模型四 层状型铬铁矿矿床找矿模型
矿床模型是针对某一类型成矿系统经整理归纳后建立的一套描述或反映其基本特征信息的集合（或文字或图表）。矿床模型的建立是源于对成矿系列和典型矿床的深入研究，而又随着研究工作不断深入逐渐完善，并且随找矿实践又不断丰富，以达到全面反映矿床形成的全过程。建立矿床模型是对传统认识的践行，即从经验性资料出发、分析研究和成矿客观规律的总结，上升至理论，再去指导实践。
任何一种矿床成矿模型的建立，仅代表对研究对象的深化，而不是认识的终结，更不是束缚人们认识与实践的桎梏。建立矿床模型是推进成矿作用研究和指引矿产勘查的一种形式。矿床模型建立是一个不断认识、完善的过程。
20世纪80年代以来，国内外出现了许多涉及成矿系列与单个矿床的成矿模型和找矿标志的文献，总结了对矿床模型的研究取得的重大进展和因此而带来的找矿突破，即在已知矿床外围或已知矿体深部发现了一批新矿床或隐伏矿体，丰富和拓宽了矿床模型研究的视野和内容。
陈毓川、翟裕生和赵一鸣等（1979，1985，1987，1992，1994）曾对我国成熟的成矿模型进行了总结；施俊法、唐金荣、周平和金庆花等编译出版了国外50余个矿床的找矿模型（2010）；陈平和陈俊明（1996）通过对山西不同成矿区带典型矿床的剖析，分别建立了山西主要成矿区带成矿系列及成矿模型。所有这一切工作成果，为在晋东北地区开展中生代岩浆热液型多金属矿床成矿规律研究和开拓找矿思路提供了依据。
晋东北地区于中生代，在太平洋板块构造动力作用下，滨西太平洋区域内形成以北西向构造为主的一系列褶皱-断裂带，同时在继承古构造形迹基础上，又发育有北东向断裂构造。在两组断裂构造交切部位，过渡性地壳同熔型岩浆活动形成一系列中酸性—酸性浅成-超浅成侵入岩和次火山岩系复合杂岩体（群、带）。由于构造多期活动，使已成岩体发生断裂，给岩浆期后残余气水溶液的运移提供了有利通道。这些气水溶液在运移过程中，浓度不断增高的富含成矿物质气水溶液，在与围岩接触交代蚀变过程中，又从围岩中萃取 Mo、Cu、Pb、Zn、Au 和 Ag 等多金属元素和K、Na等碱性成分，使溶液由酸性渐变为碱性，pH 值进一步升高；随温、压条件逐渐降低，流体发生沸腾，CO2和 H2S 逸出，不同成矿元素分阶段从络合物中分解析出，在岩体冷却裂隙、岩体边部、爆破角砾岩筒和围岩中的各种构造裂隙、破碎带中分解析出，继而在有利部位沉淀成矿（图5 -1）。
此成矿模型主要强调下列特点：
1）此成矿系列主要分布在燕山台褶带内部以及与五台山—恒山台隆两个构造单元接界附近。在太平洋板块构造动力驱动下，形成近等间距展布的4个北西向构造断裂-岩浆活动带。在太行次级构造断块北缘沿大同—阳原基底断裂形成天镇—阳高构造-岩浆活动带，为中生代岩浆活动和岩浆期后残余热液的运移提供了有利通道。
2）过渡性地壳同熔型中酸性—酸性浅成—超浅成侵入体与次火山复合杂岩体是成矿作用的主导因素。成矿物质除源自岩浆残余热水溶液之外，还有在运移途中通过与围岩接触交代蚀变，从围岩中萃取Mo、Cu、Tb、Zn、Au和Ag等成矿组分。因此，拥有双重矿源特点。
3）在一定范围内或矿床中，不同元素、不同矿物和不同矿石建造在空间上显示规律性垂直分带和水平分带。不同类型矿床既有一定差别，又有一定内在联系，从而构成与中生代中酸性—酸性浅成—超浅成次火山复合杂岩体有关的成矿系列。复合杂岩体上部及内外接触带，将是斑岩型和矽卡岩型钼、铜、金矿床的成矿部位，岩体外围是岩浆热液充填交代多金属矿床可能出现的范围。矿田或矿床分布范围基本不超出重、磁垂向二阶导数上延零值线圈定的隐伏岩体范围，或由岩体侵位形成的热晕环带低温线范围。并且，岩体倾伏端和构造封闭部位，往往是矿床（体）最佳赋存部位。空间上，岩体呈群、矿化呈片集中分布在延拓高度大于3 km的早期北东向、晚期北西向和南北向重磁解释构造线交汇部位。
