Question

玢岩型矿床

Answer 1

一、概述

这是一类不太常见、分布限于世界少数地区、但有较大规模、品位极高的磷灰石-磁铁矿矿床。瑞典北部的基鲁纳矿床是最有名的代表，一般把这类矿床就叫做基鲁纳型矿床。我国长江下游宁芜地区铁矿早期研究工作中即曾提出可与基鲁纳铁矿对比的认识( 谢家荣和程裕淇，1936) ，近年来又对矿床进行过系统深入研究，也是一个典型地区。

这类矿床与中性岩浆岩有关，并常常有碱性或偏碱性特点。岩浆岩产状包括深成岩、火山岩及伴生的浅成—超浅成相侵入岩，矿床有产于岩体中或不同岩相界面上的板状矿体，也有与浅成侵入岩相伴随的脉状、复杂脉状和角砾带状矿体。磁铁矿是矿石中最为重要的组成矿物，共生矿物经常有磷灰石，还有其他造岩硅酸盐矿物及其蚀变矿物。阳起石-磷灰石-磁铁矿是一种最特征的矿物组合，有时也有赤铁矿、黄铁矿等。基鲁纳矿床的成因早期研究多认为是典型岩浆矿床，后来的研究中提出有火山喷流、热液交代等各种观点。根据矿床产状及矿化的多样性和复杂性，我们现在可以认为铁矿的富集作用肯定是在岩浆阶段中已经发生，但也可能是从岩浆阶段开始，而在随后的气化—高温热液阶段中达到高峰，并可延续到更晚的高中温热液阶段。所以，与前面伟晶岩矿床、钠长岩—云英岩型矿床相似，这类矿床也是形成在特定岩浆结晶演化的末期，具有过渡性矿床的成因地位。

这类矿床有元古宙形成的，也有显生宙形成的。基鲁纳矿床属古元古代，挪威南部、加拿大西北部、美国密苏里州等地矿床也都属元古宙。发现较晚的伊朗、土耳其、墨西哥等地的该类矿床则属早、中古生代及中生代。我国宁芜地区铁矿有关的安山质火山岩时代为晚侏罗世到早白垩世，铁矿生成年代在 120 ～125 Ma 间。20 世纪 70 年代中发现和研究了智利拉科地区第四纪安山岩、火山碎屑岩中的铁矿床，年代最新，成因上也具有特殊意义。关于这类矿床形成的有利构造环境，现在强调裂谷和岛弧内张性构造环境，偏碱性岩浆活动和不同级次断裂构造发育是形成矿床的必要条件。

二、矿床类型及典型矿床特征

1. 宁芜地区铁矿床

宁芜地区是我国长江下游地区的一个继承性火山盆地，是在下扬子褶皱带基础上发展起来的，以发育中偏基性岩浆的火山活动为特点，上侏罗统—下白垩统堆积的火山岩系厚达 2500 余米，覆盖面积约达 1500 余平方千米。这套火山岩系自上而下可分出 4 个喷发旋回。各旋回出现的岩浆类型主要有粗安质角砾熔岩、玄武粗安岩、粗安质角砾熔岩、黑云辉石安山岩、角闪安山岩、黝方响岩质熔结角砾岩、黝方石响岩、粗面英安岩等。前两个旋回岩浆是从中基性向中性偏碱性方向演化，后两个旋回岩浆是从中性向中酸性和碱性方向演化。每个旋回都从较强烈爆发开始，而以较宁静的喷溢结束。有意义的是在每一个旋回末期，均有相应的次火山岩或浅成相侵入岩产出，其岩石类型有角闪玄武安山玢岩、辉长闪长玢岩、黑云辉长闪长玢岩、黑云粗安玢岩、黑云角闪英安玢岩、钠长斑岩等。研究确定本区铁矿形成在前两个旋回之后和后两个旋回之前，矿床与此期间的一套中基性富碱质的次火山岩，即辉长闪长岩-辉长闪长玢岩有密切关系。

这类辉长闪长岩-辉长闪长玢岩的次火山岩体大都呈岩株、岩穹窿、岩瘤、岩舌、岩枝等产出。它们下部常为较大岩体或岩带，每一岩体或岩带与其周围的火山岩常可能构成一个火山-侵入活动中心地带，在这个中心地带的不同部位产出不同形式的铁矿床。宁芜地区有大小矿床 30 多个，围绕一个个火山-侵入中心分布，区内铁矿床既有各自的特征，又彼此有一定的空间成因联系，通常以其代表性地点命名为各种 “矿床式”。

