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位于祁连造山带北祁连构造带西段的镜铁山铁（铜）矿床是我国西北地区发现和勘探最早的大型铁（ 铜）矿床，截止到 2019 年累计探明铁矿石量 545.91 Mt，TFe 平均品位达 36%，铜矿石量 9.3221 Mt，Cu 平均品位 1.85%，由相距约 2 km 的桦树沟矿区和黑沟矿区组成，是“镜铁山式”铁矿床的典型代表，也是酒泉钢铁（集团）有限责任公司主要矿石生产基地。
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镜铁山铁（铜）矿床铁矿体呈层状产于中元古界镜铁山群千枚岩中。前人对该矿初始沉积条件、矿质来源及矿床成因以及主要控矿因素和铁铜矿矿化分布规律等都开展过研究（薛春纪等，1997; 周涛发等，1997，1999; 刘华山等，1998; 毛景文等，1999），但对铁矿床成因仍然存在“火山热液沉积铁矿”（陈鑫等❶）、“海相陆源—远火山深变质同生沉积铁矿床”（杨化洲等❷）、海底喷气沉积成因（刘华山等，1998）、SEDEX 型矿床（杨建民，1999）以及“BIF 型铁矿床”（ Sun et al.，1998; Yang xiuqing et al.，2015）等不同观点。
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笔者等拟通过对镜铁山铁铜矿床赋矿地层——— 镜铁山群下岩组中变质石英砂岩、千枚岩和铁碧玉岩开展岩石化学成分分析，明确岩石成因类型，限定岩石沉积物物质来源及其成熟度，分析源岩古风化特征与岩石沉积环境，探讨岩石形成的构造环境，为铁矿成因的进一步厘定提供理论依据。
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1 区域地质背景
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北祁连造山带（NQOB）夹持于阿拉善地块与祁连—柴达木地块之间，大地构造单元属于秦祁昆复合板块之祁连山加里东褶皱系。区内构造演化经历了古元古代的大陆岩石圈拉伸、减薄，发生裂谷化（左国朝等，1987; 夏林圻等，1995，2000; 葛肖虹等，1999）、新元古代的裂谷形成、早古生代洋盆的形成以及奥陶纪的俯冲消减等阶段（左国朝等，1987; 夏林圻等，1995; 葛肖虹等，1999; 张旗等，2000; 曾建元等，2007）。
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区内具有典型的双层结构，前寒武系变质岩系构成基底，古生界—新生界作为盖层。其中，基底地层包括古元古界北大河群、中元古界朱龙关群和镜铁山群、新元古界的大柳沟群和白杨沟群，它们以大小不一的残块镶嵌于早古生代火山岩系之中，被认为是飞来峰（ 许志琴等，1994）、滑覆体（ 冯益民，1995）或陆壳残块（左国朝等，2002）。盖层包括寒武系—第四系。地层明显受区域构造线控制，呈北西西向带状展布（图1）。
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区内经历了多次构造运动，构造形式较为复杂。 不同级别和期次的断裂和褶皱构造十分发育。 形成一系列由元古界组成的北西西向紧闭褶皱和断裂，构成一个南北宽 40 km，东西延展 100 km 的构造带。
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区内侵入岩较发育，岩石类型从超基性岩到碱性岩均有出露，其中以酸性—中酸性岩体分布最广，规模亦较大，其次为基性、超基性岩体。中性岩体多沿断裂和背斜轴部侵入，而超基性性岩体受深断裂控制，展布方向与区域构造线基本一致。
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区内矿床类型多、矿产种类丰富。按照构造— 岩浆—热事件演化阶段和含矿建造组合的空间展布，北祁连造山带主要的金属成矿系统和矿床组合划分为:中—新元古代裂谷或洋盆成矿系统，形成以桦树沟铁矿、黑沟铁矿等为代表的海底喷流型矿床和以小柳沟钨钼多金属矿床为代表的加里东期岩浆热液成矿系统。
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镜铁山群是以陆源碎屑为主夹有白云质大理岩及铁矿层的沉积岩系，平行不整合于朱龙关群之上，并被青白口系大柳沟群不整合所覆，厚达 6000 余米，呈 NWW 向分布于北祁连西段的走廊南山南坡与托莱山北坡一带（图2）。按岩性组合特征分为上、下两个岩组，下岩组为碎屑岩、火山岩、火山碎屑岩及铁矿层，厚约 2000 m，共分 8 个岩性段，除第二岩性段的变质石英砂岩和第七岩性段的铁矿层外，其余各层均为千枚岩。该岩组是“镜铁山式” 铁矿的赋存层位。上岩组由灰—灰黑色大理岩、白云质大理岩、泥质大理岩夹粉砂质板岩及砾岩透镜体组成，厚约 4000 m。
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图1 北祁连山地质简图（据李文渊等，2005 修改）
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Fig.1 Geological sketch map of Northern Qilian Mountains (after Li Wenyuan et al., 2005&)
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图2 祁连山地区镜铁山群下岩组分布图（据中国冶金地质总局西北局五队❸，修编）
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Fig.2 The location map of Pt2jt 2-1 in Qilian Mountains area (modified from the 5th Team of China Metallurgical Geology General Administration ❸)
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2 样品概况及分析方法
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2.1 样品概况
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2.1.1 样品采集
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本次研究的 15 件样品全部采自镜铁山矿田及外围镜铁山群下岩组，其中，3 件变质石英砂岩（BDHG-1~BDHG-3）采自镜铁山检查站东北 200 m 山坡处（E: 97°57′，N: 39°15′，H: 2689 m），4 件铁碧玉岩中 2 件（HG-22、HG-23）采自黑沟矿区 3640 m 采场（E: 97°57′55″，N: 39°18′51″，H: 3640 m），另 2 件（HG-31、HG-32）采自黑沟矿区 3610 m 采场（E: 97°57′49″，N: 39°18′54″，H: 3610 m）; 5 件含铁碧玉千枚岩中 3 件（ HGH-01-1~3）采自黑沟铁矿 3745 m 采场（E: 97°58′22″，N: 39°18′42″H: 3745 m），2 件（HG-24、HG-25）采自黑沟铁矿 3625 m 采场（E: 97°57′54″，N: 39°18′56″，H: 3625 m）。 3 件（HG-28、HG-29、HG-30）黑色千枚岩采自黑沟矿区 3615 m 采场（E: 97°57′51″，N: 39°18′55″，H: 3615 m）。各样品采集位置见图3。
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2.1.2 样品岩石学特征
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变质石英砂岩:由于抗风化剥蚀能力强，野外常形成正地形，岩石呈灰白色（图4a）。变晶结构、变余砂屑结构，变余层状构造，主要由石英组成，少量绢云母、绿泥石。石英粒径在 0.1~0.2 mm 之间，含量约占 95%，呈次浑圆—浑圆状，部分石英颗粒受构造挤压应力作用呈齿状镶嵌变晶。颗粒间胶结物较少，由绢云母及少量绿泥石组成，含量约占整体 5%（图4b、c）。
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含铁质条带千枚岩:岩石呈灰绿色，沉积层理发育，富铁红色条带与贫铁浅色岩石构成互层的含铁质条带千枚岩（图4d）。镜下主要矿物为石英、绿泥石、绢云母，鳞片变晶结构，千枚状构造。石英呈粒状，粒径在 0. 05~0.1 mm 之间，与绢云母、绿泥石呈定向排列，组成 S 状劈理，含量 25%。绢云母，鳞片变晶结构，含量约 50%。绿泥石含量约 25%，它们构成 C 组构。岩性为石英绿泥绢云母千枚岩（图4e、f）。黑色千枚岩:岩石呈灰黑色，局部含铁碧玉团块，片理不发育（图4g）。主要矿物为绢云母、石英、绿泥石，鳞片变晶结构，千枚状构造。石英粒径在 0. 05~0.1 mm 之间，与绢云母、绿泥石定向排列，含量约 20%。绢云母，鳞片变晶结构，含量 50%。绿泥石含量 30%（图4h、i）。
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图3 北祁连山镜铁山矿田地质图（附采样位置图）（底图据中国冶金地质总局西北局五队❹，修编）
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Fig.3 Geological map of the Jingtieshan ore field, north Qilian Mountains (with sampling location map) ( modified from the5th Team of China Metallurgical Geology General Administration ❹)
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图4 北祁连山镜铁山地区镜铁山群岩石标本和镜下特征:（a）变质石英砂岩手标本;（b）胶结粗粒石英颗粒的胶结物已经绿泥石化（正交偏光）;（c）胶结石英颗粒的胶结物已经绿泥石化（正交偏光）;（d）含铁质条带千枚岩手标本;（ e）石英、绿泥石、绢云母定向排列（正交偏光）;（f）石英、绿泥石绢云母定向排列（正交偏光）;（ g）黑色千枚岩手标本;（ h）石英、绿泥石、绢云母定向排列（正交偏光）;（i）绿泥石（正交偏光）;（ j）铁碧玉岩手标本;（ k）铁碧玉中的板状镜铁矿（正交偏光）;（l）铁碧玉中的镜铁矿细脉（正交偏光）
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Fig.4 The photographs and microphotographs of the study samples from the Jingtieshan Group in Jingtieshan area, north Qilian Mountains: (a) metamorphic quartz sandstone; (b) chloritized metamorphic quartz sandstone ( crossed polars) ; ( c) chloritized metamorphic quartz sandstone (crossed polars) ; (d) iron-bearing banded phyllite; (e) directionally arranged quartz, sericite and chlorite (crossed polars) ; ( f) directionally arranged quartz, sericite and chlorite ( crossed polars) ; ( g) black phyllite; ( h) directionally arranged quartz, sericite and chlorite ( crossed polars) ; ( i) chlorite ( crossed polars) ; ( j) iron jasper rock; ( k) tabular specularite in iron jasper (crossed polars) ; (l) specularite veinlets in iron jasper (crossed polars)
