(1)成礦區地質背景
礦區位於華南加裏東地槽褶皺系(華夏褶皺系)永安-眉縣晚古生代坳陷，南嶺東西向復雜構造帶東端與新華夏系的復合部位。其西側和北側為後加裏東隆起帶，東側為中生代裂谷帶。
1.區域構造與鐵礦分布
該區重要鐵礦床的分布受晚古生代永梅坳陷內北東向張龍基底斷陷帶的控制。馬坑、洛陽、潘田、陽山、鐘家等主要鐵礦分布在該北東向斷陷帶的東南緣。
礦床(點)分布的另壹個規律是往往成群產出，形成馬坑、陽山、瓜山、銀頂閣等壹個個礦田(礦床集中區)。礦田的分布是等距離的，各區之間的距離約為30 ~ 35公裏。這種有規律的等間距分布的礦群，反映了東西向構造帶與NE或NNE向構造的復合交匯，在控礦地層有利的巖性條件下，常伴有巖漿侵位和熱液成礦作用。
2.區域地層和控礦地層
區內最古老的地層為前泥盆系，包括建甌群、板溪群和羅峰溪組，為壹套厚度巨大的淺變質砂頁巖，局部夾有海相火山巖和大理巖。作為晚古生代斷陷的基底，它們分布在背斜構造的軸部和壹些隆起區。
上泥盆統南京群(D3N)-下石炭統林地群(C1l):為壹套海陸交互相砂礫巖、砂巖、粉砂巖沈積，以陸相為主，局部夾火山碎屑巖，厚度大於2000m..
中石炭統黃龍組(C2H)-下二疊統棲霞組(P1q):是壹套海相碳酸鹽巖，厚度從幾十米到近千米，是本區最重要的控礦圍巖地層。黃龍組西南部主要為厚層白雲質灰巖或白雲巖，龍巖鐘家附近白雲巖減少，鈣質增加，可見粉砂巖或凝灰質砂巖，厚度也明顯變薄。船山組(C3c)的灰巖也由西南部的白雲質灰巖轉變為東北部相對較純的灰巖。棲霞組(P1q)灰巖巖性和厚度在各處都比較穩定。
下二疊統文筆山組(P1w):泥巖、泥質粉砂巖夾細砂巖，巖性穩定，厚度200～300米。二疊系嘉福組(p 1J)-翠屏山組(P2cp)屬海相交替的砂泥巖地層，含煤，厚320 ~ 980米。
上二疊統(P2D)大隆組-下三疊統溪口組(T1x):海相泥質鈣質粉砂巖、矽質巖、砂質泥巖夾厚層灰巖和大理巖透鏡體，為本區第二套碳酸鹽巖層位，是形成部分矽卡巖和熱液鐵多金屬礦床的有利控礦層位。
印支期構造層(T3-J1):與各時代下伏地層不整合接觸，主要為陸相碎屑沈積，局部有火山巖。
燕山旋回沈積建造:是陸相碎屑巖的巨大堆積，有大型酸性-中酸性火山巖和火山碎屑巖。
本區鐵和多金屬礦床的產出明顯受地層和圍巖巖性控制，存在兩套碳酸鹽巖建造，即黃龍組和棲霞組的厚層灰巖和白雲質灰巖，以及大龍組(P2D)和溪口組(T1x)的粉砂巖夾灰巖，其中前者占優勢。其他厚層碎屑巖中未發現鐵礦。這說明碳酸鹽巖或鈣質地層的存在是矽卡巖礦床不可缺少的條件之壹。
3.侵入巖與礦化的關系
本區巖漿侵入體分布廣泛，出露面積幾乎占全區總面積的1/3。巖石復雜，從酸性花崗巖到基性輝長巖都有，但前者占主導地位，後者零星分布，規模較小。侵入體的時代從加裏東期到喜馬拉雅期不等，但與鐵礦有關的巖漿巖主要是燕山期(同位素年齡為164 ~ 95.5 Ma)花崗巖類、花崗閃長巖和中基性輝長巖。
本區花崗巖類與鐵礦的密切關系主要表現在以下幾個方面:
1)在空間上，大部分鐵礦床位於花崗巖侵入體的接觸帶或其附近對圍巖有利的斷裂帶上。至少在遠離侵入體接觸帶、沒有侵入巖的地區，還沒有發現具有工業價值的鐵礦。
