大冶式铁矿床成矿模式

大冶式铁矿是鄂东南大冶－黄石一带产于燕山期中酸性侵入体与二叠系—三叠系碳酸盐岩接触带附近的矽卡岩型铁矿，是我国重要的富铁矿类型。

一、区域地质环境

大地构造位置：鄂东南褶冲带大冶陆内裂谷。

主要赋矿地层：中二叠统茅口组、栖霞组；下三叠统大冶组；中下三叠统嘉陵江组；中三叠统蒲圻组。

控矿侵入岩：石英正长闪长玢岩、花岗闪长斑岩、石英正长闪长岩、闪长玢岩。

成矿时代：156～115 Ma。

构造部位：大冶台地褶冲带裂谷、金牛大陆边缘裂谷。

主要控矿构造：NWW－近EW向的褶皱、断裂及NNE向横跨褶皱、断裂；复杂形态的接触带。

控矿沉积建造：浅滩－潮间坪颗粒岩相、萨布哈－潮上坪去膏化微晶灰质白云岩、白云岩相、泻湖含膏白云岩相。

围岩蚀变：矽卡岩化、角岩化；蚀变越强，矿化越好，蚀变带越宽，矿化带越宽。

岩石化学成分：SiO₂：5.8％～68％；K₂O＋Na₂O：7.6％～9.5％。

岩体规模：大岩体。

二、区域成矿地质特征

大冶式铁矿中几个典型矿床的成矿地质特征如下。

（一）铁山铁（铜）矿床

侵入岩：正长闪长岩、细斑石英正长闪长玢岩或黑云母透辉石闪长岩。

围岩：大冶组及嘉陵江组。

成矿时代：K－Ar年龄：矿石中金云母132～149 Ma。岩体同位素年龄148～165 Ma。

构造：接触面呈“S”形或凹凸弯曲的接触带转折处成矿最好。

围岩蚀变：矽卡岩化、磁铁矿化。

温压条件：岩体成岩温度950～1030℃，矽卡岩成岩温度580～640℃。磁铁矿爆裂温度为3组：700～800℃，475～630℃，330～450℃。成岩压力（55～71）×10⁶ Pa。

