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工程地质中国主要富铁矿床类型及地质特征
中国已探明的铁矿资源量相对较多, 但大部分为贫铁矿, 富铁矿只占极少数;因此, 从上世纪50 年代起, 对富铁矿的寻找和研究就一直比较重视。本文在以往工作的基础上, 又根据几十年来许多地质队以及一些地质科研单位和院校的有关研究成果的综合分析, 对中国已知主要富铁矿类型的地质特征及其形成的某些问题作简要介绍, 并对富铁矿的找矿潜力进行了探讨。
1 铁矿资源概况
1 .1 资源量和分布
铁矿是钢铁工业的基本原料。新中国建立以来, 为了满足国民经济建设的需要, 国家投入了大量人力、物力和财力开展铁矿勘查, 探明了大量铁矿资源, 特别是20 世纪90 年代以来, 铁矿资源量又有了新的增长。中国现已探明的铁矿产地有2000 余处,铁矿石总资源储量1997 年为519.13 亿吨, 2007 年为613.35 亿吨, 2009 年为727.87 亿吨, 而2011 年底则达到了840.28 亿吨(赵一鸣等, 2005 ;中国地质调查局, 2008 ;李厚民2012 年面告)。
已探明的铁矿资源储量主要集中在辽宁、河北、四川、山西、安徽、云南、内蒙古、山东、湖北和新疆等10 个省(自治区)。中国的铁矿床常成群成带集中产出, 构成一些重要的铁矿集中区(带), 其中最主要的是:鞍山-本鞍、西昌-滇中、冀东-密云、五台、吕梁、长江中下游、包头-白云鄂博、邯郸-邢台、新疆东-西天山、鲁中、霍邱和鄂西-湘西北。这11 个铁矿成矿区(带)内的铁矿资源储量, 占全国已探明铁矿资源储量的80 %左右。
由上所述可见, 中国铁矿资源的地域分布极不均匀, 除了新疆东-西天山位于中国西北部外, 其他10 个区(带)都集中在中国中-东部。
虽然中国已查明的铁矿资源储量不少, 已达800多亿吨, 但其中有相当一部分铁矿床由于矿石选冶困难、矿体埋藏过深和水文地质条件复杂等原因, 目前暂难利用。据1996 年公布的资料, 暂难利用的铁矿资源储量达185 亿吨, 约占保有资源储量的38.6 %(宋瑞祥, 1996)。
1 .2 铁矿床成因类型
关于中国铁矿床的成因类型, 程裕淇等(1978 ;1994)、赵一鸣等(2004)和李厚民等(2010 ;2012)曾作过有关研究。根据中国铁矿床生成的地质背景、地质条件和地质特征的不同, 主要可分为以下8 种成因类型。
岩浆型铁矿床(又称钒钛磁铁矿矿床) 主要集中分布在四川攀枝花-西昌地区和河北大庙、黑山一带。攀西地区的铁矿主要是岩浆晚期结晶分异的产物, 矿体一般呈似层状产于基性或超基性岩体的底部;成矿时代为海西期。大庙、黑山一带的铁矿则为岩浆晚期贯入式铁矿, 矿体主要产于斜长岩杂岩体的裂隙中, 呈扁豆状、似脉状成群产出;其斜长岩的锆石SHRIMP U-Pb 年龄为(1726 ±9)Ma(Zhang etal ., 2007), 属中元古代。两地矿石的w(TFe)一般为25 %～ 45 %, w(TiO2)为5 %～ 15 %, w(V2O5)为0.2 %～ 0.5 %。
火山岩型铁矿床 按赋矿火山岩系生成的地质环境, 可分为2 类:与陆相火山-侵入活动有关的铁矿床;与海相火山-侵入活动有关的铁矿床。前者以宁芜、庐枞地区的铁矿床为代表, 其铁矿石的品位中等, 富矿不多;后者的实例是云南大红山铁矿床、新疆式可布台铁矿床和海南石碌铁矿床等, 其中富铁矿相对较多。
矽卡岩型(又称接触交代型)铁矿床 主要分布于华北克拉通中部、鄂东南、闽南-粤东、东秦岭和青海西部等地区。矿体一般呈透镜状产于中(酸)性侵入岩体与碳酸盐围岩的接触带;矿石大多属富矿,w(TFe)一般为40 %～ 55 %, 但部分矿石含硫、铜等偏高。
热液型铁矿床 这类矿床在全国铁矿总资源储量中所占比例虽不大, 但也是富铁矿的主要来源之一。矿体明显受断裂构造的控制, 常呈透镜状或脉状产出;其围岩大多为不同时代的碳酸盐岩;由于成矿温度不同, 高-中温热液矿石主要由磁铁矿组成,而中-低温热液矿石则以菱铁矿和赤铁矿居多。其实例有四川泸沽铁矿床、陕南板房子铁矿床、康滇地轴南端的许多菱铁矿(赤铁矿)矿床和淄博南部的一些菱铁矿矿床等。
沉积变质型(BIF)铁矿床 是中国最重要的铁矿类型, 主要分布在华北克拉通北缘及其基底隆起区。矿体形成的地质时代多为早前寒武纪, 特别是新太古代;矿体一般呈层状、似层状或透镜状产于各类变质岩系中;矿石以条带状或条纹状构造为特征,大多为贫矿, 其w(TFe)一般为25 %～ 36 %。
沉积型铁矿床 产于中元古代以后许多地质时代的浅海相沉积地层中, 其中最重要的是产于中元古界长城系内的宣龙式铁矿以及产于中-上泥盆统内的宁乡式铁矿。前者主要分布在张家口地区的宣化-龙关-赤城一带, 后者较集中分布于鄂西-湘西北等地。矿体一般呈层状, 层位较稳定;矿石以赤铁矿为主, 可伴生菱铁矿和鲕绿泥石, 铁品位中等,w(TFe)通常为30 % ～ 50 %, 但磷含量往往较高,w(P)达0.5 %～ 1 %。由于选矿原因, 多数宁乡式铁矿目前尚难利用。
风化淋滤型铁矿床 这类铁矿是由不同类型的菱铁矿矿床、金属硫化物矿床或其他富铁岩石在湿热的气候和适当的地形-构造条件下, 主要通过风化淋滤作用富集而成。矿床大多为中-小型。
上述各类型铁矿床资源储量所占的比例是:沉积变质型(BIF)铁矿为57.7 %, 岩浆型铁矿为11.6 %, 矽卡岩型铁矿为10.4 %, 火山岩型铁矿为6.9 %。这4 类铁矿床的资源储量即占全国铁矿总资源储量的86.6 %。
1 .3 富铁矿矿石分类及资源概况
1 .3 .1 富铁矿矿石的分类及工业指标
中国富铁矿矿石的工业类型可分为3 类。
炼钢用富铁矿石 是指铁矿石的w(TFe)≥56 %, 有害组分:w(SiO2)≤13 %, w(S)≤0.15 %,w(P)≤0.15 %, w(Cu)≤0.2 %, w(As)≤0.1 %(《矿产资源工业要求手册》编委会, 2010 , 下同)。
炼铁用富铁矿石 是指矿石的w(TFe)≥50 %,
主要有害组分:w(SiO2)≤18 %, w(S)≤0.3 %,w(P)≤0.25 %。
需选富铁矿石 是指铁矿石的w(TFe)虽≥50 %,但有害组分如S 、P 、Cu 、Zn 等超标, 需经选矿才能入炉的富矿。《矿产资源工业要求手册》中, 将其称为“一般富矿” , 但笔者认为这一名称欠确切, 还是沿用以前的“需选富铁矿石”较为合适。
1 .3 .2 富铁矿资源概况
中国铁矿的一个主要特点就是贫矿多、富矿少。
