1 引言

世界上条带状铁建造(banded iron formations，简称BIF) 主要形成于前寒武纪的富铁化学沉积，因其矿石主要由硅质(碧玉、燧石、石英) 和铁质(磁铁矿、赤铁矿) 薄层组成，称为条带状铁建造(James，1954)。条带状铁建造(BIF) 中拥有全球最重要的铁矿资源，BIF铁矿以及包括BIF在内的含铁岩系往往还含有丰富的金、铜、锌、钴、铂族等有用元素可供综合利用(李碧乐等，2007)。根据BIFs与火山活动之间的关系，将其划分为Algoma型和Superior型。Algoma型与火山活动关系密切，火山物质含量较多；Superior型远离火山活动中心，火山物质含量较少或不见火山物质。前寒武纪BIFs广泛分布于太古代-早元古代，是地球早期特有的化学沉积建造类型，具有鲜明的硅铁韵律层，记录了地球早期大气和海洋化学成分、氧化还原状态，以及地质演化过程。在我国华北地台也广泛分布BIF建造的铁矿(张秋生，1984；翟明国，2010；Zhang et al., 2011)，该类型占世界铁矿总储量的60%，占富铁矿储量的70%。

安徽霍邱铁矿位于华北克拉通南缘，小秦岭北坡-豫中-皖中不稳定的基底构造区的东端，属嵩箕古陆核(安徽省地质矿产局，1987)，南缘为东西向拗陷带中的南北向海槽条带状硅铁建造(赵宗溥等，1993)。霍邱铁矿是一个大型BIF铁矿田，矿体均赋存于一套新太古代中高级变质作用的含铁建造中，经过数十年的勘探，已经相继探明了周集、张庄、李老庄、周油坊、范桥、吴集、李楼等大型矿床十余处(安徽省地矿局313地质队, 1995^①)。前人对霍邱铁矿含铁建造开展了一些研究(沈福农等，1982；邱元珍，1982；邢凤鸣和任思明，1984；亓润章，1987；Du and Yang, 1994；孙玉宝，2007；Wan et al., 2010)，但总体上看公开发表的资料不多，且比较零散。近几年吴集、李楼等大型矿床的勘探、开采为本矿田的含矿建造构造型式研究提供了条件。本文对基底霍邱群、区域构造、BIF铁矿控制机制及年代学等进行深入剖析，在锆石U-Pb-Hf同位素测定基础上，试图回答霍邱地区前寒武基底性质、构造运动、BIF铁矿成矿作用和形成时限等问题。

①安徽省地矿局313地质队.1995.安徽省霍邱铁矿地质工作总结

2 区域地质背景 2.1 基底组成

安徽省淮河流域前寒武基底属我国变质岩区构造单元的华北构造区豫皖分区，由新太古代霍邱群、五河群和早元古代凤阳群组成，为安徽构造分区江淮台隆和淮河台拗两个Ⅱ级构造单元(图 1)。

通过钻孔揭露和周边地质的综合调查，表明该区出露的基底地层主要为太古界霍邱群，霍邱群在构造上表现为一复式向斜。

2.1.1 江淮台隆

江淮台隆位于皖西北的霍邱、寿县、颍上等地，前人称为合肥断陷盆地。东抵郯庐断裂，西延至河南舞阳、鲁山一线。南北边界分别以六安深断裂和利辛逆掩断裂与北淮阳褶皱带、淮南褶断带相接。

台隆基底主要由霍邱群组成，是一套火山-沉积混合岩化变质岩系，是著名霍邱铁矿产出的重要含铁层位。经太古代晚期构造运动(在本区笼统地被称为蚌埠运动)，发生较强烈区域动力变质作用，形成中压相系低角闪岩相十字石-蓝晶石变质带和区域性钠质混合岩化和局部混合岩化。在霍邱铁矿区，主要表现为早、晚两期，早期构造方向近东西，晚期近南北，并强烈置换东西向构造，重塑了霍邱群的构造型式，形成了近南北向的紧闭同斜褶皱。矿区东北部正阳关花岗片麻岩穹窿可能也是新太古代晚期构造运动的产物(吴言昌, 1979^②; 桑宝梁等, 1981^③)，致使霍邱铁矿由西向东由线状构造变为短轴状构造盆地。跨过淮河经汪坝、后老家一带转为近东西走向，形成东倒西倾，东缓西陡的弧形构造带。凤阳群位于霍邱铁矿区西侧，呈近南北向单斜不整合于霍邱群之上。凤阳运动使其变形变质形成绿片岩相变质带，伴随钾质交代混合岩化，在霍邱群某些区段形成微斜变斑似眼球状混合岩及钾长石矿床(安徽省地质矿产局，1987)。霍邱群以东广大地区资料甚少，从磁异常上看大体为东西走向(安徽省地矿局313地质队, 1995)。

②吴言昌.1979.安徽变质沉积铁矿文集.安徽省地质科学研究所

③桑宝梁，邢凤鸣，陈跃志.1981.安徽省前寒纪变质铁矿特征与找矿方向的研究.安徽省地质科学研究所

2.1.2 淮河台拗

淮河台拗位于五河-嘉山一线以西的凤阳、蚌埠、怀远、利辛一带，东西向带状分布，东到郯庐断裂，向西延至河南许昌、登封。南北为刘府和利辛断裂夹持。分别与淮南、淮北凹陷-褶皱带相邻。细分为蚌埠台隆和淮南凹陷-褶皱带两个次级构造单元，它们分别是：

