辽宁弓长岭铁矿床磁铁矿稀土元素特征及其地质意义_杨秀清.pdf

2012 年 12 月 December 2012 岩矿测试 ROCK AND MINERAL ANALYSIS Vol． 31，No． 6 1058 ～1066 收稿日期 2012 －02 －21; 接受日期 2012 －09 －20 基金项目 我国典型金属矿科学基地研究项目 20091107 ; 中国地质大调查项目 1212011120988 ; 国土资源部公益性行业 专项经费项目 201111002 作者简介 杨秀清， 硕士研究生， 矿物学、 岩石学、 矿床学专业。E- mail xiuqing2007126． com。 通讯作者 李厚民， 研究员， 从事铁矿床研究工作。E- mail lihoumin2002163． com。 文章编号 02545357 2012 06105809 辽宁弓长岭铁矿床磁铁矿稀土元素特征及其地质意义 杨秀清1， 2，李厚民1*，李立兴1，刘明军1， 2，陈靖1，白云3 1． 国土资源部成矿作用与资源评价重点实验室，中国地质科学院矿产资源研究所，北京100037; 2． 地质过程与矿产资源国家重点实验室，中国地质大学 北京 地球科学与资源学院，北京 100083; 3． 辽宁省冶金地质勘查局 401 队，辽宁 鞍山114005 摘要 辽宁弓长岭铁矿床是我国著名的沉积变质型铁矿床， 其二矿区的磁铁富矿达大型规模， 属国内之最。为 探讨弓长岭铁矿床铁矿的物质来源、 形成环境和富矿成因， 本文以二矿区六个铁矿体的贫铁矿石和富铁矿石中 磁铁矿单矿物为研究对象， 利用电感耦合等离子体质谱进行了系统的稀土元素测试。结果表明， 所有样品中磁 铁矿的稀土元素总量 ∑REEs 和 Y 具有非常一致的特征 稀土元素总量较低， Y/Ho 比值较高; 经太古界后平 均澳大利亚页岩 PAAS 标准化呈现重稀土相对富集、 轻稀土相对亏损的分馏模式， 大部分呈现 La 正异常， 所 有样品都有明显的 Eu 和 Y 正异常， 这些特征表明研究区的磁铁矿成矿物质主要来源于海底高温热液和海水; 虽然磁铁矿的 Ce/Ce*为0．69 ～0．97， 但大多数样品缺乏真正意义的 Ce 负异常， 这暗示其沉积于还原的海水环 境; 富铁矿石磁铁矿的稀土元素总量和 Eu 含量明显高于贫铁矿石的磁铁矿， 而且含富矿的上含铁带 Eu 异常 明显较高， 表明富铁矿石磁铁矿具有更明显的热液特征， 是在贫铁矿石的基础上受热液活动形成的。 关键词 磁铁矿; 稀土元素; 电感耦合等离子体质谱法; 沉积变质型铁矿; 弓长岭 中图分类号 P578． 12; O614． 33; O657． 63文献标识码 A Characteristics of Rare Earth Elements and the Geological Significance of Magnetite from Gongchangling Iron Deposit in Liaoning Province YANG Xiu- qing1， 2，LI Hou- min1*，LI Li- xing1，LIU Ming- jun1， 2，CHEN Jing1，BAI Yun3 1． Key Laboratory of Metallogeny and Mineral Assessment，Ministry of Land and Resources，Institute of Mineral Resources，Chinese Academy of Geological Sciences，Beijing100037，China; 2． State Key Laboratory of Geological Processes and Mineral Resources，Faculty of Earth Science and Resource，China University of Geosciences Beijing ，Beijing100083，China; 3． Liaoning Metallurgical Geological Exploration Bureau 401 Branch，Anshan114005，China Abstract The Gongchangling iron deposit is a famous diagenetic- metamorphic iron deposit in Liaoning Province． The No． 