图5-1 晋东北地区中生代次火山岩浆热液型多金属矿床成矿模式图
燕山期中酸性—酸性复合岩体：1—花岗斑岩；2—花岗闪长斑岩；3—石英斑岩、长石石英斑岩；4—隐爆角砾岩及隐爆角砾岩筒；5—侵位前的导岩断裂和侵位过程中的导岩断裂；6—矿床或矿体；7—不同矿床的成矿部位：①伯强式细脉浸染型铜、钼、金矿床；②太那水式（包括刁泉铜金矿床，茶坊铁、金矿床，刘庄铁、金、多金属矿床等）；③耿庄式（包括庄旺、古道沟金矿，铁塘硐铁、金矿，蒿地堂多金属矿等）；④太白巍山式银、银锰矿床及附近的一系列金、银矿床（点）；⑤义兴寨式（包括辛庄金矿床及东长城、冉庄和寨东沟、耿庄—马家岔等一系列金矿点）；⑥高繁式银、金矿床；⑦远成热液铅、锌、银、金矿脉
4）与多金属成矿作用关系密切的岩体，常为分异良好的浅成—超浅成侵入体与次火山复式岩体。中深成相和岩性单一的壳源型酸性侵入岩系列极少与多金属成矿作用有关。分异良好的浅成相石英闪长岩-花岗闪长（斑）岩-花岗斑岩-石英斑岩和正长辉长岩-正长闪长岩-正长花岗岩-石英二长岩-石英正长岩两个组合（系列），是与多金属矿床成矿关系密切的侵入岩系列。早期高温热液阶段往往形成细脉浸染型与矽卡岩型铁、铜、钼矿床，中后期中低温气水热液与铜、铅、锌、锰、金和银矿床形成关系密切，少数地区还出现丰度很高的Sb、As、Hg等元素分带异常。花岗闪长岩-英安斑岩-隐爆角砾岩属超浅成次火山相，封闭条件差，常成为热液充填交代蚀变矿化岩石。壳源型中深成相花岗闪长岩-二长花岗岩-黑云母花岗岩系列不利于多金属矿床的形成，但是它却常伴有铌、钽、铀矿化。在以闪长岩为主的复合岩体四周，往往形成Fe⁃Au或Fe⁃Au⁃Cu矿化元素异常组合；在以花岗闪长岩为主体的复合岩体周围，形成Cu⁃Fe⁃Au、Cu⁃Mo⁃Au和Cu⁃Ag⁃S矿化元素组合。在以花岗斑岩-石英斑岩为主体的复合岩体四周，常形成Ag⁃Mn⁃Pb⁃Zn 矿化元素组合。
5）多金属矿床对围岩地层的依赖性不明显。下自中太古代深变质岩，上至侏罗纪火山岩，均可成为热液多金属矿床的赋矿围岩。但是，因各类构造裂隙是控矿要素，所以，矿床类型常以充填交代型为主，对接触交代型矽卡岩型矿床来讲，显然是钙镁碳酸盐岩较其他岩性更为有利。
6）深大构造断裂破碎带为导岩重要通道，次级派生断裂及古老变质岩中的滑脱裂隙常是良好的赋矿场所。控岩构造具有先成早断裂和滨西太平洋构造域构造系统的双重特点。宏观上看，北西向与北东向主干断裂交汇部位是区域性导岩与储岩构造。虽然有NNE、NNW、NEE和NWW4组呈带状分布的构造断裂系统，但却以NNW向为主通道。在主干断裂与次级断裂交汇部位，断裂面由陡变缓和断裂两侧常是矿化集中出现的部位。从矿区范围看，容矿构造多数也受浅成—超浅成侵入体叠加改造，不少矿体赋存在次火山岩体原生冷凝裂隙、接触带、火山角砾岩带以及隐爆角砾岩筒中。导岩的区域性北东向主干断裂经历了长期复杂的演化过程。时间上，经五台期→吕梁期→燕山期的不断继承演化；性质上，从早期韧-脆性→晚期的脆性变形演化；方向上也有从五台期北东向转变为吕梁期北西向→燕山期北西和北东向断裂的承生演化。即便是燕山期浅部脆性断裂具有由张扭→压扭→张扭性的演化过程。这种演化使成矿空间由充填-破碎→扩展→再充填的变化，从而产生脉动成矿。
7）成矿母岩体常具多旋回性，所以成矿作用也是多阶段性的：早-中期阶段，Au常伴生在Cu⁃Fe⁃Mo矿体共生组合中，且以伴生形式出现；至热液阶段才开始形成独立岩金矿体；岩浆活动后期进入中低温热液阶段后，为 Au、Ag、Pb、Zn和 Mn等多金属的主成矿期。从平面上看，矿床（点）往往以成矿岩体为中心具有一定的水平分带现象。在岩体内外接触带常形成细脉浸染型和矽卡岩型 Mo、Cu矿化（滩上、伯强、刁泉）、Fe矿化（太那水、茶坊、义兴寨和刘庄）、伴生金；从接触带至远离岩体，矿化类型依次为充填交代型（构造蚀变岩型）Cu⁃Au、Ag、Ag⁃Pb⁃Zn⁃Au⁃Mn；远离岩体中心的为充填型中低温脉状Pb⁃Zn元素组合（太那水矿区外围和太白巍山十八盘等远成矿床）。