一、铁矿石的化学式？
磁铁矿（主要成分是Fe3O4）、
（4）铁
铁是地壳中最丰富的元素之一，含量为4.75%，在金属中仅次于铝。铁分布很广，能稳定地与其他元素结合，常以氧化物的形式存在，有赤铁矿（主要成分是Fe2O3）、磁铁矿（主要成分是Fe3O4）、褐铁矿（主要成分是Fe2O3·3H2O）、菱铁矿（主要成分是FeCO3）、黄铁矿（主要成分是FeS2）、钛铁矿（主要成分是FeTiO3）等。土壤中也含铁1%～6%。铁是活泼的过渡元素，是一种光亮的银白色金属，常温下呈体心立体晶格。常见的化合价为+2和+3价。纯铁相对较软，有良好的延展性和导热性，能导电，能被磁化，又可去磁。
纯铁化学性质比较活泼，是一种良好的还原剂。纯铁在空气中不起变化，含杂质的铁在潮湿空气里逐渐生锈，外表生成一层褐色的氢氧化铁。铁红热时能与水反应生成氢气。铁易溶于稀酸中，但在浓硫酸或浓硝酸中由于表面发生钝化而不能溶解，因此铁制容器可用来储存浓硫酸或浓硝酸。浓的碱溶液能侵蚀铁，生成高价铁酸盐。铁加热时能与卤素、硫、磷、硅等非金属反应，但与氮不直接反应。
二、硫铁矿经氧化焙烧后变成磁铁矿的主要成分
Fe3O4。硫铁矿经氧化焙烧后变成磁铁矿的主要成分是Fe3O4，磁铁矿是指氧化物类矿物磁铁矿的矿石，属等轴晶系，晶体呈八面体、十二面体，晶面有条纹，多为粒块状集合体，铁黑色，或具暗蓝靛色。
三、 江西城门山铜硫铁矿床
一、大地构造单元
城门山铜硫铁矿床位于扬子准地台下扬子台褶带九江-瑞昌成矿区内。
二、矿区地质
（一）地层
矿区自南向北依次分布着志留系―三叠系。其含矿地层的岩性等特征见表2-78。
（二）构造
表2-78 城门山铜硫铁矿床含矿地层表 Table 2-78 Ore-bearing stratigraphic scale in Chengmenshan CU-S-Fe deposit
矿床产于长山-城门湖背斜倾伏端北部。地层走向NE65°～80°，倾向NWW，倾角60°～70°。矿区南部由志留系中统构成背斜核部，翼部出露有志留系上统、泥盆系上统及石炭―三叠系碳酸盐类岩石，其中石炭系黄龙组、二叠系栖霞组、茅口组为重要矿化层位。区内断裂构造发育，以NE及NW向断裂为主，以位于矿区南部的F1断层和矿区西南部F2断层最为重要。F1断层全长1500余米，走向NE，断层面倾向SE，倾角60°～80°，南盘逆冲，致使志留系-泥盆系砂岩局部超覆于黄龙、栖霞组之上，最大断距可达350m，沿主断裂面和劈理面有强烈硅化和矿化活动，并在断裂下盘层间破碎带的基础上派生F2“入”字型断裂和“入”型褶皱（图2-123）。
图2-123 城门山矿区地质图 Fig.2-123 Geological map of Chengmenshan ore district（据黄恩帮等1980年资料编绘）（after Huang Enbang et al.,1980,mended）
1―三叠系下统大冶组；2―二叠系上统长兴组；3―二叠系上统龙潭组；4―二叠系下统茅口组；5―二叠系下统栖霞组；6―石炭系黄龙组；7―泥盆系上统五通组；8―志留系上统纱帽组；9―花岗闪长斑岩；10―石英斑岩类；11―夕卡岩；12―铁帽；13―石灰岩；14―硅化灰岩；15―不整合；16―内生角砾岩；17―构造角砾岩；18―断层
（三）侵入岩
矿区内侵入岩形成于燕山期，同位素年龄为118～153Ma，是同源岩浆多期脉动侵入的产物。杂岩侵入于志留―三叠纪地层中，受NNW及NEE向的断裂控制，呈岩株状产出，出露面积约0.8km2，向NW倾伏，倾角70°～80°，由花岗闪长斑岩、长石石英斑岩、霏细石英斑岩、晶屑石英斑岩及云英闪长岩、石英安山玢岩等6种不同的岩石组成，为同源二期6次侵入杂岩。伴随石英斑岩的侵入，有较强的侵入爆破作用，产生了各种类型的内生角砾岩。角砾岩中广泛发育钾、硅质蚀变及泥化、绢云母（水云母）化等，局部地段可构成铜矿体。
