河南省舞阳铁矿矿石光谱特征分析

涂恩照 王洁 戴帅军

摘要：河南省舞阳铁矿矿石中氧化铁矿物的化学成分和晶体结构存在一定程度的差异。光学显微镜和电子探针分析可以有效地识别铁矿石中氧化铁矿物的特征，激光拉曼光谱可深入探讨其晶体结构以及微观区域（lμm～100μm）的相变特征。利用光学显微镜和电子探针对不同成因类型的铁矿石样品进行测试，在此基础上，采用RenishawRM2000激光拉曼光谱对薄片中矿物的微观结构和微观相变区域进行原位分析，探讨不同类型天然氧化铁矿物的相变特征。

关键词：电子探针分析；激光拉曼光谱；微观结构；含矿岩层；舞阳铁矿

1. 引言

河南省舞阳铁矿类型分为基性岩浆结晶分异作用形成的矿床及沉积变质型铁矿，由于成因类型不同铁矿石中氧化铁矿物的化学成分和晶体结构存在一定程度的差异，国内外对铁矿石中磁铁矿——赤铁矿的微区分析采用了激光拉曼光谱来进行微区分析探讨不同类型天然氧化铁矿物的相变特征。例如国内弓长岭铁矿石由半自形铁氧化物组成的富铁质条带与半自形石英组成的富硅质条带交替出现，构成由海相火山喷发物质经沉积变质作用形成的典型条带状含铁建造（BIF）。

2. 矿石光谱分析特征

为了分析不同矿体中磁铁矿的物质来源，特别是层状矿体与透镜状矿体是否存在继承性的关系，分别从铁山矿区、经山寺矿区与经山寺深部钻孔岩芯中选取了三个矿石样品。对样品先进行了岩相和矿相常规光学鉴定，然后进行电子探针和光谱分析。所选样品如下：

2.1 光学显微镜鉴定特征

（1）样品R205镜下基本特征：

不同矿石矿物在岩石中的分布形式有所不同，其中磁铁矿为中细粒浸染状分布，粒径可以分为三种级别，第一种是大于1.0mm的颗粒，最大粒径为2.5mm，多数为1.5mm，这种颗粒自形程度相对较好，有时在局部还呈不明显的小团块状，第二种也是较为均匀分布于岩石中，粒径为0.08mm～0.5mm，自形程度相对较差一些，第三种是呈较为密集的浸染状分布于暗色矿物透辉石晶体之中，粒径一般为0.04mm～0.08mm，多呈他形晶，而且有明显呈平行线状定向分布的特征；赤铁矿基本不见单独晶体出现，均沿第一种和第二种粒径的磁铁矿边缘或裂隙交代磁铁矿，呈现港弯状、蚕蚀状交代边缘，有时还出现有交代穿孔等现象，而分布于透辉石中的磁铁矿被交代现象很不明显，偶见在第一种粒径的磁铁矿晶体中出现有长板状自形晶的赤铁矿。矿石矿物的在岩石中的含量为30%～35%（照片1）。

脉石矿物主要有石英、透辉石等，另外可见较多黑云母，少量方解石、绿帘石等，金属矿物以磁铁矿为主，其次有极少量的赤铁矿，未见其他金属矿物。

磁铁矿：岩石中主要呈粒状晶形的浸染状分布，局部见有不明显的小团块状，多数晶形不完整，为半自形至它形晶，但总体粒状特征明显，边缘多有赤铁矿呈港弯状、蚕蚀状交代，有时出现有交代穿孔。反射率R=21±，反射色为乳白稍带粉棕色调，均质性。含量为岩石的25%以上，占矿石矿物的95%左右。

赤铁矿：多分布于磁铁矿的边缘，呈港弯状交代磁铁矿，很少以单独晶体出现。单偏光镜下反射率R=30%±，反射色为较亮的白色，非均质性较强，偏光色为蓝灰、灰棕色，内反射看不出来。含量占矿石矿物的5%左右。

