海南石碌铁矿碧玉及其对矿床成因的制约*

2014-05-30孙剑朱祥坤李志红陈福雄

岩石学报 2014年5期

孙剑朱祥坤＊＊李志红陈福雄

1.中国地质科学院地质研究所，国土资源部同位素地质重点实验室;大陆构造与动力学国家重点实验室，北京 100037 2.海南矿业股份有限公司，海口 572700

1 引言

海南石碌铁矿床是我国为数不多的大型富铁矿床之一，被誉为亚洲最大的富铁矿(Zhang et al.，2014及其中的参考文献)。自20世纪50年代开展找矿勘查以来，国内许多学者和单位对石碌铁矿的地质、地球化学特征等开展了系列研究(陈国达等，1977;冯建良等，1980;Yu and Lu，1983;王寒竹等，1983，1985;中国科学院华南富铁矿科学研究队，1986;杨开庆等，1988;张仁杰等，1992;侯威等，2007;许德如等，2007，2008，2009，2011;赵劲松等，2008;Xu et al.，2013，2014;Yu et al.，2014)，但仍未对该矿床的形成机制和富集机理取得统一的意见。

中国科学院华南富铁矿科学研究队(1986)曾对石碌铁矿的不同成因观点进行过系统总结，包括:(1)高温热液接触交代说，认为石碌铁矿是矽卡岩型矿床;(2)火山或火山-沉积说，主张成矿物质来源与火山作用有关，包括火山铁浆喷溢沉积说和火山沉积说;(3)沉积变质热液改造说，认为矿床沉积形成之后，经受区域变质作用及大规模岩浆侵入而产生的各种热液影响，改造了矿体面貌，使其具有热液矿床的特点;(4)热卤水成矿说，认为矿床从独立于火山作用之外的渗流热卤水沉积而成;(5)火山沉积-变质说，认为石碌铁矿是个火山热液沉积矿床，但经受了变质作用的改造(中国科学院华南富铁矿科学研究队，1986，及其中的参考文献)。最近，许德如等 (2007，2008，2009，2011)、Xu et al.(2013，2014)通过大量研究，认为石碌铁矿是一个兼具IOCG(热液铁氧化物-铜-金-钴)型矿床和苏必利尔型BIF(条带状铁建造)矿床特点的多成因复杂矿床。

虽然前人采用了各种方法对石碌矿床的矿石和围岩进行了详细研究，从不同的角度为矿床提供了丰富的资料和成因依据(中国科学院华南富铁矿科学研究队，1986;侯威等，2007;许德如等，2009;Xu et al.，2013，2014)。但前人对于石碌铁矿床所发育的特征性组份——碧玉的研究仍然较少，大多学者仅作少量的描述进行报道(冯建良和王静纯，1980;中国科学院华南富铁矿科学研究队，1986)，而对碧玉对石碌矿床成因的指示意义也未得到重视。

近几十年的矿床学研究进展及对现代海底热液喷口的观测使得人们对碧玉这一特殊的硅质岩的成因有了更清楚的认识(华明弟，1984，1985;Hesse，1988，1989;Hekinian et al.，1993;Gutzmer et al.，2001;Grenne and Slack，2002，2003，2005;Little et al.，2004;Slack et al.，2007，2009;孙治雷等，2010)。碧玉是一种含铁的致密块状燧石，由于燧石中发育尘埃状赤铁矿而通常呈红色。碧玉通常与火山岩地质体，如火山成因块状硫化物体系(VMS)、蛇绿岩套相伴生，或发育在前寒武纪条带状铁建造中;它实质上是一种基本未变质(或变质程度很低)的火山-热液成因的Si-Fe化学沉积物，具有重要的成因指示意义。石碌矿区中碧玉的发育暗示了原始石碌铁矿的形成可能与火山-热液活动有关。因此，研究石碌矿床中碧玉的矿相学特征、在矿床中的分布特点、特别是碧玉与巨量铁矿石之间的关系等问题，对解决矿床的成因问题具有重要意义。

由于碧玉组成的特殊性，大的碧玉可以用肉眼直接识别，而微小的碧玉即使在透射光、单偏光反射光、甚至扫描电镜下都不容易识别。但碧玉具有特征的鲜红色的内反射色，与纯净的石英、结晶赤铁矿、磁铁矿等其他矿物的特征明显不同。因此，在反光显微镜下利用正交偏光法可以对碧玉进行很好的识别。