2)巖體的產狀、形態、規模及其與圍巖的接觸結構對鐵礦的產出和富集有明顯的控制作用。花崗巖壹般以鍋底狀包圍有利成礦地層圍巖時最有利於成礦。
3)與成礦有關的巖體多為大型花崗巖體邊緣的中小型巖石或巖支，舌狀侵入前緣，如馬坑、陽山、洛陽、潘田等大中型鐵礦床，而大型花崗巖基接觸帶不產鐵礦。
4)花崗巖侵入體與石灰巖或石灰巖-火山碎屑巖接觸時，外接觸帶常出現矽卡巖化和磁鐵礦，內接觸帶常出現鉀長石，有時甚至花崗巖本身也出現矽卡巖化和磁鐵礦。該巖體與矽卡巖、鉀交代巖和磁鐵礦體在時間、空間和地球化學上的密切關系表明它們是相互聯系的。
5)根據全區錫、鉬、鉛、鋅、銅等元素的地球化學數據統計，表明大部分鐵礦與錫、鉬、鉛、鋅的地球化學數據有重疊。馬坑礦區鐵礦石中鐵和錫之間存在密切的正相關關系，相關系數為0.89。眾所周知，Sn、Mo、Pb、Zn等元素是華南燕山期花崗巖的特征成礦元素，並與鐵礦伴生，表明鐵礦與花崗巖在地球化學上關系密切。
在馬坑、瓜山等地區，除與鐵礦關系密切的花崗巖類外，廣泛發育中基性輝長閃長巖類淺成侵入體。在馬坑礦區尤為發育，並具有壹定規模。
(2)成礦系列
本區與燕山期花崗巖類和輝長閃長巖有關的礦床類型主要有以下幾種:
1)鈣矽卡巖型鐵(鉬)礦床(洛陽馬坑主礦體)。
2)錳矽卡巖型鉛鋅礦床(大排、馬坑、陽山邊緣礦體)。
3)鎂矽卡巖型銅鉬礦床(銅坑)。
4)高溫熱液鐵礦床(馬坑和潘田部分礦體)。
上述礦床成因類型構成閩西南鐵(鉬、銅、鉛、鋅)成礦系列。
(3)礦床地質特征
礦區位於馬坑背斜的西北翼，整體為單斜構造，其中發育壹個二級背斜(圖14-10)，主要斷裂構造為北西向。馬坑鐵礦主體為大型層狀隱伏礦體，賦存於燕山期花崗巖外接觸帶黃龍組、船山組厚層灰巖、白雲質灰巖與應時砂巖、凝灰質砂巖、林地組粉砂巖之間的層間結構面中(圖14-11)。礦體的相對埋深在80-600米之間，礦體的埋深從東北向西南由淺變深。鐵礦體走向與巖層走向大體壹致，為東北-西南走向，傾角25° ~ 45°，靠近斷裂帶傾角增大。礦體延伸3000多米，傾角100 ~ 1200米，厚度10 ~ 100米。
圖14-10馬坑鐵礦地質草圖(福建省地質局八隊修改)
在壹些礦段，由於地層褶皺和層間斷裂，背斜的鞍部塌陷，是礦液沈澱富集的有利構造部位，從而形成厚大礦體；另壹方面，在向斜的鞍部，造成壓扭性層間裂縫，礦化強度明顯減弱，礦體厚度也較小(圖14-11)。
除主礦體外，在船山灰巖和棲霞灰巖的層間剝離中或與輝綠巖角閃巖的接觸帶中，常呈雁列狀產出1 ~ 3個小透鏡狀或囊狀矽卡巖磁鐵礦礦體。
礦區巖漿巖主要有兩種類型。壹種是燕山早期的黑雲母花崗巖(同位素年齡164 ~ 112MA)。地表出露兩個巖體，其中莒州巖體位於礦區東部，呈東北向分布，大洋巖體位於礦區西部，呈南北向延伸，馬坑礦區就位於其中。兩個巖體的巖石學、礦物學和巖石化學特征十分相似，西部礦區深部已打花崗巖，說明兩個巖體很可能在深部相連。
圖14-11馬坑鐵礦線61地質剖面圖(根據趙等，1983)。
