冀东司家营铁矿床富矿成矿条件研究

2014-07-05许英霞张龙飞高孝敏李厚民贾东锁李立兴

地质与勘探 2014年4期

许英霞，张龙飞，高孝敏，李厚民，贾东锁，李立兴

冀东司家营铁矿床富矿成矿条件研究

许英霞1，张龙飞1，高孝敏2，李厚民3，贾东锁2，李立兴3

2. 河北省地矿局第二地质大队，河北唐山 063000；3. 中国地质科学院矿产资源研究所，国土资源部成矿作用与资源评价重点实验室，北京 100037)

根据野外勘查，对冀东司家营铁矿床的普通矿石和富铁矿石进行了岩相学、主量元素、微量元素和稀土元素的研究。富铁矿顺层产于贫矿体中，富铁矿石颗粒与贫铁矿相比稍粗，主要由磁铁矿及铁闪石组成，部分铁闪石蚀变为绿泥石，表明司家营铁矿床富铁矿矿石的形成与后期热液活动密切相关。司家营铁矿床不同矿石的主量元素分析结果表明，富矿石较普通矿石的石英含量减少，镁铁质矿物含量相对增加，所有矿石中MnO/TFe2O3比值极低，含量变化于0.001～0.01之间，平均值为0.002，指示了矿石的热水沉积成因。普通矿石和富铁矿石的微量元素和稀土元素配分模式有较好的一致性，表明不同类型矿石成矿物质来源可能相同。与磁铁矿普通矿石相比，赤铁矿普通矿石和富铁矿矿石的∑REE+Y含量更高，稀土元素配分曲线相比较更加平缓。造成赤铁矿普通矿石∑REE+Y含量增高和稀土元素配分曲线平缓的原因可能是赤铁矿距离地表较近，遭受后期淋滤作用。关于富铁矿矿石稀土元素∑REE+Y含量最高和稀土元素配分曲线平缓的原因，除了铁质沉积物更易吸收稀土元素外，后期变质热液蚀变也是非常重要的因素。

沉积变质型铁矿床富铁矿成矿条件冀东

Xu Ying-xia, Zhang Long-fei, Gao Xiao-min, Li Hou-min, Jia Dong-suo, Li Li-xing. Metallogenic conditions of high-grade ores in the Sijiaying sedimentary metamorphic iron deposit, eastern Hebei Province [J]. Geology and exploration, 2014, 50(4):0675-0688.

0 引言

河北省滦县司家营铁矿床为沉积变质型(鞍山式)铁矿床，是华北地区最大的铁矿床，赋存于太古界滦县群变质岩中，根据现有勘查资料，司家营铁矿矿体主体呈单斜产出，倾向西，局部褶皱及断裂构造较发育，历经多次勘查，累计探明铁矿资源量32亿吨。司家营铁矿床以贫矿石为主，富铁矿规模很小，厚度一般2～5 m，多为单工程控制①②。2009年河北省地勘局第二地质大队在司家营铁矿南区深部补充勘查工作中，在S22线ZK602钻孔中见到了6层富铁矿(TFe2O3大于45%)，富铁矿累计厚度达38.03 m③，是冀东地区目前发现的规模较大的富铁矿层。

前人对司家营铁矿从矿区地质特征、含铁建造对比、变质变形作用、年代学、矿床及富铁矿成因等方面进行了研究(沈其韩等，1981a，1981b；高吉凤，1981；刘国惠，1981；李万亨等，1983；金文山等，1985；李欣，2009；邢文晋等，2009；李文君等，2012；常素彩等，2013)，但对司家营铁矿富铁矿成矿机理及控矿条件的研究并未深入展开。本文对司家营铁矿床普通贫矿石和富铁矿石进行了岩相学、主量、微量和稀土元素等研究，以期深入探讨富铁矿的成矿条件。

1 矿床地质特征

司家营铁矿床位于中朝准地台-燕山台褶带-山海关台拱的西南边缘。矿区内仅北部有基岩裸露，主要有元古界长城系大红峪组、下伏滦县群司家营组及部分铁矿露头，其余地段均被第四系覆盖。矿区下伏太古界滦县群司家营组地层由一套变质程度为角闪岩相的变质岩系，混合岩化作用普遍，为矿体的主要赋存层位(图1)，岩性以黑云斜长变粒岩、黑云变粒岩、片麻岩和磁铁石英岩建造为主，厚度大于1000 m。其原岩为中酸性凝灰质粘土-半粘土粉砂岩、凝灰质粉砂岩、铁硅质岩及泥质砂岩、基性火山岩及其凝灰岩、含铁砂质泥岩。司家营的含矿原岩建造为火山-沉积岩硅铁建造。

