吉林白山五道羊岔新太古代大型钒钛磁铁矿床地质特征及锆石UP精.docx
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吉林白山五道羊岔新太古代大型钒钛磁铁矿床地质特征及锆石UP精
第41卷第2期中国地质Vol.41,No.22014年4月
GEOLOGYINCHINA
Apr.,2014
五道羊岔铁矿位于吉林省南部白山市江源区,
矿区位置为东经126°29′30″~126°32′30″,北纬42°07′00″~42°08′00″。
该矿床发现于1977年,截至2010年末矿山累计探明资源储量97.48万t❶,矿床规模仅为小型(矿点)。
2010年李景光等❷在矿区开展1∶2000磁法测量,发现12处磁异常,经钻探验证发现钒钛磁铁矿矿体,2012年完成勘查,提交并批准资源储量1.87亿t(铁矿石),矿床规模从小型(矿点)跃升为大型矿床,同时共生TiO2资源储量606万t(氧化物)、V2O5资源储量30万t(氧化物)、钴(Co)资源储量2.40万t(金属),还伴生有益组分镍(Ni)、铌(Nb)、钪(Sc)、镓(Ga)、硒(Se)、碲(Te)等。
矿区有10组矿体,其中Ⅵ号矿组规模最大,铁矿石资源储量1.82亿t,占估
算铁矿石资源储量的95%。
对该矿床成因,李景光等在矿区勘查基础上提出五道羊岔铁矿为太古代岩浆型铁矿床[1],但无精确的地球化学及年龄资料。
笔者对该矿床进行了系统的地质、地球化学研究,认为五道羊岔矿区包含沉积变质型(鞍山式)和岩浆型2种矿床类型,Ⅰ、Ⅱ、Ⅵ号矿体具有岩浆型铁矿床特征,其他小型矿体(组)则以沉积变质型(鞍山式)成因为主,矿床成因不能一概而论。
对含矿斜长角闪岩层状侵入体进行了锆石U-Pb同位素定年,测得含矿斜长角闪岩层状侵入体中锆石的年龄为(2526±35)Ma。
通过这些研究,明确了矿床成矿类型、大地构造环境、矿床成因及成矿时代。
吉林白山五道羊岔新太古代大型钒钛磁铁
矿床地质特征及锆石U-Pb年龄
邵建波1李景光2王洪涛1陈殿义1任强1
(1.吉林省地矿信息中心,吉林长春130061;2.吉林省地矿勘察设计研究院,吉林长春130012)
提要:
吉林白山五道羊岔新太古代大型钒钛磁铁矿是国内外首次发现的产于斜长角闪岩层状侵入体内的岩浆型铁矿,对于相似成矿地质条件区矿产资源勘查具有重要意义。
该矿床位于吉林省南部龙岗古陆核南部边缘,板石沟绿岩带北侧。
Ⅰ、Ⅱ、Ⅵ号矿体位于斑杂状斜长角闪岩层状侵入体内,并具有成因联系。
该岩体原岩为正角闪岩,构造环境为汇聚边缘岛弧环境。
矿体形态为层状,矿石结构主要为自形-半自形-他形晶粒状结构、固熔体分离结构、海绵陨铁结构,矿石构造有致密块状构造、条带状构造、浸染状构造等。
矿石金属矿物主要为磁铁矿、钛铁矿。
对磁铁矿、钛铁矿进行了电子探针微区成分分析,磁铁矿成因类型为岩浆熔离钛磁铁矿型。
钛铁矿与理论化学成分基本一致。
对斑杂状斜长角闪岩层状侵入体中锆石进行了地球化学分析,其稀土元素及微量元素特征显示锆石为岩浆锆石,采用LA-ICP-MS法进行了U-Pb定年,获得一条较好的不一致线,上交点年龄为(2526±35)Ma。
关键
词:
钒钛磁铁矿床;矿床特征;锆石LA-ICP-MSU-Pb年龄;新太古代;五道羊岔;吉林
中图分类号:
P618.3;P597.3
文献标志码:
A
文章编号:
1000-3657(2014)02-0463-21
收稿日期:
2013-05-16;改回日期:
2013-08-04
基金项目:
吉林省重点科技发展计划项目(20090483资助。
作者简介:
邵建波,男,1963年生,博士后,研究员,矿产普查与勘探专业,主要从事地质矿产勘查及研究;E-mail:
shao-jb@。
❶吉林省国土资源厅.吉林省矿产资源储量表[G].2010.
