青海东昆仑龙什更铁钴矿成矿时代与成因类型

2021-06-06陈海福李小亮严正平张松涛王生龙赵俊芳李良

世界地质 2021年4期

陈海福，李小亮,3，严正平，张松涛，王生龙，赵俊芳，李良

1.青海省有色地质矿产勘查局地质科技处，西宁 810001；2.青海省有色地质矿产勘查局第一地质勘查院，西宁 810007；3.青海省有色地质矿产勘查局青海省隐伏矿勘查重点实验室，西宁 810007；4.云南大学地球科学学院，昆明 650500

0 引言

钴一直是中国紧缺的战略资源，来源比较有限，中国乃至世界上的钴矿床多为伴生矿床，吉林大横路、赣西五宝山和青海驼路沟等是中国为数不多的独立钴矿床[1--3]。东昆仑成矿带是中国重要的金、铜、镍、钴、铁、铅锌多金属成矿带，经过最近二十年的工作，该成矿带的钴矿找矿成果取得了较大突破，特别是2011年发现的夏日哈木铜镍矿伴生了非常可观的钴矿，截至2016年该矿床伴生的钴资源量已达4.29万t，平均品位0.025%[4]。加上已发现的督冷沟铜钴矿、驼路沟钴矿、肯德可克钴铋金矿、尕林格铁(钴)矿以及夏日哈木、石头坑德、浪木日等含钴铜镍硫化物矿床[4--6]，东昆仑地区已显示出了具有形成中国重要的钴矿资源远景区的条件。东昆仑地区的找矿方向已由多矿种、大范围转变为紧缺资源、优势矿种的精准找矿，钴矿已成为了当前该地区找矿的主攻矿产。

龙什更铁钴矿为青海省有色第三地质勘查院近年在沟里整装勘查区发现的一个含钴矿床，是近些年东昆仑地区重点勘查的钴矿项目，经过两年的工作已取得了一定找矿成果，目前处于预查阶段中。该矿床目前已发现12个铁钴或钴矿体，单个矿体长100～1 400 m，平均厚度1.00～7.64 m，Co平均品位为0.021%～0.179%(单样最高0.19%)，Fe平均品位为34.62%～55.30%(单样最高59.98%)(1)薛超平，王珩，胡申光，等. 青海省都兰县龙什更地区铜钴多金属矿2019—2020年工作总结及2021年工作方案. 西宁：青海省有色第三地质勘查院，2021.。然而，该矿床发时间较晚，地质工作程度偏低，对该矿床的认识处于初步阶段。同时，由于复杂的地质特征使得龙什更铁钴矿床的成矿时代、矿床成因类型等具有较大争议。因此，笔者拟在详实野外调研和室内显微镜观察的基础上，利用LA--ICP--MS锆石U--Pb测年和全岩地球化学分析的方法对龙什更铁钴矿的含矿层位进行分析，以期对该矿床的成矿时代、成因类型等作出限定，同时为该矿床的下一步找矿方向提供思考。

1 区域地质背景

东昆仑造山带位于青藏高原北缘，中央造山带的中西段，北濒柴达木盆地，南与巴颜喀拉造山带相接。该带内南北差异较大，以昆中断裂为界，南、北基底不连续、性质明显不同，北部为古老结晶基底，南部以中--新元古代大洋玄武岩高原为褶皱基底，表现为多期边缘造山作用形成的边缘造山带[7]。东昆仑造山带在其长期复杂的演化过程中发生过多次重大的构造体制转换事件，形成了性质迥异的不同的构造带。孙丰月等[8]依据4条近EW向的断裂带自北向南将其分为昆北加里东弧后裂陷带、昆中基底隆起花岗岩带、昆南复合拼贴带、阿尼玛卿蛇绿混杂岩带与北巴颜喀拉造山带(图1a)。在区域构造演化过程中扮演重要角色的昆南带夹持于昆中断裂带与昆南断裂带之间，由大洋玄武岩高原与微陆残块构成了褶皱基底。该构造带具有多旋回构造运动：①前加里东期大洋玄武岩高原与加里东造山带；②晚古生代—早中生代古特提斯活动陆缘[10]。

图1 东昆仑造山带构造分区略图[9](a)和龙什更铁钴研究区地质图[11](b)Fig.1 Sketch map showing tectonic divisions of eastern Kunlun orogenic belt[9] (a) and geological map of Longshigeng mining area[11] (b)

