鋼鐵工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè), 是一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、綜合國(guó)力的重要標(biāo)志。從1996年中國(guó)粗鋼年產(chǎn)量突破1億t, 成為全球粗鋼第一生產(chǎn)大國(guó)以來(lái), 中國(guó)鋼鐵產(chǎn)量快速上漲, 目前年產(chǎn)量已超過(guò)8億t, 占全球年總產(chǎn)量的一半以上。作為鋼鐵工業(yè)原料——鐵礦石的需求更是迅猛飆升, 除每年消耗國(guó)內(nèi)原礦鐵礦石(平均含鐵品位30%左右(中國(guó)產(chǎn)業(yè)信息, 2015))超過(guò)12億t外, 每年進(jìn)口鐵礦石(平均含鐵品位>62.5%)超過(guò)9億t, 進(jìn)口量超過(guò)全球鐵礦石貿(mào)易量的60%, 鐵礦石來(lái)源地遍布除南極洲外的6大洲, 超過(guò)25個(gè)國(guó)家(中國(guó)海關(guān)數(shù)據(jù), 2017), 中國(guó)鐵礦石對(duì)外依存度一直在70%左右(圖 1)(據(jù)中國(guó)鋼鐵工業(yè)協(xié)會(huì)副會(huì)長(zhǎng)王立群在"2016冶金礦產(chǎn)品國(guó)際會(huì)議"講話:2015年中國(guó)鐵礦石對(duì)外依存度達(dá)到84%, 2016年上半年達(dá)到85.2%)。
 圖 1 2000年以來(lái)我國(guó)進(jìn)口鐵礦石增長(zhǎng)率及對(duì)外依存度 Figure 1 Growth rate and foreign dependence of China's imported iron ore since 2000 |
中國(guó)鋼鐵工業(yè)的健康發(fā)展已離不開(kāi)鐵礦石資源的全球配置, 本文在收集整理前人研究的基礎(chǔ)上, 對(duì)全球鐵礦床BIF相關(guān)型、火山成因型、巖漿型、接觸交代-熱液型(矽卡巖型)、沉積型5種成因類型地質(zhì)特征、成因和找礦標(biāo)志等進(jìn)行了分析整理, 并在全球圈出47個(gè)鐵礦重要分布區(qū)帶, 對(duì)各重要分布區(qū)帶的資源潛力進(jìn)行了探討, 為研究鐵礦的學(xué)者和中國(guó)礦業(yè)企業(yè)"走出去"勘查開(kāi)發(fā)鐵礦資源提供基礎(chǔ)信息。
2 全球鐵礦資源稟賦特征2.1 全球鐵礦資源豐富且分布廣泛全球七大洲都有鐵礦資源發(fā)現(xiàn), 而且大洋中也蘊(yùn)藏著豐富的鐵錳結(jié)核(據(jù)估算全球大洋中鐵錳結(jié)核總量在30000億t以上, 含鐵約13%(費(fèi)學(xué)錦等, 1994)), 僅陸地查明的鐵礦石儲(chǔ)量就有1900億t (USGS, 2015)。根據(jù)相關(guān)國(guó)家資料及參照SNL(提供全球礦業(yè)信息和服務(wù)的數(shù)據(jù)平臺(tái))全球鐵礦統(tǒng)計(jì), 全球鐵礦資源量達(dá)到8180億t(表 1)。
| 表 1 全球鐵礦資源量統(tǒng)計(jì) Table 1 Global iron ore resource statistics |
從表 1可以看出, 全球鐵礦資源分布極不均衡, 位列前10位的國(guó)家依次是澳大利亞、加拿大、俄羅斯、巴西、中國(guó)、玻利維亞、幾內(nèi)亞、印度、烏克蘭和智利, 這10個(gè)國(guó)家鐵礦資源量就達(dá)到6650億t, 占全球資源總量的81.3%, 其中澳大利亞以1462億t位居首位, 約占全球總資源量的17.88%;加拿大以1303億t位居第二, 俄羅斯以980億t位居第三, 巴西以927億t排名第四, 而很多國(guó)家和地區(qū)鐵礦資源又相對(duì)缺乏。
2.3 全球鐵礦資源規(guī)模及質(zhì)量差異較大2.3.1 全球鐵礦床規(guī)模差異大, 以大型、超大型為主盡管鐵礦資源在全球廣泛分布, 資源量也巨大, 但鐵礦又以相對(duì)集中出現(xiàn)為特點(diǎn), 規(guī)模以大型、超大型為主(中國(guó)2002年發(fā)布的地質(zhì)礦產(chǎn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DZ/T 02002002對(duì)鐵礦床規(guī)模的規(guī)定:貧鐵礦(TFe < 30%)>1億t為大型礦, 富鐵礦(TFe ≥ 50%)>0.5億t為大型礦, 而世界地質(zhì)編圖委員會(huì)(CCGM)在編制《1:500萬(wàn)南美洲礦產(chǎn)圖》時(shí), 鐵礦規(guī)模大型為>1億t, 巨型(世界級(jí)) ≥ 10億t(Zappettini et al. 2005), 文中所說(shuō)的大型是指規(guī)模>1億t, 超大型為≥ 10億t)。
