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学分析结果 Table 2 LA-ICP MS U-Pb analytic results of zircon from syenite porphyry samples in the Luzong volcanic basin

马口矿区的石英正长斑岩样品(MK-30)中锆石颗粒呈无色, 透明, 自形, 长柱状, 长约50~150μm, 宽度约50~100μm。阴极发光(CL)图像显示, 该样品中的锆石均清晰的韵律环带, 不含其它的矿物包体, 为典型的岩浆成因锆石。该样品共进行了11个点的分析, 分析结果显示锆石中Th的含量变化范围较大为301×10^-6~1716×10^-6、U的含量变化范围为308×10^-6~1893×10^-6, Th/U值为0.91~1.32。11个分析点均投影在谐和线上或附近, 且成群分布(图 6), ²⁰⁶Pb/²³⁸U加权平均年龄为129.4±2.0Ma, 代表了马口铁矿床中石英正长斑岩的形成年龄。

图 6

Fig. 6

图 6 庐枞盆地马口铁矿床中石英正长斑岩LA-ICP-MS锆石U-Pb谐和图 Fig. 6 Zircon U-Pb diagrams of zircons from the syenite porphyry samples in the iron deposits in the Luzong volcanic basin

马口铁矿床中与磁铁矿密切共生的金云母(MK-16)的阶段加热⁴⁰Ar-³⁹Ar年龄的数据见表 3, 阶段升温年龄图谱及坪年龄见图 7, 所有构成坪年龄的数据点均进行了相应的⁴⁰Ar/³⁶Ar-³⁹Ar/³⁶Ar等时线图拟合。坪年龄计算据Dalrymple and Lanphere (1971)提出的标准(存在不少于三个加热阶段且释放³⁹Ar达50%以上)加以计算。

表 3

Table 3

表 3(Table 3)

表 3 庐枞盆地马口铁矿床中的金云母40 Ar-39 Ar年龄测定结果 Table 3 40Ar-39Ar data for phlogopite in the Makou iron deposit from Luzong basin 加热 阶段 加热温度 (℃) (40Ar/39Ar)m (36Ar/39Ar)m (37Ar/39Ar)m (38Ar/39Ar)m 40Ar (%) 40Ar*/ 39Ar 39Ar (×10-14mol) 39Ar (Cum.) (%) 视年龄 (Ma)(±1σ) 样品号：MK-16 测试参数：W=30.49mg, J=0.006172 1 700 198.5314 0.6400 0 0.1694 4.74 9.4195 0.04 0.12 102.0±23.0 2 800 58.4517 0.1598 0.5160 0.0631 19.29 11.2802 0.33 1.13 121.4±2.3 3 880 23.5330 0.042 0.0384 0.0383 47.24 11.1166 1.39 5.39 119.7±1.3 4 930 15.0697 0.0108 0.0359 0.0296 78.76 11.8690 1.85 11.09 127.5±1.3 5 980 13.8699 0.0067 0.0227 0.0282 85.60 11.8728 2.17 17.77 127.6±1.3 6 1030 13.9686 0.0070 0 0.0294 85.15 11.8948 2.85 26.55 127.8±1.3 7 1080 13.5716 0.0056 0.0355 0.0292 87.76 11.9111 3.68 37.87 128.0±1.3 8 1120 13.2849 0.0051 0.0183 0.0284 88.53 11.7614 5.44 54.61 126.4±1.2 9 1160 12.7072 0.0032 0.0157 0.0265 92.56 11.7619 5.85 72.61 126.4±1.2 10 1200 12.4440 0.0021 0.0511 0.0259 94.92 11.8127 3.89 84.57 127.0±1.2 11 1250 12.3199 0.0012 0 0.0253 96.97 11.9470 2.92 93.55 128.3±1.3 12 1320 12.2592 0.0015 0 0.0252 96.37 11.8144 1.94 99.52 127.0±1.3 13 1400 14.6751 0.0086 0.3728 0.0258 82.81 12.1562 0.16 100.00 130.5±4.1

表 3 庐枞盆地马口铁矿床中的金云母40 Ar-39 Ar年龄测定结果 Table 3 40Ar-39Ar data for phlogopite in the Makou iron deposit from Luzong basin

