鄂西北地区海相火山岩型铁矿成矿规律及找矿方向

2022-07-26徐鹏李欢谢家涛王球

矿产勘查 2022年5期

徐鹏，李欢，谢家涛，王球

(1.湖北省地质局第八地质大队，湖北襄阳 441000； 2.中南大学地球科学与信息物理学院，湖南长沙 410083)

0 引言

火山岩型铁矿床是与火山活动有关的一类铁矿床，按照赋矿火山岩系的地质环境又可被细分为陆相(又称玢岩型铁矿)和海相火山岩型两类。火山岩型铁矿长期以来也是国内外学者研究的热点之一，但是研究成果多集中于陆相型矿床，对海相火山岩型铁矿的研究稍显薄弱(Dill, 2010)。海相火山岩型铁矿是产于海相火山—沉积岩系的铁矿床，近年来该类型铁矿的勘查工作在我国取得了重大突破(张招崇等，2016)，比如在新疆西天山阿吾拉勒铁矿带的石炭系大哈拉军山组海相火山沉积地层陆续发现了一系列的海相火山岩型铁矿床(汪帮耀，2011)；与西天山类似，在东天山阿齐山—雅满苏成矿带中也发现了黑尖山、雅满苏、红云滩、沙泉子、赤龙峰等具有经济价值的海相火山岩型铁矿(宋哲, 2020)。海相火山岩型铁矿床的某些产状与矽卡岩型铁矿床相近，且流体包裹体的研究资料也显示出与矽卡岩铁矿的相似性(Duan et al., 2014；Li et al., 2014；Jiang et al., 2014)，因此有的学者也将海相火山岩型铁矿归为矽卡岩型铁矿的类别(Yang et al., 2010； Xu et al., 2010；Yang et al., 2013；Li et al., 2014)。不过另一部分学者认为海相火山岩型铁矿床与矿区出露的岩体并不存在成因联系，而与沉积岩相及火山岩建造相关，故反对这一观点(Zhang et al., 2014；李厚民等，2014)。张招崇等(2016)通过已有资料的综合研究，揭示了形成海相火山岩型铁矿的构造环境和深部动力学过程，认为海相火山岩型铁矿形成于活动大陆边缘弧靠大洋一侧，俯冲带的热结构模式为热幔—冷壳模式，铁矿的形成与高角度俯冲有关。

鄂西北地区大地构造演化过程复杂，断层构造十分发育，因此具有良好的海相火山岩型铁矿成矿条件，并已相继发现了多处以“陈家垭”式为代表的海相火山岩型矿床，虽然前人在成矿地质条件、矿床成因类型以及铁矿的时空分布等研究方面取得了一定成果(王进进等, 2016; 徐鹏, 2020)，但是对区域海相火山岩矿床整体的成矿规律、主要控矿因素、成矿物质来源等方面的认识还有很多不足之处，在一定程度上制约了成矿规律的总结和找矿勘查的突破。因此，本文综合了鄂西北地区的地球物理勘探和地球化学资料，收集了与铁矿产出密切相关的耀岭河组火山岩的全岩成分数据和年代学资料，对典型矿床内的铁矿石和蚀变岩样品进行了综合的物性分析，在剖析区域地质背景的基础上，归纳总结了区域的成矿地质条件和成矿规律，并建立了鄂西北地区海相火山岩型铁矿的成矿模式。同时，依据以上的研究成果，在4个成矿区带的基础上划定了5处找矿靶区，为今后区域上同类型矿床的勘查工作提供一定的指导。

1 区域地质背景

1.1 区域构造

秦岭造山带是分隔中国南北大陆的一条复合型碰撞造山带，经历了长期的不同的造山作用。秦岭造山带早中元古代在伸展构造体制下形成裂谷与小洋盆，晚元古代中晚期开始进入板块构造演化阶段。晚古生代早期由于东古特提斯洋的形成，扬子板块北缘沿秦岭南部扩张打开形成秦岭微板块，之后自南向北俯冲消减碰撞，于中三叠世陆陆碰撞造山，之后又发生了强烈陆内造山作用(张国伟等, 1997)。秦岭地区北部的商丹缝合带及南部的勉略缝合带可以将其进一步划分为北秦岭及南秦岭两个次级构造单元(Dong et al., 2016，2017；Zhao and Asimow, 2018；张国伟等，2019；张方毅等，2020)。鄂西北地区位于秦岭造山带东段的南秦岭造山带内，北部接壤北秦岭造山带，南部以青峰断裂为界与扬子板块为邻。由于华北与扬子两个板块在地质历史上的多次分离和碰撞(即原特提斯洋和古特提斯洋打开—闭合的演化过程)，加上滨太平洋构造运动的影响，致使研究区内也发育有不同时代、不同样式、不同尺度的构造形式以及构造叠加改造(图1；Wu and Zheng, 2013；张国伟等，1996；陈虹等，2014)。本文根据前人对研究区的基础地质研究成果(江世俊和李美美，1992；杨志华等，1999；彭三国等，2013；毛新武等，2014)，结合湖北省的区域地质志的资料(湖北省区域地质矿产调查所，1988①)，将研究区划分为秦岭—大别造山带和扬子板块两个一级构造单元，两个一级构造单元以青峰—襄阳—广济断裂为界。依据物质组成、构造特征和演化等方面的差异，可将南秦岭造山带进一步划分为湖北口—白浪被动陆缘、北武当构造亚带、武当构造亚带、两竹裂谷带、兵房街陆源斜坡等次一级构造单元(图2)。研究区从前晋宁期至燕山期的构造变形及演变特征如表1所述。印支期前主要是沿大陆斜坡的重力伸展滑脱，印支期为陆陆碰撞、挤压，燕山期又开始拉伸，喜山期为挤压(秦正永等，2005)。