区域地层发育比较齐全，主要有古元古代金水口群片麻岩、混合岩、斜长角闪岩和大理岩等，中--新元古代万宝沟群海相中基性火山岩、碳酸盐岩和浅变质千枚岩，奥陶纪纳赤台群变砂岩、泥砂质板岩和安山岩等，早石炭世浩哈拉郭勒组凝灰岩、安山岩和泥砂质板岩等，晚石炭世浩特洛洼组杂砂岩、粉砂质板岩和砾岩等，晚二叠世格曲组砂岩、灰岩等，早--中三叠世洪水川组砂岩、安山岩和凝灰岩等，侏罗—白垩纪羊曲组砂岩、页岩等及第四系沉积物(2)薛超平，王珩，胡申光，等. 青海省都兰县龙什更地区铜钴多金属矿2019—2020年工作总结及2021年工作方案. 西宁：青海省有色第三地质勘查院，2021.。区域褶皱、断裂构造均较发育，断裂构造尤为显著。以压性或压扭性断裂为主，构成主干构造，张性和扭性断裂居从属地位。断裂按走向可分为3组：NWW向、近EW向和NE向。近EW向断裂规模大，延伸远，具有多期活动等特点，而NE向构造多为次级构造。区域内岩浆岩分布广泛，主要发育海西期、印支期侵入岩，岩性以中酸性及超基性--基性为主，侵入期次有加里东期、华力西期、印支期和燕山期。其中以华力西期酸性侵入岩为主，构成一个多旋回复合岩带。其分布严格受构造控制，一般局限于东西向构造带内，呈岩基或岩株状产出。

2 研究区与矿床地质特征

2.1 研究区地质特征

龙什更铁钴矿位于昆中断裂南侧的昆南复合拼贴带内，研究区中心坐标约为：98°14′00″E， 35°38′00″N。研究区出露的地层主要为中--新元古代万宝沟群叠层石灰岩、千枚岩和变玄武岩，分布面积占研究区的80%以上；晚石炭—早二叠世浩特洛哇组砂砾岩，零星分布在研究区西北角和东南角以及第四系冲洪积物(图1b)。

研究区的构造主要为断裂及褶皱构造。断裂构造按走向可分为近EW、NWW和NW向，性质多为压扭性，具多期活动的特点，铁钴矿带中发育一系列NW向的小规模成矿后断裂，对矿体有错位、破坏作用，如断裂F6～F11(图1b)。褶皱发育于南部万宝沟群灰岩与千枚岩中，为一复式向斜，地层产状变化较大，倾向120°～320°，倾角55°～90°。目前所发现的FeCoⅠ矿带发育于背斜翼部。

研究区岩浆岩主要以中酸性侵入岩为主，发育有少量的石炭—二叠纪基性--超基性岩。玄武岩多为灰黑色隐晶--微晶结构，枕状构造。超铁镁质岩多为蛇纹岩，可见堆晶层理，具变余网状结构，原岩为纯橄榄岩，岩体与围岩呈断层接触，接触面附近围岩构造变形强烈，形成糜棱岩[11]。

2.2 矿床地质特征

2.2.1 矿体特征

龙什更矿床的铁钴矿体主要赋存于FeCoⅠ矿带中，地表控制长约7 km，宽5～20 m，走向20°～70°，呈北东向带状延伸。矿带产于万宝沟群灰岩与千枚岩接触带中，顺层产出，位于背斜的南东翼部。该带内共圈出13个钴矿体(CoⅠ--1～CoⅠ--13) ，单个矿体长100～1 300 m，除CoⅠ--2、4、5、6、9长度>400 m外，厚度其余矿体长度均为100 m，均为小型规模矿体，平均厚1.0～7.64 m。矿体平均品位Co 0.021%～0.179%，单样最高0.190%。其中CoⅠ--2、5为主矿体，CoⅠ--2矿体长1 250 m，平均真厚度为4.65 m，最大倾向延伸158 m，Co平均品位0.039%，单样最高0.086%；CoⅠ--5矿体长1 300 m，平均真厚度为1.69 m，最大倾向延伸60 m，Co平均品位0.066%，最高0.19%。钴矿常与赤铁矿伴生，TFe品位为25.07%～55.3%。另外，FeCoⅠ矿带附近发育一条铁矿带—FeⅥ，该矿带产于万宝沟群白云质灰岩中，顺层产出，距FeCoⅠ矿带北侧约300 m平行产出，长度约1 700 m，宽约5～10 m，走向近东西，发育大量的赤铁矿，TFe品位为30.92%(3)薛超平，王珩，胡申光，等. 青海省都兰县龙什更地区铜钴多金属矿2019—2020年工作总结及2021年工作方案. 西宁：青海省有色第三地质勘查院，2021.。

