成矿物质来源

为了研究矿床成因，在冯家庄和李官集两个铁矿床采集矿石4件(磁铁石英岩)、围岩16件(黑云变粒岩、斜长角闪岩、石英片岩)进行岩矿鉴定、硅酸盐全分析、微量分析、稀土元素分析。分析仪器为IRIS Intrepid II全谱直读等离子体发射光谱仪、XSERIES 2等离子体质谱仪及AFS-820双道原子荧光光谱仪等。测试结果列于表5-4、表5-5、表5-6。

表5-4硅酸盐全分析结果表(单位：%)

表5-5稀土元素分析结果表(×10-6)

表5-6微量元素分析结果表(×10-6)

续表5-6

一、主量元素地球化学特征

由表5-4可知磁铁石英岩主要由SiO2、Fe2O3、FeO组成，三者含量为87.5%～89.2%，平均为88.3%，与鞍山—本溪、五台山地区条带状铁矿石硅铁氧化物含量基本一致(周世泰，1992;白瑾，1986)。

Al2O3含量在1.13%～2.30%之间，远低于其围岩中的含量;MnO含量变化很小，在0.11%～0.14%之间;TiO2含量在0.03%～0.51%之间;K2O与Na2O含量分别为1.18%、0.39%;MgO含量的平均值为1.52%;P2O5的含量在0.10%～0.18%之间，矿石总体表现为高硅，低磷、低铝等特征，可能与海相沉积有关(张东阳，2009;李永峰，2013;Michael，1989)。

而围岩SiO2的平均值为59.3%，Al2O3、Na2O、K2O和MgO含量的平均值分别为12.98%、2.56%、2.15%、4.1%，远高于其矿石中的含量。矿石及围岩的TiO2、P2O5含量相差不大。

二、稀土元素地球化学特征

磁铁石英岩稀土总量ΣREE变化不大(表5-5)，在(23.74～42.20)×10-6之间;LREE/HREE在(4.10～5.42)×10-6之间;LaN/YbN在(3.37～4.97)×10-6之间;δEu在(0.77～0.90)×10-6之间，平均值为0.86×10-6;δCe在(0.90～0.93)×10-6之间，平均值为0.91×10-6。其表现出轻稀土相对富集、重稀土相对亏损的特点。黑云变粒岩稀土总量ΣREE在(84.20～141.22)×10-6之间;LREE/HREE在(6.65～13.04)×10-6之间;LaN/YbN在(5.88～20.12)×10-6之间;δEu在(0.61～0.90)×10-6之间，其平均值为0.86×10-6;δCe在(0.93～1.05)×10之间，平均值为0.97×10。其同样表现出轻稀土相对富集、重稀土相对亏损的特点。二者稀土配分模式都为右倾型(图5-1)，矿石与围岩大致呈平行关系，相关性较好，显示出矿石与围岩的同源性。

图5-1稀土配分模式图

三、微量元素地球化学特征

磁铁石英岩及黑云变粒岩(围岩)的微量元素含量及原始地幔标准化不相容元素蛛网图如表5-6和图5-2所示。从图中可以看出，磁铁石英岩和黑云变粒岩两组线趋势大致相同，只是黑云变粒岩微量元素含量总体比磁铁石英岩高。微量元素原始地幔蛛网图中矿石和围岩大致呈平行关系，相关性较好，显示出矿石及围岩的同源性。

一般认为火山岩和海相沉积物的Sr/Ba比值大于1，陆相沉积岩的Sr/Ba比值小于1，东平-汶上铁矿带Sr/Ba比值平均值为1.57，与火山岩和海相沉积物Sr/Ba比值一致。

四、原岩恢复

研究区矿石的硅铝氧化物比值SiO2/Al2O3在22～40之间，其平均值为32，一般认为火山沉积变质成因铁矿床的SiO2/Al2O3大于10，而沉积变质成因铁矿床的SiO2/Al2O3应小于10(沈其韩，2009)。在TiO2-SiO2图解上所有样品均落在火成岩区域(图5-3)。结合其矿石硅铝氧化物比值大于10的特点，说明本区铁矿床为火山沉积变质成因铁矿床。

图5-2微量元素地幔标准化蛛网图

图5-3李官集铁矿床山草峪组TiO2-SiO2图解
(底图据TarneyJ，1976)

为进一步对围岩原岩进行区分，做了A-C-FM图解(图5-4)。斜长角闪岩落点较为集中，全部落入Ⅸ区，指示其原岩主要为基性火山岩，含少量泥灰质岩;黑云变粒岩的投点较为分散，在Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ共计4个区，指示其原岩较为复杂，包括中酸性火山岩、胶体化学沉积岩及泥质岩、铁质泥质岩。