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Q—石英; Spe—镜铁矿; Ja—碧玉; Ser—绢云母; Chl—绿泥石。 Q—quartz; Spe—Specularite; Ja— jasper; Ser— sericite; Chl— chlorite
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注:表中常量元素质量分数的单位是%; 微量元素和稀土元素中，Tm、Lu、Hf、Ta、 Tl 的单位是 ×10-9，其余均为 ×10-6。 LREE = La+Ce +Pr+Nd+Sm+Eu; HREE=Gd+Tb+Dy+Ho+Er+Yb+Lu; 下标 N 表示元素相对于球粒陨石标准化（Haskin et al.，1968）。
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化学成分变异指数
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化学蚀变指数
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斜长石蚀变指数
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化学风化指数
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式中，CaO ∗ 为硅酸盐中的 CaO 含量，不包括碳酸盐和磷酸盐等中的 CaO 含量，具体的计算方法，参见 McLennan（ 1993）或李通通等（2019）。
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铁碧玉岩:新鲜面呈红褐色，块状构造（图4j），主要矿物有铁碧玉和少量镜铁矿、菱铁矿和铁白云石（图4k、l）。
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2.2 分析方法
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本次岩石化学成分分析全部在武汉上谱分析科技有限责任公司完成。
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全岩主量元素含量分析使用仪器为日本理学（Rigaku）生产的 ZSX Primus Ⅱ型波长色散 X 射线荧光光谱仪（XRF），4. 0 kw 端窗铑靶 X 射线光管，测试条件为电压:50 kV，电流:60 mA，主量各元素分析谱线均为 Kα，标准曲线使用国家标准物质岩石系列 GBW07101-14。数据校正采用理论 α 系数法，测试相对标准偏差（RSD）<2%。
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全岩微量元素含量分析使用仪器为 Agilent 7700e ICP-MS。样品处理方法:①将 200 目样品置于 105℃烘箱中烘干 12 h; ②准确称取粉末样品 50 mg 置于 Teflon 溶样弹中; ③先后依次缓慢加入 1 mL 高纯 HNO3 和 1 mL 高纯 HF; ④将 Teflon 溶样弹放入钢套，拧紧后置于 190℃烘箱中加热 24 h 以上; ⑤待溶样弹冷却，开盖后置于 140℃ 电热板上蒸干，然后加入 1 mL HNO3 并再次蒸干; ⑥加入 1 mL 高纯 HNO3、1 mL MQ 水和 1 mL 内标 In（浓度为 1 × 10-6），再次将 Teflon 溶样弹放入钢套，拧紧后置于 190℃烘箱中加热 12 h 以上; ⑦将溶液转入聚乙烯料瓶中，并用 2% HNO3 稀释至 100 g 以备 ICP-MS 测试。
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3 分析结果
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3.1 岩石主量元素特征
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岩石主量元素分析结果见表1。从表中可以看出:3 件变质石英砂岩的 SiO2 含量分别为 96.14%、 97.36% 和 97.24%，Al2O3 含量分别为 1.67%、 1.31%和 1.11%，Fe2O3 含量分别为 0.26%、0.41% 和 0.26%，SiO2 / Al2O3 分别为 57.74、 74.26 和 87.77，K2O/ Na2O 分别为 12.67、11.91 和 13. 04。 4 件铁碧玉岩 SiO2 含量为 81.16%~90.78%，平均为 85.67%，Fe2O3 含量为 4.77%~13. 02%，平均为 10.19%，SiO2 / Al2O3 为 243.89~538. 02，平均为 430.47，K2O/ Na2O 为 0.23~1. 06，平均为 0.79。 8 件千枚岩 SiO2 含量为 52.5%~71. 06%，平均为 63.56%，Al2O3 含量为 12.39%~16.66%，平均为 14.35%，Fe2O3 含量为 1.64%~10.18%，平均为 5. 04%，K2O 的含量为 4.22%~6. 0%，平均为 5. 08%，MgO 的含量为 0.95%~5. 03%，平均为 2.46%，SiO2 / Al2O3 比较稳定，为 4.2~4.95，平均为 4.44，K2O/ Na2O 变化比较大，介于 39.74~71.57 之间，平均为 52.39。与 PAAS 相比，变质石英砂岩除了 SiO2 平均含量高于 PAAS 外，其他组分都显示出强烈的亏损，铁碧玉岩主量元素含量变化比较大，富集 SiO2 和 Fe2O3，亏损 MnO 和 CaO，其他组分都表现出强烈亏损。而千枚岩中强烈富集 MnO，略微富集 MgO 和 K2O，强烈亏损 Na2O，其他组份与 PAAS 相当（图5）。 Na2O、CaO 的亏损说明原岩碎屑中斜长石的数量较少或者碎屑在搬运过程中风化较强烈，K2O、TiO2、Fe2O3 的亏损说明碎屑中层状硅酸盐和铁镁质矿物较少（Moosavirad et al.，2011）。
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图5 北祁连山镜铁山地区镜铁山群主量元素 PAAS 标准化分布图（PAAS 来源于 Gromet et al.，1984）
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Fig.5 Diagram of PAAS normalized abundances of major elements of the Jingtieshan Group in Jingtieshan area, north Qilian Mountains (PAAS values from Gromet et al., 1984)
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对于碎屑岩来讲，其主量元素成分主要由黏土矿物决定，相对来说非黏土硅酸盐矿物对其成分的影响明显小得多（Moosavirad et al.，2011）。 Cox 等（1995）也认为岩石中氧化物含量比可用来表征样品之间的差异，粘土矿物和非粘土矿物中其他氧化物与氧化铝的比值明显不同，由此提出了用岩石化学成分变异指数（ICV）来定性界定岩石中的主要矿物组成，并且认为主要由高岭石、伊利石和白云母等黏土矿物组成的岩石，ICV<1，而 ICV >1，则代表岩石主要由斜长石、钾长石、角闪石和辉石矿物组成。本次样品中，千枚岩 ICV = 0.69~2.65，平均为 1.38。其中，含铁质条带千枚岩除 1 件样品 ICV>1 以外，其他样品 ICV<1。而黑色千枚岩 ICV = 1.96~2.65，均值为 2.32，说明含铁质条带千枚岩主要由黏土矿物组成，而黑色千枚岩则可能主要由非黏土硅酸盐矿物组成。
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Cox 等（1995） 研究还认为，岩石中 K2O/ Al2O3 值也可以作为判断岩石原始矿物成分组成的另一个指标，一般黏土类矿物中 K2O/ Al2O3 值较小（一般<0.3），而长石类矿物中 K2O/ Al2O3 值比较大（一般为 0.3~0.9）。本次测试的千枚岩 K2O/ Al2O3 值很稳定，介于 0.34~0.36 之间，同样说明岩石中除了黏土矿物外，还含有一定量的含钾矿物（钾长石、云母类）。
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3.2 岩石微量元素特征
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微量元素含量分析结果见表1，从表中可知，变质石英砂岩微量元素平均含量总体较低，除了 Sn 外，其他组分均低于 PAAS 含量; 千枚岩中微量元素平均含量总体较高，除了 Cu、Sr 和 U 外，其他组分均高于 PAAS，尤其是 Sn 和 Ba 显著高于 PAAS; 而铁碧玉岩中 Cu、Ba 和 Pb 平均含量显著高于 PAAS，其他组分平均含量均低于 PAAS（图6）。
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在微量元素 PAAS 标准化蛛网图上（图7），铁碧玉岩强烈富集 Ba、U、Pb，而亏损 Th、Rb、Nb、Ta 以及极不相容元素 Hf 和 Zr; 千枚岩相对富集 Ba、U，而亏损 Sr，Pb 含量不稳定; 变质石英砂岩富集 U，而亏损 Sr，Pb 含量没什么规律。总体看来，千枚岩和铁碧玉岩中微量元素含量变化特征非常相似，只不过千枚岩中微量元素含量高于铁碧玉岩，而变质石英砂岩中微量元素含量介于千枚岩与铁碧玉岩之间，而且变化幅度较小。
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图6 北祁连山镜铁山地区镜铁山群微量元素平均含量 PAAS标准化分布图（PAAS来源于Gromet et al.，1984）
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Fig.6 Diagram of PAAS normalized abundances of trace elements average contents of the Jingtieshan Group in Jingtieshan area, north Qilian Mountains (PAAS values are from Gromet et al., 1984)
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图7 北祁连山镜铁山地区镜铁山群微量元素含量蛛网图（PAAS 来源于 Gromet et al.，1984）