矿体形态：大矿体6个，小矿体26个。6个大矿体呈不规则透镜体状、似层状及囊状。

矿物组合：磁铁矿、赤铁矿、菱铁矿、黄铁矿、黄铜矿、磁黄铁矿、斑铜矿、白铁矿。

（二）铜绿山铜（铁）矿床

侵入岩：浅成边缘相为石英正长闪长玢岩；中浅成过渡相为斑状石英正长闪长岩；中浅成中心相为不等粒石英正长闪长岩。

围岩：三叠系下统大冶组、三叠系中下统嘉陵江组碳酸盐岩地层。

成矿时代：K－Ar年龄：金云母和矿石98～145Ma，岩体黑云母等143～150 Ma。

控矿构造：褶皱变形和褶皱叠加作用明显，断裂具有多期活动的特征；断裂－接触破碎带。

成矿物化条件：岩体成岩温度956～1040℃；矽卡岩中均一温度473～740℃，磁铁矿中最高爆裂温度506℃，大都集中在340～460℃之间。

蚀变：岩体到围岩：(1)钾化带；(2)类青磐岩化带；(3)内矽卡岩化带；(4)矽卡岩带；(5)外矽卡岩化带；(6)类青磐岩化带；(7)泥化带。

矿石：褐铁矿赤铁矿矿石、褐铁矿（赤铁）、磁铁矿矿石。

（三）灵乡铁矿床

侵入岩：闪长玢岩。

围岩：三叠系碳酸盐岩建造。

成岩时代：195±～137±5Ma。

控矿构造：断裂构造发育部位、接触带附近、岩体顶缘。

矿体形态：呈透镜状、扁豆状、似层状。

矿石：磁铁矿－赤铁矿。

（四）王豹山铁矿床

侵入岩：闪长玢岩、石英闪长玢岩。

成矿时代：67±3～137±5 Ma。

围岩蚀变：绿泥石化、硅化、碳酸盐化，次为矽卡岩化，绿帘石化、黄铁矿化。

构造部位：灵乡群底部砾岩。

矿石：磁铁矿、赤铁矿、次为黄铁矿，偶见菱铁矿。

三、铁山铁（铜）矿床地质特征

以湖北省黄石市铁山铁（铜）矿床为大冶式铁矿的典型代表，简要介绍其矿床地质特征。

（一）矿床概况

铁山铁（铜）矿床查明铁资源储量为16291.6万吨，平均品位TFe48.79％、Cu0.629％，属大型铁矿床。伴生Cu金属量67.2947万吨，伴生Co金属量级31434吨。

（二）矿区地质

铁山铁矿地质图如图6－2所示。

图6－2 铁山铁矿地质图

1.地层

与成矿有关的地层为三叠系下统大冶群灰岩、白云质灰岩。主要为第3岩性段薄层状微晶灰岩，含泥质条带；第4岩性段厚层状灰岩、白云岩，其顶部含石膏假晶、鲕状灰岩；第5岩性段薄层状白云岩、白云质灰岩夹角砾状白云岩，含石膏假晶；第6岩性段薄层状、厚层状灰岩，夹泥质条带；第7岩性段厚层状及薄层状、角砾状白云岩，钙质白云岩。近矿围岩由于热变质作用，变成大理岩和白云质大理岩，分布于矿体南侧。

2.构造

矿区地处扬子准地台下扬子坳陷褶皱带的大冶坳陷褶皱束内。按地质力学观点，属淮阳山字型构造前弧西翼。

与成矿有关的构造是一系列NWW－SEE向的挤压构造带，褶皱、断裂发育。铁山岩体就是沿着次级褶皱构造——铁山背斜北翼断裂带侵入的。成矿前的断裂、接触构造或二者的复合构造，对矿体的形成起控制作用。主矿体均赋存在铁山岩体南缘中段闪长岩与大理岩的接触带内。在大理岩与石英闪长岩接触带形成的舌状接触构造的前缘及下缘，是成矿最有利的部位。

3.岩浆岩

铁山侵入体为燕山早期产物，属深源同熔型中酸性岩类，由花岗闪长岩、石英闪长岩、辉石闪长岩及正长闪长岩组成。石英闪长岩全岩钾－氩法同位素年龄为143～138 Ma。铁山岩体主要由闪长岩（内部相）和石英闪长岩（边缘相）组成。由于钙镁同化混染作用，边缘出现透辉石闪长岩和黑云母透闪石闪长岩，靠近接触带的石英闪长岩常有透辉石化和细粒钠长石化，而黑云母辉石闪长岩则常有钾长石化和方柱石化。

（三）矿体特征

矿床全长约5 km，宽约500 m，面积2.5 km²。共有6个大矿体，从西到东依次为铁门坎、龙洞、尖林山、象鼻山、狮子山和尖山等矿体。各矿体均产于闪长岩与大理岩接触带上，受断裂、接触带控制（图6－3）。除尖林山矿体为隐伏矿体外，其他矿体均露出地表。

除尖山矿体赋存于捕虏体接触带外，其他矿体均产在正接触带上。

矿体形态、产状受接触带、断裂和其派生的低序次横断层及大理岩舌状体接触带控制。不同地段矿体形态产状变化较大。在大理岩舌状体端部，矿体厚大平缓，多呈透镜状，如尖林山和象鼻山矿体。在陡倾斜的接触带，矿体呈似层状，其产状陡直且延伸大，如狮子山、龙洞和铁门坎矿体中段。与地层走向斜交的接触带，矿体形态产状较复杂。多呈囊状，并具分枝复合现象，如尖山矿体。

矿体规模和品位变化较大。单个矿体走向延长360～872 m，倾斜延深20～550 m，厚度10～180m。铁矿石品位以铁门坎矿体最高，尖林山矿体最低；铜矿石品位以龙洞矿体最高，狮子山矿体最低。

