冯庭录，鲍雷，吕呈，庾江华

（安徽省地质矿产勘查局322地质队，安徽马鞍山 243000）

0 引言

磁铁矿广泛分布于各种岩浆岩、变质岩和沉积岩中，同时也作为矿石矿物或主要金属矿物广泛存在于各类热液矿床中。磁铁矿中通常含有一系列微量元素，如Mg、Al、Ti、V、Cr、Zn、Mn、Co、Ni、Si、Ca、Sn等[1～4]。微量元素的含量不仅受控于磁铁矿本身晶体化学性质，同时也受控于磁铁矿沉淀时的物理化学条件，如流体组成、温度、氧逸度、硫逸度以及水岩反应程度等[5]的影响。因此对磁铁矿元素组成的研究可以反映与磁铁矿形成相关的岩体或流体的物理化学条件。大量研究也表明，磁铁矿的微量元素组成还可以用来指示其形成环境、矿床类型及矿床成因[6]。

宁芜矿集区是长江中下游成矿带七大矿集区之一，区内广泛发育中生代燕山期中性火山岩组合，火山岩由老至新分为龙王山、大王山、姑山和娘娘山等四组[7～9]，并且发育众多与火山岩及中生代中酸性侵入岩有关的铁矿，目前已发现大小矿床30余处及数十个矿化点。矿集区主要分为三个矿田：以梅山铁矿、吉山铁矿为主的北部梅山矿田，以凹山铁矿、陶村铁矿、和尚桥铁矿及东山铁矿为主的中部凹山-陶村矿田，以姑山铁矿、白象山铁矿为主的南部钟姑矿田，而雍镇矿田位于宁芜矿集区的西南部，近年来在该矿田内相继发现多个中型铁矿床，随着勘探工作的进行，该区域深部还显现出良好的铜、金成矿潜力[10]。钱村铁矿床是雍镇矿田内代表性铁矿床之一，通过了解单个矿床的形成条件对于理解整个矿田的形成过程以及往后的找矿勘探工作具有重要的指导意义。本文拟通过钱村铁矿中主要的矿石矿物-磁铁矿的地球化学特征揭示矿床形成时的物理化学条件变化，并探讨矿床成因。

1 矿床地质特征

钱村矿床位于宁芜矿集区雍镇矿田，大地构造位置位于下扬子板块北缘的宁芜火山盆地西南侧。矿区全为第四系覆盖，下伏地层为晚白垩世赤山组、中三叠世周冲村组、黄马青组，个别钻孔见古近纪地层（图1）。三叠系中统周冲村组主要为一套碳酸盐岩和膏盐层，仅见钱村矿区8线的ZKP-826孔的捕虏体中，岩石均已变质，岩性为块状灰岩，均已变质为微粒状大理岩，是矿床的赋矿层位之一。中统黄马青组主要为青灰夹紫红色含钙质泥岩、泥质粉砂岩、泥灰岩或薄层灰岩，水平微层理发育，大部分已变质成各种角岩，常由于岩体破坏而发育不全，其上段是矿床的主要赋矿层位。古近系、新近系上部为棕黄-灰绿色泥岩、粉砂岩、细砂岩、含砾泥岩、含砾粉砂岩；下部为砂砾石层粘土，岩石胶结疏松，具微细水平或交错层理。

图1 钱村矿床地质简图（钱仕龙等，2017）Figure 1.Geological sketch of the Qiancun ore deposit (after Qian Shi-long et al.,2017)

构造上，钱村铁矿位于裕-汤复背斜的核部，核部地层为三叠系中统，两翼为黄马青组，石英闪长岩岩体沿背斜部侵入。构造形态相对简单，常被上侵的岩脉所破坏，物探资料分析显示矿区内有二组北西或近东西断裂构造。钱村矿区内的岩浆岩为具较强钠长石化的闪长岩类岩体，沿着背斜核部侵入，查区内埋深大。闪长岩体与围岩接触面产状和地层产状大体一致或夹角很小，倾角一般小于45°，为侵入接触。

钱村矿床是单一的磁铁矿矿床，目前共圈定了磁铁矿矿体8个，编号为Ⅰ-1、Ⅰ-2、Ⅱ-1、Ⅱ-2、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ。矿体整体赋存标高-98.69～-1099.91m，除Ⅲ号磁铁矿矿体分布于三叠系黄马青组三段地层中，产出标高相对较高外，主矿体（Ⅱ-2、Ⅱ-1号矿体）均赋在闪长玢岩与黄马青组一段泥岩、钙质泥岩的接触带地层中，赋存标高一般为-350～-700m。矿体在接触带中有多层近平行产出，岩体隆起的部位矿层较薄，凹陷的部位矿层较厚。矿体形态比较简单，呈薄层状、似层状、透镜状，主要受接触带及地层产状联合控制，矿体走向约15°，与构造轴向一致，且沿走向向南倾伏，向北抬升（倾伏角10°～20°）（图2）。矿体倾向约285°，倾角约5°～45°。铁矿石中矿石矿物主要为磁铁矿，次要为赤铁矿、穆磁铁矿，金属矿物还有部分黄铁矿及少量的黄铜矿、斑铜矿、褐铁矿等，脉石矿物主要为方解石（含白云石）、次要为黑云母、粘土矿物、石英。矿石构造主要有块状构造、稠密或稀疏浸染状构造、脉状、角砾状构造等。

