永梅凹陷带铁多金属矿成矿特征与找矿方向

周 延 武 玲 康丛轩 范飞鹏 陈乐柱 骆学全

( 南京地质矿产研究所，江苏 南京210016)

形成于晚古生代的永梅凹陷带是武夷山地区最重要的铁多金属成矿带，区内有以马坑铁( 钼) 矿为代表的一批中—大型铁多金属矿，如中甲铁矿、樟坑铁( 铜钨锡) 矿、汤泉铁矿等，找矿潜力较大。该类矿床具有相似的成矿地质背景和矿床特征，被称为马坑式铁矿，关于其成因主要有( 海相火山) 沉积［1-2］和接触交代后生［3-5］2 种观点。前者认为铁质来源于火山( 陆源) 碎屑，成矿方式是沉积，强调晚石炭世海相火山作用对铁矿的控制作用，但无法解释与铁矿伴生的钨钼、铜、铅锌矿床的成因; 后者认为铁矿与燕山期中—酸性岩浆活动关系密切，是典型的热液型－矽卡岩型矿床，但无法解释赋矿层位稳定、大量存在沉积型铁矿石的事实。强烈的热液蚀变作用几乎完全改变了晚古生代地层的原始沉积面貌，这是矿床成因一直存在争议的主要原因。随着研究工作的深入，目前

大多数学者都认同“沉积—改造”这一观点，即( 海相火山) 沉积作用形成了层状、似层状主矿体，是主要的成矿因素，后期热液改造作用形成矽卡岩型脉状、透镜体状小矿体，是次要的成矿因素［6-7］。目前，铁质的来源，Pb、Zn、Mo 多金属元素的来源，原始沉积时形成矿源层还是直接形成矿体，后期热液对铁矿的改造方式等尚未形成定论，该类问题都严重制约了永梅凹陷带的铁矿找矿工作。为此，在对前人研究工作梳理的基础上，对区内典型矿床进行调查研究，总结区内铁矿成矿地质特征，并对找矿方向进行讨论。

1 成矿地质背景

永梅凹陷带处于沙县深大断裂、邵武—河源断裂和政和—大浦深大断裂的挟持部位，总体呈NE 走向，“凹陷”的基底为一套巨厚层的类复理石建造，晚古生代又沉积了厚度大于6 000 m 的地层。印支期以来，凹陷带经过褶皱、断块和火山活动，喷发沉积和沉积形成了一系列的火山盆地和沉积盆地，并有不同时期、不同规模、不同物质来源和不同演化趋势的岩浆活动。从晚古生代开始，凹陷盆地的中部出现1 条NE 向三明—上杭水下隆起带，将凹陷盆地分割为“两凹夹一隆”的格局，隆起西侧为明溪—长汀凹陷，东侧为大田—龙岩凹陷。晚泥盆世—早石炭世，凹陷带以碎屑岩沉积为主，形成了粗—细碎屑岩的多阶段沉积旋回，沉积建造无太大差异，以天瓦岽组、桃子坑组、林地组为代表。晚石炭世西部凹陷带为碳酸盐－硅质岩建造( 称为黄龙组) ，厚度较大，岩性稳定; 东部凹陷带在龙岩一带则为碎屑岩－碳酸盐－火山岩建造( 称为经畲组) ，厚度较小，横向变化大。早二叠世凹陷带以碳酸盐沉积为主，沉积建造稳定，以船山组、栖霞组为代表［8］。马坑式铁矿是指与林地组上部、经畲组、船山组、栖霞组有关的沉积—改造型铁多金属矿，该类矿床层控特征和后期热液叠加改造特征均较明显。

2 铁多金属矿床特征

2.1 赋矿层位沉积特征

区内主要矿体都赋存于下石炭统林地组碎屑岩之上，即上石炭统经畲组下部。许多矿区在栖霞组上部常见到小型铁矿体，如马坑、潘田、洛阳、汤泉、中甲、樟坑、大排等矿区均在栖霞组中发现透镜状、似层状中小型铁矿体［9-15］，显示出明显的层控性，赋矿层位以经畲组下部为主，其次为栖霞组上部。