鄂西北地区断层构造十分发育，主要以北西向断层为主体。如两郧断层主要活动时期为印支期—燕山期，走向315°～290°，全长250 km，断层带内发育糜棱岩、挤压片理及构造透镜体，并伴有强烈硅化(乔岳强等，2017)。该断层与其他断裂交汇处发现了铁、铜、铅、汞等矿化现象，因此是一条重要的控矿断层构造。白河公路断层呈北西西向展布，延伸约164 km，可分为黄龙滩以西、黄龙滩—青徽铺以及黄龙滩以东三段。该断层同样经历多期活动，印支期属韧性变形阶段，先是挤压推覆，后是右行走滑，燕山期以伸展为主，并发生脆性构造叠加，东段对中—新生代红色盆地有控制作用，近期又表现为强度较弱的挤压特点。除了这两条断层之外鄂西北地区还展布有两竹断层、兵房街断层以及青峰—襄阳—广济断层等主要断层，一同构建了鄂西北地区的构造格架。

图1 鄂西北地区大地构造位置(a)及地质简图(b)(据湖北省区域地质矿产调查所，1988①)1—白垩系上统—第四系；2—泥盆系—二叠系下统；3—志留系；4—奥陶系—寒武系；5—震旦系；6—南华系耀岭河组；7—南华系武当群；8—酸性侵入岩类；9—中性侵入岩类；10—基性侵入岩类；11—超基性侵入岩类；12—实测断层；13—推测断层；14—省界；15—水系

1.2 区域地层及变质作用

研究区内只出露晚于中元古界的地层，各地层间基本为整合接触。最老的地层为上元古界武当群，主要分布于研究区的中心部位，上元古界至下古生界地层为中—浅变质的基性火山岩与陆源碎屑岩、碳酸盐岩；上古生界地层以碳酸盐岩为主，夹少许碎屑岩；区内缺失三叠系—侏罗系及下白垩统地层，上白垩统—古近系地层为陆相红色碎屑岩，零星分布于断陷盆地内；新近系—第四系为砾岩和河谷、断陷、凹地内分布的冲积、洪积及残坡积成因的松散堆积(图1)。该区的区域变质程度普遍为低—中绿片岩相，局部地区已达低角闪岩相。低绿片岩相主要出现在耀岭河组以下地层中，高绿片岩相则主要分布在武当岩群下部层位。本区为一中低级变质相带，变质带呈穹窿状产出。穹隆中心为武当岩群，外围为耀岭河组、震旦系和古生界地层。南部以青峰断裂为界与扬子古生界地层接触，东部被南阳断陷盆地中、新生界地层覆盖。

1.3 区域岩浆岩

研究区内岩浆岩广泛分布，主要集中在武当复背斜核部及西缘，具活动型地壳岩浆组合特征，侵入岩包括基性—超基性岩、中性、酸性及偏碱性—碱性岩类，其中以基性岩类最为发育，中酸性岩类较为少见(图1；徐鹏, 2020)。根据侵位地层、变质程度、岩浆演化特征和穿插关系，可以将区内岩浆活动分为元古代、古生代、中生代三个岩浆侵入期(吴昌雄等, 2015)。其中元古代侵入岩以侵位于武当群和耀岭河组的大部分岩体为代表，以基性岩为主，规模较大，多呈岩床产出，岩石普遍遭受变质作用、变质程度达绿片岩相，并发育定向构造。古生代与中生代侵入岩则仅有零星出露。火山岩以海相喷发为主，主要产于新元古代耀岭河组和武当群地层中。其中耀岭河组的基性火山岩为一次连续喷发的产物，属一套细碧岩—角斑岩建造，夹部分沉积碎屑岩和少量碳酸盐岩，且伴生部分酸性火山岩类(吴年文等, 2021)。武当群的火山岩多分布于研究区南部及北部，为一套变基性、(钠质和钾质)酸性火山喷发—沉积岩系，具产于陆间裂陷槽构造环境的双峰式火山岩基本特征(祝禧艳等, 2008)。本区火山岩表现出明显的双峰式火山岩套特征，例如耀岭河组火山岩便同时发育拉斑玄武岩—流纹岩套与碱性玄武岩—粗面岩套(徐鹏, 2020)。

表1 鄂西北构造、变质事件演化(据秦正永等，2005)

图2 研究区大地构造分区图(据毛新武等，2014)1—南秦岭造山带；2—扬子板块；3—湖北口—白浪被动陆缘；4—北武当构造亚带；5—武当构造亚带；6—两竹裂谷带；7—兵房街陆源斜坡；8—断层及编号