图2 钱村铁矿8线剖面图Figure 2.Line 8 section of the Qiancun iron ore deposit

2 样品特征及测试方法

磁铁矿（Fe3O4）是钱村铁矿中主要的矿石矿物，呈铁黑色，强磁性，根据磁铁矿矿石产出特征的不同，可分为块状、浸染状、脉状、角砾状四种矿石类型（图3）。块状矿石中磁铁矿呈粗粒自形～半自形结构，颗粒边缘多被赤铁矿交代（图3a）；浸染状矿石中磁铁矿呈分散粒状分布，半自形～他形结构，磁铁矿颗粒呈破碎状，多被方解石脉穿切（图3b）；脉状矿石主要组成除磁铁矿之外还有黄铁矿、斑铜矿及石英，其中磁铁矿呈粗粒结构，斑铜矿及黄铁矿分布于磁铁矿粒间隙中（图3c）。角砾状矿石也是该矿床中重要的矿石类型之一，其角砾成分可以是围岩，如闪长玢岩、灰岩、泥岩、钠长石角岩等，也可以是先期交代作用形成的方解石磁铁矿或脉状充填的方解石磁铁矿、赤铁矿，胶结物多为方解石、磁铁矿及少量的石英和粘土矿物，磁铁矿呈稀疏浸染状分布于胶结物中，呈细粒半自形～他形结构（图3d）。

选取代表性样品磨制成探针片，在光学显微镜下仔细观察后，圈出合适点位进行磁铁矿LA-ICP-MS微量分析工作。微量元素分析实验在合肥工业大学资源与环境工程学院矿床成因与勘察技术研究中心（ODEC）利用LA-ICP-MS完成，激光剥蚀系统为CetacAnalyte HE，ICP MS为Agilent7900，分析斑束大小为30～40um，使用多外标（NIST612，GSD-1G，BCR-2G，GSE-1G）无内标法进行元素含量校正[11]，分析元素为Mg，Al，Si，Ca，Sc，Ti，V，Cr，Mn，Fe，Co，Ni，Cu,Zn，Ga，Ge，Rb，Sr，Y，Zr，Nb，Mo，Sn，Hf,Ta，Th。

3 磁铁矿地化特征

图3 不同类型磁铁矿镜下特征：a.块状磁铁矿；b.浸染状磁铁矿；c.脉状磁铁矿；d.角砾状磁铁矿Figure 3.Characteristics of different types of magnetite under microscope

磁铁矿微量元素分析结果显示，不同产状磁铁矿具有不同的微量元素组成，但总体分布趋势相似（图4），不同类型磁铁矿中Cu、Y、Zr、Mo、Hf、Ta及Th等元素多低于检测限,因此在表1 中仅列出检测限以上的元素含量。对比四种类型磁铁矿，块状磁铁矿具有最高的Al2O3、V、Ni、Mn、Cr 及Ga 含量，但其FeO 含量最低（89.51%～92.75%）；脉状磁铁矿具有最低的MgO、Mn、Zn、Ga 及Sn 含量，但其Ti、V、Ni、Cr 含量较高；角砾状磁铁矿中Sn、Ga、Mn、Zn 含量相对较高，但Ni、Cr含量相对较低（图4）；浸染状磁铁矿元素含量通常介于其他类型磁铁矿元素含量之间，并且多表现出与角砾状和脉状磁铁矿元素含量的相似性（图3,4），且除块状磁铁矿之外，其他类型磁铁矿均具有相似的FeO含量（94.04%～96.13%）。并且不同磁铁矿中Mn 与Zn，Ti与V，MgO与Mn表现出较明显的正相关性。

图4 磁铁矿主微量元素含量蛛网图Figure 4.Spider diagram of major and trace elements contents in magnetite

4 讨论

4.1 控制磁铁矿沉淀的因素

4.1.1 水岩作用

水岩相互作用对磁铁矿成分的影响主要体现在磁铁矿是否继承围岩的相关组分。例如，在与碳酸盐地层强烈的水岩作用过程中，Ca、Mg、Mn 等元素易于在流体中富集[12]，而岩浆来源流体中通常富集Si，Al，Na，K，Fe 等元素[13]，而这些元素在磁铁矿结晶过程中具有相似的分配系数，因此Si+Ca、Mg+Mn等元素含量可以反映水岩反应程度[14][15]。由图6 可知，钱村铁矿中不同类型磁铁矿具有不同的Si+Ca、Mg+Mn组成，显示不同类型矿石形成于不同程度的水岩反应环境下，且块状磁铁矿矿石形成时流体发生了更为广泛的水岩反应作用。

表1 磁铁矿LA-ICP-MS分析结果Table 1.Results of LA-ICP-MS analysis of magnetite

续表1

图5 不同类型磁铁矿元素二元图解Figure 5.Binary diagram of elements of different types of magnetite

