辽宁海城菱镁矿床成因探讨

潘贵馨

辽宁省冶金地质勘查局四〇四队，辽宁辽阳 111000

辽宁海城菱镁矿床成因探讨

潘贵馨

辽宁省冶金地质勘查局四〇四队，辽宁辽阳 111000

海城菱镁矿床属沉积变质型矿床，产于古元古界辽河群大石桥组三段白云石大理岩层中，矿体呈巨厚似层状，菱镁矿石均为晶质菱镁矿。其是在古元古代辽东古裂古海湾潮间带这样一个特殊的古地质环境中，经沉积成岩作用形成菱镁矿层，在裂谷回返进入挤压造山作用阶段遭受了区域性变质、变形作用的改造，发生重结晶形成了晶质菱镁矿。

海城菱镁矿；沉积变质；变形改造

辽宁海城菱镁矿床具有规模巨大、质量优良、易于开采等特点，在世界菱镁矿产中占有重要地位，研究其成因对于该区深部及外围找矿具有重要意义。

1 区域地质背景

矿区大地构造位于中朝准地台、胶辽台隆、营口—宽甸台拱、凤城凸起西段。出露的地层为古元古代辽河群变质岩系，从下至上分为：浪子山组、里尔峪组、高家峪组、大石桥组、盖县组，菱镁矿赋存于大石桥组地层中。

矿区断裂构造发育，可分为走向逆断层、横断层两种类型。岩浆岩不发育，仅见有少量中基性脉岩，在断裂构造中呈脉状分布。

2 矿床地质特征

2.1 矿体地质特征

菱镁矿产于大石桥组三段地层中，矿体呈层状及似层状，与围岩产状一致，走向由北向东，从西南至东北由王家堡子、金家堡子和下房身三个矿段组成。矿体规模巨大，走向延长达3600m，延深300m以上，厚度100～300m，根据矿体在矿层中的空间展布特征，进一步划分为下、中、上三个层位矿体。

下部层矿体：为目前矿山开采和利用的主要矿体，赋存有大量的Ⅰ一Ⅲ级品菱镁矿石，同时还产出有特级品菱镁矿。矿体呈似层状，延伸稳定，长达数千米，厚度达110～278m，平均厚度205m，矿体延深300m以上。矿体下盘为菱镁大理岩、千枚岩，局部有白云石大理岩和滑石岩；上盘为菱镁大理岩和白云石大理岩。

中部层矿体：产于白云石大理岩层中，由6个菱镁矿体组成，呈薄层状、透镜状产出，单个矿体延长140～820m，厚度19～84m。

上部层矿体：由菱镁矿、菱镁大理岩、白云石大理岩和千枚岩等呈相间互层产出，由4个菱镁矿体组成，矿体呈似层状，单个矿体长430～3000m，厚度13～200m，菱镁大理岩和白云石大理岩厚2～80m。

2.2 矿石质量特征

矿区菱镁矿石均为晶质菱镁矿，鲕状、球粒状结构，致密块状、放射状（或菊花状）和条带状构造。矿物成分主要为菱镁矿，含量90%以上，其余为透闪石、方柱石、滑石、白云石、石英和炭质等。按菱镁矿晶体颗粒的大小不同，将其分为细粒、中粒、粗粒和巨晶（粒）四种。下房身矿段多以粗粒和中、粗、细粒混合结构的矿石为主；金家堡子矿段多以中、粗粒结构的矿石为主；王家堡子矿段多以中、细粒结构的矿石为主。

3 矿床成因分析

3.1 矿床产出受辽东古裂谷控制

辽东古裂谷为古元古代形成的走向近东西的狭长裂陷槽，在其发生、发育直至消亡的演化过程中形成了一套裂谷岩系，从下至上分别为：浪子山组、里尔峪组、高家峪组、大石桥组、盖县组。菱镁矿赋存于大石桥组地层中。

3.2 矿床受古地理沉积环境控制

菱镁矿层中有纹层理、斜层理、波痕、豆状构造等的存在，在矿层底板白云石大理岩中有泥裂、雹痕、结核等，并含有很多藻叠层石，表现出正常沉积的海相沉积岩。因此，可以确认层状菱镁矿也是正常沉积环境中形成的，从菱镁矿层中纹层理、斜层理、波痕、豆状构造等的存在，说明水体流动、流向、速度的交换条件并是高能量的；在矿层底板的白云石大理岩中泥裂、雹痕、结核的存在说明海水很浅，时而露出水面，含有很多藻叠层石，处于水浅而温暖，清澈的潮间带环境。

