福建龙岩马坑铁矿床

马坑式铁矿是我国东南部重要的接触交代－热液型铁矿床，分布于福建西南部龙岩、上杭、漳平、德化、大田一带。马坑铁矿为本区最主要的矿床。矿区地表的褐铁矿矿体约在100年以前即已开始被开采。1957年后，福建省物探队地面磁测发现了磁异常，经钻探验证和进一步勘探，证实为一大型隐伏铁矿床。20世纪70年代后期，许多单位和赵一鸣等(1980，1983)曾对该类铁矿床进行过较详细的研究。

(一)成矿区域地质背景

矿区所处大地构造位置为华南加里东地槽褶皱系(华夏褶皱系)永安－梅县晚古生代坳陷，南岭东西复杂构造带东端与新华夏系的复合部位。其西侧、北侧都是后加里东隆起带，东侧为中生代断陷带。

1区域构造和铁矿分布

本区重要铁矿床的分布受永－梅晚古生代坳陷内的次一级北东向龙漳基底断裂凹陷带的控制。一些最主要的铁矿床，如马坑、洛阳、潘田、阳山和中甲等，都分布在这一北东向断凹带的东南缘。

矿床(点)分布的另一规律是往往成群产出，构成一个个诸如马坑、阳山、挂山、银顶格等矿田(矿床集中区)。矿田之间的分布有一定的等距性，各区之间的距离大致为30～35km。这种有规律的矿群等距展布，反映了东西向构造带和北东向或北北东向构造的复合交汇处，在具备有利控矿地层岩性条件下，往往伴有岩浆侵位和热液矿化活动。

2区域地层与控矿层位

区内最老的地层是前泥盆系，包括建瓯群、板溪群和罗峰溪组地层，为一套厚度巨大的轻变质砂页岩建造，局部夹海相火山岩和大理岩。它们作为晚古生代断陷的基底，分布于背斜构造的轴部和部分隆起地区。

上泥盆统南靖群(D3n)—下石炭统林地组(C1l):为一套海陆交互相砂砾岩、砂岩和粉砂岩沉积，以陆相为主，局部夹火山碎屑岩，厚度大于2000m。

中石炭统黄龙组(C2h)—下二叠统栖霞组(P1q):为一套海相碳酸盐岩建造，厚数十米到近千米，是本区最重要的控矿围岩地层。黄龙组在西南部主要为厚层白云质灰岩或白云岩，到龙岩中甲附近白云质减少，钙硅质增加，并见有粉砂岩或凝灰质砂岩，厚度也明显减薄。船山组(C3c)灰岩也从西南部的白云质灰岩到北东部变为较纯灰岩。栖霞组(P1q)灰岩岩性和厚度在各处较为稳定。

下二叠统文笔山组(P1w):为泥岩、泥质粉砂岩夹细砂岩，岩性稳定，厚200～300m。二叠系的加福组(P1j)—翠屏山组(P2cp)属海陆交替相砂页岩建造，含煤，厚320～980m。

上二叠统的大隆组(P2d)—下三叠统的溪口组(T1x):是海相泥质钙质粉砂岩、硅质岩和砂质泥岩夹厚层灰岩，大理岩透镜体，为本区第二套碳酸盐层位，是形成一些矽卡岩和热液型铁，多金属矿床较有利的控矿层位。

印支构造层(T3—J1):与下伏各时代地层不整合接触，以陆相碎屑沉积为主，局部夹有火山岩。

燕山旋回沉积建造:为巨厚的陆相碎屑岩堆积，并有大规模的酸—中酸性火山岩、火山碎屑岩存在。

本区铁、多金属矿床的产出，受地层和围岩岩性控制十分明显，集中赋存在两套碳酸盐岩建造，即黄龙组—栖霞组厚层灰岩与白云质灰岩，和大隆组(P2d)—溪口组(T1x)粉砂岩夹灰岩，而以前者为主。在其他厚层碎屑岩中，还未发现铁矿。这说明，碳酸盐岩围岩或钙质地层的存在，是矽卡岩矿床不可缺少的条件之一。

3侵入岩与成矿的关系

本区岩浆岩侵入体分布很广，出露面积几乎占全区总面积的1/3以上，岩类繁杂，从酸性的花岗岩类到基性的辉长辉绿岩类，但以前者为主，后者出露零星，规模也较小。侵入体的时代从加里东期到喜马拉雅期，但与铁矿有关的岩浆岩，主要是燕山期(同位素年龄为164～955Ma)花岗岩类、花岗闪长岩和中基性辉绿闪长岩类。