(1) 蚌埠台隆：台隆位于五河-嘉山一线以西的凤阳、蚌埠、怀远、利辛一带，东西向带状分布，东至郯庐断裂，向西延至河南许昌、登封。南北为刘府和利辛断裂夹持。台隆主要由五河群组成，凤阳群仅限于台隆南缘，共同组成台隆基底。晚侏罗世沿刘府深断裂出现一些火山盆地，第三纪以来，台隆北缘大幅度沉陷，堆积了千余米的红色砂岩。皖东蚌埠地区的五河群为本区地壳早期演化产物，为含麻粒岩-榴辉岩相的高级变质岩，其锆石U-Pb年龄26.5亿年，白云母K-Ar年龄为19.5亿年，分别被认为是蚌埠运动和凤阳运动在本区的记录(安徽省地质矿产局，1987)。与五河群不同的是，在霍邱地区变质岩系普遍发育中低压相系的低角闪岩相变质作用，常伴有钠质为主的混合岩化作用。蚌埠复向斜呈东西向紧闭同斜褶皱，构成台隆的基本构造格架。凤阳群变质程度为低绿片岩相，呈单斜近东西展布，混合岩化以钾质交代为特征，五河群一些区段形成钾长石变斑混合岩。

(2) 淮南凹陷-褶皱带：位于淮南、定远一带，属淮河台拗南部的次级凹陷。古生代地层发育较齐全，组成淮南复向斜，轴向北西西，以产煤矿而著称。

以上各构造区新太古代乃至古生代地层，在岩相建造和空间分布上突出的表现为古地理的演化变迁，始终以东西带状隆起和拗陷持续发展(安徽省地质矿产局，1987)。

2.2 霍邱铁矿田地质构造

霍邱铁矿田位于霍邱城关西北部的周集至重新集一带，处于合肥盆地的西北隅，整个矿区南北长度约为40km，东西宽度为2~8km，由10个矿床组成，已探明储量为17.12×10⁸t，远景储量为20×10⁸t，储量位居华东第一。霍邱铁矿自20世纪60年代发现至今，安徽省地质勘查局337地质队和省区调队对其先后进行了普查和部分矿床详查工作，并将该区出露的经混合岩化作用改造的中深区域变质岩系划分为霍邱群(安徽省地质矿产局, 1982, 1987)。霍邱铁矿在20世纪60~70年代先后由国家地质总局航空物探大队905队、安徽省地质局物探大队做过航空磁力测量、电测深以及1:50万布伽重力异常测量，于1967年经安徽省地矿局337地质队进行钻探验证获得铁矿层，在此后数十年的勘探中，积累了丰富的地层、矿产和构造资料。

霍邱铁矿属于隐伏的前寒纪沉积变质铁矿床，呈南北向分布于颍上陶坝至霍邱重新集一线(图 2)。经地质工作证实为一储量大、矿物组成简单，其S、P含量低的大型铁矿田，由大不等的数十个铁矿床组成，霍邱群主要为含铁角闪石英磁铁矿及角闪片岩、浅粒岩、黑云斜长片麻岩、斜长角闪岩等。根据岩石组合可分为两个建造系列和三个岩石地层组(花园组、吴集组、周集组)，其原岩建造相当于一个中基性火山-沉积旋回。

①安徽省地质矿产局. 1986.中华人民共和国区域地质调查报告：1:5万三河尖-运河集、桥沟-高塘集、蒋集-刘集三副(矿产部分)

②安徽省地质矿产局313地质队.1991.安徽霍邱铁矿报告

2.3 霍邱群组成及区域地层对比

霍邱群于1959年安徽省地质局337队验证磁异常时被揭露，1973年命名并一直沿用至今。由于对构造格架的认识不同，致使各单位建立的地层层序也不一致。1973年337队提出周集向斜认识，层位由老至新划分为花园组、吴集组和周集组，现为多数地质工作者所接受。霍邱地区的霍邱群及含铁层位全部被第四系覆盖，钻孔揭露总厚度大于1521m，各组之间均为整合接触，霍邱群是合肥盆地基底的主要构成单元。

在区域上，前人一般将霍邱群与皖东北出露的五河群、河南出露的太华群和登封群相对比(图 3)。但从现有的资料看，各地区的变质等级有较大差别，如蚌埠地区五河群变质程度达到麻粒岩相-榴辉岩相，而霍邱群的变质最高也就达到高角闪岩相，在后面我们还要展开讨论。

3 霍邱群含铁岩系划分

霍邱铁矿区含铁岩系即霍邱群，为一套火山岩和沉积岩系。霍邱群的地层划分，以往主要是建立在周集地区D3线钻孔剖面(图 4)。为了对全区含铁岩系有个较全面的了解和掌握，本次工作重新查看了D3线及区内主要矿床的代表钻孔的岩心，重新厘定和分析了区内D1-D11线钻孔剖面及各矿床有关剖面资料，在深入分析消化前人勘探资料和成果的基础上，对霍邱地区隐伏地层在空间展布的规律取得新的认识，本研究以周集向斜为基础，依岩石组合特征，按沉积-变质旋回划分组，进一步将标志层组合划分为段，将霍邱群划分为三个组四个段是可行的，总厚度＞2070m。与区域1:5万区调地层划分相比(安徽省地质矿产局313地质队, 1991)，将吴集组上段向上移一个岩性层(黑云斜长片麻岩层)，周集组下段新分出一个含矿层位即C矿带(安徽省地矿局313地质队, 1995)。

3.1 花园组

岩石组合主要为黑云角闪斜长片麻岩、斜长角闪岩，少量黑云斜长变粒岩。强烈混合岩化，形成微斜变斑-似眼球状混合岩。岩性较稳定，未见底，厚度＞990m。原岩类型分别为安山质(或英安质) 凝灰岩、玄武岩及其凝灰岩、凝灰质砂岩。D3线剖面(周集向斜东西两翼) 层序由老至新如下：

西翼：

4.黑云角闪微斜变斑-似眼球状混合岩，间夹斜长角闪岩，少量黑云斜长变粒岩，揭露厚(以下同)＞130m；

3.混合岩化黑云角闪斜长片麻岩夹黑云条痕状混合岩＞15m

东翼：

4.斜长角闪岩夹黑云角闪微斜变斑-似眼球状混合岩＞15m

3.2 吴集组

按岩石组合分上、下两个段，总厚950~1100m。

下段：下部为黑云斜长片麻岩、角闪黑云斜长片麻岩，间夹斜长角闪岩，厚420~590m；上部为黑云斜长变粒岩夹斜长角闪岩，厚180~210m。遭受混合岩化，形成黑云(或二云) 条痕条纹状混合岩。岩性较稳定，在李老庄、草楼、吴集等地发育有均质混合岩及混合花岗岩。原岩类型黑云(角闪) 斜长片麻岩为安山质凝灰岩，部分为凝灰质砂岩。黑云斜长变粒岩为泥质杂砂岩及安山质凝灰岩。斜长角闪岩为玄武岩及其凝灰岩和凝灰质泥灰岩。为钙碱性间歇火山喷发环境。