2 mining area contains the largest amounts of high grade magnetite iron ore in China． In order to study the ore material source，metallogenic environment and origin of mineralization，rare earth elements REEs and Y of magnetites from the low grade iron ore and the high grade iron ore hosted in six ore bodies were analyzed by Inductively Coupled Plasma- Mass Spectrometry ICP- MS ． The results show very similar characteristics of total contents of REEs and Y for both low grade and high grade iron ores． The total contents of REEs were very low，and Y/Ho ratios were high． After being normalized by Post Archean Australian Shale PAAS ，REEs and Y patterns 8501 ChaoXing displayed depletion of light REEs relative to high REEs． Most samples had positive La anomalies． All samples have distinct positive anomalies of Eu and Y． All the evidence suggests that Magnetite was derived from submarine high temperature hydrothermal fluids and sea water in the studied area． The lack of clear negative Ce anomalies in all samples indicates that magnetite was ed in an anoxic ocean，although the Ce/Ce*ratios were 0． 69 － 0． 97． The high grade iron ore has higher concentrations of total REEs and Eu than the low grade iron ore． The upper iron ore body，which hosted high grade iron ore，also had higher anomalies of Eu，which indicates more outstanding characteristic of hydrothermal fluid． It is suggested that the high grade iron ore was ed by hydrothermal activities from low grade iron ore． Key wordsmagnetite;rare earth elements;Inductively Coupled Plasma- Mass Spectrometry;sedimentary metamorphic iron deposit; Gongchangling 辽宁弓长岭铁矿床是我国重要的沉积变质型铁 矿， 其二矿区产出我国最大的沉积变质型磁铁富矿， 规模达到大型。前人对该矿床作了大量的研究， 但是 对其物质来源、 形成环境和富矿的成因还没有一致的 认识 ［ 1 －13 ］。