河南省安林矽卡岩型铁矿的成岩时代和成矿物质来源探讨*

陈艳 张招崇 朱江

中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室，北京 100083

1 引言

中生代华北克拉通的大规模岩石圈减薄作用(Menzies et al.，1993)导致了强烈的构造-岩浆活动和大规模成矿作用，形成了一系列金属矿产，包括 Fe、Cu、Au、Ag、Pb、Zn 和 Mo等。大量的研究表明(邓晋福等，1999;邓晋福和吴宗絮，2001;吴福元等，2003;张旗，2009)，华北克拉通内部的一系列矽卡岩型铁矿床和矿集区也与这一深部地球动力学背景有关，包括邯郸-邢台矿集区、临汾矿集区以及安阳-林县矿集区(图1)。这些矽卡岩型铁矿的一个共同特点是闪长质岩石侵入到中奥陶统灰岩之中，在其接触带形成矽卡岩和富铁矿石，这一类矿床在中国被称为邯郸-邢台式铁矿。对这类铁矿的成因认识主要包括接触交代成因(沈保丰等，1981;Zhao et al.，1984;蔡本俊等，1987;许晓峰，1987;赵一鸣，1990)，即矿体是岩浆期后高温气液与围岩相互作用下，以交代的方式生成;其次是岩浆贯入充填成因和火山沉积同生成因(孙忠和，1980)。对于铁质的来源，有人认为其来自于岩浆系统(沈保丰等，1981;Zhao et al.，1984)，也有人认为其来自于基底中的硅铁石英岩(真元庆和马丽华，1982)。但是，这些结论主要是通过对邯郸-邢台地区的矽卡岩型铁矿研究得出的，而迄今为止对位于华北克拉通其他地区的矽卡岩型铁矿尚无系统深入的研究，所以相关结论是否也适用于其他矿集区的铁矿尚需进一步检验。

位于华北克拉通中南部的安阳-林县矿集区是一典型的邯邢式矽卡岩型铁矿，本文拟通过对安林地区闪长岩体LAICPMS年代学以及矿区内矿石、侵入岩、碳酸盐围岩和矽卡岩的主量元素与微量元素地球化学研究，约束含矿岩体的形成和演化过程，进而探讨岩浆的形成和演化与安林铁矿的成矿物质来源和成矿流体形成的关系，为邯邢式矽卡岩型铁矿的成因提供重要依据。

图1 华北地体大地构造与矽卡岩铁矿分布图(据Zhai and Santosh，2013修改)Fig.1 Simplified tectonic map showing the occurrences of the major ore skarn deposits in the North China Craton(modified after Zhai and Santosh，2013)

2 区域地质概况

河南省安林铁矿位于华北地体中东部，隶属于太行山复式背斜东翼南段(图1)。区内地层出露少量前寒武纪登封群变质岩基底，主体是由一套经受中等程度区域变质作用形成的混合杂岩类组成。向上为前寒武纪云梦山、百草坪、北大尖组碎屑岩沉积。区内广泛岀露不整合于前寒武系之上的寒武纪馒头组、张夏组、固山组、炒米店组以及寒武-奥陶纪三山子组、奥陶纪马家沟组碳酸盐岩建造，另外还有少量晚古生代和中生代、新生代地层(洪国良和伦志强，1989)(图2)。与铁矿成矿关系密切的为中奥陶统马家沟组(O2)。马家沟组属台地碳酸盐岩建造，与下伏地层三山子组呈平行不整合接触，顶部被石炭系本溪组平行不整合覆盖。自下而上分7个岩性段(O21-O2

7)。总体岩性以灰岩和白云岩互层为特征，泥质与白云质含量向上逐渐减少，顶部往往发育较纯的灰岩。地层产状平缓，地层厚度约为470～640m。铁矿体主要产于O23、O25段中(韩昭，2011)。除碳酸盐岩和泥质岩石外，该组地层中还有多层蒸发岩，组成厚度不等的韵律层，但主要集中分布在O22、O24、O27三个层带内，总厚度从几十到百余米不等(蔡本俊等，1987)。

图2 安林地区地质构造略图(据王喜亮等，2010修改)Fig.2 The regional geological map of the Anlin area showing the occurrence of skarn-type mineralization(after Wang et al.，2010)