剖面层序：

西翼：

9.黑云条痕状混合岩，间夹黑云斜长变粒岩＞30m；

8.黑云条痕条纹状混合岩夹混合岩化黑云斜长片麻岩及斜长角闪岩＞175m；

7.黑云条痕-均质混合岩夹黑云斜长角闪岩与浅粒岩组成的韵律层＞45m；

6.黑云条带条痕状混合岩夹混合岩化黑云斜长片麻岩及斜长角闪岩厚120m；

5.混合岩化黑云斜长片麻岩夹斜长角闪岩＞75m；

东翼：

30.二云条痕状混合岩，间夹混合岩化黑云斜长变粒岩及斜长角闪岩厚190m；

31.混合岩化角闪黑云斜长片麻岩夹条痕状混合岩及斜长角闪岩厚150m；

32.黑云条带-均质混合岩＞35m；

33.混合岩化黑云斜长片麻岩夹斜长角闪岩＞15m

上段：下部为角闪黑云斜长变粒岩、斜长角闪岩，间夹石榴黑云斜长片麻岩及角闪石英磁铁矿层(A矿带)，厚220~260m。上部为十字蓝晶石榴黑云斜长片麻岩夹斜长角闪岩，厚90m。该段岩性不稳定，矿层断续分布，常夹透镜状白云石大理岩。在张庄、周集部分区段有蓝晶石富集，可形成矿化体。在李老庄矿床白云石大理岩较发育，夹菱镁矿及蛇纹岩矿。厚度变化较大，D6线最薄约80m，向北到D1线厚260~400m，向南至D10线厚约590m。原岩类型角闪黑云斜长变粒岩、石榴黑云斜长片麻岩为泥质岩、泥质砂岩，少数为凝灰质砂岩。斜长角闪岩为基性凝灰岩及白云质泥灰岩。角闪石英磁铁矿层为泥质铁硅质岩。为半封闭海相沉积环境，间或有远源型火山碎屑沉积岩。

剖面层序：

西翼：

13.十字蓝晶石榴黑云斜长片麻岩夹角闪铁闪岩及石榴斜长角闪岩厚90m；

12.石榴斜长二云片岩、角闪铁闪岩及角闪(或铁闪) 石英磁铁矿层(A矿带) 厚15m；

11.黑云斜长变粒岩夹斜长角闪岩95m；

10.石榴富黑云斜长变粒岩夹角闪(或铁闪) 石英磁铁矿层(A矿带) 厚150m；

东翼：

26.含十字蓝晶石榴富黑云斜长片麻岩、混合岩化黑云(或二云) 斜长变粒岩，间夹斜长角闪岩厚95m；

27.黑云斜长变粒岩夹石榴黑云斜长片麻岩、角闪(或阳起) 石英磁铁矿层(A矿带) 厚130m；

28.混合岩化黑云斜长变粒岩夹斜长角闪岩及浅粒岩薄层厚35~70m；

29.斜长角闪岩、黑云斜长变粒岩夹角闪(或阳起) 石英磁铁矿层(A矿带) 厚55m

3.3 周集组

根据岩石组合分上、下两个段，总厚450~655m。

下段：下部为含石榴黑云斜长变粒岩，夹斜长角闪岩，厚80m。中部为含蓝晶十字石榴富黑云斜长片麻岩，夹石榴斜长角闪岩、榴云片岩及铁闪石英磁铁矿薄层(C矿带)，厚20m。在周集向斜东翼，岩性单一，为黑云斜长变粒岩夹斜长角闪岩，强烈混合岩化形成黑云(或二云) 条纹条痕状混合岩。厚度变化大，在矿区中部D6线厚80m，向南到吴集D10线厚650m，向北至D1线厚＞360m。原岩类型黑云斜长变粒岩为泥质粉砂岩，十字蓝晶石榴富黑云斜长片麻岩为粘土质杂砂岩，榴云片岩为粘土岩，斜长角闪岩为凝灰质泥灰岩和沉玄武质凝灰岩，铁闪石英磁铁矿层为白云质泥质铁硅质岩。为正常浅海环境，间或有基性火山活动。

剖面层序：

西翼：

16.黑云斜长变粒岩夹斜长角闪岩厚20m

15.含蓝晶十字石榴富黑云斜长片麻岩夹石榴斜长角闪岩、石榴黑云片岩及铁闪石英磁铁矿层(C矿带)90m

14.含石榴黑云斜长变粒岩夹斜长角闪岩厚80m

东翼：

25.二云条纹条痕状混合岩，间夹混合岩化黑云斜长变粒岩厚325m；

上段：下部为石英二云片岩、石英磁铁矿层、石英镜铁矿层(D矿带) 及黑云阳起白云石大理岩，厚40~50m。在西翼变薄，矿层尖灭。上部为白云石大理岩，常含不等量的透闪石、金云母、黄铁矿，夹薄层金云透闪钾长变粒岩及条带状薄层状硅质岩，厚200~310m，岩性稳定，但厚度变化大，自南而北重新集厚145m，至李楼420m，张家夏楼D6线变薄尖灭，到D5线再现厚45m，至周集D2线350m。D矿带下部大理岩透镜状断续出现，D2线90余m，D3线6m，向南尖灭，至周油坊、李楼矿区呈薄透镜状再现，在重新集明显增厚。原岩类型石英二云片岩为硅质粘土岩，白云石大理岩为含泥质白云岩及白云岩，金云透闪钾长变粒岩为白云质富钾粉砂质粘土岩。推测为半封闭海相环境沉积。

