模式2:火山-沉积铁矿找矿模式
火山沉积铁矿是火山或火山成因铁矿的一种重要类型，与火山喷流沉积和热液活动密切相关。从广义上讲，这类矿床除了火山喷流-沉积作用外，还应包括火山喷发-沉积作用形成的矿床。本文主要研究海底火山(次火山)喷发、喷流作用和热液(主要是渗入的海水循环热液)与海水和海洋沉积物相互作用形成的铁矿床，也称海洋火山-沉积型铁矿床。该类型矿床具有规模大、矿石丰富、分布广的特点，具有相当重要的经济意义。
在全球范围内，火山-沉积型铁矿分布很不均匀，主要分布在中亚和西亚，其中最具代表性的矿床有哈萨克斯坦的图尔盖、阿富汗的哈吉加克、俄罗斯的阿尔泰-萨彦和中国云南的大红山(表1)。
表1世界主要火山-沉积铁矿床的基本特征
来源:冶金工业部信息标准研究所，1977；沈成恒等，1995
二、地质特征
1.构造背景
从大地构造位置来看，火山-沉积型铁矿床一般局限于(古)大陆板块与(古)大洋板块的结合带或洲际裂谷带发育的位置。洲际裂谷-岛弧带、褶皱带(系)或褶皱带(系)中的山间盆地或继承和叠加的火山盆地是火山-沉积铁矿床的主要产出场所。例如，萨彦成矿区位于加里东褶皱带。大(深)断裂往往控制着主要构造单元的边界，对控矿起着重要作用。例如，位于乌拉尔和哈萨克斯坦褶皱区之间的图尔盖凹陷受托尔波尔、里瓦诺夫、中图尔盖和塞瓦斯托波尔等深大断层控制，古生代褶皱基底被划分为东乌拉尔背斜、秋明-库斯坦奈奎斯特区和Upa Gan隆起等构造岩相带。秋明-库斯坦涅向斜带由西部的瓦列扬诺夫地槽亚带和东部的波洛夫地槽亚带组成。大多数铁矿床产于Valerianov向斜早石炭世的火山-沉积岩中，构成了中央矿带(图1)。
图1哈萨克斯坦图尔盖凹陷褶皱基底构造及矿床分布图(引自冶金工业部信息标准研究所，1977)
火山-沉积型铁矿一般分布在断层交汇处的火山喷发中心或火山-侵入活动中心，以及附近的火山-沉积地层或火山-侵入岩(次火山岩)中。大多数矿床直接产于不同地质年代的火山岩(沉积岩)和相关侵入体中。一方面，该火山-沉积岩系具有良好的岩浆分异特征，铁矿层常产于不同岩性火山岩的界面或层变部位。由基性向酸性过渡的火山岩最有利于铁矿的形成，成分单一的火山岩不利于成矿。另一方面，它还具有定向线性带状分布的特征，反映出地壳演化和岩浆活动受板块机制和裂谷作用的控制。
2.矿床地质学
(1)主岩
火山-沉积型铁矿床的容矿岩石为以海相火山岩为主的火山-沉积岩，与成矿有关的火山岩主要为中基性、中酸性或碱性岩石，少量以高碱度、富钠为特征的酸性岩石。如哈萨克斯坦图尔盖阿勒申铁矿床下盘由火山沉积岩系组成，具有明显的层状结构和渐变的相变特征。该岩系下部主要为石灰岩，上部为石灰岩、凝灰岩和辉石斜长石玢岩，岩系厚度大于1000m。矿床上盘由玄武玢岩组成，有凝灰岩和凝灰岩夹层，厚度500米(图2)。
图2哈萨克斯坦图尔加Aleshin矿床ⅸ-ⅸ'线剖面图(引自冶金工业部信息标准研究所，1977)。
火山-沉积型铁矿床的含矿建造一般为火山-碳酸盐建造、硅质页岩建造、长英质麻粒岩建造和碧玉铁矿建造。在寒武纪以后的火山-沉积型铁矿床中，火山-碳酸盐建造最为常见，如甘肃镜铁山火山-沉积型铁铜矿床。
(2)矿床(体)的形态和特征
火山-沉积型铁矿床形成于地槽发展的早期裂谷阶段，强烈的火山喷发和喷气活动将有益组分输送到有利于成矿的海底盆地。可见，成矿物质与火山-侵入活动有直接关系，大多具有明显而广泛的蚀变特征。矿床的成矿作用多发生在火山喷发的间歇期，火山喷发的多期性使这类矿床具有多层性。如阿尔泰山地区铁矿层产于下伏角斑岩和石英角斑岩与上覆石英斑岩之间的浅海凝灰岩和碳酸盐岩层中；图尔盖凹陷大部分层状矿体位于上、下玢岩之间的凝灰岩和凝灰岩层中。