安林地区内岩浆岩种类繁多，成分复杂，主要呈北北东向分布，自东南向西北雁行状排列(图2)。区内超基性岩、中性岩、碱性岩等都有分布，其中以中性岩出露最广，碱性岩次之，而超基性岩在地表未出露。据钻孔资料，杨家庄、上庄、西贤城、安河、石家壑和黑石脑等地均有超基性岩隐伏岩体分布。与安林铁矿有密切成因联系的侵入岩以闪长岩类为主，岩石类型主要为闪长岩、闪长玢岩、角闪闪长岩、黑云母闪长岩、石英闪长岩、花岗闪长岩和正长闪长岩等，属燕山晚期产物。闪长岩、闪长玢岩和角闪闪长岩为早期第一次侵入，石英闪长玢岩为第二次侵入;正长闪长岩和碱性花岗闪长(玢)岩则为晚期侵入。闪长岩类在地表出露形态多样，大小不一，较大型的岩体分布于东冶、泉门和杨家庄等地区(图2)。按岩石类型及空间分布可主要分为2个岩带:东部李珍-泉门-杨家庄一带以闪长岩和闪长玢岩为主，伴有角闪闪长岩。西部东冶-栗家沟-东街一带，以角闪闪长岩为主，闪长岩次之。

3 矿床地质

安林矿集区共发现矿床(点)50余处，矿床(点)分布与岩体分布相一致，可分为东西两个矿带。东矿带由李珍、泉门、下庄和杨家庄矿田组成，西矿带由东冶、石村-栗家沟、晋家庄和东街矿田组成(图2)。东西矿带在矽卡岩、矿体特征(规模大小与赋存形态)以及围岩蚀变、原岩特征等方面有所区别。东矿带以李珍矿田为代表(图3a)，铁矿床主要赋存于接触带的中奥陶统马家沟组含镁质碳酸盐岩地层中，由于底部闪长玢岩的侵入，其围岩蚀变较强。西矿带以东冶矿田为代表，以大量闪长岩和角闪闪长岩的发育为主要特征，其铁矿体赋存于闪长岩和灰岩接触带(图3b)，矿化呈断续带状分布。东西带矿体因接触带的形态规模不同而各异，有似层状、叉状、囊状和楔状，规模大小悬殊，矿石量从10×104t到2000×104t不等(吴进甫和吴娜，2004;欧阳黎明，2012)。区内矿石以自形、半自形粒状结构为主，还可见环带状和边缘结构。构造上以块状、浸染状、条带状为主，次有角砾状构造矿石。矿石类型按成因可分为矽卡岩型和大理岩型。前者为交代矽卡岩所形成，主要矿物有次透辉石、透闪石、绿帘石，少量钙铁榴石、方解石、黄铁矿等(图4a);后者为交代大理岩所形成或充填于大理岩层间裂隙中，矿物以磁铁矿、方解石为主，少量透闪石、绿泥石等。全区矿石Fe2O3T含量约为41.44%，S为1.01%，P为0.037%，属于中等品位高S低P易冶矿石(洪国良和伦志强，1989)。

图3 安林地区铁矿野外照片(a)-李珍矿田某一开采场;(b)-东冶矿田接触带的岩体、矿体与围岩;(c)-李珍矿田闪长玢岩与绿泥石化矽卡岩接触带;(d)-大理岩和矿石截然接触Fig.3 Field photographs of Anlin deposit(a)-a mining field of LZ deposit;(b)-the contact zone between pluton and county rock;(c)-the sharp contact between pluton and chloritization skarn;(d)-the sharp contact between ore and country rock in a hand specimen

区内围岩蚀变种类繁多，最为重要的是矽卡岩化和钠长石化，其次有绿泥石化、绿帘石化、碳酸盐化和大理岩化等。矽卡岩化主要发生在闪长岩体与碳酸盐岩的接触带(图3c)。矽卡岩的矿物种类主要有透辉石、石榴子石、绿帘石、阳起石、蛇纹石、绿泥石、石英、方解石等，金属矿物有磁铁矿、赤铁矿和很少量的磁黄铁矿、黄铜矿等(图4b)。其按组成矿物特征可分为镁矽卡岩和钙矽卡岩两种，前者与矿体关系犹为密切，常发育在矿层之下，是主要的赋矿矽卡岩;后者则铁矿化微弱，一般不具工业价值。钠长石化主要发生在闪长岩体中，是一种弥漫型蚀变(冯钟燕，1997)，在近矿岩体的边部和顶部最为显著。闪长岩体内的主要蚀变矿物有钠长石、次透辉石、方柱石、绿帘石、绿泥石和方解石等(图4c)。钠长石化早于矽卡岩化发生，岩石中暗色矿物角闪石被透辉石交代，斜长石和钾长石被钠长石交代，黑云母和磁铁矿的大量消失，从而形成颜色明显变浅的钠质交代岩。成矿中后期的蚀变作用则以绿帘石化、绿泥石化、碳酸盐化和黄铁矿化为主，蚀变矿物以绿帘石、阳起石、绿泥石、蛇纹石、黄铁矿等含水和富挥发分的退化交代矿物为主(图4d，e)。其是矽卡岩期后的酸性淋滤和沉淀阶段，为主要的成矿阶段。