❷李景光,吕宗凯,于志鹏,等.吉林省白山市五道羊岔铁矿勘探报告[R].2012.
464中国地质2014年
五道羊岔新太古代大型钒钛磁铁矿床是吉林省建国以来发现的最大铁矿,也是吉南陆块区及至国内外太古宇中首次发现的大型岩浆型铁矿床。
该矿床丰富了前寒武纪铁矿类型,改变了太古宇无大型岩浆铁矿的历史,对于重新认识吉林南部乃至全国铁矿分布规律,开展矿产勘查都具有重要意义。
1
地质背景
1.1区域地质特征
矿区所处的辽东—吉南地区是中国太古宇发育较好、并具有代表性的地区之一[2-3],其中赋存着丰富的金、铜、锌和铁矿等矿产(图1)。
图1吉林省南部地质图(据资料❶~❹及文献[3]编制,大地构造据文献[4])
1—新生代火山岩;2—新元古界-中生界;3—中元古代老岭群;4—古元古代光华岩群;5—新太古代绿岩带(板石沟岩组);
6—中太古代杨家店组;7—新太古代二长花岗岩;8—中太古代英云闪长质片麻岩;9—早侏罗世花岗岩;10—早白垩世花岗岩;11—晚三叠世花岗岩;12—古元古代辉长岩脉;13—新太古代辉长岩脉;14—华北陆块区陈台沟-沂水古陆核(辽吉古陆核);
15—华北陆块区胶辽陆块胶辽裂谷(辽吉裂谷);16—地质界线;17—不整合界线;18—断层;19—韧性剪切带;
20—图1-b位置;21—图2位置;22—铁矿及名称;23—地名
Fig.1GeologicalmapofsouthernJilinProvince(modifiedafterreference❶~❹,[3],[4]
1-Cenozoicvolcanicrocks;2-Neoproterozoic-Mesozoic;3-MesoproterozoicLaolingGroup;4-PaleoproterozoicGuanghuaGroup;
5-Neoarcheangreenstonebelts(BanshigouGroup;6-MesoarcheanYangjiadianFormation;7-Neoarcheanmonzogranite;8-MiddleArcheantonaliticgneiss;9-EarlyJurassicgranite;10-EarlyCretaceousgranite;11-LateTriassicgranite;12-Paleoproterozoicgabbrovein;13-Neoarcheangabbrovein;14-Chentaigou-YishuipaleocontinentinNorthChinapalaeocontinent(Liao-Jipaleocontinent;15-Jiao-LiaoriftvalleyinNorthChinapalaeocontinent(Liao-Jiriftvalley;16-Geologicalboundary;17-Unconformity;18-Fault;19-Ductileshearzone;20-LocationofFig.1-b;21-LocationofFig.2;22-Locationandnameofironmine;23-Geographicname❶吉林省国土资源厅.吉林省矿产资源储量表[G].2010.
❷李景光,吕宗凯,于志鹏,等.吉林省白山市五道羊岔铁矿勘探报告[R].2012.
❸路孝平,王延生,赵成弼,等.中华人民共和国区域地质调查报告1∶250000通化市幅[R].2004.❹于宏斌,王延生,刘松华,等.中华人民共和国区域地质调查报告1∶250000靖宇县幅[R].
2007.