1.4 区域矿产背景

鄂西北地区矿产比较丰富，区内已发现非油气类矿产62种，已查明资源储量的上表矿产28种，其中铌、稀土、钒、锆、银、金、锑、铅、镉、钼等金属元素储量较高(湖北省地质局第八地质大队，2017②)。本区还是我国绿松石、铌—稀土矿及低品位磁铁矿等矿产的主要产地。截至目前，本区已发现铁矿产地44处，其中大型1处、中型4处、小型及以下39处(图3)。

1.5 区域地球物理特征

1.5.1 区域磁场特征

区内岩(矿)石磁性差异较大，按磁性参数大小及变化特征可分为强磁性、较强磁性、中等磁性、弱磁性和无磁性岩石，磁性参数见表2。

由鄂西北地区航空ΔT磁场图(图4)可看出，整个武当隆起西缘全处于负磁场区内，异常总体走向为北西向，郧阳区—郧西一线为磁力高带，与仓房正异常相接；白河—竹溪一线为磁力低带，极值为-65～-75 γ；中间武当山地区为北西向梯度带，异常梯度较大。在竹溪以南，磁场值迅速上升。与区域岩浆岩分布图对比显示，正场区与耀岭河组变火山岩、武当群变火山碎屑—沉积岩组吻合；负场区与武当群下部之变火山岩组、震旦—奥陶纪、泥盆纪等沉积岩系(无磁建造)一致。

图3 鄂西北地区海相火山岩型铁矿分布图1—中新生界；2—古生界；3—耀岭河组；4—武当群上部变质沉积岩组；5—武当群下部变火山岩组；6—变基性侵人岩；7—其它断层；8—安康青峰主推覆断层和巴山一青峰主推覆断层；9—十堰主推覆断层和复合剪切走滑断层；10—逆断层；11—铁矿矿产地；12—铁矿(化)点

表2 区内岩矿石磁性参数表

续表2

图4 鄂西北地区航磁△T等值线平面图及磁场分区图(据鄂西北地质矿产调查所，1993修改③)1—△T正等值线；2—△T负等值线；3—△T零等值线；4—磁场分区范围及编号；5—省界

1.5.2 区域重力特征

区内为低重力场区，由自东向西递减的重力梯级带组成，重力场值低于-70×10-5m/s2。整个重力梯级带簇总体呈一向西方向突出的弧形，并向南西、北西方向继续降低(图5)。

图5 鄂西北地区区域重力场等值线平面图(资料引自湖北省物化探所，2003④)

由剩余布格重力异常平面图(图6)可以看出，本区重力异常形态复杂，多呈不规则状，异常梯度变化明显。位于断裂带附近的异常多为重力低异常，推测为断裂造成异常内地层整体密度较低而引起；有耀岭河组大面积出露的范围，异常多为重力高异常，异常主要由耀岭河组基性火山岩引起。

图6 鄂西北地区剩余布格重力异常平面等值线图(资料引自湖北省物化探所，2003④)1—剩余重力异常正等值线；2—剩余重力异常负等值线；3—剩余重力异常零等值线；4—重力高异常；5—重力低异常；6—省界

1.6 区域地球化学特征

以鄂西北地区水系沉积物测量资料分析，以大于全区平均值加1.5倍标准离差为高值，分作9个地球化学区：Ⅰ区为钠高值区，Ⅱ区为多元素背景区，Ⅲ区为铁族元素高值区，Ⅳ区为高钙镁低钠区，Ⅴ区为硼高值区，Ⅵ区为钡、钼、铜、锌及铁族元素高值区，Ⅶ区为钾硼钨铅高值区，Ⅷ区多元素高值区以及Ⅸ区汞砷硼K2O、CaO、MgO高值区(图7)。

图7 鄂西北水系沉积物地球化学分区图(据湖北省物探队，1987⑤)1—钠高值区；2—多元素背景区；3—铁族元素高值区；4—高钙镁低钠区；5—硼高值区；6—钡钼铜锌及铁族元素高值区；7—钾硼钙铅高值区；8—多元素高值区；9—汞砷硼钾钙高值区；10—省界

铁族元素浓集区主要集中分布于两竹(竹山—竹溪)地区(图8)，呈半环状分布在研究区北部。该地区内，V元素浓集系数为背景值的6倍，Ni元素浓集系数为背景值的5倍，Cr素浓集系数为背景值的4倍；其中Cr元素在研究区东部浓于西部，Cr元素的富集与基—超基性侵入体相关。两郧(郧西、郧县)地区展现出了铁族元素的异常，除1～2个异常外，多为组合简单、规模不大且浓度不高的V、Ni、Co类异常，少见Mn、Cr异常。异常区共计9处，异常总数33处，其分布延展与耀岭河组含铁地层相一致(湖北省地质局第八地质大队，2017②)。

图8 鄂西北地区铁族元素异常分布图1—异常区编号及主要元素组合；2—单异常编号及元素组合(T系首位元素浓集系数)；3—省界

2 成矿地质条件分析及成矿规律总结

2.1 区域控矿因素

鄂西北地区经历了复杂的构造运动和岩浆活动，同时典型的海相火山岩型铁矿也基本出产于特定地层(耀岭河组)的火山岩层位，并伴有强度不一的区域变质作用，因此笔者将分别从地层、火山活动、构造以及变质作用四个方面来仔细分析它们对海相火山岩型铁矿形成的控制作用。