经畲组作为主要赋矿层位，其岩石组合具有明显特征，主要表现在碎屑岩中有同时代火山岩夹层，而碎屑岩自身也含有火山物质和钙质成分。以马坑铁矿经畲组为例:底部为安山质熔结凝灰角砾岩或泥质石英砂岩夹流纹质凝灰质泥岩; 下部为石英磁铁矿石，夹安山玄武岩1 ～2 层、流纹质凝灰质砂质泥岩1～2 层;上部为透辉石型磁铁矿石，夹安山玄武岩2层;顶部为钙质细碎屑岩、矽卡岩、大理岩等。此外，龙岩经畲、中甲、大池天池塘、虎岗、德化阳山等矿区均发现与经畲组同时代的火山岩夹层。作为赋矿层位的栖霞组上部同样具有海相火山沉积特征，前人对海相火山作用的认识不够全面，对于海相火山岩夹层的描述也不够清晰，仅以“含火山物质”或者参照陆相火山岩的定义来描述。再者矿床普遍遭受后期热液交代蚀变，传统的矿物学、地球化学等方法很难将火山岩区分出来。随着现代科技的发展，可以直接观察到大洋底部正在发生的火山作用，对海相火山作用机制、海相火山岩石特征有了进一步的认识。通过调查研究，在多个地区识别出海相火山岩( 见图1) ，据此认为前人所述经畲组、栖霞组硅质岩以及硅泥岩即为海相火山岩，说明晚石炭世和中二叠世海相火山作用具有普遍性。

2.2 铁质来源

从20 世纪80 年代开始，大量学者分别从岩石学、矿物学、地层学和地球化学等方面对永梅凹陷带内的铁矿床进行了研究，认为马坑式铁矿与火山岩夹层及碎屑岩所含火山物质关系密切，铁质主要来源于晚石炭世经畲组或与其相当层位的火山沉积作用［9］。葛朝华等［1］对马坑主矿体石英－磁铁矿和角闪石－磁铁矿进行了全岩铷锶年龄测定，结果显示石英－磁铁矿为340 ±68 Ma，角闪石－磁铁矿为334 Ma，证实了矿体与经畲组地层是同时代的［1］。

大量钻孔资料表明，马坑铁矿主矿体呈单一层状赋存于经畲组地层内，产状与地层产状一致，呈整合接触，并与地层一道同步褶皱，铁矿主矿体的厚度、宽度与火山岩的厚度成正消长关系。矿床中部安山玄武岩厚度较大，矿体厚度、宽度也较大。主矿体与火山岩呈互层出现，且呈整合接触，其他如潘田、洛阳、阳山、中甲、天池塘、田地、芦峰、中复等矿区均有类似特征。栖霞组的海相火山岩夹层是铁多金属矿的另一个矿源层。栖霞组上部的硅质岩和硅泥岩层富含铁锰质，硅质岩中锰含量平均为0.38%，高于沉积岩碳酸盐类锰含量平均值( 0.11%) ; 硅泥岩中铁含量为1.13%，锰含量高达4.56%，远高于碳酸盐类铁、锰含量的平均值。海相火山岩夹层大多产自矿体附近，如大池天池塘铁矿的淬碎凝灰岩即为镜铁矿体的赋矿层位，虎岗北山寺铁矿点沉晶屑凝灰岩是铁矿体的下盘，小池培斜透辉石化淬碎角砾岩即为矿( 化)体，玉宝铅锌矿淬碎碎屑熔岩即为铅锌矿体，上述特点进一步证实了海相火山岩提供成矿元素。

图1 经畲组、栖霞组海相火山岩镜下特征Fig.1 Arthroscopic characteristics of marine volcanic rocks of Jingshe formation and Qixia formation

2.3 燕山期中—酸性岩浆活动的叠加—改造作用

永梅地区的铁矿往往与钼、铜、铅、锌、金等有用组分伴生。金属元素的来源除了海相火山沉积以外，还可能与岩浆有关，特别是燕山期中—酸性岩浆岩。燕山期岩体与铁矿床在空间上具有耦合关系，大多具有一定规模的铁矿床附近均有燕山期岩体存在( 见表1)［10，14，16-17］。外接触带部位往往找到大的矿体，该类矿体除了保留原始沉积特征外，后期热液蚀变也非常普遍，常见矽卡岩化、硅化、黄铁矿化、大理岩化等。对部分矿区的赋矿地层( 经畲组和栖霞组硅质岩层和硅泥岩层) 和与成矿有关的岩体金属含量进行了统计［10，18］，结果见表2。

表1 永梅凹陷带与成矿有关的岩体年代学特征Table 1 Chronology characteristics of magmatic rock related to mineral in Yong＇an-Meizhou depression belt

