福建马坑铁矿床地质与地球化学
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摘要
马坑铁（钼）矿床是闽西南地区一个重要的大型多金属矿床，为华南地区最大的铁矿床。马坑铁矿主矿体为大型似层状隐伏矿体，赋存于莒舟-大洋花岗岩体外接触带黄龙组（C2h）灰岩和林地组（C1l）碎屑岩层间构造破碎带中，矽卡岩与矿体密切共生，分带明显。矿床的形成经历了矽卡岩阶段、退化蚀变阶段、石英硫化物-碳酸岩阶段，其中退化蚀变阶段为主成矿期。
利用LA-ICP-MS方法测得大洋花岗岩的锆石U-Pb年龄为127Ma和128Ma，用SH_RIMP锆石U-Pb方法测得其年龄为132.6±1.3Ma，利用LA-ICP-MS方法测得莒舟花岗岩的锆石U-Pb年龄为125Ma、126Ma、129Ma、130Ma和130Ma，大洋和莒舟岩体都形成于早白垩世岩石圈伸展的背景下。利用LA-ICP-MS方法测得辉绿岩的锆石U-Pb年龄为303Ma和64Ma，表明闽西南晚石炭世和早古新世发生地壳拉张（裂谷）事件。
大洋-莒舟花岗岩具高硅、富碱、贫钙镁和高分异指数等特点，属弱过铝或准铝质花岗岩；岩石稀土元素含量较高，配分模式呈轻稀土富集并缓向右倾斜，呈明显铕负异常的“V”型展布；微量元素具有Rb、U、Th、La等元素强烈富集而Ba、Sr、P、Ti等元素相对亏损的特点；岩石地球化学和同位素组成特征表明大洋-莒舟花岗岩属于高分异壳源型花岗岩，主要来源于元古代地壳物质，有EMⅡ型富集地幔组分的参与。
马坑矽卡岩阶段矿物组合主要为辉石、石榴子石和钙蔷薇辉石，退化蚀变阶段的矿物组合为角闪石、绿帘石、绿泥石、石英等。电子探针分析结果表明：单斜辉石以透辉石和钙铁辉石为主，仅存在少量锰钙辉石，似辉石以钙蔷薇辉石和蔷薇辉石为主；石榴子石以钙铁榴石为主，伴生少量钙铝榴石；角闪石属于钙角闪石。
石榴子石、辉石和磁铁矿矿石的稀土分配模式具有相似性，多为轻稀土富集，正铕异常，基本无铈异常，表明其成矿环境为氧化环境，暗示它们之间存在成因联系。矿体附近大理岩和退化蚀变岩稀土元素特征出现规律性变化，表明它们与岩浆热液的交代作用有关，碎屑岩和褪色辉绿岩提供了部分铁质。
包裹体类型主要有气体包裹体、液体包裹体、含子矿物三相包裹体和少量含CO2包裹体，其中以液体包裹体为主。气体组成均以CO_2、H_2O、N_2、O_2为主，其次为CH_4、C_2H_4、C_2H_6和少量C2H_2，液相成分中阳离子以Na~+、K~+和Mg~(2+)为主，其次为Ca~(2+)和少量Li~+，阴离子以SO_4~(2-)、F~-、Cl~-为主，还含有少量Br-、NO3-。矽卡岩、退化蚀变、石英硫化物阶段均一温度分别为460～600℃、260～540℃、160～400℃；盐度为（6%～24%，32%～44%）、（4%～16%，36%～44%）、0%～4%。H_、O、C、S同位素研究表明矽卡岩期成矿流体主要是岩浆水，晚期石英硫化物阶段混有不同程度大气降水；成矿物质来自深部或地幔，但也受到围岩等因素的影响；矿化主要形成于相对较氧化的条件下。
利用Re-Os同位素方法测得矿石中辉钼矿年龄为（133.0±0.8）Ma，表明马坑铁矿床形成于早白垩世，与莒舟-大洋花岗岩体的侵位年龄一致，表明为同一构造-岩浆-流体活动的产物。马坑铁矿的成矿与太平洋板块俯冲引起弧后岩石圈伸展有关，是中国东部燕山期第三次大规模成矿作用的开端。岩浆热液的相分离及其与大气降水的混合作用和减压沸腾作用是马坑铁（钼）矿形成的主要原因。
The Makeng Fe-Mo deposit in the polymetallic belt of southwestern FujianProvince is the largest iron deposit in South China. It is a large magnetite deposithosted in the interlayer fractures of Huanglong Formation（C2h）carbonates and LindiFormation（C1l）clastic rocks at the exo-contact zone of the Juzhou-Dayang granite.Skarn has genetic relationship with ore fromation. Zonation can be found almostanywhere, and occurs on scales from kilometers to micrometers. The formation ofMakeng iron deposit can be calssified into skarn stage, retrograde stage, and quartzsulfide and carbonate stage, among which the retrograde stage was the mainmineralization stage.