本次研究对其中的李珍、东冶与杨家庄三个矿田开展了研究，其矿床地质特征简述如下:

李珍矿田:分布于东矿带北部，矿体与闪长玢岩密切相关，主要的矿化带隐伏在地表以下20～50m的接触带中(图3a)。矿体多呈透镜状及似层状产于闪长玢岩与碳酸盐岩的外接触带，但在远离接触带的大理岩中也有分布，此时矿体与大理岩接触界线截然(图3d)。围岩蚀变主要有矽卡岩化、钠长石化、大理岩化、碳酸盐岩化及绿泥石化等。李珍矿田规模较大，约有矿体80余个，长约250～350m，最长约710m，最大厚度约19m，Fe2O3T平均品位为38.8%，探明储量C+D级1993×104t，属中型铁矿床(洪国良和伦志强，1989)。

东冶矿田:分布于西矿带北端，呈北北东向延伸。矿床受龙池沟小向斜控制，产状与小向斜基本一致。矿化呈断续带状分布，分东西两带。已探明矿体53个，主要赋存于闪长岩和灰岩接触带上，形态近似层状，局部为透镜状或扁豆状，长度最大达380m以上，延伸20～180m，厚0.51～42.74m。围岩蚀变遍及全区，区内灰岩普遍大理岩化，局部矽卡岩化、绿泥石化、绢云母化、蛇纹石化、高岭土化。Fe2O3T品位为36.83% ～50.9%，探明储量B+C+D级770.9×104t，属中型铁矿床(洪国良和伦志强，1989)。

杨家庄矿田:位于东矿带南部，已探明的主要矿体有双石脑矿体、吴家井矿体、贡西岭矿体和上台矿体等4个。矿体主要产于闪长岩和大理岩接触带，呈似层状、透镜状、狭长带状和不规则状产出，长100～450m，宽30～140m，厚1～30m，埋深0～100m。围岩蚀变主要有矽卡岩化、钠长石化、大理岩化、碳酸盐岩化及绿泥石化等。Fe2O3T平均品位为37.6%，探明表内储量C+D级613.3×104t，属小型铁矿床(洪国良和伦志强，1989)。

图4 安林地区典型蚀变岩石的显微照片(a)-矿石照片，磁铁矿交代透辉石、钾长石;(b)-典型透辉石矽卡岩照片;(c)-钠长石化闪长岩照片;(d)-透辉石先交代角闪石，后二者又分别被绿帘石和绿泥石交代;(e)-绿泥石化透辉石;(f)-透辉石交代角闪石.Ab-钠长石;(a-d)-正交偏光;(e、f)-单偏光.Chl-绿泥石;Cbn-碳酸盐矿物;Di-次透辉石;Ep-绿帘石;Hbl-角闪石;Kfs-钾长石;Mt-磁铁矿;Qz-石英Fig.4 Photomicrographs of the representative rocks from Anlin deposit

4 分析方法

锆石按常规方法分选，并在双目镜下挑选无裂隙、无包体、干净透明的自形颗粒，将其与一片RSES参考样SL13及数粒标准锆石TEMORA(年龄417Ma)置于环氧树脂中固定、抛光，使锆石内部暴露，再镀上黄金膜。然后进行反射光和透射光照相，并用阴极发光扫描电镜进行图像分析，检查锆石内部结构。锆石U-Pb定年测试分析在中国地质科学院矿产资源研究所MC-ICP-MS实验室完成，锆石定年分析所用仪器为 Finnigan Neptune型 MC-ICP-MS及与之配套的Newwave UP 213激光剥蚀系统。具体的分析流程和原理参考Campston et al.(1984)和Williams(1992)。激光剥蚀所用斑束直径为25μm，频率为10Hz，能量密度约为2.5J/cm2，以He为载气。数据分析前用锆石GJ-1进行仪器调试，使之达到最优状态。测试过程中在每测定10个样品前后重复测定两个锆石GJ1(607Ma)和锆石Plesovice(337Ma)。数据处理采用ICPMSDataCal程序(Liu et al.，2009)，锆石年龄计算及谐和图绘制采用Isoplot 3.0程序。详细实验测试过程可参见侯可军等(2009)。