根據這兩種巖石的巖性特征、鉀長石的有序程度、晶格孿晶的發育程度和黑雲母成分的變化，可將巖石劃分為兩個相:黑雲母正長花崗巖相和微斜花崗巖相。前者是中心階段，後者是邊緣階段。從巖體中心到邊緣，相變特征明顯。黑雲母正長花崗巖相由中粗粒黑雲母花崗巖和斑狀黑雲母花崗巖組成，微斜長石花崗巖相由中細粒花崗巖、斑狀花崗巖和花崗斑巖組成。從礦物組成的變化特征來看，應時和堿性長石的含量略有增加，而鉀長石的有序度由低變高(ST從0.23 ~ 0.49→0.71 ~ 0.91)。鈉長石鉀中鈉長石的分子含量從20% ~ 26%增加到29% ~ 32%，而鈉長石鉀中K/Rb從145 ~ 173下降到60 ~ 116。同樣，從巖體的中心相到邊緣相，正長石和條帶狀長石被微斜長石取代，暗色礦物和磁鐵礦逐漸消失，但黑雲母的鐵含量、氧化系數和鋁含量增加，TiO2含量減少，均表明巖漿演化較為徹底。
輝長閃長巖在馬坑礦區廣泛分布，其賦存形式為巖株、巖床和巖壁。它們在空間上常與鐵礦伴生，有的是礦體的頂底板圍巖，有的甚至產於礦體內部，但巖石多為矽卡巖化、綠泥石化角閃巖和不同程度的變色蝕變。根據其巖性和巖石化學特征，可進壹步分為輝綠巖(或輝綠巖)、輝長閃長巖和輝長玢巖三種類型。
花崗巖和輝長巖的化學成分見表14-5。
鐵礦石最常見的構造為致密塊狀、雜色浸染狀，其次為條紋狀(條帶狀)、同心環狀、角礫巖狀、交代殘留構造、網狀脈狀構造。上述礦石構造多為交代型。如鈣鐵榴石矽卡巖經構造破碎後被磁鐵礦交代形成角礫巖結構。交代作用強時，矽卡巖以交代殘留物的形式出現在磁鐵礦中。當圍巖為石英巖時，矽質巖被磁鐵礦交代後殘留；還有壹種特殊的褶皺或同心環狀結構，主要由石榴石、透輝石或浮山石、螢石和磁鐵礦分別組成，形成有節律的交替條紋或環狀。這類鐵礦石的結構與澳大利亞香花嶺錫(鈹)礦床、個舊錫礦床、塔斯馬尼亞錫礦床等矽卡巖礦床中的褶皺螢石-矽卡巖-磁鐵礦結構十分相似。壹般認為是交代作用的產物，其形成機制與“列森環”非常相似。鐵礦的交代結構也很發育。磁鐵礦交代輝石、石榴石、浮山石、鉀長石和應時，形成交代殘余構造，如海綿隕石構造和礦物器物。
表14-5馬坑礦區花崗巖和輝長巖化學成分單位:%
註:分析單位為福建省地質局中心實驗室(根據趙等，1983)。
原生礦石中的金屬礦物主要是磁鐵礦，其次是假晶赤鐵礦、黃鐵礦、輝鉬礦和閃鋅礦，還有少量方鉛礦、黃銅礦和白鎢礦。非金屬礦物主要為透輝石、石榴石和應時，常含壹定量的螢石，其次為方解石、含氟透閃石、金雲母和含氯角閃石，局部有浮山石、軟骨石、鉀長石、絹雲母和綠柱石。
主要礦石類型為透輝石-磁鐵礦、石榴石-透輝石磁鐵礦、石榴石-磁鐵礦和應時-磁鐵礦，其次為綠泥石-磁鐵礦、應時-陽起石透閃石-磁鐵礦、含氟透閃石-磁鐵礦、輝鉬礦-磁鐵礦以及少量麻粒巖-磁鐵礦、金雲母-磁鐵礦和鉀長石。
鐵礦類型的多樣性主要取決於交代圍巖的巖性:石榴石磁鐵礦是石灰巖或凝灰質砂巖交代時形成的；交代白雲石灰巖者形成透輝石磁鐵礦或石榴石透輝石磁鐵礦；占輝長巖-閃長巖者形成石榴石-浮山石磁鐵礦，或進壹步轉化為含氯角閃石磁鐵礦；當計入應時(砂巖)時，就形成了應時磁鐵礦。
礦石鐵品位適中，平均TFE約為38.13%，部分較為豐富。礦石的鐵品位與矽卡巖礦物的含量成反比。大多數礦石中硫和磷的含量很低。伴生有益元素主要為鉬，以輝鉬礦的形式賦存於磁鐵礦體及下盤和下盤蝕變圍巖中。此外，鐵礦體邊緣錳質矽卡巖中的鉛、鋅含量有時可達工業級。