矿体与大理岩或石英闪长岩接触时，界线清晰。当矿体与矽卡岩接触时，透辉石矽卡岩呈条带状、条纹状，并逐步过渡为条带状磁铁矿矿体。当矿体与白云质大理岩接触时，二者呈浸染状过渡，在接触带常出现厚度不等的含菱铁矿和赤铁矿的混合型贫矿体。

（四）矿石特征

矿石以磁铁矿为主，次为赤铁矿。在氧化带中主要为假像赤铁矿、赤铁矿、含铜褐铁矿、孔雀石、赤铜矿和黑铜矿等，次为磁铁矿、黄铜矿、铜蓝、蓝铜矿和软锰矿等。在原生带中主要为磁铁矿、黄铜矿和黄铁矿，次为赤铁矿、菱铁矿、白铁矿、斑铜矿和磁黄铁矿等。脉石矿物为绿泥石、透辉石、金云母、方解石、高岭石、蛋白石和石膏等。

伴生组分Cu以单矿物形式存在，有黄铜矿、斑铜矿、孔雀石和赤铜矿；Co以类质同像赋存在黄铁矿中；Au主要赋存在黄铁矿、黄铜矿和其他金属硫化物中，呈包裹体金和裂隙金存在。

铁矿石的自然类型为磁铁矿矿石、赤铁矿矿石和混合矿石。根据矿物组成和化学成分将矿石划分为6种工业类型：高铜低硫氧化矿石、高铜高硫氧化矿石、低铜高硫氧化矿石、高铜磁铁矿矿石、低铜磁铁矿矿石和含铜贫铁矿石。

铁矿石以他形粒状结构为主，次为交代残余骸晶结构，少见半自形－自形晶粒状、格状、似文象结构。以块状、花斑状构造为主，次为蜂窝状、土状构造，少见角砾状、斑杂状、条带状构造。伴生的黄铜矿和黄铁矿呈条纹状或浸染状分布于块状磁铁矿中。

铁矿石的化学组分特点是富铁、高硫、低磷，并伴生Cu、Co、Au等有益元素，是一个经济价值很高的铁铜矿床。

（五）围岩蚀变

在岩体与碳酸盐岩石接触带的两侧发育有矽卡岩化、金云母化、绿帘石化、绿泥石化、碳酸盐化和高岭土化等。由闪长岩体到大理岩岩石蚀变分带是：轻微蚀变的钠长石化闪长岩→细粒钠长石化闪长岩→方柱石化钠长石化闪长岩→透辉石（次透辉石）矽卡岩→透辉石化硅化大理岩→大理岩、白云质大理岩；或为轻微钾（钠）长石化黑云母辉石闪长岩→网脉状石榴子石－方柱石化黑云母辉石闪长岩→石榴子石－方柱石－钾（钠）长石化矽卡岩→含铁金云母透辉石（次透辉石）矽卡岩→大理岩。

图6－3 铁山铁矿床16线剖面图

四、矿床成因与成矿模式

1.成矿阶段

据矿床铁铜矿化与岩浆岩的相互穿插、包裹、捕虏关系，矿化、蚀变强度的分布，矿体的空间分布，铁山铁铜矿矿床的成矿期次及阶段可划分为：

（1）矽卡岩阶段

本阶段矽卡岩由透辉石、石榴子石、方柱石、硅灰石、钠长石等矿物组成，总体成带状沿接触带方向展布，受接触面形态、产状控制明显，与早期断裂构造也有一定的关系。本阶段矽卡岩以在岩体一侧的内带较为发育，大理岩一侧的外带相对较为微弱为特点。内带中矽卡岩多呈网脉状、囊状体分布，为囊状透辉石矽卡岩→网脉状、囊状（硅灰石）石榴子石透辉石矽卡岩→网脉状石榴子石方柱石透辉石矽卡岩→稀疏网脉状、脉状钠长石透辉石方柱石矽卡岩。主要分布在矿区的尖山矿体东段、狮子山矿体中段、龙洞矿体东侧，铁门坎矿体东段偏中间部位。