目前全球已統(tǒng)計(jì)的1833個(gè)鐵礦床中, 大型、超大型鐵礦床有348個(gè), 約占總數(shù)的19%, 而大型、超大型鐵礦床資源量卻占到鐵資源總量的79.4%, 規(guī)模大于10億t的鐵礦數(shù)為137個(gè), 約占總數(shù)的7.4%, 其占鐵資源總量的68.8%。表 2列出了澳大利亞、巴西、俄羅斯、加拿大、中國(guó)等國(guó)發(fā)現(xiàn)的大型、超大型鐵礦床數(shù)及資源量, 從中可以看出, 雖然中國(guó)鐵礦資源量排名位于全球前列, 但大型、超大型鐵礦床數(shù)量卻不多, 以中小型礦床為主, 與澳大利亞、巴西、俄羅斯和加拿大等國(guó)相去甚遠(yuǎn)。
| 表 2 全球及重要鐵礦資源國(guó)家大型、超大型鐵礦床統(tǒng)計(jì) Table 2 Statistics of large and giant iron deposits in the world and important iron ore resources countries |
全球開(kāi)采的鐵礦石品位差距也較大(圖 2), 南非、印度、澳大利亞、俄羅斯等國(guó)鐵礦石平均品位都在55%以上, 加拿大、中國(guó)、烏克蘭和美國(guó)鐵礦石平均品位只有30%多, 中國(guó)僅為31.3%, 低于全球鐵礦石平均含量(48.3%) 17個(gè)百分點(diǎn)。
 圖 2 全球主要鐵礦石生產(chǎn)國(guó)家鐵礦石平均品位情況(USGS, 2015; 李莎, 2017) Figure 2 Average grade of iron ore in the world's major iron ore production countries (modified after USGS, 2015; Lisha, 2017) |
巴西、澳大利亞、南非、印度等國(guó)生產(chǎn)的鐵礦石多為赤鐵礦, 不僅鐵品位較高, 大于55% (多為高于60%的富礦), 而且礦石中有害雜質(zhì)較少, 可直接入高爐, 礦石燒結(jié)、冶煉性能都比較好。同時(shí), 這些國(guó)家大型、超大型鐵礦數(shù)量也較多, 生產(chǎn)的鐵礦石品質(zhì)也比較穩(wěn)定。而中國(guó)鐵礦山多以中小型為主, 大型、超大型礦山少, 貧礦多, 富礦少, 而且礦石成分復(fù)雜, 伴(共)生組分多, 對(duì)高爐冶煉有害雜質(zhì)也多(李莎, 2017)。此外, 中國(guó)的鐵礦石又多為含鐵品位較低的磁鐵礦石, 需提純燒結(jié)制球后才能入爐, 生產(chǎn)成本相對(duì)較高。
2.4 全球鐵礦類型較多且BIF相關(guān)型是最重要類型按照鐵礦成因劃分的BIF相關(guān)型、火山成因型、巖漿型、接觸交代-熱液型和沉積型5大類中, 以BIF相關(guān)型鐵礦床最為重要。在全球鐵礦資源中, 60%~70%為BIF相關(guān)型鐵礦床, 而與其有關(guān)的富鐵礦儲(chǔ)量約占全球富鐵礦總量的70%以上(邱瑞照等, 2012), 占全球鐵礦產(chǎn)量的90%以上(Isley, 1995)。全球鐵礦資源量排名靠前的國(guó)家, 也是該類型鐵礦分布較多的國(guó)家。BIF相關(guān)型鐵礦床的特點(diǎn)是規(guī)模大, 以大型、超大型為主, 分布相對(duì)集中, 常構(gòu)成幾十億到數(shù)百億t鐵礦資源量的巨型礦床。
火山成因型的鐵礦床也很重要, 約占全球鐵礦資源量的10%, 該類型鐵礦共生有銅、金、稀土等多種組分可以綜合利用; 巖漿型鐵礦中除鐵可利用外, 鈦、釩也是主要利用的組分, 另外還伴生有磷、鉻、鎳、銅、鉑族元素、鈧等組分可綜合利用; 接觸交代-熱液型鐵礦共伴生有銅、鉛、鋅、鎢、錫、鉬、鈷、金等組分可以綜合利用。
3 全球鐵礦床成因類型及主要特征如上所述, 本文總結(jié)前人鐵礦成因類型劃分方案, 將全球鐵礦床劃分為5種主要成因類型, 即BIF相關(guān)型(包括蘇必利爾湖型和阿爾戈馬型)、沉積型(淺海相沉積型和陸相沉積型)、火山成因型(海相火山巖型和陸相火山巖型)、巖漿型(巖漿晚期分異型和巖漿晚期貫入型)、接觸交代-熱液型(接觸交代型和熱液型)。風(fēng)化淋濾型鐵礦床及部分殘坡積鐵礦床(主要是澳大利亞一些河道型及碎屑型鐵礦)由于其富礦多是由BIF相關(guān)型鐵礦經(jīng)表生作用的風(fēng)化淋濾而成, 因此也歸入BIF相關(guān)型鐵礦, 而不單獨(dú)分類。紅土型、殘坡積鐵礦床因規(guī)模較小, 歸入沉積型之中。
鑒于文章篇幅有限, 且BIF相關(guān)型和火山成因型兩種鐵礦類型在全球資源總量占80%以上, 而其他類型鐵礦占比相對(duì)較少, 因此, 本文僅對(duì)BIF相關(guān)型和火山成因型鐵礦進(jìn)行介紹。
3.1 BIF相關(guān)型鐵礦床BIF相關(guān)型鐵礦床也稱為含鐵硅質(zhì)巖建造的沉積鐵礦床、含鐵石英巖型鐵礦床。此種含鐵建造多為條帶狀(banded iron formation, BIF), 形成于包括南等地的陸塊內(nèi)(Gross, 1980, 1983; Trendall, 2009; Bekker et al., 2010), 其主要礦物組成是鐵氧化物(磁鐵礦和赤鐵礦)和石英, 硅鐵呈交替的條帶狀出現(xiàn)。該建造是早期地殼的重要組成部分, 是地球演化特定階段的產(chǎn)物, 之所以說(shuō)其是地球演化特定階段產(chǎn)物是因?yàn)檫@種條帶狀鐵建造僅在前寒武紀(jì)的地層中廣泛分布, 起始于3.8 Ga, 集中于2.8~1.8 Ga, 在1.8 Ga之后, 突然缺失, 一直到0.8~0.6 Ga, 因雪球事件而重現(xiàn)(Huston and Logan, 2004), 而寒武紀(jì)之后, 此種含鐵建造就再也沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)。