近年来， 稀土元素研究广泛应用于示踪 源区、 成矿作用以及沉积环境等许多方面， 有关弓长 岭铁矿床二矿区矿石的一些单矿物和全岩稀土元素 研究已有报道 ［ 8 －9 ］。但是全岩样品中不仅含有磁铁 图 1弓长岭铁矿床二矿区地质平面图 据文献［ 10］ ， 略有修改 Fig．1Geological map of the No．2 mine of Gongchangling iron deposit modified after reference［ 10］ 1第四系; 2下奥陶统; 3上下混合岩; 4硅质岩层; 5斜长角闪岩层; 6黑云变粒岩 K 层 ; 7钠长角闪岩、 绿泥角闪片岩; 8绿泥 云母片岩、 绿泥角闪片岩; 9底部角闪岩; 10磁铁富矿; 11贫矿 条带状磁铁石英岩 ; 12绿泥石石榴岩、 绿泥片岩; 13长英质岩脉; 14地质界线; 15走向断层; 16N1 ～ N10 横向断层。 矿， 还含有石英、 角闪石等其他脉石矿物， 对示踪磁铁 矿的物质来源和形成环境可能会有影响， 而且限于当 时的技术， 测试的元素种类相对比较单一， 例如海洋 中含量较高的 Y 元素并未测试。本文利用电感耦合 等离子体质谱技术 ICP － MS 对该区不同铁矿体和 不同类型的矿石中磁铁矿单矿物进行了详细的稀土 元素 REEs 和 Y 分析， 为更直接地探讨研究区磁铁 矿的物质来源、 形成环境和富铁矿成因提供信息。 1矿床地质概况 辽宁弓长岭铁矿床位于辽宁省辽阳市弓长岭 镇， 根据矿体出露位置共分一矿区、 二矿区、 三矿 区、 老岭 － 八盘岭矿区 4 个矿区， 其中二矿区出露 地层最全， 也是富铁矿的主要采区， 是本文主要研 究对象。二矿区按矿体的分布可分为西北区 0 ～ 9 线 、 中央区 9 ～ 19 线 和东南区 19 ～ 30 线 3 部分， 位于区域构造弓长岭背斜的北翼， 矿区西北 端以寒岭断裂为界， 东南到 30 剖面的大砬子， 全 长 4800 余米， 宽 500 ～ 800 m， 岩层走向 120 ～ 160， 倾向北东， 倾角 60 ～ 85。二矿区地层主要 为太古界鞍山群茨沟组， 在矿区西北部有古生界 奥陶系以及第四系 图 1 ［10 －12］。茨沟组 1957 自下而上可分为 6 层［13］， 万渝生 1993 将二矿区 划分为两个火山沉积旋回［6］。第一旋回从底部角 闪岩到中部黑云变粒岩标志层， 形成了下含铁带 9501 第 6 期杨秀清， 等 辽宁弓长岭铁矿床磁铁矿稀土元素特征及其地质意义第 31 卷 ChaoXing 赋存铁矿体 Fe1、 Fe2 和 Fe3 ; 第二旋回从下斜 长角闪岩到硅质岩层， 形成了上含铁带 赋存铁矿 体 Fe4、 Fe5 和 Fe6 以及硅质层中的铁矿体。第二 个火山沉积旋回规模明显大于第一个火山沉积旋 回， 赋存有大规模的富铁矿［11］。前人研究表明 该区鞍山群铁矿主要形成于 2515 ～ 2550 Ma［14］， 变质级别为角闪岩相［2， 15］。 研究区矿体呈单斜状产出， 断裂构造发育， 按照 断层走向与岩层走向之间的关系， 可划分为走向断 层和横向断层。两端受断层影响产状有些变化， 其 北西端受寒岭断裂的影响， 地层走向变为 50， 倾向 南东; 在其东南区因受老岭断裂的影响， 产状变为南 北走向， 向东陡倾斜。区内广泛出露太古代弓长岭 片麻状花岗岩、 麻峪花岗岩和伟晶岩， 其次还可见石 英脉、 基性侵入岩等脉岩 ［12 ］。热液蚀变现象比较明 显， 特别是第六层铁矿及附近比较发育， 可以看到镁 铁闪石、 石榴石、 绿泥石、 黑云母、 阳起石等蚀变 矿物。 矿石一般为氧化物相， 矿石类型按品位分有贫 矿 全铁品位 20 ～ 50 和富矿 全铁品位 ＞ 50 两种 图 2 贫矿矿体呈层状、 似层状、 透镜体 状或脉状产出， 与围岩基本整合， 贫铁矿石主要呈条 带状和条纹状构造 图 3a 和 3b ， 可见少量的块状 构造 图 3c ， 矿石呈中细粒变晶结构， 矿石矿物主 要为磁铁矿， 还含有少量的赤铁矿和镜铁矿， 磁铁矿 主要呈球粒状、 长方形和它形分布， 粒度大小不均， 脉石矿物主要为石英、 云母、 绿泥石和闪石类矿物 等; 富矿以磁铁富矿为主， 呈层状或脉状存在于贫 矿中， 地表较少， 深部较多， 例如最近又在其深部发 现 5000 104t 富矿［16 ］， 其中大部分富矿产在上含 铁带中， 以 Fe6、 Fe4 富矿最为显著 ［10 ］， 富铁矿石呈 块状构造， 主要由磁铁矿组成， 呈集合体出现， 粒度 较粗， 石英呈它形， 可见热液蚀变矿物、 碳酸盐脉和 石英脉等 图 3e 和 3f 。 