Zircon LA-ICP-MS U-Pb dating indicates that the Dayang granite, the Juzhougranite and diabase in the Makeng deposit were formed at (127±1Ma and 128±1Ma),(125M±1a, 126±1Ma, 129±1Ma, 130±1Ma and 130±1Ma) and (303±2Ma and64±1Ma), respectively; The SHRIMP ziron U-Pb age of Dayang granite is 133±1Ma.Lithospheric thinning related to paleo-Pacific plate (subduction) is a likelyresponsible geodynamic background for Juzhou-Dayang granites’formation. Crackor rift valley is a likely responsible geodynamic background for Late Carboniferousand early Paleocene diabases.
According to its geochemical compostion such as high silicon and alkali, lowcalcium and magnesium, and high differentiation index, the Juzhu-Dayang granitecan be identified as weak peraluminous-metaluminous granite; The rocks have highand remarkably varying REE, and their distribution patterns show LREE enrichmentwith gentle right oblique deviation, and a“V”model characterized by significantnegative Eu anomaly; The trace elements compositions are strongly enriched in Rb,U, Th and La and considerably depleted in Ba, Sr, P and Ti; Petrogeochemical andisotopic characteristics indicate that the Juzhu-Dayang granite is crust-derived, andhas experienced high differentiated evolution. The magma sources of theDayang-Juzhou granites were mainly derived from Proterozoic crustal materials, butalso involved some proportion of EMII components.
Skarn mineral assemblages consist of pyroxene, garnet and bustamite, andretrograde minerals comprise chlorite, epidote, amphibole, quartz. Electronmicroprobe analyses show that the pyroxenes are mainly diopside and hedenbergite,with minor johannsenite, whereas associated pyroxenoids are bustamite andrhodonite. The garnet is dominated by andradite, with minor grossular. Theamphibole in the Makeng iron deposit belongs to calcic amphiboles.
Garnet, pyroxene and magnetite have similar chondrite-normalized REEdistribution patterns with light REE(LREE) enrichment, moderate Eu positiveanomaly and absent Ce anomaly, indicating that they were formed under theoxidation environment, and there was genetic relation between ore formation andskarns. The REE geochemistry of marble and alterated rocks varied regularly, andthat alteration is featured by metasomatism and magmatic hydrothermal solution,and its ore-forming materials might come from surrounding strata and diabase partly.
Fluid inclusion studies show that the inclusion types of Makeng deposit are complex, mainly with vapor- and liquid-rich, daughter mineral-bearing and CO_2-richfluid inclusions, among which the liquid-rich type is predominant. Gas compositionof fluid inclusions mostly includes CO_2, H_2O, N_2and O_2, with minor CH_4, C_2H_4,C_2H_6and a small amount of C_2H_2. Cations of liquid composition are dominant withNa~+, K~+, Mg~(2+), followed by Ca~(2+)and a small amount of Li+. Anions are mainlyconsist of SO_4~(2-), F~-, Cl~-, with minor Br-and NO3-. Homogenization temperatures ofthree group fluid inclusions from early to late stage are 460～600℃, 260～540℃,160～400℃, respectively. Salinities are (6～24 wt.%, 32～44 wt.%), (4～16%,36～44%), (0～4% ) , respectively.
H, O, C and S isotopic geochemistry shows that the ore-forming fluids of theskarn stage were mainly derived from magmatic water, whereas the fluids of thequartz-sulfide stage mixed with the meteric water with variable proportions. Themetallogenic material was mainly derived from mantle or a deep-seated place, butother factors, such as country rocks, contributed as well. The characteristics ofskarnminera and REE indicate that they mainly formed under oxidizd conditions.
Re-Os isotopic dating of the molybdenites symbiosis with magnetites obtainedmodel ages of 133.0±0.8Ma.The main mineralization stage was of the EarlyCretaceous, which was consistent with the emplacing age of the host rockJuzhou-Dayang granitic intrusion. These features indicated that they were results ofthe same magma-structure-fluid activity. The mineralogenetic epoch of MakengFe-Mo deposit may be related to the lithospheric extension event of the back arc ofthe southeastern margin of Eurasian continent caused by the Pacific plate subduction.Phase separation of magmatic water, fluid mixing with meteoric water, and buckboiling may be the main causes of mineralization.