本文对石碌铁矿区不同类型的铁矿石样品进行系统的矿相学研究，重点对肉眼无法识别的微小的碧玉进行了识别和观察。研究结果清楚地显示，碧玉除了在铁矿层的露头中有少量发育，在微观尺度上，微小的碧玉在铁矿石中也普遍发育，说明碧玉是石碌矿床很重要的组成部分。因此，原始的石碌铁矿是一套化学沉积的Si-Fe建造。本文的研究为矿床的火山-热液沉积模式提供了直接有力的证据。

2 矿区地质概况及样品采集

石碌铁矿床位于我国海南省西部昌江县城南侧(图1)。矿区东西长约11km，南北宽约5km，面积约50km2。区域出露的地层主要有长城系抱板群、青白口系石碌群、震旦系石灰顶组以及志留系、石炭系等;侵入岩主要为海西期-印支期花岗岩和燕山期花岗岩，其次为中元古代片麻状花岗岩等。

石碌铁矿的赋矿地层石碌群为一套以(低)绿片岩相变质为主的浅海相和浅海-泻湖相(含铁)火山碎屑沉积岩和碳酸盐岩建造。目前一般认为石碌群的形成时代属于新元古代，相当于青白口纪(张仁杰等，1992;许德如等，2009;Xu et al.，2013)。石碌群自下而上可分为7层。第1层为红柱石绢云母石英片岩、片理化石英岩、含炭质红柱石白云母石英片岩。第2层为蛇纹石化大理岩、镁铁橄榄石大理岩、透辉石透闪石岩化大理岩，夹火山凝灰岩。第3层为石英绢云母片岩，夹千枚岩、石英片岩、红柱石石英绢云母片岩、硅质条带及少量火山岩物质。第4层为石英片岩、石英岩、石英绢云母片岩、千枚岩。第5层为石英绢云母片岩，夹火山凝灰岩及少量硅质岩。第6层是铁-铜-钴等多金属的主要赋矿层位，可分为3段，下段为含铜钴岩性段，以白云质大理岩、透辉石透闪石岩化白云质大理岩、条带状透辉石透闪石岩为主，夹硅质岩、石英绢云母片岩等以及富含铜钴的硫铁矿透镜体;中段是含铁的主要层位，主要为透辉石透闪石岩化白云质大理岩、条带状透辉石透闪石岩、含石榴石透辉石透闪石岩，夹赤铁矿层及少量碧玉、石膏、火山质凝灰岩;上段为白云岩、白云质灰岩、泥岩和炭质白云岩，夹板岩和千枚岩。第7层为变质石英砂岩、含铁石英砂岩夹薄层千枚岩和含锰赤铁铁矿(许德如等，2009)。

矿区出露或已探明的矿体有将近上百个，这些矿体在区域上呈点状分布，以透镜体、似层状赋存在石碌群的第6层位。大多数矿体的规模较小，只有少数规模较大，其中规模最大的是北一矿体，该矿体平均品位TFe为58%，铁、钴、铜的储量占总储量的80%以上。除了北一矿体，其他的矿体主要包括:南六铁矿体、枫树下铁矿体、正美铁矿体等(图1)。大多数铁矿体的含铁矿物以赤铁矿为主，但正美矿体可能是因为受到燕山期花岗岩的改造而以磁铁矿为主。

石碌铁矿的围岩总体上为一套白云岩，靠近铁矿的部分普遍发生了透辉石透闪石化(图2a，b)。透辉石透闪石岩构成了铁矿的顶底板，有时也呈铁矿的夹层出现。铁矿体主要由赤铁矿层(图2c)构成，矿物组成简单，主要由赤铁矿、石英及少量磁铁矿、重晶石、石膏等组成。此外，局部赤铁矿层中发育碧玉透镜体(图2d)及薄层状或细脉状的石膏-硬石膏岩和重晶石岩。铁矿体与围岩通常呈突变关系(图2a)，有时也能观察到硅化围岩、贫铁矿到富铁矿呈渐变过渡。