條帶狀含鐵建造(BIF)一詞是Van Hise等(1911)在研究美國(guó)的Superior地區(qū)時(shí)最早提出, 之后, 一些地區(qū)或國(guó)家對(duì)BIF的稱呼有所變化, 如巴西稱之為鐵英巖, 印度稱之為條帶狀赤鐵石英巖, 南非稱之為鐵礦石, 澳大利亞稱為碧玉鐵質(zhì)巖。James (1954)第一次正式對(duì)BIF定義, 用"條帶狀含鐵建造"作為通稱, 這是一種薄層狀的化學(xué)沉積物, 含有15%或者更多的沉積成因的鐵, 可含或不含燧石層。1983年Trendall重新對(duì)BIF進(jìn)行定義, 剔除了對(duì)鐵的最低含量(15%)的限制, 換成有異常高含量的鐵。
目前, 普遍認(rèn)為BIF應(yīng)具備以下最基本的特點(diǎn): ①化學(xué)組成上, 全鐵含量應(yīng)在15%以上, 且前寒武紀(jì)條帶狀含鐵建造普遍具有較低的Al2O3 + TiO2含量, 例如南非Pongola BIF該值平均僅為0.32% (Alexander et al., 2008), 暗示BIF沉積過(guò)程陸源碎屑物質(zhì)加入量較少(Pecoits et al., 2009; Basta et al., 2011; Dai Yanpei et al., 2014, 2016; Lan Tingguang et al., 2014a); ②礦物組成上, 最主要的礦物是磁鐵礦和赤鐵礦, 其次是細(xì)晶或隱晶狀石英, 少量碳酸鹽和硅酸鹽礦物等; ③結(jié)構(gòu)構(gòu)造上, 組成BIF的礦物組分大部分呈細(xì)粒狀, 而主要的礦物(石英和鐵氧化物)在中-微觀尺度上常呈鐵硅交替的條帶狀(薄層)出現(xiàn)。單個(gè)薄層的厚度一般為幾毫米至幾厘米, 偶爾可達(dá)數(shù)十厘米。富含二氧化硅的薄層條帶常含有一定量的金屬礦物, 也可以由純的二氧化硅組成。富含金屬礦物的薄層常含相當(dāng)數(shù)量的二氧化硅, 也可由100%的金屬礦物組成。
3.1.1 條帶狀鐵礦床的全球分布據(jù)統(tǒng)計(jì), 全球鐵礦儲(chǔ)量的60%~70%為BIF相關(guān)型, 而與其有關(guān)的富鐵礦約占全球富鐵礦總量的70%以上。BIF相關(guān)型鐵礦床主要分布在澳大利亞、巴西、俄羅斯、烏克蘭、加拿大、中國(guó)、印度、美國(guó)、南非、幾內(nèi)亞、利比里亞、委內(nèi)瑞拉、玻利維亞等國(guó)。
BIF相關(guān)型鐵礦床在全球各大洲均有分布, 主要產(chǎn)在陸間裂谷、大陸裂谷及活動(dòng)陸緣的裂陷區(qū)等(沈承珩等, 1995)。如大洋洲的澳大利亞的哈默斯利鐵礦區(qū), 南美洲的巴西卡拉加斯和"鐵四角"鐵礦區(qū)、巴西和玻利維亞交界的穆通-烏魯庫(kù)姆、委內(nèi)瑞拉的玻利瓦爾鐵礦區(qū), 北美洲的加拿大的拉布拉多鐵礦區(qū)、美國(guó)的蘇必利爾湖鐵礦區(qū), 歐洲的俄羅斯庫(kù)爾斯克鐵礦區(qū)、烏克蘭克里沃羅格鐵礦區(qū)、白俄羅斯-波羅的海地盾鐵礦區(qū), 亞洲的印度比哈爾邦-奧里薩邦、中央邦及卡納塔克邦鐵礦區(qū)、中國(guó)的鞍本-冀東鐵礦區(qū), 非洲的南非賽申-德蘭士瓦鐵礦區(qū)、西非(利比里亞和幾內(nèi)亞)的寧巴山-西芒杜鐵礦區(qū), 靠近北極的格陵蘭島伊蘇亞鐵礦區(qū), 南極洲的查爾王子山鐵礦區(qū)等(圖 3)。
圖 3 BIF相關(guān)型鐵礦床分布圖 Figure 3 BIF-related iron deposit distribution map |
BIF相關(guān)型鐵礦床的特點(diǎn)是規(guī)模大、分布集中, 常構(gòu)成幾十億t到幾百億t鐵礦儲(chǔ)量的巨型礦床, 是全球主要富鐵礦類型; 且礦石成分簡(jiǎn)單、易采易選, 是目前全球鐵礦石開(kāi)采的最主要礦床類型。隨著鐵礦石的不斷消耗及含鐵石英巖貧礦石利用技術(shù)的提高, 該類型鐵礦床將是勘查和開(kāi)發(fā)的重要目標(biāo), 其經(jīng)濟(jì)價(jià)值會(huì)變得越來(lái)越重要。
國(guó)內(nèi)外礦床學(xué)家對(duì)條帶狀含鐵建造形成時(shí)代的認(rèn)識(shí), 在區(qū)域地質(zhì)對(duì)比和同位素測(cè)年等研究基礎(chǔ)上不斷深入, 圖 4是Trendall(2002)及Klein(2005)繪制的全球條帶狀鐵建造形成時(shí)代及鐵豐度關(guān)系示意圖, 該圖展示了前寒武紀(jì)條帶狀鐵建造在時(shí)間上的分布趨勢(shì), 從圖中也可看出:目前發(fā)現(xiàn)前寒武紀(jì)條帶狀鐵建造最早出現(xiàn)在3.8 Ga, 是位于格陵蘭島西側(cè)的伊蘇亞(Isua)鐵建造(Rosiere et al., 1996); 之后從3.5~1.8 Ga連續(xù)出現(xiàn), 并于2.7~1.9 Ga期間最為集中(Huston and Logan, 2004), 鐵建造的形成達(dá)到了最高峰(就含鐵量而言), 其中在中太古代(3.5~ 3.0 