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Fig.7 Spider diagram of the trace elements concentrations normalized to PAAS of the Jingtieshan Group in Jingtieshan area, north Qilian Mountains (PAAS values are from Gromet et al., 1984)
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3.3 稀土元素特征
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稀土元素分析结果见表1，从表中可知，变质石英砂岩和铁碧玉岩中稀土元素总量较低，分别为 19.86~45.42 μg / g 和 3.21~16.88 μg / g，（La / Yb） N 分别为 0.63~0.95 和 0.38~1.12，均远低于 PAAS 值。两件变质石英砂岩的 δEu 为 0.52 和 0.58，一件为 1.17，δCe 值比较稳定介于 0.95~1. 01; 铁碧玉岩 δEu 为 0.62~2.17，平均为 1.31，δCe 为 0.70~0.98，平均为 0.89。千枚岩稀土元素总量以及轻重稀土元素含量均高于变质石英砂岩和铁碧玉岩，且与 PAAS 相当，（La / Yb） N 介于 0.47~1.79 之间，平均为 1. 06，δEu 为 0.52~1.76，平均为 0.84，δCe 为 0.84~1. 09，平均为 1. 01。在稀土元素 PAAS 标准化配分模式图上，除了铁碧玉岩显示出较明显的 Eu 正异常外，其他两种岩石都为 Eu 和 Ce 异常不明显的近水平分布（图8）。铁碧玉岩的稀土配分曲线与典型的海底热液及沉积物的曲线样式类似，可能为热水沉积产物。
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4 讨论
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4.1 原岩类型、成因及其物源
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4.1.1 原岩成因
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镜铁山铁铜矿床赋矿地层为中元古界镜铁山群下岩组，根据岩性不同，可以分为 8 个岩性段，其中第二岩性段为变质石英砂岩，第七岩性段为铁矿层，其他均为千枚岩。在变质岩原岩恢复 TiO2—SiO2 图解上（图9），3 件灰黑色千枚岩中有 2 件样品投影点落在沉积岩区，1 件样品投影点落在火成岩区，5 件含铁质千枚岩中 4 件落在沉积岩区，1 件落在火成岩区。说明镜铁山群下岩组千枚岩原岩为沉积岩，有少量火成岩，这与野外实际情况是非常吻合的; 3 件变质石英砂岩和 4 件铁碧玉岩全部落在沉积岩区，说明变质石英砂岩和铁碧玉岩原岩全部为沉积岩。
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4.1.2 原岩岩石类型
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沉积物的 Al2O3 与 SiO2 含量的关系是判别沉积物成因的重要标志之一，Wonder 等（1988）据此将 Al2O3—SiO2 岩石热水成因模式图解划分为热水区、水成区和深海沉积物 3 个区域。在 Al2O3—SiO2 岩石热水成因模式图上（图10），千枚岩样品全部落在水成区，而铁碧玉岩则全部集中在热水区，说明镜铁山群下岩组除了铁碧玉岩原岩为热水沉积成因外，其他岩石原岩全部属于正常海水成因。
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图8 北祁连山镜铁山地区镜铁山群稀土元素 PAAS 标准化配分模式图（PAAS 数据来源于 Mclenenan，1989）
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Fig.8 PAAS-normalized REE patterns of the Jingtieshan Group in Jingtieshan area, north Qilian Mountains (PAAS values are from Mclenenan, 1989)
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图9 北祁连山镜铁山地区镜铁山群变质岩原岩恢复 TiO2—SiO2 图解（底图据 Tarrey，1976）
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Fig.9 Diagram of TiO2—SiO2 restoration of resource rock for metamorphic rocks of the Jingtieshan Group in Jingtieshan area, north Qilian Mountains (after Tarrey, 1976)
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Y 和 Ho 是两种地球化学性质非常相似的稀土元素，它们在很多地质过程中具有一致的富集规律，因此，Y / Ho 比较稳定。一般火成岩和陆源碎屑沉积物中的 Y/ Ho 值比较稳定（约为 26~28），而海水的 Y/ Ho 值为变化比较大，介于 44~74 之间，并且随着海水深度的减小，陆源碎屑物的增加而减小，所以，Y/ Ho 的值可以用来示踪物源（何谋惷等，2021，2022; 李琪琪等，2021; 何雨思等，2019）。本次研究样品中变质石英砂岩和千枚岩（黑色千枚岩和含铁质条带千枚岩）Y/ Ho 值介于 25~29 之间，落在火成岩和陆源碎屑沉积物来源范围内及其附近，而铁碧玉岩 Y/ Ho 值介于 31~44 之间，介于火成岩和陆源碎屑沉积物与海水范围之间，其中两件样品落在靠近火成岩和陆源碎屑沉积物范围，另两件样品落在靠近海水来源范围（图11），说明变质石英砂岩和千枚岩主要来源于陆源碎屑物，而铁碧玉岩既有来源于火成岩和/ 或陆源碎屑沉积物，也有海水来源，可能与海底热液沉积物有关（Bau，1996）。
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图10 北祁连山镜铁山地区镜铁山群岩石热水成因模式图（底图据 wonder et al.，1988）
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Fig.10 Hydrothermal genesis model diagram of the Jingtieshan Group in Jingtieshan area, north Qilian Mountains (after Wonder et al., 1988)
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图11 北祁连山镜铁山地区镜铁山群岩石 Y—Ho 协变关系图
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Fig.11 Y—Ho co-variant diagram of the Jingtieshan Group inJingtieshan area, north Qilian Mountains
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4.1.3 沉积物物源
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大量的研究表明，碎屑沉积岩的化学成分与其源区的化学成分密切相关，因而可以用来表征这些沉积岩的源岩特征（ Poldervaart，1955; Holland，1984; McLennan et al.，1993; Roser and Korsch，1988; Hayashi et al.，1997; Cullers，2000; Kalsbeek and Frei，2010; Mishra and Sen，2010）。 Roser 和 Korsch（1988）根据岩石中稳定和易迁移元素的含量构建了双变量判别图，在双变量判别图上（图12），本次研究的 8 件千枚岩和 3 件变质石英砂岩样品全部落在石英质沉积岩区，而 4 件铁碧玉岩样品中的 3 件落在镁铁质火成岩区，1 件落在石英质沉积岩区，说明千枚岩和变质石英砂岩主要为石英质沉积岩的风化产物，而铁碧玉岩源岩主要为镁铁质岩石和石英质沉积岩。
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图12 北祁连山镜铁山地区镜铁山群页岩的物源判别图（底图据 Roser and Korsch，1988）
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Fig.12 Provenance discrimination diagram for shales of the Jingtieshan Group in Jingtieshan area, north Qilian Mountains (after Roser and Korsch, 1988)
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F1 = 0.607 × w ( A12O3) / %-1.773 × w ( TiO2) / % + 0.76 × w (Fe2O3 T) / %-1.5×w (MgO) / % +0.616×w (CaO) / % + 0.509× w (Na2O) / %-1.22×w (K2O) / %-9. 09;
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F2 = 0.445 × w ( TiO2) / % + 0. 07 × w ( Al2O3) / %-0.25 × w (Fe2O3 T) / %-1.142×w (MgO) / %+0.432×w (Na2O) / %+1.426× w (K2O) / %-6.861
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在 Hf—La / Th 图解中（图13），大部分黑色千枚岩和含铁质条带千枚岩落在长英质/ 玄武质混合源区，少部分落在上地壳长英质弧源区。而变质石英砂岩集中于下地壳的安山质岛弧源及其附近。说明千枚岩沉积物源岩既有镁铁质岩石又有中—酸性岩。
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图13 北祁连山镜铁山地区镜铁山群镜碎屑岩源区 Hf—La / Th 图解（据 Floyd and Leveridge，1987）
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Fig.13 Hf—La / Th diagram of clastic source area for the Jingtieshan Group in Jingtieshan area, north Qilian Mountains (after Floyd and Leveridge, 1987)