剖面层序：

西翼：

21.薄至中厚层状白云石大理岩，含黄铁矿及硅质条带，夹薄层状钾长变粒岩厚105m

20.厚至薄层状透闪金云白云石大理岩、透闪白云石大理岩，底部为薄层状白云石大理岩厚75~95m；

19.混合花岗伟晶岩脉厚90m

18.石英二云片岩、石英磁铁矿层、石英镜铁矿层，夹石英片岩及角闪岩(D矿带) 厚40m；

17.含金云阳起白云石大理岩，含星点状磁铁矿厚6m

东翼：

22.透闪白云石大理岩，含硅质结核及条带，夹薄层状钾长变粒岩厚120m；

23.金云透闪白云石大理岩，下部夹条带状石英岩、薄层状金云白云石透闪岩、黑云透闪钾长变粒岩及黑云角闪岩，底部为阳起白云石大理岩厚190m；

24.黑云斜长变粒岩、白云石英片岩、石英二云片岩及斜长角闪岩厚40m。

霍邱群火山-沉积旋回明显，韵律层也较发育，特别是在吴集组、周集组更是常见，自下而上通常为浅粒岩-黑云斜长变粒岩-黑云角闪斜长变粒岩-角闪岩，或黑云变粒岩-石榴黑云斜长片麻岩-斜长角闪岩。图 5是A矿带岩相对比图。

区域褶皱轴线相互平行排列，其方位总的为近南北向，呈向西“凸”出的“弧”形带。其中周集倒转向斜为含铁岩系的主体构造，控制着矿田的主要矿床，确立周集倒转向斜的主要依据有：(1) 在沉积序列上，核部大理岩层为含铁岩系最上部层位，而两翼岩层相对较老；(2) 在磁异常平面图上，从南到北，高低磁异常大致组成相互平行的两行，构成两个不连续的磁异常带，反映出含铁岩系褶皱两翼磁铁石英岩展布的特征(安徽省地矿局313地质队, 1995)；(3) 岩层中尤以磁铁石英岩和黑云斜长片麻岩小褶皱十分发育，东翼多呈“Z”形。西翼多呈“S”，结合岩石组合序列和粒序层理，反映西翼倒转，东翼正常。另尚有倒“V”形和似“舌”形(图 6)；(4) 转折端明显，向斜北端的陶坝铁矿床，核部大理岩在下庄附近仰起收敛尖灭，翼部铁矿体在平面图上呈向北凸出的弧形展布，岩层向弧内倾斜。在剖面图上铁矿体呈不连续的“U”，反映向斜内倾转折的特征。如矿田中部范桥向斜，是由吴集组组成的平缓开阔短轴向斜，轴向弱东60°，长达1km，褶皱向南西倾伏，倾伏角约20°，轴面近直立。核部岩层，由上向下依次为混合岩-片麻岩-铁矿层-片麻岩-混合岩，显示出岩层上下对称。南翼岩层比较平缓，北翼稍陡倾角30°，南翼近水平10°~15°，南西端被北西向断层切割(F9)，在核部有一条花岗岩脉贯入(图 7)。

4 霍邱群岩石矿物组合及BIF铁矿矿化特征 4.1 霍邱群岩石矿物组合

霍邱群变质岩可以概括为：1) 大理岩及白云质大理岩(包括菱镁矿，仅在李老庄矿床发现)；2) 片岩类(主要为云母片岩，次之为石英片岩和石英角闪片岩)；3) 变粒岩类；4) 斜长角闪岩类(包括以镁铁闪石组成的片状构造发育的岩石)；5) 斜长片麻岩类；6) 混合岩及混合花岗岩；7) 条带状磁铁矿石(包含石英-磁铁矿石，磁铁角闪岩等，详细见下节铁矿石类型)。

表 1是全区岩石的典型矿物组合和结构构造特征总结。

根据区内变质矿物组合特征，如角闪石、石榴石、黑云母、长石共生组合的出现，特别是十字石、蓝晶石-红柱石-夕线石组合，结合一些共生的矿物温度计测温资料，确定区域变质强度和变质带。初步认为霍邱群区域变质温度大体在550℃(蓝晶石-红柱石-夕线石的共结点) 到750℃之间(变粒岩中黑云母-石榴石矿物平衡温度计，据亓润章和姚光炎，1982)，此外大理岩中出现橄榄石也表明区域变质温度应该不低于600℃。

4.2 BIF铁矿矿化特征

本区具工业价值的矿体主要产在氧化物相含铁建造中，除因风化作用而形成的表生赤铁矿外，我们所见到的变质矿石，其矿物共生组合基本有四类：①石英+磁铁矿(图 8a)；②石英+镜铁矿(图 8b)；③石英+磁铁矿+硅酸盐(角闪石、铁闪石-镁铁闪石，阳起石-透闪石、透辉石)(图 8c)；④石英+磁铁矿+镜铁矿+硅酸盐(角闪石、阳起石-透闪石、透辉石)(图 8d)。

按铁的氧化物特征，可将霍邱铁矿的矿石再细分为赤铁矿(或镜铁矿) 亚相和磁铁矿亚相两类：

1) 赤铁矿(或镜铁矿) 亚相   主要岩石类型包括镜铁石英岩(或石英镜铁矿石)、磁铁-镜铁石英岩(或石英磁铁-镜铁矿石) 两类。该亚相的主要(标型) 矿物，常与微粒石英组成条带状含铁建造。镜铁矿主要以片状-板状和粒状两种状态存在于含铁建造中，细分片状-板状镜铁矿和粒状镜铁矿两类。石英、片状镜铁矿及细粒状赤铁矿常单独构成条纹和细纹，少为细条带，相间排列。条带宽度一般0.1~3mm，少为5~10mm。条带一般清晰，边界较平整，少部分显有韵律性，每一韵律层的下部常为石英，上部主要为镜铁矿。在以石英为主的条带中，含有极少量细小(＜0.1mm) 粒状磁铁矿、镜铁矿；在粒状镜铁矿中亦含有石英(粒度0.2~0.5mm)。另外，尚有重结晶(粒度达1~3mm) 的镜铁矿，以及呈脉状(细脉或星点浸染脉状) 分布的镜铁矿等。