第41卷第2期465
邵建波等:
吉林白山五道羊岔新太古代大型钒钛磁铁矿床地质特征及锆石U-Pb年龄TTG+表壳岩组合是区域上太古宇的主要地质
特征,按时代可分为中太古代和新太古代2期。
中太古代是本区太古宙的主体,由英云闪长质-花岗闪长质片麻岩(Ar2gn)和少量呈包体的中太古代表壳岩(Ar2y)、紫苏花岗岩和变层状镁铁质-超镁铁质侵入岩等组成,岩石遭受高角闪岩相-麻粒岩相的区域变质作用。
中太古代地质体构成辽吉古陆核核心(中央卵形隆起)。
新太古代地质体主要分布于古陆核南北两翼,由新太古代英云闪长岩、二长花岗岩(Ar3ηγ)、紫苏花岗岩、新太古代表壳岩(绿岩带)、变层状镁铁质-超镁铁质侵入岩等组成。
表壳岩以板石沟绿岩残体最大,长20km,宽5km,其中赋存有板石沟大型沉积变质型(鞍山式)铁矿。
本文采用周小东的意见[4],将该套岩石称之为板石沟岩组(Ar3b),区域上与辽宁的红透山岩组(Ar3h)、吉林的老牛沟岩组(Ar3l)相当。
板石沟和四方山绿岩残体以外(包括本矿区)绿岩带以捕虏体形式分布在新太古代二长花岗岩(Ar3ηγ)中,规模一般较小。
该套岩层在吉林省是重要的铁矿和金矿产出层位。
新太古代构造环境一般认为是花岗岩-绿岩带[3]。
1.2区域矿产特征
研究区铁矿分布广泛,从图1可以看出,除南部2处分布于中元古代老岭群中的沉积铁矿外,其余全部分布于太古宇内。
根据目前研究成果,这些太古宙铁矿矿床类型全部为沉积变质型(鞍山式),以白山市板石沟大型铁矿为代表。
板石沟矿床赋矿岩层为新太古代板石沟岩组(Ar3b),岩石原岩主要为中基性火山喷出岩[5],矿石类型主要为条带状磁铁石英岩,矿床成因类型为沉积变质型(鞍山
式)[6,7]
。
2五道羊岔钒钛磁铁矿地质特征
五道羊岔铁矿区太古宙地质体出露齐全(图2),包括新太古代绿岩带、新太古代二长花岗岩、新太古代层状侵入体、中太古代英云闪长质片麻岩等。
与铁矿关系密切的是新太古代绿岩带和新太古代层状侵入体。
新太古代绿岩带呈包体(残留体)分布于新太古代二长花岗岩、中太古代英云闪长质片麻岩中,
主要岩石类型有黑云斜长角闪片麻岩、斜长角闪
岩、石榴黑云斜长片麻岩、黑云斜长片麻岩、变粒岩等。
岩石中面理产状总体与围岩片麻理一致,其中局部见磁铁矿体分布。
矿区新太古代层状侵入体是本文首次提出,依岩性命名为五道羊岔斑杂状斜长角闪岩层状侵入体,后文详细论述。
区内共发现10个矿组98条铁矿体。
本文仅论述与岩浆作用有关的Ⅰ、Ⅱ、Ⅵ3个矿组特征。
其他矿组产于绿岩带中,矿床类型或为沉积变质型(鞍山式)铁矿床或资料不足无法确定,不在本文讨论范围之列。
2.1含矿母岩——五道羊岔层状侵入体2.1.1岩体分布及产状
该岩体分布于矿区西部(图2~3)。
长4000m,宽500~1000m,厚50~700m。
岩体形态复杂,SW
❶李景光,吕宗凯,于志鹏,等.吉林省白山市五道羊岔铁矿勘探报告[R].
2012.