火山-沉积(次火山)作用形成的矿床主要分布在火山喷发中心附近，特点是火山岩厚，熔岩多，常有许多粗粒的火山碎屑岩，如火山角砾岩，甚至火山集块岩，有时还有次火山侵入体。矿床的大小往往与火山岩系的厚度成正比。一般来说，火山岩系厚度越大，矿床规模越大。矿床主要产于喷发的熔岩、火山碎屑岩、次火山岩或次火山岩与围岩(次火山岩)的接触带及其附近。
矿体的层控特征明显，以层状和似层状为主，厚度从几米到几百米不等，从几百米延伸到几千米。含矿地层一般表现为自下而上的还原氧化环境条件的变化。一般煤层与围岩呈整体接触，但由于古海底火山地貌或构造作用的影响，部分煤层与底板呈不整合接触。矿层通常在火山爆发沉积旋回中形成。如甘肃镜铁山桦树沟铁铜矿的含矿层位于火山喷发沉积旋回上部复理石状细碎屑岩建造的千枚岩状碳、硅、钙、铁岩石中。含矿地层下部有菱铁矿层，上部有工业铁矿层。铁矿层与岩层同步褶皱，7个矿体(带)以复合向斜状反复出现(图3)。
图3中国镜铁山桦树沟铁铜矿区地表矿体分布示意图(引自刘华山等，1998)。
(3)蚀变矿化分带特征
在含矿的火山-沉积地层中，往往以碳酸盐岩为主，硅质岩较多，靠近矿石的岩石一般具有明显的碱交代特征，以钠为主，钾次之。例如，图尔盖矿区Salbai矿床的最大含矿层是一套沿Valery Yanov次带分布的早石炭世火山-沉积岩层，它是安山岩玢岩、凝灰岩、凝灰岩角砾岩、凝灰岩、石灰岩、砂岩和凝灰岩砂岩的交替层(图4)。矿区存在成矿前、成矿中、成矿后三期断裂，原岩蚀变也具有三期特征。其突出特征是普遍发育含氯的钠绿柱石，表明有强烈的交代作用。而且，各种类型的交代岩都有分带分布规律。从侵入体(次火山岩)接触带开始，东西向水平分带为:黑云母-钠长石-红柱石交代岩；石榴石和辉石-石榴石矽卡岩；层间矽卡岩、矿石、红柱石交代岩和矿化矽卡岩；矽卡岩和红柱石-辉石交代岩；辉石矽卡岩和角闪石；辉石斜长石角闪石；角闪石和钠长石化凝灰岩和凝灰岩。相应地，岩石蚀变分带自东向西依次为钠长石化、葡萄石化、沸石凝灰岩、凝灰岩，逐渐变为辐射化、绿泥石化火山碎屑岩，然后是矿化带，由矿石和矿化的绿帘石-阳起石交代岩组成，但外面是同样的交代岩，只是没有矿化，然后是不同程度的绿帘石化、辐射化、葡萄石化、沸石凝灰岩、凝灰岩。
从国内外矿床实例看，火山-沉积型铁(铜)矿床的成矿背景和一般特征与黄铁矿型铜多金属矿床相似，具有相似的双层结构分带模式，只是火山-沉积型铁(铜)矿床上部为层状“红矿”(赤铁矿、磁铁矿、镜铁矿、菱铁矿)和含铁硅质岩、碧玉、重晶石，相当于氧化物矿床；下部为浸染状铜矿，含一定量块状“黄矿”(黄铁矿、黄铜矿)和碳质细碎屑岩(含凝灰岩)，相当于块状硫化物矿床；中部是过渡带，存在硫化物矿床和氧化物矿床，但通常不明显。这种双层结构模式显然是地壳演化过程中不同阶段构造-岩浆活动的产物。除垂直分带外，水平分带也很典型，即随着离火山口距离的增加，依次出现块状硫化物矿床、硫化物和氧化物矿床、氧化物矿床。
图4哈萨克斯坦图尔盖矿区萨尔拜矿床古生代杂岩组合示意图(引自沈成恒等，1995)
(4)矿石矿物组合和结构。
火山-沉积型铁矿的矿石矿物主要有赤铁矿、菱铁矿、镜铁矿、磁铁矿、黄铁矿和褐铁矿。在次火山铁矿中，典型的矿物组合是红柱石(钠长石)-磷灰石-透辉石(阳起石)-磁铁矿。该矿物组合具有明显的钠质卷吸作用，表现为钠长石化、钠质角闪岩化和钠质光泽化。红柱石的形成通常与基性次火山岩有关，磷灰石和透辉石可在各种次火山岩中形成。