从垂深方向看，与浅成—超浅成相复合岩体密切相关的金矿化常为伴生型金矿化，如Cu⁃Au、Mo⁃Au、Fe⁃Au组合，Au与高温成矿元素伴生；与超浅成相次火山岩有关的金矿化为Au、Ag、多金属元素矿化组合。金成色不高；灵丘县太白巍山支家地大型银矿床和小青沟—流沙沟大型银、锰矿床形成温度更接近地表。控制矿床分带的因素很多，如成矿元素的地球化学特征、距离成矿岩体的远近和垂向分带、围岩性质、构造裂隙性质与发育程度、不同的矿化阶段、成矿温度和压力变化及矿床形成深度等，而且，在热液矿床中的矿床分带现象又非常复杂。认真分析和深入研究岩浆热液矿床及异常元素分带，将是矿产勘探和成矿预测的重要方法之一。
8）近地表的热液化学反应为：流体从矿源向外围迁移，与就近的围岩发生化学交代反应，随温度和溶解度降低，形成的离子络合物从溶液中沉淀出金属矿物；近地表处热流体与氧化能力较强的地下水混合，或因压力降低，引起沸腾，成矿物质沉淀。
9）各种热液蚀变发育在构造岩或钙镁碳酸盐岩易于交代的背景上。常见蚀变有硅化、钾化、碳酸盐化、黄铁矿化、绢云母化、高岭土化与褐铁矿化等，少见青磐岩化。蚀变岩常是矿体的组成部分，因此，也是重要的找矿标志之一。
10）含金石英脉的矿物组合复杂，中低温金属硫化矿物不同程度出现。常见低温条件下产生的胶体结构和低压条件下形成的角砾状、梳状构造及网状脉带。因较陡的温度梯度，常形成高、中、低温度矿物的共生现象。
11）从已知资料看，本地区此类矿床的矿体规模小、形态复杂、厚度和品位变化大，且常见“风暴品位”。多金属硫化物共生现象十分普遍。太白巍山矿床中锰矿体是这个成矿系列中少见的共生组合。
12）在晋东北地区，中生代岩浆热液矿床中也不乏大中型矿床，如阳高县堡子湾金矿床、繁峙县义兴寨金矿床、伯强铜钼矿床和灵丘县太白巍山银锰矿床等。对每个矿集区通过综合分析研究和必要投入，定会促成新的找矿突破，其中寻找斑岩型铜、金、钼等多金属矿床应为主攻目标。
自20世纪70年代以来，国内外许多学者在深入研究岩浆热液型多金属矿床地质特征的基础上，已经建立了许多成矿与找矿模型；学习与借鉴这些成矿与找矿模型，对于我们开展老矿山深部和外围找矿，已成为找矿突破战略行动的捷径。自开展这项工作以来，通过综合研究和成矿预测，在甘肃早子沟金矿、新疆维权银铜矿、河南上宫和老湾金矿、四川拉拉铜矿和青海什多龙铅锌矿区等许多老矿山深部和外围都相继发现了新工业矿体，新增储量有望达到大、中型规模。
成功的成矿与找矿模型能够反映矿床形成四维空间成矿作用演化规律以及各个阶段在不同空间部位的产物。找矿实践已经证明或正在证明，成矿模型研究是理论指导找矿的重要桥梁，对从整体上研究隐伏或外围矿床赋存部位，制定合理勘查战略与选择最佳找矿手段，对提高地质找矿的科学性有重要意义，同时也是多、快、好、省的一种找矿方法。
J.D.Lowell等（1970）在对美国圣玛纽埃—卡拉马祖等27 个斑岩铜矿研究基础上，总结出经典斑岩铜矿蚀变分带模型（图5-2和图5-3）。他指出，斑岩铜矿的热液蚀变通常有一个钾蚀变核心，向外依次出现同心圆状石英绢云母化、泥化和青磐岩化。这种模型适用于含矿岩体多为石英二长岩的范围，因此，也称“二长岩模型”。
V.F.Hollister等（1970）提出的“闪长岩模型”中的蚀变分带通常只有一个钾蚀变核心，周围是青磐岩化蚀变。这种蚀变只适用于闪长岩有关的斑岩铜矿。铜矿化在“二长岩模型”的石英-绢云母化蚀变中特别发育，而在“闪长岩模型”中铜矿化只在钾化带及其周围青磐岩化的蚀变带中出现。
图5-2 美国圣玛纽埃—卡拉马祖矿床蚀变分带图
（据周平等，2010）
图5-3 美国圣玛纽埃—卡拉马祖矿矿化分带示意图
（据周平等，2010）
边缘矿化带包裹在黄铁矿矿带中