本区花岗岩类与铁矿的密切关系主要表现在以下几个方面:

1)在空间上，绝大多数铁矿床都产于花岗岩类侵入体外接触带或其附近有利围岩的断裂带。远离侵入体接触带和没有侵入岩地段，至少还未发现有工业价值的铁矿。

2)岩体的产状、形态、规模及其与围岩间的接触构造形式，对铁矿的产出和富集有明显的控制作用。花岗岩呈锅底形包围有利成矿地层围岩时，一般对成矿最有利。

3)与成矿有关的岩体，大多为中浅成中小型岩株或较大花岗岩体边部的岩枝，岩舌状侵入前缘，如马坑、阳山、洛阳、潘田等大中型铁矿床都属此类，而大的花岗岩基接触带，则没有什么铁矿产出。

4)花岗岩类侵入体和灰岩或灰岩－火山碎屑岩组合接触时，外接触带经常产生矽卡岩化和磁铁矿化，而内接触带则往往发生钾长石化现象，有时甚至花岗岩本身也遭到矽卡岩化和磁铁矿化。这种侵入体、矽卡岩、钾质交代岩和磁铁矿体之间的紧密的时、空、地球化学联系，说明它们之间互有成因关系。

5)根据对全区Sn，Mo，Pb，Zn，Cu等元素化探数据的统计，说明绝大部分铁矿都和Sn，Mo，Pb，Zn的化探异常重叠。马坑矿区铁矿中Fe和Sn呈密切正相关关系，二者的相关系数为089，众所周知，Sn，Mo，Pb，Zn等元素是华南燕山期花岗岩的特征性成矿元素，它们与铁矿共生，说明铁矿和花岗岩在地球化学上有密切联系。

在马坑、挂山等地区，除了与铁矿关系密切的花岗岩类之外，还普遍发育了中基性辉绿闪长岩类浅成侵入体。在马坑矿区尤其发育，并具有一定规模。

(二)成矿系列

本区与燕山期花岗岩类和辉绿闪长岩类有成因联系的矿床类型主要有以下几类:

1)钙矽卡岩型铁(钼)矿床(马坑主矿体、洛阳)。

2)锰质矽卡岩型铅锌矿床(大排、马坑和阳山的边部矿体)。

3)镁矽卡岩型铜钼矿床(铜坑)。

4)高温热液型铁矿床(马坑和潘田的部分矿体)。

上述几个矿床成因类型在闽西南地区组成一个铁(钼、铜、铅、锌)成矿系列。

(三)矿床地质特征

矿区位于马坑背斜北西翼，总体为一单斜构造，其中发育次一级背向斜(图14－10)，主要断裂构造为北西向。马坑铁矿主体为一大型似层状隐伏矿体，产于燕山期花岗岩体外接触带黄龙组，船山组厚层灰岩、白云质灰岩和林地组石英砂岩、凝灰质砂岩、粉砂岩之间的层间构造面(图14－11)。矿体相对埋藏深度为80～600m不等，由北东向南西矿体埋藏由浅变深。铁矿体走向与岩层走向大体一致，为北东－南西向，倾向北西，倾角为25°～45°，在断层带附近倾角增大;矿体延长3000余米，沿倾斜延深100～1200m，厚10余米至100余米不等。

图14－10 马坑铁矿地质略图(据福建省地质局八队修改)

在有的矿段，由于地层褶皱和层间破碎，在背斜鞍部造成虚脱，是矿液沉淀富集的有利构造部位，因而形成厚大矿体;而在向斜鞍部，造成压扭性层间裂隙，矿化强度明显减弱，矿体厚度也较小(图14－11)。

除主矿体外，在上部船山灰岩和栖霞灰岩的层间剥离或与辉绿闪岩类的接触带，常有1～3个雁形排列的透镜状或囊状矽卡岩磁铁矿小矿体产出。

矿区内的岩浆岩主要有两类。一为燕山期早期(同位素年龄164～112Ma)黑云母花岗岩。地表出露两个岩体，其中莒舟岩体位于矿区东侧，呈北东向展布，大洋岩体位于矿区西侧，作南北向延伸，马坑矿区即位于其中。这两个岩体的岩石学、矿物学和岩石化学等方面特征都非常相似，在西矿区深部已打到花岗岩，说明两个岩体深部很可能是相连的。

图14－11 马坑铁矿61线地质剖面(据赵一鸣等，1983)