野外调研可知，FeCoⅠ矿带实际上为一条宽约5～20 m的以铁氧化物为主的氧化带，局部地段“成层”产出，局部地段则以走向上连续的透镜体产出。FeCo透镜体长轴方向与矿带走向一致，大致等距断续产出，倾向SE为主，产状约120°∠75°，局部反倾。按透镜体的大小大致可分为2个群组：①厚度≥1 m的Fe--Co透镜体(图2a)；②旁侧围岩中≤0.2 m的Fe--Ca透镜体或条带(图2b)。第一群组是龙什更研究区FeCo的主要来源，产于灰岩与千枚岩接触带下盘灰岩中(图2a、c)，厚度多在1.2～7.5 m，两端常尖灭、再现，接触带中的透镜体无论在规模和数量上都大于灰岩中的透镜体。第二群组主要产于接触带旁侧(上盘)的千枚岩中，以一系列产状相似、断续产出、顺层的透镜体或条带产出，铁质含量比大透镜体的稍低，与千枚岩具有“同变形”的特征(图2b)。由于后期强烈的氧化、淋虑作用，原生矿物发生强烈的氧化分解形成了大量铁氧化物，外观与“铁帽”无异。大量的铁氧化物也使旁侧的岩石发生强烈的“铁染”现象，如南段灰岩的裂隙中充填薄膜状的针铁矿、赤铁矿和褐铁矿等铁氧化物，而岩石内部新鲜，这种大范围“铁染”现象使氧化带的宽度显得比实际更宽，同时铁氧化物胶结碎屑角砾形成“角砾岩”。

2.2.2 矿石组成

矿石类型主要为氧化物型矿石，黄褐色、土黄色和褐色等，不具磁性，由各种铁氧化物组成，主要有褐铁矿为主，其次有菱铁矿、针铁矿和赤铁矿等，约占总量的10%～40%。氧化物型矿石实际为原生块状矿石发生强烈氧化而成，氧化淋滤作用强的部位呈铁质残留多孔状、蜂窝状、鲕状或肾状(图2c)，风化中等的部位呈粉状、土状，风化弱的部位呈块状。仍可见部分未完全氧化的块状原生沉积赤铁矿矿石(图2d)。氧化物型矿石中，Fe、Co的品位与矿石的颜色、性状密切相关，黑色--褐色、密度较大、相对致密的矿石Fe品位更高，是龙什更Fe的主要来源，但Co品位低；黄色--黄褐色、密度较小、相对松散的多孔状或蜂窝状矿石的Co品位相对较高，局部可见桃粉色的皮壳状钴华(图2e)。硫化物型矿石几乎不可见，南段偶见零星未氧化完全的黄铁矿，总体来说地表及浅处硫化物非常少见，但在含炭泥质板岩等偏还原环境形成的围岩中诸如黄铁矿等硫物则常见得多。原生矿石比较少见，块状构造，灰黑色、深灰色，也不具磁性，主要为原生沉积的赤铁矿、菱铁矿等组成。

a.FeCoⅠ矿带北段的透镜状铁钴矿体及旁侧的小透镜体；b. 旁侧绿泥绢英千枚岩中的菱铁矿--白云石小透镜体，两者具有“同变形”的特征；c. 原生矿石因氧化淋虑而形成的蜂窝状、鲕状铁质残留矿石；d. 弱风化的原生沉积块状矿石；e. 黄褐色多孔状、蜂窝状矿石及桃粉色的皮壳状钴华。图2 龙什更铁钴矿FeCoⅠ矿带中的铁钴矿体与野外手标本照片Fig.2 Field photographs of Fe--Co ore body and hand specimen in Fe--Co Ⅰ mineralized zone in Longshigeng Fe--Co deposit