Silltioe（1979）通过对前南斯拉夫和罗马尼亚斑岩铜矿的研究后，在欧洲铜矿工作会议上，根据喀尔巴阡—巴尔干矿带斑岩铜矿床地质特征，提出了“喀尔巴阡—巴尔干斑岩模型”（图5 -4）。这是一个“四位一体”的复合矿体模型，即①斑岩体内的斑岩铜矿（含铜0.45%～0.60%，Au和 Mo很少）；②含矿岩体与中生代碳酸盐岩地层接触带出现的矽卡岩型铜矿床，含铜品位增高；③在中生代碳酸盐岩地层中交代成因的铅锌矿床；④在上部与斑岩体同期同源火山岩盖层中，同生成因的块状硫化物矿床（黑矿型）。这个模型的成矿斑岩体为石英闪长斑岩、石英二长闪长岩和花岗闪长岩，围岩为同源同期的安山岩与凝灰岩等。热液蚀变有钾长石化、绢云母化、青磐岩化和硅化等。该模型主要包括上部火山岩中的块状硫化物矿床和下部斑岩体内的斑岩型铜矿床。
图5-4 斑岩铜矿喀尔巴阡—巴尔干模型
（据施俊法等，2010）
1—石英闪长斑岩；2—安山质火山岩；3—石灰岩；4—变质基底；5—强泥岩化；
6—石英绢云母化；7—钾硅酸盐化；8—含硫砷铜矿的块状硫化物矿；9—铅锌交代矿；10—含铜矽卡岩矿
在欧洲一些国家，利用此模型在前南斯拉夫莫克地区硫砷铜矿、铜蓝和黄铁矿块状硫化物矿体的下部，找到了该成矿系列深部的斑岩铜矿体。
在匈牙利的雷克斯克硫砷铜矿-锑硫砷铜矿块状硫化物铜矿体之下600 m深处，也发现了斑岩铜矿体。该矿山是具有160余年采金的老矿山，经1959年综合研究和4个深钻孔验证，发现了铅、锌矿的富集显示，后来又施工12个钻孔，才发现低-中品位的斑岩铜矿。其实，在过去石油钻孔中就已经遇到铜矿化，只是没有从成矿系列与找矿模型理论去认识，直到1968年才察觉到在深部可能有斑岩型铜矿时，才开始大规模勘探，从而发现了这个隐伏的斑岩型矿床，并摸清了较富的伴生矽卡岩矿。
Sillitoe（1991）通过对智利金（铜）矿床地质特征的研究总结，建立了斑岩铜矿成矿系列与浅成低温热液成矿系列垂直叠置模型（图5-5）。该模型的实质是，智利的高硫化浅成低温热液型金矿化往往发育在以侵入体为中心的斑岩型矿化的上方，而低温浅成硫化物热液型矿床、深部位的接触交代型和脉型金矿床则产在斑岩型矿化的上部或边缘。这个模型已被环太平洋西岸大量发现的矿床所证实。
图5-5 智利若干典型金矿床相对于理想化斑岩系统的产出位置
（据Sillitoe，1991）
图中乔克林皮金矿的关系部分是推测的。CM—接触交代型；HS—高硫化低温热液型；
LS—低硫化低温热液型；P—斑岩型
以上这些找矿获得成功的矿床模型，为我们在老矿山深部和外围找矿突破战略行动提供了一条重要的思路。一方面，在晋东北地区许多浅成、超浅成中低温热液型矿床的深部，是否有斑岩型钼、铜、金矿床存在的可能？另一方面，在平面上注意寻找浅成中、低温裂隙充填型热液矿床与斑岩铜、金矿床是否有伴生关系。这一点正是我国将老矿山深部和外围找矿列为找矿突破战略行为重要任务之一的重要原因。
成矿模型是在研究矿床成矿背景的基础上，提炼和总结对成矿作用起主要控制作用的要素，通过物质来源、成矿温度、成矿时代和成矿作用方式的综合，建立形成该矿床的物质-时-空立体模型。它的意义在于把成矿作用理论化、模式化，以便用该模型来指导进一步找矿。
尼日尔特吉达地区在晚侏罗世时处于长期的风化剥露状态，同时，晚侏罗世晚期区内发生了NW-SE向的拉张伸展作用，形成研究区总体的隆凹格局，控制着白垩系及以后各个时期的沉积作用。早白垩世早期（阿萨乌阿期），湖侵由西向东逐渐扩展，于阿泽里克背斜一带形成滨浅湖相环境，沉积一套分选、磨圆好的含砾砂岩、粗砂岩，即阿萨乌阿组含矿目的层。随后在伊腊泽尔期，湖侵作用向西部的阿尔利特地区继续扩展，于特吉达地区形成厚层深湖—半深湖相的泥岩夹薄层细砂岩。阿萨乌阿组砂砾岩在下，伊腊泽尔组厚层泥岩在上，这种空间组合关系就构成了研究区含矿空间和保存条件的完美组合。