全国铁矿石的平均w(TFe)仅为33 %左右。
据不完全统计, 在中国目前已探明的富铁矿床中, 大型有14 个, 中型为46 个, 小型为78 个。如上所述, 中国已探明的铁矿资源储量, 从数字上看, 还比较大, 但绝大多数是贫铁矿。据1997 年统计, 富铁矿石的资源储量只有25 亿吨左右, 占全国铁矿资源储量的4.6 %。在这25 亿吨富铁矿中, 需选富矿多达13.3 亿吨, 占了一半以上。也这就是说, 直接能入炉炼钢或炼铁的富铁矿只有11.8 亿吨, 占富矿总量的42 %。其中, 能炼钢用的富铁矿就更少, 只有2 .65 亿吨, 占富矿总量的1/10 多一点, 占全国铁矿资源储量的0.51 %。可直接入炉的富铁矿大多零散分布在130 多个矿区内, 其中能单独开采的大型富铁矿矿床只有辽宁鞍山弓长岭铁矿二矿区、海南石碌铁矿、山东张家洼铁矿和济南铁矿。
1 .4 铁矿资源的保证程度
目前, 中国生产的铁矿石对钢铁工业的保证程度很低, 不足50 %。上世纪90 年代以来, 中国的钢铁工业飞速发展, 但国内铁矿石的生产能力增长缓慢, 国产铁矿石的供应缺口量呈逐年增长趋势(表1), 而且形势十分严峻。
由表1 可见, 中国近20 年来钢产量猛增, 从1990 年的0.65 亿吨猛增至2011 年的6.83 亿吨, 增加了9 倍, 已占世界总产量的45.5 %, 高居世界各国榜首。在此期间, 国产铁矿石虽也有较大幅度的增长, 但主要是贫矿, 要从国外进口大量富铁矿石, 才能满足国内钢(铁)生产的需求。
2 富铁矿矿床的成因类型
关于中国富铁矿矿床的类型特征和找矿方向等, 程裕淇(1957)、裴荣富等(1961)、程裕淇等(1976 ;1978)、赵一鸣等(2004)和李厚民等(2012)曾作过有关讨论。
归纳起来, 中国的主要富铁矿矿床可分为6 类:
① 沉积变质贫铁矿(BIF)中的热液改造型富铁矿;② 沉积变质贫铁矿(BIF)中的风化淋滤型富铁矿;③ 陆相火山-侵入岩型富铁矿;④ 海相火山(-侵入)岩型富铁矿;⑤ 矽卡岩型富铁矿;⑥ 热液型富铁矿。
表2列出了中国主要大-中型富铁矿矿床的简要地质特征。由该表可见:
(1)大-中型富铁矿矿床的分布较分散, 在15 个省(自治区)均有零星分布, 很少成带成片产出;(2)富铁矿矿床的类型以矽卡岩型为主, 在列出的26 个主要大-中型富铁矿矿床中, 矽卡岩型占了16 个;据统计, 矽卡岩型富铁矿的探明资源储量约占全部富铁矿的60 %左右;(3)炼钢用富铁矿仅产于7 个大-中型富铁矿矿床, 而且, 大型规模的只有3 个, 即辽宁弓长岭二矿区、山东张家洼和海南石碌;(4)总体而言, 矽卡岩型和陆相火山-侵入岩型富铁矿矿石的w(TFe)较高(>50 %), 但因其往往含有一定量的黄铁矿、黄铜矿等金属硫化物, 致使其S 、Cu 等组分的含量超标, 所以, 有相当部分此类矿床的矿石属于需选富铁矿。
应该指出, 表2 所列的大-中型富铁矿矿床主要是指矿石平均w(TFe)>50 %者。实际上, 有的矿区, 虽然全区矿石的平均w(TFe)低于50 %, 却拥有不少富铁矿资源储量, 例如广东连平大顶矽卡岩型铁矿床, 其全矿区矿石的平均w(TFe)只有44.99 %, 达不到富铁矿石的标准, 但其中却含有富铁矿7411.9 万吨(属大型), 其平均w(TFe)为52.53 %。
以下分别简要介绍各类富铁矿矿床的地质特征。
2 .1 沉积变质贫铁矿(BIF)中的热液改造型富铁矿沉积变质型铁矿床是中国最重要的铁矿类型,其资源储量占全国铁矿总量的57.7 %(赵一鸣等,2004)。因矿石常具典型的条带状构造, 故国外称之为条带状铁建造(Banded Iron Fo rmation , 简称BIF)。
在中国, 此类铁矿床在鞍山地区分布最广, 且开发利用较早, 故被称为广义的鞍山式铁矿, 主要集中分布于华北克拉通的边缘及隆起区, 如鞍山-本溪、冀东-密云、五台-吕梁、内蒙古中部、豫中许昌和安徽霍邱等地区。
这类铁矿赋存于前寒武系变质岩中, 其形成时代主要为新太古代(2800 ～ 2500 Ma), 次为古元古代(2500 ～ 1800 Ma), 少数为古-中太古代(3600 ～ 2800Ma)(沈其韩, 1998 ;李延河等, 2011 ;沈保丰, 2012 ;万渝生等, 2012)。矿体呈层状、似层状、透镜状产于不同的变质岩系中, 产状与围岩一致。但中国的条带状铁建造(BIF)一般规模不大, 最大延长不过10余km 。矿层厚者可达数十米至200 m 左右。容矿围岩明显受原岩岩性和变质作用程度的控制, 常见的有斜长角闪岩、变粒岩、千枚岩、绢云绿泥片岩等;部分矿区变质程度较高的有片麻岩、麻粒岩等。
矿石金属矿物以磁铁矿为主, 因氧化作用, 近地表矿体可出现假象赤铁矿。脉石矿物以石英为主,常含有少量硅酸盐矿物, 如角闪石、黑云母、透辉石、镁铁闪石、铁闪石、阳起石以及铁白云石等。在少数麻粒岩相的铁矿石中, 可出现紫苏辉石和石榴子石。
矿石构造大多为条带状或条纹状, 条纹、条带的宽度一般为1 ～ 5 mm , 表现为以石英为主的条带(纹)和以磁铁矿为主的条带(纹)相间, 变质程度高的矿石可出现片麻状构造。铁矿石的w(TFe)大多较低, 一般为25 %～ 35 %, 但其w(S)、w(P)等均很低, 富矿占极少数。
富铁矿大多是沉积变质贫铁矿(BIF)经后期热液交代叠加改造的产物, 是中国条带状含铁建造(BIF)中最重要的富铁矿类型。该类型富铁矿虽总量不大, 但分布较广, 如鞍-本地区的弓长岭二矿区、樱桃园、王家堡子、西鞍山、南芬庙儿沟等矿区, 冀东司家营、水厂等, 安徽霍邱地区等(沈保丰, 2012)。
大多数富铁矿的规模都不大, 只有弓长岭二矿区为大型。因此, 下文重点介绍弓长岭二矿区富铁矿的地质特征。
辽宁弓长岭二矿区的含矿地层是新太古界鞍山群茨沟组, 岩性为斜长角闪岩、黑云变粒岩、角闪斜长岩等, 共有6 个含铁层。矿体总长4800 m , 走向NW 300 ～ 340°, 倾向NE , 倾角60 ～ 80°, 产状与围岩一致。顶部的第6 层铁矿层是二矿区最大的贫铁矿体, 厚5 ～ 160 m , 垂深1000 m 以上, 铁矿资源储量占二矿区总资源储量的52.1 %。该矿区已查明138 个富矿体, 其中, 第6 层贫铁矿内有94 个, 第4 层和第5 层贫铁矿内分别有21 个和19 个(姚培慧等,1993)。截止1997 年底, 在已探明的富铁矿中, 炼钢用富矿有6721.4 万吨, 为大型, 平均w(TFe)为64.81 %, 炼铁用富矿有4562.2 万吨, 属中型, 平均w(TFe)为49.65 %(赵一鸣等, 2005)。