图1 冀东司家营铁矿床矿区地质图Fig.1 Geological map of Sijiaying iron deposit in eastern Hebei province 1-第四系；2-长城系大红峪组；3-上太古界；4-铁矿体；5-逆断层；6-研究区1-Quaternary；2-Dahongyu Formation of Changcheng system; 3-Early Archean；4-iron ore body；5-reversed fault；6-study area

司家营铁矿分为南区和北区。北区共划分为四个矿体，各矿体均由多层矿组成，实为四个矿带，矿体呈平行带状排列，矿体走向近南北，西倾，倾角40°～50°。南区由南矿段和大贾庄矿段组成，共分布五个主要矿体，南矿段两个矿体，大贾庄矿段三个矿体。两矿段被近南北向断层破碎带分开。矿石为磁(赤)铁石英岩，矿物成分较简单，矿石矿物主要为磁铁矿或假象赤铁矿，少量赤铁矿；脉石矿物以石英为主，次为铁闪石、阳起石以及少量普通角闪石等。矿石以他形-半自形结构为主，次为交代残余结构，构造以铁矿物(含闪石类矿物)与石英构成黑白相间且相互平行的条纹(条带)为特征，以细纹状、条纹状构造为主，条带状构造次之，三者多呈渐变接触关系。

2 司家营富铁矿矿体地质特征

根据前人的科研报告和勘查报告①②③，对司家营铁矿富铁矿地质特征进行简单总结：(1) 司家营北区：在地表Ⅰ号矿体中有两条红富矿(现已开采)，分别位于0线CK64孔的东西两侧。西侧的红富矿沿倾向延伸约50 m，厚约1.5 m；东侧的红富矿约延深10 m，厚2～3 m，沿走向长约200 m；矿体走向近南北，倾向西，围岩是云母片岩和变粒岩。另据1974年勘探报告，在N22、N12、N10、N2、N1和N0线等六条勘探线剖面的八个钻孔中见有富矿，共圈出储量221.9万吨，平均品位为50.43%。(2) 司家营南区和大贾庄矿区：大贾庄矿段(Ⅰ+Ⅱ)矿体S22勘探线中ZK602、ZK630、ZK631孔均见富矿，其中ZK602见6层富矿，富铁矿累计厚度达38.03 m，根据现有工程，利用块段法外推(尖推1/2)得出TFe>45%的较富铁矿储量约970万吨，TFe>50%的富矿储量大约476万吨；另外在其他钻孔中也可见富铁矿，如S9线ZK252孔见三小层磁铁矿富矿，厚度分别为4 m、1.03 m和1.4 m，品位分别为50.98%、56.61%和60.53%。三层总厚6.43 m，平均品位51.05%。2线ZK16孔和ZK17孔的Ⅰ号矿体中见有磁铁富矿，品位50.38%。由于其他富矿规模一般都很小，厚度为2～5 m，多为单工程控制，虽然能圈出小的矿体，但鉴于不能分采，故未单独计算储量。

图2 大贾庄矿段S22勘探线剖面图(局部)Fig. 2 Geological profile of S22 exploration line in Dajiazhuang ore block (locally) 1-磁铁贫矿；2-磁铁富矿(TFe>45%)1-magnetite poor ore; 2-magnetite rich ore (TFe>45%)

富铁矿一般产在贫矿体中，产出部位无明显规律，有的在顶部，有的在底部，有的在中部；亦有的则出现在挤压破碎带附近，其形态大多呈扁豆状，基本顺层产出，产状与贫矿一致。两者界线比较清楚，呈突变关系，但亦有少部分富矿与贫矿为渐变关系。根据对岩心的观察，富铁矿矿石呈块状，主要为磁铁矿，脉石矿物为石英、铁闪石、绿泥石、碳酸盐矿物等。其磁铁矿颗粒与贫铁矿相比稍粗，强烈绿泥石化、碳酸盐化，显示热液交代作用明显。但富矿层及附近围岩结构完整，可见富矿的形成虽与热液有关，却不一定是混合热液，热液也不是通过断裂构造提供的通道进行交代，而可能是以渗透形式运移交代③。