按这两个岩体的岩性特征，钾长石有序度和格子双晶的发育程度及黑云母成分变化，可将岩体分成两个相:即黑云母正长石花岗岩相和微斜长石花岗岩相。前者为中心相，后者为边缘相。从岩体中心到边缘，相变特征明显。黑云母正长石花岗岩相由中粗粒黑云母花岗岩和似斑状黑云母花岗岩组成，而微斜长石花岗岩相则由中细粒花岗岩、似斑状花岗岩及花岗斑岩组成。从矿物成分变化特征看，石英、碱质长石含量稍有增加，而钾长石的有序度由低变高(ST从023～049→071～091)。钾钠长石中的钠长石分子含量从20%～26%升高到29%～32%，而钾长石中的K/Rb从145～173降到60～116。同样，从岩体中心相到边缘相，正长石、条纹长石被微斜长石取代，暗色矿物和磁铁矿逐渐消失，但黑云母的含铁性、氧化系数、含铝性均有所升高，TiO2含量降低，所有这些都说明岩浆演化比较彻底。

辉绿闪长岩类岩石在马坑矿区分布较广，其产出形态有岩株状，也有呈岩床和岩墙产出的。它们与铁矿在空间上经常伴生，部分是矿体的顶底板围岩，有的甚至见于矿体内部，但岩石多遭到不同程度的矽卡岩化、含氯角闪石化和退色蚀变。根据其岩性和岩石化学特征，可进一步划分为辉长辉绿岩(或辉绿岩)、辉绿闪长岩和辉绿玢岩等3种。

花岗岩和辉绿闪长岩类的化学成分见表14－5。

铁矿石的构造最常见的是致密块状、斑杂状、浸染状，次为条纹(带)状，同心圆环纹状、角砾状、交代残留构造和网脉状构造等。上述矿石构造大多是交代成因的，例如钙铁榴石矽卡岩经过构造压碎后被磁铁矿交代形成角砾状构造，当交代强烈时，矽卡岩在磁铁矿石中呈交代残留体出现;当围岩为石英岩时，被磁铁矿交代后保留硅质岩交代残留体;还有一种较特殊的皱纹状或同心环纹状构造，主要由石榴子石、透辉石或符山石、萤石和磁铁矿分别组成韵律性相间的条纹或环纹。这类铁矿石构造和香花岭锡(铍)矿、个旧锡矿和澳大利亚塔斯玛尼亚锡矿等矽卡岩型矿床中的皱纹状萤石－矽卡岩－磁铁矿的构造是十分相似的，一般认为是交代作用的产物，其形成机理和“李塞根环”的形成很相似。铁矿石的交代结构也十分发育，磁铁矿交代辉石、石榴子石、符山石、钾长石和石英，形成交代残留结构，似海绵陨铁结构和矿物假像等。

表14－5 马坑矿区花岗岩和辉绿闪长岩类化学成分单位:%

注:分析单位为福建省地质局中心实验室(据赵一鸣等，1983)。

原生矿石中金属矿物主要为磁铁矿，次为假像赤铁矿、黄铁矿、辉钼矿和闪锌矿，还有少量方铅矿、黄铜矿、白钨矿等。非金属矿物以透辉石、石榴子石和石英为主，常含一定数量萤石，次为方解石，含氟透闪石、金云母和含氯角闪石，局部有符山石、粒硅镁石、钾长石、绢云母和黑柱石等。

主要矿石类型为透辉石－磁铁矿、石榴子石－透辉石磁铁矿、石榴子石－磁铁矿和石英－磁铁矿，次为含氯角闪石－磁铁矿、石英－阳起质透闪石－磁铁矿、含氟透闪石－磁铁矿、辉钼矿－磁铁矿，局部还有少量粒(斜)硅镁石－磁铁矿、金云母－磁铁矿、钾长石－磁铁矿、萤石－符山石－磁铁矿、滑石－磁铁矿和黑柱石－磁铁矿等。

铁矿石类型的多样性，主要取决于被交代围岩的岩性:交代灰岩或凝灰质砂岩者，形成石榴子石磁铁矿;交代白云质灰岩者，形成透辉石磁铁矿或石榴子石透辉石磁铁矿;交代辉绿闪长岩者，形成石榴子石－符山石磁铁矿，或进一步改造成为含氯角闪石磁铁矿;而交代石英(砂)岩时，则形成石英磁铁矿。