关于弓长岭二矿区富铁矿的地质特征、控矿条件和成因, 程裕淇(1957)、鞍钢地质勘探公司(1975)、王恩德等(2012)和李厚民等(2012)曾作过较深入的研究, 笔者也曾于1960 年和2012 年进行了2 次短期考察。该矿区的富矿是由贫铁矿经含铁热液交代去硅富集而成;富矿体呈似层状、透镜状、不规则脉状或豆荚状产于贫铁矿矿体中, 大致受与地层走向一致的近于平行的逆掩断层的控制, 同斜密挤褶皱对成矿也有重要意义(图1)。富铁矿体厚数米至30 m 不等, 延深一般较长, 断续达数百米以上, 有的甚至达1000 m 以上, 具有上小下大的趋势。
贫铁矿为条带(纹)状构造(图2a), 而富铁矿则为致密块状构造(图2b)。后者主要由磁铁矿组成(图2b), 在近地表处, 部分磁铁矿已变为假象赤铁矿, 也有镜铁矿;脉石矿物有少量绿泥石、石英、黑云母等。
在富铁矿中还可见到未被完全交代的贫铁矿残余。在靠近富矿体上下盘的角闪岩类围岩中, 往往出现热液蚀变岩, 其组成矿物有镁铁闪石、铁直闪石、铁铝榴石、绿泥石和石英等, 常构成铁铝榴石-镁铁闪石交代岩、石英-绿泥石交代岩(图2c), 局部地段有黄玉-白云母云英岩(图2d)。蚀变矿物的晶体较粗大。富矿一般距富钾花岗质岩石不远, 因此, 铁矿富化和围岩蚀变现象很可能与这些富钾花岗质岩石有密切联系。蚀变岩和磁铁富矿是与钾质花岗岩有关的统一的热液交代作用在不同岩(矿)石条件下的产物。
李厚民等(2012)认为, 控制富矿体的构造是韧性剪切带, 富矿体的底板围岩内常有糜棱岩产出。
洪学宽等(2012)也认为, 顺层的推覆韧性变形断裂带是控制富铁矿体的主要构造, 并强调, 贫矿层中的富铁矿在时空分布上与钾质花岗岩关系密切;钾质花岗岩的侵入活动时间为18 ～ 19 亿年。
李秉伦(1977)和施继锡等(1980)根据鞍-本地区铁矿流体包裹体的研究, 也认为富铁矿属热液改造成因。
近几年的深部勘探工作致使富铁矿的寻找有较大进展, 富铁矿的资源储量又增加了7000 余万吨。
据钻探控制, 在-400 ～ -800 m 标高, 赋存有较厚的富铁矿体, 推断磁铁富矿体向深部延伸可达-1000 m标高以下(洪学宽等, 2012)。
综上所述, 弓长岭二矿区富铁矿生成的地质特征和控矿因素可大致概括为以下几点:
(1)富铁矿均产于新太古界的贫铁矿(BIF)层
中, 尤其是较集中地产于规模较大的茨沟组第6 层贫铁矿体内;富铁矿体呈似层状、透镜状、脉状、不规则状基本上顺层产出, 主要受推覆韧性变形断裂带和同斜密挤褶皱的控制;(2)富铁矿石为致密块状构造, 细粒或中-粗粒结构, 主要金属矿物为磁铁矿, 有少量假象赤铁矿和镜铁矿, 脉石矿物有少量绿泥石、石英和镁铁闪石等。按矿石w(TFe)的高低, 分为炼钢用富矿和炼铁用富矿2 类, 以前者为主;(3)富铁矿体边缘常出现热液蚀变岩, 主要组成矿物为镁铁闪石、铁直闪石、铁铝榴石、绿泥石和石英等;在富铁矿体中常有未被完全交代的条带状贫铁矿石残留体, 说明热液交代作用的实质是对贫铁矿进行富铁去硅的改造;(4)富铁矿附近常有钾质花岗岩侵入, 可能为富铁矿的形成提供了热液流体;(5)富铁矿在深部有一定的找矿潜力。
2.2 沉积变质型贫铁矿(BIF)中的风化淋滤型富铁矿这类富铁矿是世界上最重要的富铁矿矿石来源, 如俄罗斯的库尔斯克、乌克兰的克里沃洛格、澳大利亚的哈默斯里、巴西的卡拉贾斯等铁矿田, 均属此类。仅俄罗斯库尔斯克地区, 这类富铁矿资源量就多达391 亿吨(沈永珩等, 1995)。
1976 ～ 1980 年, 中国在进行富铁矿会战过程中,在贫铁矿找矿方面取得不少进展, 发现和评价了一批新的铁矿产地, 但在富铁矿找矿方面, 收效不大。
冶金地质系统曾非常重视对这类风化淋滤型富铁矿的寻找, 特别是在鞍山-本溪地区和冀东地区的条带状石英-磁铁矿贫矿(BIF)中寻找这类富矿, 但均无果而终, 不少学者因此认为, 中国不具备生成此类型富铁矿的条件(谭顺达, 1979 ;张寿等;1979 ;孙枢等,1979)。事实上, 这类富铁矿在中国是存在的, 不过其规模较小而已。在山西岚县袁家村BIF 贫铁矿矿床中, 就有这类富铁矿。笔者和吴之暾曾于1960 年对该矿区进行过有关研究。
袁家村铁矿是一个超大型鞍山式(BIF)铁矿床,主要由原山西省地质局218 地质队等勘查完成, 累计探明铁矿资源储量13 亿吨。矿石的平均w(TFe)为29.16 %(中国地质调查局, 2008)。由于矿体的围岩是一套古元古界浅变质的绢云石英片岩、绢云千枚岩、绿泥片岩等(原岩为正常的海相沉积岩), 因此, 被普遍认为是中国的苏必利尔型铁矿的典型代表。
该矿床分3 个矿带, 共17 个矿体。其中, Ⅱ号矿带最为重要, 由7 个矿体组成, 全长5000 m , 宽200 ～ 600 m , 走向NNE , 倾向SE , 倾角20 ～ 80°, 延深逾600 m 。
矿石为条纹-条带状石英-磁铁矿矿石。上部矿石遭氧化后变为石英-假象赤铁矿矿石, 脉石矿物主要为石英, 还有镁铁闪石、铁白云石、菱铁矿和绿泥石等。
1960 年, 在矿区东部Ⅱ号矿带南部的寒武系盖层之下的贫铁矿体中, 有部分钻孔打到了厚度为几m 至8 m 的风化淋滤型假象赤铁矿富矿石。富矿石主要由多孔状假象赤铁矿组成, 含少量叶片状赤铁矿(镜铁矿), 孔隙大致沿一定方向排列, 较疏松, 还含有很少量未被完全淋滤的石英;其w(TFe)最高可达68.6 %。该矿区贫铁矿氧化带的深度一般为70～ 190 m , 局部可达620 m 。
笔者曾于1958 年在前苏联库尔斯克磁异常区的雅可夫列夫铁矿床进行过为时一个半月的野外实习, 编录了大量该铁矿床富铁矿的岩(矿)芯。库尔斯克是世界上最大的BIF 铁矿的风化淋滤型富铁矿田, 其矿石的平均w(TFe)为56 %～ 62 %, 多属炼钢用富矿。如果进行对比, 中国袁家村的风化淋滤型富铁矿在矿石的结构构造、矿物组成、品位等方面,与雅可夫列夫矿区的富铁矿几乎完全相似;只不过后者规模巨大, 厚达100 m ～ 350 余m , 并且是“面型” 风化的产物, 而前者的规模较小, 属于沿贫铁矿层间裂隙产出的“线型”风化壳产物而已。
分析中国鞍山、冀东等地区BIF 贫矿中风化淋滤型富铁矿缺失或不发育的原因, 可能主要与华北克拉通演化的不稳定性有关。在俄罗斯地台, 含条带状铁硅质建造(BIF)的结晶基底形成后, 有一个较长时间的风化期(元古代至泥盆纪), 出露在地表的条带状磁铁贫矿层遭受到较长时间的古风化淋滤作用, 形成了厚达100 m ～ 300 余m 的多孔状假象赤铁矿富矿层(面型古风化壳)。此后, 在结晶基底之上又沉积了石炭系、侏罗系和白垩系等沉积盖层, 而且, 几乎没有什么构造变动, 其上部沉积盖层的倾角不超过2 ～ 3°, 使富矿免受剥蚀而得到较好的保存。