3 样品特征及测试方法

3.1 岩(矿)相学

用于测试的样品分别采自于司家营铁矿床钻孔ZK602、钻孔ZK601和地表。选择代表性样品进行岩矿鉴定。

岩(矿)相学研究如图3所示，图3a为SJY-26号样品条带状赤铁矿的镜下照片，与其他磁铁矿(赤铁矿)的贫铁矿的镜下特征相似，其主要由磁铁矿(赤铁矿)和石英组成，其他矿物成分含量很少；图3b为SJY-19号样品赤铁矿富矿石，块状赤铁矿，非常致密，比重较大，其主要由赤铁矿及其他蚀变矿物组成，赤铁矿周围完全被蚀变矿物填充；图3c为ZK602-793.74-1磁铁矿富矿样品镜下照片，主要由磁铁矿、铁闪石及石英组成，大部分铁闪石蚀变为绿泥石，可能反映了原矿石遭受后期热液蚀变而变富的过程，图3c中栏照片左上侧闪石类矿物蚀变较完全，磁铁矿颗粒较聚集，照片右下侧闪石类矿物蚀变不完全，其磁铁矿含量明显比左侧少，反映了后期热液蚀变是铁矿变富的主要原因。图3d为ZK602-793.74样品，为蚀变完全的磁铁矿石，相较于图3c，图3d的磁铁矿自形程度更高。图3e为另一类富铁条带(后期热液充填型磁铁矿脉)，其可能完全由后期热液充填于孔隙中形成富铁的磁铁矿细脉，该细脉两侧可见有绿泥石化等蚀变。综合以上特征，司家营铁矿的富铁矿矿石的形成与后期热液活动密切相关。

3.2 测试分析

选择代表性样品送到廊坊区调所进行无污染-200目碎样，围岩和矿石的主微量元素分析在核工业北京地质研究院分析测试研究中心完成。围岩和矿石主量元素分析采用熔片法，在XRF1500型X射线荧光光谱仪上分析，总量误差在3%以内；矿石微量元素分析采用电感耦合等离子体质谱法，在Finnigan MAT ElementⅠHR-ICP-MS上完成，测试误差小于5%。

图3 司家营铁矿床矿石镜下照片(左栏为单偏光，中栏为正交光，右栏为反射光)Fig. 3 Microscope photos of ore from Sijiaying deposit (Left column-Plainlight, Middle column-Crossed polar, Right column-Reflecting microscope) a-SJY-26条带状赤铁矿；b-SJY-19块状赤铁富矿；c-ZK602-793.74富磁铁矿不同蚀变程度对比；d-ZK602-793.74-2富磁铁矿蚀变较完全；e-ZK602-718.2后期热液充填型磁铁矿脉；Q-石英；Hem-赤铁矿；Chl-绿泥石； Gru-铁闪石；Mt-磁铁矿；Cc-碳酸盐a-SJY-26 Banded hematite; b-SJY-19 Massive high-grade hematite ore; c-ZK602-793.74 High-grade magnetite oreComparison of different degrees of alteration; d-ZK602-793.74-2 High-grade magnetite oreSuffered late hydrothermal alteration completely; e-ZK602-718.2 Late hydrothermal veins of magnetite; Q-quartz；Hem-hematite；Chl-chlorite；Gru-grunerite; Mt-mag- netite; Cc-carbonate

4 分析结果

4. 1 矿石的主量元素分析

司家营铁矿床赤铁矿普通矿石、磁铁矿普通矿石、赤铁矿富矿石、磁铁矿富矿石主量元素含量见表1和表2所示。5个赤铁矿普通矿石的主量元素含量：SiO2含量52.36%～78.33%，平均值61.35%，TFe2O3含量19.28%～44.71%，平均值为35.94%；赤铁矿普通矿石的SiO2+TFe2O3的含量为96.03%～98.42%，平均值为97.29%，说明其主要由赤铁矿和石英组成，其他矿物成分含量很少。

