秦皇岛北吴庄磁铁矿的特征及地质意义

江林波，李 珍，江林林，江林强

(1.核工业261大队，江西鹰潭 334400;2.中国地质大学，湖北武汉 430074;3.东华理工大学，江西抚州 344000; 4.九江学院，江西九江 332000)

柳江盆地自燕山运动以来，岩浆活动剧烈，岩浆岩十分发育，从基性到酸性，从侵入到喷出广见于柳江盆地，且在斑状花岗岩与奥陶系灰岩的接触带上已发现多个磁铁矿、铜铁矿、铅锌矿等矿点，证明该接触带具有形成矽卡岩型多金属矿的有利地质条件。

磁铁矿是种重要的矿物原料，在自然界中分布也非常的广泛，但在不同类型的岩石中以副矿物的形式出现的磁铁矿彼此之间的成分差别各异。可以引导我们认识未知的矿床，这对于矿石的寻找、勘查和评价起到不可忽视的作用。

磁铁矿石是重要的铁矿石之一，自然界的磁铁矿可以广泛地在各种地质条件下形成，不同成因的磁铁石的标型和特征也不尽相同(如沉积变质与岩浆变质成因的争论，沉积—热液，低温热液与沉积变质成因的争论，火山成因与接触交代成因的争论等)(王斌等，2013)。最近几年，稀土元素研究广泛应用于示踪源区、成矿作用以及沉积环境等科研方面，本文利用激光剥蚀电感耦合等离子体质谱技术(LA-ICP-MS)对该区不同铁矿体和不同类型的矿石中磁铁矿单矿物进行了详细的稀土元素分析，为探讨研究区磁铁矿的物质来源、形成环境和富铁矿成因提供信息(李曙光，1982;杨秀清等，2012)。

1 矿床地质特征

秦皇岛北吴庄位于柳江向斜盆地西侧;该矿床同样经历了多期成矿作用，燕山期是本矿床的主要成矿时期(左全狮等，2013)。由于燕山期响山斑状花岗岩的大面积产出，侵入到下奥陶统亮甲山组、中寒武统的碳酸盐地层中，形成了走向大致为NS方向的斑状花岗岩体与碳酸盐接触带(施继锡等，1980)。沿该接触带向南、北两侧都产出了大小不一的多个矽卡岩型铜铁矿、铁矿以及铅锌矿等，主要有花厂峪村铜磁铁矿、花厂峪杨崖沟含铜磁铁矿、山神庙拿子峪铁矿、黑石峪铅锌矿以及温泉堡铅矿等(刘锡文等，1994)。

该区西南部有沉积变质型榆关中型铁矿，西北部有中型庙沟变质岩型铁矿。这两个较大的铁矿在时间上主要受太古代、晚元古代地层控制。庙沟铁矿主要受太古宙迁西群三屯营组控制;榆关铁矿主要受太古宙双山子群次榆山组控制。在空间上该区铁矿均分布在花岗岩体及花岗斑岩体周围，庙沟铁矿分布在响山岩体西北部边缘，榆关铁矿产于兔儿山岩体周围，在东南部的后石湖岩体周围也产出大量的铜、铁等多金属矿床和矿点。

本次研究的是矽卡岩型矿床，矿床的基本特征是:

(1)矿床主要产生于酸性侵入体(花岗岩、花岗闪长岩等)与石灰岩或白云岩的接触地带(该地带通常形成矽卡岩)。这是因为交代作用与围岩的化学活泼性有关，而石灰岩、白云岩等比砂岩、页岩的性质活泼得多。

(2)当含矿挥发气体和热水溶液在高温条件下与石灰岩接触时，发生化学反应，形成有用的矿床。

(3)围岩产生显著的矽卡岩化现象，所以矽卡岩是寻找这类矿床的重要标志。

(4)与此相关的矿产多为金属矿产，如铁、铜、锡、锌、钨、钼、铍等。此外还有水晶、硼矿(李曙光，1982;杨秀清等，2012)。

2 样品采集及分析方法

样品采集于秦皇岛北吴庄柳江向斜盆地西侧的吴庄矽卡岩矿床，共5件，编号WZ代表吴庄，样品为块状构造，采集于岩石新鲜面，没有明显的风化，主要成分由磁铁矿和石英组成，其它矿物成分较少。在挑选单矿物，把挑出来的单矿物固定于贴有双面胶的玻璃板上加PVC环，浇注环氧树脂，待固化后取下磨抛至每个样品露出一个光面。每次测定前，都要对样品靶进行抛光，然后分别用酒精和高纯水冲洗，最后用高纯氩气吹干，以消除磁铁矿氧化和污染对测定的影响。

本实验是在中国地质大学国家重点实验室进行的。采用Geolas 205M 193 nm ArF准分子激光剥蚀系统(德国Microlas公司)与Aglient 7500a ICPQMS(日本Aglient公司)联用的LA-ICP-MS系统。表1列出了激光剥蚀系统和ICP-MS的仪器操作条件。