全岩地球化学分析先经岩相学观察与鉴定，以选出具代表性的样品，然后对样品进行破碎、研磨至200目以上。主量元素与微量元素(含稀土元素)分析在北京大学造山带与地壳演化教育部重点实验室完成。主量元素用玻璃熔片大型X射线荧光光谱法(XRF)分析，测试精度优于2% ～5%。微量元素采用PE Elan 6000DRC型ICP-MS测定，对USGS国际标准样品(BHVO-2，AGV-1，BCR-2)的测定结果表明，样品测定值和推荐值的相对误差介于5%～10%。

5 分析结果

5.1 锆石U-Pb年龄

本文选择了安林地区李珍矿田的闪长玢岩(LZ-3)，开展了LA-ICPMS锆石U-Pb年龄测定。锆石的U-Pb同位素分析结果列于表1。阴极发光图像显示其具有很好的岩浆振荡环带结构(图5)，锆石多呈长柱状，颗粒较大，约150～250μm。锆石的 U、Th含量分别为 24.69×10－6～266.1×10－6和9.14×10－6～170.3 ×10－6，相应的 Th/U 比值为 0.20 ～1.23(表1)，与典型的岩浆锆石一致(Corfu et al.，2003)。测年结果显示17个分析点的206Pb/238U年龄为121.2～126.1Ma，变化范围很小，在谐和曲线图上数据点成群分布(图6)，得出了 123.38 ±0.81Ma(n=17，MSWD=0.87)的206Pb/238U年龄加权平均值，代表了该岩体的形成时代。三个捕掳锆石的年龄分别为2543±3.6Ma，2728±3.7Ma和2566±4.3Ma，说明安林地区存在新太古代晚期-古元古代早期的基底。

表1 安林地区闪长玢岩的LA-ICPMS锆石U-Pb定年结果Table 1 Conventional U-Pb age data on zircons in diorite porphyrite from Anlin deposit

图5 安林闪长玢岩代表性锆石的背散射电子图像Fig.5 BSE imaging of the representative analyzed zircons from the Anlin diorites

图6 安林闪长玢岩中锆石LA-ICPMS U-Pb年龄谐和图解Fig.6 LA-ICPMS U-Pb zircon concordia diagrams for Anlin diorite sample

5.2 全岩地球化学

采自安林地区李珍、东冶和杨家庄矿田的闪长岩体、矿石、矽卡岩和碳酸盐围岩的主量分析结果见表2。安林闪长岩与同类岩石相比SiO2含量较低，为51.79% ～65.47%，MgO含量变化范围较大，为1.38% ～7.15%，Mg值 (Mg#=100×Mg2+/(Mg2++TFe2+))为 39.9～69.7，平均 55.8，Al2O3含量为 14.23% ～17.49%，Fe2O3T含量为1.98%～9.99%。岩体碱质(K2O+Na2O)很高，为5.84% ～9.89%，尤其是Na2O含量高(3.47% ～9.30%)，K2O/Na2O=0.05～0.68。在SiO2-AR图解中(图7a)，样品位于钙碱性区与碱性区的交界，多数落入钙碱性岩石区域内。样品铝饱和指数A/CNK介于1.08～1.43之间，在A/CNK-A/NK图解中显示为过铝质岩石(图7b)。以上主量元素分析结果表明，安林地区闪长岩具低硅、高镁、富铝和富碱(以钠为主)的特征。在氧化物与SiO2的哈克图解中，闪长岩样品的主量元素Fe2O3T、CaO、MgO和TiO2随着SiO2的升高呈线性降低的变化趋势(图8a，c-e)，Al2O3则随SiO2升高而增高(图8b)。

表2 安林地区闪长岩体与代表性岩石主量元素测试结果(wt%)Table 2 Major oxide content of the representative rocks from Anlin deposit(wt%)

图7 安林闪长岩的SiO2-AR图解(a)与A/CNK-A/NK图解(b)(据Maniar and Piccoli，1989)Fig.7 SiO2-AR diagram(a)and A/CNK-A/NK diagram(b)of the diorites from Anlin deposit(after Maniar and Piccoli，1989)

图8 安林地区闪长岩与辉长岩的Harker图解辉长岩数据来自Wang et al.(2006)Fig.8 Harker variation diagrams of the diorites from Anlin depositThe data for gabbros are from Wang et al.(2006)