图2五道羊岔铁矿矿区地质图(据资料❶修改)
1—第四系;2—新元古代钓鱼台组;3—新太古代表壳岩;4—新太古代二长花岗岩;5—中太古代英云闪长岩;6—五道羊岔层状侵入体;7—钒钛磁铁矿及编号;8—沉积变质型铁矿及编号;9—隐伏背斜核部位置;10—剖面位置及编号;11—隐伏岩体范围;
12—WCD-1取样位置
Fig.2GeologicalsketchmapoftheWudaoyangchaFe
deposit(after❶
1-Quaternary;2-NeoproterozoicDiaoyutaiFormation;3-Neoarcheansupracrustalrock;4-Mesoarcheanmonzogranite;5-Neoarcheantonaliticgneiss;6-Wudaoyangchalayeredintrusions;7-Vanadicgtitanomagnetiteore;8-Sedimentary-metamorphicirondeposit;9-Locationofconcealedanticline;10-Locationandserialnumberofgeologicalsection;11-Boundaryofconcealedrockmass;
12-SamplinglocalityofWCD-1
466中国地质2014年
端呈背形形态,N端呈向形特征,空间产状为NE翘起,向SW侧伏的不规则形饼状体。
为沿构造断裂带贯入于新太古代表壳岩及新太古代二长花岗岩中的似层状侵入体,切割关系明显(图4-A)。
岩体SW端埋藏深,NE端出露地表。
2.1.2岩相学特征
该岩体已经变质为斜长角闪岩,但保留有层状特征,以NE方向展布为主。
岩石呈灰黑色,块状构造、条带状构造(图4-B)、斑杂状结构。
条带主要由暗色矿物角闪石以及磁铁矿等矿物相对集中而成。
由于岩石主体具有特征的斑杂状结构(图4-C),故本文将该岩体称为斑杂状斜长角闪岩体。
斑杂状结构为一种极不均匀结构,在大庙铁矿也有所见[8]。
该岩体远离矿体部位一般具有块状、条带状构造,矿体附近以条带状构造为主,可见强烈变形改造。
镜下观察岩石粒度变化较大,以中-中细粒者居多,粒状结构,主要组成矿物为角闪石、斜长石和少量石英、黑云母、石榴石、绿帘石。
不透明矿物呈浸染状、星点状分布于岩石中(图4-D)。
角闪石:
大部分继承了辉石短柱状的外形,呈半自形柱状晶体。
粒度一般在1.0~2.5mm。
薄片
中为绿色,多色性明显,大部分晶体呈集合体的形态分布,含量大约在50%。
斜长石:
半自形板状晶体,粒度一般在1.0~3.0mm,见明显的聚片双晶,晶体的边缘呈阶梯状或港湾状,大部分晶体的边缘被细小的绿帘石交代,含量大约在35%。
绿帘石:
他形粒状晶体,粒度大约在0.3mm,薄片中为淡色,正高突起,晶体与石英小晶体呈集合体的形态分布在斜长石或斜长石与角闪石的接触空隙里,含量大约在3%。
石英:
他形粒状晶体,粒度大约在0.2mm,其含量极少,均分布在绿帘石的集合体中,为后期交代形成的产物,含量小于1%。
2.1.3地球化学特征
本次采集了斑杂状斜长角闪岩体样品进行岩石地球化学分析。
其中W4、W11位于ZK2402孔1031.5m、1122m,WCD1位于采矿坑道中。
另外也采集了岩体外表壳岩中斜长角闪岩W15、W19(位于ZK2402孔773m、104m)3个样品进行对比。
岩石化学分析由国土资源部长春矿产资源监
图3五道羊岔矿区内西部联合剖面图(据资料❶修改)(剖面位置见图2)
1—新太古代二长花岗岩;2—新太古代表壳岩;3—层状侵入体;4—沉积变质铁矿;5—钒钛磁铁矿
Fig.3IntegratedgeologicalsectioninthewestpartoftheWudaoyangchaFedeposit(after❶
(Forlocationofsection,seeFig.2
1-Neoarcheanmonzogranite;2-Neoarcheansupracrustalrock;3-Wudaoyangchalayeredintrusions;4-Sedimentarymetamorphic
ironore;5-Vanadictitanomagnetiteore
❶李景光,吕宗凯,于志鹏,等.吉林省白山市五道羊岔铁矿勘探报告[R].2012.