图6 a.Si+Ca-Mg+Mn图解；b.Mn+Zn-Ti+V图解Figure 6.(a) Diagram of Si+Ca-Mg+Mn；(b) Diagram of Mn+Zn-Ti+V

4.1.2 共生矿物组合

由于元素在不同矿物间的分配系数不同，例如亲铜元素Co、Ni和Mo等更易进入硫化物，从而降低共生磁铁矿中Co、Ni和Mo的含量[16]，因此磁铁矿的共生矿物组合可能会影响磁铁矿中的元素含量。通过不同类型磁铁矿矿石的镜下观察可得到，除脉状磁铁矿矿石共生矿物组合为磁铁矿、斑铜矿、黄铁矿以及方解石外，其他类型矿石矿物组合均为磁铁矿和方解石、阳起石等钙硅酸盐矿物。因此脉状磁铁矿中具有最低的Ni、Cr、V、Ti等元素含量。由此可见，共生矿物组合对不同类型磁铁矿化学特征具有重要的影响。

4.1.3 氧化还原条件

V 为变价元素，一般V 具有+3，+4，+5 价，而只有V3+易于进入磁铁矿晶格中[17]，因此V含量能指示磁铁矿形成时的氧化还原条件。钱村矿床中，不同类型的磁铁矿中V 具有块状＞脉状、浸染状＞角砾状的特征（图5），显示磁铁矿沉淀于不同的氧化还原条件下。并且块状磁铁矿形成时的氧逸度最低，而角砾状磁铁矿形成时的氧逸度最高，脉状和角砾状磁铁矿形成时的氧逸度介于以上两者之间[18]。

4.1.4 温度

温度是控制磁铁矿中某些元素分配的因素之一。例如在岩浆系统中，磁铁矿中的Al和Ti明显正相关于温度[19]。在热液系统中，Ti和Al也表现出与温度一定的正相关性，但往往热液磁铁矿受控于更多其他因素，而且在矿床尺度范围类，磁铁矿元素含量变化范围可达数量级大小[17]。此外，统计规律显示Ti+V、Al+Mn、Sn以及Ga也呈现出与温度的正相关性[20]。另外，Ilton and Eugster (1989)实验研究表明Cu、Zn、Mn倾向于富集于温度较低的热液中。LA-ICP-MS 分析结果显示，钱村铁矿床中块状和角砾状磁铁矿具有最高的Ti+V，且Sn、Ga 含量也相对较高，显示这两种类型矿石形成时的温度相对较高（图6）。

综上所述，钱村铁矿床磁铁矿元素组成主要受控于水岩相互作用、共生矿物组合、流体的氧逸度及流体温度，不同类型矿石形成时流体的物化条件不同。

4.2 矿床成因探讨

大量研究表明，磁铁矿微量元素组成，如Ni、Cr、Al、Mn、Ti、V、Ca、Si、Mg等，可以用来识别矿床成因[21]。在Ti-Ni/Cr 图解上（图7a），钱村矿床磁铁矿大多落于热液磁铁矿区域，少量落于岩浆磁铁矿区域，可能反映其流体具有一定的岩浆来源。在Ti+V-Al+Mn图解上（图7b），不同类型磁铁矿的投点区域跨度较大，其中块状磁铁矿均落于斑岩型矿床区域，浸染状磁铁矿均落于矽卡岩型矿床区域，角砾状与脉状磁铁矿主要落于BIF、IOCG及矽卡岩型矿床的相交区域。这些特征说明钱村铁矿既不同于斑岩型矿床（形成温度较高），也不同于矽卡岩型矿床（发生广泛的水岩反应作用）。宁芜地区接触交代式铁矿十分发育，而综合钱村铁矿矿石特征，本文认为钱村铁矿为一中高温热液接触交代矿床。大量落于斑岩型矿床区域的块状磁铁矿可能指示该区具有一定的铜金矿床的成矿潜力。

图7 磁铁矿成因判别图解a.Ti-Ni/Cr图解；b.Ti+V-Al+Mn图解Figure 7.Genetic discrimination diagram of magnetite：(a) Ti-Ni/Cr diagram；(b) Ti+V-Al+Mn diagram

5 结论

根据矿石产出特征，钱村铁矿床中磁铁矿矿石可分为四种类型，块状、浸染状、脉状及角砾状，不同类型磁铁矿主要微量元素分析结果显示：不同产状磁铁矿具有不同的微量元素组成，但总体分布趋势相似，说明其流体来源相同。磁铁矿沉淀时的水岩作用程度、温度、氧逸度以及共生矿物组成影响了不同类型磁铁矿的化学组成，同时也说明磁铁矿沉淀于物理化学条件不稳定的流体环境。通过磁铁矿的成因判别图解，本文认为钱村铁矿为一岩浆热液中高温型接触交代式矿床，而大量落于斑岩型矿床区域的块状磁铁矿，可能指示本区具有一定的铜金矿床的成矿潜力。