2样品描述及分析测试结果 本次测试所有样品均采自弓长岭二矿区铁矿 石， 共计 23 件， 样品编号 GCL2 代表采自弓长岭二 矿区地表， JX 代表采自二矿区井下， 其中富铁矿石3 件 JX － 12、 JX － 14 和 JX － 15 ， 为块状构造， 其余 为贫铁矿石， 大部分可见条带状构造。样品均较新 鲜， 没有明显的风化， 主要由磁铁矿和石英组成， 其 他矿物含量相对较少。 图 2弓长岭铁矿床二矿区贫矿与富矿照片 第六层矿 Fig． 2The photographs of low grade iron ore and high grade iron ore in No． 2 mine of Gongchangling iron deposit Fe6 a条带状贫矿中可见块状富矿脉; b块状富矿交代条带状贫矿， 贫矿条带被截断。 将野外采集的样品粉碎至 0． 074 mm 后挑选其 中的磁铁矿单矿物， 称取磁铁矿粉末样品放入聚四 氟乙烯瓶中， 往瓶中加入 HF － HNO3混合酸且用聚 四氟乙烯封闭反应罐进行溶样， 溶解后的样品在国 家地质实验测试中心 TJA － PQ － ExCell ICP － MS 上 进行稀土元素分析测试。用组合标准工作溶液对仪 器进行标准化， 以含 0． 18 mol/L HNO3的高纯水得 到的计数率与内标计数率的比值为低点， 以组合标 准工作溶液中各元素的计数率与内标计数率的比值 为高点， 得到各元素的两点标准化直线， 然后对样品 溶样进行测定 ［17 －19 ］。 弓长岭二矿区 23 个磁铁矿样品稀土元素分析 结果见表 1。39 号元素 Y 与重稀土元素 Ho 离子半 径相似， 具有相似的地球化学特征 ［20 ］。最近， 一些 学者经常利用 REEs 和 Y 研究前寒武纪条带状铁建 造 简称 BIFs ［21 －24 ］， 在下面的讨论中， REEs 和 Y 都是使用太古界后平均澳大利亚沉积岩 Post Archean Australian Shale， 简 称 PAAS 进 行 标 准 化 ［25 ］。标准化的结果一同列于表 1。 0601 第 6 期 岩矿测试 http ∥www． ykcs． ac． cn 2012 年 ChaoXing 图 3弓长岭铁矿床二矿区矿石显微照片 Fig． 3Photomicrographs of iron ore in No． 2 Mine of Gongchangling iron deposit a ～ d 为贫铁矿石， e ～ f 为富铁矿石。a下含铁带矿石 条带状， 暗色条带主要为磁铁矿和普通角闪石， 浅色条带为粗晶石英; b上含铁带矿 石 主要由比较纯的磁铁矿条带和石英条带组成， 磁铁矿颗粒呈长方形， 和石英呈明显条带排列; c块状贫铁矿石 磁铁矿粒度很细， 圆粒状 居多， 可见角闪石变晶; d磁铁矿发生糜棱岩化呈 S － C 组构; e块状富铁矿石 磁铁矿呈集合体出现， 可见绿泥石和热液退变质形成的角闪 石等矿物; f块状富铁矿石 主要由磁铁矿和少量石英组成， 磁铁矿粒度较粗， 约 200 μm， 在其边部可见由热液作用形成的闪石。Hbl普通 角闪石; Qtz石英; Mag磁铁矿; Chl绿泥石; Am闪石。 3弓长岭铁矿床成矿物质来源、 形成环境和 富铁矿成因 3． 1成矿物质来源 前寒武纪条带状铁建造 BIFs 是国内外最重 要的铁矿资源类型， 资源储量和开采量均居世界首 位， 在我国 BIFs 被称为沉积变质型铁矿， 大部分属 阿尔戈马型。稀土元素非常稳定， 一般认为其含量 不受成岩作用的影响， 因此可代表源区的稀土元素 特征 ［26 －27 ］。研究区所有样品中磁铁矿稀土元素总 量都比较低 ∑REEs 3. 51 ～ 43. 69μg / g， 平均 12. 22 μg/g ， 经 PAAS 标准化后 图 4 ， 呈现轻稀 土相对亏损， 重稀土相对富集的分馏模式 La/ YbPAAS0. 16 ～0. 56， 平均 0. 32 ， 具明显的 Eu 异常 Eu/Eu*1. 12 ～4. 51， 平均 2. 25 ， 轻微的 Y 异常 Y/Y* 1. 11 ～ 1. 