铁矿要么与火山-沉积围岩一起沉积，要么在有利的构造位置和岩性条件下，由火山气液充填交代形成。这类矿床中有许多伴生组分，包括磷、钒、锰、铜、铅、锌、硫和稀土元素。其中，锰是火山-沉积铁矿的主要伴生组分。如阿塔苏矿区，锰矿床产在铁矿床边缘，铅锌矿床产在铁矿床上方。
矿石结构以半自生粒状结构、叶状结构为主，偶见残余鲕状结构；最常见的构造是条带状和条纹状构造，其次是块状构造、浸染状构造和角砾岩构造。
(5)成矿时代
火山沉积铁矿产于元古代至新生代，但主要产于古生代之后。如表1所示，我国除大红山、镜铁山火山-沉积型铁(铜)矿床产于元古代外，其他典型矿床产于古生代，以泥盆系-石炭纪最为集中。
三。矿床成因及找矿标志
1.矿床成因
火山-沉积型铁矿床主要有两种成因模式:一种是火山喷发和沉积作用；另一种是次火山成矿作用，即矿体由早期火山沉积成矿作用和晚期次火山成矿作用相互作用形成。前者形成的矿体位于火山活动中心附近或稍远一点的地方，铁可以运出一定的距离。含矿岩系为火山-沉积岩系。矿床一般具有沉积矿床的地质特征，规模以大为主。矿床中有贫矿体和富矿体，但大部分是富矿体。后者与次火山岩有关，热液交代和充填明显，并伴有强烈蚀变，故矿床具有火山沉积型和交代型两个特征。
火山喷发沉积成矿模式:一般来说，火山喷发(喷流)沉积及其热驱动的海水对流是该模式的主要成因机制(图5)。其主要表现为“内生外生(沉积)”，即成矿物质由火山作用从地球深部带入，而矿体或矿石则由海底沉积(主要是化学沉积)形成；含矿流体经历了从封闭环境到开放环境的突变，矿石形成于物理化学条件突变的位置，而这一位置在裂谷拉张的构造背景下最为常见。火山作用不仅是促进含矿流体迁移的重要因素，而且可以创造高热流环境。强烈的地热异常可以促进渗透海水的对流循环。在对流循环过程中，海水不仅可以从海底地层中浸出金属并将其转化为成矿溶液，还可以从下伏地层中浸出硫。海水携带的硫酸盐还可以被深部还原物质还原成H2S、HS-或S2，为成矿物质的迁移和沉积创造了条件。当这种富含金属元素和硫的高盐度热液流体在热驱动下上升到水-岩界面时，由于快速的压力下降和浅层循环水的混合，热液系统的物理化学条件发生了根本的变化。热液沉淀导致大量成矿物质聚集，从而在火山喷发-沉积岩层下部形成细脉浸染状铜矿，在火山-沉积岩层上部形成层状或条带状贱金属或铁矿，形成典型的双层结构模式。在火山喷发和沉积过程中，海底同生断层控制着障壁槽的延伸和火山沉积盆地的分布，以及成矿热流体的来源和侵位机制。矿床有规律地分布在火山活动中心、火山机构和气孔周围。
图5火山-沉积型铁矿成矿模式(引自裴，1995)
在后期的地质过程中，部分矿床会经历一系列由次火山岩引起的热液交代和充填作用，使矿床表现出火山沉积和交代作用两种特征，即次火山岩成矿模式。同时，成矿后的剥蚀和表生氧化也会引起矿床浅部矿石矿物的一些变化。
此外，关于火山-沉积型矿床形成的有利时机，一般认为这类矿床主要与火山活动后期的喷流-热液作用有关，火山活动间歇期和火山活动性质发生变化(如由基性变为酸性)的时期特别有利于火山-沉积型矿床的形成。
2.找矿标志
(1)区域地质找矿标志
1)(古)大陆板块与(古)大洋板块的结合带或洲际裂谷带是火山-沉积型铁矿床发育的有利构造环境，如洲际裂谷-岛弧带、褶皱带(体系)或褶皱带(体系)中的山间盆地、继承性或叠加性火山盆地等。
2)区域性大断裂及其交汇处是火山-沉积铁矿成矿的重要场所。
(2)地方地质找矿指标
1)火山喷发中心或火山-侵入活动中心及其附近的火山沉积地层或火山-侵入岩是火山-沉积铁矿成矿的有利部位。
2 )(层状氧化物型)铁矿和(块状硫化物型)铜矿的* * *(伴生)特征是该类型矿床的重要找矿标志，即在火山-沉积型铁铜矿分布区，铁和铜矿可以按照“上铁下铜”的双层结构模式和“近(火山口)铜、远(火山口)铁”的可能成矿模式相互寻找
