河南舞阳铁矿赵案庄组含矿层的岩石矿物组合特征及成矿作用

涂恩照， 张洪武

(1.河南省有色金属地质矿产局第四地质大队，河南郑州450016； 2.长春工程学院，吉林长春130000)

河南舞阳铁矿赵案庄组含矿层的岩石矿物组合特征及成矿作用

涂恩照1， 张洪武2

(1.河南省有色金属地质矿产局第四地质大队，河南郑州450016； 2.长春工程学院，吉林长春130000)

赵案庄型铁矿是河南舞阳铁矿床中重要的铁矿类型。通过采取矿区含矿岩层岩性标本，运用岩石学、岩石成岩理论、变质相的新理论对各种岩石标本进行偏光镜下的岩矿鉴定，分析各种岩石的矿物组合、岩石的结构构造、矿物的生成顺序、矿物的结晶力和变晶相系，确定不同含矿层的岩石组合，推断其变质程度，初步划分变质相；同时分析成矿组分在不同矿物之间的转换过程，建立初步成矿模式。总结了赵案庄组含矿层的岩石矿物组合特征，厘定了研究区含矿变质岩系的变质级、变质相系，初步分析各类变质岩中矿物组合在变质作用过程中的变化，确定区内各类变质岩的原岩类型；同时分析了成矿组分铁质来源、铁质在原岩的成岩作用及随后的区域变质作用过程的变化，不同矿质来源与矿石特征、矿体产出形态的关系，为深部找矿提供参考。

含矿层；岩石矿物组合特征；成矿作用；赵案庄组；舞阳铁矿区；河南

0 引 言

赵案庄型铁矿是河南舞阳铁矿床中重要的铁矿类型，该含矿岩层属于新太古代的变质岩系(李俊平等，2012)，经历了多期次、不同程度的变质作用，其岩石中的矿物组合均能较好地反映不同的变质强度、变质作用的方式以及变质作用的环境，通过对其矿物组合的研究能够更好地划分、对比含矿层位，从而可以为深部含矿层位的分析提供理论依据，也可间接分析矿质富集的有利部位，为深部找矿提供一定的指导。

1 主要岩石类型

赵案庄组岩层的岩石类型主要由片岩类和片麻岩类、斜长角闪岩类、麻粒岩和混合岩以及具有矿化可含辉石、角闪石、黑云母的长英质粒岩四大基本岩石类型组成，并有夹有大理岩和具有明显变余组构特征的新太古代侵入的超镁质脉岩(李怀乾等，2014)。其中片岩和片麻岩的片柱状变晶矿物为黑云母、金云母、普通角闪石、透辉石，各种混合岩为与之相对的片麻岩、斜长角闪岩在深熔并伴随长英质注入以及交代和变质分异作用下形成，经混合岩化之后岩石中的硅质和钾质明显升高(表1)。

2 含矿层矿物组合特征

赵案庄组中段为含铁矿层段，整体上原岩变质变形程度较强，岩性变化较大，岩石种类繁多，该段普遍存在不均匀分布的石榴子石和硬石膏矿物，岩石中副矿物磷灰石分布较为均一。硬石膏和磷灰石是该段的标志性矿物，磷灰石在铁矿层中达到了可综合利用的标准。该段厚度一般为34～145 m，最大厚度336 m(李怀乾等，2011；贾兴杰等，2012)。铁矿与围岩、夹石层之间铁的含量多呈渐变过渡关系，局部呈突变关系。U-Pb法同位素年龄上限值为2 646～2 735 Ma(表2)，均集中于新太古代的25～28亿年年龄段内，应当定为新太古代。

表1 赵案庄组主要岩石类型的岩性组合特征Table 1 Lithologic assemblage characteristics of the main rock types in the Zhaoanzhuang Formation

表2 赵案庄组中段U-Pb同位素等值线年龄Table 2 U-Pb isotopoic ages of the middle member of the Zhaoanzhuang Formation