赤铁矿和针铁矿是主要的矿石矿物，其中赤铁矿的成因有两种：一种为原生沉积形成的赤铁矿，粒度多在0.5～1.0 mm之间，发育揉皱、弯曲现象，普遍遭受表生交代作用而形成针铁矿、纤铁矿等；另一种为次生赤铁矿，粒度极细，为原生沉积的赤铁矿发生氧化而来，常呈网脉状、细脉状产出。针铁矿均由赤铁矿发生氧化而来，在碳酸盐岩中经常可见沿裂隙不规则分布的针状针铁矿。纤铁矿的含量较针铁矿少，但其常与针铁矿形成褐铁矿，并与次生赤铁矿构成了龙什更铁钴矿带主要的次生铁氧化物。黑色致密块状铁矿石中由原生沉积的赤铁矿在后期表生条件下形成的针铁矿围绕岩石角砾生长而形成的针铁矿环带(图3a)、或在原生沉积赤铁矿之间重新结晶形成细粒针铁矿条带，铁钴矿带碳酸盐岩中原生沉积的肾状赤铁矿在应力作用下形成揉皱、弯曲，并被次生针铁矿、纤铁矿交代，次生的针铁矿围绕赤铁矿残留核生长而形成“鲕状”或肾状结构(图3b)。

脉石矿物以方解石为主，其次有白云石、铁白云石、长石、绢云母、绿泥石和绿帘石等，约占总量的60%～90%。原生沉积期形成的白云石、铁白云石和菱铁矿等是与Co元素初始富集相关的重要矿物，推测Co主要以类质同象的形式赋存于这些碳酸盐矿物中。原生碳酸盐矿物(以白云石为主，也含铁白云石)在显微镜下能够被清楚鉴定出来，可明显见到白云石的双晶条纹平行于短对角线以及菱铁矿特征的内反射色。碳酸盐岩的压溶作用在该矿床比较常见，发生重结晶作用而形成粗粒的碳酸盐矿物，以方解石为主，也含较多白云石(图3d)。镜下可明显观察到铁钴矿石发生氧化之后残留的原生沉积碳酸盐岩矿物，证明含矿的小透镜体为含Fe--Co的碳酸盐透镜体(图3e)。

a.原生赤铁矿在后期表生条件下形成的针铁矿围绕岩石角砾生长而形成的针铁矿环带(黑色致密块状铁矿石)；b. 原生赤铁矿被次生针铁矿、纤铁矿交代并围绕赤铁矿残留核生长而形成“鲕状”或肾状结构；c. 碳泥质板岩中的浸染状自形黄铁矿；d. 碳酸盐岩的压溶作用，发生重结晶作用而形成粗粒的碳酸盐矿物；e. 铁钴矿石发生氧化之后残留的沉积碳酸盐岩矿物；f.绿泥绢英千枚岩及其定向构造。图3 龙什更铁钴矿床主要金属矿物和含矿岩石显微镜下照片(单偏光)Fig.3 Microphotographs of major metal minerals and ore-bearing rocks of Longshigeng Fe--Co deposit

2.2.3 矿石组构

龙什更铁钴矿的矿石结构主要有鲕状结构、交代结构和交代残余结构。矿石构造主要有块状构造、皮壳状构造、肾状构造、结核状构造、蜂窝状构造和多孔状构造。蜂窝状构造、多孔状构造是氧化矿石的主要构造，为原生矿石(可能为菱铁矿石或含铁碳酸盐岩矿石)在后期氧化、淋滤后的铁质骨架残留。在北段采坑的Fe--Co透镜体中可见原生矿石为完全氧化残留的鲕状、肾状构造，是原生矿石构造的残留与反映(图2c)，这些鲕状、肾状、结核状物质相对致密，密度较大，推测为铁质结核。黑色致密的块状铁矿石主要由原生沉积的赤铁矿组成，同时在后期的表生条件下发生分解并重结晶而形成了次生赤铁矿、针铁矿和纤铁矿等铁氧化物。交代结构在龙什更矿床中最为普遍，主要表现为原生沉积的赤铁矿在表生条件下转变为次生赤铁矿、针铁矿和纤铁矿等铁氧化物，而氧化程度过高的矿石而最终形成了多孔状、蜂窝状的铁帽。

3 样品特征与分析方法

3.1 样品特征

龙什更铁钴矿体主要产在万宝沟群绿泥绢英千枚岩和叠层石灰岩接触带中，同时上下围岩中也有少量小规模的含矿透镜体产出。拟采集FeCoⅠ矿带中段紧邻接触带的绿泥绢英千枚岩，其与灰岩呈整合接触关系，邻近接触带发育较多具有“同变形”特征的小透镜体(图3f)。样品呈浅黄褐色、浅褐色、土黄色等，鳞片变晶结构，千枚状构造，主要由绿泥石(～15%)、绢云母(～10%)、石英(～60%)和不透明物质(～15%)(可能为碳质)等矿物组成，矿物定向排列明显。石英，他形粒状，粒度0.1～0.5 mm不等，正低突起，具波状消光。绢云母，鳞片状集合体，粒度普遍<0.1 mm，具闪突起。