花岗闪长斑岩呈断续的环形，分布于杂岩体外围，环的最大宽度约500m，与围岩常呈犬齿状接触，在各接触带上均产生了不同程度的蚀变、矿化及同化混染现象。石英闪长岩主要由霏细石英斑岩、晶屑石英斑岩组成。岩石中碎斑结构、角砾-似角砾状构造发育。岩体中或其边部有广泛的爆发现象及斑岩型铜、钼矿化。
岩石以富碱质，特别是富含钾质为特征（表2-79）。花岗闪长斑岩中w（K2O）/w（Na2O）平均为10.71，晶屑石英斑岩为16.10，爆发角砾岩中可高达17.10。
表2-79 城门山及武山岩浆岩岩石化学成分 Table 2-79 Chemical composition of magmatic rocks in Chengmenshan and Wushan areas
随着岩浆活动由早及晚，所形成的各类岩石存在着化学成分的规律性变异，岩石中Fe2O3+FeO、CaO、MgO、Na2O含量由高至低，K2O增多，与此相应岩石中斜长石和暗色矿物含量减少，钾长石增多，黑云母的镁度也有增高趋势。
三、矿床地质
（一）矿体的形态、产状及规模（图2-124）
根据主要控制因素可分为：
1.接触带矿体
指产于花岗闪长斑岩、石英斑岩与茅口灰岩接触带上的Ⅰ、Ⅲ、Ⅵ矿带矿体而言。
此类矿体受接触带及围岩层间裂隙控制，多呈透镜状、扁豆状、囊状和不规则状产出。单个主矿体一般长300m，厚20余米，延深200m，铜硫品位较低，且变化较大。矿石含锌品位较高，但多富集在含铜夕卡岩中。局部有囊状磁铁矿矿体分布。
2.内接触带矿体
指产于火成岩中Ⅱ矿带的矿体。此类矿体主要受火成岩中裂隙构造和围岩捕虏体控制，多呈透镜状、筒状和不规则状产出。单个主矿体一般长100～200m，厚10～20m，延深150～200m。由于该带多为氧化和次生富集矿石，含铜品位较富但变化较大。
图2-124 城门山矿床地质剖面图 Fig.2-124 Geological profile of Chengmenshan deposit
1―残坡积物；2―石灰石；3―炭质页岩；4―大理岩；5―硅化灰岩；6―石英岩；7―夕卡岩；8―角砾岩；9―花岗闪长斑岩；10―石英斑岩；11―铁帽；12―含铜黄铁矿及铜硫矿体；13―铜硫矿体边缘；14―铜矿化；15―大冶组；16―长兴组；17―龙潭组；18―茅口组；19―栖霞组；20―黄龙组；21―五通；22―纱帽组
3.外接触带矿体
指赋存于五通石英砂岩之上，栖霞灰岩之下的Ⅳ、Ⅶ矿带矿体以及产于断裂中V矿带矿体。
此类矿体严格受“入”字型构造控制。
Ⅳ矿带矿体主要受F2控制，在相当于黄龙灰岩层位上（局部交代了栖霞灰岩），含铜黄铁矿几乎全部充填交代了黄龙灰岩，只在东西两端才能见有黄龙灰岩之残余。矿体呈似层状，矿化较均匀，品位较富。此带矿体沿走向从西向东厚度由小变大，品位由高至低，沿倾向矿体厚度则由大变小，品位由高至低变化。
Ⅶ矿带属Ⅳ矿带的东延部位。经少量钻孔控制其规模远较Ⅳ矿带小，并含较多的铅锌矿。
Ⅴ矿带矿体受F1主干断裂带控制，呈小透镜状产出。矿体规模小，品位低，变化大。主要为含铜黄铁矿，大多氧化成褐铁矿。
（二）矿石的矿物成分及结构构造
矿石矿物和脉石矿物共有77种之多，但主要的只有十余种。主要为磁铁矿、黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿、辉铜矿、辉钼矿、褐铁矿及石英、石榴子石、方解石、高岭石等。
常见的原生矿石结构为：半自形―自形粒状、隐晶偏胶状、乳滴状、格状、残余、变晶等。表生结构为多孔状、环带状、放射状等。