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Al2O3 / TiO2 值是物源组成的一个重要指标（Hayashi et al.，1997）。一般来说，正常火成岩中 Al 主要存在于长石类矿物中，而 Ti 则主要存在于橄榄石、辉石、角闪石、黑云母以及钛铁矿等铁镁质矿物中，因此，随着岩石中 SiO2 含量的增高，A12O3 /TiO2 值逐渐增大，表现为从超基性—中性—酸性岩，A12O3 / TiO2 值依次为 3~8、 8~21 和 21~70（Hayashi et al.，1997）。但对于一些超镁铁质岩来说，尽管有时它们 SiO2 含量不高，但仍有比较高的 A12O3 / TiO2 值。为了消除这种影响，查明火成岩中 SiO2 的含量，从而准确判断源岩岩石类型，就必须对样品分析结果进行校正。由于 Al 和 Ti 两种元素是稳定元素且化学性质相似，它们在风化残余物及其搬运过程中一般保持不变，因此，可以根据 A12O3 / TiO2 值，利用下列公式来获得碎屑岩源岩 SiO2 的含量（Hayaish et al.，1997）:
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图14 北祁连山镜铁山地区镜铁山群物源 TiO2— Al2O3 二元图解（底图据 Moosavirada et al.，2011）
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Fig.14 TiO2 versus Al2O3 bi-variate diagram of the Jingtieshan Group in Jingtieshan area, north Qilian Mountains (after Moosavirada et al., 2011)
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并根据校正后 SiO2 的含量来判断其源岩的岩石类型。本次研究样品经校正后获得的变质石英砂岩源岩 SiO2 含量为 68.1%~73.69%，属于长英质火成岩范围。含铁质条带千枚岩源岩 SiO2 含量为 59.97%~61.22%，落在中性岩范围，而黑色千枚岩源岩 SiO2 含量非常稳定，为 51.29%~51.63%，位于铁镁质火成岩范围。铁碧玉岩源岩 SiO2 含量变化比较大，为 61.31%~71.82%，为中性—长英质火成岩，表明镜铁山群下岩组岩石的物质来源比较复杂，既有铁镁质岩，也有中性和长英质火成岩。
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利用岩石的主量、微量元素和稀土元素还可以进一步判断源岩岩石类型（Roser and Korsch，1988; Floyd et al.，1989; McLennan et al.，1993）。
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由于源岩风化过程中，Al 和 Ti 的氧化物和氢氧化物在低温水溶液中的溶解度非常小，Al 和 Ti 一般不会发生分馏（Stumm and Morgan，1981; Yamamoto et al.，1986）。因此，河流搬运形成的碎屑沉积岩中 Al2O3 / TiO2 值与岩浆岩源岩相近。为了进一步准确判定镜铁山群的源岩类型，我们利用 Moosavirada 等（2011）提出的碎屑岩的物源 Al2O3— TiO2 二元判别图对其开展研究。在图解中（图14），黑色千枚岩的样品投影点落在辉长岩范围附近，说明其源岩可能为镁铁质岩石; 含铁质条带千枚岩投影点落在花岗闪长岩与花岗岩演化线之间，并且平行于花岗岩演化线，说明其源岩为中酸性岩石。变质石英砂岩样品投影点落在花岗岩演化线上，说明变质石英砂岩是由花岗岩风化而来。而铁碧玉岩样品投影点集中于圆点附近，落于花岗岩、花岗闪长岩与 3 份花岗岩+1 份玄武岩三类岩石演化线的交汇处，尽管据此难以准确判定其源岩类型，但样品点远离辉长岩和橄榄岩等基性—超基性岩范围，预示着其源岩可能为中性—酸性火成岩。
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图15 北祁连山镜铁山地区镜铁山群源岩属性判别图:（a）La / Sc—Co / Th 图解（底图据 Floyd et al.，1989）;（b）Zr—TiO2 图解（底图据 Hayaish et al.，1997）
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Fig.15 Discriminant diagram of source rocks for the Jingtieshan Group in Jingtieshan area, north Qilian Mountains: (a) La / Sc vs Co / Th (after Floyd et al., 1980) ; (b) TiO2 vs Zr (after Hayaish et al., 1997)
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有些高场强元素（Th、Ti、Zr、Hf 等）、过渡元素（Co、Sc 等）和稀土元素在源岩风化及沉积成岩过程中化学性质相对稳定，因此，可用于表征陆源碎屑沉积的物源类型（ Schieber，1992）。沉积岩中的 Zr、 Th、Sc、Hf、La 等微量元素具有非迁移性的特征，被广泛用来作为物源区源岩性质的指示（McLennan et al.，1993; Gu et al.，2002）。在 La / Sc—Co / Th 图解（图15a）上，铁碧玉岩样品投影点全部落在玄武岩的上部区域，预示着铁碧玉岩有较多的玄武质物质的加入，黑色千枚岩样品点落在安山岩与花岗岩之间，更靠近安山岩，说明其源岩为中性—中酸性岩。而变质石英砂岩和含铁质条带千枚岩全部落在花岗岩附近，说明它们的物源主要为花岗岩。在 Zr—TiO2 图解中（图15b），黑色千枚岩样品落在中性火山岩区域，同样说明其源岩为中性岩。含铁质条带千枚岩样品落在中性岩与长英质火成岩的界线上及长英质火成岩区岩，变质石英砂岩落在长英质火成岩区，说明它们源岩均为长英质火成岩，而铁碧玉岩则集中于原点附近，难以准确判定其源岩类型。
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现代海洋沉积物研究表明，洋中脊沉积物中 Al / Ti<7，并且有较多的海底喷发的玄武质物质的加入，而靠近大陆边缘 Al / Ti>21，主要为大陆源岩风化产物，因此 Al / Ti 是克拉通碎屑（高 A1 来自陆相黏土）与局部海底火山碎屑（高 Ti）相对贡献力的函数，同样可以用来限定沉积物物源（Bostrôm et al.，1973）。 本次研究的变质石英砂岩 Al / Ti = 9. 98~14. 09（平均为 11. 78），含铁质条带千枚岩 Al / Ti = 6. 29~6. 78（平均为 6. 47），铁碧玉岩 Al / Ti = 6. 81~12. 39（平均为 9. 15），黑色千枚岩 Al / Ti = 3. 32~3. 42（平均为 3. 37）。 上述结果说明，镜铁山群下岩组来源除了大陆源岩风化产物外，还有海底火山岩的风化产物，并且黑色千枚岩和含铁质条带千枚岩中有比较多的玄武质岩石的风化产物，而变质石英砂岩中玄武质岩石的风化产物含量明显较少（Fyffe et al.，1993）。
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4.2 古风化特征
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源岩的化学风化强度是受源岩化学成分、风化持续时间、气候条件以及大地构造等因素控制，上地壳中 75%的不稳定成分是由长石和火山玻璃构成，它们经化学风化后形成黏土矿物（ Nesbitt and Young，1984，1989; Taylor and McLennan，1985; Fedo et al.，1995）。
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图16 北祁连山镜铁山地区镜铁山群页岩 A—CN—K 图解（底图据 Fedo et al.，1995; Nesbitt et al.，1984）
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Fig.16 A—CN—K ternary diagram showing weathering trend for the Jingtieshan Group in Jingtieshan area, north Qilian Mountains (after Fedo et al., 1995; Nesbitt et al., 1984)
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A = n（Al2O3）; CN = n（CaO ∗ + Na2O）; K = n（K2O）; CaO ∗ 表示硅酸盐组分中 CaO 的含量
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A = Al2O3; CN = ( CaO ∗ + Na2O) ; K = K2O ( all in molar proporations) . CaO ∗ = CaO content of silicate fraction
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在源岩风化过程中 Ca、Na 和 K 元素被大量释放出来。因此，它们在风化壳或沉积物中的残留量是源岩化学风化强度评价的敏感指标（Nesbitt and Markovics，1997），一般认为，如果没有成岩后外来含碱质流体的改造，那么（ K2O + Na2O）和 K2O/ Na2O 被认为是评价源岩风化强度的可靠指标（Lindsey，1999; Roy and Smykatz-Kloss，2007）。很多学者利用岩石中活动和稳定元素氧化物（ Na2O、 CaO、K2O 和 Al2O3）的含量开展过岩石风化程度定量化评价研究，如 Nesbitt 和 Young（1984）的化学蚀变指数法（CIA）、Fedo 等（1995）的斜长石蚀变指数法（PIA）、Harnois（1988）的化学风化指数法（CIW）法以及 Cullers（2000） 针对富碳酸盐的硅质碎屑岩而改进的化学风化指数法（CIW）等。大量研究表明，未风化的岩石，CIA、CIW 和 PIA 值小于 50; 经历了初级风化的岩石，CIA = 50~60，PIA = 50~69; 中等强度的风化的岩石，CIA = 60~80，PIA = 69~86; 而强烈风化的岩石，CIA = 80~100，PIA = 86~100。由于 K 在风化过程中变化较为复杂，既可被淋滤，也可在风化残留物中保存下来，因此，不管是 CIA 法还是 CIW 法都难以准确表征岩石的风化强度，相对来说 PIA 法可能更准确些。
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本次研究的 8 件千枚岩 CIA 值为 70.37~71.89，平均为 71.16，PIA 值为 95.46~97.45，平均值为 96.52，CIW 值为 97. 08~98.44，平均值为 97.82，样品中三个指标均比较稳定，综合这些评价参数特征，认为镜铁山群千枚岩源岩经历了强烈程度的风化作用。
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在 A—CN—K[Al2O3—（ CaO+Na2O）—K2O）] 图上（图16），本次研究的千枚岩样品投点分布比较集中，并且非常靠近高岭石+绿泥石+三水铝石一侧。而 3 件变质石英砂岩的投影点同样靠近高岭石 +绿泥石+三水铝石一侧，但总体沿着花岗闪长岩的风化线演化，说明它们在成岩过程当中并未受到钾质交代的影响，而且源岩遭受了中等—强烈的风化（Fedo et al.，1995; Nesbitt et al.，1984）。
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4.3 沉积物成熟度与沉积环境