注：天津地质研究所，2012

该段以斜长角闪片麻岩或角闪斜长片麻岩以及含透辉石、或石榴子石、或黑云母、或金云母、或硬石膏、或钾长石的各类片麻岩为主，厚度一般1～30 m，最大厚度达119 m。夹有厚0.4～18 m的角闪岩、斜长角闪岩，局部还夹有厚度多为2～15 m角闪辉石黑云片岩、蛇纹透闪金云片岩、金云辉石片岩、绿泥石片岩，厚度为5～30 m的阳起石化、蛇纹石化橄榄岩、阳起石蛇纹岩，厚度0.5～8 m的辉石石英岩和长石石英岩。偶见0.4～13 m厚的混合岩和混合岩化斜长角闪片麻岩，个别地段还见有厚度为6 m左右的石英辉石大理岩。

在整个舞阳地区，该段岩层中多见有磁铁矿的矿化，但并未构成稳定的工业矿体(李怀乾等，2011)。本次研究认为，工业矿体的形成与变质原岩的岩性组合、原始岩层中超镁铁质岩的分布、超镁铁质原岩在后期变质改造过程中铁质析出的程度、原始铁矿层的分布有着密切的关系。

赵案庄组矿物组合主要有以下6种情况。

(1) 片岩矿物组合：片柱矿物(Hb+Px+Bi、Px+Phl、Tr+Phl、Am、Bi、Ch、Gra、Ser)+Q。片柱矿物主要为辉石、角闪石、黑云母、金云母、透闪石、绿泥石、石墨、蛇纹石等，其中蛇纹石主要出现于中段，为超镁铁质岩脉蚀变形成，并未经明显的进化变质作用。另外，到中上段，片岩中也出现石榴石，其矿物组合变为Bi+Q+Gr。

(2) 片麻岩矿物组合：Pl+Q+Di(Hb、Bi、Phl)或Kf+Q+Di(Hb、Bi、Phl)。其中，长石类型主要为斜长石和钾长石，片柱状暗色矿物主要为透辉石、角闪石、黑云母和金云母。到中、上段，因变质程度增高，岩石中开始出现较多的石榴石和紫苏辉石，其矿物组合变为Pl+Q+Di(Hb、Bi)+Gr+Hy或Kf+Q+Di(Hb、Bi、Phl) +Gr+Hy。

(3) 混合岩矿物组合：Pl+Mi+Q+Di(Hb、Bi、Phl)或Or+Mi+Q+Di(Hb、Bi)。因为研究区的混合岩基本上是在片麻岩(包括斜长角闪片麻岩或角闪斜长片麻岩)的基础上发生深熔、外来长英质注入、钾质硅质交代和变质分异作用形成的，所以这类岩石的矿物组合有一种针对片麻岩的继承性，同时考虑外来钾质的交代，出现明显的新矿物相微斜长石。而外来长英质的注入，不改变岩石的总体矿物组合，只改变岩石中原矿物组合的含量比例，变质分异作用是改变原来岩石矿物组合的重新分布，如构成不同条带。

(4) 辉石石英岩、长石石英岩以及含矿岩类：主要由辉石石英岩、长石石英岩、磁铁辉石岩、辉石磁铁石英岩等组成。其岩石矿物组合为Pl(Kf)+Q(±Hb±Di±Bi)，为一套重要的磁铁含矿岩系。

(5) 超镁铁质含矿岩类及矿化蚀变岩类：主要由透辉石、透闪石、石英、斜长石、石榴石、紫苏辉石、磁铁矿组成，其岩石矿物组合为Di(Hb)+Q±Pl(+Gr)、Di(±Hy+Hb)+Q+Mt(+Gr)，为一套重要的磁铁含矿岩系。