矿石矿物生成顺序：磁铁矿1——磁铁矿2——磁铁矿3——赤铁矿，镜下可见磁铁矿至少有三期，一期为原生晶形不完整或它形的大颗粒，第二期为自形程度较好的较小颗粒，第三期为分为布于透辉石晶体之中呈线状定向分布特征的细小它形颗粒。

（2）样品R604镜下基本特征：

矿石矿物在岩石中的分布形式、粒径、自形程度大致有三种情况，第一种为中粒它形晶，分布于脉石矿物透辉石颗粒之间，非常类似于岩浆结晶形成的海绵陨铁结构特征，最大粒径为1.8mm，多数为1.4mm±，这种磁铁矿可能为原岩形成过程中结晶的，属于变质前的残留组分；第二情况为半自形中细粒，呈浸染状分布，有时也呈小的致密团块状分布，最大粒径为1.5mm，多数为0.4mm～0.8mm，团块最大长径可达6.0mm，这种晶体可能为变质过程中变晶作用形成的；第三情况呈他形细粒至微粒晶形，呈密集浸染状只局限分布于透辉石晶体之中，多数情况下在透辉石晶体中还呈条带状分布的特征，各透辉石晶体内部的磁铁矿稠密浸染状条带的方向互不相同，只与透辉石晶体的延长方向有关，最大粒径为0.08mm，多数为0.03mm以下，这种晶体明显为变质作用中原辉石晶体在转变为透辉石的过程中析离的铁质形成的，另外局部还出现有后期分布于岩石显微裂隙中的微脉状磁铁矿。上面特征均可以说明含矿物原岩本身就是矿质母岩，而且原岩为超镁铁质岩浆岩。成矿组分的富集经历了明显的三个时期，第一个时期经历了岩浆结晶分异作用时期，实际上在硅酸盐组分结晶过程伴随有很微弱的熔离结晶作用，表现为硅酸盐组分先结晶，铁质氧化物组分后结晶的特点，第二个时期是变质结晶作用期，因为原岩中的辉石可能有单斜辉石和斜方辉石两种，当变质作用达到一定温压条件下，单斜辉石中的铁质析离，并游离原单斜辉石晶体，在单斜辉石晶体之外结晶，同时伴随变质分异作用，形成一些团块状集合体，但在此温压条件下，斜方辉石由于本身的熔点高于单斜辉石，其内部的铁质开始析离，但并未游离出原斜方辉石的晶体，其变质作用的温压开始回返，导致从晶格中析出的铁质只能在原晶体中的链状格架之间结晶，形成平行链状格架的特点。另外矿石矿物中还出现有一些熔离结构和交代结晶特征，表现为变质结晶的磁铁矿晶体中出现有熔离的黄铁矿，局部出现有自形晶的黄铁矿，以及黄铁矿呈港弯状交代磁铁矿，还有微量的黄铜矿交代黄铁矿，黄铁矿在闪锌矿晶体中呈固熔体等现象。矿石矿物的在岩石中的含量为30%±（照片2）。

脉石矿物主要有透辉石、斜长石、方解石等，金属矿物以磁铁矿为主，其次有少量的黄铁矿和极少量的黄铜矿、闪锌矿等。

磁铁矿：在矿石中的分布、粒径、自形程度等方面如上面所述。在镜下反射率R=21±，反射色为乳白稍带粉棕色调，均质性。含量为岩石的30%左右，占矿石矿物的99%左右。

黄铁矿：分布形式有三种，第一种在磁铁矿中呈固熔体分离，不规则的它形晶，有时也呈浮滴状，第二种是分布于磁铁矿的边缘，并呈港弯状交代磁铁矿，第三种是呈独立的自形晶，粒径多数小于0.01mm，呈半自形晶，反射率R=50±，反射色为亮的浅黄白色，均质性。

