鞍山式铁矿富矿的成因.pdf

第31卷 第5期 2008年10月 辽 宁 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Liaoning Vol. 31 No. 5 Oct. ,2008 “鞍山式” 铁矿富矿的成因 黎爱国,王艳平,刘 伟 辽宁省冶金地质勘查局 地质勘查研究院,辽宁 鞍山 114001 摘 要“鞍山式” 铁矿富矿的成因复杂,其变质富集过程一直是研究者争论的焦点,但是,硅铁分离、 去硅存 铁却是富铁矿形成的本质,本文用被动式富集和主动式富集成矿理论辨证的解释鞍山式富矿在 “鞍山式” 条带 状贫矿中的形成原理。 关键词“鞍山式” 铁矿富矿;被动式富集;主动式富集 中图分类号P618131 文献标识码A 文章编号16742104820080520462204 “鞍山式” 铁矿为受变质火山沉积矿床成矿系列铁矿,成矿年代为中太古宙25 - 28亿年。 “鞍山 式” 铁矿中含铁量 50 的磁铁和赤铁富矿体几乎全部赋存在条带状贫铁矿层中,这说明,前者是在后 者沉积成矿的前提下,经过一系列复杂的变质过程而形成的除鞍山小房身铁矿,是直接在沉积条件下 形成小规模的富矿。 “鞍山式” 铁矿变质富集成矿过程一直是地质工作者研究和争论的重点,本文经过 一定的实地工作,结合前人的研究成果,将其富矿成因辨证的分为两个大类 1 被动式富集,即变质水 热液富化说 ;2 主动式富集,即自催化与互催化说。 1 被动式富集 111 变质水热液富化成矿 在区域变质作用中,受变质岩石在较高的温度、 压力作用下,释出岩石中的附着水及一部分进入矿 物晶格中的结晶水,形成变质水热液。变质水热液沿着岩石中的裂隙、 空隙活动,吸收周围岩石中的成 矿物质,“搬运” 到适宜的地点成矿。变质水热液在中低级变质环境中最为发育,而在高级变质条件下不 发育。 112 富铁矿成因模式 1晚太古宙时期,在广阔的海洋中形成了中、 上鞍山群的海底火山岩2沉积岩系,同时,其中也沉 积了厚大的条带状铁矿层。2中、 上鞍山群地层在25 - 28亿年期间先后受到几次区域变质作用,受 变质成为绿帘角闪岩相至绿片岩相的中、 低级区域变质岩石。3在本区中、 上鞍山群岩石受区域变质 作用时,其中有较强的变质水热液活动。这些变质水热液的温度在350℃ 以上,而且具有δ 18 O低的特 点。4在鞍山群地层中,条带状铁矿与其周围岩石的孔隙度高。而且在区域变质过程中,条带状铁矿 的内部和边部容易产生裂隙,因而,条带状铁矿层常常能成为变质水热液积积活动的 “场所” 。5在变 质水热液活动中,条带状铁矿中的大部分SiO2被溶滤带走。同时,在变质水热液作用下,原有的磁铁矿 进行改造,成长壮大,并且相对富集形成了富铁矿。在富铁矿体周围也形成了以绿泥石化为主的近矿围 岩蚀变。 这种富集形式中磁铁富矿的Fe2O3 FeO含量和与 “鞍山式” 条带状磁铁贫矿中的Fe2O3 FeO含 量基本一致例如,弓长岭二矿区富矿Fe2O3 FeO含量和为971065 ,而鞍本地区条带状铁矿矿石中 收稿日期2008206220。 作者简介黎爱国1979 - ,男,江苏杨州人,工程师。 磁铁矿的Fe2O3 FeO为97185 ,表明在形成磁铁富矿的变质热液过程中,条带状铁矿中的磁铁矿仅 受到热液改造,而没有化学成分的带入和带出。 2 主动式富集 211 自催化与互催化说 当热液流经多孔岩石时,形成一个反应前锋,并逐渐向未蚀变区扩散和导致自组织作用发生,反应 前锋处于远离平衡状态,未蚀变区处于平衡状态,反应前锋通过溶解2迁移2成核2生长反馈,产生出跟踪 条带状的铁氧化物沉淀;一旦铁氧化成核,就伴随着生长,并向周围扩散,使得周围的热液在生长点总处 于成核临界值之下,以致新的铁氧化物一直成核并生长,导致更多的Fe 2 被氧化形成铁的氧化物,形成 一个过饱和2成核2消耗循环,产生出更多的条带状铁氧化物沉淀。同时,通过Fe 2 离子扩散又生长出新 的磁铁矿,使矿物颗粒增大,这是成矿自组织过中程中的自催化作用。另外,在成矿溶液的作用下,由于 元素的迁移性不同,有用矿物在特定的地方沉积,无用矿物被带出,达到了互催化效果。 212 富矿形成模式 自催化是以自身矿物为原材料,通过合成产物自身而达到富矿的结果,反应公式为A 2B→3B ;互 催化是系统远离平衡时,反应1的产物是同时发生的反应2的反应产物,并可能产生更多的反应1的反 应物,反应公式为A→B ,B X→Y D ,2X Y→3X。这说明富矿是条带状贫矿在贫矿的环境中主动自 我增生2集中的。 213 自催化富集作用 在鞍山地区的含铁石英岩与角闪石2绿泥石相间的互层中,富铁矿化最能得到体现。在花岗岩化过 程中使得Fe和Mg与含铁质的区域变质水一道扩散到花岗岩化的前锋;当基性前锋迭加到含铁石英岩 上,通过溶解2迁移2成核2生长反馈,形成富铁矿;另外,随着变质作用的加强,氧化活动也加强,使得赤铁 矿在高温下不稳定,被磁铁铁取代 6Fe2O3→4Fe3O4 O21 对于这种成矿作用,可以用Logistic方程来描述其演化 dNΠdtrNK-N - mN2 式中N是生成矿物数;r是矿石矿物生成率;m是矿石矿物分散率;K是容矿能力。 由公式求定态解, dNΠdt 0得N1 0 ,N2K-mΠr,N1是不稳定定态,N2是稳定态。 成矿系统与环境的物质及能量 交换,会导致系统涨落,不稳定定态将向稳定态转化。 由N2K-mΠr可以看出,N2与r,m有相关关系,在区域变质过程中,氧化活动的增强则有反 应1发生及碳质成分对赤铁矿的还原 6Fe2O3 C→4Fe3O4 CO23 有利于矿石矿物的生成,在达到麻粒岩相之前,Fe分散到硅酸盐矿物中去的只是很少部分,大部分都生 成赤铁矿与磁铁矿;再由成核2生长反馈,可以判定rm,即生成矿物数向接近容矿能力演化。 