矿床学作业4

1湖北大冶铁山铁（铜）矿床摘要湖北大冶铁山铁（铜）矿床是“大冶式”铁矿床的重要代表。矿床产于燕山期中酸性铁山侵人体南缘接触带，围岩为下三叠统大冶灰岩。区内接触热动力构造十分发育，主要由印支－燕山期构造运动所形成。矿床受岩体侵入影响较大，岩浆期后的岩浆热液为矿区成矿提供了一定的物源和物质来源，围岩蚀变作用明显。初步判断该矿床为多期多阶段性，矿床成因较为复杂。关键词铁山；构造；蚀变；磁铁矿；成因；一．区域地质背景1.1大地构造位置鄂东南地区位于扬子准地台下扬子台褶带西端，北与秦岭褶皱系烯水台褶束相接，南与咸宁台褶束相邻，西以武汉台褶束为界，处于隆坳过渡地带的构造活动地段，构成一个三角形构造—岩浆区（如下图1）。区内构造复杂，岩浆活动发育。铜绿山矿田位于鄂东南三角形构造岩浆岩区的中心、阳新岩体的西北端，处于一种特殊的构造位置。构造上位于印支期构造的大冶向斜的南翼与燕山期鄂城一大磨隆起带的中脊以及姜桥一下陆断裂褶皱带的交切部位，其深部有山坡一枫林穿壳断裂横贯区内，区内盖层与深部连通，成为深部物质向盖层运移的活动中心。图1.鄂东南地区区域地质略图（据杨明银等，1995）21.2地层与构造矿区范围内出露的主要地层为三叠系下统大冶群灰岩、白云岩,其次为二叠系上统大隆组、长兴组、龙潭组地层。二叠系与三叠系呈平行不整合接触关系。根据岩性及层理特征、变质残余结构、岩石化学成分等可将矿区三叠系下统大冶群变质地层划分为七个岩性段：（1）T1d7灰黑色竹叶状大理岩、白云质大理岩；（2）T1d6黑白相间大理岩夹1-3层黄褐色白云质大理岩；（3）T1d5白色薄层细齿状大理岩；（4）T1d4灰白色薄层大理岩、含灰黑色角砾团块大理岩；（5）T1d3浅绿色薄层含石榴石、透辉石条带大理岩；（6）T1d2浅灰色薄层与中厚层互层状含香肠构造大理岩；（7）T1d1灰黄色、灰黑色斑点角岩,泥质角岩夹有泥灰岩透镜体,变质程度较浅。区内的构造变形主要由印支－燕山期构造运动所形成。印支期形成一系列褶皱束和叠瓦式的逆冲滑覆构造带，主要表现为北西西至东西向的弧形褶皱及走向逆冲断裂，上覆以滑片；燕山期形成北北东向的隆坳带，叠加褶皱、断裂，并缀以箕式盆地。在三角形区内，印支与燕山期构造直交叠加，又被铁山－四棵、毛铺－两剑桥断裂分割成三个梯形块体，形成铁山－黄金山、殷祖－筠山、大幕－枫林三个逆冲滑覆构造带。燕山运动伸展导致的引张作用使岩浆活动强烈，形成区内鄂城、铁山、金山店、灵乡、殷祖、阳新等主要侵入体和众多的小岩体群，侵入岩出露面积达612平方千米，伴生铜、铁、金等多金属矿床。（图2)图2鄂东南地区地质构造略图1．中侏罗统；2．下侏罗统；3．上三叠统；4．中、下三叠统；5．石炭二叠系；6．震旦系；7．元古界；8．新华夏压性断裂；9．山字型压性a断裂；10．山字型倾伏背斜；11．山字型翘起向斜；12．推测山字型倾伏背斜；13．推测山字型翘起向斜；14．东西向倾伏背斜；15．东西向翘起向斜；16．东西向压性断裂；17．燕山早期闪长岩；18．燕山中期闪长岩；19．隆起和凹陷界线；20．地质界线31.3岩浆岩铁山岩体东西长24km，南北宽5km，面积120km2，出露形状呈纺锤形。铁山岩体是燕山期多次岩浆活动形成的复式岩体。已查明有4次侵入活动，由老至新依次中细粒含石英闪长岩、中粒黑云母透辉石山闪长岩、正长闪长岩和斑状含石英闪长岩。各次岩浆岩特征见表1。表格1铁山矿区岩浆岩特征表岩浆岩的岩石化学特征：（1）属SiO2弱过饱和及SiO2不饱和的（黑云母透辉石闪长岩）岩石类型；（2）K2O+Na2O含量高于中国和世界同类岩石，为复碱的岩石类型；（3）中细粒石英闪长岩、正长闪长岩和斑状含石英闪长岩中的Fe2O3、FeO、MgO、CaO含量低于中国和世界同类型岩石。2.矿床地质特征2.1矿区内地层、构造、岩浆岩铁山矿床位于淮阳山字型构造弧顶酉侧与新华夏构造体系第二隆起带次级构造的复合部位。矿区内广泛出露地层为三叠系大冶群,二叠系地层零星分布。