图 7

Fig. 7

图 7 庐枞盆地马口铁矿床中云母40Ar-39Ar坪年龄和等时线年龄图 Fig. 7 The 40Ar-39Ar spectrum and isochronal age diagram of phlolgopite in the Makou iron deposit

马口铁矿床磁铁矿矿石中的金云母低温释放阶段(700~880℃)视年龄变化较大, 变化范围为102±23Ma~121.4±2.3Ma, ³⁹Ar仅占总析出量5.4%。10个高温释放阶段(930~1400℃)形成了127.3±0.8Ma (2s)年龄坪(³⁹Ar占总析出量94.6%)(图 7), 等时线年龄为126.4±1.7Ma (图 7), 初始值⁴⁰Ar/³⁶Ar为308±21, MSWD=1.8, 等时线年龄与坪年龄在误差范围内完全一致, 样品初始值误差相对较大, 绝对值略低于尼尔值(295.5±5), 但两者在误差范围内基本一致, 表明本次工作所测的数据是可靠的。因此, MK-16金云母所给出的127.3±0.8Ma的坪年龄具有地质意义, 代表了金云母形成的冷却年龄。

如前所述, 磁铁矿与金云母密切共生, 为同一矿化蚀变阶段的产物。因此, 金云母⁴⁰Ar-³⁹Ar坪年龄可以近似代表金云母和磁铁矿的形成年龄。本文所测得马口铁矿床中金云母坪年龄为127.3±0.8Ma, 代表马口铁矿床成矿作用发生的时间。马口铁矿床赋矿岩石-石英正长斑岩的形成时代为129.4±1.4Ma, 明显早于成矿时代。野外地质关系表明, 马口铁矿床的矿化完全受岩体中的构造破碎带控制, 而且矿体与赋矿岩体的接触界限非常截然, 矿脉两侧的蚀变晕较窄。流体包裹体研究表明, 该矿床的形成温度相对较低(252~323℃), 成矿岩浆热液如直接来自于赋矿围岩石英正长斑岩, 其温度应相对较高, 表明矿区内石英正长斑岩只是提供了赋矿空间, 与矿床的形成没有直接成因联系。从图 1可见, 马口正长岩体为凤凰山岩体的西北岩枝, 且凤凰山岩体的成岩时代为128.4±0.9Ma (周涛发等, 2010), 与马口岩体一致, 而凤凰山岩体西侧的黄梅尖岩体, 穿切凤凰山岩体, 为形成时代较晚的A型花岗岩, 其形成时代为127Ma (范裕等, 2008), 与马口铁矿床的成矿时代一致。庐枞盆地南缘以黄梅尖岩体为代表的A型花岗岩中广泛发育Au-U矿化, 产出一系列脉状铜-金-铀矿床(点), 如城山矿床、3340和34U矿床(点)。因此, 作者推测庐枞盆地中这一类Fe-Cu-Au-U矿床的形成可能与A型花岗岩密切相关。

近年来, 庐枞盆地相关成矿时代学研究已广泛开展, 综合前人对盆地内不同类型矿床成矿时代的研究成果(段超等, 2009；张乐骏等, 2010；周涛发等, 2010；2011；马立成等, 2011)可以得出庐枞盆地中成矿作用主要发生在砖桥旋回, 最早形成的是盘石岭火山沉积型铁矿床, 其形成时代与砖桥旋回火山喷发活动的时间基本一致, 为134Ma左右；随后形成与砖桥旋回次火山岩有关的岳山铅锌矿床和以井边为代表的脉状铜矿床, 成矿时代为133~132Ma左右；紧接着是与砖桥旋回火山岩浆活动末期闪长玢岩有关的玢岩型铁矿床(包括罗河铁矿床、泥河铁矿床、龙桥铁矿床、马鞭山铁矿床、杨山铁矿床、大岭铁矿床以及大鲍庄硫铁矿床等), 成矿时代为130Ma左右, 这一时期在砖桥组下段火山岩中还形成了矾山明矾石矿床。继砖桥旋回后的双庙旋回火山-岩浆活动, 成矿作用较弱, 形成了区内与A型花岗岩有关的马口铁矿床和一系列金铀矿床, 其成矿时代为127Ma左右, 它们是庐枞盆地内最后一次成矿作用的产物。

