岩相与矿物特性探讨范文

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作者：滕传耀杜杨松张智宇龙旺生董玉翠李湘莲单位：中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室铜陵有色金属集团股份有限公司安庆铜矿

矿床地质特征

安庆铜铁矿床由①号、②号、○E2号、?号4个主矿体（图1）及97个小矿体组成。矿体呈透镜状赋存于大理岩与闪长岩之间的矽卡岩带中，赋矿岩石主要为石榴子石矽卡岩和透辉石矽卡岩。矿体的形态及产状严格地受矽卡岩带控制，随矽卡岩带的变化而变化。

本次研究的1号矿体是安庆铜铁矿规模最大的矿体，位于矿区的北部及东部，F1断层下盘，西高东低，沿接触带向东侧伏，侧伏角约为20°～30°。该矿体最浅处标高约－187m，最深处标高约－935m，矿体主要赋存于－280m～－820m之间，呈一稍具复杂变化的较大透镜状产出。矿床矿石类型主要有含铜矽卡岩型、含铜闪长岩型、含铜磁铁矿型及磁铁矿型等，矿石空间分布呈现一定的规律，外接触带主要为磁铁矿型、少量含铜磁铁矿型，向中心带逐渐过渡为含铜矽卡岩型，内带则为含铜闪长岩型矿石；矿石构造主要有团块状构造、条带状构造及浸染状构造等；矿石结构主要为自形—半自形晶结构、他形晶结构、充填结构、溶蚀结构、交代残余结构等。

矿床近矿围岩蚀变分带现象明显，以钻孔CK8A647为例（图2a），该钻孔是一个位于8A勘探线（图2b）上，于－639m标高处以－47°的倾角钻进的斜孔。从岩芯编录来看，由地层→岩体，岩性特征依次为：灰岩（图2a－1）→大理岩（图2a－1）→矽卡岩化大理岩（图2a－2）→透辉石石榴子石矽卡岩（图2a－3）→透辉石化闪长岩（图2a－4）→闪长岩（图2a－5）。此外，透辉石石榴子石矽卡岩中透辉石含量及矿化类型亦有变化，靠近外接触带透辉石富集，以铁铜矿化为主；向中心带、内带方向透辉石含量逐渐减少，以铜矿化为主。

岩相学特征

安庆铜铁矿中的矽卡岩为钙质矽卡岩，以透辉石石榴子石矽卡岩为主。岩石主要由辉石、石榴子石，部分磁铁矿、黄铁矿、黄铜矿、磁黄铁矿、绿帘石、绿泥石、方解石、石英等组成。

1辉石

本区辉石可分为两类，一类为半自形—他形粒状辉石，粒度比较均匀，其分布范围较广，从矽卡岩化大理岩带到透辉石石榴子石矽卡岩带直至蚀变闪长岩带均有发育，呈淡绿色，粒状、少量呈束状，常被石榴子石、磁铁矿、黄铜矿、磁黄铁矿、黄铁矿等矿物交代（照片1A），具溶蚀交代残余结构（照片1B）。以上说明粒状辉石形成最早。电子背散射图像显示，此类辉石大多具有环带结构（照片1C、3D）；另一类为脉状辉石，呈深绿色，半自形—他形，中—细粒结构，可见其切穿粒状辉石（照片1E）、石榴子石及磁铁矿（照片1A）。说明脉状辉石的形成晚于粒状辉石、石榴子石及磁铁矿。

2石榴子石

石榴子石为矽卡岩中含量最多的矿物。该区石榴子石有两种，一种为粒状或致密块状石榴子石，一种为细脉状石榴子石，以粒状石榴子石为主。粒状石榴子石多为褐色、黄褐色，自形—半自形晶聚晶分布，镜下观察发现其常具有环带结构（照片1F），可见石榴子石交代微晶方解石后的残余结构（照片2A），石榴子石熔蚀包含透辉石，且往往被磁铁矿、黄铁矿、磁黄铁矿、黄铜矿、绿帘石、绿泥石、碳酸盐等矿物交代（照片2B，C，D），以上说明粒状石榴子石的形成世代晚于透辉石，而早于磁铁矿、黄铁矿、黄铜矿、磁黄铁矿；脉状石榴子石多为浅褐色、淡黄色，自形—半自形、中—细粒结构，可见其切穿粒状（或致密块状）石榴子石（照片1E），反映了脉状石榴子石形成晚于粒状石榴子石。