利用LA-ICP-MS方法测得大洋花岗岩的锆石U-Pb年龄为127Ma和128Ma，用SH_RIMP锆石U-Pb方法测得其年龄为132.6±1.3Ma，利用LA-ICP-MS方法测得莒舟花岗岩的锆石U-Pb年龄为125Ma、126Ma、129Ma、130Ma和130Ma，大洋和莒舟岩体都形成于早白垩世岩石圈伸展的背景下。利用LA-ICP-MS方法测得辉绿岩的锆石U-Pb年龄为303Ma和64Ma，表明闽西南晚石炭世和早古新世发生地壳拉张（裂谷）事件。
大洋-莒舟花岗岩具高硅、富碱、贫钙镁和高分异指数等特点，属弱过铝或准铝质花岗岩；岩石稀土元素含量较高，配分模式呈轻稀土富集并缓向右倾斜，呈明显铕负异常的“V”型展布；微量元素具有Rb、U、Th、La等元素强烈富集而Ba、Sr、P、Ti等元素相对亏损的特点；岩石地球化学和同位素组成特征表明大洋-莒舟花岗岩属于高分异壳源型花岗岩，主要来源于元古代地壳物质，有EMⅡ型富集地幔组分的参与。
马坑矽卡岩阶段矿物组合主要为辉石、石榴子石和钙蔷薇辉石，退化蚀变阶段的矿物组合为角闪石、绿帘石、绿泥石、石英等。电子探针分析结果表明：单斜辉石以透辉石和钙铁辉石为主，仅存在少量锰钙辉石，似辉石以钙蔷薇辉石和蔷薇辉石为主；石榴子石以钙铁榴石为主，伴生少量钙铝榴石；角闪石属于钙角闪石。
石榴子石、辉石和磁铁矿矿石的稀土分配模式具有相似性，多为轻稀土富集，正铕异常，基本无铈异常，表明其成矿环境为氧化环境，暗示它们之间存在成因联系。矿体附近大理岩和退化蚀变岩稀土元素特征出现规律性变化，表明它们与岩浆热液的交代作用有关，碎屑岩和褪色辉绿岩提供了部分铁质。
包裹体类型主要有气体包裹体、液体包裹体、含子矿物三相包裹体和少量含CO2包裹体，其中以液体包裹体为主。气体组成均以CO_2、H_2O、N_2、O_2为主，其次为CH_4、C_2H_4、C_2H_6和少量C2H_2，液相成分中阳离子以Na~+、K~+和Mg~(2+)为主，其次为Ca~(2+)和少量Li~+，阴离子以SO_4~(2-)、F~-、Cl~-为主，还含有少量Br-、NO3-。矽卡岩、退化蚀变、石英硫化物阶段均一温度分别为460～600℃、260～540℃、160～400℃；盐度为（6%～24%，32%～44%）、（4%～16%，36%～44%）、0%～4%。H_、O、C、S同位素研究表明矽卡岩期成矿流体主要是岩浆水，晚期石英硫化物阶段混有不同程度大气降水；成矿物质来自深部或地幔，但也受到围岩等因素的影响；矿化主要形成于相对较氧化的条件下。
利用Re-Os同位素方法测得矿石中辉钼矿年龄为（133.0±0.8）Ma，表明马坑铁矿床形成于早白垩世，与莒舟-大洋花岗岩体的侵位年龄一致，表明为同一构造-岩浆-流体活动的产物。马坑铁矿的成矿与太平洋板块俯冲引起弧后岩石圈伸展有关，是中国东部燕山期第三次大规模成矿作用的开端。岩浆热液的相分离及其与大气降水的混合作用和减压沸腾作用是马坑铁（钼）矿形成的主要原因。
The Makeng Fe-Mo deposit in the polymetallic belt of southwestern FujianProvince is the largest iron deposit in South China. It is a large magnetite deposithosted in the interlayer fractures of Huanglong Formation（C2h）carbonates and LindiFormation（C1l）clastic rocks at the exo-contact zone of the Juzhou-Dayang granite.Skarn has genetic relationship with ore fromation. Zonation can be found almostanywhere, and occurs on scales from kilometers to micrometers. The formation ofMakeng iron deposit can be calssified into skarn stage, retrograde stage, and quartzsulfide and carbonate stage, among which the retrograde stage was the mainmineralization stage.