(6) 大理岩类的矿物组合：Cc(Dol)+Q(Sec、Di、Tr、Tc)，该矿物组合为最简单的一类岩石。

据岩矿鉴定，赵案庄组铁矿石类型主要有蛇纹石磁铁矿(图1)、角闪石磁铁矿(图2)、块状磁铁矿(图3)和阳起石磁铁矿(图4)。

图1 蛇纹磁铁矿显微照片Ser-蛇纹石；Mt-磁铁矿Fig.1 Microscopic photos of serpentine magnetite(a) ZK14808-B4, polished section (-); (b) ZK14808-B4, thin section (-)

图2 角闪磁铁矿显微照片Hb-角闪石；Mt-磁铁矿；Bi-黑云母Fig.2 Microscopic photos of hornblende magnetite(a) ZK14808-B47, polished section (-); (b) ZK14808-B47,thin section (-)

图3 块状磁铁矿显微照片Ser-蛇纹石；Mt-磁铁矿Fig.3 Microscopic photos of massive magnetite(a) ZK15600-B6, polished section (-); (b) ZK15600-B6, thin section (+)

图4 阳起石磁铁矿显微照片Ser-蛇纹石；Mt-磁铁矿；Act-阳起石Fig.4 Microscopic photos of actinolite magnetite(a) ZK14800-B9, thin section (-); (b) ZK14800-B9, polished section (-)

图5 变质相的P-T图(据Turner，1968)Pu-绿纤石；Ch-绿泥石；Q-石英；Zo-黝帘石；Act-阳起石；An-钙长石；Gro-钙铝榴石；V-钒；Hb-角闪石；Alm-铁铝榴石；Opx-斜方辉石；Ab-钠长石；Jd-硬玉；Lw-硬柱石AEH-钠长绿帘角岩相；HH-普通角闪石相；PH-辉石角闪相；S-透闪石相；Z-沸石相；PP-葡萄石-绿纤石相；GL-蓝闪石相；GS-绿片石相；EA-绿帘角闪岩相；A-角闪岩相；G-麻粒岩相；E-榴辉石相；HPFS-高压相系；MPFS-中压相系；LPFS-低压相系;UN-未发现；DG-未变质相；BS-蓝片岩相；VLPFS-超低压相系；DTHS-接触变质相系；DGS-脱气作用；MG-岩浆气相Fig.5 P-T diagram of metamorphic facies(after Turner, 1968)

3 岩层的变质相

对赵案庄组岩层变质相的分析至关重要，不但因为该组中段是研究区铁矿主要含矿岩层之一，更主要的是涉及铁矿床的成因与成矿物质的来源分析。多年来，对赵案庄组中段矿床形态特征、分布规律等方面的研究较为深入，但对成矿物质在变质作用过程中的活动规律，包括活化、迁移、富集以及原始铁质的主要来源等方面的研究相对较少。将赵案庄组主要岩石类型的矿物组合分段投影在变质相P-T图解中，得出下段所有投点均落MPFS区段的A区，部分落在G区；中段比较分散，从GS区经过A区到靠近G区均有投点；上段投点较为集中，主要落于A区靠近G区，还有部分投点落于G区(图5)。说明上段的岩石变质程度达到了中P/T变质相系的麻粒岩相，为整个赵案庄组变质程度最高的岩石组合；中段岩石整体为中P/T变质相系的高角闪岩相接近麻粒岩相，但根据变质作用P-T-t轨迹与变质相系的关系分析，出现变质作用经过热峰值后有回返的过程，特殊的回返过程为部分超镁铁质岩石中铁质的析出提供了有利条件；下段为中P/T变质相系的高角闪岩相至麻粒岩相，但矿物间的变质反应并未达到完全平衡状态。

4 含矿岩层岩石化学特征

对赵案庄组矿层采集了4个含矿岩样，样号分别为ZK15604HQ1、ZK15604HQ2、ZK15600HQ3、ZK15600HQ4，分析号为0628—0631。

为了确定含矿岩层的原岩，首先将岩石化学分析结果(表3)中的质量分数进行w(P2O5)/w(TiO2)和w(MgO)/w(CaO)计算，将计算结果投于Werner正、副片麻岩图解中(图6)。从图6可以看出，4个样品中有3个落在正片麻岩区，只有1个样品落在副片麻岩区，而且投点非常接近正片麻岩区，说明研究区的变质原岩和成矿母岩多为岩浆岩，矿质可能主要来源于超基性、基性到中性侵入岩和火山碎屑岩。