陶村式: 铁矿体产于辉长闪长玢岩体内，岩体常是顶面平缓，有明显延展方向的大岩体，长可达 3000 ～5000 m。岩体中浸染状铁矿石组成似层状、透镜状矿体，矿石中典型的矿物组合是钠柱石-透辉石-磷灰石-磁铁矿或透辉石-磷灰石-磁铁矿。部分矿石中磁铁矿充填于变方柱石晶粒间，曾被看作是海绵陨铁结构，现在更倾向于认为是高温气液强烈交代作用生成的填隙结构，也仍认为磁铁矿结晶可能从岩浆晚期已开始，但主要是在晚期自变质过程中伴随钠长石化晶出的，交代了辉长闪长玢岩的基质而保存了原岩结构。

凹山式: 矿体主要位于辉长闪长玢岩内，部分也进入安山岩或凝灰岩中。岩体常为岩钟、岩鼻等，矿化集中于其上部及顶部并受顶部冷缩裂隙、崩塌或隐爆角砾岩带控制，形成脉状、网脉状、囊状、岩钟状矿体 ( 图 4-12，13) 。矿石组构多样，主要有块状、网脉状、层带状、斑杂状、浸染状构造，特别是还发育伟晶状、晶洞状构造。组成矿物具典型的透辉石-磷灰石-磁铁矿组合，并伴有钠长石化、透辉石化、阳起石化、方柱石化、绿帘石化、黄铁矿化等蚀变。

梅山式: 铁矿体产于次火山岩体及其附近火山岩接触带，主矿体位于黑云辉石安山岩、角砾安山岩及凝灰岩中，部分也产于辉长闪长玢岩中。辉长闪长玢岩为岩体隆起部分或小岩枝。矿床受鼻状穹窿及接触带构造控制。矿体成脉状、囊状，有的是大矿囊，矿石以块状磁铁矿及假象赤铁矿为主，除透辉石、磷灰石外，还出现石榴子石，围岩强烈石榴子石化、透辉石化。矿床具矽卡岩型特点，但部分也是矿浆贯入充填产物。

图4-12 凹山铁矿床矿区地质构造图( 引自陈毓川等，1985)

姑山式: 是次火山岩体与火山岩下面的三叠系沉积岩接触带中的矿床。岩体为穹窿状或层状辉长闪长岩，边缘有硅化、高岭石化带。矿体受穹窿构造及接触带角砾岩及裂隙带控制，块状富矿和角砾状矿带整体成岩钟状、脉状，以假象赤铁矿为主构成。围岩透辉石化、钠长石化，并有后期硅化、高岭石化、碳酸盐化。矿石组构复杂，块状矿石中出现密集气孔，也有人认为是矿浆贯入火山机构形成的。

图4-13 凹山铁矿床剖面图( 引自袁见齐等，1985)

凤凰山式: 也是次火山岩体与早于火山岩的沉积岩接触带中的铁矿床，主矿体产于上三叠统下部砂页岩及灰岩与辉长闪长玢岩接触带中。矿体呈透镜状、似层状、囊状。矿石具块状、条带状、角砾状构造，矿石的基本矿物组合为金云母-磷灰石-磁铁矿，围岩前期钠长石化、金云母化、阳起石化、透辉石化，后期绢云母化、硅化、高岭石化、碳酸盐化，磁铁矿多转变为假象磁铁矿。

此外还有一些产于火山岩中，与岩体无直接关系、受火山岩层状构造和断裂构造控制的似层状及脉状矿体，矿石主要为赤铁矿、假象赤铁矿组成的矿床 ( 南山式) ，火山岩中网脉状及浸染带的黄铁矿矿床 ( 向山式) 。

一个矿区内常有几种形式的矿床存在，如凹山矿床主要是凹山式铁矿，而在其下岩体中也存在透镜状、浸染状矿石带，即陶村式矿体。另据记载，最初凹山地表也存在赤铁矿-假象赤铁矿 ( 南山式) 与安山岩中的黄铁矿体 ( 向山式) 都是主要成矿期后中温和低温热液作用产物。

宁芜地区铁矿床上述特征说明这里的矿床不能以单一的一种成因概念类型来概括，它们是成因上有相互联系的一套矿床，曾建议叫 “玢岩型铁矿” ( 图 4-14) 。其中矿床具有从岩浆晚期分结、自交代、矿浆贯入、伟晶气成、高温气液交代 ( 包括接触交代) 以及高温、中低温热液充填交代的多种成因特征，这是和岩浆已经过相当分异，再进入浅成侵位，在时空上都迅速变化的地质环境条件有关。