Zircon LA-ICP-MS U-Pb dating indicates that the Dayang granite, the Juzhougranite and diabase in the Makeng deposit were formed at (127±1Ma and 128±1Ma),(125M±1a, 126±1Ma, 129±1Ma, 130±1Ma and 130±1Ma) and (303±2Ma and64±1Ma), respectively; The SHRIMP ziron U-Pb age of Dayang granite is 133±1Ma.Lithospheric thinning related to paleo-Pacific plate (subduction) is a likelyresponsible geodynamic background for Juzhou-Dayang granites’formation. Crackor rift valley is a likely responsible geodynamic background for Late Carboniferousand early Paleocene diabases.
According to its geochemical compostion such as high silicon and alkali, lowcalcium and magnesium, and high differentiation index, the Juzhu-Dayang granitecan be identified as weak peraluminous-metaluminous granite; The rocks have highand remarkably varying REE, and their distribution patterns show LREE enrichmentwith gentle right oblique deviation, and a“V”model characterized by significantnegative Eu anomaly; The trace elements compositions are strongly enriched in Rb,U, Th and La and considerably depleted in Ba, Sr, P and Ti; Petrogeochemical andisotopic characteristics indicate that the Juzhu-Dayang granite is crust-derived, andhas experienced high differentiated evolution. The magma sources of theDayang-Juzhou granites were mainly derived from Proterozoic crustal materials, butalso involved some proportion of EMII components.
Skarn mineral assemblages consist of pyroxene, garnet and bustamite, andretrograde minerals comprise chlorite, epidote, amphibole, quartz. Electronmicroprobe analyses show that the pyroxenes are mainly diopside and hedenbergite,with minor johannsenite, whereas associated pyroxenoids are bustamite andrhodonite. The garnet is dominated by andradite, with minor grossular. Theamphibole in the Makeng iron deposit belongs to calcic amphiboles.
Garnet, pyroxene and magnetite have similar chondrite-normalized REEdistribution patterns with light REE(LREE) enrichment, moderate Eu positiveanomaly and absent Ce anomaly, indicating that they were formed under theoxidation environment, and there was genetic relation between ore formation andskarns. The REE geochemistry of marble and alterated rocks varied regularly, andthat alteration is featured by metasomatism and magmatic hydrothermal solution,and its ore-forming materials might come from surrounding strata and diabase partly.
Fluid inclusion studies show that the inclusion types of Makeng deposit are complex, mainly with vapor- and liquid-rich, daughter mineral-bearing and CO_2-richfluid inclusions, among which the liquid-rich type is predominant. Gas compositionof fluid inclusions mostly includes CO_2, H_2O, N_2and O_2, with minor CH_4, C_2H_4,C_2H_6and a small amount of C_2H_2. Cations of liquid composition are dominant withNa~+, K~+, Mg~(2+), followed by Ca~(2+)and a small amount of Li+. Anions are mainlyconsist of SO_4~(2-), F~-, Cl~-, with minor Br-and NO3-. Homogenization temperatures ofthree group fluid inclusions from early to late stage are 460～600℃, 260～540℃,160～400℃, respectively. Salinities are (6～24 wt.%, 32～44 wt.%), (4～16%,36～44%), (0～4% ) , respectively.
H, O, C and S isotopic geochemistry shows that the ore-forming fluids of theskarn stage were mainly derived from magmatic water, whereas the fluids of thequartz-sulfide stage mixed with the meteric water with variable proportions. Themetallogenic material was mainly derived from mantle or a deep-seated place, butother factors, such as country rocks, contributed as well. The characteristics ofskarnminera and REE indicate that they mainly formed under oxidizd conditions.
Re-Os isotopic dating of the molybdenites symbiosis with magnetites obtainedmodel ages of 133.0±0.8Ma.The main mineralization stage was of the EarlyCretaceous, which was consistent with the emplacing age of the host rockJuzhou-Dayang granitic intrusion. These features indicated that they were results ofthe same magma-structure-fluid activity. The mineralogenetic epoch of MakengFe-Mo deposit may be related to the lithospheric extension event of the back arc ofthe southeastern margin of Eurasian continent caused by the Pacific plate subduction.Phase separation of magmatic water, fluid mixing with meteoric water, and buckboiling may be the main causes of mineralization.
引文
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