3.2 分析方法

3.2.1 锆石U--Pb定年

锆石U--Pb定年和微量元素含量在北京燕都中实测试技术有限公司完成，采用LA--Q--ICP--MS同时分析完成。激光剥蚀系统为New Wave UP213，ICP--MS为布鲁克M90。激光剥蚀过程中采用氦气作载气、氩气为补偿气以调节灵敏度，二者在进入ICP之前通过一个Y型接头混合。每个时间分辨分析数据包括大约20～30 s的空白信号和50 s的样品信号。U--Pb 同位素定年中采用锆石标准GJ--1作外标进行同位素分馏校正，每分析5～10个样品点，分析2次GJ--1。锆石微量元素含量利用SRM610作为多外标、Si 作内标的方法进行定量计算。本次测试剥蚀光斑直径根据实际情况选择30 μm。相关测试结果见表1。

3.2.2 岩石地球化学分析

本次的主量元素、稀土微量元素地球化学分析也在北京燕都中实测试技术有限公司完成。主量元素测定采用熔片X荧光光谱法(XRF)，所用仪器为PANalytical Zetium(或岛津XRF--1800)，测试精度优于5%。微量元素和稀土元素分析使用消解ICP--MS法完成，使用仪器为德国analytikjena M90 ICP--MS。方法称取200目全岩粉末样品放入Teflon瓶中，往瓶中加入HF和HNO3混合酸后使用Teflon封闭反应罐进行溶样，溶解后的样品在等离子体质谱仪上进行微量元素和稀土元素的分析测试。用组合标准工作溶液对仪器进行标准化，以含0.8 mol/L HNO3的高纯水得到的计数率与内标计数率的比值为低点，以组合标准工作溶液中各元素的计数率与内标计数率的比值为高点，得到各元素的两点标准化直线，然后对样品溶液进行测定。分析过程中以GSR--3为标样，在95%的置信度范围内，RSD优于5%。相关测试结果详见表2、3。

4 分析结果

4.1 锆石U--Pb定年

绿泥绢英千枚岩锆石的粒度多为80～100 μm，部分呈断头晶、短柱状或次圆状，部分具有完整的晶形、长柱状和均匀的内部结构以及较清晰的振荡环带(图4)，同时大部分锆石的边缘存在不连续的窄条变质边。在球粒陨石标准化稀土元素配分图解中，锆石稀土元素表现为“左倾”的配分模式，轻重稀土元素分馏作用较强(LaN/YbN=0.01～0.15)，具有显著正Ce异常、负Eu异常的特征，与Boggy Plain和咸水泉岩浆锆石的稀土配分模式非常接近(图4a)。同时，锆石的Th/U 值变化范围大(0.11～1.30)，可能反映了复杂的锆石成因。

图4 龙什更绿泥绢英千枚岩主要年龄峰值代表性锆石的CL图像Fig.4 CL images for representative zircons of major age peaks from chlorite-sericite phyllite in Longshigeng

结果表明，绿泥绢英千枚岩锆石的组成非常复杂，内部结构也比较复杂，年龄跨度大，峰值众多，50颗锆石的207Pb/206Pb年龄范围为(1 138±25)～(2 791±13)Ma，从新太古代至中元古代晚期均有分布。单颗粒锆石年龄频率分布图显示，该绿泥绢英千枚岩的年龄存在多个年龄峰值(图5b)，其中最年轻一组((1 138±25)～(1 142±34)Ma；N=3)的加权平均年龄为(1 139±29)Ma，代表了该绿泥绢英片岩原岩形成的下限。

图5 龙什更绿泥绢英千枚岩锆石球粒陨石标准化稀土元素配分模式图(a)和207Pb/206Pb同位素年龄频率分布图(b)Fig.5 Chondrite-normalized REE pattern (a) and 207Pb/206Pb age histograph (b) for zircons from chlorite-sericite phyllite in Longshigeng