矽卡岩石榴子石、透辉石测温表明本阶段形成温度较高，在580～680℃。

（2）磁铁矿阶段

本阶段以磁铁矿的大量发育和含水矽卡岩矿物的存在为特征。它主要由磁铁矿、透辉石、金云母、阳起石、绿帘石、磷灰石、透闪石、钠长石、石榴子石、葡萄石等矿物组成，以及镜铁矿、硬石膏、菱铁矿及黄铁矿等。矿石多呈浸染状、条带状、团块状及脉状。本阶段的透辉石粒度较前一阶段的大，自形程度高。在狮子山矿体中见本阶段透辉石、阳起石、磁铁矿成脉状穿插早期铁矿，或胶结早期磁铁矿角砾。在铁门坎矿体和龙洞矿体中，石榴子石、透辉石、绿帘石等矿物组成的矽卡岩在岩体中成脉状，脉内晶洞构造发育，且晶洞内有六方柱状磷灰石和呈八面体晶形的磁铁矿产出。团块状磁铁矿则多见于矽卡岩囊状体内。在铁门坎和龙洞矿体中还见粗晶透辉石、阳起石晶簇嵌布于块状粗晶磁铁矿中。

据测温资料表明本阶段矿物形成温度320℃～560℃之间，形成温度范围较大。这表明本阶段延续时间长，过程较为复杂。

（3）石英硫化物阶段

本阶段以矿物组合较为复杂、黄铜矿含量较高、不具定向排列为特征。主要矿物成分有黄铁矿、黄铜矿、白铁矿、磁黄铁矿、斑铜矿、闪锌矿、石英、萤石、绿泥石等。它们常呈细小脉状、团块状叠加于前述各阶段之上。本阶段硫化物分布广泛，在各个矿体中均有表现，尤以矽卡岩发育地段及深部更为突出。它常伴有薄膜状绿泥石化现象发生，当硫化物呈脉状穿插岩浆岩时，在脉侧有钾长石化蚀变。

本阶段矿物形成温度不高，黄铁矿和黄铜矿测温结果在200℃～245℃之间。

（4）碳酸盐阶段

本阶段碳酸盐矿物主要为方解石、铁白云石、菱铁矿等，多呈细脉状或网脉胶结破碎的磁铁矿，或沿磁铁矿石的裂隙延伸，有时贯入闪长岩及大理岩中。这类细脉中晶洞构造发育，方解石常呈完好的自形晶生长在晶洞壁上，除此还见石英、蛋白石、玉髓、针铁矿、黄铁矿等呈晶簇叠生在方解石之上。

铁白云石和石英包体测温结果分别为174～194℃和164～171℃，形成温度均低于上述各阶段。

2.矿床成因及成矿模式

大冶式铁矿为矽卡岩型铁矿。其成矿模式可以总结如图6－4所示。

1）来自深部的中酸性岩浆侵入到三叠系大冶灰岩等碳酸盐岩围岩中就位，来自岩浆的高温热液与围岩及岩体发生交代作用，形成各种矽卡岩及其分带。早期的矽卡岩由石榴子石、透辉石等不含水的矽卡岩矿物组成，称为干矽卡岩阶段；随后，随着气液的增加和温度的降低，干矽卡岩矿物被含水的透闪石、阳起石、绿帘石等矿物交代，称为湿矽卡岩阶段。

2）在矽卡岩形成之后，流体变得氧化，热液中的大量铁质沉淀，形成磁铁矿。此阶段称为氧化物阶段，也称磁铁矿阶段，是形成矽卡岩型铁矿的最重要阶段，在侵入体与围岩接触带的矽卡岩中及其附近不同部位，分别形成了铁山、光面垴、铁子山、垴青、刘岱山、铜坑、巷子口、张福山、李村、王豹山、新屋下等铁矿床。

3）随着热液温度的进一步降低，环境变得还原，沉淀形成大量硫化物和石英，称为石英硫化物阶段。

4）成矿作用接近尾声，热液温度更低，形成少量碳酸盐细网脉，称为碳酸盐阶段。

图6－4 大冶式铁矿成矿模式图