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邵建波等:
吉林白山五道羊岔新太古代大型钒钛磁铁矿床地质特征及锆石U-Pb年龄图4五道羊岔层状侵入体斜长角闪岩照片
A—WCD1样品附近,斜长角闪岩层状侵入体与中太古代花岗质岩石呈侵入关系;B—斜长角闪岩侵入体条带状构造;C—斜
长角闪岩侵入体斑杂状构造;D—W5样品显微照片,取自ZK2402孔,岩性为含磁铁矿斜长角闪岩,正交偏光,自形—半自形
结构、柱状、粒状结构、海绵陨铁结构;Ar2gn—中太古代英云闪长岩;Ar3ν—层状侵入体;Mt—磁铁矿;Hb—角闪石
Fig.4PhotographsofWudaoyangchataxiticplagioclaseamphibolite
A-IntrusiverelationbetweenWudaoyangchalayeredintrusionsandMesoarcheantonaliticgneissnearsampleWCD1;B-Bandedstructuresinthelayeredintrusions;C-Mottledstructuresinthelayeredintrusions;D-Microphotographofsample-W5collectedfromdrillholeZK2402,whoselithologyisore-bearingamphibolite,crossednicols,idiomorphicorhypidiomorphicgranulartexture,columnarorgranulartexture,sideronitictexture;Ar2gn-Tonaliticgneiss;Ar3ν-Layeredintrusions;Mt-Magnetite;
Hb-
Hornblende
督检测中心完成,共进行了主量、微量、稀土元素分析。
斑杂状斜长角闪岩体样品主量元素、微量元素、稀土元素分析结果见表1,采用Geokit软件[9]进行数据处理。
(1)主量元素特征
样品主量元素测试结果表明,斑杂状斜长角闪岩体SiO2含量变化于41.98%~50.32%,平均44.79%,属于基性-超基性岩范畴。
Na2O含量介于1.79%~3.32%,平均为2.49%,K2O含量介于0.86%~1.00%,平均为0.92%,Na2O/K2O比值分布于1.07~3.65,平均为2.27,具有富钠低钾特征。
TiO2变化于1.56%~2.01%,平均1.72%。
CaO含量变化于8.59%~9.80%,平均9.31%。
MgO含量变化于5.25%~5.99%,平均5.72%。
镁含量明显偏低,而且Mg#
(Mg#=Mg/(Mg+Fe2+))介于0.47~0.49,平均0.48,低于原始岩浆镁值(0.68~0.75),这说明岩浆为非原始岩浆,可能发生了镁铁质矿物的分异作用。
Al2O3含量12.98%~13.88%,平均为13.56%。
Al2O3和MgO之间正相关关系明显,表明有斜长石分离结晶。
FeO含量变化于9.58%~11.98%,平均11.09%,Fe2O3含量变化于4.84%~8.65%,平均为7.36%。
Fe2O3和SiO2之间呈明显负相关,说明岩石中铁随着基性程度增加而增加。
(2)稀土及微量元素特征
稀土元素是具有相似地球化学行为的元素组,在岩浆作用体系中矿物或矿物熔体之间的分配行
http:
//geochina.cgs.gov.cn中国地质,2014,41(2
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中
国
地
质
2014
年
表1五道羊岔地区斜长角闪岩岩石地球化学分析结果Table1ElementcompositionsofamphiboliteinWudaoyangchaarea
注:
测试单位:
国土资源部长春矿产资源监督检测中心。
常量元素采用滴定管、天平、原子吸收分光光度计等测定,微量元素采用等离子体质谱仪等测定,稀土元素用ICP-MS测定。