类似宁芜火山岩分布区的铁矿床在长江下游的庐枞盆地、繁昌盆地都有分布。

2. 瑞典基鲁纳矿床

瑞典以拥有世界上最大的高品级铁矿而著名，这就是指瑞典北部基鲁纳地区的四、五个成矿环境、矿床特征很相似的铁矿床。最大也是最早开采的 Kirunavara 铁矿床原来是一个长 2. 8 km、高 350 m 的山岭，山脊即为宽 30 ～150 m 的陡倾斜磁铁矿矿体 ( 图 4-15) 。矿床的围岩时代是前寒武纪，后来确定为古元古代。下盘为正长斑岩，上盘为石英斑岩，铁矿体分布在层状正长斑岩和石英斑岩之间。有的地方见到铁矿成小岩墙状切过正长斑岩，还见到正长斑岩在磁铁矿基质中的角砾岩，此外也观察到矿体围岩的变质和蚀变，这些都表明铁矿是贯入到围岩中的，并受到先前形成的层状侵入体接触面上构造薄弱带的控制。另外，在矿体中见到先生成的低磷磁铁矿矿石碎裂为高磷灰石铁矿石胶结的情况，说明铁矿体也可能不是一次形成的。这里的矿石主要由磁铁矿和同时或稍晚结晶的磷灰石交生体构成，有时出现少量辉石。矿石含铁 57% ～71%，含 P₂O₅13% ～ 1. 8% ，含S2. O% ，含 SiO₂1. 5% 。

图4-14 玢岩铁矿床理想成矿模式剖面图( 引自陈毓川等，1985)

图4-15 瑞典基鲁纳磁铁矿矿床的平面图和横剖面图

基鲁纳铁矿过去一般认为是岩浆成因矿床，解释为一种深部晚期分异的类型，即分异作用已达到了一种极端的程度，以致几乎完全是由铁氧化物、少量钛、磷和氟组成。也有人认为矿床可能代表岩浆晚期经彻底分异最后结晶的部分。稍后这个矿床又提出了其他不同成因观点，如根据后来的研究，铁矿围岩更可能是长英凝灰岩和流纹英安质火山碎屑岩，铁矿体与容矿岩石层状构造及岩性界面一致，矿石具块状也具层纹状、角砾状构造，认为矿床是火山喷流成因。此外，还有强调矿体下盘普遍发育钠长石化、方柱石化、阳起石化，提出矿床为热流交代成因观点。

三、矿床成因问题

这类矿床与中性岩浆有关。矿床中主要富集铁、伴生磷，这也可以看作是岩浆成矿专属性的表现。有关中性岩浆岩有深成侵入岩正长岩，也有安山岩类火山岩，不同地区的中性岩浆岩有的偏基性，有的偏酸性，更重要的它们常常是碱质明显偏高的岩石。宁芜地区是继第一、二个喷发旋回之后形成的，根据这两个旋回中玄武粗安岩和玄武安山岩的岩石化学成分计算，可推知火山岩的原始岩浆应属碱性玄武岩浆或碱性玄武安山岩浆。再考虑到区内火山岩和铁矿层中 V、Ti 含量较高，并在有些火山岩和次火山岩中发现有铬尖晶石等事实，都说明本区火山岩浆来源深度较大，并有可能有地幔来源。基鲁纳矿床具典型的磷灰石-磁铁矿组合，有的地段磷灰石可达到 15%，与地台区内还有一类正长岩、霞石正长岩中的磷灰石矿床联系起来，俄罗斯矿床学家曾把基鲁纳矿床划入地台碱性岩建造中，认为矿床是碱性岩浆在深成条件下侵位结晶分异的最后产物。

这类矿床包括那些典型矿床的成因都仍存在各种争议。对基鲁纳矿床的岩浆矿床观点早已提出各种质疑，从火山喷气到热液交代，相去如此之远。宁芜地区铁矿更是几乎一矿一 “式”，实难用一种成因概念类型概括起来。根据现有的认识，我们大致可以作出以下几点判断: ①不论是不是有岩浆矿床形成，岩浆经历了较长时期的演化都是肯定的，即岩浆在深部发生了各种分异或一定的分熔，形成已经相对富铁的熔浆和饱含挥发组分的含矿流体，是进一步形成这类矿床必不可少的前提。②铁的富集作用可能发生在内生成矿作用各个阶段，首先是岩浆晚期阶段，这个阶段可以有已经充分分异或先期发生分熔的富铁熔浆经运移就位成矿，也可以只形成成矿物质的预富集; 其次是岩浆期和期后的过渡阶段，这个时期钠长石化作用进一步发展，磷、氯等挥发组分不断聚集，有利于不同类型含矿流体分出，以各种方式发生富集。③铁的富集成矿作用也可以发生在不同的深度环境中，有利的环境是由深的断裂连通到较浅部位或随浅成侵入岩或次火山岩侵位到地壳浅处，深断裂及其次级断裂带的延伸、不同岩性岩浆岩的界面、特别是次火山岩与火山穹窿中的破裂构造等都可以引起含矿流体的集中释放而成为矿化的有利空间。