94， 平均 1. 39 ， 比较高的 Y/Ho Y/Ho 26. 88 ～ 45. 17， 平均 33. 96 ， 大部分样品 都有 La 正异常。具有与其他绿岩带 BIFs 相似的稀 土元素特征， 例如鞍本地区、 冀东地区、 吕梁地 区 ［17， 19， 24， 28 ］和西格陵兰 Isua 地区等［23 ］， 说明它与其 他绿岩带 BIFs 具有相同的物质来源。 1601 第 6 期杨秀清， 等 辽宁弓长岭铁矿床磁铁矿稀土元素特征及其地质意义第 31 卷 ChaoXing 表 1弓长岭铁矿床二矿区磁铁矿稀土元素分析结果 Table 1Analytical results of REEs of magnetite in No． 2 mine of Gongchangling iron depositwB/ μgg －1 样品编号GCL2 －3 GCL2 －4GCL2 －7GCL2 －9 GCL2 －11 GCL2 －13 GCL2 －21 GCL2 －23 GCL2 －26 GCL2 －28 GCL2 －31 GCL2 －33 采样点Fe4Fe4Fe5Fe6Fe6Fe6Fe3Fe3Fe3Fe4Fe5Fe5 样品类型贫矿贫矿贫矿贫矿贫矿贫矿贫矿贫矿贫矿贫矿贫矿贫矿 La0．860． 630．891． 731．271．213．702．691．181．741．782．20 Ce1．610． 971．533． 582．192．266．964．522．122．553．263．18 Pr0．200． 130．220． 470．260．250．940．520．350．300．390．51 Nd0．900． 610．932． 261．071．053．562．031．301．191．511．99 Sm0．230． 120．210． 590．190．230．750．450．340．200．360．47 Eu0．090． 110．170． 620．220．170．280．220．140．080．110．18 Gd0．280． 160．390． 690．300．310．750．560．530．270．440．42 Tb0．05＜0．050．060． 110．05＜0．050．130．080．07＜0．050．090． 07 Dy0．290． 200．400． 670．410．260．840．600．480．250．450．42 Y3．622． 714．525． 854．781．996．285．113．312．224．073．24 Ho0．090． 060．110． 190．110．070．220．160．110．080．110．10 Er0．290． 180．330． 490．340．210．580．470．360．230．300．27 Tm＜0．05＜0．050．050． 080．07＜0．050．080．09＜0． 05＜0．050．05＜0．05 Yb0．310． 190．330． 510．440．200．620．520．340．200．400．29 Lu＜0．05＜0．050． 060． 050．07＜0．050． 080．08＜0． 05＜0．050．070． 06 ∑REEs5． 3 3．515．6812．046． 996．3719．4912．997．427．249．3210．21 LREEs3．892．573．959． 255． 205．1716．1910．435．436．067．418． 53 HREEs1．410． 941．732． 791．791．203．302．561．991．181．911． 68 Y/Ho40． 2245．1741．0930．7943．4528．4328．5531．9430．0927．7537．0032．40 La/La*1．522． 021．171． 721．321．380．891．240．731．441．071．03 Eu/Eu*1．643． 642．594． 514．132．921．752．021．481．581．281．91 Ce/Ce*0．900． 780．800． 910．880．950．860．880．760．810．900．69 Pr/Pr*0．970． 981．070． 951．000．951．111．011．221．011．031．17 Y/Y*1．761． 941．701． 