潘貴馨

遼寧省冶金地質(zhì)勘查局四〇四隊(duì)，遼寧遼陽 111000

遼寧海城菱鎂礦床成因探討

潘貴馨

遼寧省冶金地質(zhì)勘查局四〇四隊(duì)，遼寧遼陽 111000

海城菱鎂礦床屬沉積變質(zhì)型礦床，產(chǎn)于古元古界遼河群大石橋組三段白云石大理巖層中，礦體呈巨厚似層狀，菱鎂礦石均為晶質(zhì)菱鎂礦。其是在古元古代遼東古裂古海灣潮間帶這樣一個(gè)特殊的古地質(zhì)環(huán)境中，經(jīng)沉積成巖作用形成菱鎂礦層，在裂谷回返進(jìn)入擠壓造山作用階段遭受了區(qū)域性變質(zhì)、變形作用的改造，發(fā)生重結(jié)晶形成了晶質(zhì)菱鎂礦。

海城菱鎂礦；沉積變質(zhì)；變形改造

遼寧海城菱鎂礦床具有規(guī)模巨大、質(zhì)量?jī)?yōu)良、易于開采等特點(diǎn)，在世界菱鎂礦產(chǎn)中占有重要地位，研究其成因?qū)τ谠搮^(qū)深部及外圍找礦具有重要意義。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

礦區(qū)大地構(gòu)造位于中朝準(zhǔn)地臺(tái)、膠遼臺(tái)隆、營口—寬甸臺(tái)拱、鳳城凸起西段。出露的地層為古元古代遼河群變質(zhì)巖系，從下至上分為：浪子山組、里爾峪組、高家峪組、大石橋組、蓋縣組，菱鎂礦賦存于大石橋組地層中。

礦區(qū)斷裂構(gòu)造發(fā)育，可分為走向逆斷層、橫斷層兩種類型。巖漿巖不發(fā)育，僅見有少量中基性脈巖，在斷裂構(gòu)造中呈脈狀分布。

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 礦體地質(zhì)特征

菱鎂礦產(chǎn)于大石橋組三段地層中，礦體呈層狀及似層狀，與圍巖產(chǎn)狀一致，走向由北向東，從西南至東北由王家堡子、金家堡子和下房身三個(gè)礦段組成。礦體規(guī)模巨大，走向延長(zhǎng)達(dá)3600m，延深300m以上，厚度100～300m，根據(jù)礦體在礦層中的空間展布特征，進(jìn)一步劃分為下、中、上三個(gè)層位礦體。

下部層礦體：為目前礦山開采和利用的主要礦體，賦存有大量的Ⅰ一Ⅲ級(jí)品菱鎂礦石，同時(shí)還產(chǎn)出有特級(jí)品菱鎂礦。礦體呈似層狀，延伸穩(wěn)定，長(zhǎng)達(dá)數(shù)千米，厚度達(dá)110～278m，平均厚度205m，礦體延深300m以上。礦體下盤為菱鎂大理巖、千枚巖，局部有白云石大理巖和滑石巖；上盤為菱鎂大理巖和白云石大理巖。

中部層礦體：產(chǎn)于白云石大理巖層中，由6個(gè)菱鎂礦體組成，呈薄層狀、透鏡狀產(chǎn)出，單個(gè)礦體延長(zhǎng)140～820m，厚度19～84m。

上部層礦體：由菱鎂礦、菱鎂大理巖、白云石大理巖和千枚巖等呈相間互層產(chǎn)出，由4個(gè)菱鎂礦體組成，礦體呈似層狀，單個(gè)礦體長(zhǎng)430～3000m，厚度13～200m，菱鎂大理巖和白云石大理巖厚2～80m。

2.2 礦石質(zhì)量特征

礦區(qū)菱鎂礦石均為晶質(zhì)菱鎂礦，鮞狀、球粒狀結(jié)構(gòu)，致密塊狀、放射狀（或菊花狀）和條帶狀構(gòu)造。礦物成分主要為菱鎂礦，含量90%以上，其余為透閃石、方柱石、滑石、白云石、石英和炭質(zhì)等。按菱鎂礦晶體顆粒的大小不同，將其分為細(xì)粒、中粒、粗粒和巨晶（粒）四種。下房身礦段多以粗粒和中、粗、細(xì)?；旌辖Y(jié)構(gòu)的礦石為主；金家堡子礦段多以中、粗粒結(jié)構(gòu)的礦石為主；王家堡子礦段多以中、細(xì)粒結(jié)構(gòu)的礦石為主。