4.2 岩石地球化学特征

龙什更绿泥绢英千枚岩主量元素的含量变化范围较大，SiO2含量为68.70%～79.88%(平均75.57%)，Al2O3含量为6.93%～17.14%(平均11.30%)，K2O含量和K2O/Na2O值分别为0.65%～3.75%(平均1.94%)和3.84～8.36(平均7.03)，TFe2O3含量和Fe2O3/K2O值分别为4.50%～8.70%(平均6.62%)和0.16～1.80(平均0.46)。

岩石的稀土总量较高(∑REE=(64.6～177)×10-6，平均114 ×10-6)，在球粒陨石标准化稀土元素配分图中呈现缓右倾的配分模式(图6a)，变化趋势较为一致，具有较明显的轻重稀土分馏作用(LaN/YbN=3.06～7.48)和负铕异常(Eu/Eu*=0.47～0.57)以及微弱的正铈异常(Ce/Ce*=0.92～1.13，平均1.06)。原始地幔标准化微量元素蛛网图显示样品亏损Nb、P、Ti、Ba和Sr等元素，富集Th、La、Ce、Nd、Sm、Rb和K等元素(图6b)。

图6 龙什更铁钴矿绿泥绢英千枚岩球粒陨石标准化稀土元素配分模式图(a)与微量元素蛛网图(b)Fig.6 Chondrite-normalized REE pattern (a) and primitive mantle-normalized trace element spider diagram (b) for chlorite-sericite phyllite in Longshigeng Fe--Co deposit

5 讨论

5.1 成岩--成矿时代限定

阴极发光(CL)图像显示，龙什更绿泥绢英千枚岩部分锆石具有完整的晶形、长柱状和均匀的内部结构以及较清晰的振荡环带(图4)，同时大部分锆石的Th/U值>0.4，显示出岩浆锆石的特征。在球粒陨石标准化稀土元素配分图中，该锆石的稀土元素表现为“左倾”的配分模式，轻重稀土元素分馏作用较强(LaN/YbN=0.01～0.15)，具有显著正Ce异常、负Eu异常的特征，与Boggy Plain和咸水泉岩浆锆石的稀土配分模式非常接近(图6a)。尽管该岩石中少量锆石的Th/U值<0.4，但是Th/U值并不是判断其是否为岩浆成因的唯一有效标志，结合REE配分图解更能有效地判断其成因[12]。CL图像和REE配分图解均表明绿泥绢英千枚岩中的锆石均为岩浆锆石，所获得的U--Pb年龄可信度比较高，代表了区域上多期次岩浆活动事件。锆石U--Pb测年结果表明，绿泥绢英千枚岩锆石的年龄组成非常复杂，年龄跨度大，峰值众多，50颗锆石的207Pb/206Pb年龄范围为(1 138±25)～(2 791±13)Ma，从新太古代至中元古代晚期均有分布。单颗粒锆石年龄频率分布图显示，该绿泥绢英千枚岩的207Pb/206Pb年龄存在接近10个年龄峰值，包括1 140 Ma、1 230 Ma、1 490 Ma、1 650 Ma、1 710 Ma、1 825 Ma、1 925 Ma、2 690 Ma和2 790 Ma(图5b)，其中最年轻一组((1 138±25)～(1 142±34)Ma；N=3)的加权平均年龄为(1 139±29)Ma，代表了该绿泥绢英片岩原岩形成时代的下限，即原岩的沉积--成岩时限不超过1 139 Ma。

研究表明，万宝沟群是东昆仑非常重要的地层单元，严格分布在昆中断裂以南的区域，被视为昆南带的“褶皱基底”[8,10]，岩性为一套海相火山--沉积建造，岩石组合从下至上大体可划分基性火山岩、碳酸盐岩和碎屑岩，总厚度>6 073 m[13]。其中火山岩组以海相玄武岩(底部具有枕状构造)为主，具有大洋高原玄武岩的地球化学特征[8,10]。同时，大量测年结果表明万宝沟群火山岩组的年龄主体属于中元古代晚期(996～1 441 Ma)[14]，时间正好在Rodinia超大陆形成之后(约1.0～1.2 Ga)，裂解之前(约700～900 Ma)。然而，部分玄武岩的锆石U--Pb测年结果比较年轻，主要集中在新元古代早期，李良[14]认为这可能反映了基性岩浆在晚期(新元古代)喷发的时间间隔较长，同时喷发速率相当小，地幔柱效应已经大幅衰减。此外，龙什更含矿层位中的灰岩普遍发育叠层石，是元古代的时代特征[9,13]。由此可知，龙什更含矿层位中的绿泥绢英千枚岩和灰岩的沉积--成岩时限不早于中元古代末期。