291．781．171．161．311．151．231．461．26 La/Yb PAAS 0．170． 200．160． 200．170．360．360．310．210．520．270．45 样品编号GCL2 －36 GCL2 －43 GCL2 －45 GCL2 －47JX －2JX －4JX －8JX －10JX －12JX －14JX －15 采样点Fe6Fe2Fe2Fe3Fe1Fe2Fe4Fe6Fe6Fe6Fe6 样品类型贫矿贫矿贫矿贫矿贫矿贫矿贫矿贫矿富矿富矿富矿 La2．760． 902．743． 424．883．843．221．402．056．591．43 Ce4．261． 695．246． 509．236．705．952．454．1012．52．59 Pr0．490． 210．610． 741．080．740．720．260．481．530．26 Nd2．000． 902．412． 883．992．912．641．121．907．001．13 Sm0．370． 230．510． 440．840．480．550．250．411．950．24 Eu0．210． 090．220． 230．240．260．240．270．111．530．07 Gd0．510． 310．520． 640．960．610．610．370．393．120．34 Tb0．070． 050．090． 090．150．100．100．120．090．540．07 Dy0．490． 310．630． 550．930．560．630．380．333．110．33 Y3．833． 114．584． 207．064．854．574．582．8226．82．81 Ho0．110． 080．150． 140．240．160．170．110．090．760．08 Er0．350． 240．420． 420．700．470．430．310．222．210．23 Tm0．05＜0．050．070． 070．110．070．07＜0．05＜0． 050．35＜0．05 Yb0．360． 290．450． 470．720．450．450．300．272．150．25 Lu0．05＜0．050．080． 080．120．100．080．060．050．35＜0．05 ∑REEs12． 08 5．414．1416． 6724．1917．4515．867． 4510．5443．697．12 LREEs10． 094． 0211．7314．2120．2614．9313．325．759．0531．15．72 HREEs1．991． 382．412． 463．932．522．541．71．4912．591．40 Y/Ho34． 8238．8830．5330．0029．4230．3126．8841．6431．3335．2635．13 La/La*1．491． 291．101． 100．971．260．951．651．051．611．73 Eu/Eu*2．211． 542．001． 971．242．211．934．021．292．781．12 Ce/Ce*0．840． 900．940． 940．930．910．900．930．950．910．97 Pr/Pr*0．991． 001．011． 011．050．991．070．921．010．950．89 Y/Y*1．321． 571．191． 201．191．281．111．771．291．391．38 La/Yb PAAS 0．460． 190．360． 430．400．510．430．280．450．180．34 注 表格中 ＜0．05 的按0． 05 计算， ∑REEs 不包含 Y， La/La* LaPAAS/ 3PrPAAS－2NdPAAS ， Eu/Eu*2EuPAAS/ SmPAAS GdPAAS ， Ce/Ce* 2CePAAS/ LaPAAS PrPAAS ， Y/Y*2YPAAS/ DyPAAS HoPAAS ， Pr/Pr*2PrPAAS/ CePAAS NdPAAS ， La/Yb PAAS LaPAAS/YbPAAS。 