2) 磁铁矿亚相   主要岩石类型由石英、磁铁矿及闪石类等矿物相间排列组成。主要属中、低品位矿石。岩石普遍含微-极少量硫化物矿物，如黄铁矿、磁黄铁矿和黄铜矿等。主要含铁矿物是磁铁矿，在氧化带中由于氧化作用，它经常以假象赤铁矿的形式出现。在磁铁矿颗粒中似有显示原生意义的穆磁铁矿。假象赤铁矿是磁铁矿经氧化作用而形成的赤铁矿，其外形和粒度以及产生形式均与磁铁矿相同。位于氧化带的矿石，常见到赤铁矿沿磁铁矿晶粒的边缘及八面体裂开进行交代，形成交代格架状结构、交代假象结构及交代周边、残余结构等。交代完全者形成假象赤铁矿，交代不完全者构成半假象赤铁矿。

磁铁矿为半自形-他形粒状，少量为自形粒状，粒度为0.05~0.25mm，呈聚粒状或散粒状产出。矿石主要为变晶结构，少量为包含、压碎、胶状和显微网脉状结构，条纹条带状构造、细条纹状构造，少量块状构造、压碎构造和皱纹构造，有时见残留交错层纹状构造。在矿石形成过程中，有热液参与活动，表现在斜长石钾长石化、角闪石黑云母化、硅质条带被溶蚀、阳起石透辉石化、碳酸盐岩石的白云石-菱镁铁矿-菱铁镁矿-菱镁矿系列交代变化、普通角闪石的蛇纹石化、普通角闪石铁闪石化等，其热液可能来自变质作用和混合岩化作用的残余溶液。这类矿石以条纹状-细纹状和细条带状构造为主。

5 成岩时代 5.1 研究方法

本文所采用的锆石U-Pb和Lu-Hf同位素以及微量元素的原位方法主要有两类：先用LA-ICPMS进行U-Pb年龄和微量元素成分分析，然后用LA-MC-ICPMS在相同位置进行Lu-Hf同位素分析。

对采集的样品在双目镜下将分选好的锆石根据颜色、自形程度、形态等特征初步分类，挑选出具有代表性的锆石用环氧树脂制靶、打磨和抛光，在阴极发光上进行照相。锆石的CL图像拍照在中国科学技术大学理化科学实验中心扫描电镜实验室完成，采用FEI公司Sirion200型电镜进行内部结构显微照相分析。锆石的激光剥蚀电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS) 原位U-Pb定年在广州地球化学研究所LA-ICP-MS实验室完成。数据处理采用ICP-MS Data CalM v.1.00程序，年龄计算采用ISOPLOT v.3.00软件(Ludwig，2003) 进行。

锆石Hf同位素测试在西北大学大陆动力学实验室完成，在物理研究所Neptune激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪(LA-ICPMS) 和193nm激光取样系统上进行，分析时激光束直径为40μm，激光剥蚀时间约26s，以He气作为剥蚀物质的载气，把在样品室中产生的激光剥蚀的物质通过三通管分别送入Q-ICPMS和MC-ICPMS。本次实验测定过程中，91500的测定结果是0.282310，该值与目前用溶液法获得的值在误差范围内一致(Woodhead et al., 2004)。

对采自上述四件样品进行了LA-ICPMS锆石U-Pb定年，锆石U-Pb年龄和微量元素的分析方法与柳小明等(2007)相似。由于采用高纯度的Ar和He气，²⁰⁴Pb和²⁰²Hg的背景大多 < 100cps。数据采集模式为Time-resolved Analysis，选用一个质量峰采集一点的跳峰方式(peak hopping，one point per peak)，单点停留时间分别设定为6 ms (Si，Ti，Nb，Ta，Zr和REE)，15ms (²⁰⁴Pb，²⁰⁶Pb，²⁰⁷Pb和²⁰⁸Pb) 和10ms (²³²Th和²³⁸U)。每测定5个样品点测定一个锆石91500和一个NIST SRM610。每个分析点的气体背景采集时间为20s，信号采集时间为40s。²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb，²⁰⁶Pb/²³⁸U，²⁰⁷Pb/²³⁵U (²³⁵U=²³⁸U/137.88)，²⁰⁸Pb/²³²Th的比值采用标准锆石91500为外部标准进行校正。分馏校正和结果的计算采用GLITTER 4.0软件。元素浓度计算以NIST SRM610作外标，以Si作内标。普通Pb校正采用Andersen et al.(2002)的EXCEL程序(ComPbCorr#_151)，并用ISOPLOT程序(Ludwig，2003) 计算年龄。MC-ICPMS的Lu-Hf同位素分析与上一小节锆石Lu-Hf同位素分析所介绍的方法和步骤一样，在此不再赘述。

5.2 测定结果 5.2.1 锆石的U-Pb年龄

四件样品采自霍邱铁矿田重新集矿区(编号313ZX84-3-含磁铁斜长角闪岩；313ZX34-40-二长片麻岩，有混合岩化现象；313ZX44-9-混合花岗岩；313ZX44-11-混合花岗岩)。可以看出2件混合花岗岩(313ZX44-9、313ZX44-11) 锆石特征均为透明、浅褐色，自形，锆石颗粒存在密集震荡环带(图 9e-h)，具有岩浆成因特点(Corfu et al., 2003)；而磁铁斜长角闪岩(313ZY84-3) 和二长片麻岩(313ZX34-40) 则表现为继承碎屑锆石的变质锆石成因特点(图 9a-d)。

四件样品的LA-ICPMS锆石U-Pb定年结果见表 2，其年龄处理结果详见图 10。

样品313ZX84-3(磁铁斜长角闪岩)，样品锆石大部分为短柱状，晶体长度50~100μm，长宽比1:1~1:2，一部分锆石有磨圆现象，为碎屑锆石特征，一些锆石颗粒局部有增生边，一些锆石具有岩浆锆石的特征。对14颗锆石进行了14个点的分析测定(表 2)。这些锆石U含量为55.2×10^-6~244.7×10^-6，Th含量为27.2×10^-6~258.5×10^-6，Th/U比值为0.26~0.96，其中14个分析点的²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄比较相似，都在2800 Ma左右，加权平均值为2846±82Ma (MSWD=3.1)，这一年龄为目前测定的霍邱群最老的年龄值，推测为磁铁斜长角闪岩原岩形成的时代。