3磁铁矿

磁铁矿呈铁黑色，半金属光泽，反光镜下为浅灰色，主要呈半自形—他形粒状（照片1B，照片2D），具强磁性。可见其交代粒状石榴子石及粒状辉石而被脉状辉石切穿（照片1A），并被黄铜矿、磁黄铁矿交代呈溶蚀交代结构或骸晶结构（照片1B，照片2E）。说明磁铁矿的形成晚于粒状辉石与石榴子石，早于脉状辉石及黄铜矿、磁黄铁矿。

4黄铁矿

黄铁矿呈浅黄色，金属光泽，反光镜下为亮白色，自形—半自形或他形粒状（照片2E），自形晶矿物晶形发育较好（照片2F）。黄铁矿分布形式多样，有呈浸染状分布于石榴子石中（照片2F）者，也有与黄铜矿（照片2D）、磁黄铁矿（照片2E）共生者。

5黄铜矿

黄铜矿呈铜黄色，金属光泽，反光镜下为铜黄色，主要为他形不规则粒状集合体。黄铜矿主要呈浸染状充填于磁铁矿或矽卡岩矿物的间隙中，常见其包裹束状透辉石并溶蚀交代磁铁矿（照片1B）。少数黄铜矿呈脉状切穿石榴子石矿物（照片2E）。说明黄铜矿的形成晚于辉石、石榴子石、磁铁矿。

6磁黄铁矿

磁铁矿呈暗铜黄色，金属光泽，反光镜下为古铜黄色，主要呈他形粒状。常与黄铁矿、黄铜矿紧密伴生，并可见其交代磁铁矿、石榴子石、透辉石等早期矿物（照片2E）。

7绿帘石、绿泥石

绿帘石与绿泥石为主要的热液蚀变产物。绿帘石呈黄绿色，在单偏光下多为浅黄色，常以他形不规则粒状集合体态产出（照片2B，F）。绿泥石呈绿色，在单偏光下多为浅绿色—暗绿色，他形不规则粒状。绿帘石常与绿泥石共生（照片2B，F）。绿帘石与绿泥石可分为3类，一类形成于石榴石裂隙中（照片2A）；一类常与黄铁矿共生，可见其交代石榴子石（照片2F）；另一类与脉状方解石共生（照片2B）。以上说明3种类型的绿帘石、绿泥石形成于不同的成矿阶段。

8方解石

方解石无色透明，在单偏光下无色。方解石有两类，一类为石榴子石交代方解石后的残余（照片2A），多为微晶；一类为晚期热液方解石，多沿石榴子石矿物裂隙充填并与绿帘石、绿泥石共生（照片2B），可见其交代磁铁矿、黄铁矿、黄铜矿等矿物（照片2D），说明此类方解石形成较磁铁矿、黄铁矿、黄铜矿晚。

9石英

石英无色透明，在单偏光下无色透明、表面光滑。石英为脉石矿物，在本区矽卡岩中石英含量较少。

矿物学特征

矿物化学成分及电子背散射图像（BSE）由中国地质科学院地质研究所大陆构造与动力学国家重点实验室完成，仪器型号为日本JEOL公司生产的JXA－8100仪器，测试加速电压为15kV，束流20nA，束斑直径为5μm。