至晚白垩世末期，区域经受了一次压扭性构造活动，形成了戴加玛组内舒缓的层内褶曲，伴随这次活动的是局部较大规模的流体活动，来自深部的热流体，沿着断裂构造上升，在上升的过程中，流体萃取了侏罗系及其以前地层中的铀，当到达阿萨乌阿组顶部的伊腊泽尔组厚层泥岩时，由于断层在泥岩中闭合，流体的垂向运移通道中断，只能沿着阿萨乌阿组孔渗性好的砂体侧向运移。含铀热流体在油气和低价铁的作用下，于流体经过的地段发生还原作用。在碱性条件下，铀酰络合物发生沉淀，并伴随有方沸石和碳酸盐矿物及绢云母的生成。在此过程中，长石和石英发生溶解。长石中游离出来的Na-Al-Si进入方沸石，部分K进入绢云母，石英溶解出来的Si一部分形成次生加大，另一部分进入铀石中。碳酸铀酰络合物在形成沥青铀矿和铀石时，碳酸根离子与Ca2+和Mg2+结合，生成方解石和白云石。
以上就是特吉达地区砂岩中铀矿的形成过程，图8-16显示了研究区在构造和热流体作用下形成的铀矿化模式。
图8-16 特吉达地区铀成矿模型
一、概 述
层状型铬铁矿矿床是铬铁矿的一种席状堆积体，主要产于呈层状的超镁铁质—镁铁质侵入体中。与豆荚状型铬铁矿矿床相比，层状型铬铁矿矿床的规模和储量都要大得多，是世界上最主要的铬铁矿矿床类型。
据美国地质调查局统计，世界铬铁矿资源量超过 120 ×108t，但全球分布极不均匀，集中分布于非洲南部、中亚等地区。中亚一带以豆荚状型铬铁矿矿床为主; 非洲南部则以盛产层状型铬铁矿矿床而闻名 ( 图 1) ，这里分布有世界著名的南非布什维尔德 ( Bushveld) 和津巴布韦大岩墙 ( Great Dyke) 层状型铬铁矿矿床。据统计，仅这两个大型层状型铬铁矿矿床就占据了世界铬铁矿矿石总储量的 81%，总储量基础的 93%。此外，世界上重要的层状型铬铁矿矿床还有美国蒙大拿州的斯蒂尔沃特 ( Stillwater) 、巴 西 巴 伊 亚 州 的 坎 普 福 莫 苏 ( Campo Formoso) 、印 度 奥 里 萨 邦 的 苏 金 达( Sukinda) 、芬兰的凯米 ( Kemi) 、马达加斯加的安德里亚梅纳 ( Andriamena) 等矿床 ( 表 1) 。
图 1 非洲构造格架和铬铁矿矿田分布图( 据 C. W. Stowe，1987 修编)
表 1 世界主要层状型铬铁矿矿床
* 因塞卢奎铬铁矿矿床兼有层状型和豆荚状型铬铁矿矿床的特征，近年来有研究者将其划归为新的铬铁矿矿床类型，并命名为“太古宙科马提岩容矿的铬铁矿矿床”。
层状型铬铁矿矿床虽然占世界铬铁矿矿石储量的 98% 以上，但从目前的产量来看，豆荚状型铬铁矿矿床约占世界铬铁矿产量的 55% 以上，层状型铬铁矿产量相对要少一些。津巴布韦是世界上唯一同时开采层状和豆荚状型铬铁矿的国家。中国铬铁矿资源贫乏，尤其是层状型铬铁矿资源，至今国内还没有发现大型层状型铬铁矿资源。
二、地 质 特 征
1. 构造背景
层状型铬铁矿矿床一般位于稳定克拉通内部或其边缘，特别是位于太古宙克拉通内部或其边缘地区。从全球范围来看，地球上的几个古老的大陆克拉通: 南非罗得西亚 － 卡普瓦尔地盾、北欧波罗的地盾、北美地台、南美圣弗朗西斯科地盾、印度地盾等都有层状杂岩体和层状型铬铁矿矿床 ( 田)的分布。其中，南非罗得西亚 － 卡普瓦尔地盾是层状型铬铁矿省的典型例子 ( 图 1) 。在几百平方千米范围内分布有 4 个大型层状型铬铁矿矿田———舒鲁圭 ( Shurugwi) 绿岩带中的塞卢奎 ( Selukwe)铬铁矿矿床、马沙巴杂岩体中的铬铁矿矿床、大岩墙中的铬铁矿矿床和布什维尔德杂岩体中的铬铁矿矿床，说明这些地盾下面的上地幔可能是富铬的，在早期地壳较薄、地热梯度较高、放射性热量集中的条件下，有利于富铬的上地幔发生高度局部熔融作用以形成含铬的绿岩带和层状杂岩体。