原始沉积和岩体的丰度都较高，赋矿地层与华南褶皱系碳酸盐岩相比，各元素( 除Au 外) 富集系数变化幅度较大;除华南褶皱系花岗岩外，其余岩体中各元素总体富集，但富集系数不高，且呈现差异性，天池塘铁铜矿和大排铁铅锌矿岩体相对富集Cu、Pb、Zn，马坑铁钼矿岩体相对富集W、Sn、Mo。说明经畲组或栖霞组在地层沉积时便形成了矿源层，局部可能形成一定规模的矿( 化) 体。燕山期岩浆活动对成矿作用表现在铁质活化转移、矿石类型和结构构造的改变以及带来多金属元素的叠加，如使得沉积成因的菱铁矿、赤铁矿等变成了磁铁矿。岩浆热液携带活化的铁质及自身的多金属元素在接触交代过程中形成了多金属矿体。

马坑铁矿矽卡岩期成矿流体主要是岩浆水，辉钼矿Re－Os 同位素年龄为133.0 ±0.8 Ma，与马坑莒洲和大洋岩体成岩年龄(132.6±1.3 Ma) 相当［19-20］，说明岩浆热液的叠加作用是马坑钼矿形成的重要因素。

综合上述分析可知，与铁矿伴生的多金属矿体物质来源主要为海相火山沉积，其次为燕山期中—酸性岩浆活动，岩浆活动对铁多金属矿的改造作用主要是金属元素的活化转移和多金属的叠加富集。

3 矿床成因

马坑式铁矿受到地层( 经畲组下部、栖霞组上部) 和岩浆岩( 燕山期中—酸性岩浆岩) 的共同控制，具有海相火山作用的铁质主要来源、沉积的成矿方式、后期强烈的岩浆热液叠加改造等特点，为海相火山沉积－岩浆热液叠加改造型矿床，见图2。

4 找矿方向

经畲组和栖霞组地层对成矿的作用较大，因此前人在探讨该地区找矿方向时，多从岩相古地理的角度出发，认为晚石炭世( 即经畲组沉积时期) 时，永梅凹陷带大致以三明—上杭隆起为界分为西部明溪—长汀次级凹陷带和东部大田—龙岩次级凹陷带2 部分，通过岩性、岩相对比，将大田—龙岩凹陷带作为重点找矿区域。通过进一步分析矿床地质特征和矿床成因可知，海相火山作用是成矿的关键。晚石炭世( 经畲组) 与中二叠世( 栖霞组) 海相火山岩代表了来自下地壳或上地幔的深部物质，海相火山作用更多的与深层次断裂构造有关。

表2 与成矿有关的地层与岩体元素含量Table 2 Element contents of strata and magmatic rock related to ore-forming

图2 马坑铁矿成因模式Fig.2 Genetic model of Makeng-type iron deposit

经畲组的沉积建造是处于碎屑岩相—碳酸盐相的过渡阶段，栖霞组的沉积建造是处于碳酸盐相—碎屑岩相的过渡阶段，二者的沉积建造特征指示永梅凹陷带在晚石炭世和中二叠世时期的沉积环境均发生了突变，这种突变主要为岩石圈垂向构造运动的体现，往往伴随着深大断裂带的形成及壳幔物质的上涌( 火山作用) ，因此，构造转换中心位置即为成矿最有利的部位。

目前在梅县玉水、上杭湖洋、大池天池塘、龙岩马坑、德化阳山等地均发现了晚石炭世海相火山岩，区域上大致呈NEE 向带状分布，该带与前人推断的超壳断裂带走向基本吻合。可以认为永梅凹陷带铁矿找矿重点应为梅县玉水—龙岩马坑—德化阳山一线，该带代表了晚石炭世构造转换的中心位置，也是海相火山岩的沉积中心，是成矿最有利的部位。培斜、玉宝矿区栖霞组中含矿淬碎角砾岩和碎屑熔岩的发现证明了中二叠世确实存在海相火山作用，可能代表了区域上除晚石炭世之外的另一期重要的成矿作用，应加强对栖霞组海相火山岩夹层的识别，总结分布规律。晚石炭世海相火山作用与深大断裂带有关，呈裂隙式喷发，火山岩在断裂带两侧的分布应较为普遍，只是大部分地区被新的地层覆盖，后又受到中生代岩浆作用及推覆构造的影响，地表很难见到海相火山作用的迹象。目前永梅凹陷带仅发现马坑超大型铁矿，其他均为中小型，深部找矿潜力较大。

5 结 语

在对永梅凹陷带铁多金属矿床特征分析的基础上，详细讨论了马坑式铁矿的矿床成因和找矿方向，为区内铁多金属矿找矿工作提供参考。

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