图1 石碌矿区位置图(a)和石碌铁矿矿区地质图(b，据Xu et al.，2013修改)Fig.1 Location map(a)and geological map(b，modified after Xu et al.，2013)of Shilu Fe ore deposit

图2 石碌铁矿矿区野外露头照片(a)-富铁矿体与二透岩化白云岩(围岩)接触;(b)-白云岩，发生透辉石透闪石岩化;(c)-块状富铁矿石;(d)-含铁碧玉岩，呈团块状发育在富赤铁矿石中Fig.2 Field photographs of Shilu ore deposit(a)-photograph showing clear boundary between high-grade Fe ore and pyroxene-amphibole rock;(b)-dolomite marble with pyroxene-amphibole bands;(c)-high-grade Fe ore;(d)-jaspilite in iron ore

本次研究的矿石和碧玉样品采自石碌矿区的北一矿体、南六矿体以及ZK1101钻孔(图1)等，这些样品囊括了铁矿体从底部到顶部不同位置、不同类型的矿石。由于北一铁矿体是石碌矿区规模最大、矿层出露完整的矿体，因而最具代表性，本文所研究的样品以北一矿体的为主。

3 碧玉和铁矿石的特征及关系

石碌矿床铁矿体的主体部分是铁矿石。根据铁的含量，铁矿石可以大致分为富铁矿石(TFe＞50%)和贫铁矿石(20% ＜TFe＜50%)两类，其中富铁矿石是最主要的矿石类型。贫铁矿石大多发育在富铁矿和围岩接触的部位，规模相对较小。铁矿体中发育有碧玉，虽然规模并不大，但碧玉在矿区中的分布广泛，在北一矿体、南六矿体、石灰顶矿体以及ZK1101等钻孔中均有发现。碧玉通常呈几厘米到几十厘米长的不规则透镜体形式在铁矿层中产出(图2d)，有时可达几米厚，延伸数十米，延伸产状与铁矿层一致。碧玉与铁矿石通常呈截然突变的接触关系，有时也呈渐变的过渡关系。详细的矿相学研究发现铁矿石中普遍发育碧玉，显示两者具有密切的共生关系。

3.1 碧玉岩

在野外露头或手标本上，碧玉岩呈红色、暗红色，随着铁含量的升高而颜色变深;具有致密块状构造，隐晶质结构，具贝壳状断口(图2d)。碧玉岩的蚀变通常沿断面或裂隙发育，断裂面中充填方解石、石英、镜铁矿细脉。有些碧玉岩可能发生了重结晶作用，形成赤铁矿晶体。

典型碧玉的矿相学特征如图3所示。碧玉在镜下的典型特点是具有鲜红色的内反射色，利用正交偏光法可以进行清晰鉴定(图3a)。碧玉岩中大多发育有少量的大小不等、形状不规则、浸染状分布的赤铁矿颗粒(图3a，b)，有时也发育有赤铁矿团块或细脉(图3c，d)。有些碧玉岩沿裂隙充填有浸染状-细脉状赤铁矿集合体及重结晶石英，残留的碧玉形成团块状、不规则边界(图3e，f)。表明这些碧玉岩是原生的岩石，它们发生了一定程度的“活化”作用，使得原有的物质在局部发生了重结晶作用。

3.2 贫铁矿石

贫铁矿石成分结构较为复杂，主要由赤铁矿、磁铁矿组成，其他矿物包括石英、长石、石榴石、方解石、白云石、重晶石等。贫铁矿石往往具有隐晶质、微晶结构，重结晶、交代现象较为普遍;有时呈条带状构造，铁矿和透辉石透闪石(石榴石)岩互呈条带状。有些矿石在手标本上能看到残留的碧玉岩。

贫铁矿石的矿相学特征如图4所示。贫铁矿石中的含铁矿物主要为赤铁矿、磁铁矿，它们往往呈不规则的团块状或细粒浸染状，粒度大小不等，略具定向性排列(图4a-f)。贫铁矿石中发育含量不等的碧玉，呈细粒隐晶质集合体，形状极不规则，多呈锯齿状、港湾状(图4a-d)。石英呈集合体形态发育，颗粒大小不等，具有重结晶现象。矿石中发育石英细脉，脉体中的石英结晶较好，并发育有团块状赤铁矿或磁铁矿集合体(图4e，f)。贫铁矿与碧玉岩相比，显示了更加强烈的变质重结晶作用。