安林地区矿石全铁Fe2O3T含量高，介于39.17% ～81.69%，平均64.60%，SiO2含量为7.10% ～33.75%，MgO=2.57% ～14.29%，CaO=1.84% ～11.04%，全铁含量随着SiO2、CaO、MgO含量的升高而降低。矽卡岩 SiO2、CaO和MgO组分含量较高，分别为43.89%、24.99%、12.29%。碳酸盐围岩含有较高的 CaO(32.66% ～53.92%)和 MgO(1.24%～10.92%)，其余组分含量均较低。相对于新鲜灰岩和大理岩，靠近矿体一侧的蚀变大理岩具有明显偏高的含量Fe2O3T值(7.54% ～15.17%)。安林矿床矿石和闪长岩体的稀土元素和微量元素含量及相关参数列于表3，从中可以看出，矿石和岩体的稀土总量分别为2.72×10－6～14.76×10－6和72.30×10－6～142.7×10－6，矿石的稀土总量明显低于闪长岩体。矿石和岩体的球粒陨石标准化配分曲线相似，均表现为右倾的LREE富集型，其(La/Yb)N比值分别为3.25～13.94和7.1～11.45(图9a)。矿石δEu值为0.61～2.00，多数样品显示出Eu弱正异常到正异常。闪长岩的δEu值为0.91～1.28，多数样品显示出微弱Eu正异常或无异常。矿石的δCe值为0.70～0.93，平均0.80，为弱负异常，与区内岩浆岩 δCe(0.91～0.96，平均0.94)值基本一致。在微量元素原始地幔标准化图解上，岩体显示出富集Ba、Sr和La等大离子亲石元素(LILEs)，而强烈亏损Ti、Nb、Ta和P等高场强元素(HFSEs)。在微量元素与SiO2的哈克图解中，闪长岩样品的V、Co和Cr均随着SiO2含量的增大而降低(图8f-h)。

表3 安林地区闪长质岩体和矿石的稀土元素组成(×10－6)及相关地球化学参数Table 3 Trace and rare earth element data of diorites and ores(×10－6)from Anlin deposits

图9 安林闪长岩和矿石的稀土元素球粒陨石标准化配分曲线图(a)和闪长岩微量元素原始地幔标准化配分曲线图(b)(标准化值据Sun and McDonough，1989)Fig.9 Chondrite-normalized REE patterns(a)and primitive mantle-normalized spider grams(b)of the diorites from Anlin deposit(normalization values after Sun and McDonough，1989)

6 讨论

6.1 岩体成因探讨

自二十世纪后半叶邯邢式铁矿陆续发现以来，与这类矿产密切相关的太行山南段中生代闪长质岩石的成因研究一直是国内地质学者们研究的热点问题(Chen et al.，2004;Wang et al.，2006)。尽管开展了大量的研究，但是对其岩石成因仍存在很大争议，归纳起来主要有三种观点:1)认为是年轻的底侵基性下地壳部分熔融的产物(张旗等，2001);2)富集岩石圈地幔部分熔融的产物(董建华等，2003);3)起源于富集型的岩石圈地幔(许文良等，1993)，并受到了陆壳物质的混染(Chen et al.，2004)。

安林闪长岩体具有较低的SiO2(51.79% ～64.72%)和较高的Mg值(Mg#平均55.8，见表2)。近年来的实验岩石学结果表明，在高温条件下(～1100℃)由下部陆壳变玄武质岩石脱水部分熔融形成的中酸性熔体多具有较高SiO2，且不管部分熔融程度如何，熔体均以低Mg为特征(Mg#＜42)(Rapp and Watson，1995)。故从安林闪长质岩石的低SiO2和较高Mg值特点可以排除其由单一深部陆壳物质熔融形成的可能性。但是，从安林闪长岩相对偏低的87Sr/86Sr初始比值、明显偏低的εNd(t)值和较低的206Pb/204Pb初始比值(彭头平等，2004;Chen et al.，2004;Wang et al.，2006;许文良等，2009)及其亏损高场强元素(如 Nb、Ta、Ti、P，图 9b)的特征来看，其具有明显的华北克拉通下部陆壳物质的地球化学印记(Gao et al.，1998)，说明安林闪长质岩浆形成过程中有陆壳物质的涉入，这也得到了其岩体中大量存在的新太古代和古元古代继承或捕获锆石的支持。然而，自20世纪90年代初以来，在邯邢地区符山早白垩世闪长质岩石中发现了丰富的橄榄岩包体(黄福生和薛绥洲，1990;Xu and Lin，1991;许文良等，1993)。这些幔源橄榄包体的发现，说明该类闪长质岩浆的形成必然经历了地幔过程。安林闪长岩低SiO2、高Mg、富Na，相对富集Ba、Sr和LREE大离子亲石元素(图9b)的特征也证明了岩浆起源于上地幔的认识。另一方面，负的εNd(t)值(彭头平等，2004)以及原始地幔标准化图解上明显的Nb、Ta和Ti的负异常说明其起源于岩石圈地幔，而非软流圈地幔，因此我们可以初步得出结论，安林地区岩浆源区为岩石圈地幔，但有下地壳物质的混入。