主量元素单位:
%,微量元素及稀土元素单位:
10-6,Au含量单位:
10-9。
中国地质,2014,41(2
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邵建波等:
吉林白山五道羊岔新太古代大型钒钛磁铁矿床地质特征及锆石U-Pb年龄为主要受晶体场控制,具有普遍一致的独特地球化
学特征,因此稀土元素常作为探讨与岩浆作用有关的成岩、成矿地质地球化学过程的示踪剂[10-13]。
由表1可见五道羊岔斑杂状斜长角闪岩体ΣREE值较低,ΣREE值与SiO2含量具有正相关特征。
ΣREE变化于19.8×10-6~161×10-6。
8个样品中有6个斑杂状斜长角闪岩样品(含矿石样品)ΣREE低于30×10-6,与正角闪岩4个类型中的超基性岩斜长角闪岩及正斜长角闪岩特征[14]一致。
稀土元素具有类似的配分模式(图5),表现为轻稀土元素相对富集的右倾型,LREE/HREE=4.04~12.5,(La/Yb)N为2.95~12.2,轻稀土元素分馏程度总体强于重稀土元素,发育中到弱的负铕及弱的正铕异常(δEu=0.40~1.19),铈异常较弱(δCe=0.96~2.89)。
稀土总体特征与鞍山群及阜平群斜长角闪岩的稀土特征基本一致[15]。
微量元素方面,斑杂状斜长角闪岩体中U元素含量0.34×10-6~0.81×10-6,明显低于绿岩带中斜长角闪岩U元素含量,Li、Rb、F、Ba、Pb等元素也具有相似特征。
V元素含量322×10-6~800×10-6,明显高于绿岩带中斜长角闪岩V元素含量,Co、Cr、Cl、Cu、Sc、Zn等元素也具有相似特征。
微量元素蛛网图中各类岩石曲线形态基本一致(图6),与稀土特征一样说明物质来源具统一性。
图中K、Ti、P元素呈明显亏损特征。
(3)原岩及构造环境分析
角闪岩是中深变质地区常见的一种变质岩类,它具有不同的成因,既可以由镁铁质火成岩(玄武岩、辉绿岩、辉长岩等)变质生成(正角闪岩),也可由泥质页岩、钙质页岩或沉积凝灰岩等变质形成(副角闪岩)。
由于中深变质岩系岩石的变质程度比较高(达角闪岩相),各种残余及变余结构一般很难保存,因而仅根据野外产状和岩相学研究来恢复原岩性质十分困难,往往需要借助于变质岩的岩石化学和微量元素特征来进行原岩性质恢复和成因判别。
在SiO2-(K2O+Na2O)图解中[18](图6-a),斑杂状
斜长角闪岩样品点全部落入苦橄玄武岩区,表明岩石基性程度较高。
表壳岩斜长角闪岩原岩较复杂,图中落入玄武岩区、粗面安山岩、英安岩区。
在科马提岩分类[19]斑杂状斜长角闪岩样品主要投在高铁拉斑玄武岩区(图略)。
TiO2-MnO组分[20]显示斑杂状斜长角闪岩为正玄武岩区(图6-b)。
由于五道羊岔铁矿区火山岩经受较为强烈的蚀变,其可迁移元素(如Na、K、Ca、Mg、Fe)大多数发生迁移,因而不能代表其原始组成,本文主要利用非迁移元素对其构造环境进行进一步判别。
在众多构造环境判别图解中,使用玄武岩中少量氧化
图5斜长角闪岩稀土及微量元素配分模式图
a—球粒陨石标准化值据文献[16];b—原始地幔标准化值据文献[17]
Fig.5Chondrite-normalizedREEpatternsandspiderdiagramsoftraceelementsforamphibolites
(normalizedvaluesafterreferences[16],
[17]
http:
//geochina.cgs.gov.cn中国地质,2014,41(2
470中国地质2014年
图6斜长角闪岩原岩分析图解
a—SiO2-(K2O+Na2O)图解(底图转引自文献[18]);b—TiO2-MnO图解(据[20],“□表壳岩”点数据引自资料❶)
Fig.6Originalrockrestorationofamphibolites
a-DiagramofSiO2-(K2O+N
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