2.1.1 地层因素

研究区内发现的海相火山岩型铁矿床严格受到地层控制，均赋存于耀岭河组上部第三韵律组中酸性—基性火山岩中，显示出地层建造对该类型铁矿的成矿专属性。其中熔岩型铁矿石赋存于火山喷发韵律下部变细碧岩中，而凝灰岩型及火山热液改造型铁矿石则赋存在各火山喷发韵律上部变角斑质火山碎屑岩中，在区域内沿走向和倾向都较稳定。武当岩群同样作为南秦岭重要的前震旦系基底岩系，其变基性火山岩规模比耀岭河组中基性火山岩还要大，但其磁性强度远弱于后者，且基本不引起航磁异常(图4)，也并未发现分布有海相火山岩型铁矿(图3)。

本区耀岭河组的火山岩基本上可分为两组：一是中酸性喷发岩类(变角斑质火山碎屑岩)和碱性侵入岩类(石英正长斑岩)；二是中基性喷溢岩类(变细碧玢岩、变细碧岩)和基性侵入岩类(辉长辉绿岩)。耀岭河组的变细碧岩、变细碧质、凝灰岩、变角斑岩、变角斑质、凝灰岩、绢云钠长片岩、磁铁绢云片岩(变凝灰岩)和变石英角斑岩的平均化学成分见杨建中等(2010)，与海相火山岩型铁矿有关的火山岩的岩性变化较大，从玄武岩—玄武安山岩—安山岩—英安岩—流纹岩均有，存在多种岩性的组合，且几乎所有的矿床均有基性岩浆岩的出露。后者表明岩浆起源于上地幔，而前者则暗示其岩浆曾经历过显著的分离结晶作用(张招崇等，2016)，本区的海相火山岩型铁矿(如陈家垭矿床)无一例外均符合上述特征。

耀岭河组岩性主要为玄武岩—粗安岩—英安岩—流纹岩组合(图9a)，明显具有双峰式火山岩特征，这一特征在Nb/Y-Zr/TiO2图解上尤为明显，玄武岩主要为亚碱性玄武岩，次为碱性玄武岩，且相当比例的样品偏碱性(图9b)。本区的耀岭河组玄武岩主要为洋岛玄武岩(OIB)类型(图10a)，仅个别样品落入洋中脊玄武岩(MORB)类型的区域。武当群基性火山岩则基本属于岛弧火山岩(凌文黎等，2002)，从侧面反映了武当群基性火山岩岩浆来源相对较浅(<15 km)，铁的丰度也较低。耀岭河组火山岩的主要元素分析结果表明，与陆相火山岩大多是钾质火山岩不同的是，含矿的耀岭河组海相火山(玄武)岩明显富钠(图10b)。此外，耀岭河组基性火山岩中富FeO(一般为13%～15%)、MgO(5.11%～8.80%)、TiO2(1.92%～3.30%)和P2O5(>0.23%)，贫SiO2(43.19%～53.10%)和K2O(多<1%)，属一种特殊类型的富铁、钛而贫硅的Fe-Ti玄武岩(蔡志勇，2007)。耀岭河组火山岩随Mg#的降低，其FeOT含量升高，表明其可能经历了磁铁矿或钛铁矿等富铁矿物的堆晶作用。此外Mg#与Ni的含量显示为正相关关系，暗示了耀岭河组玄武岩经历了铁镁质矿物(如橄榄石、辉石等)的分离结晶作用(杨建中等，2010)。K2O和Na2O的离散性较大，可能与后期的K、Na活动性有关。

图9 耀岭河火山岩全碱—氧化硅(TAS)图解(a)及耀岭河组火山岩Nb/Y-Zr/TiO2判别图解(b)(数据来源：杨建中等，2010；a底图据Le Bas et al., 1986；b底图据Floyd, 1977)

图10 玄武岩FeO/MgO-TiO2成因图解(a)及玄武岩K2O-Na2O图解(b)(数据来源：杨建中等，2010；a底图据Glassley, 1974；b底图据Middlemost, 1972)

本文还收集了区内耀岭河组火山岩39件样品的微量和稀土元素数据(凌文黎等，2002，蔡志勇，2007)并投图，结果表明，耀岭河组基性火山岩的微量元素与OIB十分相似，强烈富集高场强元素，但有明显的Sr和K负异常和不明显的P负异常，明显亏损Rb和Ba。从微量蛛网图和稀土配分曲线(图11)可以清楚地看出耀岭河组基性火山岩与酸性火山岩样品分布型式极为相似，显示其同源性。而武当群变质火山岩系则相反，其基性火山岩与酸性火山岩不具同源性，岩浆分异程度低(岩石中仅见钠长石岩条带)，不利于铁质的富集。此外，耀岭河组的所有样品均有明显的Th正异常，少数样品具有明显的Sr正异常，无明显的Nb、Ta异常，但个别低重稀土基性岩样品具有弱Nb、Ta异常，暗示了其侵入和结晶过程中受到了地壳围岩的混染(凌文黎等，2002)。无论酸性或基性岩石，耀岭河组火山岩的大离子亲石元素含量水平明显高于武当群火山岩，表现出与陆内裂谷岩浆岩类似的特征；基性侵入岩墙的多元素地球化学特征与耀岭河组基性火山岩十分相似，而与武当群基性火山岩区别明显。