2601 第 6 期 岩矿测试 http ∥www． ykcs． ac． cn 2012 年 ChaoXing 图 4磁铁矿 PAAS 标准化稀土元素配分图 Fig. 4PAAS- normalized REEs patterns for magnetite 研究区所有样品中磁铁矿都表现出明显的海水 特征， 例如 La 和 Y 正异常， 比较高的 Y/Ho 比值， 轻 稀土富集， 重稀土亏损。Y3 和 Ho3 因具有相近的 离子半径而被认为具有相近的地球化学行为， 但由 于表层络合能力不同， 使 Ho 从海水中沉淀的速率 比 Y 约高 2 倍， 因此利用 Y/Ho 比值可以推测太古 代海洋沉积过程 ［29 －30 ］。现代海水 H/Ho 为44 ～74， 球粒陨石平均为 28［31 ］， 碎屑物质 长英质和玄武质 地壳 平均为 26［32 ］， 研究区样品 Y/Ho 平均为 33. 96 变化范围为 26. 88 ～46. 1 ， 明显高于球粒陨 石而低于海水， 表明研究区 BIFs 继承了鲜明海水特 征， 沉积过程中很少有陆源碎屑的加入， 是一种典型 的海水化学沉积岩。 深部海水如果没有热液的加入不会有明显的 Eu 异常 ［33 －34 ］， 太古宙海水沉积物普遍出现 Eu 正异 常 ［32 ］， 现代海底热液以富集轻稀土和强烈的 Eu 正 异常为特征 ［31， 35 －36 ］， 因此， 研究区样品中磁铁矿富 集轻稀土和明显的 Eu 异常暗示了形成过程中热液 的加入。不同类型 BIFs 显示不同程度的 Eu 异常， 一般认为阿尔戈马型 BIFs 与火山关系密切， 导致其 Eu/Eu*＞1. 8， 而与火山关系不密切的苏必利尔型 BIFs 其 Eu/Eu*＜1. 8［37 ］， 该区 BIFs 的 Eu/Eu*平均 为2. 25 变化范围1. 12 ～4. 51 ， 这与该区为阿尔戈 马型 BIFs 认识相符， 暗示其形成于海底火山环境， 海底热液可能是该区成矿物质来源， 利用硅、 铁同位 素对 其 他 地 区 BIFs 研 究 也 具 有 相 同 的 认 识 ［17， 38 －40 ］。Eu 异常主要受温度控制， pH 影响很 小， 几乎不受压力影响 ［41 ］， 高温热液 ＞300℃ 表现 出强烈的 Eu 正异常 ［36 ］， 而低温热液 ＜ 200℃ 流 体呈现轻微的或者没有 Eu 异常 ［42 －43 ］， 这进一步暗 示该区 BIFs 主要来源于高温热液， 魏菊英 ［44 ］利用 石英 － 磁铁矿矿物对氧同位素地质温度计测定该区 BIFs 成矿温度为 310 ～564℃。 综上所述， 研究区样品中磁铁矿稀土元素既有 海水又有海底高温热液特征， Dymek 和 Klein［45 ］开 展了海底高温热液和海水混合的实验， 当北大西洋 海水和现代高温热液以 100 ∶ 1 比率混合时， 具有与 Isua 地区 BIFs 相似的稀土元素特征。这说明该区 BIFs 是一种比较纯净的化学沉积岩， 形成于海底火 山活动有关的海洋环境， 成矿物质主要来源于海底 高温热液和海水。 3. 2BIFs 形成时的氧化还原环境 Ce 有两种价态 Ce3 和 Ce4 ， 由于对氧化还 原环境敏感， 因此常用来作为沉积盆地海水氧化还 原的指示剂 ［46 ］。现代海水呈现 Ce 负异常， 是由于 Ce4 难溶于水而且很容易被吸附在颗粒表面， 而其 他 REEs 仍呈三价 ［27， 47 －48 ］。计算 Ce 异常时会用到 La， 因此海水和海洋沉积物中的 Ce 异常由于 La 丰 度的变化而很复杂， Bau 和 Dulski［43 ］建立了 Ce/Ce* 和 Pr/Pr*图解来判断真正的 Ce 异常， 利用这一方 法， 将所有样品的 Ce/Ce* 0. 69 ～ 0. 97 和 Pr/Pr* 0. 89 ～1. 22 分别投在判别图解中 图 5 。 可以看到只有少数样品 GCL2 －7、 GCL2 －21、 GCL2 －33、 JX －8 落在 Ce 负异常区， 大多数都落在 La 正异常区域， 与新太古代其他地区 BIFs 具有类 似的特征。Ce 的负异常反映氧化环境， 弓长岭地区 BIFs 未出现明显的 Ce 负异常， 暗示了其形成于较 还原环境， 这与早前寒武纪属缺氧环境的认识一 致 ［49 －52 ］， 在新太古代， 大气中氧气浓度仅为现代大 气圈氧含量的 0. 1 左右 ［51 －52 ］， Drever［53 ］认为 BIFs 形成于氧气含量比现在低， 而二氧化碳含量比现在 高的大气环境。 