(3)含矿地层找矿标志
1)厚度大、分异好、碱钠含量高的火山岩系有利于形成大矿和富矿，特别是火山岩-碳酸盐岩系。
2)火山喷发熔岩、碎屑岩、次火山岩或次火山岩与围岩的接触带及其附近是矿床赋存层位的重要标志。
3)基性、中基性、中性、中酸性、酸性火山岩均可成矿，但岩性发生变化(如基性向酸性分异)的界面或变层部位是有利的成矿标志层位。
4)矿层附近常有铁矿化的迹象。例如，在俄罗斯孔多姆矿带的塞勒姆矿床铁矿床下盘的凝灰岩中有浸染状赤铁矿，岩石呈玫瑰色(图6)。
(4)蚀变矿化找矿标志
1)在由铁矿床和铜矿床组成的双层构造模式中，含铁硅质岩、红宝石和重晶石岩是含矿地层最重要的标志，而硅化、绢云母化、绿泥石化、碳酸盐化、重晶石和黄铁矿化是成矿的重要标志。
2)后期铁矿的次生蚀变可能形成褐铁矿化迹象，如果伴有硫化物，局部还可能出现黄钾铁矾和石膏。
3)铁铜矿体和铜矿体可形成由次生铁锰帽、黄钾铁矾、孔雀石、蓝铜矿和石膏组成的色带。
4)孔雀石、褐铁矿、黄铁矿和黄铜矿的组合是寻找火山-沉积型铁铜矿体最直接、最可靠的标志。
5)蚀变岩往往有明显的分带现象。CaO和Na2O含量向矿体方向明显减少，而K2O和MgO含量普遍增加。
6)金属矿化分带明显。除Fe和Cu的“双层结构模式”外，Fe和主要伴生元素Mn常呈条带状分离分布，这在垂直方向或水平方向尤为明显。例如，在底部矿体中，锰含量一般较低，而在上部矿体中，锰含量一般较高。
(5)地球物理勘探标准
与其他类型的铁矿床一样，火山-沉积型铁矿床通常具有较高的重磁异常。重力和磁法是最有效的地球物理方法。
图6俄罗斯阿尔泰山地区汗多姆矿带沙勒姆矿床X-II剖面图(引自冶金工业部信息标准研究所，1977)。
有些火山岩虽然磁性弱，但还是和磁铁矿不一样。国内外许多火山-沉积型铁矿都是用磁法发现的。如1959，航磁测量发现云南大红山铁铜矿磁异常，最大超过500nT，异常范围300km2。异常区出露变质火山岩。当时推断是中酸性侵入岩造成的，其实是大型铁矿。航磁异常由三级异常叠加而成，其中二、三级异常为矿物异常，一级异常由火山岩引起(图7)。此外，我们还可以利用磁法、重力和航空地质来研究火山机制。
图7中国云南大红山铁铜矿床C-C '综合剖面图(引自刘士毅，2007)。
一些火山-沉积型铁矿床可能形成于地表附近，也可能由于氧化作用常以赤铁矿矿床或假赤铁矿的形式出现，如俄罗斯阿尔泰山地区的赤铁矿矿床。对于这种矿床，重力测量是最有效的。
(6)地球化学找矿标准
1)轴向分带标志:火山-沉积型铁矿床往往具有明显的地球化学轴向分带特征。如魏民等(1998)采用标准化丰度法，得到不同海拔高度元素的标准化丰度和元素组合，将云南大红山铁铜矿床原生晕划分为前带、上带和中段。前区的典型元素组合为Na-Ti-Zn-Pb，上区为K-Ba，中间区为Fe-Cu-Ag-Au-Co-Cr(图8)。
图8云南大红山铁铜矿床地球化学轴向分带模型(引自魏民等，1998)。
2)水平分带标志:也可能在水平方向上呈现地球化学分带特征。如表2所示，在云南大红山铁铜矿床中，外带典型元素组合为铜镍和钠钛，内带正好相反，典型元素组合为铅锌、铬钴铁和金银。
表2云南大红山矿区地球化学水平分带中元素丰度对比
资料来源:魏民等人，1998。
表中单位:铁、钠、钾含量为%，金为10-9，其余为10-6。
3)含矿地层元素组合标志:含矿地层中Cu、Pb、Zn、Au、Hg、Sb、As、Bi、Ce、Ba、S等元素组合是火山-沉积型铁铜矿床的重要找矿标志。