通过对比发现，安林闪长质岩石与南太行地区同期辉长质岩石(董建华等，2003)具有相似的稀土元素和微量元素特征(都富集LILE和LREE，亏损HFSE，含较高的Ba、Sr)及近一致的Sr-Nd同位素组成(彭头平等，2004)，反映这两套岩石可能有相似的成因。Wang et al.(2006)通过对安林东冶矿区与闪长岩体相伴产出的辉长岩的研究发现，辉长岩与闪长岩有着完全一致的SHRIMP锆石U-Pb年龄和元素-同位素地球化学特征，暗示了它们可能是同源岩浆演化的关系。在主量元素Harker图解中(图8)，安林闪长岩和辉长岩的化学成分基本上构成大致的线性演化关系，也支持它们可能是同源岩浆演化关系的结论。此外，Harker图解上显示安林闪长岩的主量元素(MgO、TFe2O3、CaO、TiO2)及相容元素(如Cr、Co、V)随岩浆演化而呈线性降低的变化趋势，反映了岩浆演化过程中铁镁质矿物的分离结晶起主要作用;Al2O3含量随SiO2升高而显著升高则与大量贫铝矿物的晶出及长石未能大量晶出有关。这些特征都一致地暗示安林闪长岩可能是起源于地幔的辉长质岩浆通过分离结晶作用形成的，但是分离结晶过程中也伴随着地壳的同化混染作用(大量捕获锆石的存在)。

本次研究获得的与安林铁矿有关的李珍矿田闪长玢岩的锆石LA-ICPMS U-Pb谐和加权平均年龄为123.38±0.81Ma，与南太行山燕山期闪长质岩体形成的高峰期一致，比山东莱芜铁铜沟辉长岩、闪长岩和金岭闪长岩131～134Ma的锆石 U-Pb年龄略晚(杨承海等，2005)，表明南太行山地区有着与华北克拉通东部地区一致的岩浆作用形成时代。结合邯邢地区岩石与山东济南辉长岩有相似的元素-同位素地球化学组成(Chen et al.，2003;Zhang et al.，2004)，说明南太行山地区早白垩世时可能具有与华北克拉通东部统一的构造环境和地球动力学背景，即处于强烈的岩石圈伸展减薄构造环境，在这种伸展构造背景下，软流圈地幔上涌导致富集的岩石圈地幔发生部分熔融形成原始的辉长质岩浆，其在上升过程中或岩浆房中发生了以铁镁矿物为主的分离结晶作用，同时受到下地壳物质的混染。

图10 闪长岩、蚀变闪长岩、矿石、矽卡岩和碳酸盐围岩的主要成分含量变化图平均值计算自表2Fig.10 Variation diagrams of average major oxide content in diorite，altered diorite(subjected to different degrees of albitization)，ore，skarn，and carbonate rockThe averages are calculated from Table 2

6.2 成矿物质来源探讨

铁质的来源及其迁移富集机理是目前矽卡岩型铁矿研究最核心的问题之一。一般认为其铁质主要有三种可能来源:接触带附近已经固结的侵入体、深部岩浆源和沉积围岩。本文从主要岩石稀土元素地球化学和钠交代作用出发，探讨安林矽卡岩型铁矿的成矿物质来源问题。

6.2.1 矿石和岩体的稀土元素地球化学

安林地区矿石和闪长岩体的稀土元素数据显示矿石的稀土总量明显低于闪长岩体(表3)，这是由于矿石的主要矿物为磁铁矿，而磁铁矿的稀土含量较低引起的。安林铁矿闪长岩岩体的δEu值为0.91～1.28，多数样品显示出微弱Eu正异常或无异常，表明岩浆演化过程中没有重要的斜长石的分离结晶作用。矿石的δEu值为0.61～2.00，多数样品也显示出Eu弱正异常到正异常。Flynn and Burnham(1978)的实验证明，一般在高压下分异的酸性岩浆热液流体Eu呈负异常，而在低压下分异的岩浆热液流体Eu趋向于正异常。安林铁矿矿石的Eu异常特征表明多数样品形成于系统晚期压力较小的环境中。另一方面，石榴子石等Eu亏损的矿物不断从流体中结晶沉淀，也导致残余热液铕异常值逐渐升高。铁矿石的δCe值为0.70～0.93，平均0.80，为弱负异常，与区内岩浆岩δCe(0.91～0.96，平均0.94)值基本一致，反映了铁矿石的Ce异常继承了岩浆岩的Ce异常特征，说明成矿与岩浆作用相关。标准化配分曲线显示矿石和岩体的稀土元素配分曲线均为右倾型(图9a)，二者大致平行，也反映了铁质可能主要来源于岩体。