但中国的华北克拉通的活动性极大, 再加上条带状铁建造(BIF)的规模较小, 遭受古风化淋滤作用的时间也较短, 在结晶基底形成后很快就沉积了元古界等盖层, 因此, 就不易形成规模较大的古风化壳型富铁矿(赵一鸣等, 2004)。
2 .3 陆相火山-侵入岩型富铁矿矿床
这类铁矿床主要分布于宁芜-庐枞地区的中生代陆相火山岩盆地。矿体多产在次火山岩(闪长玢岩)内外接触带;矿石的w(TFe)绝大多数为中等或偏低(22.27 %～ 45.98 %), 只有极少数矿床其矿石的w(TFe)达到富铁矿的品位, 或含有多量富铁矿(如江苏梅山, 50.92 %)。现以江苏梅山铁矿为例作简要介绍。
梅山铁矿位于下扬子台褶带宁芜中生代火山岩盆地的北段。宁芜盆地内发育一套晚侏罗世—早白垩世中(基偏碱)性火山-侵入杂岩。盆地内出露的地层为下-中三叠统灰岩、上三叠统砂页岩、侏罗系砂岩、砂砾岩夹安山质火山碎屑岩与泥灰岩。
与铁矿有关的次火山岩体为辉长闪长玢岩。梅山铁矿床的主矿体产于辉长闪长玢岩与黑云辉石安山岩的接触带, 为一大的透镜状盲矿体, 长轴方向为N E 20°;矿体长1370 m , 宽824 m , 厚134 m , 向边缘变薄, 出现分支乃至突然尖灭。
矿石的主要金属矿物为磁铁矿、假象赤铁矿、黄铁矿, 伴有少量菱铁矿和微量黄铜矿、方铅矿、闪锌矿;脉石矿物有透辉石、石英、石榴子石、 磷灰石、方解石等。矿石构造多样, 有块状、角砾状、网脉浸染状、竹叶状和斑点状等。其中, 块状矿石的品位较富, w(TFe)平均为56.1 %;竹叶状矿石次之, 为54.2 %, 二者均为需选富矿;角砾状矿石的w(TFe)为40.64 %;浸染状和斑点状矿石属贫矿, 其w(TFe)分别为30.67 %和30.32 %。w (V2O5)较高, 一般为0.15 %, w(S)平均为2.15 %, w(P)一般为0.34 %。该矿床的资源储量约为3 亿吨, 其中, 富矿石为1.5152 亿吨(江苏省冶金地质局第一地质队, 1964)。
矿区内围岩蚀变十分发育, 陈毓川等(1991)曾对此作过较详细的研究。主矿体与蚀变带在空间上密切相关;由下而上可分为以下几个蚀变带(图3):
① 含透辉石变斑晶的钾钠长石岩带:由钾钠长石、透辉石和榍石组成;其原岩应为闪长玢岩, 由于蚀变较强, 原岩的残余结构已不明显;② 含透辉石钠长石岩带:带宽140 m 左右, 由钠长石、透辉石、榍石和少量磷灰石及磁铁矿组成,其中的榍石已变为金红石、白钛矿和方解石;③ 霓透辉石(含15 %～ 45 %霓石分子)钙铁榴石钠柱石岩带:厚10 ～ 250 m , 除上述矿物外, 还伴有磁铁矿、硬石膏和方沸石;其原岩为闪长玢岩或安山岩;④ 方解石透辉石岩带:除透辉石和方解石外,还有榍石、硬石膏、石英、磷灰石、磁铁矿, 局部可见金云母;该带厚10 ～ 140 m ;⑤ 块状磁铁矿矿体:即梅山铁矿的主矿体, 是充填交代作用的产物;矿石由磁铁矿、磷灰石、透辉石、钙铁榴石、方解石、石英等组成;⑥ 磁铁矿透辉石钙铁榴石岩带:分布于主矿体之上, 象蛋壳一样覆盖着, 属于近矿指示蚀变带;该带厚2 ～ 20 m , 一般约10 m ;⑦ 黄铁矿方解石高岭石石英岩带:该带分布局限, 仅见于梅山主矿体的西北端, 厚150 ～ 200 m ;⑧ 硅化高岭石化安山岩带:厚150 ～ 250 m , 大多保留安山岩的结构构造。
根据梅山铁矿床的地质特征和矿化蚀变情况,陈毓川等(1991)认为, 在矿床成因上, 该矿床属于矿浆-热液矿床。
2 .4 海相火山岩型富铁矿矿床
根据海相火山岩型铁矿床形成方式的不同, 可分为海相火山沉积型和海相火山热液型2 个亚类。
由于前者的富铁矿较重要, 因此, 下文主要介绍该类富铁矿。
海相火山沉积型铁矿是中国最重要的富铁矿类型之一, 其中的炼钢用富矿和炼铁用富矿占有较大比重。它们主要分布在海南石碌、新疆天山阿吾拉勒铁矿带等地区。现以海南石碌铁矿和新疆西天山式可布台铁矿为例作简要介绍。
2 .4 .1 海南石碌铁矿床
石碌铁矿是闻名全国的以赤铁矿为主的大型富铁矿矿床, 是炼钢(铁)富铁矿的重要生产基地。矿区已探明炼钢用富矿5732.7 万吨, 炼铁用富矿8999.7 万吨, 另有需选富矿7573.5 万吨, 三者均属大型, 连同贫铁矿一起, 累计探明铁矿资源储量3.68亿吨(姚培慧等, 1993)。
该矿床位于华南造山系南缘、海南隆起的西北部。含矿地层为新元古界青白口系石碌群, 是一套浅变质具类复理式沉积特征的板岩、千枚岩、变质粉砂岩、石英岩、白云质大理岩。矿区内的石碌群变质岩系分为7 层, 铁矿体主要赋存于石碌群第6 层, 与容矿地层呈整合接触。该含矿层(第6 层)自上而下可分为4 个岩性段:
第4 段:变质粉砂岩、石英岩和千枚岩, 下部有8 ～ 10 m 的铁矿层;第3 段:厚层白云岩夹薄层结晶灰岩、薄层碳质板岩、千枚岩、含透辉石透闪石白云岩、透辉透闪石岩;第2 段:石英岩、含铁变粉砂岩、透辉透闪石岩、千枚岩, 上部和中部各有一层铁矿, 底部见有石膏、硬石膏;第1 段:白云岩、透辉透闪石岩、铜钴矿层。
矿区构造总体为一轴向近EW 向的朝东倾伏的复式向斜。铁矿体呈似层状产于该复式向斜的轴部, 铜钴矿体产于铁矿体的下侧(图4)。区内有8 条NW 向和近SN 向的断裂, 多为成矿后断裂, 对矿体的产状、形态造成一定影响。
铁矿石主要由鳞片状赤铁矿和石英组成, 略显片理(图2e), 含微量磁铁矿, 局部见菱铁矿;脉石矿物主要有石英、透辉石、透闪石、石榴子石、重晶石和方解石等。铜钴矿石主要由黄铜矿、黄铁矿、含钴黄铁矿、辉钴矿等组成;脉石矿物主要为石英、方解石和绢云母。
全矿区铁矿石的平均w(TFe)为51.15 %, 其中, 炼钢用富矿为62.31 %, 炼铁用富矿为55.63 %,需选富矿为54.54 %。铜钴矿石的w(Cu)平均为1.58 %, w(Co)平均为0.307 %。关于该矿床的成矿时代, 张仁杰等(1992)获得其赤铁富矿石的Sm-Nd 等时线年龄为840 Ma 左右;许德如等(2007)研究了石碌群碎屑沉积岩中锆石SHRIMP U-Pb 年龄, 推测石碌群沉积的上限约为960 Ma , 下限约为1300 Ma 。据此批定, 石碌铁矿的主成矿时代为晋宁期。