Ga)主要形成的鐵建造有津巴布韋、南非、烏克蘭、委內(nèi)瑞拉、巴西、西澳等; 在新太古代(3.0~2.5 Ga)(沈承珩等, 1995)形成的鐵建造包括加拿大米契皮克坦地區(qū)、澳大利亞伊爾崗地塊、巴西的Novalima和卡拉加斯、中國(guó)的鞍本及冀東地區(qū)等; 而古元古代(2.5~1.9 Ga)主要形成的鐵建造有美國(guó)的蘇比利爾湖地區(qū)、加拿大的拉布拉多裂陷區(qū)、烏克蘭的克里沃羅格盆地區(qū)、俄羅斯的庫(kù)爾斯克磁異常區(qū)、巴西的鐵四角地區(qū)、澳大利亞的哈默斯利和南非的德蘭士瓦等; 在約1.8 Ga之后, 近1.0 Ga鐵建造明顯缺失, 一直到新元古代末期(0.8~0.6 Ga), 因雪球事件而重現(xiàn), 形成的含鐵建造有加拿大的Rapitan、巴西和玻利維亞交界的烏魯庫(kù)姆-穆通及納米比亞的Damara等鐵建造, 而寒武紀(jì)之后, 此種含鐵建造就再也沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)。
圖 4 鐵建造的時(shí)間與發(fā)育程度(豐度)關(guān)系示意圖, 包括一些重要的鐵建造及其產(chǎn)地(據(jù)Trendall, 2002和Klein, 2005修改) Figure 4 Schematic diagram showing the relationship between the formation time of IF and its development degree (abundance), including some significant IF and major IF regions (modified after Trendall 2002 and Klein, 2005) |
前寒武紀(jì)條帶狀鐵建造作為地球早期特定地質(zhì)歷史演化階段的產(chǎn)物, 其沉積環(huán)境也具有特殊性。目前普遍認(rèn)為形成大型條帶狀鐵建造需要滿足三個(gè)條件:①大型海底熱液供給系統(tǒng), 是鐵建造形成的物質(zhì)基礎(chǔ); ②發(fā)育寬廣的大陸架, 為鐵建造沉積提供有利場(chǎng)所; ③存在成層海洋, 蘊(yùn)含大量Fe2+的海水能夠從海底熱液系統(tǒng)運(yùn)移至沉積中心, 這是鐵建造形成的必要條件(鐵在海水中的存在形式、運(yùn)移與沉淀方式)。
Gross (1965)根據(jù)條帶狀鐵建造規(guī)模、巖性組合及沉積環(huán)境與火山活動(dòng)的關(guān)系將其劃分為蘇必利爾型(Superior)和阿爾戈馬型(Algoma)兩種基本類型。
阿爾戈馬型條帶狀含鐵建造一般發(fā)育在太古宙古俯沖板塊一側(cè)洋殼深盆, 沿火山弧、擴(kuò)張脊、地塹等分布(圖 5), 規(guī)模相對(duì)較小(也許由于保存的關(guān)系), 與火山碎屑巖相伴生, 并靠近濁積巖組合, 與海底火山、熱液活動(dòng)關(guān)系密切(James et al., 1982; Huston et al., 2004)。常形成雜砂巖、濁積巖、厚的菱鐵礦層、碳酸鹽、鐵硅酸鹽及鐵硫化物與火山巖互層, 含鐵建造厚度為幾米到數(shù)百米, 沿走向可延伸數(shù)千米。
圖 5 BIF沉積環(huán)境示意圖(據(jù)Wang et al., 2009和Bekker et al., 2010修改) 地幔柱成因的科馬提巖與海底熱液相互作用析出Si和Fe交替沉淀形成了鐵建造 Figure 5 Sketch map of sedimentary environment of BIF and GIF (modified after Wang et al., 2009 and Bekker et al., 2010) The interaction between the seafloor hydrothermal fluids and komatiites generated by mantle plumes released silica and iron, which precipitated alternately to form iron formation |
蘇必利爾型條帶狀含鐵建造主要發(fā)育在古-中元古代活動(dòng)性古克拉通邊緣的陸架盆地或陸臺(tái)盆底中(圖 5), 與陸架型沉積物有關(guān), 常見(jiàn)有石英巖、長(zhǎng)石砂巖、黑色頁(yè)巖與細(xì)碎屑-碳酸鹽巖、鐵硅酸鹽等鐵質(zhì)沉積互層, 有時(shí)也含有凝灰?guī)r和一些火山巖, 這些火山物質(zhì)可能是深大斷裂或破裂帶等熱液噴發(fā)活動(dòng)、火山作用的產(chǎn)物。該類型含鐵建造巖層厚度較穩(wěn)定, 由數(shù)十米到數(shù)百米, 有時(shí)可達(dá)上千米, 延伸可達(dá)數(shù)百千米(James et al., 1982), 一般在橫向和縱向上的沉積規(guī)模都大于阿爾戈馬型。
就全球而言, 蘇必利爾型鐵建造的受變質(zhì)沉積鐵礦的規(guī)模及經(jīng)濟(jì)價(jià)值, 比阿爾戈馬型鐵礦重要, 但阿爾戈馬型鐵建造在地理分布和數(shù)量上比蘇必利爾型要廣泛。
蘇必利爾型條帶狀含鐵建造主要分布在美國(guó)蘇必利爾湖區(qū)、加拿大魁北克-拉布拉多地塊、澳大利亞西北部的哈默斯利鐵礦區(qū)、印度奧里薩邦和比哈爾邦、烏克蘭的克里沃羅格、俄羅斯的庫(kù)爾斯克和巴西的"鐵四角"地區(qū)等(沈承珩等, 1995)。