3 礦床成因分析

3.1 礦床產(chǎn)出受遼東古裂谷控制

遼東古裂谷為古元古代形成的走向近東西的狹長(zhǎng)裂陷槽，在其發(fā)生、發(fā)育直至消亡的演化過程中形成了一套裂谷巖系，從下至上分別為：浪子山組、里爾峪組、高家峪組、大石橋組、蓋縣組。菱鎂礦賦存于大石橋組地層中。

3.2 礦床受古地理沉積環(huán)境控制

菱鎂礦層中有紋層理、斜層理、波痕、豆?fàn)顦?gòu)造等的存在，在礦層底板白云石大理巖中有泥裂、雹痕、結(jié)核等，并含有很多藻疊層石，表現(xiàn)出正常沉積的海相沉積巖。因此，可以確認(rèn)層狀菱鎂礦也是正常沉積環(huán)境中形成的，從菱鎂礦層中紋層理、斜層理、波痕、豆?fàn)顦?gòu)造等的存在，說明水體流動(dòng)、流向、速度的交換條件并是高能量的；在礦層底板的白云石大理巖中泥裂、雹痕、結(jié)核的存在說明海水很淺，時(shí)而露出水面，含有很多藻疊層石，處于水淺而溫暖，清澈的潮間帶環(huán)境。

3.3 礦床受地層及巖性控制

菱鎂礦層主要集中賦存于古元古代遼河群大石橋組三段厚層狀大理巖地層中，尤其是間夾在白云石大理巖層內(nèi)菱鎂礦極為常見，菱鎂礦呈層狀，似層狀，具有受一定層位及特殊巖性控制特點(diǎn)。根據(jù)大石橋組三段賦礦碳酸鹽巖層內(nèi)的巖性特點(diǎn)，大致可劃分為三層：下部巖層為白云質(zhì)同生礫巖，條帶狀白云石大理巖夾千枚巖，含有扁豆?fàn)?，透鏡狀菱鎂礦層；中部為菱鎂礦層，白云石大理巖夾有千枚巖；上部層為硅質(zhì)白云石大理巖夾菱鎂礦層。下部礦體主要特點(diǎn)是條帶狀菱鎂礦與白云石大理巖互層夾白云質(zhì)千枚巖，含碳質(zhì)較高，巖石呈紅褐色；中部礦體，以質(zhì)純的菱鎂礦為主，品位高，厚度大，菱鎂礦以粗粒為主，重結(jié)晶明顯，夾有一層幾米厚含碳較高的礦層，其中保存有微層理與斜層理等原生沉積構(gòu)造和藻類化石，分布較穩(wěn)定，產(chǎn)狀較陡；上部礦體含硅質(zhì)成分較高，經(jīng)?？梢娏怄V礦與白云石大理巖在橫向上的相變。菱鎂礦體嚴(yán)格受古元古代遼河群大石橋組白云石大理巖層控制。

3.4 礦床和圍巖呈整合沉積接觸關(guān)系

菱鎂礦床中，除了有后期疊加的變質(zhì)熱液活動(dòng)形成的脈狀礦體外，其余礦體均呈層狀，似層狀，透鏡狀，與圍巖呈整合沉積接觸關(guān)系，界線一般平直清楚，與層理平行，礦層延伸穩(wěn)定。說明礦體和圍巖是共同連續(xù)沉積形成的。各礦層之間具有一定的層位，沿走向延伸穩(wěn)定，有時(shí)可過渡到白云質(zhì)大理巖層。沿傾斜方向與圍巖界線清晰，寬度達(dá)數(shù)百米。主要特點(diǎn)是菱鎂礦層多呈厚層狀產(chǎn)出，局部與白云石大理巖互層夾白云質(zhì)千枚巖，其中保存有微層理與斜層理等原生沉積構(gòu)造和藻類化石，分布較穩(wěn)定，產(chǎn)狀較陡，經(jīng)?？梢娏怄V礦與白云石大理巖在橫向上的相變特征。

