吉林塔东铁矿赋矿建造地球化学特征及其地质构造意义

寇林林，张 森，吕俊超，刘桂香

（沈阳地质矿产研究所/中国地质调查局沈阳地质调查中心，辽宁沈阳110034）

0 引言

塔东铁矿是大型火山-沉积变质型铁矿床.赋矿的新元古界塔东群分布于佳木斯古元古代隆起西侧，呈近南北向狭长带状展布，可能受南北向断陷盆地控制，其岩石组合属火山喷发-沉积产物，具有岛弧型钙碱性火山岩特点.

吉林省地调院于2007年对塔东铁矿进行了较为详细的勘查工作，并提交了勘查报告❶吉林省地质矿产勘查开发研究院.吉林省敦化市塔东铁矿勘探报告.2007.，但对赋矿围岩——新元古代火山岩带及其形成的古构造环境研究程度较低.到目前为止，对塔东铁矿赋矿围岩古构造背景的认识尚缺乏明确的结论.笔者从含矿岩石组合、火山岩分布及其地球化学特征等方面入手，讨论塔东铁矿赋矿火山岩形成的古构造环境，旨在提高塔东新元古代铁矿基础地质研究水平，指导区内铁矿找矿工作.

1 矿区地质概况

区域上塔东群划分为两个岩组，即拉拉沟岩组和朱敦店岩组.拉拉沟岩组以角闪质岩石为主，主要由角闪斜长片麻岩、角闪黑云斜长片麻岩、斜长角闪岩、角闪石岩、透辉斜长变粒岩及磁铁斜长角闪岩、磁铁绿帘石岩夹大理岩组成，可见厚度为1000m，为区内重要的赋矿层位；朱敦店岩组主要由黑云斜长片麻岩、二云石英片岩、红柱石黑云石英片岩和大理岩组成，夹有斜长角闪岩，可见厚度为1075m.上下两个岩组岩性组合标志比较清楚［1］.

赋矿的拉拉沟岩组可分两个岩性段：下部岩性段（Pt3l1）以黑云母斜长片麻岩、黑云角闪斜长片麻岩、透辉斜长变粒岩为主，夹有斜长角闪岩，原岩为中基性熔岩-凝灰岩-凝灰质粉砂岩建造，厚度为250m，其中产有薄层铁矿层，矿化较差；上部岩性段（Pt3l2）主要有角闪斜长片麻岩、斜长角闪岩、磁铁斜长角闪岩、磁铁矿层、透辉岩、透辉斜长变粒岩、黑云斜长片麻岩，原岩为基性火山喷发-火山碎屑岩，其中斜长角闪岩、角闪石岩、角闪斜长片麻岩等角闪质岩石，原岩为基性火山岩，黑云斜长片麻岩则介于正常沉积和火山沉积的过渡类型，厚度为750m.其中拉拉沟岩组上部岩性段为主要赋矿层位，为本文主要研究对象.

2 铁矿成矿特征

塔东铁矿属大型火山-沉积变质型铁矿，呈近南北向展布，倾向东，由42条矿体组成（图1）.矿体按赋存部位不同，划分为Ⅰ、Ⅱ两个矿组：Ⅰ号矿组位于矿区北西侧，产于拉拉沟岩组下部岩性段中，由Ⅰ-1～Ⅰ-13及Ⅰ-4-1、Ⅰ-5-1共15条矿体组成，矿体规模不大，均属于次要矿体；Ⅱ号矿组位于矿区东侧，产于拉拉沟岩组上部岩性段中，由Ⅱ-1、Ⅱ-3～Ⅱ-24及Ⅱ-6-1、Ⅱ-9-1、Ⅱ-19-1、Ⅱ-22-1 共 27 条矿体组成，为主要开采对象.

塔东铁矿严格受层位控制，矿体赋存于新元古界塔东（岩）群拉拉沟岩组上部岩性段中.铁矿石类型主要为磁铁角闪岩型，与磁铁斜长角闪岩呈渐变过渡，具有条带状、变斑状等变晶结构，有时具有皱纹状构造，显示典型的沉积变质特征.矿石中磁铁矿、磷灰石等矿物发生重结晶和富集，并形成具有一定规模的磷铁矿层，显示在火山喷发-沉积作用同时或之后，发生区域变质作用，致使铁等成矿物质重结晶并富集而形成铁矿石.磁铁矿石中常见细脉浸染状和粗粒状构造，由磷灰石、磁铁矿和巨粗或粗粒状角闪石变斑晶组成.矿石中常见到溶蚀交代结构、交代残余结构、穿插交代结构等，显示该磁铁矿床形成之后又有岩浆热液叠加的特征，铁矿中含有较高的磷、钒、钴.总之，塔东铁矿床成因类型应属火山－沉积变质热液叠加型.