黄铜矿：只在个别黄铁矿晶体边缘或裂隙中呈交代黄铁矿出现，表面较光滑，可见明显的晕色，反射率R=46±，反射色为较亮的黄色，弱非均质性。

矿石矿物生成顺序：磁铁矿——磁铁矿+黄铁矿——黄铜矿+黄铁矿+闪锌矿——磁铁矿。

2.2 光谱测试

（1）光谱测试矿物

对于矿石的不同组分光谱测试，以光学显微镜的鉴定结果为论据，选定了以矿石矿物磁铁矿为主要待测矿物，包括矿石中所含的脉石矿物共计8种，（照片3），其中编号为3号、3-1号矿物为磁铁矿。因为本次测试主要是为了确定不同含矿层可熔性铁质的来源、运移方式，从前面的分析结果考虑铁质的原始来源为岩浆型的上地幔，而现在不同时代矿体的产出形态、矿石的构造、矿石的微量成分均有所不同，说明不同含矿层所经历的后期改造、富集过程存在明显区别。

（2）光谱图

通过对样品二次重复扫描所得不同矿物的光谱曲线图（照片4），并对所有矿物的谱线图进行峰值计算，对照采用的标准样品为[1-Jun-199912：00AM]，处理过程中的处理选项Oxygen按化学式法计算，并已归一化，3个样品各种矿物的均值如表2。

（3）矿石光谱测试结果分析

由表5-7中测试矿物3号与3-1号的测试结果直接表明，二者存明显的差别，首先是在微量元素的成分上，3号测试结果中含有微量组分Zr，3-1号测点结果表明基本不含微量组分。

根据磁铁矿中微量元素的地球化学特征表明，一般岩浆成因的磁铁矿中Ti、Ni、Co、Cr、Zr等微量元素含量相对较高，矽卡岩型磁铁矿一般Cu、Ga含量较高，而化学沉积变质型磁铁矿一般Ti、Al、Mg、Mn等元素含量相对较高。

将本区3号、3-1号磁铁矿与上面所述的磁铁矿中微量元素地球化学特征对比，3号磁铁矿为较典型的基性岩浆结晶分并形成，3-1号为带碎屑状棱角的磁铁矿边缘部分，说明这种磁铁矿很有可能为重砂富集型的磁铁矿，表层经过了一个氧化剔除杂质的过程，所以组分中微量元素含量很低。

3. 结论

根据对磁铁矿光谱测试分析，可以得出舞阳地区的磁铁矿矿床存在至少有两种物质来源，一种是基性岩浆结晶分异作用形成的磁铁矿，第二种为沉积变质型铁矿其经风化作用形成磁铁矿碎屑颗粒，再由沉积搬运，以重砂富集的形式，在风化搬动沉积过程中，重砂磁铁矿碎屑颗粒表层形成了一个氧化外壳，然后在变质作用过程沿内部磁铁矿的晶格发生次生长大。

参考文献：

[1] 李怀乾，河南舞阳铁矿田铁山矿区深部找矿潜力分析[J]，矿产勘查2011.09.

[2] 翟明国，鞍本太古代条带状铁建造（BIF）的稀土及微量元素特征[J]，地球学，1989.6。

[3] 谭伟，不同沉积变质型铁矿石中磁铁矿一赤铁矿的微区拉曼光谱研究[J]，矿物学报，2012.

[4] 王贵成，河南省铁山庙式铁矿床的形成过程与矿床氧化作用特征[J]，矿物学报，2006.12.

[5] 罗明强，河南省舞阳铁矿地质特征与找矿靶区[J]，西部探矿工程2009.12.

[6] 韩长寿，河南省舞阳铁矿深部找矿前景分析[J]，矿产与地质，2010.04.

[7] 贾兴杰，河南舞钢铁矿地质特征及深部找矿研究[J]，黄金科学技术，2012.04.

[8] 兰彩云，河南舞阳铁山庙式BIF铁矿的矿物学与地球化学特征及对矿床成因的指示[J]，岩石学报，2013.05.

[9] 李怀乾，河南省舞阳铁矿田基底岩系归属[J]，矿产与地质，2012.02.

[10] 李怀乾，河南鲁山地区早前寒武纪变质岩系的锆石年龄[J]，地球化学特征，地质通报2008.04.