7个磁铁矿普通矿石的主量元素含量：SiO2含量为39.78%～53.28%，平均值46.00%；TFe2O3含量为39.68%～55.67%，平均值为49.21%；磁铁矿普通矿石SiO2+TFe2O3的含量为92.96%～96.55%，平均值为95.22%，说明其主要由磁铁矿和石英组成，其他矿物成分含量很少。另外由于磁铁矿普通矿石的选样原因，可能造成其所测的TFe2O3含量较高。其品位相对赤铁矿普通矿石相对高，同时其Ca、Mg等也相对较高，这可能与其所含的镁铁矿物相对较高有关。

1个赤铁矿富矿石和11个磁铁矿富矿石的主量元素含量：SiO2含量为4.25%～25.63%，平均值13.31%；TFe2O3含量65.58%～85.05%，平均值为76.54%；富铁矿矿石中SiO2+TFe2O3的含量为82.33%～94.75%，平均值为89.86%，说明其主要由磁铁矿或赤铁矿组成，石英含量相对于其他两种矿石大大减少，另外其镁铁矿物含量相对增加。

针对上述测试数据，对普通矿石与富矿石进行对比，结果表明富矿石中SiO2的含量(平均为13.31%)比普通矿石中的含量(赤铁矿普通矿石平均为61.35%，磁铁矿普通矿石为46%)低许多；TFe2O3的含量(平均为76.54%)比普通矿石中的含量高(赤铁矿普通矿石平均为35.94%，磁铁矿普通矿石为49.22%)；富矿石中Al2O3的含量相对较高(富矿石的平均为1.50%，磁铁矿普通矿石平均为0.63%，赤铁矿普通矿石<0.1%)；富矿石中MgO、CaO的含量也相对较高(富矿石中MgO、CaO的含量平均为3.58%、3.36%，磁铁矿普通矿石中MgO、CaO的含量平均为1.85%、2.23%，赤铁矿普通矿石中MgO、CaO的含量平均为0.81%、0.61%)；富矿石和普通矿石中K2O+Na2O和TiO2的含量相一致(富矿石中K2O+Na2O、TiO2的含量平均为0.29%、0.063%，磁铁矿普通矿石中K2O+Na2O、TiO2的含量平均为0.16%、0.033%，赤铁矿普通矿石中K2O+Na2O、TiO2的含量平均为0.37%、0.057%)。富矿石中SiO2+TFe2O3的含量平均为89.86%，比普通矿石中SiO2+TFe2O3的含量低(赤铁矿普通矿石平均为97.29%，磁铁矿普通矿石为95.22%)，富矿石中除石英、磁铁矿外更富一些含Mg、Ca的矿物。矿石中MnO/TFe2O3比值极低，介于0.001～0.01之间，平均值为0.002，指示了矿石具有热水沉积成因(Sugitani, 1992)。

表1 司家营铁矿床普通铁矿矿石和富铁矿矿石主量元素含量(%)

表2 司家营铁矿床普通矿石及富矿石常量元素范围及数据的平均值

将所有铁矿石样品主量元素含量作Fe、Si及K、Al、Ca、Mg、Na、Mn、Ti、P相关性分析(图4)，结果表明Fe与Si有非常好的负相关，与Ca、Mg、Mn元素有很好的正相关，与Al、P有一定的正相关，Fe和Si与K、Na、Ti不相关，铁矿石中K、Na、Ti的含量不随其他元素含量的变化而改变，因此铁矿石样品中Ca、Mg、Mn三元素的正相关性可能与矿石中含Ca、Mg矿物的含量有关，也有可能与磁铁矿中Fe呈类质同象互换有关。