考虑Fe、Mg、K、Na、Ca、Al等元素在变质作用过程中的变化，将4个样品的分析数据投点于(Al+Fe+Ti)-(Ca+Mg)图解中(图7)，可以看出有4个样品的投点落在中基性火山岩区，由此可得出赵案庄组含矿岩层原岩主要为基性、中基性火成岩。

表3 舞阳铁矿田主要含矿岩层岩石化学分析结果Table 3 Petrochemical analysis of main ore-bearing strata in the Wuyang iron mine

注：河南省岩矿测试中心，2013

图6 正副片麻岩图解(据Werner,1987)Fig.6 Diagram discriminating orthogneiss and paragneiss(after Werner, 1987)

图7 (Al+Fe+Ti)-(Ca+Mg)图解(据Walk et al.,1987)Ⅰ-基性火山岩；Ⅱ-基性火山岩变种；Ⅲ-中性火成岩、基性火山杂岩、含黏土质凝灰岩；Ⅳ-含碳酸盐的沉凝灰岩；Ⅴ-黏土、泥岩、粉砂岩、长石砂岩、泥灰质砂岩；Ⅵ-黏土质、白云质和钙质泥灰岩Fig.7 (Al+Fe+Ti)-(Ca+Mg) diagram(after Walk et al.,1987)

5 成矿元素Fe的活化迁移富集

根据对赵案庄组的岩性组合及矿物组合分析，铁矿赋存于中段岩层中，主要岩性组合为片岩类、片麻岩类、长英质岩类、超镁铁质含矿岩类及矿化蚀变岩类、大理岩类、混合岩化岩类等，其中片麻岩类以斜长角闪质片麻岩为主(表4)。

岩石化学分析结果表明，主要含矿层位为超镁铁质含矿岩类及矿化蚀变岩类(刘立新等，2014)。其原岩均为基性、超基性火成岩，只有部分不含矿的片岩、片麻岩、大理岩为副变质岩类，说明含矿岩石主要来自上地幔上侵的富含铁质的超基性、基性岩浆，矿体形态多为似层状至巨大透镜状，产状与岩层一致，矿石的结构为条带状和块状(罗明强，2009)，这些均与现代岩浆熔离型和结晶分异型磁铁矿床有很大的相似性。

表4 赵案庄组含矿岩层的主要矿物组合Table 4 Main mineral assemblages of ore-bearing layers in the Zhaoanzhuang Formation

注：表中Am-角闪石；Bi-黑云母；Ch-绿泥石；Cc-方解石；Di-透辉石；Dol-白云石；Gr-石榴石；Gra-石墨；Hb-普通角闪石；Hy-紫苏辉石；Kf-钾长石；Mi-微斜长石；Mt-磁铁矿；Or-正长石；Phl-金云母；Px-辉石；Q-石英；Tc-滑石；Tr-透闪石

根据岩矿鉴定资料，含矿岩石多呈粒状变晶结构，暗色矿物主要为普通辉石、透辉石，少量绿色角闪石和更少量的黑云母；浅色矿物以石英为主，有少量的斜长石和一定量的钾长石；矿石矿物基本为磁铁矿，磁铁矿的含量与透辉石呈一定程度的正相关关系，与普通辉石、角闪石等呈明显的反相关关系。虽然岩石中暗色矿物含量较高，但从岩石化学分析结果可知，这类岩石中铁质的总量变化不太大，其矿石的含矿性明显与岩石中暗色矿物组合、含量有关：当岩石中透辉石含量较高时，一般磁铁矿含量也较高；但当岩石完全由透辉石组成时，基本不含矿。上述鉴定和分析结果明显说明，矿石中磁铁矿的形成主要是基性、超基性火成岩在变质作用过程中，原富含铁质的暗色矿物发生物相转变，晶格中的铁离子被钙离子置换，铁离子游离出原矿物晶格，在原矿物晶格之外形成磁铁矿，典型的变质反应如下(肖荣阁等，2008)：