矿石含铁品位中等，平均含TFe3813%左右，部分属富矿，矿石含铁品位的高低与矽卡岩矿物的含量呈反消长关系。绝大部分矿石中S，P含量都很低。伴生的有益元素主要是Mo，它呈辉钼矿形式赋存于磁铁矿体和上下盘蚀变围岩中。此外，在铁矿体边缘锰质矽卡岩中Pb，Zn含量有时也可达到工业品位。

根据对21个磁铁矿样品钪(Sc)含量的分析，其含量偏高，平均达(11～35)×10－6，这和近矿侵入岩的Sc含量较高特点具有地球化学共性，例如，矿区内花岗岩的Sc含量为48～78×10－6，辉绿岩平均含Sc达47×10－6。

(四)矽卡岩和有关交代岩的类型、矿物组合和成分

马坑矿区的矽卡岩较发育，主要分布于矿体内、矿体上盘及矿体尖灭部分。在文笔山组变质泥质和下部灰岩接触面也常有矽卡岩产出。按矽卡岩生成方式，可分为双交代矽卡岩和渗滤交代矽卡岩，而以后者为主，按矿物成分，本区矽卡岩主要属钙矽卡岩，其次为钙锰质矽卡岩，局部有少量镁矽卡岩。

1钙矽卡岩

钙矽卡岩的类型较多，主要有石榴子石矽卡岩、辉石－石榴子石矽卡岩、辉石矽卡岩，常伴有不同强度的磁铁矿化，其次有符山石矽卡岩、石榴子石(透辉石)－符山石矽卡岩、硅灰石矽卡岩。

石榴子石是分布最广、最常见的矽卡岩矿物，它既可以组成单矿物矽卡岩，也可以和辉石、符山石、绿帘石等矽卡岩矿物及磁铁矿、金属硫化物等一起产出。在磁铁矿体中石榴子石是最重要的脉石矿物之一，明显分两个世代:早期石榴子石形成于磁铁矿化之前，晚期石榴子石呈脉状切穿石榴子石－磁铁矿石。根据大量化学分析和折光率测定结果，石榴子石属钙铝－钙铁榴石系列，以钙铁榴石为主(And496～952)。较纯的钙铝榴石(And2～7)只在某些内矽卡岩中才能见到。石榴子石中的锰铝榴石、铁铝榴石和镁铝榴石分子都不高(赵一鸣等，1983)。

单斜辉石也是马坑矿区分布最广的矽卡岩矿物之一，属于透辉石－钙铁辉石－锰钙辉石系列。在钙矽卡岩中单斜辉石实际上主要包括透辉石和钙铁辉石(Di125～94)(Hed4～75Joh2～125)。它们或形成单矿物辉石矽卡岩，或与石榴子石、符山石、斜长石等矿物共生。外带的透辉石矽卡岩和石榴子石－透辉石矽卡岩常伴有大量磁铁矿化。钙铁辉石的生成时间比透辉石稍晚，大致和磁铁矿化生成的时间相当。在薄片中，当见到磁铁矿强烈交代透辉石矽卡岩时，常有一定数量的钙铁辉石出现，交代早期形成的透辉石。透辉石在单偏光下无色透明，而钙铁辉石则为浅绿色，并稍具多色性。

符山石是马坑矿区内矽卡岩带的标志矿物，是交代辉绿闪长岩类的产物，其共生矿物通常是钙铝榴石和透辉石。符山石常呈浅棕色放射状或短柱状集合体，长01～3cm不等。符山石的化学成分特点是富含挥发分F和Cl(F=187%～23%，Cl=033%～052%)。

2锰质矽卡岩

这类矽卡岩在闽西南地区的矽卡岩铁－多金属矿床和矽卡岩铅锌矿床中分布较广。在马坑矿区，它一般见于主矿体上部文笔山组变质泥岩和灰岩的接触面和主矿体边缘尖灭部分，也常沿灰岩构造裂隙呈交代脉产出。组成矿物有锰钙铁辉石、钙蔷薇辉石、锰三斜辉石、锰黑柱石、锰硅灰石和锰阳起石等，伴有闪锌矿化、黄铁矿化和方铅矿化。上述锰质矽卡岩矿物的化学成分和光性特征等见第七章，它们分别组成锰钙铁辉石矽卡岩、黑柱石－锰钙铁辉石矽卡岩、钙蔷薇辉石矽卡岩、黑柱石－钙蔷薇辉石矽卡岩、锰三斜辉石矽卡岩和锰硅灰石矽卡岩等。