如前所述，龙什更铁钴矿体主要赋存于中--新元古代万宝沟群叠层石灰岩与绿泥绢英千枚岩的接触带中，旁侧的碳酸盐组与碎屑岩组中也有小规模的Fe--Co透镜体产出。铁钴矿体顺层产出，均具有相近的产状，具有明显的“层控特征”，更重要的是千枚岩中的Fe--Ca透镜体或条带与千枚岩具有“同变形”特征，表明两者形成于同一时期，并且后来经历了相同的变质--变形作用。由此可知龙什更铁钴矿应形成于中--新元古代时期，极有可能为中元古代末期—新元古代早期，处于万宝沟大洋玄武岩浆喷发峰期之后的碳酸盐--碎屑沉积期。

5.2 岩石成因及成岩大地构造背景

龙什更绿泥绢英千枚岩主要由绿泥石(～15%)、绢云母(～10%)、石英(～60%)和不透明物质(～15%)(可能为碳质)等矿物组成。同时，岩石主量元素的含量和相关比值变化范围较大，SiO2=68.70%～79.88%、Al2O3=6.93%～17.14%、TFe2O3=4.50%～8.70%和K2O/Na2O=3.84～8.36、Fe2O3/K2O=0.16～1.80，稀土、微量元素方面也表现出了沉积岩的配分模式。研究表明，Simonen[15]提出的基于尼格里岩石化学参数的原岩恢复图解适用范围广，恢复变质岩原岩类型效果好、误差小，不仅分出了火山岩区和沉积岩区，还能进一步划分出了沉积岩的多种类型。龙什更绿泥绢英千枚岩在SiO2--TiO2图中均落入了沉积岩区域(图7a)，在[(al+fm)--(c+alk)]--si图中则总体处在厚层泥岩和砂岩中间的区域(图7b)，表明其原岩应为沉积岩，碎屑物主要由泥质和砂质组成。在Al2O3--SiO2成因判别图中，样品主要落入水成区，部分样品落入热水区或靠近热水区(图7c)，指示原岩形成过程中水成作用占主导，同时有一定量的热水沉积物参与沉积--成岩。野外岩芯中可观察到一些含硅质石英的细碎屑沉积岩，如含硅质泥岩、砂质泥岩等，显示了强度偏弱的热水喷流沉积活动。

图7 龙什更铁钴矿绿泥绢英千枚岩原岩恢复(a、b)与成因判别图解(c)Fig.7 Diagrams of protolith reconstruction (a,b) and genetic distinguishing (c) for chlorite-sericite phyllite in Longshigeng Fe--Co deposit

绿泥绢英千枚岩属于中--新元古代万宝沟群地层，主要为一套海相火山--碎屑沉积岩，其中火山岩组以基性玄武岩为主，底部具有枕状构造，具有大洋高原玄武岩的地球化学特征[8,10]，同时也表现出洋岛玄武岩的特征[16--17]。在沉积构造环境判别图中，绿泥绢英千枚岩大多数样品落入了大洋岛弧的区域中(图8)，表明其原岩形成于洋岛环境，与下部玄武岩组的构造环境基本一致。万宝沟群从下至上的玄武岩组、碳酸盐岩组和碎屑岩组的岩性变化特征反映了万宝沟大洋玄武岩高原从形成到发展的连续沉积过程，在中元古代晚期玄武岩喷发峰期形成玄武岩高原台地之后(台地并未露出水面)接受了中元古代末期—新元古代的碳酸盐和碎屑沉积[8,10,14]，玄武岩浆喷发间歇期的“余热”可能是驱动海水发生大规模渗流的重要因素。

图8 龙什更铁钴矿绿泥绢英千枚岩原岩沉积构造环境判别图解Fig.8 Discrimination diagrams of sedimentary tectonic environment for chlorite-sericite phyllite protolith in Longshigeng Fe--Co deposit