安庆铜铁矿样品中的石榴子石电子探针分析结果见表1。计算得出的石榴子石端员组分如图3a，所研究的石榴子石属And－Gro固溶体系列，且全部为钙铁榴石，其And（钙铁榴石端员）变化范围为72．78％～89．35％，平均80．10％；GrO（钙铝榴石端员）质量分数变化于10％～26％之间，平均18．64％。其中，粒状石榴子石钙铁榴石端员平均79．59％；细脉状石榴子石中FeO明显增加，其钙铁榴石端员增大（平均为83．18％）。粒状石榴子石常具有韵律环带结构（照片1F），探针数据（表1）显示，从核部到边部，石榴子石的成分变化较小（主要是Al2O3和FeO），呈振荡式波动（图4a）。值得注意的是，石榴子石矿物中成分含量不仅与石榴子石的产出形态（粒状、脉状）有关，而且随矽卡岩所处位置呈现规律性变化（图5a），从外接触带矽卡岩到内接触带矽卡岩三件矽卡岩样品，石榴子石中的w（CaO）分别为34．63％，34．56％和33．55％；w（Al2O3）分别为5．55％，4．91％和4．19％；w（SiO2）分别为35．55％，35．35％和34．23％；w（FeO）分别为20．63％，22．02％和22．88％。显示从外接触带44矿物岩石2012矽卡岩→内接触带矽卡岩，石榴子石中FeO含量逐渐增加，CaO，Al2O3，SiO2含量依次降低。

辉石电子探针数据结果见表2，计算得出的辉石端员组分如图3b。粒状辉石中透辉石端员含量变化于60．50％～96％之间，平均75．09％；钙铁辉石端员为0％～33．12％，平均19．64％；钙锰辉石端员为0％～1．34％，平均0．96％。说明辉石属于Hd－Di固溶体系列。其中，粒状辉石富Mg、贫Fe，均为透辉石；而脉状辉石为钙铁辉石（Hd端员高达83．54％）。粒状辉石背散射图像（照片1C，D）显示成分环带现象，探针数据（表2）分析发现从核部到边部FeO含量逐渐增加，MgO含量逐渐降低（图4b），核部为透辉石，边部则向钙铁辉石端员方向过渡。

以上辉石成分表明，由早期粒状辉石核部到边部，再到晚期脉状辉石，FeO表现为富集趋势，这与石榴子石成分变化特征相似，以上反映了安庆矽卡岩铜铁矿床的早期成矿流体向富铁趋势演化。此外，辉石中矿物成分也与矽卡岩产出位置相关（图5b），从外接触带矽卡岩到内接触带矽卡岩3件矽卡岩样品，辉石中的w（CaO）分别为26．51％，25．25％和25．02％；w（MgO）分别为16．97％，12．94％和10．77％；w（SiO2）分别为53．69％，51．87％和52．02％；w（FeO）分别为1．39％、8．41％和11．64％。显示从外接触带矽卡岩→内接触带矽卡岩，辉石中CaO，MgO，SiO2含量逐渐减少，而FeO含量则依次增加。