3 实验与讨论

秦皇岛吴庄5个磁铁矿样品稀土元素分析结果见表2，39号元素Y与重稀土元素Ho离子半径相似，具有相似的地球化学特征(Rollison，2000)。最近，一些学者经常利用REEs和Y研究前寒武纪条带状铁建造(简称BIFs)(Klein，2005;Dessing et al.，2009;Frei et al，2007;Zhang XJ et al，2011)。在下面的讨论中，REEs和Y都是使用太古界后平均澳人利亚沉积岩(Post Archean Australian Shale，简称PAAS)进行标准化(Mclennan，1989)，如图1。

表1 LA-ICP-MS仪器操作条件Table 1 Operating conditions of LA-ICP-MS measurements

图1 磁铁矿PAAS标准化稀土元素配分图Fig.1 PAAS-normalized REEs patterns for magnetites

稀土金属具有的一些特征，它们是性质极相似的地球化学元素组，在地质、地球化学作用过程中作为一个整体而活动;它们的分馏作用能灵敏地反映地质、地球化学过程的性质(良好的示踪剂);稀土元素除受岩浆熔融作用外，其它地质作用基本上不破坏它的整体组成的稳定性(李绍柄，1979);稀土元素非常稳定，一般认为其含量不受成岩作用的影响，因此可代表源区的稀土元素特征。研究区所有样品中磁铁矿稀土元素总量都比较高，呈现轻稀土相对富集，重稀土相对亏损的分馏模式(La/ YbPAAS=11.34～35.02，平均24.75)，具明显的Eu异常，轻微的 Y异常，比较高 Y/Ho(Y/Ho= 19.54～29.79，平均24.12)，大部分样品都有La正异常。具有与其他绿岩带BIFs相似的稀土元素特征(Zhang et al，2011;李志红等，2008，2010;翟明国等，1989)。研究区所有样品中磁铁矿都表现出明显的陆壳特征，La和Y正异常，比较高的Y/Ho比值，轻稀土富集，重稀土亏损(杨秀清等，2012)。现代海水Y/Ho为44～74，球粒陨石平均为28(Bau et al，1996)，碎屑物质(长英质和玄武质地壳)平均为26(Bolhar et al，2005)，研究区样品Y/Ho平均为24.12(变化范围为19.54～29.79)，接近于碎屑物质，表明研究区BIFs继承了地壳碎屑物质特征，沉积过程中有大量陆源碎屑的加入，是一种典型的陆壳沉积岩。

从表2可以得出，该样品中铁的含量较高，其次铜锌的也较高，稀土金属的总的含量不高，但种类较多。矽卡岩型铁矿虽不排除部分矿床的铁来自岩体的围岩，但大多数矿床的铁质是岩浆热液带入的，岩体富钠及钠化蚀变作用有利于铁质进入热液。当岩体侵位于中、浅部位的碳酸岩盐等有利围岩冷凝结晶时，岩浆中的挥发组分开始向岩体的顶部及边部集中，在早期高温阶段(超临界状态)流体通过双交代或渗滤交代作用形成干矽卡岩(Müller et al，2003;Rusk et al，2009)其后因温度降低沿接触带上升的接近临界状态的富铁流体与围岩(包括干矽卡岩)交代形成湿矽卡岩矿物组合及磁铁矿，即铁矿的主要形成阶段;在更晚阶段则形成伴生的赤铁矿、锡石等氧化物及铜、铅、锌的硫化物。因为柳江盆地自燕山运动以来，岩浆活动剧烈，岩浆岩十分发育，从基性到酸性，从侵入到喷出广见于柳江盆地(李曙光，1982)。该区多金属矿在空间上分布明显受区域性断裂或岩浆岩体的控制，该区已知控制多金属矿形成的区域性断裂有青龙-滦县断裂、滦县-卢龙断裂以及抚宁-牛心山断裂等。

结果表明，所有样品中磁铁矿的稀土元素总量与Y具有的特征非常吻合:稀土元素总量较低，Y/ Ho比值较高;呈现重稀土相对富集、轻稀土相对亏损的分馏模式，大部分呈现La正异常，所有样品都有明显的Eu和Y正异常，这些特征表明研究区的磁铁矿成矿物质主要来源于海底高温热液和海水。Tb和Tm同时也表现出某些异常的变化，地幔和下地壳岩石中的稀土元素各元素之间一般比较稳定;因此Tb和Tm等元素在地壳上部或地表的地质作用中，可能会表现出其特有而未被认识和了解的地球化学性质。

表2 磁铁矿分析结果表Table 2 Analytical results of magnetites

4 结论

柳江盆地铁矿床是我国典型的沉积变质铁矿。磁铁矿稀土元素特征表明铁质来源于陆源碎屑物质，铁质形成于还原海水环境;表明富铁矿石磁铁矿具有更明显的热液特征，是在贫铁矿石的基础上受热液活动形成的，这一认识对于分析秦皇岛吴庄磁铁矿的形成及寻找矿源提供了更多信息。

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