4.2 微量元素地球化学特征

司家营铁矿床普通矿石和富铁矿石微量元素含量见表3，微量元素数据处理是根据原始地幔标准化进行的(Sunetal., 1989)。普通矿石和富矿石所有样品微量元素含量都很低，在原始地幔标准化微量元素分配图上，四种类型铁矿石微量元素配分形式相似，亏损大离子亲石元素，富集高场强元素，表明其可能有共同的成矿物质来源。另外赤铁矿普通矿石的Co/Zn的比值范围为0.09～0.27，平均值为0.16，Ni/Zn的比值范围为0.31～0.87，平均值为0.63；磁铁矿普通矿石的Co/Zn的比值范围为0.03～0.29，平均值为0.11，Ni/Zn的比值范围为0.13～0.21，平均值为0.18；富铁矿矿石的Co/Zn的比值范围为0.05～0.24，平均值为0.12， Ni/Zn的比值范围为0.15～0.62，平均值为0.33，这与热液成因的BIFs的Co/Zn(0.03～0.15)和Ni/Zn(0.08～0.78)比值非常相似(Sugitani, 1992)。赤铁矿普通矿石的Ni、Co、Zr含量别为2.91×10-6～18.10×10-6、0.83×10-6～3.24×10-6、7.73×10-6～27.80×10-6；磁铁矿普通矿石的Ni、Co、Zr含量别为1.82×10-6～9.08×10-6、0.71×10-6～4.26×10-6、0.20×10-6～1.19×10-6；富铁矿矿石中Ni、Co、Zr含量别为3.07×10-6～12.50×10-6、1.11×10-6～4.25×10-6、0.50×10-6～10.90×10-6；他们相互之间不存在任何函数关系，而是随机分布，表明Ni、Co、Zr可能来自热液流体(Raju，2009)。

图4 司家营铁矿床矿石的Fe、Si及K、Al、Ca、Mg、Na、Mn、Ti、P相关性分析图Fig.4 The correlation analysis of Fe,Si and K,Al,Ca,Mg,Na,Mn,Ti and P from Sijiaying iron deposit

图5 司家营铁矿床赤铁矿普通矿石微量元素原始地幔标准化蛛网图Fig.5 Trace element primitive-mantle-normalized diagram of ordinary hematite ore from Sijiaying iron deposit

图6 司家营铁矿床磁铁矿普通矿石微量元素原始地幔标准化蛛网图Fig.6 Trace element primitive-mantle-normalized diagram of ordinary magnetite ore from Sijiaying iron deposit

图7 司家营铁矿床富铁矿矿石微量元素原始地幔标准化蛛网图Fig.7 Trace element primitive-mantle-normalized diagram of high-grand iron ore from Sijiaying iron deposit

4.3 稀土元素地球化学特征

表3为司家营铁矿普通矿石和富铁矿矿石全岩样品的REE分析结果。铁矿石REE配分模式图，通过PAAS(Post Archean Australian Shale)标准化(Pourmandetal., 2012)，普通矿石与富矿石标准化后的稀土配分曲线如图8、图9和图10所示。表中La/La*=LaPAAS/(3PrPAAS-2NdPAAS)；Ce异常Ce/Ce*=2CePAAS/(PrPAAS+LaPAAS)；Eu异常Eu/Eu*= EuPAAS/(0.67SmPAAS+0.37TbPAAS);Y异常Y/Y*=2YPAAS/(DyPAAS+HoPAAS)(Robertetal.,2004；Bauetal., 1999)。

图8为赤铁矿普通矿石经PAAS标准化后的稀土配分模式图，由表3和图8可知赤铁矿普通矿石的∑REE+Y为21.83×10-6～43.77×10-6，平均值为29.81×10-6，稀土总量较低，这是太古代海洋沉积的特征之一。司家营铁矿赤铁矿普通矿石的稀土配分曲线总体特征为：轻稀土元素相对亏损，中重稀土元素相对富集的分馏模式，其中(Pr/Yb)N=0.36～0.80和(Sm/Yb)N=0.51～1.09。整体显示出La(La/La*平均值为1.41)、Eu(Eu/Eu*平均值为1.41)、Y(La/La*平均值为1.36)的正异常。

图8 司家营铁矿床赤铁矿普通矿石稀土元素PAAS 标准化配分模式图Fig.8 REE PAAS-normalized diagram of ordinary hematite ore from the Sijiaying iron deposit

图9为磁铁矿普通矿石经PAAS标准化后的稀土配分模式图，由表3和图9可知，磁铁矿普通矿石的∑REE+Y为4.99×10-6～21.64×10-6，平均值为11.18×10-6。司家营铁矿磁铁矿普通矿石的稀土配分曲线总体特征为：轻稀土元素相对亏损，中重稀土元素相对富集的分馏模式，其中(Pr/Yb)N=0.17～0.39和(Sm/Yb)N=0.17～1.43。整体显示出La(La/La*平均值为2.01)、Eu(Eu/Eu*平均值为2.33)、Y(La/La*平均值为1.84)的正异常。图8和图9表明司家营铁矿磁铁矿普通矿石的稀土配分曲线总体特征与赤铁矿普通矿石的稀土配分曲线相似。