讨论

1矽卡岩成因

安庆铜铁矿矽卡岩的成因问题一直存在较大的争议，Panetal（1999）、Zhouetal（2007）认为安庆铜铁矿矽卡岩为接触交代成因，王训诚等（1995）和郭吉保等（2000）则认为安庆铜铁矿既有岩浆矽卡岩又有接触交代矽卡岩。其中，王训诚等（1995）认为1号矿体是矽卡岩岩浆上侵贯入充填形成的，2号矿体是接触热变质作用和外生水循环淋滤成矿作用形成的；郭吉保等（2000）通过氧同位素交换动力学研究认为安庆铜铁矿的形成经历了多期次的成岩、成矿作用，早期矽卡岩属接触交代成因，中、晚期矽卡岩为矽卡岩铁矿浆充填裂隙形成。虽然安庆铜铁矿矽卡岩成因观点不一，但是广泛发育的矽卡岩却是一个客观存在的事实。本次研究的矽卡岩产于闪长岩与碳酸盐岩的接触带，矿床矽卡岩蚀变分带表现为渐变特征，即灰岩→大理岩→矽卡岩化大理岩→透辉石石榴子石矽卡岩→透辉石化闪长岩→闪长岩（图2），这与传统接触交代矽卡岩的分带特征相吻合。岩相学研究表明矽卡岩中常见粒状石榴子石交代微晶方解石形成的交代残余结构（照片2A），这是接触交代矽卡岩成因的一个佐证。袁峰等（2002）对安庆铜铁矿矿石、矽卡岩、闪长岩和地层的稀土元素地球化学特征进行了对比研究，发现矽卡岩及矽卡岩矿石的稀土元素配分模型总体上与闪长岩的稀土元素配分模型类似，而和大理岩的稀土元素配分模型差异很大。通常认为交代成因矽卡岩的REE配分模式主要受岩体、碳酸盐岩地层和流体中REE的含量及其分配行为控制，而中酸性岩浆岩的REE丰度一般比碳酸盐地层中的高几倍甚至几个数量级，所以交代成因矽卡岩中的REE配分模式几乎完全承袭了岩体的REE分布模式，其REE配分模式与岩浆岩REE配分模式相似。向文帅（2010）［19］对安庆铜铁矿矽卡岩蚀变带进行了岩石化学成分分析，研究表明，从碳酸盐岩到接触带CaO，MgO含量逐渐减少，从岩体到接触带SiO2，Al2O3逐渐减少，这是双交代的有利证据。

综上所述，与安庆—贵池矿集区内铜山矽卡岩铜矿床类似，安庆铜铁矿矽卡岩为岩浆热液接触交代作用形成的。

2成岩成矿阶段及物理化学条件

根据岩相学特征，结合野外观察，安庆铜铁矿矽卡岩演化过程可划分为两期六个阶段（表3）：矽卡岩期包括早期矽卡岩阶段、磁铁矿阶段和晚期矽卡岩阶段；热液蚀变期包括早期热液交代阶段、石英－硫化物阶段和石英－碳酸盐阶段。早期矽卡岩阶段为矿床主要的矽卡岩造岩阶段，形成了安庆矽卡岩的主体，矿物成分以石榴子石、透辉石为主，含少量磁铁矿。此外，该阶段在矽卡岩与岩体或碳酸盐岩的接触带附近，形成矽卡岩化闪长岩和矽卡岩化大理岩，主要为透辉石化。磁铁矿阶段形成了该矿床中铁矿的主体，致密块状、浸染状磁铁矿石主要形成于外接触带附近，镜下见到磁铁矿呈不规则状充填于石榴子石晶隙中（照片1A），后期又常被黄铜矿、黄铁矿和磁黄铁矿等交代穿插（照片1B，照片2E）。晚期矽卡岩阶段主要形成一系列呈细脉状产出的石榴子石、钙铁辉石。常见晚期脉状矽卡岩矿物穿切早期矽卡岩阶段的粒状石榴子石、透辉石及磁铁矿（照片1A、E，照片2C）。早期热液交代阶段主要形成少量的绿帘石、绿泥石（照片2A）。石英－硫化物阶段为安庆铜铁矿的主成矿阶段，主要矿石矿物有黄铜矿、黄铁矿、磁黄铁矿，主要蚀变类型有绿泥石化、绿帘石化（照片2F）、碳酸盐化等。石英－碳酸盐阶段主要形成碳酸盐脉和少量石英，充填于早期形成的矽卡岩、矽卡岩型铜矿体及磁铁矿裂隙中，主要蚀变类型为碳酸盐化、绿帘石化、绿泥石化等（照片2B）。