214 互催化富集作用 在富矿体边部,有明显的围岩蚀变现象。岩石化学成分变化如表1所示。 在富铁矿形成过程中,带入围岩的有K、Na、Fe ,从围岩中带出的有Ca、Mg、Al、Si。这说明,成矿溶 液中的K、Na、Fe是充裕的,使得热液为碱性。在碱性介质中,硅元素的迁移能力居第一位,而铁居最 后。在高温高压下,贫铁矿中的SiO2被大量淋滤出来,促进了硅铁分离;而含有Cl - 、F - 、CO2、Na 、K 的高温热液中,铁元素迁移的主要形式是络合物。实验表明,当有络阴离子存在时,若温度上升到200 ℃,溶液中几乎全部铁都变成络合物的形成,主要是卤化物络合物[ Na FeCl4 ,Na2 FeCl4 ,Na3 FeCl6 ,KFeCl4 ] 与硫化物的分解络合物;当溶液的温度、 压力及酸碱度有变化或其他矿物、 岩石作用 364第5期 黎爱国,等“鞍山式” 铁矿富矿的成因 时,均能导致络合物的分解与沉淀。从铁的物态迁移形式来看,K、Na的存在也是有利的。富集成矿模 式也在条带状铁矿中的磁铁矿产生,通过自身元素的反应与迁移,而达到富集的结果,相对大的环境也 没有外界热液带入Fe元素。 表1 富铁矿体及其蚀变围岩的岩石化学式[3] Tab. 1 Rock chemical ula of rich iron and alterated surrounding rock 岩石类型 岩石化学式 KNaCaMgMnFeFe″AlTiSiC 未蚀变围岩1277422391421651810 弱矿化围岩222411216101189129110 中等蚀变围岩52144127848150121332 强蚀变围岩磁铁矿34238130036193212512 富铁矿体755814815126501160 3 结 论 “鞍山式” 富铁矿除一小部分是沉积变质以外,大部分是在条带状磁铁、 赤铁贫矿基础上见图1 , 通过一定的后期变质作用使得有用的铁矿物在特定的地方富集,无用的矿物元素迁出,而达到硅铁分 离,去硅存铁结果,形成了鞍本地区特有的” 鞍山式” 富铁矿。 图1 弓长岭矿区樱桃园富铁矿床剖面图 Fig. 1 Profile of Yingtaoyuan in Gongchangling rich iron deposit 参 考 文 献 [1]周世泰.鞍山2本溪地区条带状铁矿地质[M].北京地质出版社,1994 1. [2]方如恒.辽宁铁矿类型与演化[J ].辽宁地质,1995 ,2 106 - 147. [3]张秋生.中国早前寒武纪地质及成矿作用[ ].长春吉林人民出版社,1984 1. [4]李鸿业,赵秀德.鞍山地区鞍山式铁矿区地质构造[J ].前寒武纪研究进展,1999 ,3 22 - 29. [5]刘洪波.鞍山式铁矿的地球化学自组织作用[J ].东北大学学报,1994 ,155 481 - 484. [6]中国科学院地球化学研究所.铁的地球化学[M].北京科学出版社,1981 1. 464 辽 宁 科 技 大 学 学 报 第31卷 On cause of ing rich ore in Anshan2type iron deposit L I Ai2guo,WAN G Yan2ping,L IU Wei Academe of Geological Exploration ,Liaoning Province Metallurgical Bureau of Geological Exploration ,Anshan 114002 ,China AbstractAnshan2type rich iron deposit has complicated origin whose metamorphic enrichment process has long been a controversial problem.Because silicon and iron separation ,desiliconization and iron conservation are the essence of ing rich ore ,the thery of passive enrichment and active enrichment is used to explain the ation principle of Anshan2type iron deposit banding lean ore. Key wordsAnshan2type rich iron deposit ;passive enrichment ;active enrichment Received June 20 ,2008 [上接第461页] 参 考 文 献 [1]STEPHEN P S. Catalytia cross2coupling reactions in biaryl synthesis[J ]. Tetrahedron Lett ,1998 ,542 263 - 303. [2]IRINA P B. Pallacdium cataluzed C2C and c2heteroatom bond ation reactions[J ]. Pure and Appl Chem ,1997 ,694 471 - 476. [3]杜卫红,安忠维,徐茂梁.过渡金属催化不对称偶联反应及其在液晶合成中的应用[J ].分子催化,1997 ,111 72 - 80. [4]ELERFIELD R C. In heterocyclic compounds[M]. New YorkWiley antibacterial activities;thiophenic sulfur compounds Received December 15 ,2007 564第5期 黎爱国,等“鞍山式” 铁矿富矿的成因