图 5Ce/Ce*－ Pr/Pr* Ce 负异常判别图 Fig. 5Plot of Ce/Ce*vs Pr/Pr*to determine true Ce negative anomalies ACe 正异常; BLa 负异常， 但无 Ce 异常; C既无 Ce 异常也无 La 异常; DLa 正异常， Ce 也正异常; ELa 正异常， 但无 Ce 异常; FCe 负异常。 3601 第 6 期杨秀清， 等 辽宁弓长岭铁矿床磁铁矿稀土元素特征及其地质意义第 31 卷 ChaoXing 3. 3富铁矿的成因 虽然研究区所有样品稀土元素都具有海水和热 液的特征， 但是富铁矿石和贫铁矿石有明显的差别， 富铁矿石∑REEs 和 Eu 含量明显高于贫铁矿石。 现代海洋中， 由于氢氧化铁胶体吸附稀土元素而沉 淀， 因此现代海洋热液流体的加入不会影响海水稀 土元素分馏， 但是， 太古宙海洋是富集 Fe2 的， 因此 在太古宙海水中， 稀土元素和大量的 Eu 主要来源 于高温热液流体 ［23 ］。经 PAAS 标准化后 见图 4、 图 6 ， 富铁矿石更明显地接近热液的稀土元素特 征， 这暗示富铁矿石具有更多的热液特征。 图 6贫矿、 富矿和热液 PAAS 标准化稀土元素配分曲线 Fig. 6PAAS- normalized REEs of low grade iron ore，high grade iron ore and hodrothermal fluids 图 7弓长岭铁矿床二矿区 Fe1 ～ Fe6 的 Eu/Eu* 变化图 Fig. 7Variation diagram of Eu/Eu*from Fe1 to Fe6 in No. 2 mine of Gongchangling iron deposit 贫矿、 富矿由各稀土元素数据平均得到， 热液稀土数据引自文献［ 43］ 。 前人根据磁铁矿粒径和形态将其分为三个世 代， 贫铁矿和富铁矿中磁铁矿分属不同的世代， 且富 铁矿中硫同位素的 δ34S 明显高于贫铁矿， δ18O 明显 低于贫铁矿石， 表明贫铁矿和富铁矿经历了不同的 地质事件 ［7 －8 ］。在富矿显微照片 图 3e 可看到边 部出现一些热液蚀变矿物， 结合野外露头照片 图 2a 和2b ， 表明富矿经历了明显的热液活动， 同时造 成了富铁矿石和贫铁矿石中硫同位素和氧同位素差 异， 但同时它也具有海水的特征， 表明它是在贫铁矿 原岩的基础上受热液作用形成的。在国外， 对于形 成较深的赤铁富矿石 例如巴西 guas Claras 和 Pico 铁矿、 印度 Noamundi 铁矿和西澳大利亚哈默斯 利省 中 部 铁 矿 ，很 多 学 者 认 为 是 热 液 成 因 的 ［54 －56 ］。 研究区 Fe1 ～ Fe6 磁铁矿的稀土总量∑REEs 及 Eu/Eu*见表 2。下含铁带的∑REEs 高于上含铁 带， 这是由于下含铁带矿石中含有较多的火山物质 图 3a ， 而上含铁带矿石比较纯净 图 3b 。Eu 异 常程度可代表成矿热液的贡献量 ［19， 43 ］， 上含铁带 Eu 异常明显高于下含铁带 图 7 ， 说明上含铁带形成 之后经历了明显的热液活动， 淋滤出了火山物质。 在空间上， 可知富铁矿主要产于上含铁带， 这与地质 事实相符， 尤其以 Fe6、 Fe4 富铁矿最多， 这也间接证 明了富铁矿的形成与热液活动密切相关。 表 2弓长岭铁矿床二矿区 Fe1 ～ Fe6 稀土总量和 Eu/Eu* Table 2REEs and Eu/Eu*content of the Fe1 to Fe6 in the No． 2 mining area of Gongchangling iron deposit 层位 下含铁带 Fe1Fe2Fe3 上含铁带 Fe4Fe5Fe6 ∑REEs24. 1912. 33 14. 147. 988. 4013. 29 Eu/Eu*1. 241. 921. 812. 201. 932. 87 4601 第 6 期 岩矿测试 http ∥www． ykcs． ac． cn 2012 年 ChaoXing 4结语 弓长岭铁矿床是我国典型的沉积变质型铁矿 床， 磁铁矿稀土元素特征表明其与国内外 BIFs 具有 相同的物质来源和氧化还原环境 铁质来源于海底 热液和海水， 形成于还原环境。弓长岭铁矿床含有