黄岗式铁矿床成矿模式

黄岗式铁矿为共伴生锡、钨、锌、铜的矽卡岩型矿床。

一、矿床概况

黄岗铁矿位于内蒙古自治区克什克腾旗，属矽卡岩型铁矿床，查明铁资源储量为1.81亿吨，属大型矿床。平均品位TFe40.87％、Mo0.073％、Zn0.172％、WO30.051％、Sn0.312％，Cu0.019％，BeO0.041％。共伴生锡金属量为292666.7吨；WO₃量为52850.2吨；锌金属量为104658吨；铜金属量为14259吨。

二、矿床地质特征

（一）矿区成矿及控矿条件

黄岗铁矿区地质图如图6－11所示。

1.地层

在矿区范围内，除大面积分布第四系外，主要出露侏罗系上统白音高老组下段、侏罗系上统玛尼吐组、侏罗系中统新民组二段、二叠系上统林西组、二叠系下统黄岗梁组上段、二叠系下统大石寨组。矿体赋存于大石寨组和黄岗梁组中。

大石寨组下部为火山碎屑岩，向西相变为细碧岩、角斑岩夹凝灰岩、熔岩等海底火山喷发熔岩。上部的底部为火山碎屑岩夹粉砂岩、泥板岩和大理岩；顶部为火山熔岩夹火山碎屑岩。该组与钾长花岗岩接触，形成厚大的矽卡岩带和磁Ⅰ、Ⅵ、Ⅴ区南部矿体。厚约2000 m。

图6－11 黄岗铁矿区地质图

黄岗梁组主要分布在矿区中偏北部，由一套碳酸盐岩－火山碎屑沉积岩夹薄层火山熔岩组成。厚1120 m。该组下段和上段下部是控矿的有利层位，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ区矿体赋存其内。

2.岩浆岩

岩体主要为燕山早期第二阶段第二次侵入的钾长花岗岩、少量黑云母钾长花岗岩。脉岩不发育，有花岗斑岩、伟晶岩脉、流纹斑岩、闪长岩、细晶闪长岩及闪长玢岩和煌斑岩脉岩等，均呈脉状不同方向分布于矿区南侧的中生代地层中，与成矿关系不大。

3.构造

矿区位于黄岗梁复式背斜北西翼，属单斜构造，与区域构造线基本一致，总体倾向NW，倾角50°～82°。区内断裂构造发育，根据断裂走向分(1)NE向压性兼扭性断裂，该组断裂长期多次活动，为本区成岩、成矿提供了有利条件，所以是控矿、导矿、容矿的主要构造。(2)NW向张性为主兼扭性断裂，该组断裂由于围岩条件不利，所以控矿性能不如NE向断裂。(3)近EW向正断层、NNE向平推断层，这两组断裂属成矿晚期断裂，但对矿体影响不大。

（二）矿体特征

矿体产于钾长花岗岩与大石寨组上部火山岩和黄岗梁组下部大理岩、上部含钙凝灰质粉砂岩接触带矽卡岩中。

矿床呈NE向展布，总体走向NE，倾向NW，倾角20°～80°。含矿带长19 km，宽0.2～2.5 km，划分为7个矿段，圈出铁矿体67个，铁锡矿体84个，铁锡钨矿体24个，锡矿体64个，其中Ⅰ矿段和Ⅲ矿段矿体最集中，且规模大。

矿体剖面如图6－12所示。矿体呈似层状、透镜状、马鞍状及楔状。矿体一般长300～400 m，最长达1475 m，厚几米至数十米。矿体多集中分布在海拔1000～1400 m之间，分段成群出现。矿体产出形式：(1)产于矽卡岩化安山岩中，与安山岩产状一致；(2)产于花岗岩与大理岩、安山岩接触带，矿体多卧伏于花岗岩顶部的界面上，矿体厚度大，局部可达100 m；(3)花岗岩与凝灰岩接触带附近的与凝灰岩产状一致的薄层小矿体。另有一些小矿体产于远离接触带的安山岩中。矿体产出部位以(1)、(2)类为主。