许多地区的基鲁纳型矿床都有高品级富矿石产出。在研究基鲁纳铁矿这种富矿石的成因时，首先提出晚期岩浆观点，认为这种几乎是纯氧化铁，只含少量钛、磷的矿石代表岩浆最后结晶的部分，是经过极端完善的分异产物。当有人考虑到这种情况很难出现，尝试以铁矿物晶体先以晶体沉降方式开始聚集，然后再受到重熔的观点解释其形成过程时，很快就有实验岩石学家提出了质疑，认为在残余岩浆中没有能足以引起磁铁矿晶体重熔所需的温度条件。稍后一些，对岩浆结晶过程的熔离作用作了更多研究，知道除金属硫化物与硅酸盐外，如铬铁矿等金属氧化物以至成分不同的硅酸盐之间也都可以在一定条件下发生熔离作用，形成互不混熔的独立液相。但是有关铁氧化物的实验研究资料却一直很难见到。到底有没有天然的富铁熔浆形成呢? 直到 20 世纪 70 年代发现和研究了智利拉科铁矿床，才对这个悬而未决的问题给出了一个答案。

智利北部高原地区是安第斯火山岩浆弧的一部分，分布的是第四纪的安山岩、火山碎屑沉积岩、熔岩凝灰岩。拉科地区是一个破火山口，核部由流纹英安岩组成，在其四周见到由次级火山口喷出的铁矿熔岩流，覆盖在上新世安山岩之上。熔岩状铁矿成近圆形的堆积，直径 300 ～900 m，最厚处60 m。铁矿熔岩流表面很像玄武岩流，局部也有绳状构造，并有大泡、小泡和管状体，断面多孔和海绵状。矿石几乎全部由磁铁矿、赤铁矿组成，含很少的针状磷灰石、石英、阳起石、方柱石等，含铁平均 65%、磷 3% ～0. 4%，矿石的这些特点充分表明是由火山岩浆分离出来的富铁矿浆冷凝形成的。

这类矿床还有一个标志性特征是它具有的透辉石 ( 阳起石) -磷灰石-磁铁矿三矿物组合。宁芜地区各个矿床见到的三矿物组合产于脉、网脉、角砾团块以及浸染矿石带等各种矿体中，特别是在脉及角砾团块状矿体中常常可具有粗粒自形到伟晶结构。其中的透辉石( 阳起石) 和磷灰石常聚集成梳状晶簇，磁铁矿也成自形晶充填于前二者晶体间，透辉石常被阳起石所代替，但也能见到具原生结晶特点的阳起石。三个矿物的含量比例各地区可能不同，如在浸染矿石中磷灰石可以增高到够单独开采的程度，有的矿床部分地段则阳起石化透辉石占压倒优势。三矿物的生成顺序一般是透辉石 ( 阳起石) -磷灰石-磁铁矿。通过综合研究，宁芜地区铁矿成矿作用发展过程中曾先后出现过以三种不同的矿物组合为标志的演化阶段，第一阶段是钠柱石 ( 钠长石) -透辉石 ( 阳起石) -磷灰石-磁铁矿组合，只出现于岩体内的浸染矿石带中，以陶村铁矿床为代表，其中钠长石化显著，磷灰石局部增多，磁铁矿一般浸染于假象钠长石和磷灰石晶体间。这个阶段以浸染状细粒磁铁矿和浅色蚀变钠长石化为特征，发育在岩体内部空间上较下面的部位。从这个部位向上，可以看到有蚀变程度加强，磷灰石、方柱石含量增多，磁铁矿变粗，并出现磁铁矿细脉的趋势，随着钠长石化促使铁质大量析出，高温气液相流体带入次火山岩上部及顶部，持续升高的蒸气压最终导致由开始的破裂、角砾化作用和含矿流体在有利空间的集中释放，这就是第二个成矿阶段，以凹山铁矿床为代表。这个阶段中带的深色蚀变透辉石化、方柱石化、石榴子石化发育，并形成透辉石 ( 阳起石) -磷灰石-磁铁矿组合的脉状角砾带中的矿化。因此，三矿物组合的形成在时间上是下部浸染矿石带矿化过程的延续。而且还有比三矿物组合脉类型形成更晚的代表，即第三阶段形成的是致密块状磁铁矿 ( 假象赤铁矿) 矿体，以梅山铁矿床主矿体为代表。在梅山矿体下部此类矿体与三矿物组合的网脉、角砾状矿体间有极为清楚的界线，并在钻孔中见到前者穿插了后者的现象。这类矿化表明在成矿作用后期，含矿岩浆中组分已变得更为单一。