常见的原生矿石构造为：块状、稠密浸染状、胶状、脉状、团块状等。表生构造为土状、胶状、脉状、块状和浸染状。
（三）矿石类型及分布
根据矿物组合和化学成分，矿床矿石可分为五个类型，即褐铁矿矿石，含铜黄铁矿矿石（包括含铜磁铁矿矿石、含铜黄铁矿闪锌矿矿石、黄铁矿矿石等），含铜碳酸盐岩（包括含铜夕卡岩、含铜硅化灰岩、含铜灰岩等），含铜火成岩（包括含铜花岗闪长斑岩、含铜石英斑岩），以及含铜角砾岩（包括含铜构造角砾岩和含铜接触角砾岩）。
这几类矿石的分布情况是：接触带矿体主要由中细粒黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿等构成，以浸染状、块状的含铜碳酸盐岩石为主，以含铜火成岩、含铜黄铁矿矿石为次。内接触带矿体主要由褐铁矿、黄铁矿、黄铜矿、辉铜矿等构成，以浸染状、块状、松散状含铜火成岩为主，以含铜碳酸盐岩、含铜黄铁矿为次。外接触带主要由黄铁矿、黄铜矿以及少量磁铁矿、闪锌矿等构成，以块状、松散状含铜黄铁矿矿石为主，以含铜碳酸盐岩矿石次之。
矿床热液成矿过程持续时间较长，且表现了明显的脉动成矿的特点。经过无矿的夕卡岩阶段后，首先沉淀了磁铁矿，相继就是大量粒状黄铁矿、黄铜矿及少量胶状黄铁矿、闪锌矿的出现，沿着有利成矿部位形成各矿带矿体的初貌。伴随石英斑岩的侵入，又带来了以形成黄铁矿、黄铜矿、辉钼矿为特征的热液活动，对原矿化起富化作用，并在石英斑岩于花岗闪长斑岩接触带上及其他一些节理裂隙中形成细脉浸染状矿石。
（四）矿床氧化和次生富集作用
（1）氧化带特征：矿床的氧化作用较为发育，并表现出环接触带氧化较深，而中部氧化较浅的特点。氧化较深者一般达―50～―100m标高，氧化较浅者一般在0m标高左右。
根据氧化矿物之空间分布特征，大致可分三个亚带：
铁帽带：主要为块状赤、褐铁矿（含铜磁铁矿氧化而成）、多孔状、葡萄状褐铁矿（含铜黄铁矿氧化而成）以及土状褐铁矿（含铜夕卡岩氧化而成）组成，局部见少量孔雀石，一般分布于0m标高左右。
次生氧化物富集带：主要由蓝铜矿、孔雀石及少量辉铜矿组成，只在少数含铜花岗闪长斑岩矿体中见到。
自然元素富集带：以自然铜为主，次为自然金、自然银，多分布在湖区―50～―90m标高左右的含铜角砾岩及褐铁矿中。
（2）次生硫化物富集带特征
在矿床氧化带之下的次生硫化物富集带，出露宽度较窄，主要分布在矿区东西两端―10～50m标高的内接触带矿体中。
（五）伴生有益组分及其变化规律
1.伴生有益组分的种类及其赋存状态
本区铜、硫、铁、锌矿石中含有金、银、硒、碲、铊、镓、钴、铟、钼、镉、锗、砷、铼等十余种有益元素，其中金、银、硒、碲、铊、镓分布较普遍，含量较高。而钴、铟、钼、镉、铼在含铜黄铁矿、含铜石英斑岩、闪锌矿、辉铜矿、黄铁矿中亦有一定含量。
2.伴生有益组分之分布及其富集规律
伴生有益组分主要分布在铜硫矿石中，但在不同类型的铜硫矿石中，它们的分布和富集程度不同。
金主要分布在黄铜矿、磁黄铁矿、辉铜矿中；银、铟主要富集在黄铁矿、闪锌矿中；硒、碲、钴则受黄铁矿控制；铊在黄铜矿中含量较高。金在各类矿石中均有分布，但只在含铜黄铁矿含铜花岗闪长斑岩中含量大于0.4×10-6；银在含铜黄铁矿、含铜角砾岩中为最高；硒、碲、铊在含铜角砾岩和含铜黄铁矿中含量较高。
伴生有益组分均富集于矿体边缘，这和黄铜矿、闪锌矿、黄铁矿多富集于矿体上部和矿体边缘部位的规律是一致的。
（六）近矿围岩蚀变
伴随多次的岩浆-矿化活动，形成各类有序的交代矿化组合，并伴有特征的交代分带。以城门山杂岩体为中心，由内向外比较清晰地显示环形蚀变，并表现出下述总体的分带规律：
钾长石-硅化带（岩体内的中心带）；
黑云母-钾长石化带（岩体内的过渡带）；
粘土矿物-绢云母化带（岩体内的边缘带）；