关于石碌铁矿床的成因, 20 世纪50 年代时, 大都认为是矽卡岩型;70 年代以后, 火山沉积变质成因观点占优势, 其主要依据是石碌群第5 、6 层内存在有火山凝灰岩和火山熔岩, 包括英安质熔结凝灰岩、富钾流纹质熔结凝灰岩、钾质流纹岩及钾质流纹斑岩(蒋寄云, 1979 ;王寒竹, 1983 ;吕古贤, 1988)。因此认为, 赤铁矿的沉积可能是海底火山活动的产物。
铁矿生成以后又遭受了区域变质作用, 使矿石和围岩普遍发育片理化;印支期(249 Ma)花岗岩的侵入,使矿床又遭受了接触变质(交代)作用的改造, 形成了透辉石透闪石矽卡岩和石榴子石矽卡岩。
2 .4 .2 新疆新源县式可布台铁矿床
式可布台铁矿床位于新疆新源县东45 km , 地处北天山优地槽褶皱带(任纪舜等, 1980)内的伊宁坳陷与巩乃斯复向斜之间, 在其南北两侧各有一条EW 向断层。
该矿区内出露的地层为石炭系伊什基里克组安山质、英安质凝灰岩、沉凝灰岩和偏碱性火山熔岩(细碧岩、流纹岩), 由上而下分为3 个岩性段;第三岩性段:安山-英安质晶屑凝灰岩夹偏碱性安山岩、玄武岩和凝灰岩, 厚约190 m ;第二岩性段:凝灰质细碎屑岩夹石灰岩、沉凝灰岩和中-基性熔岩, 局部夹赤铁矿层、铁质碧玉岩,厚度大于800 m , 是该区铁矿床的赋存层位;第一岩性段:上部为细碧角斑岩和安山质火山碎屑岩, 厚度超过1600 m ;下部为碱性流纹-英安质火山碎屑岩夹熔岩。
区内构造线为NWW 向, 地层多呈近EW 向展布, 陡倾角。王立华等(1981)依据地层重复出现及小构造, 推 9断该矿区为一向西倾状向南倒转的背斜构造。铁矿层产于该背斜构造的北冀。
矿区内分布有较多的石炭纪钠长斑岩和细晶闪长岩, 它们可能是与火山岩同期的岩浆活动的浅成-超浅成侵入相。
式可布台铁矿区全长约4 km , 宽约1.3 km , 由主矿区(体)、东矿区(体)、西矿区(体)和北矿区(体)等几部分组成。其中, 主矿区的规模最大, 其资源储量约占全矿区的80 %, 西矿区次之, 其余都是零星小矿体。
主矿体在地表呈一向北突出的多层状透镜体,
长约900 m , 最大累计厚度超过60 m , 平均厚度为5～ 18 m 。主矿体由十几层铁矿组成(图5), 矿层间的围岩为绢云母片岩或千枚岩;矿层底部产有较多的砂质、粉砂质沉凝灰岩, 并与薄的铁矿层互层;矿层的产状与围岩一致;矿体向深部变薄而尖灭, 碧玉层增多;矿体两端往往沿走向渐变为含碧玉条带的片岩、千枚岩, 再过渡为凝灰质岩石。
矿石类型可分为3 种:① 致密块状赤铁矿矿石, 主要矿物为赤铁矿, 多呈细粒状, 次为鳞片状镜铁矿, 有少量胶状针铁矿、硬锰矿等;脉石矿物有石英、碧玉、绢云母、重晶石、钠长石等。此种矿石为富铁矿, 是该矿区最主要的矿石类型;② 条带状碧玉赤铁矿矿石, 由碧玉与赤铁矿相间组成条带状构造。
此种矿石目前还不能被利用;③ 薄层状赤铁矿贫矿石, 由薄层状赤铁矿层(2 ～ 10 cm)与千枚岩(1 ～ 2cm)、片岩、凝灰岩呈互层组成。此种矿石目前也不能被利用。
式可布台铁矿床的矿石以块状富铁矿石为主,其w(TFe)为50 % ～ 60.4 %之间, 全矿区矿石的w(TFe)平均可达56.66 %, 最高可达66.78 %。大部分矿石属炼铁用富矿(1393 万吨), 部分为炼钢用富矿(316 万吨)。
区内围岩蚀变不甚发育, 主要有绿泥石化、绢云母化、硅化、黄铁矿化和碳酸盐化等。
关于该矿床的成因, 绝大多数研究者都认为属火山(热液)沉积型铁矿床(王立华等, 1981 ;田培仕,1990 ;袁涛, 2003)。
2 .5 矽卡岩型富铁矿矿床
矽卡岩型富铁矿矿床是中国最重要的富铁矿类型, 约占全国富铁矿总资源储量的60 %左右, 分布于全国16 个省(自治区), 相对集中地分布在鄂东南、河北邯邢、山东济南、莱芜、淮北、闽南、粤东等地区,但其规模多以中-小型为主, 也有部分矿床为大型。
从富铁矿的工业类型看, 由于这类富铁矿石的硫化物含量偏高, 不少大(中)型矽卡岩富铁矿矿床的矿石属需选富矿, 占这类富铁矿资源总量的一半以上, 炼铁用富矿约占30 %, 而炼钢用富铁矿则仅占不足10 %。
根据与成矿有关的侵入体的岩性组合及其所反映的区域地质背景和矿化元素组合, 可将矽卡岩型富铁矿矿床大致分为以下3 类。
在华北克拉通, 与成矿有关的岩体主要是燕山期闪长岩和二长岩, 个别矿区为辉长岩(山东济南)。
矿体一般呈似层状、透镜状产于侵入体与中奥陶统大理岩、白云质大理岩接触带。近矿岩体的钠质交代作用十分强烈, 主要是钠长石化, 次为方柱石化。
与矿体伴生的矽卡岩属于钙矽卡岩与镁矽卡岩之间的过渡类型———钙镁质矽卡岩(赵一鸣等, 1990)。
矿石的金属矿物以磁铁矿为主, 次为假象赤铁矿和黄铁矿。伴生金属元素一般较单一, 主要是钴, 部分矿区(如山东金岭)有铜、金, 个别与基性侵入岩有关的矿床还伴有镍、铂等。
现以近几年新探明的河北沙河白涧铁矿为例作重点介绍。该矿床基本上能代表邯邢式铁矿的主要地质特征。
白涧铁矿地处太行山东麓中段, 河北省沙河市白涧村, 东北距邯郸市25 km 。1977 ～ 1982 年, 河北省地质矿产局第十一地质队对该矿区进行过普查评价工作, 认为其是一中型铁矿床。2006 ～ 2010 年, 该队在分析低缓磁异常和控矿构造的基础上, 对该矿区进行了详查, 取得了深部隐伏找矿的较大突破, 证实其为一大型隐伏的矽卡岩型富铁矿矿床, 提交了铁矿资源储量11 171.67 万吨, 伴生钴金属量17 186.41吨, 另有石膏矿矿石605.42 万吨(河北省地质矿产局第十一地质大队, 2010)。
该矿区广为第四系所覆盖。根据钻孔揭露, 矿区内地层由老到新为:
中奥陶统马家沟组(O2m) 岩性为中-厚层灰岩、白云岩, 因受岩体烘烤, 大多变质为结晶灰岩和白云质大理岩, 部分钻孔见有石膏和石盐假晶夹层,厚度大于75 m ;中奥陶统磁县组(O2c) 岩性为结晶灰岩和白云质大理岩, 夹多层石膏-硬石膏, 厚度为472 m ;中奥陶统峰峰组(O2 f) 岩性为灰岩、白云质灰岩和白云岩, 厚度为104 m ;石炭系—二叠系煤系地层(C3-P1) 主要由砂岩、页岩、砂质页岩夹灰岩和2 ～ 5 层煤层组成, 厚度大于207 m 。
上述地层中, 马家沟组和磁县组结晶灰岩、白云质大理岩和白云石大理岩是该矿区内重要的控矿地层围岩, 铁矿体均受其控制。