图1 塔东铁矿平面地质图Fig.1 Geologicmap ofthe Tadong iron deposit1—朱敦店组（Zhudundian fm.）；2—拉拉沟组上段（uppermember of Lalagou fm.）；3—拉拉沟组下段（lowermemberof Lalagou fm.）；4—黑云斜长花岗岩（biotite plagiogranite）；5—铁矿体（iron orebody）；6—地层界线（stratum boundary）

3 地球化学特征

火山岩的岩石化学、稀土元素等地球化学特征的研究对确定火山岩形成的构造环境具有十分重要的意义.为了进行全区性的对比和深入研究，笔者在本研究的基础上，收集了前人资料（表1、2、3），来探讨该区火山岩带形成的古构造背景.

3.1 岩石化学

区内赋矿岩石化学全分析结果列于表1中.含矿围岩主要由斜长角闪岩、透辉斜长变粒岩、角闪斜长片麻岩组成.从表1中可以看出，斜长角闪岩岩石化学成分特征为较低的SiO2含量（47.82%～50.11%），较高的Al2O3含量（13.81%～17.1%）和高 MgO（5.97%～8.39%），富Na2O（1.49%～3.53%），Na2O/K2O值为2.98～4.41.在尼格里图解［2］（图2）上，主要落于火山岩区，仅个别落于化学沉积物区，其中斜长角闪岩、角闪斜长片麻岩、透辉变粒岩等落于火山岩区，而黑云斜长片麻岩落于化学沉积物区.在A－F－M和久野（1965）的碱-硅关系图解［3］（图 3、4）中，大部分样品投影点落于碱性玄武岩系列和高铝玄武岩系列中，有的落于拉斑玄武岩区；火山岩σ为0.49～3.31，平均为2.09，以钙碱性系列为主.反映区内新元古代赋矿火山岩岩石化学成分与大陆边缘活动带内火山岩成分特征相近.

表1 塔东矿区岩石化学成分及特征值Table1 Petrochem icaldata of Tadong orefield

图2 塔东地区尼格里四面体对称展开平面图（据 P.Niggli，1969）Fig.2 The Nigglidiagram for the volcanic rocks in Tadong area（afterP.Niggli,1969）

图3 A-F-M关系图Fig.3 The A-F-M diagram T—拉斑玄武岩（tholeiite）；AL—高铝玄武岩（high-aluminabasalt）；A—碱性玄武岩（alkalibasalt）

图4 碱-硅关系图（据久野，1965）Fig.4 Thediagram of SiO2 vs.（Na2O+K2O）（after H.Kuno,1965）

在里特曼－戈蒂里图解（图5）上，火山岩成分点集中分布于造山带（岛弧或活动大陆边缘）火山岩区（B区），且集中在岛弧（日本弧）成分线的右侧，部分成分点落入A、B区派生之碱性、偏碱性火山岩区边部.可以理解为拉拉沟岩组火山岩的演化系由造山带钙碱性向大陆内部稳定区碱性过渡.

3.2 稀土元素

区内铁矿石和赋矿火山岩稀土元素含量见表2，采用 McLennan（1989）［4］球粒陨石标准化稀土配分模式（图6）.从图6和表2中可以看出：铁矿石和赋矿岩石稀土配分曲线（图6）基本上一致，呈左高右低的不对称右倾“V”字型，显示轻稀土富集型，铕显示亏损型，表明两者岩浆来自同一个源区，均与活动大陆边缘火山岩稀土模式相近.

图5 里特曼-戈蒂里图解（据里特曼，1973）Fig.5 The Rittman-Gotilidiagram（after Rittman,1973）A区—非造山带地区火山岩（non-orogenic belt）；B区—造山带地区火山岩（orogenic belt）；C区—A、B区派生的碱性、偏碱性岩（alkalinesubalkaline rocks derived from A and B areas）；J—日本火山岩（volcanic rocks from Japan）

如果将稀土元素按轻稀土（La、Ce、Pr、Nd）、轻重稀土（Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho） 和重稀土（Er、Tm、Yb、Lu）3个组来研究，在图6中可以明显地看出3个稀土元素组表现有明显不同：轻稀土元素组分馏明显，富集程度高；轻重稀土组元素有一定的分馏，但不明显；重稀土组元素亦显示出基本无分馏特征，特别是Tm、Lu等元素有明显的富集之趋势.轻稀土分馏程度远高于重稀土.这一结论在稀土配分模式图（图6）上直观地表现出来，表明赋矿围岩形成时岩浆被地壳物质强烈混染.赋矿的火山岩球粒陨石标准化后的（La/Sm）N值变化于3.32～9.07间，平均值为5.67，明显较（Gd/Yb）N值（变化于 1.14～1.38，平均值为 1.19）为高，进一步说明轻重稀土分馏程度的差异，即前者分馏程度远高于后者.