3.3 富铁矿石

富铁矿石主要由赤铁矿、碧玉组成，伴生有少量石英、绢云母、磁铁矿、重晶石、硬石膏等。主要为块状构造，矿物(主要是赤铁矿)结晶程度不一，有的结晶较好，呈片状结构，有的结晶较差，呈微晶、隐晶质结构。

详细的矿相学研究表明，几乎所有的富铁矿石中都发育有微小的碧玉。图5显示了几个典型富铁矿的镜下特征。隐晶质、微晶结构富铁矿石中的赤铁矿呈它形、半自形不规则集合体状，粒度通常＜0.02mm，定向性不明显(图5a-d);碧玉呈浸染状分布在赤铁矿集合体之间，碧玉的粒度大小不等，大多极微小，少量呈细粒状，形状不规则。这些特点表明这类富铁矿石并没有受到明显的变形变质作用。片状、鳞片状结构富铁矿石中的赤铁矿呈自形、半自形，粒度可达0.1～0.3mm，一般定向排列(图5e，f);碧玉、石英或其他矿物呈星点状分布在赤铁矿颗粒边缘之间或包裹着赤铁矿之内，颗粒大小不等，在0.01～0.1mm之间，形状呈豆状、细粒状，沿赤铁矿排列方向略具定向性。表明这类富铁矿石发生了明显的变质重结晶作用。

总结上述现象，可以得出:(1)碧玉在石碌铁矿中普遍发育，是石碌铁矿很重要的组成部分。虽然碧玉在野外露头上出露的规模较小，但细小的碧玉在绝大多数的铁矿石中都广泛发育，并与铁矿石具有密切的共生关系。(2)碧玉在铁矿石中呈透镜体、团块状、豆状或不规则形态，并且沿碧玉边缘或裂隙面发育有重结晶或交代的现象，表明碧玉是早期原生的产物，而不是交代或蚀变作用的产物。(3)大多数赤铁矿趋向于呈不规则集合体形式分布，或者呈半自形、自形颗粒定向排列，具有变质重结晶的特征。

4 讨论

4.1 碧玉的成因指示意义

碧玉(Jasper)是硅质岩的一种。硅质岩在国际上一般称为燧石(Chert)，与粘土岩、碎屑岩、碳酸盐岩等岩石一样，属于沉积岩范畴。它是一种致密的岩石，主要由一种或几种形式的氧化硅(蛋白石、玉髓或微晶质石英)组成。硅质岩具有不同的种类，其成因可细分为:(1)生物或生物化学沉积成因，例如硅藻土、放射虫硅质岩、海绵岩等;(2)化学沉积成因，例如燧石岩、碧玉岩、硅华等;(3)交代作用(硅化作用)成因，例如硅化碳酸盐岩、硅化蒸发岩等(杨建民等，1999;Hesse et al.，1988，1989;樊拥军和王福生，2009)。

碧玉是含铁的燧石，由蛋白石胶体(SiO2·nH2O)和铁的氢氧化物(Fe(OH)3)胶体共同沉淀形成，它们在成岩作用过程中发生脱水形成微晶石英和赤铁矿(Hekinian et al.，1993;Gutzmer et al.，2001)。由于碧玉中含有尘埃状赤铁矿而呈红色，有时也呈黄色、褐色、黑色，铁的含量越高，颜色越深。碧玉是一种未变质或变质程度很低的硅质岩。当发生变质作用时，碧玉中的微晶石英和赤铁矿可发生重结晶形成铁英岩。这一过程中Fe质和Si质发生分离和重结晶，所形成的岩石不再呈现红色。