图6－12 5勘探线剖面图

（三）矿石特征

矿石矿物已查明约有60多种，金属矿物以磁铁矿、锡石、锡酸矿、闪锌矿、黄铜矿、斜方砷铁矿、白钨矿、辉钼矿为主，其次是毒砂、辉铜矿、斑铜矿、辉铋矿、方铅矿、黄铁矿。非金属矿物主要有石榴子石、透辉石、角闪石，其次为萤石、云母类、绿泥石、石英、方解石、符山石等。

矿石化学成分根据矿石化学全分析及光谱分析资料可知约有40余种元素，除铁、锡、钨为本区主要元素外，含量较高的伴生元素尚有：锌、砷、铅、铜、钼、铋以及稀有分散元素：镓、铟、镉、铍等。铁主要赋存于磁铁矿中，锡分布于铁锡矿及含锡矽卡岩中，主要矿物为锡石及锡酸矿（胶态锡）。钨为白钨矿，与萤石、闪锌矿伴生。锌呈闪锌矿产出。砷独立矿物有斜方砷铁矿及毒砂；此外镉铟在闪锌矿中富集。镓、铍、铟、镉、铋呈分散状态赋存于透辉石、普通角闪石、石榴子石等硅酸盐矿物中。

矿石工业类型：属需选矿石，进一步分为磁铁矿矿石、铁锡矿矿石、铁锡钨矿矿石，含锡矽卡岩矿石4种。

矿石自然类型：按脉石及金属矿物组合分7种类型：硅酸盐－磁铁矿矿石、锡石－磁铁矿矿石、硫化物－磁铁矿矿石、白钨矿－磁铁矿矿石、萤石－磁铁矿矿石、碳酸盐－磁铁矿矿石、锡石－矽卡岩矿石。按结构构造分5种类型：块状及致密块状矿石、浸染状及稠密浸染状矿石、条带状矿石、角砾状矿石、斑杂状矿石等。

矿石结构构造：根据磁铁矿结晶程度和粒级分自形粒状结构、半自形粒状结构、他形－半自形粒状结构；根据磁铁矿形成方式分交代残余结构、假像结构。构造有块状构造、浸染状构造、条带状构造、角砾状构造、斑杂状构造。

（四）围岩蚀变

区内矽卡岩化强烈，钠长石化广泛，角岩化普遍。其次有绿帘石化、绿泥石化、硅化、萤石化、碳酸盐化、蛇纹石化等多种蚀变。

三、矿床成因与成矿模式

1.成矿物质来源

黄岗梁矿床闪锌矿δ³⁴S值为－1.5‰～＋2.2‰，黄铜矿δ³⁴S为－4.0‰～＋3.4‰，方铅矿的δ³⁴S值为－1.3‰～－0.2‰，黄铁矿δ³⁴S值为＋3.4‰，毒砂δ³⁴S为＋1.0‰，它们的δ³⁴S值变化于－4.0‰～＋3.4‰范围，均值为＋0.33‰，接近零值，属深源硫，但其范围为－1.0‰～＋4.5‰，比幔源硫的范围宽，表现出经过改造的混合硫的特征。

磁铁矿的δ¹⁸O值为－1.7‰～3.9‰，锡石的δ¹⁸O为＋1.1‰，石英的δ¹⁸O值为＋6.8‰～＋9.6‰。长石石英锡石矿脉石英包裹体水的氢同位素值为－106‰，接近岩浆岩水的值，仅有少量地下水加入。而1号铁矿体矽卡岩蚀变矿物角闪石中水的氢同位素是大负值，为－182‰～－187‰，无疑来源于天水。这说明黄岗梁矿床成矿流体具有地层与岩浆的多来源性，即锡可能主要来自岩浆，而铁主要来自围岩。碳酸盐中氧同位素分析，1～4号铁矿体碳酸盐水的氧同位素值基本为小负值，从1～4号铁矿体，氧同位素减小。锡矿体碳酸盐（矽卡岩中的碳酸盐矿物）水的氧同位素为小的正值，可能说明锡矿体矽卡岩矿物中的水和1号铁矿体中的水相对更接近岩浆水，从1 ～4号铁矿体岩浆水的影响减小。

包裹体的气相分析结果表明，黄岗梁矿床铁矿体萤石中包裹体气相组分含非常丰富的CO₂、N₂、CO、H₂S及C₂H₆、CH₄等有机组分。锡矿脉石英中包裹体的气相组分与铁矿体萤石中包裹体气相组分的含量有很大差别，这可能是由于黄岗梁矿床铁主要来源于地层，这些气体组分参与了地层成矿物质的运移、沉淀，而锡石脉中的锡主要源于岩浆。