此外，具有张性特征的大陆裂谷是矿床形成的一种重要环境。早期大陆裂谷作用和扩张作用使得壳下镁铁质—超镁铁质岩浆有可能沿着扩张轴侵位到上地壳。大岩墙地区的重力资料表明，深部有一个高密度的岩浆通道向下延至上地幔附近，说明大岩墙杂岩体是沿着裂谷型地堑构造侵位和结晶形成的。有证据表明，布什维尔德杂岩体也形成于张性的裂谷构造环境。
2. 矿床地质
( 1) 容矿岩石与侵入体
层状型铬铁矿矿床主要与陆壳下岩浆房内结晶的深成镁铁质—超镁铁质岩石有关，矿床的容矿岩石为斜长岩 ( 西格陵兰杂岩体) 、斜长岩 － 苏长岩 － 辉石岩 ( 布什维尔德上矿组) 、辉石岩 ( 布什维尔德中矿组和大岩墙上矿组) 、斜辉辉橄岩 － 纯橄岩 ( 布什维尔德下矿组、大岩墙下矿组、斯蒂尔沃特矿床、凯米矿床和马斯考克斯矿层) 。铬铁矿矿层呈层状分布于容矿岩石中，铬铁矿矿层及其围岩的成分随层位有明显的变化，从下向上，Si、Ca、Al、Fe、Ti 含量增加，Mg、Cr、Ni 含量减少，显示岩浆结晶作用向富 Ca、Fe 成分演化。
层状型铬铁矿矿床的赋矿岩层主要为杂岩相岩体，如布什维尔德的关键带、大岩墙的过渡带和斯蒂尔沃特的橄榄岩单元。这些杂岩相岩体的岩石特征是岩石在垂直方向上变化频繁，并具有多旋回的特点，但每个岩体含铬铁矿的杂岩相是不同的。总的来说，铬铁矿矿层分布在基性程度最高或者较高的岩相中; 而在这些含矿岩相中，层状岩体的矿层多位于中部和上部，而不是在底部或底板围岩附近( 图 2) 。
图 2 美国斯蒂尔沃特、津巴布韦大岩墙、加拿大马斯考克斯侵入体旋回中铬铁矿矿层位示意图( 引自 J. M. Duke，1988)
层状型铬铁矿矿床的容矿侵入体主要发育在克拉通内部的岩层中。根据形态特征，侵入体可分为两大类。一类是以水平席状产出的板状侵入体，其火成岩层与底板岩石呈整合接触，如斯蒂尔沃特、凯米、伯德河矿床; 另一类是漏斗状侵入体，火成岩层以低角度向侵入体中心倾斜，如马斯考克斯、布什维尔德矿床、大岩墙 ( 图 3) 。
( 2) 矿体形态特征
层状型铬铁矿矿床一般由横向连续的富铬铁矿矿层组成，它们均赋存于层状杂岩体内，呈层状，具有一定层位和多层旋回性 ( 图2) 。矿层与基性/超基性的硅酸盐岩层 ( 如纯橄榄岩、橄榄岩、辉石岩等) 发生物质交换，具有厚度薄、走向和横向延伸非常稳定等特点。块状铬铁矿的单矿层厚度从不到 1cm 到大于 1m，变化幅度较大，但其横向延伸数千米，乃至数万米。这些矿层一般产出于太古宙基性—超基性层状侵入体的基底部分，如南非的布什维尔德杂岩体。矿体可能由单个的铬铁岩层或者是一系列空间上间隔分布的含浸染状铬铁矿的超镁铁质岩层组成。例如，芬兰凯米铬铁矿矿床最大的埃里札尔费 ( Elijarvi) 矿层长约 670m，最大厚度 90m，矿层顶、底板的围岩均为含滑石碳酸盐岩，矿层与顶板围岩均为层状构造 ( 图 4) 。
含矿的层状杂岩体大致可分为两大岩石系列，即下部超镁铁质岩系和上部镁铁质岩系。例如，布什维尔德杂岩体包括一套层状火山岩层序，可分为边缘带、下部带、关键带、主带及上部带。层序下部主要为超镁铁质，以古铜辉石岩和方辉橄榄岩为特征，如下部带、关键带的下部亚带。在关键带底部，方辉橄榄岩中的后堆积斜长石含量明显增加。在关键带的上部亚带底部，斜长石大量堆积，其上覆盖镁铁质的层状序列，包括苏长岩、斜长岩、辉长 － 苏长岩及少量的辉长岩、辉石岩。在上部带的底部出现堆积的磁铁矿 ( 图 5) 。
图 3 津巴布韦大岩墙杂岩体剖面( 据 C. W. Stowe，1987; 沈承珩等，1995，修编)
图 4 芬兰凯米矿床埃里札尔费矿体平面图 ( 上) 和剖面图 ( 下)( 引自沈承珩等，1995)