碧玉实质上是一种化学沉积的Si-Fe建造，其形成与海底火山-热液活动有关。研究表明，层状碧玉岩的发育产出大多与火山岩建造(火山成因块状硫化物VMS矿床、蛇绿岩等)有密切联系(Grenne and Slack，2003，及其中的参考文献)。碧玉也普遍发育在前寒武纪条带状铁建造(BIF)中，而条带状铁建造(BIF)的形成也与海底火山-热液活动有密切联系(Lascelles，2007;Bekker et al.，2010;李延河等，2010)。现代海底热液喷口系统的观测表明，硅(-铁)质沉积与海底热液活动有关，当热液喷口中上升的热液流体与冷的、碱性的、氧化的海水混合时，由于温度、pH等条件的变化，二氧化硅和铁的氢氧化物以胶体形式发生沉淀，这一过程往往还伴随着硫酸盐(如重晶石)的形成。这一过程是个化学沉积过程，所形成碧玉的化学成分以SiO2、Fe2O3为主，Al2O3、TiO2、ZrO 等元素含量很低 (Herzig et al.，1988;Gutzmer et al.，2001及其中的参考文献)。

图4 贫铁矿石的显微照片(a)-贫铁矿石中的碧玉，赤铁矿呈浸染状、集合体状，正交反射光;(b)为(a)的同一样品，反射光;(c)-贫铁矿石中不规则形态的碧玉和石英，石英具有重结晶的特点，碧玉和石英边界发育浸染状赤铁矿，正交反射光;(d)为(c)的同一样品，反射光;(e)-贫铁矿石中发育碧玉、磁铁矿、赤铁矿及石英细脉，磁铁矿和赤铁矿呈不规则集合体状，正交反射光;(f)为(e)的同一样品，反射光.Hem-赤铁矿;Ja-碧玉;Mag-磁铁矿;Qtz-石英Fig.4 Photomicrograph of low-grade Fe ore(a)-jasper in low-grade Fe ore，with disseminated fine hematite，with cross-polarized reflected light;(b)-the same sample as(a)，with reflected light;(c)-jasper and quartz in low-grade Fe ore，with cross-polarized reflected light;(d)-the same sample as(c)，with reflected light;(e)-lowgrade Fe ore cutting by quartz vein，with cross-polarized reflected light;(f)-the same sample as(e)，with reflected light.Hem-hematite;Ja-jasper;Mag-magnetite;Qtz-quartz

自然界中还存在一些类似于碧玉的岩石，如所谓的红色硅质岩石、似碧玉岩、类碧玉岩等，可以由热液交代(硅化)作用形成，但这些岩石的地质产状、结构构造、化学组成等与典型的碧玉不同(闫升好等，2000;薛春纪，1991)。自然界中其他的地质过程是否也能够形成碧玉还有待进一步研究，但是几乎所有发育碧玉的岩层或矿床都在一定程度上被认为与海底火山-热液活动有关。

因此，碧玉具有重要的成因指示意义，指示了与火山-热液活动有关的化学沉积作用。

图5 富铁矿石的显微照片(a)-致密块状富铁矿石，隐晶质结构，发育他形极细粒赤铁矿和碧玉，正交反射光;(b)为(a)的同一样品，反射光;(c)-细鳞片状富铁矿石，赤铁矿呈细粒半自形结构，发育少量细粒碧玉和石英，正交反射光;(d)为(c)的同一样品，反射光;(e)-鳞片状富铁矿石，赤铁矿呈中粗粒半自形-自形鳞片状结构，发育碧玉和石英，正交反射光;(f)为(e)的同一样品，反射光.Hem-赤铁矿;Ja-碧玉;Qtz-石英Fig.5 Photomicrograph of high-grade Fe ore(a)-high-grade Fe ore showing cryptocrystalline texture，with disseminated very fine hematite and jasper，with cross-polarized reflected light;(b)-the same sample as(a)，with reflected light;(c)-high-grade Fe ore with microcrystalline texture，with cross-polarized reflected light;(d)-the same sample as(c)，with reflected light;(e)-high-grade Fe ore with lepidoblastic texture，with cross-polarized reflected light;(f)-the same sample as(e)，with reflected light.Hem-hematite;Ja-jasper;Qtz-quartz

4.2 原始铁矿床的成因制约

石碌原始铁矿主要的成因模式可概况为:(1)矿浆喷溢成因或火山成因;(2)矽卡岩或类矽卡岩成因;(3)热卤水沉积成因;(4)火山(热液)沉积成因(中国科学院华南富铁矿科学研究队，1986，及其中的文献)。不管是哪种成因观点，大多数的学者都不否认石碌铁矿的形成有沉积作用的参与。