根據21磁鐵礦樣品中鈧(Sc)含量分析，含量較高，平均值為(11 ~ 35) × 10-6，具有礦區附近侵入巖中Sc含量高的地球化學特征。例如，礦區花崗巖的鈧含量為48。
(4)矽卡巖及相關交代巖的類型、礦物組合和成分。
馬坑礦區矽卡巖十分發育，主要分布在礦體、礦體上盤及礦體尖滅部分。矽卡巖常出現在文筆山組變質泥質巖與下部灰巖的接觸面上。根據矽卡巖的形成方式，可分為雙重交代矽卡巖和逾滲交代矽卡巖，後者占主導地位。根據礦物組成，本區矽卡巖主要屬於鈣矽卡巖，其次是鈣錳矽卡巖，局部有少量鎂矽卡巖。
1.鈣質矽卡巖
鈣夕卡巖的類型很多，主要有石榴石夕卡巖、輝石-石榴石夕卡巖、輝石夕卡巖，常伴有不同強度的磁鐵礦，其次是石榴石夕卡巖、石榴石(透輝石)-石榴石夕卡巖、矽灰石夕卡巖。
石榴是分布最廣、最常見的矽卡巖礦物，可以由單壹礦物矽卡巖組成，也可以與輝石、浮山石、綠簾石等矽卡巖礦物以及磁鐵礦、金屬硫化物等共生產出。石榴石是磁鐵礦體中最重要的脈石礦物之壹，明顯分為兩代:早期石榴石先於磁鐵礦形成，晚期石榴石以脈狀貫穿石榴石-磁鐵礦。根據大量的化學分析和折射率測定結果，石榴石屬於鈣鋁鈣鐵榴石系列，以鈣鐵榴石為主(和49.6 ~ 95.2)。純鈣鋁石榴石(和2 ~ 7)僅見於部分內矽卡巖。石榴石的分子量不高(趙等，1983)。
單斜輝石也是馬坑礦區分布最廣的矽卡巖礦物之壹，屬於透輝石-鈣鐵輝石-錳鈣輝石系列。實際上，鈣矽卡巖中的單斜輝石主要有透輝石和鈣鐵輝石(di 12.5 ~ 94)(HED 4 ~ 75 JOH 2 ~ 12.5)。它們或形成單壹礦物輝石矽卡巖，或與石榴石、浮山石、斜長石等礦物共生。外帶的透輝石矽卡巖和石榴石-透輝石矽卡巖常伴有大量磁鐵礦礦化。鈣鐵輝石的形成時間略晚於透輝石，大致相當於磁鐵礦的形成時間。在薄片中，當磁鐵礦強烈占透輝石矽卡巖時，壹定量的鈣鐵輝石往往出現占早期形成的透輝石。透輝石在單極化下是無色透明的，而鈣鐵輝石是淺綠色的，略呈多色。
浮山石是馬坑礦區矽卡巖帶的標誌礦物，是交代輝長巖的產物，其原生礦物通常為鈣鋁石榴石和透輝石。浮山石通常為淺褐色放射狀或短柱狀集合體，長0.1 ~ 3 cm。浮山石的化學成分以富含揮發物F和Cl為特征(F = 1.87% ~ 2.3%，Cl = 0.33% ~ 0.52%)。
2.錳矽卡巖
這類矽卡巖廣泛分布於閩西南的矽卡巖型鐵多金屬礦床和矽卡巖型鉛鋅礦床中。在馬坑礦區，壹般產於主礦體上部的文筆山組變質泥巖與灰巖的接觸面及主礦體邊緣的尖滅部位，也常產於沿灰巖構造裂隙的交代脈中。主要礦物有錳鈣鐵輝石、鈣菱錳礦、錳單斜輝石、錳綠柱石、錳矽灰石和錳陽起石，並伴有閃鋅礦、黃鐵礦和方鉛礦化。上述錳夕卡巖礦物的化學成分和光學特征見第七章，分別由錳鈣夕卡巖、綠柱石錳鈣夕卡巖、鈣鎂鈣夕卡巖、綠柱石鈣鎂夕卡巖、錳三斜長石夕卡巖和錳矽灰石夕卡巖組成。
3.鎂矽卡巖
鎂矽卡巖在馬坑礦區分布有限，其形成主要與碳酸鹽地層中的部分白雲質灰巖(MgO平均含量為10.87%)透鏡體有關。主要礦物為透輝石、金雲母、軟錳礦、斜長石，偶爾可見少量尖晶石和鎂橄欖石。鎂夕卡巖常與磁鐵礦密切共生，後期常與透閃石、蛇紋石、滑石化等鎂熱液交代礦物疊加。