图11 耀岭河组原始地幔(a，c)和稀土配分(b，d)曲线a—耀岭河组基性火山岩原始地幔标准化蛛网；b—耀岭河组基性火山岩球粒陨石标准化蛛网图；c—耀岭河组酸性火山岩原始地幔标准化蛛网图；d—耀岭河组酸性火山岩球粒陨石标准化蛛网图(数据来源：凌文黎等，2002；蔡志勇，2007；球粒陨石标准据Sun and McDonough,1989; 原始地幔标准据Taylor and McLennan, 1985)

2.1.2 火山活动因素

前人根据中基性—中酸性的喷发韵律关系将耀岭河组上段分为六个韵律段和五个含铁矿层，并根据每个韵律段中熔岩与碎屑岩的比例关系对吴家梁矿区及外围的耀岭河组的岩石进行了爆发指数K的计算(刘兴义等，1979⑥)，并可被划分为：爆发相(K≥50%)、喷溢相(1%≤K≤49%)、溢出相(K<1%)三个相(邱家骧，1984)。其中对第一和第二韵律段的海相火山岩型铁矿的分布及厚度研究发现吴家梁矿区含矿层与喷发强度呈正比例关系，矿层分布在喷发强度大的地方。第三韵律段由溢出的变细碧岩和爆发的变角斑质凝灰岩组成，其喷发活动发生在前两个韵律段喷发之后，该韵律是吴家梁矿区的重要含矿层，该层平均含铁TFe 18.71%，最高可达42.05%，其矿体产出的位置位于秋树沟喷发中心附近，该中心并非爆发指数最高的地段也不是地层厚度最大的地段。第四韵律段是该区分布最广的一个韵律段，该韵律段以喷溢相为主，该韵律段厚度大、分布广，为该区喷发活动最强的一次。该韵律段的含铁矿层分布位置与韵律分布一致，可是该层的平均含铁品位较低，TFe品位在11.2%～26.4%之间，平均为14.20%。第五韵律段以溢出相为主，形成于爆发活动末期，爆发强度减弱，含矿层的分布面积很小，且TFe品位不高，TFe品位在12.9%～15.5%之间。第六韵律段仅在局部分布，组成该韵律段的岩石为变细碧玢岩的溢出相。

由此可以得出：(1)首先爆发指数较高的地段为第四和第五韵律段的喷发中心；(2)自上往下，后韵律是在前面韵律的基础上继续喷发形成的，越往上喷发活动逐渐减小、强度减弱直至结束；(3)铁矿富集的地段并不在含矿熔岩厚度大的地段也不在其含矿层本身厚度大的地段，而是分布于喷发中心；(4)每一含矿层的分布，与其韵律段的喷发强度和分布范围基本一致，尽管第四韵律段喷发强度很强、分布范围也很广，但可能正是由于多中心喷发所致导致铁元素没有很好的富集在各个喷口周围，由此导致含矿层的TFe并不高。

2.1.3 构造因素

研究区地处秦岭造山带东段的南秦岭造山带，区内铁矿床的形成与构造演化密不可分，从矿带、矿床到矿体均受到不同类型和不同级别的构造控制。南秦岭造山带曾经历了多期次的开合，在再生冒地槽阶段发生区域性的滑脱构造，印支造山运动导致地槽的封闭，并发生强烈的区域变质作用(张国伟等, 1997)。由于本区含磁铁矿的地质建造均形成于前华力西期，而构造变形事件均发生在华力西期及以后，因此成矿后发生的构造对磁铁矿体及含矿母岩进行了改造和破坏。

第一阶段：控岩。东西向构造发生阶段沉降，断裂控制了耀岭河组各韵律组及含矿层的分布，通过对耀岭河组上部韵律组的研究所确定的吴家梁—秋树沟，郑家院—云彩山的喷发中心为近东西向展布，而且上部韵律组也呈近东西向、向南、向北均变薄尖灭。因此，东西向构造的发生时期是控岩分布的一个阶段。在吴家梁矿区及外围的六个韵律段分析中，各韵律段的喷发中心的位置在区域上呈现为近东西向展布，充分反映了火山喷发活动曾受过东西向构造的影响。

第二阶段：构造再造富集阶段。东西向构造强烈挤压，褶皱使含矿层构造再造，厚度增加。含矿层经受强烈挤压，在应力最集中的背斜褶皱弧顶部位发生强烈构造变形。造山前的伸展型顺层滑脱对含矿地层的影响较大，顺层或地层单元间发育的韧性—韧脆性剪切带，使部分含矿地层变薄或缺失；叠加在含矿岩层中的顺层剪切带在局部地段可能产生构造—变质热液，对原磁铁矿(化)层进行蚀变改造使矿化进一步富集。旋扭构造控制了含矿层的构造变形，这种作用力比东西向构造作用力度更大，在应力集中的背斜顶部近收敛部位发生矿体加厚，产生了大量动力热蚀变矿物如绿帘石、角闪石、绿泥石等，远离应力集中地段则形成绢云型含磁铁变角斑质凝灰岩。印支造山时期形成的B型褶皱和断裂构造使含矿的地层、侵入岩及磁铁矿体(层)的产出形态复杂化。褶皱变形导致含矿地层建造及矿体(层)在水平方向上被强烈压缩，在转折端、倾伏端部位厚度加大，在倒转翼部位厚度减小。根据陈家垭和吴家梁矿区的资料分析，背斜倒转翼比正常翼的矿化程度强，构造转折部位矿体往往厚度较大，品位较富，断裂构造对矿体的连续性有较大影响。