粘土矿物-绢云母化带；
弱硅化、钾长石化-绿泥石带；
夕卡岩化带；
硅化大理岩带；
硅化绢云母化带（硅质围岩中）。
花岗闪长斑岩主要发育夕卡岩化，而石英斑岩中则以斑岩型蚀变为主。
城门山矿床内夕卡岩带不发育，但外夕卡岩带可宽达数百米。夕卡岩形成时要求Si2O、Al2O3、Fe2O3、FeO等组分的大量带入，鉴于本区内夕卡岩带不发育的事实，南京大学等单位认为这些组分一部分可能来自深部岩浆，另一部分可能来自附近的沉积岩本身。本区斑岩型蚀变的显著特色在于钾长石化、黑云母化的广泛发育，泥质蚀变的普遍叠加，石英绢云母化带和青磐岩化带一般较窄。
（七）矿床的物化探异常
在矿床上方重力一般为低缓正异常，在厚大的矿体上方异常值最高；在杂岩体的上方为弱磁异常，局部由强磁异常叠加（受晚期脉岩影响），岩体上方一般异常值为30～70nT，强磁异常值为200～800nT。电异常在联合剖面方法出现低阻正交点，指示斑岩型改造矿体，激发极化法可圈定矿体（ηs为5%～8%），电测深可区别矿体和矿化，在矿体中为低电阻高极化。化探：矿床及外围原生晕异常发育，面积大多呈环带状、半环状，异常为多组分组合，常见为Cu、Pb、Zn、Ag、Mo、W、Bi，组分分带明显。城门山铜矿综合物化探特征剖面见图2-125。
图2-125 城门山矿床综合物化探特征图 Fig.2-125 Characteristics of geophysical and geochemical anomaly of Chengmenshan deposit
1―似层状铜矿；2―夕卡岩铜矿；3―花岗闪长斑岩；4―灰岩；5―砂岩；6―石英斑岩；7―斑岩型铜矿
四、成矿条件
综观本区成矿作用的全部历程及29个黄铁矿测温资料，可划分如下成矿期和成矿作用阶段：
（1）夕卡岩成矿亚期：
无水夕卡岩阶段，温度高于475℃。
含水夕卡岩及早期铜、锌硫化物阶段，温度为350～475℃。
磁铁矿阶段，温度为310℃。
中期硫化物阶段，温度为160～330℃（主要为200～270℃）。
早期石英脉阶段，温度低于270℃。
斑岩型成矿亚期：
含辉钼矿石英脉阶段，温度为300～370℃。
晚期硫化物阶段，200～300℃（主要为200～280℃）。
末期硫化物、石英、碳酸盐阶段，温度低于260℃。
（2）多金属矿化亚期：
方铅矿、闪锌矿、黄铁矿阶段，此阶段尚未形成工业矿化。
图2-126 九江瑞昌地区广义夕卡岩铜、金、硫成矿系列模式图 Fig.2-126 Model of broad-sense skorn-type Cu-Au-S metallogenic series in Jiujiang-Ruichang area
1―石英闪长玢岩；2―石英闪长玢岩；3―花岗闪长斑岩；4―石英斑岩；5―围岩蚀变带界限；6―矿液运移方向；7―斑岩型矿床；8―夕卡岩型矿床；9―层控矿床；10―硅化蚀变带型矿床；①斑岩型钼矿；②斑岩型铜矿；③玢岩型金银矿；④岩体中块状硫化物铜矿；⑤岩体中块状硫化物金银多金属矿；⑥夕卡岩型铜及金铜矿；⑦层控硫化物型铜矿；⑧层控金银多金属矿；⑨层控碳酸盐型铜矿；⑩破碎蚀变带型金矿；Ⅰ―钾化-硅化带；Ⅱ―硅化粘土化带；Ⅲ―夕卡岩带；Ⅳ―夕卡岩化大理岩带；Ⅴ―大理岩化带；Ⅵ―硅化绢云母化带
由上可见，城门山矿床是以夕卡岩矿床为主体的多种类型的复合矿床，或称为与燕山期浅成-超浅成相中酸性岩浆侵入活动有关的斑岩型-夕卡岩型-含铜层状黄铁矿型“三位一体”的复合矿床，其区域成矿模式见图2-126。
硫同位素组成成分特征见表2-80。
表2-80 城门山矿床硫同位素组成表 Table 2-80 Sulfur isotope composition of Chengmenshan deposit