阿爾戈馬型條帶狀含鐵建造主要分布在加拿大的米契皮克坦(Michipicotan)地區(qū)、安大略省的雷德湖、布魯斯湖等、美國(guó)的朱紅(Vermilion)鐵礦區(qū)、巴西的卡拉加斯鐵礦區(qū)及澳大利亞的伊爾崗地塊的鐵礦區(qū)等(沈承珩等, 1995)。
中國(guó)遼寧鞍山-本溪及冀東地區(qū)的條帶狀鐵建造屬于阿爾戈馬型, 而山西呂梁地區(qū)的鐵建造則屬于蘇必利爾型(李厚民等, 2012)。
國(guó)外地質(zhì)學(xué)家從條帶狀鐵建造的分布時(shí)代、原巖類型、沉積環(huán)境、礦石特征及變質(zhì)變形特點(diǎn)等方面對(duì)兩類鐵建造地質(zhì)特征對(duì)比見(jiàn)表 3。
| 表 3 兩種BIF礦床地質(zhì)特征對(duì)比(王長(zhǎng)樂(lè)等, 2012) Table 3 Comparison of geological features between two types of BIF abroad (after Wang et al., 2012) |
然而, 要準(zhǔn)確區(qū)分這兩類鐵建造還是比較困難的, 在進(jìn)行歸類時(shí), 不能僅憑某一方面的特點(diǎn)就進(jìn)行判斷, 必須考慮多方面因素, 特別是對(duì)某些由于變質(zhì)程度較高和后期構(gòu)造變形強(qiáng)烈的鐵建造, 更要從多期構(gòu)造分割和疊置、原巖恢復(fù)及構(gòu)造環(huán)境判別等諸多因素加以分析研究, 才能做出準(zhǔn)確判斷。
3.1.3 BIF相關(guān)型鐵礦床地質(zhì)特征前寒武紀(jì)條帶狀鐵建造這種地球演化發(fā)展階段在特定巖石圈、水圈和大氣圈條件下形成的地質(zhì)體, 一般來(lái)說(shuō)是BIF相關(guān)型鐵礦床的"礦胎", 其后期在遭受不同程度的區(qū)域變質(zhì)作用后才形成鐵礦床(施俊法等, 2010)。
以下簡(jiǎn)單介紹全球主要BIF相關(guān)型鐵礦床(區(qū))的地質(zhì)特征(表 4)。
| 表 4 全球重要鐵礦床(區(qū))地質(zhì)特征 Table 4 Geological characteristics of important iron deposits (regions) in the world |
(1) 澳大利亞哈默斯利鐵礦區(qū)
位于皮爾巴拉地塊南部的哈默斯利裂陷區(qū), 鐵礦基本分布在哈默斯利裂陷區(qū)及其周邊的哈默斯利群多層條帶狀鐵建造中。該裂陷東西長(zhǎng)500 km, 南北寬50~200 km, 面積約為7.8萬(wàn)km2(圖 6)(姚春彥等, 2014)。這里蘊(yùn)藏了近400億t的鐵礦儲(chǔ)量, 約占澳大利亞鐵礦資源總量的75%, 已發(fā)現(xiàn)的大型、超大型鐵礦數(shù)十個(gè), 是世界巨型鐵礦區(qū)之一。其形成時(shí)代屬元古宙, 鐵礦主要賦存于古元古界哈默斯利群條帶狀硅鐵建造中, 含礦層厚達(dá)2559 m。近地表遭受風(fēng)化淋濾作用, 形成赤鐵礦-針鐵礦礦石, 下部為原生的條帶狀磁鐵礦礦石。
| 圖 6 澳大利亞哈默斯利盆地鐵礦區(qū)地質(zhì)略圖(Taylor et al., 2001)及哈默斯利群地層柱狀圖及SHRIMP年齡(Barley et al., 1997) Bo-布爾吉達(dá)組(Boolgeeda); WR-溫佳拉組(Woongarra Rhyolite); WW-威利-沃利組(Weeli Wolli); Ya-彥地克吉納段(Yandicoogina); Jo-喬費(fèi)爾段(Joffre); Wb-維爾貝克段(Whaleback); DG-谷峽谷段(Dales Gorge); Mmc-姆克雷斯組(Mount Mcrae); MS-希爾維亞山組(Mount Sylvia); WT-威特努姆組(Wittennoom); MM-馬拉曼巴組(Marra Mamba); J-紀(jì)日納赫組(Jeerinah) Figure 6 Sketch geological map of the major iron orebodies in the Hamersley iron province (after Taylor et al., 2001) and stratigraphic columnar section of the Hamersley iron province and available SHRIMP ages (after Barley et al., 1997) |
目前, 哈默斯利鐵礦區(qū)鐵礦按照產(chǎn)出部位和形成方式分為3種類型(江思宏等, 2013), 即一是賦存在條帶狀含鐵建造中的層狀鐵礦床; 二是產(chǎn)在古河道中的河道型鐵礦床; 三是主要由條帶狀含鐵建造中的層狀鐵礦床受侵蝕崩塌或沖積形成的碎屑型鐵礦床, 規(guī)模一般較小。其中, 以層狀鐵礦床規(guī)模最大, 也是目前開(kāi)采的最主要的鐵礦類型, 其次是河道型鐵礦床。