2.成矿物理化学条件

石英包裹体均一温度和压力：矽卡岩阶段：温度660～460℃，压力小于1000×10⁵ Pa；氧化物阶段：温度504～303℃，硫化物阶段：温度370～210℃，压力600×10⁵ Pa。成矿流体pH值为4.49～4.04。

矿区靠近岩体的1号铁矿体早期萤石中包括了多种类型包裹体，流体包裹体均一温度范围较广，是多期、多阶段流体叠加成矿的特征，远离岩体的4号矿体晚期萤石中气体包裹体消失，子矿物包裹体减少，成矿期次减少，流体包裹体温度、盐度降低，表明从近岩体到远岩体成矿流体活动减弱及花岗岩体对成矿影响的减弱。锡石的均一温度高达573℃，盐度达10.88％，是岩浆流体成矿的特点。2号、3号铁矿体的石英、碳酸盐、磷灰石等晚期蚀变矿物中的包裹体类型单一，气液比小，温度低，主要温度区间约为150 ～280℃，体现了晚期低温热液成矿流体的特征，也有可能有更晚的表生期流体的混入。

3.成矿时代

为燕山晚期，辉钼矿Re－Os年龄141.2±4.3 Ma（内蒙古地质调查院综合研究室，2009），岩体Rb－Sr等时线年龄140.7 Ma，⁸⁷Sr/⁸⁶Sr初始比值为0.7028，矽卡岩中角闪石的K－Ar年龄为140～122Ma（裴荣富等，1995）。

4.成矿机理及成矿模式

该矿床为钙矽卡岩型铁锡矿床。它的成矿作用分为二叠纪预富集和燕山期定型两个阶段。早二叠世海槽中的玄武质岩浆海底喷发过程中，形成与海相中基性火山喷发作用有关的贫铁矿层（品位低、厚度薄）。并且在下二叠统火山喷发沉积岩中锡、砷丰度较高（平均含锡7×10^－6，含砷11.23×10^－6，浓集系数锡为3.5，砷为6.2）。因此，早二叠世海底火山作用不仅为燕山期热液成矿作用准备了足够的铁质，也提供了一定的锡。燕山期陆壳强烈活化。在基底（二叠系）隆起区含锡花岗岩浆沿区域大断裂上升并侵入于早二叠世地层中。岩浆期后高温热流体与围岩交代形成钙矽卡岩，并改造或汲取早二叠世火山岩中的贫铁矿层及锡金属，形成铁锡多金属的富集。燕山期矽卡岩成矿阶段的矿成矿模式如图6－13所示，经历了矽卡岩阶段、高温热液阶段和硫化物阶段。

矽卡岩阶段：高温（660～460℃）、高盐度、偏碱性的热流体，与富钙质围岩反应，首先形成钙铁榴石、透辉石－钙铁辉石及少量磁铁矿。其后流体碱度降低，出现角闪石、阳起石、绿帘石，磁铁矿矿物组合，锡主要呈锡酸矿赋存于矽卡岩矿物及磁铁矿中。

高温热液阶段（氧化物阶段）：高温（504～303℃），盐度减小，形成石英、磁铁矿、锡石、萤石、毒砂（或斜方砷铁矿）组合，叠加于矽卡岩铁矿体上或它的外侧矽卡岩中。局部呈脉状，穿入离岩体较远的砂岩中，形成锡石石英脉。

硫化物阶段：随流体不断向外渗流，其温度降低（375～215℃），酸度增高（pH＝4.49～4.04），盐度降低，出现石英、方解石、闪锌矿、黄铜矿等矿物组合，主要叠加于外侧矽岩铁锡矿体上。成矿介质水主要来自岩浆（δ¹⁸O_H＝10.8‰～5‰），只是在硫化物阶段有少量雨水渗入（δ¹⁸O_H＝3.7‰～2.0‰）。因此，从某种意义上来说，矿床是一个复合成因的矽卡岩型铁锡多金属矿床。其铁质主要来自早二叠世海底火山作用，锡主要来自燕山期岩浆作用（地层也提供少量的锡）。

图6－13 黄岗铁锡矿床模式图