4.輝長巖中的褪色交代巖。
馬坑礦區侵入灰巖中的輝長閃長巖不僅鈣化，而且廣泛發育變色蝕變帶。這些變色交代巖要麽分布在透輝石(石榴石)-浮山石逾滲交代脈的兩側，成為矽卡巖對稱交代分帶的組成部分，要麽單獨沿輝長巖的節理裂隙交代，形成復雜的網絡脈。褪色輝長巖外觀呈灰白色，仍保留原巖的輝長巖結構，但礦物成分發生了明顯變化:角閃石幾乎完全被透輝石所取代，斜長石由原巖的拉布拉多石(an50 ~ 55)變為鈣長石(an90 ~ 95)，即巖石變成了透輝石-鈣長石交代巖。對比新鮮輝長巖的化學成分，說明輝長巖在漂白交代過程中，帶入了大量的CaO，帶出大量的鐵和Na2O，本質上是鈣交代除鐵。因此，輝長巖的褪色交代作用是壹個重要的找礦標誌，在透輝石-鈣長石交代巖中常伴有輝鉬礦。
5.熱液交代巖
馬坑礦區附近的圍巖除了矽卡巖和透輝石-鈣長石交代巖外，還有各種熱液交代現象，其中最主要的是含氯角閃石、鉀長石、螢石、絹雲母化、矽化，形成各種熱液交代巖。
含氯角閃石交代巖主要發育在內帶的鈣矽卡巖和礦石附近的輝長閃長巖中，常與磁鐵礦、螢石和應時共生，是高溫熱液階段的交代產物。關於含氯閃石的光學性質、物理特征、化學成分等，詳見本書第九章第壹節。
鉀長石和絹雲母化主要存在於主礦體底板的近礦花崗巖、輝長巖閃長巖和凝灰質砂巖中，而氟化和矽化存在於內接觸帶的鋁矽酸鹽巖石中，也存在於沿斷裂構造的礦體上部的大理巖中。
(5)成巖成礦階段
根據馬坑礦區矽卡巖、礦石及相關交代巖的礦物組合、生成序列和流體包裹體的研究成果，劃分出三個成巖成礦階段:
1)矽卡巖成礦階段:這是本區最重要的成礦階段。根據矽卡巖和礦化類型的不同，有兩種交代建造，即鈣矽卡巖磁鐵礦建造和錳矽卡巖多金屬硫化物建造。鈣矽卡巖磁鐵礦建造的形成溫度為340 ~ 700℃，磁鐵礦的形成溫度略低，壹般不超過400℃。這與礦物形成的順序是壹致的，因為在手標本或薄片中磁鐵礦取代輝石和石榴石是非常常見的。在矽卡巖礦物中發現許多富含石鹽和鉀鹽晶體的多相包裹體，鹽度高達33% ~ 51%。錳矽卡巖中多金屬硫化物建造的形成溫度為250 ~ 455℃，金屬硫化物(主要是黃鐵礦、鐵閃鋅礦和方鉛礦)的形成溫度相對較低(250 ~ 340℃)。
2)水合矽酸鹽和應時磁鐵礦階段:相當於高(中)溫液體階段(200 ~ 400℃)。特征礦物有氯閃石、陽起石透閃石、氟透閃石、綠簾石、螢石和大量應時等。，這往往說明矽卡巖形成於早期，並伴有大量的磁鐵礦沈澱。富含揮發性組分的交代礦物的存在表明氟、氯、氫的交代作用非常顯著，它們屬於酸性淋濾階段的產物，在此階段熱流體的鹽度降低到33%以下。
3)應時(碳酸鹽)硫化物階段:(160 ~ 350℃):主要形成應時-輝鉬礦細脈和應時-方解石-黃鐵礦細脈，壹般疊加在礦體下盤和下盤的磁鐵礦體和矽卡巖、蝕變輝長巖及相關交代巖石上。包裹體類型屬於氣液型和液體型，鹽度低於23%。
王和陳(2010)測得馬坑礦區含石榴石鉬矽卡巖鐵礦的Sm-Nd等時線年齡為161.2±4.9Ma，而輝鉬礦的Re-OS等時線年齡為130.5±0.9Ma。這表明成礦時代應為燕山期。
關於馬坑鐵礦的成因，還有另壹種觀點。韓發等人(1983)認為這是壹個海相火山熱液礦床。