2.1.4 变质因素

本区与矿有关的蚀变作用不明显，主要为绿帘石化、钠长石化及阳起石化。本区变细碧岩中普遍能见绿帘石化现象，但以近矿围岩尤其强烈。它的成因包括了成岩中的自变质作用及后期热力或热液变质作用。在铁矿层之顶底板变细碧岩中常见有交代作用，交代后浅色的钠长石与深色绿泥石组成“斑纹状”构造，两者无明显界线。阳起石化在含矿性较好地段，变细碧岩中阳起石含量较正常岩石高。

变质作用使含铁火山岩中铁矿重新组合成浸染状磁铁矿—赤铁矿，局部更积聚成块状中，富矿镜透体，如陈家垭矿区的Ⅱ矿体顶底板均为变细碧岩，围岩发育有石英、绿帘石脉。

2.2 矿床时间演化规律

鄂西北地区海相火山岩型铁矿赋存的地质建造与深源玄武岩浆活动有关，总体显示在伸展拉张动力学机制控制下的多期成矿特点。本区在古元古代末，以造山运动结束了泛地槽的演化历史(张国伟等,1997)，形成结晶基底；中元古代初，结晶基底伸展裂解成裂陷槽，发育具双峰模式岩石系列的海相火山—侵入岩系，形成金-银-多金属矿的矿源建造；新元古代南华纪—古生代志留纪末，地幔柱的活动诱发南秦岭—淮阳两幕被动陆缘、陆内裂谷作用，并促成与磁铁矿有关的岩浆成矿作用。继而在晚古生代古特提斯扩张叠加下，直接造成南秦岭—淮阳陆内地壳伸展及断陷盆地形成，沉积一套次稳定型陆源碎屑—碳酸盐岩建造，直至中三叠世末，印支运动开始，标志着地槽发展的结束。

总体而言，本区成矿受三期次岩浆侵位—喷发作用控制。

第一期即中—新元古代武当期基性、酸性火山—侵入岩系。该岩浆建造中的火山岩具双峰式特点，岩石类型以基性和酸性火山岩为主。该期的侵入岩以辉绿岩、辉长辉绿岩等基性岩为主，次为石英钠长(斑)岩、流纹斑岩等酸性岩。基性(火山)岩石化学成分所显示的基本特征(碱总量偏低，δ值均<3.3)，反映岩石属于亚碱性(拉斑)玄武岩系列，玄武岩浆可能来自壳幔混合源区。酸性火山岩岩石化学成分则显示岩石钙性(δ值多<1.8)为主和富钠、富钾并存的双向演化特征，岩浆主要来自浅部，具壳源性质。该期双峰式火山—侵入岩组合反映了初始裂谷(陆间裂陷槽)的构造环境。区域内虽广泛分布武当群变基性火山岩及变基性岩体，但却鲜见一定规模的航磁异常和磁铁矿化(图6)，这是由于武当期玄武岩浆来源较浅、分异不明显(其中仅见绿帘石—钠长石条带)，且碱度偏低，不具备磁铁矿化的基本条件。

第二期指新元古代南华纪耀岭河期细碧角斑岩建造。细碧角斑岩建造是一种标志优地槽的典型建造，它是南秦岭再生优地槽强烈拗陷阶段所形成的陆缘裂谷式海相火山岩组合。化学成分显示，火山岩具富碱、高钠(Na2O>K2O)的特点，同时富钛及大离子亲石元素(图10～11)，表征岩石起源于钠质的富碱异常地幔源区，这些异常地幔源的形成与地幔流体交代作用有关。该期火山岩建造是本区主要的磁铁矿化赋存地层，产“陈家垭”式铁矿，属海相火山岩型铁矿床，规模达中型(图3)。

第三期系早志留世偏碱性玄武岩—粗面质火山岩组合，该时期岩浆岩组合显示大陆裂谷系的构造环境，其岩石化学的富碱、高钠(Na2O>K2O)特点，基本类似于耀岭河期的火山岩浆，但碱含量及碱性程度更高。推断岩石起源于钠质的富碱地幔源区，属异常地幔源，但较耀岭河期来源更深。该期岩浆活动具有双峰式特点，较早的玄武质(或称细碧质)岩浆建造包括喷出相的(杏仁状)辉斑玄武岩、玻基辉石岩质火山岩，侵入相则包括铁质—富铁质基性—超基性岩、基性岩；较晚的粗面质(或称角斑质)岩浆建造包括喷出相的粗面质火山岩和侵入相的粗面斑岩、正长(斑)岩及碳酸岩。该期铁质—富铁质基性—超基性岩是岩浆型低品位钛磁铁矿化的载体，产银洞山式钒钛磁铁矿，矿床规模达大型。玄武质火山—侵入岩普遍有磁铁矿化，其中超基性岩石矿化强度较大，但规模多为矿点级。

从以上地质建造的含矿特征分析，本区海相火山岩型铁矿成矿作用在时间上的演化规律可大体作如下总结：在地史上，武当地区由中元古代到早古生代末，岩浆岩具有来源由浅渐深、碱度和基性度由低到高、活动规模由大到小、含矿性(磁铁矿化)由弱到强的基本变化趋势(表3)。