大冶群分为七段,以灰岩为主,下部多泥岩,上部夹白云质岩石。在矿区范围内,由于闪长岩的侵入而引起大理岩化和角岩化。靠近岩体含泥质岩石变为石榴子石大理岩和石榴石一透辉石大理岩。本区位于淮阳山字型构造的前弧西翼，以折皱构造和挤压性断裂为其特征。（石准立等，1981）区内接触热动力构造十分发育。印支期NWW向构造形迹奠定了矿区的基础构造格架;其后又有燕山期、喜山期的3次不同方向构造叠加其上。(杨峰华，2001）。区内构造自深部至浅部，形成一个完整的构造系统，既有深部物质上升的通道，又有浅部成矿物质的赋存空间。区内由志留系一侏罗系地层所构成的折皱和纵向断裂皆呈北西西一南东东向，并且直接控制着区域内各岩浆岩体和有关铁铜矿床的分布。矿区范围内主要出露4期闪长岩及3类脉体。矿体附近的闪长岩类和碳酸盐岩都遭到强烈的交代作用,形成各类夕卡岩、碱质交代岩和热液蚀变岩石,并有一定的分带性和多次叠加特征。铁矿石的组成金属矿物主要为磁铁矿,次为赤铁矿、菱铁矿、黄铁矿、黄铜矿等。脉石矿物主要有绿泥石、次透辉石、石榴石、方解石、白云石、石英等。铁矿床主要是由第一期矿浆成矿期和第二期接触交代成矿期叠加而成。2.2矿区内矿体大冶铁山铁（铜）由6大矿体组成，矿床自西而东由铁门坎、龙洞、尖林山、象鼻山、狮子山、尖山六大矿体组成，都赋存在下三叠统大冶群大理岩与闪长岩接触内。沿接触带延长达4300米，其中尖林山矿体为盲矿体。（图3）4矿体总体呈似层状，产于正接触带中，走向NWW。其形态在不同地段差异较大，可呈脉状、透镜状、囊状等。沿走向长度在360~872m之间，最大斜深550m，最小20m，一般100~400m.最大厚度180m，最小10m，一般30~80m。2.3矿石特征实习中观察到的矿石及特征如下：主要脉石矿物为大理岩、石英闪长岩、条带状矽卡岩灰岩、矽卡岩。矿石矿物主要为菱铁矿、磁铁矿。①大理岩（TS—SK—1）：白色，主要成分为方解石，细粒状结构，块状构造，玻璃光泽，硬度小于5，结晶程度较好。（图2-3-1）图2-3-1大理岩图2-3-2石英闪长岩②石英闪长岩（TS—SK—2)：灰色，粒状结构，块状构造，主要矿物为暗色矿物，斜长石，钾长石，石英等。暗色矿物包括角闪石、辉石，含量约为25%，石英，油脂光泽，贝壳状断口，硬度较大，含量约为5%。斜长石，白色，半自形，玻璃光泽，粒度1~2mm，钾长石，浅肉红色，长石含量约为70%。（图2-3-2）5③条带状矽卡岩化灰岩（TS—SK—3）：灰白色，条带状结构，块状构造，大理岩（主要为方解石）呈条带状分布，侧可见少量石榴子石、透辉石呈带状沿条带两侧分布。石榴子石，棕色，初步分析可能为钙铝、钙铁榴石之类。透辉石，绿色，含量约为5%，比石榴子石含量少。（图2-3-3）图2-3-3条带状矽卡岩化灰岩图2-3-4矽卡岩④矽卡岩（TS—SK—4）：浅绿色，矿石主要呈浸染状分布于脉石矿物中，块状构造。主要矿物为菱铁矿、黄铁矿、透辉石。同时可见铁矿物表面风化后的赤铁矿。（图2-3-4）⑤放射状硅灰石矽卡岩（TS—SK—5）：灰色，浸染状构造，主要矿物为硅灰石、黄铁矿。硅灰石，淡绿色，放射状结构，结晶程度较好。同时可见黄铁矿呈稀疏浸染状分布于硅灰石中，且有部分黄铁矿表面氧化成一种锖色。（图2-3-5）图2-3-5放射状硅灰石矽卡岩图2-3-6原生灰白色菱铁矿矿石⑥原生灰白色菱铁矿矿石(TS—SK—6):灰白色，角砾状构造，主要矿物为菱铁矿。大理岩呈破碎角砾为菱铁矿所胶结。菱铁矿，灰白色，粒状结构，块状构造，且与大理岩接触界限清楚，未发生蚀变。（图2-3-6）⑦褐黄色菱铁矿矿石（TS—SK—7)：褐黄色，角砾状构造，大理石呈角砾状分布于菱铁矿中。该矿石中，较TS—SK—6原生灰白色菱铁矿矿，菱铁矿的颜色有所改变，从灰白色变为褐黄色。（图2-3-7）6图2-3-7褐黄色菱铁矿矿石图2-3-8块状红褐色菱铁矿矿石⑧块状红褐色菱铁矿矿石（TS—SK—8):红褐色，粒状结构，以块状构造，局部可见气孔构造，主要矿物为菱铁矿。