5.3 矿床成因探讨

研究表明，菱铁矿的成因之一是与沉积作用有关，常呈薄层状产于细碎屑--碳酸盐沉积岩中，包括碳质泥岩、黑色页岩、黏土岩、煤层和碳酸盐岩(如白云石、方解石)等，热水沉积岩含量少、规模小，典型代表是华北地台中新元古代的下马岭组[18--21]；也可呈厚层状产于热水喷流沉积岩中，形成大型矿床，如陕西柞水县大西沟大型菱铁重晶石矿床[22--24]。菱铁矿层与上下层位整合产出，具有同沉积的特征，并伴随规模不等的热水沉积岩，如硅质岩、钠长质岩等。沉积作用占主导的含菱铁矿层状碎屑沉积岩大多含有来自生物的有机组份，例如(黑色)页岩、碳质泥岩和煤层等，表明菱铁矿可能是在低氧的情况下借生物作用形成[19]。华北地台的中--新元古代下马岭组中富含菱铁矿的层位，出露于下马岭组的下部，为一套碳质岩系，主要为粉砂岩和黑色页岩。粉砂岩、页岩中夹有铁结核层，三者常互层出现。这些铁结核表面呈褐红色，扁平椭球状，致密块状构造，多数直径在1～15 cm间，少数可达30 cm±，其最大扁平面平行于层面，围岩层理绕结核生长。结核新鲜断面呈灰色，具有碳酸盐岩特征，硬度小于小刀，比重明显大于泥岩、灰岩或白云岩，据此将铁质结核初步定为菱铁矿结核[20--21]。与热水喷流沉积作用有关的菱铁矿往往规模更大，如陕西大西沟菱铁重晶石矿，热水喷流沉积岩也更发育，并伴生多层状黄铜矿体，长数百米、宽几米至十余米、铜品位0.17%～1.60%，意味着该地区发生规模更大、强度更高的热水喷流沉积及成矿作用。由此可知，热水沉积矿床的形成、规模与热水沉积活动的强弱密切相关，其中BIF中Fe等成矿元素主要通过洋底大范围的“低温”渗流作用(一种相对温和的热水喷流沉积活动)来运移[25]，同时热水沉积建造的发育程度也是热水沉积活动强弱的重要体现之一。

如前所述，龙什更铁钴矿体主要赋存于万宝沟群绿泥绢英千枚岩和灰岩的接触带中，同时附近围岩中也有小规模的含矿碳酸盐岩透镜体产出，且与绿泥绢英千枚岩发生“同步变形”，具有“顺层产出”和“层控”的特征。碎屑岩段的硅质含量偏低，岩性为泥岩、碳质泥岩、粉砂质泥岩等局部夹砾岩、变泥质粉砂岩、砂板岩，绿泥绢英千枚岩经原岩恢复为沉积岩(可能为砂质泥岩)，研究区内未见明显的硅质岩等热水沉积岩，但可见含硅质的泥岩、含泥砂岩等。由此可知，龙什更地区的热水沉积活动较弱。由于龙什更铁钴矿体发生强烈的表生氧化作用，使得铁钴矿带外观上呈现一条宽度较大的“铁氧化带”，但仍保留了部分菱铁矿、铁白云石和黄铁矿等原生矿物。同时，矿带旁侧未风化完全的Fe--Co透镜体也表现出了碳酸盐岩风化的特征，具有明显的“刀砍纹”(图2b)。因此，笔者认为菱铁矿、白云石等可能是龙什更原生矿石的主要含钴矿物，而菱铁矿中常含Co、Ti等杂质。在空间上，氧化带所代表的铁钴矿层顺层产出，与上下盘岩石具有同沉积的特征，特别是上盘的Fe--Ca透镜体与千枚岩一同经历了相同的变质--变形作用。同时，在地表和大量钻孔中均未见明显的热液活动痕迹及相关的热液蚀变。因此，基于以上特征，笔者认为龙什更铁钴矿的成因类型应为(热水)沉积型铁钴矿，但热水喷流沉积活动偏弱，其形成过程(尤其是Fe的来源)与海底的热水活动有关。

值得注意的是，成矿后的强烈表生作用使地表及浅部的大部分矿体被氧化成铁帽，在地表形成了一条醒目的宽约十几米至二三十米的铁氧化带。氧化物型矿石中，Fe、Co的品位与矿石的颜色、性状密切相关，黄色--黄褐色、密度较小、相对松散的多孔状或蜂窝状矿石的Co品位相对较高，局部可见桃粉色的皮壳状钴华(图2e)。而灰黑色--褐色、密度较大、相对致密的原生矿石的Fe品位更高，是龙什更Fe的主要来源，但Co品位低。钴华、水钴矿等次生矿物是龙什更矿床的主要钴矿物，由此可知次生富集作用是该矿床高Co含量矿石形成的主要机制，而早期的(热水)沉积作用形成了Co初始富集和工业铁矿体。