哈默斯利鐵礦區(qū)條帶狀鐵建造主要由石英和弱磁性的假象赤鐵礦(可能由磁鐵礦變化而來(lái))組成, 含少量碳酸鹽礦物和黑硬綠泥石。礦石呈條帶狀或?qū)蛹y狀至薄層狀, 由假象赤鐵礦和石英相間組成, 由于構(gòu)造作用而呈復(fù)雜的小撓曲, 即使在風(fēng)化淋濾后的赤鐵富礦石中, 亦能見(jiàn)到條帶狀構(gòu)造和小褶曲。礦區(qū)礦石礦物主要為赤鐵礦, 赤鐵礦的形態(tài)有微板狀赤鐵礦、假象赤鐵礦和針鐵礦3種類型, 礦石鐵品位一般在60%以上, 含磷在0.04%~0.09%, 為優(yōu)質(zhì)的高爐原料(Taylor et al., 2010)。
(2) 巴西"鐵四角"鐵礦區(qū)
鐵四角礦區(qū)位于巴西東南部米納斯吉拉斯州貝洛奧里藏特(Belo Horizonte)市南部, 面積約15000 km2。因其在平面上大致呈四邊形, 且賦存有豐富的高品位鐵礦石, 所以最早被Dorr(1969)稱為"鐵四角"。區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)的鐵礦床有數(shù)十個(gè), 資源量達(dá)250億t, 是巴西最大的鐵礦區(qū)之一(圖 7)。
| 圖 7 巴西鐵四角地區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖(據(jù)趙宏軍等, 2017) Figure 7 Simplified geological map of the Quadrilatero Ferrifero (after Zhao Hongjun et al, 2017) AB-Aboboras; AC-AguasClaras; AG-Alegria; AL-AguaLimpa; AN-Andrade; BA-Bau; BO-Bocaina; CA-Cau; CF-CorregodoFeijao; BR-Brucutu; CM-CapitaodoMato; CE-Capanema; CN-Conceicao; CO-Corregodo Meio; CP-CasadePedra; CX-CapaoXavier; DC-DoisCorregos; ES-Esperanca; B-Fabrica; GL-Galinheiro; FN-FabricaNova; FZ-Fazendao; IT-Itatiaiucu; JG-Jangada; MA-MorroAgudo; MT-Mutuca; MZ-MarAzul; OF-OuroFino; PI-Pico; PR-Pires; RA-RetiroDasAlmas; SP-Sapecado; TA-Tamandua; TB-Timbopeba |
礦區(qū)位于南美圣弗朗西斯科陸塊的南緣, 受古元古代和新元古代-早古生代多次造山運(yùn)動(dòng)的影響, 各類斷裂、褶皺構(gòu)造發(fā)育(Spier et al., 2007; Rosiere et al., 2008)。
"鐵四角"地區(qū)鐵礦均產(chǎn)于米納斯吉拉斯超群中部伊塔比拉群下部的卡維組鐵英巖中, 根據(jù)鐵英巖中礦物成分、變質(zhì)程度不同又將其劃分為石英鐵英巖、白云質(zhì)鐵英巖和角閃質(zhì)鐵英巖3種類型(郭維民等, 2013)。石英鐵英巖分布最為廣泛, 主要由互層的石英和赤鐵礦組成, 石英多由燧石重結(jié)晶而成; 白云質(zhì)鐵英巖也呈細(xì)條帶狀, 由互層的紅-白碳酸鹽巖和灰黑色赤鐵礦組成, 主要礦物為白云石、赤鐵礦和少量石英、方解石、滑石、綠泥石等; 角閃質(zhì)鐵英巖分布局限, 露頭以大量的針鐵礦和假象角閃石、綠泥石為特征。
礦區(qū)鐵品位>62%的鐵礦石為高品位礦石, TFe為30%~60%稱為低品位礦石, 高品位礦石依物理特性劃分為硬礦石和軟礦石。高品位硬礦石的外觀特征變化較大, 從塊狀、條帶狀到片狀, 塊狀礦石致密, 而條帶狀礦石多發(fā)育孔洞, 礦石呈灰色-藍(lán)色, 由赤鐵礦、假象赤鐵礦、假象磁鐵礦和少量鏡鐵礦組成。硬鐵礦體形態(tài)受條帶狀鐵建造和構(gòu)造控制明顯, 呈不規(guī)則狀產(chǎn)于褶皺核部, 或以透鏡狀呈層狀分布; 軟礦石多產(chǎn)出于硬礦石的外圍, 呈殘余條帶狀、角礫狀或粉狀, 由高品位赤鐵礦形成軟的、多孔、易碎礦體, 該類型礦體多由白云質(zhì)鐵英巖中碳酸鹽礦物的風(fēng)化淋濾作用形成(郭維民等, 2013; 趙宏軍等, 2017)。
(3) 俄羅斯庫(kù)爾斯克鐵礦區(qū)
位于東歐陸塊中南部, 沃洛涅什結(jié)晶基底地塊的西部, 受一系列南東走向的古元古代裂谷坳陷槽控制。面積約15萬(wàn)km2, 包括別爾哥羅德、庫(kù)爾斯克-奧爾洛夫、舊奧斯科爾和新奧斯科爾、臘祖緬鐵礦區(qū)等數(shù)十個(gè)大型-超大型鐵礦床(圖 8)。已查明鐵礦石儲(chǔ)量556億t, 鐵品位為32%~62%, 其中富鐵礦儲(chǔ)量390億t, 含鐵品位為54%~62%(沈承珩等, 1995; 冶金部情報(bào)標(biāo)準(zhǔn)研究所, 1975)。