在构造上, 该矿区位于华北克拉通的中部, 山西断隆东缘的太行拱断和武安凹断束内。NE 向构造由一系列褶皱和断层组成, 控制了区内中性侵入岩的侵位和有关矿床的产出。在矿区范围内, 褶皱为NNW 345°方向的中关-白涧背斜构造, 向东逐渐倾伏, 全长逾8 km , 对铁矿的赋存具有重要意义。区域上规模较大的铁矿, 如西郝庄、中关、白涧、王窑、綦村、西石门等, 总体上沿NE 向呈串珠状展布, 与岩浆岩带的方向一致。白涧铁矿实质上是中关大型铁矿向南的延伸部分, 但其埋藏深度比中关铁矿要大。
矿区内主体岩浆岩分布在地表600 m 以下, 是埋藏较深的隐伏岩体, 呈规模较大的岩株状产出。
其岩石类型为闪长岩、闪长玢岩和二长岩。岩石具细粒-中粒结构, 矿物成分主要有斜长石、角闪石, 次为钾长石, 副矿物是磁铁矿、榍石和磷灰石。其中的闪长岩是白涧矿区最主要的侵入岩, 与成矿关系最密切。使用MC-ICP-MS 方法测得了矿区内闪长岩的锆石U-Pb 年龄, 为(121.9 ±0.7)Ma , 属燕山晚期产物(河北省地质矿产局第十一地质大队, 2010)。
矿体一般呈似层状、透镜状、囊状产于闪长岩与白云质大理岩接触带及其附近(图6)。矿区内共圈出28 个矿体。根 据矿体赋存空间的不同, 可分为3类:① 直接产于岩体与白云质大理岩接触带内的矿体, 其形态严格受岩体接触面的控制, 总体呈波状弯曲的似层状, 是矿区内最主要的矿体;② 产于接触带附近中奥陶统白云质大理岩层间裂隙中的矿体;③ 产于岩体中大理岩捕虏体内的矿体, 这类矿体数量少, 规模亦小。
矿区内最大的矿体南北长1500 m , 东西最大宽度可达2000 m , 但厚度变化较大, 最大厚度为131.74 m , 平均为21.29 m 。其资源量占矿区资源量的一半以上。
矿石的主要金属矿物为磁铁矿, 有少量赤铁矿、黄铁矿、黄铜矿等;脉石矿物主要有透辉石、透闪石、蛇纹石、金云母、白云石、方解石, 次为阳起石、绿泥石和石英等。磁铁矿交代矽卡岩矿物的现象常见。
矿石构造主为致密块状, 次有浸染状、斑杂状、条带状和角砾状等。
全矿区铁矿石的平均w(TFe)为47.56 %。其中, 富矿石资源量达6059.9 万吨, 属大型。富矿石的平均w(TFe)为54.24 %, 但由于矿石中硫含量偏高(平均为1.31 %), 因此属于需选富矿。另外, 矿石的w(Co)平均为0.217 %, 可综合利用。
近矿交代岩主要有钠长岩(或钠长石化闪长岩)和矽卡岩2 种。钠长岩或钠长石化闪长岩是矿体旁侧内接触带闪长岩中最常见的交代岩, 由于强烈的钠长石化, 岩石的颜色多变为白色、灰白色;其矿物成分以钠长石为主, 次为阳起石;钠长石多呈细粒状交代闪长岩中的斜长石和钾长石, 阳起石交代了原岩中的角闪石, 副矿物磁铁矿基本消失。矿区内的矽卡岩一般与矿体紧密伴生, 可分为内矽卡岩和外矽卡岩2 类, 矿化主要叠加于外矽卡岩之上。内矽卡岩由交代闪长岩而成, 为透辉石-方柱石矽卡岩;外矽卡岩则是交代外接触带白云质大理岩的产物,按其矿物组合的不同, 又可分为透辉石矽卡岩、透闪石-阳起石矽卡岩、金云母矽卡岩和蛇纹石矽卡岩等。
关于邯邢式铁矿的控矿条件和找矿标志, 可概括为以下几点:
(1)中奥陶统含膏(盐)层的灰岩、白云质灰岩是对成矿有利的地层围岩;(2)燕山期闪长岩、二长岩是铁矿的成矿岩浆岩;(3)华北克拉通断隆边缘的凹断束NE 向断裂构造系是控制中性侵入岩和有关铁矿床的重要构造条件;(4)接触带矽卡岩和钠长石交代岩是重要的找矿标志之一;(5)矿床生成的时代为燕山期。
2 .5 .2 与中-酸性侵入岩有关的富铁矿矿床这类铁矿床主要分布在克拉通边缘坳陷带长江中下游地区的鄂东南一带, 称之为大冶式铁矿。该地区与成矿有关的侵入体为燕山期闪长岩、石英闪长岩、花岗闪长岩和二长花岗岩等杂岩体。矿化围岩为三叠系灰岩和含白云质灰岩。金属矿化组合是Fe-Cu-Co-Au 。伴生的矽卡岩主要为钙矽卡岩。富铁矿类型大多属需选富矿, 部分矿区为炼铁用富矿。
现以著名的大冶铁山矿区为例作一简要介绍。
笔者曾于1962 ～ 1964 年及1980 年对该矿床作过较详细的研究, 首次提出了内接触带闪长岩类中的钠长石化是该类铁矿床的重要找矿标志。
在鄂东南地区, 沿NNE-SSW 方向等距分布着燕山期的鄂城、铁山、金山店和灵乡等4 个岩体。在灵乡岩体的东南侧还有殷祖和阳新2 个较大的侵入体产出。前4 个岩体主要与铁矿有关, 而阳新岩体则主要与铜(铁、金)有关。它们的岩性依次是:花岗岩、石英闪长岩、闪长岩、闪长玢岩和花岗闪长岩。
其中的铁山岩体, 其边缘为石英闪长岩和黑云母闪长岩, 向岩体中心依次变为正长闪长岩和花岗闪长岩。
矿区内出露的地层主要是中-下三叠统灰岩、白云质灰岩夹泥质灰岩和页岩。近岩体接触带因受接触变质作用的影响, 上述围岩变质成为大理岩、白云质大理岩, 部分变为条带状石榴子石透辉石大理岩。
与成矿有关的构造是NWW 向的挤压构造带,褶皱和断裂发育。铁山岩体就是沿着铁山背斜北翼断裂带侵入的。成矿前断裂与接触构造的复合部位, 对铁矿体的形成起着控制作用。
在该区域内, 已知有大(中)型富铁矿矿床5 处,即程潮、大广山、铁山、金山店和灵乡。其中, 程潮和大广山铁矿产于鄂城岩体的西南接触带, 铁山矿区产于铁山岩体的南接触带, 金山店铁矿产于金山店岩体的南接触带, 灵乡铁矿产于灵乡岩体的南接触带。
铁山矿床由6 个大矿体组成, 自东向西依次为尖山、狮子山、象鼻山、尖林山、龙洞和铁门坎, 均产于蚀变石英闪长岩、黑云母辉石闪长岩与大理岩的接触带, 连绵全长5000 m 。矿体形态变化较大, 大多为透镜状(图7), 局部为囊状, 后者是交代闪长岩中大理岩捕虏体的产物。矿体沿倾斜长度为100 ～ 450m 不等, 厚10 ～ 80 m , 局部可达180 m 。
铁矿石的金属矿物主要为磁铁矿(图2g), 次为赤铁矿、假象赤铁矿、菱铁矿、黄铁矿、黄铜矿、磁黄铁矿, 有少量斑铜矿、辉铜矿、闪锌矿、白铁矿, 在氧化带还有水针铁矿、孔雀石、铜蓝、赤铜矿等;脉石矿物主要为绿色云母(含铁金云母)、透辉石(图2g)、方解石、铁白云石和石英, 局部有绿泥石、阳起石等。
矿石以致密块状构造为主, 其次为浸染状和花斑状,局部见角砾状、条带状和多孔状构造。磁铁矿交代矽卡岩和大理岩以及金属硫化物交代磁铁矿的现象十分普遍, 形成了许多交代结构和构造。
矿石化学成分的特点是富铁高硫, 并伴生Cu 、Co 等有益元素, 可供综合利用。铁矿石的平均w(TFe)为53.77 %, w(Cu)为0.5 %～ 0.7 %, Co 则以类质同象的形式赋存于黄铁矿中。
铁山矿区内, 矿体附近的闪长岩类和碳酸盐围岩均遭到强烈的接触交代作用和热液蚀变作用, 形成了各类矽卡岩、碱质交代岩和热液蚀变岩。矽卡岩和碱质交代岩是接触交代作用早期的产物, 其形成时间早于矿化;在空间上, 它们常具明显的分带(图7), 自石英闪长岩向大理岩方向, 分带的次序是:
(1)新鲜的石英闪长岩:未蚀变的石英闪长岩为灰色, 中-细粒结构;矿物成分为奥长石、角闪石、条纹长石、石英和少量副矿物榍石、磁铁矿和磷灰石。
(2)钠长石化闪长岩及钠长石交代岩:石英闪长岩遭到钠长石化后, 岩石的颜色、结构构造、矿物成分和岩石化学成分等发生了重大变化。大部分变为浅灰色至灰白色, 常略带浅粉红色;结构构造上的变化也很明显, 原岩的粒状结构渐趋模糊, 当交代作用较强时, 变为十分致密的岩石;矿物的轮廓、外表已难以分辨。
在钠交代过程中, 矿物成分的变化很有规律, 具体表现是:钠长石中钙长石分子逐渐减少, 钠长石分子相应增多, 从奥长石(21 %～ 31 %An)-奥钠长石(13 %～ 15 %An), 变为钠长石(2 %～ 4 %An);角闪石全部被透辉石交代;磁铁矿消失;岩石最后变为钠长石交代岩。
石英闪长岩的w(Na2O)一般为5 %左右,w(Fe2O3 +FeO)通常为5.11 %～ 5.43 %;强钠化闪长岩的w(Na2O)可高达7.36 % ～ 8.25 %, 而w(Fe2O3 +FeO)则降低为2.22 %～ 2.37 %。钠化过程中所减少的铁, 加入到了接触带磁铁矿体的系列内(赵一鸣等, 1983)。
钠长石化石英闪长岩的宽度可达10 余m 至300 余m 。因此, 钠长石化是该类矽卡岩铁矿床的重要标志之一。
(3)石榴子石-透辉石-方柱石矽卡岩:这类矽卡岩分布较广, 主要见于尖山、铁门坎和龙洞等矿段的内接触带蚀变闪长岩中, 常呈脉状或网脉状产出。
方柱石与透辉石或石榴子石紧密共生(图2f), 有时还含一定量的绿帘石。当交代作用强烈时, 网脉连成一片, 形成块状矽卡岩。该矽卡岩带的宽度可达数米至100 余m 。
(4)透辉石矽卡岩:这是矿区内重要的矽卡岩之一, 属外矽卡岩, 主要分布于狮子山、尖山、龙洞等矿段, 并常被磁铁矿矿体所交代。岩石主要由透辉石(Di63.5～ 95.0 Hd4.5～ 35.1Jo0.5～ 3 .1)组成, 含有少量石榴子石、方解石、阳起石和含铁金云母。该带宽数米至10 余m , 有的矿段可能缺失。
(5)含铜磁铁矿矿体:是矽卡岩形成后高温热液阶段的充填交代产物, 主要交代透辉石矽卡岩或大理岩。矿石主要由块状磁铁矿组成, 伴有黄铁矿、黄铜矿等硫化物和菱铁矿;常见的脉石矿物有透辉石、含铁金云母、阳起石、方解石、石英等。矿体与大理岩界线截然, 这与国内几乎所有的矽卡岩型铁矿所见略同。
(6)大理岩带。
关于成岩成矿时代, 谢桂青等(2008)和毛景文等(2012)确定铁山岩体石英闪长岩锆石LA-ICP-MS年龄为(142 ±3)Ma , 铁矿体中与磁铁矿密切共生的金云母的40Ar/39Ar年龄为(140.9 ±1.2)Ma , 说明岩体和铁矿床均形成于早白垩世早期。
至于铁山铁矿床的成因, 大多数学者都认为属矽卡岩型。石准立等(1981)根据象鼻山矿段发育有多孔状磁铁矿矿石等特点, 提出了矿浆成矿的看法。
蔡本俊(1980)认为长江中下游铁(铜)矿床的富集,与闪长岩类岩浆作用于三叠系地层中的蒸发岩有关, 这一看法可能有利于解释在广泛发育的钠长石化过程中Na 和Cl 的来源问题。
2 .5 .3 与酸性花岗岩类有关的矽卡岩型富铁矿矿床这类铁矿床主要分布于闽南-粤东和海南, 包括广东大顶、铁山嶂, 福建潘田、阳山和海南田独。除广东大顶铁矿为大型外, 其余均为中型。其中, 海南田独铁矿的矿石属炼钢用富矿, 其平均w(TFe)高达63 %。
2 .6 热液型富铁矿矿床
这类富铁矿包括高-中温热液型磁铁矿矿床和中-低温热液型菱铁矿(赤铁矿)矿床2 个亚类。
在成因上, 高-中温热液型磁铁矿矿床大多与同一地区同一成矿时期的矽卡岩型铁矿有着内在的时空联系, 共同构成一个成矿系列, 并且其矿石品位较富。而中-低温热液型菱铁矿(赤铁矿)矿床主要受区域性断裂的控制, 与有关侵入岩和矽卡岩型铁矿床的时空关系不明显, 如山东淄博的文登、店子菱铁矿矿床和云南康滇地轴南端的鲁奎山、大六龙和他达等菱铁矿(赤铁矿)矿床。现以四川冕宁泸沽铁矿床为例, 说明该类富铁矿的地质特征。
泸沽铁矿床包括大顶山和铁矿山2 个矿区(段)。前者为炼铁用富矿, 后者属炼钢用富矿, 两者均为中型。笔者曾于1965 ～ 1966 年参加过泸沽地区富铁矿科研会战, 取得了较多的第一手资料。
该铁矿床位于四川冕宁县泸沽镇东南约10 km处, 属高(中)温热液充填交代型富铁矿矿床。原四川省地质局109 地质队于1968 年完成了对该矿床的勘探, 获得资源储量为:大顶山1557.8 万吨, 铁矿山770.5 万吨(姚培慧等, 1993)。
在大地构造上, 该矿床处于川滇南北向构造带(即康滇地轴)中段安宁河断裂带的东侧。这组构造由一系列南北向断裂组成, 宽10 ～ 20 km , 延长50 ～60 km , 其活动具有长期性、间歇性和继承性, 控制着该区的多期岩浆活动。
区内出露的地层主要为中元古界会理群(原称登相营群)浅变质岩系, 岩性为千枚岩、石英岩、变质杂砂岩和含藻钙质白云岩等, 构成NE 走向、SE 倾向的单斜层, 属泸沽复背斜的一翼, 是该矿区的主要控矿围岩。
泸沽花岗岩是该区最重要的成矿侵入岩, 出露面积约180 km2 , 呈岩株状侵位于泸沽复背斜轴部褶曲带。该岩体的侵入时代为晋宁-澄江期(652 ～ 668Ma , 据刘俨然等, 1985)。围绕该岩体外接触带的中元古界会理群有利构造和岩性地段, 分布有铁矿山(热液充填交代型铁矿体)、大顶山(热液交代型铁矿床)、拉克(矽卡岩型铁矿床)、朝王坪(热液交代型铁矿床)、盐井沟(矽卡岩型锡矿床)、猴子崖(矽卡岩型锡矿床)等矽卡岩型和热液型铁(锡)矿床。它们共同构成了一个与晋宁-澄江期花岗岩有成因关系的铁、锡矿床成矿系列。
2 .6 .1 大顶山矿区(段)
矿体呈似层状赋存于花岗岩体外接触带白云质大理岩以及上下部变质石英砂岩的接触面, 主要交代白云质大理岩。在剖面上, 矿体虽呈似层状, 但实际上是连续的不规则透镜状, 与大理岩的接触边缘极不规则, 主要受几组构造裂隙的控制。矿体长300 ～ 800 m , 厚5 ～ 15 m , 延深300 ～ 800 m 。
矿石矿物以磁铁矿为主, 含少量假象赤铁矿、黄铁矿和黄铜矿;脉石矿物为方解石、白云石和蛇纹石。围岩蚀变主要为蛇纹石化、绿泥石化和透闪石化, 局部有透辉石化。矿石的w(TFe)平均为54 %左右。在成因上应属高-中温热液交代矿床。
2 .6 .2 铁矿山矿区(段)