Aug+Ca2+→Di+Mt

Hb+Ca2+→Tr+Mt

Ol+Q+V→Ser+Mt

Ol+Q+V→Tc+Mt

Ol+Q+V→Phl+Mt

以上反应式右侧的矿物组合恰巧是赵案庄组矿石层中最为常见的矿物组合，当然也会出现蛇纹岩、透闪石片岩、金云母片岩，表明游离铁发生了迁移。

6 结 论

(1) 根据对赵案庄组的岩性组合及矿物组合分析，铁矿赋存于中段岩层中，主要岩性组合为片岩类、片麻岩类、辉石长英质岩类、超镁铁质含矿岩类及矿化蚀变岩类、大理岩类、混合岩化岩类等。

(2) 岩石化学分析结果表明，主要含矿层位为超镁铁质含矿岩类、辉石长英质岩类和矿化蚀变岩类，其原岩均为基性、超基性火成岩，只有部分不含矿的片岩、片麻岩、大理岩为副变质岩类，说明含矿岩石主要来自上地幔上侵的富含铁质的基性、超基性岩浆。

(3) 矿体形态多为似层状至巨大透镜状，产状与岩层一致，矿石的结构为条带状和块状，这些均与现代岩浆熔离型和结晶分异型磁铁矿床有很大的相似性。

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Rock and mineral assemblage features and metallogenesis of ore-bearing layers in the Zhaoanzhuang Formation of the Wuyang iron mine, Henan Province

TU Enzhao1，ZHANG Hongwu2

(1. No.4 Geology Brigade, Henan Province Nonferrous Metals Geological and Mineral Resources Bureau, Zhengzhou, 450016, Henan, China; 2. Changchun Institute of Technology, Changchun 130000, Jilin, China)

Zhaoanzhuang-type iron deposits are an important type of the Wuyang iron deposits in Henan Province. This work collected rock samples from ore-bearing intervals in this deposit, and carried out microscopic identification with the theory of petrology, rock diagenesis and the new theory of metamorphic facies. We analyzed the mineral assemblages, rock textures and structures, mineral formation sequence, mineral crystallization force and crystalloblastic facies series, and rock assemblages of different ore-bearing layers, and inferred their metamorphic degree and preliminarily divided the metamorphic facies. The transition process of ore-forming composition among different minerals was determined, and a preliminary model was established. We summarized the rock and mineral assemblages of ore-bearing layers in the Zhaoanzhuang Formation, the metamorphic grade and metamorphic facies series of ore-bearing metamorphic rock series in this area, preliminarily analyzed the changes of mineral assemblage of various metamorphic rocks in metamorphism, and analyzed the original rock types of various types of metamorphic rocks in this area. In addition, we determined the the original source of ore-forming iron components, the role of iron during original rock diagenesis, the iron changes in later regional metamorphism, and the relationship of different sources of ore materials with ore characteristics and ore body occurrence shape. This study will be of some guiding significance for the deep prospecting of this area.

ore-bearing layers; rocks and minerals assemblage characteristics; mineralization; Zhaoanzhuang Formation; Wuyang iron mine; Henan Province

10.3969/j.issn.1674-3636.2016.04.567

2016-05-03；

2016-05-26；编辑：陆李萍

河南省地质勘查基金重点项目(整装勘查项目)“河南省舞阳铁矿田深部铁矿普查”(豫国土资发[2011]82号)

涂恩照(1972— )，男, 高级工程师，硕士，地质学专业，主要从事矿产地质勘查及管理工作，E-mail： tezyssd@163.com

P584； P618.31

A

1674-3636(2016)04-0567-08