样品313ZX34-40(二长片麻岩)，有轻微混合岩化，样品锆石大部分为长柱状，晶体长度50~300μm，长宽比1:1.5~5:1，一些锆石颗粒呈浑圆状，为碎屑锆石的显著特征，多数锆石颗粒有增生边。对12颗锆石进行了12个点的分析测定(表 2)。这些锆石U含量为239.2×10^-6~2300×10^-6，Th含量为129.7×10^-6~422.0×10^-6，Th/U比值为0.08~0.32。一些测点可能由于受后热液蚀变的影响具有较低的²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄。这12个数据点构成一条不一致线(10b)，与谐和线的上下交点分别为2746±91Ma和428±92Ma (MSWD=6.1)。上交点代表碎屑锆石的时代，下交点代表后期热事件时代。

样品313ZX44-9和313ZX44-11均为混合花岗岩，锆石大部分为等轴状-长柱状，晶体长度50~250μm，长宽比1:1~6:1。CL图像显示大部分锆石颗粒存在震荡环带，具有岩浆成因特点，少数锆石无明显环带，极少颗粒含不规则的内核，可能为残留锆石，其中一些锆石具有发亮的边，可能是由热液蚀变造成的。

对样品313ZX44-9的20颗锆石进行了20个点的分析测定(表 2)。这些锆石U含量为379.0×10^-6~2620×10^-6，Th含量为541.4×10^-6~2420×10^-6，Th/U比值为0.58~2.61，这20个数据点构成一条不一致线(图 10c)，与谐和线的上下交点分别为1820±130Ma和223±100Ma (MSWD=1.9)。

对样品313ZX44-11的22颗锆石进行了22个点的分析测定(表 2)。这些锆石U含量为348.6×10^-6~2361×10^-6，Th含量为303.1×10^-6~1528×10^-6，Th/U比值为0.43~1.40，这22个数据点构成一条不一致线(图 10d)，与谐和线的上下交点分别为1899±98Ma和207±77Ma (MSWD=3.7)。一般认为岩浆锆石的Th/U含量偏高(>0.4)，变质锆石的Th/U一般 < 0.1，变质锆石受变质流体等的影响，U比Th元素更易活动富集在流体中，使得变质增生锆石中的Th含量相对U含量更低，根据4个样品锆石的Th/U比值，其中313ZX83-3，313 ZX44-9，313ZX44-11三个样品的Th/U含量偏高，推测为岩浆锆石，样品ZX34-40锆石的Th/U比值在0.1左右，所以可以认为是变质成因锆石。

5.2.2 锆石的Hf同位素

对上述4个U-Pb定年的样品进行了原位锆石Lu-Hf同位素分析，结果列于表 3。表中锆石ε_Hf(t) 值采用各样品的结晶年龄计算，两阶段Hf模式年龄(t_DM2) 的计算根据平均地壳的¹⁷⁶Lu/¹⁷⁷Hf值0.015。锆石ε_Hf(t) 值和模式年龄(t_DM2) 统计分布图见图 11。

从表 3和图 11可以看出，混合花岗岩样品313ZX44-9的¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf比值分布于0.281314~0.282050，对应的ε_Hf(t) 均为负值，分布于-7.5~-42.1，两阶段Hf模式年龄(t_DM2) 变化于1948~3435Ma；混合花岗岩样品313ZX44-11的¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf比值分布于0.281311~0.281613，对应的ε_Hf(t) 均为负值，分布于-15.2~-40.7，两阶段Hf模式年龄(t_DM2) 变化于2566~3365Ma；样品313ZX34-40-二长片麻岩的¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf比值分布于0.281204~0.281299，对应的ε_Hf(t) 均为负值，分布于-4.2~-40.9，两阶段Hf模式年龄(t_DM2) 变化于2965~3578Ma；样品313ZX84-3(磁铁斜长角闪岩) 的¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf比值分布于0.280972~0.281204，对应的ε_Hf(t) 多为正值，分布于-5.5~6.3之间，两阶段Hf模式年龄(t_DM2) 变化于2874~3358 Ma。

理论上，当原始地幔分异形成地壳和亏损地幔时，地壳比亏损地幔的Lu/Hf比值明显偏低。随时间演化陆壳¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf比值增长相对较慢，ε_Hf也越来越负；相反地，亏损地幔ε_Hf则越来越正。因而，当锆石初始ε_Hf值为正值，说明变质岩原岩形成时，有较多幔源或新生地壳物质的加入，而初始ε_Hf偏负值，说明变质岩原岩形成时，壳源物质成分占主导地位。

由上述结果可知，各样品的混合花岗岩样品和一个片麻岩样品的锆石初始ε_Hf值均为负值，变化与-4.2~-42.1，说明霍邱地区片麻岩和后期的混合花岗岩原岩形成中有大量的地壳或富集地幔源区物质加入。而磁铁斜长角闪岩的ε_Hf(t) 多为正值，原岩为亏损地幔源区，推测为深部来源的基性火成岩类变质形成。

6 区域构造演化及成矿作用分析 6.1 区域构造演化

依据霍邱前寒武地壳的物质组成及结构构造，结合区域地质和物探资料分析，皖西北前寒武地壳的演化基本可分为四个阶段。

1) 砀山古陆核阶段：皖北砀山一带的高航磁场(800~1600γ) 和霍邱与合肥间的隐贤集椭园形正异常(300~400γ)(安徽省地矿局313地质队, 1995)，推测为皖西北最古老的陆核隆起。砀山古陆核西延出省与河南嵩箕古陆核相连，组成豫中皖西晚太古代沉积构造盆地的克拉通基底，而隐贤集一带可能是古陆核南侧的火山岛弧地带。