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众所周知，沉积岩的风化指数可以为源岩地区构造活动以及气候研究提供重要信息。一般来说，构造变动稳定和温暖、潮湿的气候有利于化学风化的进行。 Suttner 和 Dutta（1986） 提出了用 SiO2 与（Al2O3 +K2O+Na2O）二元图解来表征硅质碎屑岩形成时的气候条件。
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在古气候判别图上（图17），8 件千枚岩样品投影点全部落在半干旱的气候区，而 3 件变质石英砂岩样品的投影点则全部落在潮湿的气候条件区，说明镜铁山群早期沉积于潮湿的气候条件，而晚期则为半干旱气候条件。该套岩系是在潮湿—半干旱的气候条件下沉积而成的，这种气候条件与源岩经历了中等—强烈风化程度相吻合。
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沉积碎屑岩中 Ni、Co、V、Cr、U、Th 等氧化—还原敏感元素的含量可以用来评判沉积时的氧化—还原环境。 Jones 和 Manning（1994）认为，在氧化环境下，岩石中 Ni / Co<5 并且 V/ Cr<2。缺氧环境下，Ni / Co>7，V/ Cr>4.25，而 Ni / Co = 5~7 代表着贫氧—次氧化环境。同样，Hatch 和 Leventhal（ 1992） 认为，岩石中 V/（V+Ni）在贫氧环境下比值介于 0.46~0.60 之间，缺氧环境下为 0.54~0.72 之间。 Th / U= 0~2 代表着缺氧环境，Th / U = 2~7 为氧化环境。本次研究的千枚岩样品中 Ni / Co = 1.46~5.15，其中只有一件样品值大于 5，平均为 2.7，V/ Cr = 1.28~2.54，平均值为 1.6，Th / U = 5.50~8.6; 3 件变质石英砂岩 Ni / Co = 3.18~4.76，平均为 3.9，V/ Cr = 1.82~2.86，平均值为 2.36，Th / U = 2.84~3.28，平均为 2.88，说明变质石英砂岩和千枚岩沉积时水体总体为氧化—贫氧—次氧化环境。而铁碧玉岩中，Ni / Co = 1.56~4. 09，平均为 2.63，V/ Cr = 5.18~40.9，平均值为 15.85，Th / U= 3.16~11.25，平均为 7.55，反映当时水体环境为氧化环境。
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图17 北祁连山镜铁山地区镜铁山群 SiO2—（ Al2O3 + K2O + Na2O）古气候判别图（底图据 Suttner and Dutta，1986）
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Fig.17 Bi-variate SiO2 versus ( Al2O3 + K2O + Na2O) palaeoclimate discrimination diagram for the Jingtieshan Group in Jingtieshan area, north Qilian Mountains ( after Suttner and Dutta, 1986)
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图18 北祁连山镜铁山地区镜铁山群主量元素 K2O/ Na2O—SiO2 构造背景判别图解（ 底图据 Roser and Korsch，1988）
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Fig.18 Tectonic discrimination plots of K2O/ Na2O—SiO2 of the Jingtieshan Group in Jingtieshan area, north Qilian Mountains (modified after Roser and Korsch, 1988)
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4.4 构造背景
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不同构造环境下形成的碎屑岩具有不同的地球化学特性，因此，可以通过碎屑岩的地球化学成分分析来判断其形成的构造背景（ Bhatia，1983; Bhatia and Crook，1986; Roser and Korsch，1988）。在 Roser 和 Korsch（1988）的 K2O/ Na2O—SiO2 双变量判别图上（图18），变质石英砂岩和千枚岩样品投影点全部落在被动大陆边缘区域，而铁碧玉岩除了一件样品点落在活动大陆边缘区域外其他 3 件样品点也落在被动大陆边缘区域，说明镜铁山群沉积于被动大陆边缘的构造环境。
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同样，碎屑岩中微量元素成分也被广泛地应用于构造背景研究（Bhatia and Crook，1986; Floyd et al.，1991; McLennan，1989）。在 La—Th—Sc 图解中（图19（a）），黑色页岩和部分含铁质条带千枚岩落在大陆岛弧区域，还有一部分含铁质条带千枚岩落在大陆边缘附近，而变质石英砂岩落在大陆边缘内及其附近。在 Th—Co—Zr/ 10 图解中（ 图19（b）），变质石英砂岩全部落在被动大陆边缘，含铁质条带千枚岩主要落在活动大陆边缘与被动大陆边缘之间，黑色页岩范围比较分散，综合结果同样表明镜铁山群下岩组形成于被动大陆边缘的构造环境。
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4.5 对铁矿成矿的指示意义
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哥伦比亚超大陆是最早被发现的前寒武纪超大陆（ Zhao Guochun et al.，2004），形成于 2.1~1.8 Ga 之前，后在 1.6~1.2 Ga 发生裂解（ Pidgeon and Nemchin，2001; Rogers and Santosh，2009; Ernst and Bell，2010; Zhao Guochun et al.，2016; 耿元生等，2009），作为哥伦比亚超大陆组成部分的华北克拉通和扬子地块都参与了哥伦比亚超大陆的聚合过程（ 辛后田等，2011; 翟明国等，2014; 耿元生等，2019）。其中，华北克拉通从 1.78 Ga 左右开始裂解，一直持续到 1.3 Ga（翟明国等，2014）。扬子地块 1.75~1.7 Ga 大量发育陆内裂谷，随后伴随区域地壳拉张的不断增强，裂谷盆地发育由冲积扇、河流和海相的沉积充填序列，1.69~1.65 Ga 时期部分裂谷盆地的火山活动增强，并从裂谷盆地逐渐转化为被动大陆边缘。北祁连地块是祁连造山带内保存下来的前寒武纪破碎的块体，位于哥伦比亚超大陆内的劳伦西亚西南部，在古元古代—中元古代期间，其构造演化经历了大洋俯冲（ >1.74 Ga）、古海洋闭合和大陆碰撞（ 1.7~1.6 Ga）、大陆裂解（ 1.6~1.5 Ga）和海洋盆地形成（1.5~1.2 Ga）4 个阶段（ Liu Yixin et al.，2021）。超大陆拉张裂解过程中常伴有各种类型的非造山的岩浆作用，包括双峰式火山岩、斜长岩—微纹长辉二长岩—紫苏花岗岩—花岗岩（AMCG 组合）、环斑花岗岩以及基性岩墙群等（ Larin，2009; Hou Guiting et al.，2008; Peng Yinbiao et al.，2019），为镜铁山群的形成提供了充足的物源。
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图19 北祁连山镜铁山地区镜铁山群构造环境判别图 La—Th—Sc 图解（a）与 Th—Co—Zr/ 10 图解（b）（底图据 Bhatia and Crook，1986）
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Fig.19 Tectonic discrimination plots of the the Jingtieshan Group in Jingtieshan area, north Qilian Mountains: (a) La—Th—Sc and (b) Th—Co—Zr/ 10 (after Bhatia and Crook, 1986)
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A—大洋岛弧; B—大陆岛弧; C—活动大陆边缘; D—被动大陆边缘
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A—oceanic island arc; B — continental island arc; C— active continental margin; D— passive margin
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最新研究表明，镜铁山群变质碎屑岩沉积于 1.24 Ga 之前的中元古代蓟县纪（Yang xiuqing et al.，2015，丁振举等❺），处于哥伦比亚超大陆的裂解时期，其中变质石英砂岩源岩主要有石英质沉积岩和长英质火成岩。含铁质千枚岩源岩主要为石英质沉积岩和中—中酸性火成岩。黑色千枚岩源岩主要有石英质沉积岩、中酸性和镁铁质火成岩，它们均为正常的水成岩。与铁矿体互层产出的铁碧玉岩源岩主要为镁铁质火成岩、中性和酸性火成岩，为典型的热水沉积岩。它们形成于大陆边缘，镜铁山铁矿属于 SEDEX 型矿床，成矿物质主要来自下渗的海水在海底深部岩石中循环过程中萃取岩石中的 Fe 等成矿元素形成的成矿流体喷出海底沉积而成。矿床的形成与哥伦比亚超大陆裂解有关。
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5 结论
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通过对镜铁山铁铜矿区赋矿地层———镜铁山群下岩组变质石英砂岩、千枚岩和铁碧玉岩岩石地球化学成分研究，对其沉积物来源、古风化条件、形成的环境以及构造背景等得到了以下几点认识:
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（1）镜铁山群下岩组中除了铁碧玉岩为热水成因外，变质石英砂岩和千枚岩原岩均为正常海水沉积成因。变质石英砂岩源岩主要有石英质沉积岩和长英质火成岩。含铁质千枚岩源岩主要为石英质沉积岩和中—中酸性火成岩。黑色千枚岩源岩主要有石英质沉积岩、中酸性和镁铁质火成岩。铁碧玉岩为热水沉积岩，其物源有比较多的玄武质成分。源岩经历了中等—强烈程度的风化，千枚岩形成于远离大陆边缘氧化—贫氧—次氧化水体环境，铁碧玉岩形成于氧化的水体环境。
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（2）镜铁山群下岩组千枚岩原岩沉积于半干旱的气候条件，而变质石英砂岩的原岩形成于潮湿的气候条件，说明镜铁山群源岩沉积时从早到晚气候由潮湿变为半干旱。
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（3）镜铁山群下岩组原岩形成于被动大陆边缘。
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（4）镜铁山铁矿为 SEDEX 型矿床，矿床形成与哥伦比亚超大陆裂解有关。
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致谢:野外工作期间得到了酒泉钢铁集团镜铁山矿业公司雷永顺高级工程师、王东华高级工程师、李金平高级工程师以及彭德龙工程师、王顺霆工程师等同仁的支持与帮助。薛春纪教授审阅论文，并提出了许多建设性意见，使论文得到进一步完善，在此一并向他们表示衷心的感谢!