表2 塔东地区稀土数据分析结果表Table2 Analysis resultofREE in Tadong area

从表2中可以看出，塔东地区赋矿岩石稀土总量较高，为（123.2～247.5）×10-6，平均为 170.88×10-6，LREE/HREE 比值为 2.47～4.08，La/Yb比值为 8.54～24.1；δEu为0.62～0.72，为铕中等负异常型.铁矿石的稀土总量也较高，为 55.4×10-6～218.4×10-6，平均为156.97×10-6，LREE/HREE 比值为 1.44～5.30，La/Yb 比值为 5.12～28.8；δEu 为 0.40～0.63.需特别提出的是，其中有的铁矿石LREE/HREE值则较高，为4.26～5.30，说明岩浆演化过程中稀土的分馏比较充分.

δEu是稀土元素的重要参数，从表2可以看出，δEu值为0.40～0.72，从图5中可看出，铁矿石和赋矿围岩均表现出明显的铕负异常，可能是深源岩浆经过斜长石的结晶分离作用所导致的，体现了明显的岩浆分异作用.

图6 塔东稀土元素配分曲线图Fig.6 REE distribution patternsof Tadong areaA—铁矿石（iron ores）；B—赋矿岩石（host rocks）

Sm/Nd值是反映REE分馏程度的重要参数之一［6］，也是反映物质来源的一个参数，区内赋矿火山岩Sm/Nd值变化范围为0.20～0.25，均小于0.3（REE未发生分馏的球粒陨石的Sm/Nd值为0.33），表明区内赋矿火山岩形成是在陆壳基础上发展起来的（据赫尔曼，1970）.

总之，塔东地区赋矿火山岩成分属壳、幔混合来源，同时有壳源物质的加入，具有壳幔岩浆混合的特点.

3.3 微量元素

塔东矿区铁矿石和赋矿围岩岩石微量元素含量列于表3，经原始地幔标准化后的微量元素配分曲线见图7.从表3和图7中明显地看出，亲硫元素（Cu、Zn）与原始地幔成分相近，非变价亲硫元素（Pb、Ga）含量较高，亲幔元素（Cr、Ni、Co）相对亏损，大离子亲石元素（Zr）相对富集，表明火山岩成分中加入较多的陆壳成分.这些特征与岩石中含有较高的稀土（ΣREE）和高度富集LREE，贫HREE相吻合.总地看来，区内赋矿火山岩微量元素含量与内蒙兴安－吉黑造山带内形成的玄武岩构造环境可以类比（图7）.

4 塔东铁矿赋矿围岩形成的古构造背景

从火山岩及矿体分布来看，区内赋矿火山岩地层及矿体呈近南北向展布，与佳木斯地块西缘边界一致.岩石普遍发育片麻理，也证实其形成于挤压环境.赋矿围岩建造为中基性火山喷发-陆缘碎屑沉积建造.在磁铁斜长角闪片麻岩中保存着变余层状构造（细纹状构造），表明拉拉沟组上部含矿岩性段的建造具海底中基性火山喷发-火山碎屑交替沉积环境，属于构造活动带.

表3塔东矿区微量元素数据Table3 Data of traceelementsin Tadong orefield

图7 塔东地区微量元素蛛网图Fig.7 The spidergram of trace elements from Tadong areaA—铁矿石（iron ores）；B—赋矿岩石（host rocks）

赋矿岩石地球化学成分特点反映出：①低SiO2、高MgO、富Na2O（偏碱性），火山岩成分点集中分布于造山带（岛弧或活动大陆边缘）；②较高的稀土总量（ΣREE）和LREE高度富集，贫HREE；③亲幔元素（Cr、Ni、Co）相对亏损，大离子亲石元素（Zr）相对富集，显示在火山岩成分中加入较多的陆壳成分.可以理解为拉拉沟岩组火山岩的演化系由造山带钙碱性向大陆内部稳定区碱性过渡.

总之，宏观控制塔东地区火山－沉积变质型铁矿床产出的火山岩带形成于与板块俯冲体系有关的岛弧或活动大陆边缘的构造背景.

［1］李庆武，张斌，张红红，等.塔东铁矿床成矿规律新认识［J］.吉林地质,2010,29（4）:59—61.

［2］韩咏文，马振东，张宏飞，等.地球化学［M］.北京：地质出版社,2003.［3］陈德潜，陈刚.实用稀土元素地球化学［M］.冶金工业出版社,1987.

［4］Robert B,Balz SK,Stephen M,etal.Characterisation of early Archaean chemical sedimentsby trace element signatures［J］.Earth and Planetary Science Letters,2004,222:6—43.

［5］迟清华，鄢明才.应用地球化学元素丰度数据手册［M］.北京：地质出版社,2007.

［6］沈其韩，宋会侠，赵子然，等.山东韩旺新太古代条带状铁矿的稀土和微量元素特征［J］.地球学报,2009,30（6）:693—699.