6.2.2 钠质交代作用与铁质的转移

与世界上其它矽卡岩型铁矿类似(Meinert，1992;Meinert et al.，2005)，安林地区与成矿最为密切闪长岩、闪长玢岩和角闪闪长岩属于正常的碱性-钙碱性系列，过铝质，并以高Na和K为特征(表2)。碱质对矽卡岩型铁矿化具有重要意义，碱金属离子不仅是铁络合物的重要组成物质，研究还表明盐水溶液对铁质的溶解量比纯水高几十倍(Ellis，1968)，所以盐类是从硅酸盐中置换铁质的良好助熔剂和矿化剂(Eugster，1986;Kwak et al.，1986;蔡本俊，1980)。在碱交代过程中，大量铁质从闪长岩中被活化析出，Na2O/K2O被带入，它是矽卡岩型铁矿成矿中铁质的重要来源之一(赵一鸣，1990)。

安林地区碱质交代发育普遍强烈，以钠长石化为主，新鲜闪长岩与蚀变闪长岩之间的主量元素变化清楚地显示了该过程。以东冶矿田为例，统计自丁俊德(1986)，欧阳黎明(2012)及本文的数据表明，相对于新鲜闪长岩，钠化闪长岩Fe、K和Mg含量明显降低，Na和Si含量增加，表明随着闪长岩的钠化，Fe、K和Mg被运移出，Na和Si则进入岩体(表2、图10)。

据统计，安林地区闪长质岩石中(Fe2O3+FeO)的含量为6.00% ～6.92%，被钠化后(Fe2O3+FeO)减少到0.52%～2.47%(赵一鸣，1990)，这与丁俊德(1986)、吴进甫和吴娜(2004)、欧阳黎明(2012)、孙卫志等(2012)以及本次研究的数据结果一致。据沈保丰等(1980)，新鲜闪长岩和钠化闪长岩的体重分别约为2.72t/m3、2.61t/m3。若取新鲜闪长岩的最低含铁值和钠化闪长岩的最高含铁值计算(活化铁量=0.06×2.72～0.0247×2.61)，可得安林地区每立方米闪长岩钠化至少可活化0.099t铁质(Fe2O3+FeO)。以东冶矿田771×104的储量为例估算，只需约7812×104m3的闪长岩被钠化即可提供足够铁质，在钠长石化普遍强烈的安林地区这并不是一个庞大的数字，这表明钠长石化从浅部闪长岩中活化转移出的铁质可形成安林铁矿。沈保丰等(1980)、赵书梅等(2011)分别以山西北洛河铁矿和邯邢铁矿为例做了类似的计算，也得出岩体钠化后大约析出的铁值与矿床实际产出的矿产数量比较接近。

上述推测也得到其岩相学特征的支持:磁铁矿解体，角闪石等被次透辉石替代，斜长石和钾长石等被钠长石交代(图4c，d，f)。暗色矿物和磁铁矿的解体消失使铁质被带出岩体，碱质被带入。带出的铁质与挥发份反应，生成稳定的氯络合物或卤化物等进行搬运迁移，形成了富铁流体，该过程为成矿奠定了重要的物质基础。主要的代表性反应式推断如下:

主量元素在整个矽卡岩系统中的分配也呈现一定的规律性:从矿石→矽卡岩→蚀变大理岩→大理岩→灰岩，铁含量逐渐降低;从矽卡岩→蚀变大理岩→大理岩→灰岩，Si含量逐渐降低;从新鲜岩体到外围灰岩，Ca含量逐渐升高(图10)。显然，在矿化过程中，Fe和Si主体来自岩浆岩系统，并从新鲜的岩浆岩向碳酸盐围岩方向转移，最后铁质沉淀于接触带形成铁矿石，Si则在蚀变闪长岩和矽卡岩中富集。蚀变大理岩中相对高的铁含量说明一些铁质已经被运移到了碳酸盐围岩内。Ca元素则主要来灰岩和白云质灰岩，岩体对体系中Ca的贡献很少。除了岩体，安林地区的白云质灰岩在成矿中也提供了一定量的Mg，故位于围岩与岩体接触带的矽卡岩中Mg的含量达到了最高值。