大量的资料和研究都表明，石碌矿床中发育有碧玉，这也已被许多学者所报道并得到矿相学和地球化学数据的证实(冯建良和王静纯，1980;中国科学院华南富铁矿科学研究队，1986)。例如，利用正交偏光法观察表明，这些碧玉具有特征的鲜红色的内反射色、并具有隐晶质结构;从主量元素组成来看，石碌铁矿的碧玉岩主要由SiO2和Fe2O3、FeO组成，其他元素的含量都非常低(＜1%)(中国科学院华南富铁矿科学研究队，1986)。此外，石碌矿区中碧玉的岩相学特征也表明，这些碧玉确实是早期原生成因的，不是由后期的交代(硅化)作用所形成。

岩相学和矿相学的研究已表明，碧玉不仅在石碌矿区的野外露头中发育，在微观尺度上，碧玉也在大多数的铁矿石中普遍发育(图4、图5)。因此，不管是宏观尺度上，还是微观尺度上，铁矿石和碧玉都是相互密切联系的共生体。由于碧玉是未变质或变质程度很低的化学沉积物，铁矿中碧玉的普遍发育表明原始的石碌铁矿不可能是矿浆喷溢或者矽卡岩化的产物，而是一套典型的Si-Fe沉积建造。这也与碧玉岩、贫铁矿石、富铁矿石的化学元素特征相符，它们的元素组成都是以SiO2和Fe2O3、FeO为主，只是比例有所不同，而其他元素(Al2O3、TiO2等)的含量都很低(中国科学院华南富铁矿科学研究队，1986;许德如等，2009)，反映了它们是同一成因系列的纯净的化学沉积物。

因此，原始的石碌铁矿应为火山-热液沉积作用的产物。矿床学的研究表明，在火山活动过程中，包括火山喷发的晚期或喷发间歇期，都伴随火山喷气和火山热液活动，这些含矿质的酸性气液，主要成分包括 SiCl4、FeCl3、H2S、SO2、CO2以及各种金属的化合物，它们呈真溶液或胶体溶液，进入水体后会因为物理化学条件的改变而沉淀下来。硅、铁、锰、钴等的易溶化合物也可以被远距离搬运，在适当的条件下发生化学沉淀形成碧玉-赤铁矿(-重晶石)建造(翟裕生等，2011)。

从碧玉和铁(铜)矿关系的角度，石碌铁矿床和其他的火山-热液沉积类型的矿床也具有很好的对比性。例如，甘肃的镜铁山铁铜矿床(薛春纪等，1997;刘华山等，1998)、新疆西天山的莫托萨拉和式可布台铁矿床(华明弟，1984，1985)。这些矿床的铁(铜)矿都与碧玉具有密切的联系，它们的形成大都被认为是与火山-热液活动有关。石碌矿床本质上也可以算是一种前寒武纪条带状铁建造(BIF)，它们都属于一种化学沉积的Si-Fe建造，并且在成因上也与火山-热液活动有关(Lascelles，2007;Bekker et al.，2010;李延河等，2010)。

石碌矿床的火山-热液沉积成因模式也可以很好地解释石碌矿区中许多特殊的地质现象。例如，矿体为透镜体形态，呈点型分布，延伸不长，而不是呈连续的层状分布，并且不同矿体的大小差别很大，这可能与火山-热液喷口的大小和分布有关。铁矿体中发育碧玉、重晶石、石膏，它们是火山-热液沉积的标志性沉积物。矿石的S、O同位素显示出岩浆来源和陆源相混合的特点。在矿区的周围，赋矿地层岩系中发育有富钾流纹质熔结凝灰岩等火山岩(王寒竹，1983;中国科学院华南富铁矿科学研究队，1986)，表明火山活动确实存在。