3.3 矿床受地层及岩性控制

菱镁矿层主要集中赋存于古元古代辽河群大石桥组三段厚层状大理岩地层中，尤其是间夹在白云石大理岩层内菱镁矿极为常见，菱镁矿呈层状，似层状，具有受一定层位及特殊岩性控制特点。根据大石桥组三段赋矿碳酸盐岩层内的岩性特点，大致可划分为三层：下部岩层为白云质同生砾岩，条带状白云石大理岩夹千枚岩，含有扁豆状，透镜状菱镁矿层；中部为菱镁矿层，白云石大理岩夹有千枚岩；上部层为硅质白云石大理岩夹菱镁矿层。下部矿体主要特点是条带状菱镁矿与白云石大理岩互层夹白云质千枚岩，含碳质较高，岩石呈红褐色；中部矿体，以质纯的菱镁矿为主，品位高，厚度大，菱镁矿以粗粒为主，重结晶明显，夹有一层几米厚含碳较高的矿层，其中保存有微层理与斜层理等原生沉积构造和藻类化石，分布较稳定，产状较陡；上部矿体含硅质成分较高，经常可见菱镁矿与白云石大理岩在横向上的相变。菱镁矿体严格受古元古代辽河群大石桥组白云石大理岩层控制。

3.4 矿床和围岩呈整合沉积接触关系

菱镁矿床中，除了有后期叠加的变质热液活动形成的脉状矿体外，其余矿体均呈层状，似层状，透镜状，与围岩呈整合沉积接触关系，界线一般平直清楚，与层理平行，矿层延伸稳定。说明矿体和围岩是共同连续沉积形成的。各矿层之间具有一定的层位，沿走向延伸稳定，有时可过渡到白云质大理岩层。沿倾斜方向与围岩界线清晰，宽度达数百米。主要特点是菱镁矿层多呈厚层状产出，局部与白云石大理岩互层夹白云质千枚岩，其中保存有微层理与斜层理等原生沉积构造和藻类化石，分布较稳定，产状较陡，经常可见菱镁矿与白云石大理岩在横向上的相变特征。

3.5 稀土元素组成特征

根据(朱国林等1982年)对矿区不同层位采集的菱镁矿及矿层上下盘围岩云母片岩，矿层中夹层千枚岩、白云石大理岩等样品的稀土元素分析结果(图1、2)，与球粒陨石标准化稀土模型图对比，其形态及斜率与碳质板岩、云母片岩、千枚岩及白云石大理岩均相似，表明沉积过程中稀土元素强烈均一化。在相同的地质条件下它们的稀土元素相对丰度差别小，具有同生成因特点。菱镁矿稀土元素平均值的球粒陨石标准化曲线与北美页岩(NASC)和澳大利亚太古代之后沉积岩(PAAS)球粒陨石标准化曲线相似。

本区菱镁矿Eu／Eu+计算结果变化在0.66～0.97，平均值为0.83，白云石大理岩、云母片岩和千枚岩的数值也变化在0.8～1.03之间。说明本区沉积岩Eu异常值与B.J.Fryer所总结的早元古代化学沉积相似；本区菱镁矿的Eu/Sm比值变化于0.16～0.23之间，平均值为0.19，相当于沉积岩的Eu/Sm值。稀土分析表明菱镁矿是由沉积作用形成的。

3.6 菱镁矿石受变质重结晶改造特征

在区域变质过程中菱镁矿发生重结晶作用，形成晶质菱镁矿层。菱镁矿多数呈半自形粒状，大小相近，晶粒之间界线平直。同时菱镁矿层受塑性变形作用产生各种形态褶皱，有同斜紧闭褶皱、叠瓦褶皱等。

图1 菱镁矿与围岩稀土标准化曲线(1)

图2 菱镁矿与围岩稀土标准化曲线(2)

3.7 镁质的来源

本区菱镁矿的形成需要巨量的镁质来源，在含菱镁矿层的下部地层为火山岩系，揭示了区域性的大规模的镁质可能来源与火山活动有关。另一方面藻类在菱镁矿形成过程中起到了重要的积极作用，藻类中含碳酸镁25%～30%以上，它们的死亡和堆积可能增加盆地中的镁的含量，区内不仅白云石大理岩中藻类发育，菱镁矿中藻类化石也较多，所以这可能是本区镁质丰富来源的原因之一。

4 结论

本区菱镁矿床为沉积变质作用产物。它发生在辽东古裂谷碳酸盐岩建造阶段，是在海湾潮间带这样一个特殊的古地质环境中，经沉积成岩作用形成菱镁矿层。在裂谷回返挤压造山作用阶段，原始沉积菱镁矿层遭受了区域性变质、变形作用的改造，发生重结晶形成了晶质菱镁矿层、白云石大理岩层，变形作用使含矿层产生褶皱，并在褶皱转折部位造成矿层加厚。

[1]董清水，冯本智，李绪俊，等.辽宁海城—大石桥超大型菱镁矿矿床形成的岩相古地理背景[J].长春地质学院学报，1996，26：69-73.

[2]冯本智，朱国林，董清水，等.辽东海城—大石桥超大型菱镁矿矿床的地质特征及成因[J].长春地质学院学报，1995，25（2）：121-124.

[3]李驭亚，刘国春，郑宝鼎.中国滑石、菱镁矿矿床[M]//《中国矿床》编委会.中国矿床（下册）.北京：地质出版社，1994，497-538.

[4]张秋生，等.辽东半岛早期地壳与矿床.北京：地质出版社，1988.

[5]冶金工业部东北地质勘探公司403队.辽宁省海城市海城菱镁矿床（王家堡子—下房身）勘探总结报告，1984.

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1674-6708（2015）149-0077-02