图9 司家营铁矿床磁铁矿普通矿石稀土元素PAAS标准化配分模式图Fig.9 REE PAAS-normalized diagram of ordinary magnetite ore from the Sijiaying iron deposit

图10为富铁矿石经PAAS标准化后的稀土配分模式图，由表3和图10可知，司家营铁矿床富铁矿石的∑REE+Y为19.41×10-6～84.56×10-6，平均值为50.12×10-6。司家营铁矿床富铁矿石的稀土配分曲线总体特征为：轻稀土元素相对亏损，中重稀土元素相对富集的分馏模式，其中(Pr/Yb)N=0.25～0.98和(Sm/Yb)N=0.28～1.03。均显示出La(La/La*平均为1.56)、Eu(Eu/Eu*平均值为1.59)、Y(Y/Y*平均值为1.53)的正异常。

图10 司家营铁矿床富铁矿石稀土元素配分模式图Fig.10 REE PAAS-normalized diagram of high-grand iron ore from the Sijiaying iron deposit

综上研究，可知司家营铁矿床的赤铁矿普通矿石、磁铁矿普通矿石和富铁矿矿石的稀土配分模式有较好的一致性，表明不同类型矿石成矿物质来源可能相同。与磁铁矿普通矿石相比，赤铁矿普通矿石和富铁矿矿石的∑REE+Y含量更高，稀土元素配分曲线则更加平缓。造成赤铁矿普通矿石∑REE+Y含量增高和稀土元素配分曲线平缓的原因可能是赤铁矿距离地表较近，遭受后期天水等淋滤作用的结果。富铁矿矿石稀土元素∑REE+Y含量高和稀土元素配分曲线平缓的原因，除了铁质沉积物更易吸收稀土元素外(李文君，2012)，后期变质热液蚀变也是非常重要的原因。

5 讨论

5.1 司家营铁矿床成因探讨

司家营铁矿床普通矿石和富铁矿矿石Al2O3+TiO2的平均含量分别为0.43%和1.06%，表明铁矿在沉积的过程中很少有陆源碎屑物质的混入(Katoetal., 1996)，另外Zr、Sc和Th、Hf等元素也经常被用来作为陆源碎屑物质混染的指示(Calvertetal., 1993; Tribovillardetal. , 1994; Hildetal., 1998; Böingetal. ,2004; 李文君等，2012)。与陆源沉积物相比，司家营铁矿石中Zr(0.20×10-6～27.80×10-6)，Sc(0.12×10-6～2.18×10-6)，Th(0.03×10-6～2.66×10-6)，Hf(0.01×10-6～0.66×10-6)等元素的含量都非常低，表明没有受到大陆碎屑物质的混染。而与碳酸盐岩相的BIFs相比，这些样品相对富集Cr、Co、Ni、Zn、Ta和Nb，说明可能存在与沉积盆地同时期的火山活动(Raju, 2009；丁文君，2009)。

现代海水的REE配分模式具有重稀土富集，轻稀土亏损及明显的La和Y的正异常(Aliboetal., 1999; Bolhar R, 2004)，而海底热液具有明显的Eu正异常(Bauetal., 1999; Douvilleetal., 1999)(图11)。司家营铁矿普通矿石和富铁矿矿石的稀土元素经PAAS标准化后均表现出轻稀土相对亏损，中、重稀土相对富集的分馏模式，且整体表现出La正异常及强烈的Eu和Y的正异常，表明司家营铁矿BIF中稀土元素可能来自海水与海底热液的混合。

