冀东司家营铁矿床地质地球化学特征与成矿作用

【摘要】冀东地区位于华北克拉通北缘,分布有许多沉积变质型铁矿床,由条带状铁建造(Bandedironformation,简称BIF)变质而成。司家营铁矿床是该区最大的铁矿床,近年来矿产勘查工作取得突破性进展,新增数亿吨资源量,但研究工作仍比较滞后。铁矿床产于新太古代滦县岩群绿帘-角闪岩相变质岩系中,岩性主要为黑云变粒岩,常见断裂构造和小规模岩浆侵入体。矿床形成后遭受一系列地质作用改造,形成少量磁铁矿型富铁矿体(TFe>50%)和赤铁矿石。本文在野外地质调查和室内岩相学、矿相学研究的基础上,利用电子探针、电感耦合等离子体质谱、高分辨率二次离子探针、同位素质谱和显微测温等技术手段,开展了矿物学、主微量元素地球化学、稳定同位素、流体包裹体和年代学等研究,并将司家营铁矿床与区域上其它同类型铁矿床进行了对比研究,分析了其成矿年代、构造背景和物质来源,探讨了矿床成矿作用,构建了沉积成矿模式和富铁矿热液蚀变改造模型,为深入认识冀东地区成矿机制和成矿规律提供了依据。取得的主要认识有：(1)矿石类型主要为磁铁石英岩、阳起磁铁石英岩和角闪磁铁石英岩。矿石矿物主要为磁铁矿和赤铁矿,脉石矿物有石英、阳起石、普通角闪石、绿泥石和黑云母等。矿石矿物含量一般为40%左右。矿石构造以条纹条带状构造为主,此外还包括揉皱构造、块状构造和角砾状构造。矿石结构以粒状变晶结构为主,伴有鳞片粒状变晶结构、交代结构、包含变晶结构和压碎结构。(2)根据野外地质现象、矿物共生组合以及接触关系,结合前人研究成果,将沉积成矿及后期改造作用的期次划分为5期,分别为沉积期、绿帘-角闪岩相变质期、褶皱变形期、热液蚀变期和抬升氧化期。主要成矿期为沉积期,热液蚀变期形成少量富铁矿,抬升氧化期形成少量赤铁矿。(3)不同类型铁矿石的主量和微量元素组成相近。主量元素分析表明铁矿石主要由SiO2、Fe2O3和FeO组成。微量元素分析表明铁矿石稀土元素总量较低,经澳大利亚后太古代页岩(PAAS)标准化后,具有轻稀土相对亏损、重稀土相对富集的稀土配分模式,具有较明显的Eu正异常和轻微的Y正异常,无明显的Ce、Pr和Gd异常以及较高的Y/Ho值。此外,矿石中高场强元素含量也较低,这些特征暗示司家营铁矿床的成矿物质可能来自于海底高温热液和海水。(4)黑云变粒岩中斜长石以中长石和奥长石为主,表明原岩可能为中性火山岩；黑云母为铁黑云母,暗示原岩含Fe较高。岩石具有富硅铝铁,贫钙的特点,Al2O3/TiO2比值介于28～40,反映了高铝钛的地球化学特征,表现了壳源岩浆的亲缘性。在原始地幔标准化蛛网图中,表现为明显的Rb、K、La和高场强元素Zr和Hf的富集,Nb、Si、P和Ti负异常,具有明显的壳源岩浆特征,原岩恢复结果为英安岩。在Rb-Y+Nb和Nb-Y构造判别图上,落在火山岛弧花岗岩和火山岛弧加同碰撞花岗岩区,反映可能形成于弧后盆地的构造背景。(5)铁矿体夹层黑云变粒岩和侵入铁矿体的片麻状二长花岗岩的锆石SHRIMPU-Pb年龄分别为2539±6Ma和2529±5Ma,表明司家营铁矿床形成于2529～2539Ma。(6)司家营铁矿床的成矿物质来源于海底热液对新生洋壳的萃取,受2500Ma的“迁安片麻岩”底辟事件影响而变质形成沉积变质型铁矿。峰期变质为绿帘-角闪岩相,温度约为352～560℃,压力为0.11～0.20GPa,变质变形作用未改变铁矿石品位。条纹状贫铁矿石沿断裂带和剪切带附近发生热液蚀变形成少量富铁矿体。热液流体为NaCl+H2O体系,温度集中于153～212℃,主要来源于大气降水。
【作者】陈靖；
【导师】李厚民；
【作者基本信息】中国地质科学院，矿物学、岩石学、矿床学，2014，硕士
【关键词】铁矿；BIF；成矿作用；矿床地球化学；富铁矿；司家营；冀东；

【参考文献】
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