虽然石碌矿床的矿体与围岩受到了矽卡岩化作用，例如围岩白云岩普遍发生了强烈透辉石透闪石岩化，但是铁矿石的矽卡岩化作用只在局部位置发育，只有部分矿体边部的贫铁矿石中发育有石榴石、透辉石、透闪石等高温热液蚀变矿物，而大多数的富铁矿石中并没有这种蚀变现象。所以石碌矿床只是受到矽卡岩化作用的影响，但并不是矽卡岩成因的矿床。有学者观察到矿石中磁铁矿被赤铁矿交代的现象(Xu et al.，2013，2014)，石碌铁矿中的磁铁矿可能与后期热液活动有关，矿体边部的贫铁矿石或受花岗岩强烈影响的铁矿石(正美地区)中就明显发育更多的磁铁矿。因此，磁铁矿的成因及和赤铁矿的关系问题需要更进一步的研究。

4.3 富铁矿的形成机制探讨

另一个与矿床成因密切相关的重要问题是富铁矿的形成机制。铁矿的主体是一套以赤铁矿为主的富铁矿石，并且大多具有鳞片变晶结构，显示出多期改造叠加的特点(许德如等，2009)。这套富铁矿的铁是原始沉积形成的，还是后期改造使贫铁矿发生铁的富集形成的?

前人的研究多认为，构造变形过程中所引起的去硅作用可能是铁矿富集的一种重要因素(杨开庆等，1988;侯威等，2007;许德如等，2009)。在韧性剪切作用过程中，成矿物质呈塑性流动，因压溶而发生去硅作用，使贫铁矿变成富铁矿。因为铁矿体的发育在一定程度上受构造控制，主要分布在褶皱的转折端部位;并且塑性流动越发育，铁矿的富集加厚就越显著。如前所述，碧玉的普遍存在表明石碌铁矿在受变质-变形改造前是一套化学沉积的Si-Fe建造。这为富铁矿成因的构造去硅机制提供了必要的物质基础。

诚然，对于Si-Fe建造而言，如果构造过程中发生去硅作用则会导致Fe的富集。但另一方面，化学沉积作用也可以直接形成富铁矿。在Si-Fe质的沉积过程中，Fe和Si的比例不同，形成的铁矿石或碧玉(硅质岩)的Fe含量也不同。当Fe的沉淀占主导时，就形成Fe含量很高的铁矿石。事实上，自然界中的沉积作用本身就可以直接形成富铁矿。例如，在新疆西天山的莫托萨拉和式可布台铁矿区，就发育有典型的未受明显变质变形的沉积富铁矿石，全铁(TFe)含量可达67%(华明弟，1985;袁涛，2003)。石碌矿区中碧玉的普遍发育表明石碌铁矿的变质作用程度并不高，还不足以使矿区中的碧玉发生彻底的变质。矿区中也发育有基本没有受到构造变形的含碧玉的致密块状隐晶质富铁矿石(图5a-b)，Fe含量高达66%(本文未发表数据)。所以石碌铁矿的富铁矿也可能没有发生去硅作用而由沉积作用直接形成。

综上所述，原始的石碌铁矿为一套Si-Fe沉积建造，而富铁矿的富集机制:是否发生了去硅作用，还是直接由沉积作用形成?仍然需要进一步的研究。

5 结论

通过对石碌铁矿碧玉和铁矿石岩相学和矿相学的研究，发现贫铁矿石和富铁矿石中均发育有碧玉，表明碧玉是石碌铁矿的重要组成部分，并和铁矿石具有密切的成因联系。由于碧玉是与火山-热液活动有关的化学沉积物。因此，原始的石碌铁矿不可能为矿浆喷溢成因或矽卡岩作用成因，而是一套化学沉积的Si-Fe建造，是火山-热液沉积作用的产物。石碌矿区中的富铁矿可以通过构造去硅作用形成，但也可以由沉积作用直接形成，它的富集机制仍然需要进一步研究。

致谢参与野外工作的还有中国地质科学院地质研究所的郭跃玲老师、王世霞博士;野外工作中还得到了中国科学院广州地球化学研究所的许德如研究员、海南矿业股份有限公司的王永辉科长及其他领导和员工的帮助和支持;两位审稿专家及张招崇教授对本文的修改提出了宝贵的意见和建议;在此一并表示诚挚的感谢。

Bekker A，Slack JF，Planavsky N，Krapež B，Hofmann A，Konhauser KO and Rouxel OJ.2010.Iron formation:The sedimentary product of a complex interplay among mantle， tectonic， oceanic， and biospheric processes.Economic Geology，105(3):467-508

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