| 圖 8 庫(kù)爾斯克磁異常區(qū)的磁異常和含鐵石英巖系的巖相分帶示意圖(冶金部情報(bào)標(biāo)準(zhǔn)研究所, 1975) 1-含鐵巖系的外尖滅亞帶, 由含鐵石英巖和千枚巖互層組成(西部亞帶在西南異常帶內(nèi), 東部亞帶在東北異常帶內(nèi)), 含鐵石英巖主要由硅酸鹽和磁鐵礦組成, 主要發(fā)育寬條帶狀構(gòu)造, 局部發(fā)育有薄條帶狀的鐵云母-磁鐵石英巖; 2-中央亞帶, 其內(nèi)產(chǎn)有兩個(gè)很厚的含鐵石英巖段, 兩者間為千枚狀的片巖所隔開(kāi)。含鐵石英巖主要為赤鐵礦和磁鐵礦, 具薄條帶狀構(gòu)造; 3-含鐵巖系的內(nèi)尖滅亞帶, 位于庫(kù)爾斯克-科羅查復(fù)背斜的兩翼附近。尖滅帶內(nèi)的含鐵石英巖常呈微條帶狀和塊狀; 4-泥盆紀(jì)地層分布的南界; 5-維憲期地層分布的北界; 6-多內(nèi)昔期地層分布的界線; 7-磁異常; 8-富鐵礦床。西南異常帶:①-新雅爾廷礦床; ②-米哈伊洛夫礦床; ③-季齊年礦床; ④-奧里霍瓦特礦床; ⑤-馬利諾夫礦床; ⑥-雅克普列夫礦床; ⑦-捷捷列溫礦床; ⑧-戈斯提舍夫礦床; ⑨-別爾哥羅德礦床; ⑩-霍赫洛沃-伊古緬礦床; ? -梅里霍沃-舍別金礦床; ? -博利舍特羅伊茨礦床; 東北異常帶:? -科羅布科夫礦床; ? -列別丁礦床; ? -斯托伊連礦床; ? -薩爾提科夫礦床; ? -波格羅梅茨礦床; ? -切爾年礦床 Figure 8 Schematic map of magnetic anomalies in the Kursk magnetic anomaly zone and lithofacies zoning of the iron-bearing quartzite series (after Institute of Information Standards, Ministry of Metallurgy, 1975) 1-Outer tipping out of sub-belt of the iron-bearing rock series, composed of interbedded layers of iron-bearing quartzite and phyllite; 2-Central sub-band, which contains two very thick iron-bearing quartzite segments separated by thousands of schists; 3-Inner tipping of sub-belt of ironbearing rock series, located near the two wings of the Kursk-Krocha complex anticline; 4-The southern boundary of the Devonian stratigraphic distribution; 5-The northern boundary of the stratigraphic distribution of the Victorian period; 6-The boundary of the stratigraphic distribution of the Done period; 7-Magnetic anomaly; 8-Rich iron deposit.Southwest Anomaly Belt:①-New Yaltin deposit; ②-Mikhailov deposit; ③-Jiqinian deposit; ④-Orihowate deposit; ⑤-Malinov deposit; ⑥-Jacqueslev deposit; ⑦-Jiejie Liewen deposit; ⑧-Gostisev deposit; ⑨-Belgorod deposit; ⑩-Hochlovo-Igoumen deposit; ? -Merihuwo-Shebe gold deposit; ? -Bolischerotitz deposit; Northeast Anomaly Belt:? -Korobkov deposit; ? -Lebidin deposit; ? -Stojlian deposit; ? -Saltikov deposit; ? -Pogremetz deposit; ? -Chelian deposit |
鐵礦體賦存在古元古代庫(kù)爾斯克群中部的含鐵石英巖內(nèi), 鐵礦石分為兩種, 一種是鐵品位為32%~38%的貧鐵礦石, 其中的鐵是以磁鐵礦和赤鐵礦形式存在的; 另一種是鐵品位為53%~62%的富礦石, 是原生鐵質(zhì)石英巖在遭受風(fēng)化淋濾作用后殘積產(chǎn)物, 一般呈面型和線型分布, 面型富礦分布廣, 呈層狀、鐘狀, 產(chǎn)在含鐵石英巖的頂部, 沿走向呈帶狀, 儲(chǔ)量規(guī)模大; 線型富礦分布有限, 呈陡傾層狀和楔形礦體, 規(guī)模較小; 主要由假象赤鐵礦、鏡鐵礦、水赤鐵礦和菱鐵礦組成(冶金部情報(bào)標(biāo)準(zhǔn)研究所, 1975)。
礦體受褶皺構(gòu)造控制明顯, NW-SE向復(fù)向斜不僅控制鐵礦體的空間展布, 還控制礦體的形態(tài)。而區(qū)域變形、變質(zhì)作用對(duì)鐵質(zhì)活化、遷移和再富集起積極作用。
3.1.4 前寒武紀(jì)條帶狀鐵建造中富鐵礦床特征與成因3.1.4.1 地質(zhì)特征(1) 構(gòu)造背景
條帶狀含鐵建造形成的富鐵礦床共同特點(diǎn)是都經(jīng)受了多次地質(zhì)構(gòu)造事件, 形成了復(fù)雜的褶皺系和斷裂系, 這些褶皺和斷裂控制著鐵礦體的分布。