2) 古陆核边缘坳陷海槽阶段：晚太古代鲁山、午阳、霍邱、蚌埠一带，沿嵩箕-砀山古陆核南缘形成拗掐海槽，早期沿弧沟系断裂，幔源物质上涌，形成火山喷发，堆积了基性、中酸性火山岩，相继转为陆源碎屑-碳酸盐建造。在霍邱-蚌埠-五河一带，在2.7Ga前后的地壳运动(分别称为蚌埠运动和霍颍运动) 使晚太古代地层发生变形变质，形成霍邱-五河地区的地块(分别表现为霍邱群和五河群)，从而结束了晚太古代的演化阶段(Ma and Wu, 1981；马杏垣等，1987；赵宗溥等，1993)。

3) 地块裂谷海槽阶段：古元古代晚期，太古代地块发生分裂，南部分离出古秦岭海槽，而在内部沿绛县-临汝-蚌埠发生断陷，形成裂谷海槽，即原地槽(马杏垣等，1987)。初期断裂下切较深，有基性、酸性火山喷发，之后开始下陷，形成东西向大型隆起和拗陷，堆积了滨海-浅海相陆源碎屑及富镁碳酸盐建造。大约1.8Ga前后发生的凤阳运动，与晚太古代的沉积构造带有明显继承性。

4) 形成统一基底阶段：经过凤阳运动，原地槽褶皱上升，使早元古代地层与太古代地层结为双层结构的基底，结束了地槽发展阶段，进入台地盖层时期。晚元古代沿东西向构造发生拗陷，形成黄淮海海槽，印支运动回返，形成近东西向台褶带，从此开始了大陆边缘活动带的地史阶段。

6.2 霍邱BIF变质岩系形成时代及“霍颍运动”

我国太古宙以条带状硅铁建造为主，成矿时代从3.3Ga到2.5Ga，以3.0~2.5Ga为主。它们多产出在绿岩带中，都与变质火山岩关系密切(Zhai et al., 1990；Zhai and Windley, 1990；翟明国，2010)。早期前人已获得霍邱群变质岩的全岩样品同位素Rb-Sr等时线年龄值在2681±65Ma~2963±7.98Ma之间，多数集中在2700Ma左右，表明原岩主体形成时代应属新太古代(桑宝梁等，1981)。万渝生等将霍邱群老变质岩年龄限定在2.7~1.85Ga之间(Wan et al., 2010)；我们本次获得霍邱群斜长角闪岩的变质年龄为2846±82Ma，黑云斜长片麻岩的碎屑锆石年龄为2746±91Ma，混合花岗岩的侵入年龄为1.8Ga，上述结果与Wan et al.(2010)测定的年龄值接近。综合区域年代学资料，我们认为霍邱群的峰期变质时代可进一步限定在2.7Ga前后，而1.8Ga前后的年龄值应该是后期岩浆侵入改造事件，与五河群白云母的变质年龄1.85Ga接近，为凤阳运动的产物(安徽省地质矿产局，1987)。以往讨论霍邱地区变质事件时，总拿皖东北的蚌埠运动做类比，我们认为，霍邱群变质作用时代虽然和皖北蚌埠运动时间相对应，但两地的变质条件差异较大，蚌埠地区发育的五河群局部可以达到麻粒岩相，而霍邱群最高也就达到高角闪岩相，大部分是绿片岩-低角闪岩相。两地的沉积环境差异很大，其中的BIF建造类型相差更大，因而本文正式提出“霍颍运动”这一概念，作为皖西北太古代末期霍邱-颍上-寿县-蒙城一带太古代地壳变动和成矿作用的构造事件，形成区域上普遍分布的高角闪岩相-绿片岩相的变质作用，并形成了霍邱-颍上-寿县-蒙城一带大型沉积变质铁矿，可以简称为霍邱式铁矿。而传统上的蚌埠运动在皖东北虽大约同时期发生(前人在五河县牟家一带曾测得五河群锆石的U-Pb年龄为2650Ma，安徽省地质矿产局，1987)，但在皖东北蚌埠-五河地区出露或隐覆的五河群中几乎没有形成与之类似的BIF建造(图 3)，迄今仍没有发现有工业规模的沉积变质铁矿床。而发生在1.8Ga前后的凤阳运动，又将安徽西北和东北部地区的构造格架统一起来。

6.3 霍邱铁矿矿床成因探讨

从区域地质背景资料分析，霍邱群是遭受混合岩化作用改造的火山-沉积变质岩系。下部以中性火山岩及凝灰岩、杂砂岩为主，夹基性凝灰岩及火山熔岩，具中性与基性火山物质相间成层的特点，并夹大量沉积岩。中部和上部主要由泥质岩、泥质杂砂岩、杂砂岩、泥灰岩及铁硅质岩组成(其中周集组以富镁碳酸盐岩占优势)，靠近下部夹中酸性及基性凝灰岩。根据在含矿岩石中出现角闪石、铁铝榴石、斜长石和石英等的组合，证明在成矿阶段曾经历相当于低角闪岩相的区域变质作用改造。另外，局部浸染型矿石的生成以及蛇纹石的出现(李老庄矿床)，又说明成矿阶段还有气-液交代变质作用参与(孙玉宝，2007)，与前人报道热液改造作用在鞍山、本溪矿床中可形成富铁矿类似(李鸿业和赵秀德，1999；李东林，2003；张国成，2005)。

霍邱铁矿到底归属于阿尔戈马型建造还是苏比利尔型建造，一直存在争议。我们知道阿尔戈马型含铁建造主要与绿岩带中上部的火山碎屑岩相伴生，靠近浊积岩组合，推测其中普遍发生高温水-岩交换作用(Deny and Jacobsen, 1990；Danielson et al., 1992)，这类铁矿床离热液源很近，所以普遍被认为古岛弧/弧后盆地以及克拉通内部断裂带可能是阿尔戈马型BIF的古构造环境(Veizer，1983)。据安徽省地质科学研究所资料(桑宝梁等，1981)，霍邱群BIF多数样品⁸⁷Sr/⁸⁶Sr的初始比值在0.704~0.707左右，略高于上地幔的初始比值(0.703), 且落在靠近大陆壳增长线的上方，说明霍邱群变质岩的原始物质已受到大陆壳物质的影响，而不是直接来源于上地幔，但初始比值又小于大陆壳岩石(0.719), 故原岩也不是完全来自大陆壳硅铝质岩。说明成矿物质既不是单一的火山成因推测属火山-沉积成因。