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注释 / Notes
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❶ 中国冶金地质总局西北局五队.2013. 甘肃省肃南县酒钢镜铁山矿黑沟铁矿区生产勘探总结报告. 甘肃嘉峪关: 酒泉钢铁集团档案馆.
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❷ 杨化洲，卢静文，姚元.1991. 甘肃省肃南裕固族自治县镜铁山铁矿床地质特征及其成因（V1）. 甘肃酒泉: 甘肃省地矿局酒泉地矿调查队.
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❸ 陈鑫.1958. 甘肃省肃南裕固族自治县镜铁山铁矿桦树沟矿区地质勘探报告. 甘肃嘉峪关: 酒泉钢铁集团档案馆.
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❹ 中国冶金地质总局西北局五队.2019. 镜铁山铁铜矿资源储量核实报告. 甘肃嘉峪关: 酒泉钢铁集团档案馆.
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❺丁振举，何谋惷，宫勇军，胡新露.2022. 镜铁山铁铜矿床成矿机理研究. 甘肃嘉峪关: 酒泉钢铁集团科技信息部资料馆.
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参考文献
-
冯益民, 何世平. 1995. 北祁连蛇绿岩的地质地球化学研究. 岩石学报, 11(增刊): 125~146.
-
葛肖虹, 刘俊来. 1999. 北祁连造山带的形成与背景. 地学前缘(中国地质大学, 北京), 6(4): 223~230.
-
耿元生, 周喜文, 王新社, 任留东. 2009. 内蒙古贺兰山地区古元古代晚期的花岗岩浆事件及其地质意义: 同位素年代学的证据. 岩石学报, 25(8): 1830~1842.
-
耿元生, 旷红伟, 杜利林, 柳永清, 赵太平. 2019. 从哥伦比亚超大陆裂解事件论古/中元古代的界限. 岩石学报, 35(8): 2299~3324.
-
何雨思, 高福红, 修铭, 许文良. 2019. 张广才岭福兴屯组的形成时代、物源及构造背景. 地球科学, 44(10): 3223~3236.
-
何谋惷, 丁振举, 魏连喜, 周腾飞. 2021. 黑龙江省太平岭地区下二叠统双桥子组岩石地球化学特征及其成矿意义. 地球科学, 46(5): 1537~1553.
-
何谋惷, 丁振举, 王翔, 万禹. 2022. 湖北鹤峰走马镇地区牛蹄塘组岩石地球化学特征: 物源、古风化、沉积环境和构造背景[J/OL]. 地球科学. https: //kns. cnki. net/kcms/detail/42. 1874. P. 20220217. 1331. 002. html.
-
李琪琪, 蓝宝锋, 李刚权, 徐尚, 刘婷, 苟启洋, 王雨轩. 2021. 黔中隆起北缘五峰—龙马溪组页岩元素地球化学特征及其地质意义. 地球科学, 46(9): 3172~3188.
-
李通通, 叶思源, 韩宗珠, 袁红明, 裴理鑫. 2019. 辽河三角洲湿地表层沉积物的风化特征及其对生物作用的指示意义. 地质论评, 65(1): 40~51.
-
李文渊, 郭周平, 王伟. 2005. 北祁连山加里东期聚敛作用的构造转换及其成矿响应. 地质论评, 51(2): 120~127.
-
刘华山, 李秋林, 于浦生, 邬介人. 1998. “镜铁山式”铁铜矿床地质特征及其成因探讨. 矿床地质, 17(1): 25~35.
-
毛景文, 张招崇, 任丰寿, 左国朝, 张作衡, 杨建民, 王志良, 叶得金. 1999. 北祁连山西段金属矿床时空分布和生成演化. 地质学报, 73(1): 73~82.
-
夏林圻, 夏祖春, 赵江天, 徐学义, 杨合群, 赵东宏. 2000. 北祁连山西段元古宙大陆溢流玄武岩性质的确定. 中国科学(D辑), 30(1): 1~8.
-
夏林圻, 夏祖春, 徐学义. 1995. 北祁连山构造—火山岩浆演化动力学. 西北地质科学, 16(1): 1~27.
-
辛后田, 赵凤清, 罗照华, 刘永顺, 万渝生, 王树庆. 2011. 塔里木盆地东南缘阿克塔什塔格地区古元古代精细年代格架的建立及其地质意义. 地质学报, 85(12): 1977~1993.
-
许志琴, 徐惠芬, 张建新, 李海兵, 朱志直, 曲景川, 陈代璋, 陈金禄, 杨开春. 1994. 北祁连走廊南山加里东俯冲杂岩增生地体及其动力学. 地质学报, 68(1): 1~15.
-
薛春纪, 姬金生, 张连昌, 卢登蓉, 刘华山, 李秋林. 1997. 北祁连镜铁山海底喷流沉积铁铜矿床. 矿床地质, 16(1): 21~30.
-
杨建民, 毛景文, 王志良, 张作衡, 张招崇. 1999. 桦树沟铁矿床成因类型及成矿机制研究. 地球学报, 20(S1): 313~317.
-
翟明国, 胡波, 彭澎, 赵太平. 2014. 华北中—新元古代的岩浆作用与多期裂谷事件. 地学前缘(中国地质大学(北京), 北京大学), 21(1): 100~119.
-
张旗, 王焰, 钱青. 2000. 北祁连早古生代洋盆是裂陷槽还是大洋盆—与葛肖虹讨论. 地质科学, 35(1): 121~128.
-
周涛发, 岳书仓. 1997. 甘肃桦树沟(铁)铜矿床的成因机制. 安徽地质, 7(2): 36~42.
-
周涛发, 岳书仓. 1999. 北祁连桦树沟(铁)铜矿床地球化学特征及成因. 地质与勘探, 35(3): 24~29.
-
左国朝, 刘寄陈. 1987. 北祁连早古生代大地构造演化. 地质科学, 1: 14~24.
-
左国朝, 刘义科, 张崇. 2002. 北祁连造山带中—西段陆壳残块群的构造—地层特征. 地质科学, 37(3): 302~312.
-
Bau M. 1996. Controlson the fractionation of isovalent trace elements in magmatic and aqueous systems: evidence from Y/Ho, Zr/Hf, and lanthanide tetrad effect. Contribution to Mineralogy and Petrology, 123: 323~333.
-
Bhatia M R. 1983. Plate tectonics and geochemical composition of sandstones. Geol. , 91 (4): 611~626.
-
Bhatia M R, Crook K A W. 1986. Trace element characteristics of graywackes and tectonic setting discrimination of sedimentary basins. Contrib. Mineral. Petrol. , 92: 181~193.
-
Boström K, Kraemer T, Gartner S. 1973. Provenance and accumulation rates of opaline silica, Al, Ti, Fe, Mn, Cu, Ni and Co in Pacific pelagic sediments. Chemical Geology, 11(2): 123~148.
-
Cox R, Lower D R, Cullers R L. 1995. The influence of sediment recycling and basement composition on evolution of mudrock chemistry in the southwestern United States. Geochim. Cosmochim. Acta, 59: 2919~2940.
-
Cullers R L, Podkovyrov V N. 2000. Geochemistry of the mesoproterozoic Lakhanda shales in southeastern Yakutia, Russia: implications for mineralogical and provenance control, and recycling. Precambrian Research, 104(1~2): 77~93.
-
Ernst R E, Bell K. 2010. Large igneous provinces (LIPs) and carbonatites. Mineral. Petrol. , 98 (1~4): 55~76.
-
Fedo C M, Nesbitt H W, Young G M. 1995. Unraveling the effects of potassium metasomatism in sedimentary rocks and paleosols with implications for palaeoweathering conditions and provenance. Geology, 23(10): 921~924.