我国矿床学家研究宁芜地区铁矿床提出了玢岩铁矿模式，旨在说明这是一类火山岩区与偏碱性中基性岩浆喷出-侵入活动有关的矿床，它们产状和矿化形式的多样性很难用单一的矿床成因概括，而是成因上互相有联系的一套矿床 ( 宁芜铁矿研究项目组，1978) 。研究工作阐明了辉长闪长玢岩在成矿中的重要意义，理出了各种型式矿床与不同蚀变围岩类型的时空联系。在主要矿床类型成因认识上似有强调岩浆期后气水热液交代充填的倾向。矿浆问题虽有提及，但未给出明确肯定的地位。玢岩铁矿概念提出以来，已为地质工作者广泛接受和应用。但对这个概念的使用有所修正。如提出玢岩铁矿应专指原陶村式的次火山气液交代-充填型矿床，姑山、梅山、凹山式矿床可称为矿浆型或岩浆贯入型，其中凹山式也可以单独称为伟晶气液充填型，凤凰山等矿床可称为次火山气液与接触交代过渡型等 ( 翟裕生等，1991; 唐永成等，1998) 。

四、勘查评价要点

这类矿床成矿条件比较特殊，首先是要有偏碱性中性岩这种特定类型的岩浆岩条件。一种是在古老地台区，如基鲁纳、北欧、北美其他地区。还有一类产于碱性岩中以磷灰石为主，也有磁铁矿的矿床，如北欧，在我国河北北部矾山也有发现。另一种是时代为中、新生代的大陆边缘火山岩弧，如南美安第斯山等。长江下游宁芜地区也是中生代环太平洋火山岩地带。这些偏碱性中性岩区一般受区域性构造条件控制，例如，对宁芜地区来说长江中下游中生代火山岩带分布受北东向古老地块北缘长期活动的深部断裂带控制，这是最重要的控制成矿的区域性构造。火山岩盆地内控制火山喷发和矿床分布的又是北北东和北西两组成矿前断裂带，正是这两组断裂的交叉处有主断裂两侧次级断裂的发育与火山穹窿构造的组合形成了本区铁矿床的 5 个集中地段。由于玢岩铁矿是火山-侵入活动一定阶段的产物，在火山作用由中基性向中酸性转化和由强向弱转化期间，才有同源深部中偏基性富钠质岩浆侵入，并在相对宁静环境下发生深部分异，促成铁在成矿流体中卸载。因此，辉长闪长玢岩的空间分布也就是决定矿体产出部位的条件。

基鲁纳矿体产于岩浆岩不同岩相界面附近，玢岩铁矿矿体产于次火山岩岩体顶部或边部，特别有利的是岩体顶部岩钟状隆起部位。由于玢岩铁矿生成条件下常可能有不同模式矿床在邻近地段形成，所以一种模式的矿床的发现与存在就可以为找寻另一种模式的矿床指示方向。

由于成矿岩浆岩常常富含某些挥发组分，所以，成矿过程中富挥发组分气水溶液广泛活动，就可在矿体附近，甚至是整个矿化空间范围内发育围岩蚀变。玢岩铁矿研究所确定的下部钠长石浅色蚀变，中部方柱石化、透辉石化、阳起石化、石榴子石化深色蚀变和上部硅化、泥化、硬石膏化、黄铁矿化浅色蚀变分带和分布不仅是很好的找矿标志，而且可以用以指示相关矿床的勘查。

透辉石 ( 阳起石) -磷灰石-磁铁矿三矿物组合是确定基鲁纳型或玢岩型铁矿的最有利的依据。含磷灰石的富磁铁矿矿石也可能是其成矿过程中的一种矿物组合类型。矿床及含矿岩石的其他特殊矿物化学成分，如含钠柱石、阳起石的火山岩、含黄铁矿的泥化岩石、V、Ti 异常、地质体的磁异常等都可以为找矿提供线索。