综上所述，岩石的稀土元素研究表明安林铁矿成矿作用与岩浆作用密切相关，主量元素转移说明浅部岩体的钠交代作用是矿床铁质提取和沉淀的重要方式，由此推测安林铁矿的铁质主要来源于岩浆系统。

6.3 成矿流体来源探讨

大量同位素及流体包裹体的研究表明(赵一鸣，1990;翟裕生，1983)，矽卡岩矿床成矿流体在早期阶段的直接来源是岩浆水，而到了晚期退化蚀变阶段，则来自岩浆热液与大气水的混合。安林铁矿的矽卡岩化蚀变作用经历时间长，阶段明显:早期为透辉石-石榴子石阶段，是相对高温条件下由卤水流体形成的大量透辉石和钙铁石榴子石等贫水矿物;晚期为绿泥石-金属硫化物阶段，是低温条件下由低盐度热液形成的大量含水矿物，如绿帘石、绿泥石及金属硫化物等。这两个蚀变阶段反映系统成矿热液在早期和晚期分别以岩浆水和大气水为主导(Meinert et al.，2003)。尽管对于岩浆热液流体的形成还有不同看法(季克俭等，1989)，但岩浆能够出溶热液已是不争的事实。岩浆结晶过程中，如何达到水饱和状态而发生流体相出溶，以及出溶流体的物质组成对矽卡岩型铁矿的形成有重大的影响。岩浆能否达到水饱和状态由岩浆的初始成分、结晶分异过程、以及压力、挥发份(如H2O、CO2、SO2)等多种因素控制。前文已述，安林地区闪长岩起源于中国东部伸展的构造背景下软流圈上涌导致的交代岩石圈地幔地的部分熔融，和原始地幔相比，被交代的地幔明显富含H2O、CO2等挥发份(许文良，1987)，其部分熔融可形成含水较高的原始岩浆。另一方面，安林地区中奥陶统碳酸盐岩建造中赋存了大量膏盐层(CaSO4)，闪长质岩浆受到了膏盐层(CaSO4)的混染。混染过程使膏盐层中的一些重要组分进入岩浆，如Na+和Cl－等，它们是矽卡岩型铁矿成矿的萃取剂和载体，能使围岩发生钠长石化和方柱石化(氯化)等蚀变，并使铁以络合物形式搬运，在成矿过程中起着重要的作用。其次，膏盐层还是地壳深处的“氧化障”(李延河等，2013)，SO42－能使岩浆体系氧逸度的升高，抑制Fe和S2－结合形成黄铁矿，且SO2的加入会降低体系中Cl－的溶解度(Webster，2004)，使出溶的流体更加富Cl－。由于安林闪长岩在浅部侵入到中奥陶统碳酸盐地层中，碳酸盐地层的CO3

2－使岩浆中CO2浓度升高，CO2浓度的升高也会降低流体特别是其中Cl－的溶解度，导致流体进一步富集Cl－。此外，岩浆的分离结晶作用也有利于流体的形成，而且从闪长质岩浆到花岗质岩浆的演化会使体系中的Cl－大量进入流体(Webster，2004)，从而形成富Cl－的卤水流体。总之，安林地区起源于交代岩石圈地幔的初始岩浆富含水，而膏盐层和碳酸盐地层对岩浆的混染不仅有利于岩浆中流体的出溶，更能使出溶的流体富含大量Cl－，为铁质的活化富集提供有利条件。

7 结论

(1)LA-ICPMS锆石U-Pb定年结果表明安林地区闪长岩体的侵位年龄为123.38±0.81Ma，闪长质岩石可能是软流圈地幔上涌导致富集的岩石圈地幔发生部分熔融，形成原始的辉长质岩浆在上升过程中或岩浆房中发生了以铁镁矿物为主的分离结晶作用而形成，同时受到下地壳物质的混染。

(2)安林铁矿的岩体和矿石具有相似的稀土元素地球化学特征，反映铁质来源于闪长质岩石，钠交代作用引起了Na、K、Fe、Si等元素的迁移，其中迁移出的铁为成矿提供了物质基础。

(3)安林地区初始岩浆富含水，分离结晶作用使得残留岩浆水饱和而发生出溶。岩浆在演化过程中膏盐层和碳酸盐地层的混染对岩浆中流体的出溶以及出溶的流体富含Cl－起到了关键作用，并为有利于铁质的活化的富Cl－的岩浆流体的形成创造了条件。

致谢 野外工作期间，得到了河南省有色金属地质矿产局第一地质大队工作人员的大力支持;室内研究过程中得到侯通博士的热忱帮助;文章写作阶段，孟俊博士对本文提出了许多建设性意见;在此一并表示感谢。

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