苏比利尔型BIF多数与沉积建造有关，它们沉积在海进序列的相对稳定的浅海环境中，沉积环境为大陆架被动大陆边缘(Trendall and Bloeldey, 1970；Beukes，1973)。霍邱群中分布相对广泛的斜长角闪岩对于的霍邱群乃至BIF铁矿的成因研究具有至关重要的意义。根据钻孔揭示，霍邱群沉积作用的韵律性较明显，韵律的组成单元自下而上通常为浅粒岩→黑云变粒岩→黑云角闪变粒岩或夹簿层云英片岩→角闪岩或角闪片岩，其厚度以5~25cm者居多，大于50cm少见。吴言昌(1979)等曾认为这种韵律层实际上是浊积岩组成的序列，与鲍马浊积层模式相比，其主要的组成序列为BCE，局部可见ABCE、CE和AE序列，但不普遍。每一韵律层的底界突变，而其内部各单元之间相互递变，自下而上表现为岩石的颜色变深，片状和柱状矿物增多而粒状矿物减少，片理渐趋明显，而且粗屑单元也往往显示下粗上细的粒级层。所以，根据岩层侧向延伸广且岩性与厚度变化小，韵律层底界突变，其间有递变层理，而且具有比较典型的鲍马层序等特点分析，应属于复理石沉积。与鲍马浊积层模式相比，其主要的组成序列为BCE，有时可见ABCE、CE和A E序列，但不普遍。由于变质作用的改造，在复理石顶面上的各种象形印痕或印模多已丧失或难以辨认。韵律层组间是渐变的，而其底界是突变的，粗碎屑单元常见粒级递变层理。特别是黑云斜长片麻岩、片岩、斜长角闪岩(铁闪磁铁石英岩) 呈明显的薄层互层(图 12)，这反映了霍邱群原岩建造具有类复理石性质。放眼到整个霍邱群，每个岩系段相当于一个大的韵律结构，其中以周集组最典型，它相当于陆源碎屑岩-泥质页岩-碳酸盐岩夹硅铁质沉积建造(亓润章和姚光炎，1982)。

总体上看，霍邱群应属于复理石-碧玉铁质建造，特别是发育含厚达500m的碳酸盐岩建造，这在太古代阿尔戈马型铁建造中是罕见的。根据上述特征，暂可将霍邱铁矿归结为苏比利尔型和阿尔戈玛型之间的过渡类型BIF铁建造，与国外典型的苏比利尔型铁建造相比，霍邱群兼具沉积和火山建造特点，推测为岛弧和陆缘之间的沉积产物(图 13b)，之后又遭受较深的变质作用改造。发生在2.7Ga前后的霍颍运动，使霍邱-颍上一带新太古代霍邱群地层发生中高温-中压区域变质作用，导致该区原始沉积的赤铁矿-磁铁矿(燧石等) 细小颗粒重结晶，即微粒赤铁矿重结晶为片状镜铁矿；细粒磁铁矿重结晶为粗磁铁矿；燧石、碧玉或隐晶质石英重结晶成粗粒石英。原始沉积条带-条纹构造也随之被保留下来。在A+B矿带还常见有石墨、有机碳碎片，游离碳可将赤铁矿还原成磁铁矿，故本矿带中片状赤铁矿存在，而磁铁矿中的残余页片结构证实了还原作用的存在，在D矿带出现的。

图 13是本区太古代-古元古代末期大地构造演化和铁矿成矿模式图。

6.4 区域找矿前景

我们把霍邱铁矿成因类型定为阿尔戈玛和苏比利尔之间的过渡型铁建造，本研究初步厘定“霍颍运动”这一概念，区别于皖东北的蚌埠运动。在霍邱隆起区太古-元古代古老变质岩系发育，分布相对比较广，从淮河以南的霍邱地区，可以穿越淮河延伸至寿县、颍上、蒙城、利辛、阜南和临泉等区域，霍邱铁矿田的控矿构造除周集向斜为主体外，其东侧为宽缓向斜构造群，其西侧临水集一带为另一个南北向向斜构造储矿带。根据上述构造推测，在周集主体向斜东侧宽缓向斜构造地层中的磁异常部位，浅表虽被中、新生界所覆盖，但深部可能处于早期两次褶皱的叠加复合部位，在淮河两岸的霍邱、颍上、寿县、阜南、临泉、蒙城和利辛一带普遍存在与霍邱群基底变质岩类似的岩石和铁矿体组合，笔者暂且合称为霍邱群及BIF建造，所以我们认为在上述地区的深部还应该有隐伏的巨厚铁矿体有待勘探开发，因此在霍邱地区及其周边BIF型铁矿找矿潜力巨大，铁矿勘探前景乐观，在方法技术上应该加强三维勘探的引入，在理论上也应该加强基础地质的研究，特别是在加强和周边变质岩系的对比综合研究。

致谢 谢安徽省地质勘察局313地质队黎有训、李成仕、马连民、布炳坤、陈抱银、邬宗玲、黄秀凤、许力等领导和专家的支持与指导。同时笔者更加缅怀337地质队老一辈领导和勘查专家陈克兴总工程师、潘呈麟和王力祥高级工程师，他们毕生献身于霍邱地区地质找矿事业，兢兢业业，坚忍不拔，持之以恒，矢志不渝，对于霍邱铁矿勘探做出了卓越贡献，他们曾为笔者的良师益友，以此文对他们深表缅怀。感谢张连昌和万渝生研究员仔细审阅本文并提出诸多建设性的修改意见，李双博士帮助处理了锆石年代学数据。常印佛院士、姚仲伯教授亲切指导本研究工作。