3镁矽卡岩

镁矽卡岩在马坑矿区分布有局限性，其形成主要与碳酸盐岩地层中的某些白云质灰岩(MgO平均含量达1087%)透镜体有关，组成矿物主要有透辉石、金云母、粒硅镁石、斜硅镁石，偶尔还可见到少量尖晶石和镁橄榄石。镁矽卡岩经常和磁铁矿紧密伴生，常叠加晚期的透闪石化、蛇纹石化和滑石化等镁质热液交代矿物。

4辉绿闪长岩中的退色交代岩

在马坑矿区，侵入到灰岩中的辉绿闪长岩类除遭到钙矽卡岩化外，还广泛发育退色蚀变带。这些退色交代岩或分布于透辉石(石榴子石)－符山石渗滤交代脉的两侧，成为矽卡岩对称交代分带的一个组成部分，或单独地沿辉绿闪长岩的节理裂隙交代，形成复杂的网脉。退色辉绿闪长岩外表灰白色，仍保留原岩的辉绿结构，但矿物成分却已发生了显著的变化:角闪石几乎全部被透辉石交代，斜长石由原岩的拉长石(An50～55)变为钙长石(An90～95)，即岩石已变为透辉石－钙长石交代岩。和新鲜辉绿闪长岩的化学成分进行对比表明，在辉绿闪长岩类退色交代过程中，带入了大量CaO，带出不少铁质和Na2O，其实质是一种钙质交代去铁作用。因此，辉绿闪长岩类的退色交代现象是一种重要的找矿标志，在透辉石－钙长石交代岩带中常伴有辉钼矿化。

5热液交代岩

除了矽卡岩和透辉石－钙长石交代岩外，在马坑矿区的近矿围岩中，还常见各类热液交代现象，其中比较重要的有含氯角闪石化、钾长石化、萤石化、绢云母化和硅化等，组成各种热液交代岩。

含氯角闪石交代岩主要发育于内带钙矽卡岩和近矿辉绿闪长岩类中，常和磁铁矿、萤石和石英等共生，是高温热液阶段的交代产物。有关含氯角闪石的光性、物性特征和化学成分等详见本书第九章第一节。

钾长石化、绢云母化主要见于近矿花岗岩、辉绿闪长岩和主矿体底板的凝灰质砂岩中，而萤石化和硅化则既见于内接触带铝硅酸盐岩石中，也在矿体上部的大理岩内沿裂隙构造产出。

(五)成岩成矿阶段

对马坑矿区矽卡岩、矿石和有关交代岩的矿物共生组合、生成次序和流体包裹体研究结果，划分出3个成岩成矿阶段:

1)矽卡岩矿化阶段:这是本区最重要的成矿阶段。按矽卡岩和矿化类型的不同，主要分两个交代建造，即钙矽卡岩磁铁矿建造和锰质矽卡岩多金属硫化物建造。钙矽卡岩磁铁矿建造的形成温度为340～700℃，磁铁矿的形成温度稍低，一般不超过400℃。这和矿物生成顺序一致，因为无论在手标本或薄片中磁铁矿交代辉石和石榴子石的现象十分普遍。在矽卡岩矿物中，发现了不少富含石盐和钾盐子晶的多相包裹体，含盐度高达33%～51%。锰质矽卡岩多金属硫化物建造的形成温度为250～455℃，同样，其中的金属硫化物(主要是黄铁矿、铁闪锌矿和方铅矿)的形成温度也相对较低(250～340℃)。

2)含水硅酸盐和石英磁铁矿化阶段:相当于高(中)温热液阶段(200～400℃)。特征性矿物有含氯角闪石、阳起质透闪石、含氟透闪石、绿帘石、萤石和大量石英等，常交代早期形成的矽卡岩，并伴有磁铁矿的大量沉淀。富含挥发组分交代矿物的存在，说明氟、氯、氢的交代作用十分显著，它们属于酸性淋滤阶段的产物，该阶段热流体的盐度降低至33%以下。

3)石英(碳酸盐)硫化物阶段:(160～350℃):主要形成石英－辉钼矿细脉和石英－方解石－黄铁矿细脉等，一般叠加在磁铁矿体和矿体上下盘矽卡岩、蚀变辉绿闪长岩和有关交代岩之上。包裹体类型属于气－液型和液体型，含盐度低于23%。

王登红、陈郑辉等(2010)测得马坑矿区含钼矽卡岩铁矿石的石榴子石Sm－Nd等时线年龄值为1612±49Ma，而辉钼矿Re－Os等时线年龄则为1305±09Ma。这说明成矿的时代应为燕山期。

关于马坑铁矿的成因，还有另一种观点，韩发等(1983)认为这是一个海相火山热液沉积型矿床。