-
Feng Yimin, He Shiping. 1995&. Research for geology and geoehemistry of several ophiolites in the North Qilian Mountains, China. Acta Geocsientia Sinica, 11(Supp. ): 125~146.
-
Floyd P A, Franke W, Shail R. 1989. Geochemistry and tectonic setting of Lewisian clastic metasediments from the early Proterozoic Loch Maree Group of Gairloch, NW Scotland. Precam. Res. , 45: 203~214.
-
Floyd P A, Leveridge B E. 1987. Tectonic environment of the Devonian Gramscatho basin, south Cornwall: framework mode and geochemical evidence from turbiditic sandstones. J. Geol. Soc. , 144: 531~542.
-
Fyffe L R, Pickerill R K. 1993. Geochemistry of upper Cambrian—lower Ordovician black shale along a northeastern Appalachian Transect. Geol. Soc. Am. Bull, 105: 896~910.
-
Ge Xiaohong, Liu Junlai. 1999&. Formation and tectonic background of the Northern Qilian orogenic belt. Earth Science Frontiers(China University of Geosciences, Beijing), 6(4): 223~230.
-
Geng Yuansheng, Zhou Xiwen, Wang Xinshe, Ren Liudong. 2009&. Late-Paleoproterozoie granite events and their geological significance in Helanshan area, Inner Mongolia: evidence from geochronology. Acta Potrologica Sinica, 25(8): 1830~1842.
-
Geng Yuansheng, Kuang Hongwei, Du Lilin, Liu Yongqing, Zhao Taiping. 2019&. On the Paleo-Mesoproterozoic boundary from the breakupevent of the Columbia supercontinent. Acta Petrologica Sinica, 35(8): 2299~2324.
-
Gromet L P, Haskin L A, Korotev R L, Dymek R F. 1984. The “North American shale composite”major and trace element characteristics. Geochim. Acta, 48: 2469~2482.
-
Harnois L. 1988. The CIW index: a new chemical index of weathering. Sed. Geol. , 55: 319~322.
-
Hatch J R, Leventhal J S. 1992. The relationship between inferred redox potential of the depositional environment and the geochemistry of the upper Pennsylvanian(Missourian) Stark shale member of the Dennis Limestone, Wabaunsee County, Kansas, USA. Chem. Geol. , 99 (1~3): 65~82.
-
Hayash K I, Fujisawa H, Holland H D. 1997. Geochemistry of ~1. 9 Ga sedimentary rocks from northern Labrador, Canada. Geochim. Cosmochim. Acta, 61 (19): 4115~4137.
-
He Yusi, Gao Fuhong, Xiu Ming, Xu Wenliang. 2019&. Age, provenance and tectonic setting of Fuxingtun Formation in Zhangguangcai range. Earth Science, 44(10): 3223~3236.
-
He Mouchun, Ding Zhenju, Wei Lianxi, Zhou Tengfei. 2021&. Geochemical characteristics and metallogenic significance of the Lower Permian Shuangqiaozi Formation in the Taiping Mountains, Heilongjiang province. Earth Science, 46(5): 1537~1553.
-
He Mouchun, Ding Zhenju, Wan Yu, Wang Xiang. 2022&. Geochemical characteristics of Niutitang Formation in Zoumazhen area, Hefeng, Hubei Province: provenance, paleoweathering, sedimentary environment and tectonic setting. Earth Science, https: //kns. cnki. net/kcms/detail/42. 1874. P. 20220217. 1331. 002. html.
-
Holland H D. 1984. Thechemical Evolution of the Atmosphere and Oceans. Princeton: Princeton University Press: 1~287.
-
Hou Guiting, Santosh M, Qian Xianglin, Lister GS, Li Jianghai. 2008. Configuration of the Late Paleoproterozoic supercontinent Columbia: insights from radiating mafic dyke swarms. Gondwana Research, 14(3): 395~409.
-
Jones B, Manning D C. 1994. Comparision of geochemical indices used for the interpretation of palaeo-redox conditions in ancient mudstones. Chem. Geol, 111: 111~129.
-
Kalsbeek F, Frei R. 2010. Geochemistry of Precambrian sedimentary rocks used to solve stratigraphical problems: an example from the Neoproterozoic Volta basin, Ghana. Precam. Res. , 176: 66~75.
-
Larin A M. 2009. Rapakivi granites in the geological history of the earth. Part 1, magmatic associations with rapakivi granites: age, geochemistry, and tectonic setting. Stratigraphy and Geological Correlation, 17(3): 235~258.
-
Li Qiqi, Lan Baofeng, Li Gangquan, Xu Shang, Liu Ting, Gou Qiyang, Wang Yuxuan. 2021&. Element geochemical characteristics and their geological significance of Wufeng—Longmaxi Formation shales in north margin of the central Guizhou uplift. Earth Science, 46(9): 3172~3188.
-
Li Tongtong, Ye Siyuan, Han Zongzhu, Yuan Hongming, Pei Lixin. 2019&. Weathering characteristics of the surface sediments and their indications for biological process in the Liaohe Delta Wetlands. Geological Review, 65(1): 40~51.
-
Li Wenyuan, Guo Zhouping, Wang Wei. 2005&. Caledonian convergent transformation and metallogenetic response in the North Qilian Mountains. Geological Review, 51(2): 120~127.
-
Liu Huashan, Li Qiulin, Yu Pusheng, Wu Jieren. 1998&. Geological characteristics and genesis of Jingtieshan-type iron—copper deposits. Mineral Deposits, 17(1): 25~35.
-
Yi Xinliu, Jin Rongwang, Liu Yiwei, Miao Xiuquan, Chen Jianlin. 2021. Evolution of the Columbia supercontinent: insights from the North Qilian Block, NW China. Precambrian Research, 366: 106424.
-
Lindsey D A. 1999. An evaluation of alternative chemical classifications of sandstones. U. S. G. S. Open File Report. 99-34: 23.
-
Mao Jingwen, Zhang Zhaochong, Ren Fengshou, Zuo Guochao, Zhang Zuoheng, Yang Jianmin, Wang Zhiliang, Ye Dejin. 1999&. Temporal and spatial distribution and evolution of ore deposits in the west sector of the northern Qilian Mountains. Acta Geocsientia Sinica, 73(1): 73~82.
-
McLennan S M. 1989. Rare earth elements in sedimentary rocks: influence of provenance and dedimentary processes. Reviews in Mineralogy, 21: 169~200.
-
McLennan S M. 1993. Weathering and global denudation. The Journal of Geology, 101(2): 295~303.
-
Mishra M, Sen S. 2010. Geological signatures of Mesoproterozoic siliciclastic rocks of the Kaimur Group of the Vindhyan Supergroup, Central India. Chin. J. Geochem. , 20: 21~32.
-
Moosavirada S M, Janardhana M R, Sethumadhav M S. 2011. Geochemistry of lower Jurassic shales of the Shemshak formation, Kerman province, Central Iran: provenance, source weathering and tectonic setting. Chemie der Erde, 71: 279~288.
-
Nesbitt H W, Young G M. 1984. Prediction of some weathering trends of plutonic and volcanic rocks based on thermodynamic and kinetic considerations. Geochimica et Cosmochimica Acta, 48(7): 1523~1534.
-
Nesbitt H W, Markovice G. 1997. Weathering of granodioritic crust, long-term storage of elements in weathering profiles, and petrogenesis of siliciclastic sediments. Geochimica et Cosmochimica Acta, 61(8): 1653~1670.
-
Pidgeon R T, Nemchin A A. 2001. 1. 2 Ga Mafic dyke near York, southwestern Yilgarn Craton, Western Australia. Aust. J. Earth Sci, 48(5): 751~755.
-
Peng Yinbiao, Yu Shengyao, Li Sanzhong, Zhang Jianxin, Liu Yongjiang, Li Yunshuai, Santoshh M. 2019. Early Neoproterozoic magmatic imprints in the Altun—Qilian—Kunlun region of the Qinghai—Tibet Plateau: Response to the assembly and breakup of Rodinia supercontinent. Earth-Science Reviews, 199(102954).
-
Poldervaart A. 1955. Chemistry of the earth’s crust. Geol. Soc. Am. Spec. , 62: 119~144.
-
Rogers J W, Santosh M. 2009. Tectonics and surface effects of the Supercontinent Columbia. Gondwana Res. , 15 (3~4): 373~380.
-
Roser B P, Korsch R J. 1988. Provenance signatures of sandstone—mudstone suites determined using discriminant function analysis of major-element data. Chem. Geol. , 67: 119~139.
-
Roy P D, Smykatz-Kloss W. 2007. REE geochemistry of the recent playa sediments from the thar desert, India: an implycation to playa sediment provenance. Chemie der Erde-Geochemistry, 67: 55~68.
-
Taylor S R, McLennan S M. 1985. The continental crust: its composition and evolution. Oxford: Blackwell Blackwell Scientifi: 1~312.