通常，层状型铬铁矿矿床具有相同的层序: 下部是具有韵律旋回的纯橄岩 － 斜辉辉橄岩 － 斜方辉石岩带，向上是以古铜辉石岩为主的岩带，紧接着是具有条带状构造的由苏长岩、辉长岩和斜长岩组成的关键带，以含越来越多的斜长石为特征。层序顶部是辉长岩 － 苏长岩带。整个层序的趋势是向上Mg / ( Mg + Fe2 +) 比值变小，但在各个岩带中可出现局部的相反变化趋势。铬铁矿矿层一般都位于每个层序旋回的开始层位 ( 图 2) ，铬铁矿既可能在下部橄榄岩带中与橄榄石一起结晶沉淀，如大岩墙杂岩体; 也可能在古铜辉石岩带中与斜方辉石共生，如布什维尔德中、下矿组; 或者在关键带中与斜长石一起结晶，如布什维尔德上矿组。
图 5 南非布什维尔德杂岩体层序分组及其主要特征( 引自 J. M. Duke，1988)
( 3) 矿石矿物组合与结构构造
铬铁岩是层状型铬铁矿矿床主要的含矿岩石，一般由 50% ～95% 以上的细粒 ( 0. 2mm 左右) 堆积铬铁矿及其空隙中发育的橄榄石、斜方辉石、斜长石、单斜辉石或这些矿物的蚀变产物组成。
矿石多由细粒自形铬尖晶石晶体组成，晶体呈网状排列，周围是堆积的橄榄石、辉石或斜长石。按照脉石矿物成分可将其分为 3 种矿石类型: 富橄榄石型矿石、富斜方辉石型矿石和富斜长石型矿石。矿石化学成分具有明显的富铁特点，铬与铁含量呈负相关关系，矿石的镁、铝含量较低。在垂直层序剖面上铬铁矿的地球化学总趋势是镁、铬组分富集在早期的下部层位内，铁、铝富集在晚期的上部层位内。
层状型铬铁矿矿床的矿石矿物组合通常为铬铁矿 ± 钛铁矿 ± 磁铁矿 + 磁黄铁矿 ± 镍黄铁矿 ± 黄铜矿 ± 铂族元素矿物。共生矿床包括铜镍硫化物矿床、铂族金属矿床、钒钛磁铁矿矿床等。
矿石一般具有堆晶结构、浸染状 － 块状构造，且不同岩石中产出的铬铁矿矿石结构不一。例如，超镁铁质堆积杂岩中的浸染状铬铁矿矿石在颗粒形态和大小上类似于层状侵入体，而构造岩中的浸染状铬铁矿矿石则呈较大、拉长状的结构。块状铬铁矿矿石多呈粗粒结构、颗粒相互紧扣。
( 4) 成矿时代
层状铬铁矿矿床主要形成于前寒武纪，但也可能晚至第三纪。具有经济意义的大型、超大型层状型铬铁矿矿床一般形成于新太古代—古元古代时期。这一时期地球的演化特点是地壳厚度较薄，地热梯度高，放射性热量集中，上地幔局部熔融程度高。这些条件都有利于形成大型层状基性—超基性杂岩，从而为形成大型、超大型层状型铬铁矿矿床提供充分的物质来源。例如，美国的斯蒂尔沃特杂岩( 27 亿年) 、津巴布韦的大岩墙 ( 25 亿年) 、南非的布什维尔德杂岩 ( 22 亿年) 和芬兰的凯米杂岩( 22 亿年) 都是这一地史时期形成的著名的含铬层状杂岩体。此外，这一时期形成的含铬层状杂岩体还有巴西的坎普福莫苏、印度奥里萨邦的苏金达杂岩体等。
三、矿床成因和找矿标志
1. 矿床成因
关于层状型铬铁矿矿床成因的假说很多，主要有岩浆混合假说、重力分异假说等。岩浆混合假说认为，岩浆物理、化学条件的变化 ( 包括压力、氧逸度、基性成分等) 导致岩浆变得富铬，甚至达到铬的超饱和，从而使得铬铁矿在岩浆房底部的单一矿化层内结晶并堆积成矿，形成层状型铬铁矿矿床。其中，最为典型的是 T. N. Irvine ( 1975，1977) 在研究南非布什维尔德层状杂岩体以后提出的两种类型岩浆发生混合作用形成层状型铬铁矿矿床的假说。该研究认为，原始的超基性岩浆与已经演化的超基性岩浆之间发生混合作用，可以形成伴生有橄榄石的铬铁矿矿层，但对于厚度相对较大且伴生着斜方辉石的铬铁矿矿层或伴生着斜方辉石和斜长石的铬铁矿矿层，则需要两种完全不同成分的岩浆混合才能形成。这两种不同成分的岩浆分别为超基性岩浆和斜长岩质岩浆，前者结晶顺序为橄榄石 －斜方辉石 － 斜长石 － 单斜辉石，后者结晶顺序为斜长石 － 橄榄石 － 单斜辉石 － 斜方辉石。重力分异假说认为，层状型铬铁矿矿床与层状镁铁质—超镁铁质岩体的形成密切相关。对于层状镁铁质—超镁铁质岩体而言，其母岩浆为拉斑玄武岩浆，层状岩体在稳定克拉通内由液态的岩浆发生重力分异而形成。这种重力分异作用的结果，是岩浆房下部为密度较大的纯橄岩岩浆带，向上过渡为纯橄岩 － 斜辉辉橄岩混杂岩浆带，再向上为辉石岩乃至辉长岩岩浆带。液态重力分异作用产生了纯橄岩、斜辉辉橄岩、辉长岩等局部岩浆。由于层状岩体在形成期间没有受到区域应力的影响，重力效应起了主导性的作用，因而形成了层状、韵律旋回的特征。