上述盆地内不同类型矿床的空间分布也有一定的规律：火山沉积型铁矿床分布在盆地北部, 热液脉型铅锌矿床主要分布于盆地西北缘；热液脉状铜金矿床分布于盆地的中部, 玢岩型铁矿床主要分布盆地西部和西北部边缘, 矾山明矾石矿床位于庐枞盆地的中东部, 在盆地的南部主要为A型花岗岩出露, 其中产出铁-铜-金-铀矿床。

庐枞盆地南部与A型花岗岩有关的以马口铁矿床为代表的磁铁矿-阳起石-磷灰石矿床是长江中下游成矿带中一个新的矿床类型, 其矿床类型在庐枞地区以及长江中下游地区较为独特：磁铁矿矿体产于石英正长斑岩体的构造裂隙中, 且磁铁矿与磷灰石和阳起石紧密共生, 构成了与宁芜玢岩型铁矿床中类似的典型三矿物组合(宁芜玢岩铁矿编写小组, 1977), 但迄今宁芜盆地中尚未发现与马口式铁矿床相似的在正长岩和A型花岗岩有关的铁矿床。马口铁矿床的成矿时代明显晚于玢岩型铁矿床的主成矿期130Ma (周涛发等, 2011；范裕等, 2011), 可能代表了长江中下游成矿带中最晚一次成矿事件。马口铁矿床的地质特征与南美Carajas地区(Tazava and de Oliveira, 2000; Dreher et al., 2008)和瑞典的Kiruna地区(Hitzman et al., 1992)、芬兰的Kolari和Misi地区(Niiranen, 2005)分布的IOCG型矿床在矿床地质特征也存在一些相似之处, 但与成矿有关的岩浆岩则有明显差异, 马口铁矿床与成矿有关的岩浆岩不是高钾钙碱性系列的岩石, 也不是橄榄安粗岩系岩石, 而是A型花岗岩。IOCG型矿床既与基性-中性岩浆岩(辉长岩、闪长岩、花岗闪长岩)有关, 也与中性-酸性高温含水的岩浆岩(花岗岩)有关(Barton et al., 1996; Sillitoe, 2003), 主要岩性为闪长岩、辉石闪长岩和花岗闪长岩, 但迄今尚未见有与A型花岗岩有关的IOCG型矿床的报道。

综上所述, 在长江中下游成矿带庐枞盆地中新发现的在矿物组合上类似于玢岩型铁矿和IOCG型矿床的磷灰石-阳起石-磁铁矿矿床, 与A型花岗岩关系密切, 具有显著的特色, 该矿床的研究为区域成矿系统理论的发展和长江中下游成矿带陆内成矿作用研究提了新的补充, 并为矿产资源勘查实践提供了新的方向。

(1) 马口铁矿床的主要赋矿岩体为石英正长斑岩, 矿体主要赋存于石英正长斑岩体中的构造破碎带中, 产状严格受构造破碎带控制.矿床的成矿作用可分为碱性长石阶段、磁铁矿阶段、绿泥石阶段和碳酸盐阶段, 其中磁铁矿阶段是主要成矿阶段, 形成与宁芜玢岩型铁矿床中相类似磁铁矿-磷灰石-阳起石三矿物组合。

(2) 矿床中与磁铁矿共生的磷灰石中流体包裹体的均一温度范围为252.2~322.6℃, 平均值为279℃, 矿床中石英硫化物阶段中的石英中流体包裹体均一温度的范围为120.1~189.2℃, 平均为163.1℃, 成矿温度低于宁芜盆地和庐枞盆地内玢岩型铁矿床。

(3) 马口铁矿床的成矿时代为127.3±0.8Ma, 赋矿围岩石英正长斑岩的形成时代为129.4±1.4Ma, 结合矿床地质特征, 矿区内石英正长斑岩只是提供了赋矿空间, 与矿床的形成没有直接成因联系, 可能与黄梅尖A型花岗岩有关。

(4) 马口铁矿床是庐枞盆地成矿作用最后阶段的产物, 也可能是长江中下游成矿带中最晚一次成矿事件的代表, 具有显著的特色, 将其与玢岩铁矿床和IOCG矿床进行对比研究, 具有重要的研究价值和找矿意义。