一般认为，矽卡岩型矿床的形成大多经历了一个复杂的过程。矽卡岩矿物的组成与岩浆化学成分、围岩组分、形成深度和氧化态条件有着密切的关系。因此，对矽卡岩矿物的结构构造、矿物共生组合关系、交代关系和化学成分的研究，可以作为揭示矽卡岩形成过程中物理化学条件（酸碱度、氧逸度等）变化的重要依据。安庆铜铁矿早期矽卡岩阶段的石榴子石以钙铁榴石为主，辉石以透辉石为主，且二者共生（照片1A），说明早期矽卡岩阶段矿物形成于低酸度（pH＝5．4～7．5）和高氧逸度（lgfO2＝－20～－15．6）的条件，形成的温度介于450℃～600℃之间。辉石成分环带变化特征（图4b）显示从核部到边部FeO含量逐渐增加，说明该阶段流体中铁正富集，为磁铁矿阶段磁铁矿的形成做了物质准备。石榴子石环带中成分的小幅度波动变化特征（图4a）说明石榴子石形成时，成矿流体趋于达到化学平衡，在平衡边界振荡波动。石榴子石和辉石的成分变化特征反映了矽卡岩不是在一个完全封闭的平衡条件下形成的。

研究表明，流体中的铁、铜等金属元素在高温下（＞300℃）主要以氯的络合物形式存在和迁移。磁铁矿阶段随着流体温度的降低，水解作用增强，溶液中挥发份富集，体系的温度t、氧逸度fO2及pH值等物理化学条件发生变化，成矿流体的化学平衡再次被打破，Fe从流体中分离出来，在接触带有利的构造位置以磁铁矿的形式沉淀，磁铁矿阶段是矿区铁矿的主成矿阶段。研究表明，磁铁矿在高氧逸度的碱性环境下易于沉淀，该阶段大量磁铁矿的形成说明该阶段处在高氧逸度的碱性环境中。晚期脉状矽卡岩阶段的矽卡岩矿物主要呈脉状分布且可见其切穿早期矽卡岩阶段的矿物及磁铁矿的现象（照片1A，E，照片2C）。晚期石榴子石仍以钙铁榴石为主，但较早期矽卡岩阶段石榴子石其钙铁榴石比例有所提高，晚期脉状辉石以钙铁辉石为主，晚期矽卡岩阶段矿物相对于早期矽卡岩阶段矿物富Fe，贫Mg，Al。已有研究表明，含钙铁榴石组分高的石榴子石形成于更加氧化的条件。由此可知，安庆铜铁矿晚期矽卡岩阶段较早期矽卡岩阶段于更高流体氧逸度的条件下形成。而晚期辉石以钙铁辉石为主的重要原因是富铁的流体沿接触带迁移，使铁在岩体和围岩中发生双向扩散，原先形成的透辉石转化为次透辉石，进而形成钙铁辉石。

早期热液交代阶段介于矽卡岩期和石英－硫化物阶段之间，为矽卡岩成岩→成矿的过渡阶段，主要形成绿帘石和绿泥石两类热液蚀变矿物。前人研究指出，溶液中氧逸度的升高对绿帘石的形成有重要作用，由此可知该阶段流体较晚期矽卡岩阶段流体具有更高的氧逸度。随着成岩－成矿作用的进行与演化，岩浆熔－流分离过程随之减弱，加之大气降水混入热液成矿体系，石英－硫化物阶段流体的温度、盐度、压力等，致使黄铜矿等金属硫化物发生沉淀，它们或叠加于早期形成的矽卡岩和磁铁矿体上，或沿裂隙充填呈脉状产出。石英－硫化物阶段为铜的主成矿阶段，至此矽卡岩的成矿作用基本结束。与此同时，较多数量的绿帘石、绿泥石形成。并可见绿帘石交代石榴子石与黄铁矿共生的现象（照片2F），而溶液中氧逸度的升高对绿帘石的形成具有重要作用，由此可知该阶段流体较早期热液蚀变阶段流体具有更高的氧逸度。

在石英－碳酸盐阶段，由于温度继续降低，热液体系中大气降水比例大大增加，主要形成无矿的石英－碳酸盐脉，切穿早期形成的矽卡岩矿物、磁铁矿及黄铜矿等金属硫化物。该阶段常见绿帘石与大量方解石共生（照片2B）的现象，说明该阶段流体氧逸度更高。综上，安庆铜铁矿成岩成矿过程中流体氧逸度较高，且从早期到晚期流体氧逸度呈逐渐升高的趋势。