表3 鄂西北与岩浆成矿作用有关的磁铁矿矿床在地史上演化规律基本情况表

2.3 矿床空间分布规律

鄂西北地区海相火山岩型铁矿的空间分布，主要受制于该区的构造迁移和相应的构造—岩浆事件。从本区海相火山岩型铁矿分布图(图3)上可以看出，成矿作用更主要发生两郧剪切走滑断层(褶皱束)北侧，分布着以陈家垭中型铁矿为代表的产于耀岭河组的29处海相火山岩型铁矿矿产地和矿(化)点，而在其南侧，仅在得胜一带分布着该层位的数处磁铁矿小矿和矿点。在随州市大狼山区也符合此规律，其北侧在刘升—大堰沟—高城一带，分布着数处与耀岭河组火山岩有关的磁铁矿矿(化)点，南侧尚未发现该类型的矿产地。

根据地质建造的类型、分布、发育程度和相分析等综合因素推断，本区磁铁矿床的空间分布是构造演化的结果，其发展历史大体是：

中—新元古代(长城—青白口纪)时期本区处于陆间裂陷槽演化阶段，发育武当群钙碱性的基性、酸性双峰式火山沉积岩系，晋宁造陆运动结束了原地槽的发展历史；南华纪始，该区转入再生地槽演化阶段，并开始出现武当隆起(地背斜)雏形，在近南北向拉张应力场作用下，地槽活动带开始由原中心地带(相当于武当群下部火山岩组下段基性火山岩发育地带—白河公路断裂以南至青峰断裂以北，以及大狼山地区吴店—安居一带)向北、南两侧迁移，形成北、南两个近东西向裂谷带，耀岭河组细碧角斑岩建造为裂谷系早期裂陷阶段的地质记录，为南秦岭—淮阳再生优地槽第一幕的构造—岩浆产物。它从上地幔带来了大量成矿物质，通过火山岩浆喷发—沉积作用成矿。北裂谷带(郧西中部—郧县北部—丹江口北部一带)规模大，活动强烈，含矿火山岩建造厚度大、韵律多，磁铁矿化强度较高，矿产地分布集中；而南裂谷带(竹山桂坪—得胜—田家坝一带)则规模小，活动弱，含矿火山岩建造厚度小、韵律少，磁铁矿化集中在西部地段，矿产地少且矿化弱。

震旦纪—奥陶纪，地壳由裂谷环境逐渐向浅海盆地、浅海陆棚方向演变，地壳隆升。志留纪早世兰家畈期，再生优地槽进入第二幕裂谷系构造—岩浆活动时期，除继承、沿袭第一幕北、南裂谷带分野特点外，还有明显的向外侧迁移、扩展之势，表现为南裂谷带该期火山—侵入杂岩在竹山三吉—竹溪上鄂坪一带最为发育，而第一幕火山岩多分布在竹山桂坪—得胜—田家坝一带，这两个火山岩浆岩带相距甚远。该裂谷带岩浆岩建造为偏碱性的玄武质—粗面质火山—侵入杂岩系，较第一幕岩浆建造具有更高的碱量和碱度。其中偏碱性玄武质岩浆衍生的基性—超基性岩对钛磁铁矿化(覃家门、东河钛磁铁矿)具有专属性，碱性粗面岩浆所衍生的(碱性)正长岩、正长岩—碳酸岩杂岩则对碳酸岩型稀有、稀土矿化(庙垭铌—稀土矿)有专属性。该期北裂谷带的喷出岩带已迁移至豫西南地区，即早志留统蚱蛐组偏碱性玄武岩，火山岩建造厚度小，岩性单一，未见相关海相火山岩型铁矿矿化信息报道。本区在泥盆纪至三叠纪期间，南秦岭—淮阳地槽进入再生冒地槽演化阶段，沉积盆地除继续承袭向北、南迁移外，还有总体向西迁移趋势。

依据构造—岩浆建造的区域迁移、分布特点，本区与岩浆成矿作用有关的磁铁矿床主要产于武当背斜北、南两侧，耀岭河期火山岩分布区及相邻区带是该成矿系列磁铁矿的远景地区。

2.4 成矿条件及成矿模式

通过上述讨论内容和对前人资料的汇总，笔者总结了鄂西北地区海相火山岩型铁矿床的成矿条件(表4)并建立了成矿模式(图12)。

表4 鄂西北海相火山岩型磁铁矿床成矿模式

续表4

图12 鄂西北地区海相火山岩型铁矿床成矿模式图1—角斑质火山碎屑岩；2—角斑岩；3—细碧质火山岩；4—凝灰质泥质粉砂岩；5—含冰碛砾碎屑岩；6—辉绿岩；7—磁铁矿体；8—岩浆上升方向