-
Schieber J. 1992. A combined petrographical geochemical provenance study of the Newland formation, Mid-Proterozoic of Montana. Geol. , 129: 223~237.
-
Stumm W, Morgan J J. 1981. Aquatic chemistry: a prologue emphasizing chemical equilibria in natural waters. John Wiley and Sons, New York, 780.
-
Sun H, Wu J, Yu P, Li J. 1998. Geology, Geochemistry and sulfur isotope composition of the Late Proterozoic Jingtieshan (Superior-type) hematite—jasper—barite iron ore deposits associated with strata-bound Cu mineralization in the Gansu Province, China. Mineralium Deposita, 34(1): 102~112.
-
Suttner L J, Dutta P K. 1986. Alluvial sandstone composition and palaeoclimate. 1. framework. Mineralogy. J. Sed. Pet. , 56(3): 329~345.
-
Tarrey J. 1976. Geochemistry of Archaean high-grade gneisses, with implications as to the origin and evolution of the Precambrian crust. In: Windley R. ed. The Early History of Earth. London: Wiley: 405~417.
-
Wonder J D, Spry P G, Windom K E. 1988. Geochemistry and origin of manganese-rich rocks related to iron-formation and sulfide deposits, western Georgia. Economic Geology, 83(5): 1070~1081.
-
Xia Linqin, Xia Zuchun, Xu Xueyi. 1995&. Dynamics of tectono—volcano—magmatice evolution from North Qilian Moutains, China. Northwest Geoscience, 16(1): 1~27.
-
Xin Houtian, Zhao Fengqing, Luo Zhaohua, Liu Yongshun, Wan Yusheng, Wang Shuqing. 2011&. Determination of the Paleoproterozoic geochronological framework in Aqtashtagh area in southeastern Tarim, China and its geological significance. Acta Geologica Sinaca, 85(12): 1977~1993.
-
Xu Zhiqin, Xu Huifen, Zhang Jianxin, Li Haibing, Zhu Zhizhi, Qu Jinchuan, Chen Daizhang, Chen Jinlu, Yang Kaichun. 1994&. The Zoulangnanshan Caledonian subductive complex in the North Qilian Mountains and its dynamics. ACTA Geologica Sinica, 68(1): 1~15.
-
Xue Chunji, Ji Jinsheng, Zhang Lianchang, Lu Dengrong, Liu Huashan, Li Qiulin. 1997&. The Jingtieshan submarine exhalative—sedimentary iron—copper deposit in north Qilian Mountain. Mineral Deposits, 16(1): 21~30.
-
Yang Jianmin, Mao Jingwen, Wang Zhiliang, Zhang Zuoheng, Zhang Zhaochong. 1999&, Genetic types and metallogenic mechanism of Huashugou Iron deposit. Journal of Earth, 20(S1): 313~317.
-
Yang Xiuqing, Zhang Zhuoheng, Duan Shigang. 2015. Petrological and geochemical features of the Jingtieshan banded iron formation (BIF): a unique type of BIF from the Northern Qilian Orogenic Belt, NW China. Journal of Asian Earth Sciences, 113(3): 1218~1234.
-
Zhai Mingguo, Hu Bo, Peng Peng, Zhao Taiping. 2014&. Meso—Neoproterozoic magmatic events and multistage rifting in the NCC. Earth Science Frontiers, 21(1): 100~119.
-
Zhang Qi, Wang Yan, Qian Qing. 2000&. The north Qilian oceanic basin of the Early Paleozoic age: an aulacogen or a large oceanic basin: a discussion with Ge Xiaohong. Chinese Jour. Geol. (formerly, Scientia Geologica Sinica), 35(1): 121~128.
-
Zhao Guochun, Sun Min, Wilde S A, Li Sanzhong. 2004. A Paleo—Mesoproterozoic Supercontinent: assembly, growth and breakup. Earth-Sci. Rev. , 67 (1~2): 91~123.
-
Zhao Guochun. 2016. Assembly, accretion and break-up of the Paleo-Mesoproterozoic Columbia (Nuna) supercontinent: records in the North China craton. Acta Geol. Sinica(Engl. Ed. ), 90 (s1): 50.
-
Zhou Taofa, Yue Shucang. 1997&. Ore-formating mechanism of the Huashugou (iron) copper deposit. Geology of Anhui, 7(2): 36~42.
-
Zhou Taofa, Yue Shucang. 1999&. Geocheminstry and metallogenesis of the Huashugou copper(iron) deposit in the northern Qilian Mountain. Geology and Prospeting, 35(3): 24~29.
-
Zuo Guochao, Liu Jichen. 1987&. The evolution of tectonic of early Paleozic in North Qilian range, China. Acta Geocsientia Sinica, 1: 14~24.
-
Zuo Guochao, Liu Yike, Zhang Chong. 2002&. Tectono-stratigraphic characteristics of continent crustal remeats in cental—western sector of the North Qilian orogen. Chinese Journal of Geology, 37(3): 302~312.
-
摘要
镜铁山铁(铜)矿床是我国西北地区发现和勘探最早的大型铁(铜)矿床。对于铁矿床的成因,目前还存在不同的观点。笔者等对镜铁山铁铜矿床赋矿地层开展了岩石学和岩石化学成分分析,结果显示:变质石英砂岩的 SiO2 平均含量为 96. 95%、Al2O3 平均为 1. 36%、Fe2O3 平均为 0. 31%,SiO2 / Al2O3 平均值为 73. 26,K2O/ Na2O 平均值为 12. 54;除 Sn 以外,其他微量元素平均含量均低于后太古宙澳大利亚页岩(PAAS) 值,稀土元素总量显著低于 PAAS 值,具有弱的 Eu 正异常,Ce 异常不明显;铁碧玉岩 SiO2 平均含量为 85. 67%、Fe2O3 平均含量为 10. 19%、SiO2 / Al2O3 平均为 430. 47、K2O/ Na2O 平均为 0. 79;除 Cu、Ba 和 Pb 平均含量显著高于 PAAS 外,其他微量元素平均含量均低于 PAAS,具有极低的稀土总量、较明显的 Eu 正异常和不明显的 Ce 异常;千枚岩 SiO2 平均为 63. 56%、Al2O3 平均为 14. 35%、Fe2O3 平均为 5. 04%,K2O 平均为 5. 08%,MgO 平均为 2. 46%,SiO2 / Al2O3 = 4. 2~ 4. 95,平均为 4. 44,除了 Cu、Sr 和 U 外,其他微量元素均高于 PAAS,尤其是 Sn 和 Ba 显著高于 PAAS。稀土元素总量与 PAAS 相当,Ce 和 Eu 异常不明显。认为镜铁山群下岩组千枚岩和变质石英砂岩为陆源石英质沉积岩和中—中酸性火成岩在半干旱—潮湿的气候条件下经历了中等—强烈的风化并在被动大陆边缘的氧化—贫氧—次氧化水体环境沉积而成,铁碧玉岩源岩主要为火成岩,形成于氧化的水体环境,为典型的热水成因。镜铁山铁矿为 SEDEX 型矿床,其形成与哥伦比亚超大陆裂解有关。
Abstract
The Jingtieshan Iron (copper) deposit is the large iron (copper) deposit discovered and explored earliest in Northwest China. There are still different views on the genesis of iron deposit. The petrological and petrochemical characteristics of the ore bearing strata of the deposit are analyzed. The average contents of SiO2 , Al2O3 , Fe2O3 , SiO2 / Al2O3 and K2O/ Na2O ratio of metamorphic quartz sandstone is 96. 95%, 1. 36%, 0. 31%, 73. 26 and 12. 54 respectively; Except Sn, the average contents of Trace and rare earth elements are lower than the Post Archaean Australian Shale (PAAS ) value, with weak Eu positive anomaly and no obvious Ce anomaly. The average contents of SiO2 , Fe2O3 , SiO2 / Al2O3 and K2O/ Na2O in the metamorphic quartz sandstone are 85. 67%, 10. 19%, 430. 47 and 0. 79; Cu, Ba and Pb were significantly higher than PAAS value; it has obvious Eu positive anomaly, and has not obvious Ce anomaly. The average contents of SiO2 , Al2O3 , Fe2O3 , K2O and MgO in phyllite are 63. 56%, 14. 35%, 5. 04%, 5. 08% and 2. 46%, respectively; SiO2 / Al2O3 is relatively stable, and K2O/ Na2O ratio vary significantly; The contents of Trace and rare earth elements are high. Most of the components are higher than PAAS value except Cu, Sr and U, and Inconspicuous Eu and Ce abnormalities. It is considered that the phyllite and metamorphic quartz sandstone of the Lower Rock Formation of the Jingtieshan Group are terrigenous sedimentary and igneous rocks, which have undergone moderate to strong weathering under semi-arid and humid climatic conditions and deposited in the oxidation—dysoxic —suboxic water environment on the passive continental margin. The iron jasper rock is formed in the oxidized water environment and is a typical hydrothermal origin. The Jingtieshan iron deposit is a SEDEX-type deposit, which is related to the breakup of the Columbia super continent.