矿体也产于花岗岩外接触带变质石英砂岩和白云质大理岩的断裂构造接触面, 主要充填交代变质石英砂岩。矿体总的走向为NE 40 ～ 50°, 倾向SE ,倾角32 ～ 40°。矿体呈似层状, 长100 ～ 800 m , 厚4～ 38 m , 延深50 ～ 600 m ;近花岗岩接触带处矿体厚度较大(最大38.42 m), 远离接触带则逐渐变小, 直至尖灭。
矿石矿物以假象赤铁矿为主, 次为磁铁矿;脉石矿物为少量石英、绿泥石、黑云母、绢云母等。矿石为致密块状, 钢灰色;w(TFe)平均为60 %左右, 最高可达70.35 %, 大多属炼钢用富矿, 可能是国内最富的铁矿石之一。在成因上, 铁矿山矿床属于高-中温热液充填交代矿床, 成矿后又遭受风化淋滤作用,导致原先的磁铁矿变为假象赤铁矿。
3 富铁矿矿床的找矿潜力
虽然中国已知富铁矿的资源储量不多, 但还有一定潜力, 仍应努力去寻找。在上述6 个主要富铁矿类型中, 比较有潜力的是矽卡岩型和海相火山岩型。
3 .1 矽卡岩型富铁矿仍是中国最重要的找矿重点这是因为此类铁矿品位相对较高, 分布最广, 在中国的20 个省(自治区)都有分布。一些大-中型矿床的深部和外围以及周边地区应注意进一步寻找。
由于中国过去勘查的深度较浅, 大多在500 m以上, 平均勘查深度只有392 m , 因此, 深部潜力还较大(中国地质调查局, 2008)。近几年来, 对湖北大冶铁山铁矿深部的磁异常进行了验证, 其结果是, 新增富铁矿资源储量2064 万吨;河北白涧大型富铁矿矿床的发现和探明, 也是很好的例子。
另外, 在西藏冈底斯成矿带的措勤县, 江西省地质矿产局地质调查院探明了尼雄矽卡岩富铁矿田,估算其铁矿资源储量为1 亿多吨, 矿石平均w(TFe)达53.28 %(中国地质调查局, 2008)。该矿床的矿体产于石炭系—二叠系碳酸盐岩与花岗闪长岩、二长花岗岩接触带的矽卡岩中。花岗闪长岩和二长花岗岩的LA-ICP-MS 锆石U-Pb 年龄为112.6 Ma 和113.6 Ma ;与磁铁矿共生的金云母的40Ar/39Ar年龄为112.3 Ma , 指示成矿作用与燕山晚期的中-酸性岩浆活动有关(于玉帅等, 2012)。
3 .2 海相火山岩型富铁矿在新疆西天山地区找矿潜力较大据董连慧等(2011)和张作衡等(2012)的报道,近几年, 新疆西天山阿吾拉勒铁矿带的铁矿勘查工作取得重大进展, 相继发现和勘查了查岗诺尔、备战、智博、敦德、松湖、雾岭及尼新塔格-阿克萨依等大(中)型海相火山岩型铁矿床, 探获大量富铁矿资源, 已累计探获富铁矿资源储量4.17 亿吨, 矿石的平均w(TFe)大于50 %。矿带内的侵入岩有闪长岩、石英闪长岩、花岗闪长岩、二长花岗岩等。矿体呈透镜状、似层状、脉状, 主要产于侵入岩接触带或其附近的石炭系安山岩、英安岩、玄武安山岩、安山质晶屑凝灰岩夹灰岩、大理岩和钙质粉砂岩中。但有的矿区内, 侵入岩不发育。
矿石的金属矿物主要为磁铁矿, 伴有赤铁矿、黄铁矿、黄铜矿、磁黄铁矿等;脉石矿物有石榴子石、透辉石、阳起石、绿帘石、绿泥石、方解石、石英等。围岩蚀变较明显, 有矽卡岩化、钾长石化、钠长石化、绿泥石化、碳酸盐化和硅化等。
关于西天山阿吾拉勒铁矿带内铁矿床的成因,总的大类属海相火山岩型似无分歧, 但对其具体亚类的认识则五花八门, 如类矽卡岩型(张作衡等,2012)、矽卡岩型(段士刚等, 2012)、火山岩浆-热液型(王志华等, 2012)、火山喷溢-热液复合型(张振亮等, 2012)、矿浆型(蒋宗胜等, 2012)等等。此外, 绝大多数学者对式可布台铁矿床属于海相火山沉积型矿床, 意见较为一致。
目前, 该成矿带内的勘查工作还在继续进行, 相信将会有更多的富铁矿矿床被发现和探明。
3 .3 青藏铁路沿线的唐古拉山口一带和高喜马拉雅山区的富铁矿找矿值得重视据万子益(1986)和赵一鸣等(2005)的资料, 在青藏铁路沿线唐古拉山口附近和昌都地区, 有一些热液型或沉积热液改造型富铁矿矿床产出, 如安多当曲和昌都卡贡铁矿等。矿床产出地层分别为侏罗系砂页岩、灰岩和石炭系千枚岩、板岩等。矿石矿物有菱铁矿、赤铁矿、褐铁矿等, w(TFe)相对较高, 可达39 %～ 61.64 %。
另外, 在西藏南部高喜马拉雅山区有一条规模巨大的元古宙变质岩带, 已在亚东县下司马发现有鞍山式沉积变质铁矿(BIF), 目估矿石的w(TFe)为25 %～ 60 %(万子益, 1986)。考虑到印度境内已有不少规模较大的鞍山式沉积变质铁矿(BIF)产出, 且铁品位较富, 因此, 高喜马拉雅山区的前寒武纪变质岩带是一个寻找这类富铁矿的潜在远景区。
4 结 论
(1)中国已探明的铁矿资源储量相对较多, 达840 多亿吨, 但有相当部分因选冶或埋藏过深等原因而暂不能被利用。矿石以贫矿为主, 富铁矿只有极少数, 约占全国已探明总资源储量的4 .6 %, 其中可直接入炉的炼钢用富矿和炼铁用富矿则更少, 分别占0.51 %和1.76 %(合计为2.27 %)。
(2)中国已知富铁矿成因类型有6 种:沉积变质贫铁矿(BIF)中的热液改造型, 沉积变质贫铁矿(BIF)中的风化淋滤型, 陆相火山-侵入岩型, 海相火山(-侵入)岩型, 矽卡岩型, 热液型。其中, 矽卡岩型富铁矿矿床最为重要, 不但数量较多, 分布较广, 而且其已探明的资源储量约占全部富铁矿的60 %左右;其次是海相火山(-侵入)岩型富铁矿矿床和沉积变质贫铁矿(BIF)中的热液改造型富铁矿矿床。
(3)已知富铁矿生成的地质时代主要为燕山期, 包括东部地区几乎所有的矽卡岩型、陆相火山岩型和热液型富铁矿矿床;次为元古代(辽宁弓长岭二矿区、内蒙古白云鄂博、海南石碌、四川泸沽和云南大红山等)、海西期(主要是天山成矿带的海相火山岩型)和印支期(青海尕林格)。富铁矿矿床的分布相对较分散, 散布于中国的26 个省(自治区), 但其中的鄂东南地区和新疆天山地区则相对集中。富铁矿产出的构造背景比较广泛, 包括华北克拉通区断陷过渡带、克拉通边缘断皱带(板块碰撞带)、优地槽褶皱带、裂陷带和断坳带等。
(4)矽卡岩型和海相火山(-侵入)岩型富铁矿矿
床尚有一定的找矿潜力;青藏铁路沿线的唐古拉山口一带和高喜马拉雅山区的富铁矿找矿也值得重视。
(5)鉴于较严峻的铁矿资源形势, 为满足钢铁工业发展的需求, 首先应充分利用已有的贫铁矿资源, 走“人造富矿” 之路;同时, 要继续努力寻找埋藏相对较浅和易选的贫铁矿及各类富铁矿, 不能放松。另外, 从战略角度看, 长期从国外进口富铁矿石已别无选择。
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