3矽卡岩分带特征及成因

本次研究的钻孔中的矽卡岩虽然全为透辉石石榴子石矽卡岩，但是从靠近外接触带的矽卡岩到靠近内接触带的矽卡岩其透辉石含量明显减少。此外，野外观察发现外接触带附近矽卡岩主要矿化类型为磁铁矿化，局部黄铜矿化，而到内接触带附近矽卡岩则主要发生黄铜矿化，少量磁铁矿化。安庆铜铁矿矽卡岩中早期辉石矿物成分中MgO含量较高（表2），说明成矿流体富Mg。前人研究指出，在中酸性岩浆的结晶分异演化过程中，Mg优先进入早结晶矿物相，所以不可能形成富Mg的岩浆残余流体，故Mg只能来源于碳酸盐岩。

南陵湖组碳酸盐岩富镁（w（MgO）13．9％～16．52％），并且从外接触带矽卡岩到内接触带矽卡岩中辉石矿物成分中MgO含量逐渐减少（图5b），这进一步证实Mg来自碳酸盐岩，从外带向内带迁移。而Mg从外带向内带迁移过程中，由于流体成分的流失加之迁移动力减弱等外界条件的影响，造成透辉石在外接触带矽卡岩中较内接触带矽卡岩富集。安庆铜铁矿碳酸盐岩及岩体（FeO＋Fe2O3平均为5．01％）都显示贫铁的特征，而石榴子石中w（FeO）平均高达22．25％，此外矿区有大量的磁铁矿、黄铁矿形成，说明成矿流体富铁。束学福（2004）研究认为，安庆铜铁矿床中的铁质来源于形成月山岩体的富钠高铁玄武岩浆，该岩浆在成岩过程中，由于AFC作用，使得Fe，Na发生分离，从而形成了富铁的成矿流体。由于岩体和碳酸盐岩的接触带为一构造薄弱带，因此在岩浆演化过程中富铁的成矿流体沿接触带迁移，使铁在岩体和碳酸盐岩中发生交代反应。石榴子石和辉石中FeO的含量由外接触带矽卡岩到内接触带矽卡岩呈现递增的现象，说明交代作用过程中Fe主要从内带向外带方向迁移，这与传统的双交代模式中Fe的扩散方向（内带到外带）一致。随着Fe的迁移，Fe逐渐在外带富集，在磁铁矿阶段，由于物理化学条件的改变，Fe从流体中分离出来，在有利的构造部位以磁铁矿的形式沉淀，从而造成磁铁矿在外接触带富集的现象。在石英－硫化物阶段又形成了部分黄铜矿，从而总体上显示外接触带以铁铜矿化为主，内接触带以黄铜矿化为主的现象。

结论

1安庆铜铁矿矽卡岩为接触交代作用形成的，其演化经历了早期矽卡岩阶段、磁铁矿阶段、晚期矽卡岩阶段、早期热液交代阶段、石英－硫化物阶段、石英－碳酸盐阶段。从早期到晚期，成矿流体氧逸度呈逐渐升高的趋势。早期矽卡岩阶段辉石形成时成矿流体中Fe富集，石榴子石形成时成矿流体正处在振荡的化学平衡过程中。

2安庆铜铁矿石榴子石均为钙铁榴石。其中，晚期矽卡岩阶段的石榴子石较早期矽卡岩阶段的石榴子石富Fe、贫Al；早期矽卡岩阶段的辉石均为透辉石，晚期矽卡岩阶段的辉石为钙铁辉石。

3在接触交代作用过程中，Mg主要来源于围岩，由外带向内带迁移，从而造成透辉石在外接触带富集。成矿流体中Fe由内带向外带迁移，至磁铁矿阶段，由于物理化学条件的改变，在外接触带Fe以磁铁矿的形式沉淀。随着石英－硫化物阶段黄铜矿的形成，出现在外接触带矽卡岩以铁铜矿化为主，内接触带矽卡岩以铜矿化为主的现象。