图5-4A-C-FM图解
(底图据谢缅年科，1966)Ⅰ.纯泥质岩;Ⅱ.铁质泥质岩;Ⅲ.中酸性火山岩;Ⅳ.长石砂岩;Ⅴ.胶体化学沉积岩及泥质岩;Ⅵ.胶体化学沉积岩;Ⅶ.超基性岩;Ⅷ.超基性火山岩及部分白云质岩石;Ⅸ.基性火山岩及部分泥灰质岩石;Ⅹ.碳酸盐岩沉积岩;Ⅺ.泥灰质沉积岩

山草峪组(Ar)岩性以变粒岩为主，次为片岩、斜长角闪岩，夹条带条纹状磁铁石英岩。结合前文原岩恢复成果，可以发现山草峪组原岩可能经历了多个完整的火山沉积旋回。

五、成矿大地构造背景讨论

为了进一步区分变质岩原岩系列，做了AFM图解(图5-5)、里特曼-弋蒂里指数(lgτ-lgδ)图解(图5-6)。在AFM图解中2件黑云变粒岩和3件斜长角闪岩落入拉斑玄武岩系列内，其余样品全部落入钙碱性系列。而其在(lgτ-lgδ)图解中除1件斜长角闪岩落在B区和C区边界外，其他全部落入B区内，说明研究区变质岩原岩具有大陆边缘及岛弧火山岩的特点。

而其变质岩稀土总量ΣREE在(84.20～141.22)×10-6之间，LREE/HREE在(6.65～13.04)×10-6之间，LaN/YbN在(5.88～20.12)×10-6之间，这些均为岛弧火山岩特点(O'NionsRK，1972;张岩，2010)。大离子亲石元素(LILE)K、Rb、Ba、Th等在矿石及围岩中明显富集，而高场强元素(HFSE)Ta、Nb、Zr、Hf、Ti等则相对亏损。这种HFSE相对LILE亏损也指示其为岛弧火山岩(FoleySF，1990;KelemanPB，1990;张本仁，2001)。

图5-5AFM图解
(底图据Irvine，1971)
TH.拉斑玄武岩系列;CA.钙碱性系列

图5-6山草峪组lgτ-lgδ图解
(底图据Rittmann，1973)A.板内稳定区火山岩;B.大陆边缘消减带火山岩;C.A、B区演化的火山岩

六、成矿物质来源

前寒武纪磁铁石英岩型铁矿床主要分为阿尔戈马型和苏必利尔湖型两类，前者主要与火山热液沉积有关，后者则与火山活动无明显关系。根据前文分析可判断该研究区铁矿床为阿尔戈马型铁矿床。该类型矿体赋存于火山喷发间歇期沉积岩中，火山活动是铁和硅的主要来源，在火山活动末期一个稳定的火山喷气沉积阶段是该铁矿床的形成时期(沈保丰，2012)。

通常我国鞍山、五台山、弓长岭及世界许多地区阿尔戈马型铁矿床一般呈现轻稀土元素亏损、重稀土元素富集、较强的Eu正异常、明显的Y正异常等特点(沈其韩，2009)，然而该地区则矿石及围岩轻稀土元素富集，重稀土元素相对亏损，轻微Eu负异常，Y的异常不明显，Ce轻微负异常。Eu的正异常是高温海底热液的标志，Eu属于变价金属，通常以Eu3+的状态与其他稀土元素共同迁移，在高温、还原性溶液条件下部分Eu3+会被还原成Eu2+而与其他REE3+发生分离，使流体形成Eu正异常，从流体中沉淀的矿物也同样具有Eu正异常(丁振举，2003)，Eu正异常值越高表示成矿热液释放到海水中的高温热液越多。在中等温度及中等还原条件下，流体中的Eu3+及Eu2+均占有一定的比例，从其流体中沉淀的矿物可能会出现轻微Eu正异常、无异常或负异常(Sverjensky D A，1984)。综上所述，研究区磁铁石英岩物质来源为海底火山活动，海底火山活动使得地壳深部及上地幔的热液携带大量的硅及铁喷出(中国科学院矿床地球化学开放研究实验室，1997)，它们先后沉积，形成明暗相间的铁质层、硅质层，其韵律层则代表了当时海底火山活动的周期(李延河，2010)。

火山活动同时产生大量的还原性气体及热量释放到海水中，在一定温度及一定还原性条件下使得研究区磁铁石英岩及围岩Eu轻微负异常。