表面可见菱铁矿风化之后形成的高凝石等白色矿物。（图2-3-6）⑨花斑状磁铁矿矿石（TS—SK—9):褐色，班杂构造，主要矿物为褐色磁铁矿，黄铁矿。磁铁矿呈星点状分布于矿石中，同时可见硅质条带呈脉状分部于磁铁矿中。黄铁矿，浅黄色，自形程度较好，含量较少。（图2-3-9）图2-3-9花斑状磁铁矿矿石图2-3-10块状磁铁矿矿石⑩块状磁铁矿矿石（TS—SK—10）：黑色，浸染状构造，主要矿石矿物为黄铁矿和磁铁矿。黄铁矿为浅黄色，自形程度好，粒度为2mm左右；磁铁矿为黑色，结晶程度好，粒度1mm，含量约为60%。一部分黄铁矿呈条带状分布在磁铁矿中，且带边缘无晕边，反映出黄铁矿是后期充填作用形成的。（图2-3-10）2.4围岩蚀变本矿床主要有矽卡岩化、钾化、碳酸盐化、钠化等，铁山矿区钠化蚀变主要分布于岩体内接触带近百米范围内（杨峰华，2001），而矽卡岩化、钾化、碳酸盐化分布于内外接触带，与该矿床的关系密切。在黑云母透辉石分布地段发育较强烈，围岩蚀变呈现分带性（表2）。7表2围岩蚀变分带接触岩石石英闪长岩与大理岩接触黑云母透辉石闪长岩与大理岩接触内变质带①轻微变质闪长岩、有时显钠长石化②细粒钠长石化闪长岩③柱石化、钠长石化闪长岩①轻微变质钾（钠）长石化黑云母透辉石闪长岩②网脉状石榴子石-柱石化黑云母透辉石闪长岩③石榴子石-柱石-钾（钠）长石矽卡岩外变质带④透辉石矽卡岩⑤透辉石硅化大理岩⑥大理岩或白云质大理岩④含金云母透辉石次透辉石矽卡岩⑤大理岩矽卡岩化在本矿床中广泛发育,产出在中细粒含石英闪长岩或黑云母辉石闪长岩与下三叠统大理岩或白云质大理岩的接触带中.夕卡岩矿物主要有钙铁榴石、钙铝榴石、透辉石、次透辉石、方柱石、金云母等.夕卡岩在空间上与主矿体相邻,并有大量的浸染状、团块状、脉状磁铁矿。（赵爱醒等，1990）2.5成矿期和成矿阶段成矿过程具有多起多阶段性。石准立等（1981）将大冶铁（铜）矿床划分成两个成矿期。第一成矿期包括磁铁矿阶段，赤铁矿—菱铁矿阶段和硫化物阶段。第二阶段可划分为矽卡岩阶段，磁铁矿阶段、石英—硫化物阶段和碳酸盐阶段。其中第一期成矿介于中细粒含石英闪长岩侵位与中粒黑云母透辉石闪长岩侵位之间，第二期成矿与中粒黑云母透辉石闪长岩侵入活动有关。主矿体在第一成矿期形成。2.6矿物气液包裹体(l)主矿体和主要矿石类型中,矿浆期原生结晶质熔融包裹体形成温度680一800℃,气液包裹体温度也比较高,一般在620一720℃,超过了一般高温热液矿床或典型矽卡岩矿床的形成温度。晚期次生液相包裹体温度280一440℃。(2)矿体中流体包裹体与岩浆岩及近矿大理岩中流体包裹体中有一组十分相近的均一温度(600一700℃左右)。反映了形成这些包裹体的热流体有成因联系或有近似的温压条件。(3)矿石、近矿围岩和岩浆岩中一组较晚期次生包裹体温度与晚期磁铁矿脉中原生包裹体温度十分相近(320一480℃)。(4)与成矿作用有成因联系的第一期中细粒闪长岩的形成温度高,1140℃；第二期黑云母一透辉石一闪长岩温度略低，为1060℃。第四期斑状含石英闪长岩为1080℃。根据上述测温结果,本矿床各主要矿化阶段形成温度可以归纳如下:(l)矿浆期磁铁矿形成温度为620℃一720℃；(2)砂卡岩期早阶段磁铁矿成矿温度为545一560℃。矽卡岩期晚阶段磁铁矿成矿温度320一420℃。2.7同位素组成硫同位素：铁门坎至狮子山矿体中的黄铁矿δ34S值大多在+1.9‰—+3.3‰之间。尖山矿体略低，为－0.3‰—+1.4‰。氧同位素：大冶群大理岩δ18O值为23.23‰和23.31‰（两个样品）。中细粒含石英闪长岩中副矿物磁铁矿的δ18O为3.59‰和3.95‰。矿体中磁铁矿的δ18O值在3.4‰—8.8‰之间。8铷、锶同位素：据前人资料，铁山岩体、鄂城岩体的岩浆岩和铜录山、金山店两矿体中金云母所测定的Rb、Sr同位素等时线截距表明初始Sr87/Sr86为0.7000与上地幔岩相近。3.成矿初步分