3 找矿前景评价及找矿方向

本文通过总结该区成矿地质背景、典型矿床特征、成矿规律及找矿模型的基础之上，对鄂西北地区海相火山岩型铁矿床找矿前景和找矿方向进行初步评价及探讨。

3.1 找矿前景评价

鄂西北地区广泛分布着南华系耀岭河组地层，本文认为海相火山岩型铁矿的找矿前景良好，依据如下：(1)本区广泛出露的南华系耀岭河组地层，是一个典型的耀岭河组细碧—角斑岩建造，是海相火山岩型铁矿成矿的地质背景基础。耀岭河组深部可能具有厚度大、连续性好的特点(蔡志勇，2007)，为成矿提供了优异的载体。(2)本区有分布着大量的经过地面检查或验证的磁异常，总数约82处，其中含TFe≥12%就有61处(图7)。(3)本区有3处铁族浓集区(图8)：一是竹山断裂及北西地区斜穿全区呈NW向马鞍状分布，地质背景为耀岭河组和下古生界；二是由郧西六郎乡弯曲环绕郧西到老庄沟—郧县—丹江陈家垭，也与耀岭河组地层的分布相伴；三是由丹江口到银洞山，与当地集中的出现基—超基性岩体群相伴，并有铁族异常4处。已知的矿床(点)均与化探异常相吻合。(4)区内构造发育，背斜构造的弧顶部位或倒转背斜的倒转翼、倾伏部位都有可能赋存富矿(杨建中等，2010)。(5)本区的海相火山岩型集中分布在新元古代—早古生代南秦岭再生优地槽演化阶段，是陆缘、大陆裂谷系发展早期裂解沉降时期海底火山喷发的产物。岩浆来源更深，岩石碱性程度更高且更富含钠质，具有铁、钴、镍、钛等元素的成矿专属性。

3.2 找矿标志

本文总结了6个鄂西北地区海相火山岩型铁矿找矿标志：(1)地层(岩石)标志：南华系耀岭河组细碧—角斑岩建造是本区海相火山岩型铁矿的主要载体之一。全区已知矿产地中均产于其中。因此，若是寻找本类型铁矿，耀岭河组第三韵律组是首选目标。(2)岩相古地理标志：区内与耀岭河组火山岩有关的各类型铁矿，与古火山喷发中心均呈现密切的空间关系，火山喷发韵律愈发育，含矿层就越多，矿化强度也相对较高。(3)构造标志：区域性断裂亦可直接控矿，比如：两郧走滑断层控制带状强磁异常的延展与分布，长达130多公里，从丹江口市以东向北西直达郧西之黄云铺，该异常由耀岭河赋铁层所致，出露在耀岭河地层，据陈家垭、吴家梁典型矿区的资料分析，背斜倒转翼比正常翼的矿化强，因与断裂推覆导致矿层重叠加厚、矿化富集有关。构造转折部位矿体往往厚度较大，品位较富。(4)变质与蚀变改造标志：本区海西火山岩型铁矿多为海相火山喷发沉积所致，但在吴家梁矿区中，在近矿层的变细碧岩中，发育绿帘石化，矿物含量阳起石多于透闪石，前者5%～10%，后者1%～3%。此种蚀变发育处矿石品位增高，厚度加大。因不普遍，仅在吴家梁矿区中存在此规律，以后的找矿实践中需加以论证。(5)地球物理场及异常标志：磁异常是本区寻找铁矿的重要标志，磁场表现与含铁建造吻合良好，多为带状延续之高值区。(6)铁族元素地球化学异常标志：铁族异常分布集中区与成矿远景区之间存在着严格的一致性。31处Ⅴ级远景区中的81%都与异常区相吻合(张清林和王宗合，2007⑦)。

3.3 找矿模型

基于研究区海相火山岩型铁矿床地质特征、控矿因素、成矿规律、找矿准则等方面的综合研究，笔者初步建立了区域海相火山岩型铁矿床的找矿模型(表5)。

3.4 找矿靶区的圈定

以成矿规律研究成果为基础，充分考虑其成矿地质条件矿床的时空分布及模式差异和谱系归属等因素，结合已知产地分布、规模、成因类型及成矿时代，同时依托地球物理及地球化学场背景(尤其以磁场为重点)，在4个成矿区带的基础上共划定了5处找矿靶区(图13)。

4 结论

(1)鄂西北地区海相火山岩型铁矿产于南华系耀岭河组上段地层中，耀岭河组上段上部的变细碧质火山岩夹变角斑质火山岩建造是寻找该类型铁矿的先决条件，变角斑质凝灰岩是主要的含矿岩石，航磁异常是本区寻找铁矿的重要标志。

(2)区内海相火山岩型铁矿与古火山喷发中心均呈现密切的空间关系，矿体的产出受火山—沉积旋回的控制，空间上出现多层磁铁矿(化)体，且矿化规模和矿化类型具有明显的空间分带特征。铁矿床(点)在空间上主要分布在武当背斜北、南两侧，北侧比南侧多，背斜倒转翼比正常翼的矿化强。构造转折部位矿体往往厚度较大，品位较富。

(3)海相火山岩型铁矿的形成以元古生代沉积成矿作用为主，后期的区域变质作用和岩浆热液作用对磁铁矿的形成和富集影响较为有限，主要是对早期形成的磁铁矿体局部进行叠加改造。铁矿床的成矿物质主要来源于海底火山活动。耀岭河组含铁火山岩系原始岩浆来源较武当岩群变质火山岩系要深，其基性火山岩的碱含量、碱度均高于武当岩群同类火山岩。

(4)对区内海相火山岩型铁矿的找矿前景进行了评价，指出郧西县黄龙山—丹江口市银洞山和郧阳区青岩沟—竹山县金花—竹山县田家坝一带是找寻该类铁矿的有利地段，圈定了11处远景区和5个具体的找矿靶区。