3.5 稀土元素組成特征

根據(jù)(朱國林等1982年)對(duì)礦區(qū)不同層位采集的菱鎂礦及礦層上下盤圍巖云母片巖，礦層中夾層千枚巖、白云石大理巖等樣品的稀土元素分析結(jié)果(圖1、2)，與球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土模型圖對(duì)比，其形態(tài)及斜率與碳質(zhì)板巖、云母片巖、千枚巖及白云石大理巖均相似，表明沉積過程中稀土元素強(qiáng)烈均一化。在相同的地質(zhì)條件下它們的稀土元素相對(duì)豐度差別小，具有同生成因特點(diǎn)。菱鎂礦稀土元素平均值的球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化曲線與北美頁巖(NASC)和澳大利亞太古代之后沉積巖(PAAS)球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化曲線相似。

本區(qū)菱鎂礦Eu／Eu+計(jì)算結(jié)果變化在0.66～0.97，平均值為0.83，白云石大理巖、云母片巖和千枚巖的數(shù)值也變化在0.8～1.03之間。說明本區(qū)沉積巖Eu異常值與B.J.Fryer所總結(jié)的早元古代化學(xué)沉積相似；本區(qū)菱鎂礦的Eu/Sm比值變化于0.16～0.23之間，平均值為0.19，相當(dāng)于沉積巖的Eu/Sm值。稀土分析表明菱鎂礦是由沉積作用形成的。

3.6 菱鎂礦石受變質(zhì)重結(jié)晶改造特征

在區(qū)域變質(zhì)過程中菱鎂礦發(fā)生重結(jié)晶作用，形成晶質(zhì)菱鎂礦層。菱鎂礦多數(shù)呈半自形粒狀，大小相近，晶粒之間界線平直。同時(shí)菱鎂礦層受塑性變形作用產(chǎn)生各種形態(tài)褶皺，有同斜緊閉褶皺、疊瓦褶皺等。

圖1 菱鎂礦與圍巖稀土標(biāo)準(zhǔn)化曲線(1)

圖2 菱鎂礦與圍巖稀土標(biāo)準(zhǔn)化曲線(2)

3.7 鎂質(zhì)的來源

本區(qū)菱鎂礦的形成需要巨量的鎂質(zhì)來源，在含菱鎂礦層的下部地層為火山巖系，揭示了區(qū)域性的大規(guī)模的鎂質(zhì)可能來源與火山活動(dòng)有關(guān)。另一方面藻類在菱鎂礦形成過程中起到了重要的積極作用，藻類中含碳酸鎂25%～30%以上，它們的死亡和堆積可能增加盆地中的鎂的含量，區(qū)內(nèi)不僅白云石大理巖中藻類發(fā)育，菱鎂礦中藻類化石也較多，所以這可能是本區(qū)鎂質(zhì)豐富來源的原因之一。

4 結(jié)論

本區(qū)菱鎂礦床為沉積變質(zhì)作用產(chǎn)物。它發(fā)生在遼東古裂谷碳酸鹽巖建造階段，是在海灣潮間帶這樣一個(gè)特殊的古地質(zhì)環(huán)境中，經(jīng)沉積成巖作用形成菱鎂礦層。在裂谷回返擠壓造山作用階段，原始沉積菱鎂礦層遭受了區(qū)域性變質(zhì)、變形作用的改造，發(fā)生重結(jié)晶形成了晶質(zhì)菱鎂礦層、白云石大理巖層，變形作用使含礦層產(chǎn)生褶皺，并在褶皺轉(zhuǎn)折部位造成礦層加厚。

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[2]馮本智，朱國林，董清水，等.遼東海城—大石橋超大型菱鎂礦礦床的地質(zhì)特征及成因[J].長(zhǎng)春地質(zhì)學(xué)院學(xué)報(bào)，1995，25（2）：121-124.

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1674-6708（2015）149-0077-02