自然界中Ce元素一般为+3价，在氧化条件下Ce元素被氧化为+4价，+4价的Ce容易发生水解，从而造成REE配分模式曲线中的Ce呈现负异常。因此Ce通常可以用来判断海水的氧化还原环境(Nozakietal., 1999)。普通矿石和富铁矿矿石均未见明显的Ce异常(绝大部分Ce/Ce*值介于0.90～1.00之间，SJY-19的Ce/Ce*为0.56，可能是该样品具有强烈的La正异常造成的，并非真正的Ce负异常)，表明铁建造沉积时处于一种缺氧的环境，而缺氧环境是铁建造形成的必要条之一(Klein, 2005; Bekkeretal., 2010)。现代海水的Y/Ho比值约为44～74，且随深度增大而减小，明显高于球粒陨石和热液流体的Y/Ho比值(26～28)(Nozakietal., 1997; Bauetal., 1999; Bolharetal., 2004)，因此Y/Ho比值可以作为判断是否为海水沉积的依据。赤铁矿普通矿石Y/Ho比值平均值为35.20，磁铁矿普通矿石的Y/Ho比值平均值为43.77，富铁矿石的Y/Ho比值平均值为37.97。普通矿石和富铁矿矿石的Y/Ho比值远远高于球粒陨石的平均值，介于海水与热液流体的Y/Ho比值之间，且与海水相接近，进一步说明司家营铁矿沉积形成时有海水的参与。本文地球化学特征表明，司家营铁矿床BIFs呈现出海水与热液混合的特征，铁矿床BIFs的沉积是海水与海底热液共同作用的结果，与其他矿区或地区的BIFs具有明显的相似性。

图11 司家营铁矿三种类型矿石REE平均值与热液和海水REE配分模式对比图(热液和海水REE值据Rob- ert et al., 2007)Fig.11 Comparison of REE pattern of hydrothermal fluids, seawater and the three types of iron ore from Sijiaying iron deposit (The REE contents of hydrothermal fluids and seawater after Robert et al., 2007)

5.2 富铁矿的成因探讨

通过岩(矿)相学和主量元素分析可以发现普通矿石主要有磁铁矿和石英组成，其TFe2O3+SiO2含量平均可达95%以上(赤铁矿普通矿石的TFe2O3+SiO2平均含量为97.29%，磁铁矿普通矿石的TFe2O3+SiO2平均含量为95.22%)，其他元素含量很少。而富铁矿矿石的TFe2O3+SiO2平均值为89.89%，其TFe2O3平均可达76.54%，SiO2含量平均仅13.31%，相应的富铁矿矿石中CaO、MgO含量显著增高，说明富铁矿矿石中更加富铁镁质矿物或其蚀变产物，这与镜下观察的在富铁或某些富铁带中富含铁镁质矿物的特征相符合，铁镁质矿物的富集可能与原始沉积有关。

(La/Yb)N也可以用来示踪BIF的成矿物质来源，热液流体(La/Yb)N>1，海水与热液流体混合则导致(La/Yb)N<1(Sugitani, 1992)，司家营铁矿磁铁矿普通矿石的(La/Yb)N的平均值为0.24，赤铁矿普通矿石的(La/Yb)N的平均值为0.67，富铁矿矿石的(La/Yb)N的平均值为0.74。赤铁矿普通矿石和富铁矿矿石的(La/Yb)N的平均值明显比磁铁矿普通矿石的(La/Yb)N的平均值高。同时赤铁矿普通矿石和富铁矿矿石稀土元素的配分模式更接近热液稀土元素的配分模式(图11)。高温热液作用到低温蚀变作用的转变可以导致BIF中Eu正异常的减小(Danielsonetal., 1992; 代堰锫，2012)，磁铁矿普通矿石的Eu/Eu*平均值为2.33，赤铁矿普通矿石的Eu/Eu*平均值为1.41，富铁矿矿石的Eu/Eu*平均值为1.59，说明赤铁矿普通矿石和富铁矿矿石可能均遭受过后期热液的影响。另外，与海水相比，热液流体具有更高的∑REE含量(Piepgrasetal.,1992)。司家营铁矿普通矿石和富矿石样品稀土总量都比较低，但磁铁矿普通矿石的∑REE+Y平均值为11.18×10-6，相较于赤铁矿普通矿石样品的稀土总量(∑REE+Y平均值为29.81×10-6)和富铁矿矿石样品的稀土总量(∑REE+Y平均值为50.12×10-6)低很多。同样也说明了赤铁矿普通矿石和富铁矿矿石遭受过后期热液的影响，由于赤铁矿普通矿石更接近地表，其可能遭受天水的淋滤及氧化作用等；而富铁矿矿石的形成可能与后期变质热液的改造关系更为紧密。