R. Voordouw 等 ( 2009) 认为，南非布什维尔德层状型铬铁矿矿床在形成过程中大致经历了 3 个阶段 ( 图 6) : 第一个阶段 ( 图 6b①) ，铬铁矿晶族在构造圈闭中发生堆积作用 ( i 代表了 Cr 饱和镁铁质熔体存留于构造圈闭中; ii 表示铬铁矿通过与长英质熔体混合发生沉淀和堆积作用; iii 表示 Cr饱和镁铁质熔体再次补充进入构造圈闭中，开始新一轮的铬铁矿堆积作用) ; 在第二阶段 ( 图6b②) ，铬铁矿晶族发生二次活化作用 ( iv 表示铬铁矿堆积于构造圈闭中; v 表示硅质熔体发生分流，促使铬铁矿晶族向上运移; vi 表示铬铁矿晶族向上运移) ; 第三阶段 ( 图 6b③) ，铬铁矿晶族沿着 Rusten-burg 层状岩套的岩性接触带就位，从而形成铬铁矿矿层。
2. 找矿标志
( 1) 区域地质找矿标志
1) 稳定的、古老的太古宙地核和再活化的太古宙地壳是层状镁铁质—超镁铁质岩系赋存的大地构造背景。这些层状杂岩体大都沿着地壳的大型线状构造分布，可利用区域重力、磁法测量发现和圈定 ( 厚) 盖层以下的大型层状杂岩体。
图 6 铬铁矿矿层形成模型示意图( 引自 R. Voordouw 等，2009)
2) 地盾区内活化的太古宙基底中可能存在构造前的层状基性、超基性杂岩变形解体后的残留部分，可利用此标志追索其余部分。
3) 前寒武纪古老绿岩带多发育于太古宙地盾区，变质作用强烈，其中的超镁铁质岩系常有铬铁矿化，有的赋存一定规模的铬铁矿矿床，如舒鲁圭绿岩带中的塞卢奎铬铁矿矿床。
( 2) 局部地质找矿标志
1) 层状杂岩体内铬铁矿矿层一般赋存在超镁铁质岩系的纯橄岩、橄榄岩和层状辉石 － 钙长石带中。布什维尔德杂岩体中的 14 个矿层产于关键带内，矿层围岩有斜辉橄榄岩、古铜辉石岩和苏长 －斜长岩。大岩墙杂岩体中的 11 个矿层产于下部超镁铁质岩系的纯橄岩、斜辉橄榄岩和古铜辉石岩中，而凯米杂岩体中的 6 个主要矿层全部产于下部的纯橄岩中。
2) 在较大的层状杂岩体内部，背形挠曲和底板凹陷部位对岩系的沉积顺序和铬铁矿矿层的厚度具有控制作用。
3) 层状型铬铁矿矿化一般与斜辉辉橄岩 － 斜方辉石岩 － 苏长岩建造的层状侵入体有成因关系，矿化赋存部位通常为下部 ( 底部) 带或过渡 ( 关键) 带，其岩石学组成以超基性岩和长石类岩石( 斜长岩) 为主，辉长岩罕见。
4) 对于不同的韵律旋回类型，如纯橄岩 － 铬铁岩 － 古铜辉石岩旋回、古铜辉石岩 － 铬铁岩 － 斜长岩旋回、纯橄岩 － 铬铁岩 － 斜辉辉橄岩旋回，矿化一般位于不同成分岩石的接触带中或层状杂岩体岩性旋回单元底部。
5) 对于结构简单的矿带，铬铁岩层一般产于纯橄岩和斜辉辉橄岩 ( 如大岩墙) 、辉石岩或斜长岩中 ( 如布什维尔德) 。
( 3) 岩石学找矿标志
1) 矿层及其围岩的成分从下到上，Si、Ca、Al、Fe、Ti 含量增加，而 Mg、Cr、Ni 含量减少，岩浆结晶作用具有向富 Ca、Fe 成分演化的特征。
2) 矿石化学成分具有明显的富铁特征，矿石的镁、铝含量较低。在垂直层序的剖面上，镁、铬组分通常富集在早期的下部层位内，而铁、铝则富集于晚期的上部层位中。
( 4) 地球物理找矿标志
由于层状杂岩体大都沿着地壳的大型线性构造分布，通常显示为重力低值异常和磁、电高值异常，可利用区域重力和磁法测量探测并圈定深部大型层状杂岩体。
( 周 平)
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