综合以上研究可得司家营铁矿富铁矿的成矿模式为：司家营铁矿BIFs沉积时，在沉积盆地的局部或者某一时间段内，海水中可能会出现铁多硅少，硅处于一种相对不饱和的状态，从而形成了一些富含铁镁的硅酸盐矿物，经后期变质作用形成含磁铁矿、铁闪石、石英，而石英较少的矿石(较贫铁矿富铁)铁镁质矿物易被后期热液蚀变，进一步发生富集作用，形成富铁矿。

6 结论

(1) 通过野外勘查和室内显微镜下观察，富铁矿顺层产在贫矿体中，富铁矿矿石颗粒与贫铁矿相比稍粗，主要由磁铁矿及铁闪石组成，大部分铁闪石蚀变为绿泥石，磁铁矿颗粒加大，表明司家营铁矿床的富铁矿矿石的形成与后期热液活动密切相关。

(2) 通过对司家营铁矿床的赤铁矿普通矿石、磁铁矿普通矿石、赤铁矿富矿石、磁铁矿富矿石主量元素分析，富矿石较普通矿石的石英含量减少，其他镁铁质矿物含量相对增加。所有矿石中MnO/TFe2O3比值极低，含量变化于0.001～0.01之间，平均值为0.002，指示了矿石的热水沉积成因。

(3) 普通矿石和富铁矿石的微量元素和稀土元素配分模式有较好的一致性，表明不同类型矿石成矿物质来源可能相同，是海水与海底热液共同作用的结果。与磁铁矿普通矿石相比，赤铁矿普通矿石和富铁矿矿石的∑REE+Y含量更高，稀土元素配分曲线则更加平缓。造成赤铁矿普通矿石∑REE+Y含量增高和稀土元素配分曲线平缓的原因可能是赤铁矿距离地表较近，遭受后期天水等淋滤作用的结果；造成富铁矿矿石稀土元素∑REE+Y含量高和稀土元素配分曲线平缓的原因除了铁质沉积物更易吸收稀土元素外，后期变质热液蚀变也是非常重要的因素。

[注释]

① 中国科学院冀东富铁矿科研队. 1975. 冀东地区前震旦系变质铁矿地质概况[R].

② 河北省地质局第十五地质大队. 1981. 河北省滦县司家营铁矿南区详细勘探地质报告[R].

③ 河北省地勘局第二地质大队. 2009. 河北省滦县司家营铁矿南区深部补充勘查总结地质报告[R].

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[附中文参考文献]

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Metallogenic Conditions of High-grade Ores in the Sijiaying SedimentaryMetamorphic Iron Deposit, Eastern Hebei Province

XU Ying-xia1,ZHANG Long-fei1, GAO Xiao-min2, LI Hou-min3, JIA Dong-suo2, LI Li-xing3

(1.DepartmentofGeology,MiningEngineeringCollege,HebeiUnitedUniversity,Tangshan，Hebei063000；2.No.2GeologicalBrigadeofHebeiGeologyandMineralExplorationBureau,Tangshan，Hebei063000；3.MLRKeyLaboratoryofMetallogenyandMineralAssessment,InstituteofMineralResources,ChineseAcademyofGeologicalSciences,Beijing100037)

Based on field surveys, this work has made analyses of petrography and major and trace elements of low-and high-grade ores in the Sijiaying iron deposit in eastern Hebei. High-grade ore beds were produced in low-grade ore bodies. The particle of high-grade ore is coarser than the low-grade ore, which is mainly composed of magnetite and grunerite. Some grunerites are altered to chlorite, indicating that high-grade ore is related to later hydrothermal activity. Major elements of different ores of Sijiaying indicate that quartz content of high-grade ore is less than low-grade ore, whereas mafic minerals are more than low-grade ore. The values of MnO/TFe2O3are extremely low (0.001～0.01, mean=0.002), indicating the hydrothermal sedimentary ore genesis. The trace elements and REEs distribution patterns of the high-and low-grade ore are identical, indicating that they might come from the same sources. High-grade ores and hematite-bearing low-grade ores show higher ∑REE+Y content and gentler REE patterns than magnetite-bearing low-grade ores. The geochemical characters of hematite-bearing low-grade ores are caused by leaching at surface in the late time. The geochemical characters of high-grade ores can be attributed to excellent absorption capacity for REEs of iron-bearing sedimentary as well as metamorphic hydrothermal alteration in the later period.

Sedimentary metamorphic iron deposit,high-grade ore,Metallogenic conditions,eastern Hebei