巴西卡拉加斯地區(qū)為一褶皺系, 軸面傾向NWW, 傾角平緩到中等, 褶皺系為數(shù)條與軸面近于平行的走滑斷層所切割。SEE-NWW向的脆性-韌性卡拉加斯剪切帶和辛津托剪切帶與東西向褶皺的軸面近于平行(Cordani et al., 2000), 巨型的Serra Norte礦床就發(fā)育在延伸10 km長(zhǎng)的背斜樞紐帶中, Serra Sul礦床發(fā)育在延伸數(shù)百到上千米的一些次級(jí)褶皺中。
巴西鐵四角地區(qū)的區(qū)域構(gòu)造是兩個(gè)變形事件疊加的結(jié)果(郭維民等, 2013; 趙宏軍等, 2017), 第一個(gè)事件是泛亞馬遜造山作用, 使區(qū)域發(fā)生褶皺和片麻巖穹丘上升; 第二次事件是巴西利亞造山作用, 形成西延的逆沖斷層帶。全區(qū)分為兩個(gè)構(gòu)造域, 一個(gè)是東部高應(yīng)變域, 具有寬闊的剪切帶和區(qū)域逆沖, 西部為低應(yīng)變域, 為一大向斜。致密塊狀或條帶狀礦石受泛亞馬遜造山作用期間發(fā)育的褶皺和斷層控制, 而產(chǎn)在剪切帶中的片狀礦石受穿切早期構(gòu)造的構(gòu)造所控制。
在西澳大利亞哈默斯利地區(qū), 經(jīng)歷了4次褶皺事件和3次張性事件, 其中有3次為重要的褶皺事件(施俊法等, 2010), 形成一系列褶皺帶和斷層系。高品位的赤鐵礦礦化保存在地塹構(gòu)造中, 同時(shí)還存在有向SW和NEE傾斜的兩組斷層, 礦化優(yōu)先沿NEE傾斜的正斷層產(chǎn)出。
(2) 圍巖蝕變和交代作用
近年來(lái)的研究表明, 條帶狀鐵建造中的高品位赤鐵礦礦床普遍發(fā)生了強(qiáng)烈的交代、淋濾作用, 原始的燧石和碳酸鹽巖條帶在深成熱液或盆地?zé)岢丙u水作用下為赤鐵礦和針鐵礦所交代, 或富含磁鐵礦的條帶被氧化成假象赤鐵礦和(或)被次生赤鐵礦所取代(施俊法等, 2010)。這種交代、淋濾作用使礦石中鐵品位大大提高, 形成了高品位富礦石。交代、淋濾過(guò)程中, 圍巖也發(fā)生了蝕變, 出現(xiàn)了綠泥石化、滑石化、赤鐵礦化。
在澳大利亞哈默斯利礦區(qū), 侵入的粒玄巖巖墻和高品位赤鐵礦礦石附近是頁(yè)巖出現(xiàn)了強(qiáng)烈綠泥石-赤鐵礦-滑石蝕變。交代作用和控礦構(gòu)造相伴隨, 蝕變巖石中Mg、Fe含量增高, Si、Ca、Na、K虧損(施俊法等, 2010)。最強(qiáng)烈的鐵富集和(或)硅虧損出現(xiàn)在礦石中或靠近礦石的巖墻里, 而鎂富集及Ca、Na、K虧損不僅出現(xiàn)在礦石中, 而且向外延伸至少200 m。
在巴西卡拉加斯N4E礦床, 鐵礦石下面的鎂鐵質(zhì)火山巖為交代蝕變(綠泥石-碳酸鹽-赤鐵礦)所改造, 最初的火成礦物組合全部消失, 從下往上由未蝕變巖石過(guò)渡為蝕變巖石, 鎂和鐵逐漸增加, 硅和鈣減少, 這種變化與綠泥石化和變形越來(lái)越強(qiáng)烈有關(guān)(姚春彥等, 2012)。礦床中的鎂鐵質(zhì)巖墻也顯示有類似蝕變, 綠泥石化強(qiáng)烈(綠泥石占體積的90%), 在與鐵礦石的接觸帶上伴隨有Mg-Fe的交代作用。
(3) 礦石類型
條帶狀鐵建造富鐵礦床的礦石主要有兩類, 一類是含鐵56%~63%的假象赤鐵礦-針鐵礦石, 這類礦石通常被認(rèn)為是條帶狀鐵建造表生林濾和交代的產(chǎn)物, 其特點(diǎn)是有大量含水鐵氧化物、針鐵礦含量(>50%)超過(guò)假象赤鐵礦, 并且具有保存較好的原生鐵建造的層理, 這類礦石主要出現(xiàn)在西澳大利亞, 巴西卡拉加斯和鐵四角地區(qū), 形成厚度不大(< 30 m)的針鐵礦-假象赤鐵礦"硬帽"和針鐵礦"鐵角礫巖"(江思宏, 2013; 郭維民等, 2013; 姚春彥等, 2012)。另一類是含鐵60%~68%的高品位赤鐵礦礦石, 它又可分為兩個(gè)亞類, 一亞類是赤鐵礦礦石, 另一亞類是微板狀赤鐵礦礦石。
赤鐵礦石由殘余的假象赤鐵礦和(或)赤鐵礦組成, 它是由于鐵建造中脈石礦物被林濾, 鐵質(zhì)礦物殘留富集而形成。通常赤鐵礦石中所含針鐵礦不多(< 15%), 主要分布在巴西和南非。巴西鐵四角礦區(qū)為脆性赤鐵礦石, 而南非錫興礦區(qū)為硬塊狀赤鐵礦石和紋層狀赤鐵礦石。
微板狀赤鐵礦石被認(rèn)為是交代作用形成的(江思宏等, 2013), 其特點(diǎn)是普遍存在有微板狀赤鐵礦, 礦石硬度和空隙度多變, 有時(shí)還含有假象赤鐵礦, 這類礦石分布廣泛, 如西澳大利亞哈默斯利、巴西卡拉加斯礦區(qū)及印度、南非礦區(qū)都產(chǎn)出這類礦石。
(4) 富鐵礦礦體形態(tài)及其與鐵建造關(guān)系
條帶狀含鐵建造中的富鐵礦床礦體形態(tài)多樣, 除層狀、似層狀外, 還有透鏡狀、柱狀和筒狀。富礦石與鐵建造的關(guān)系, 既有過(guò)渡的, 也有突變的, 甚至還有超出鐵建造范圍的(施俊法等, 2010)。
巴西卡拉加斯礦區(qū)N4E礦床位于地表以下數(shù)百米, 硬質(zhì)赤鐵礦和軟質(zhì)赤鐵礦向下漸變?yōu)楦缓妓猁}巖的鐵建造。
西澳大利亞哈默斯利礦區(qū)的Mt Tom Price礦床, 平均含F(xiàn)e 65%的富鐵礦石產(chǎn)于礦床最深部位, 其與條帶狀鐵建造呈突變接觸。
南非德巴齊姆比礦區(qū), 高品位的赤鐵礦床都產(chǎn)在鐵建造底部, 甚至還延伸到鐵建造下數(shù)百米。
3.1.4.2 礦床成因和找礦標(biāo)志1) 礦床成因
由于眾所周知的原因, 國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)前寒武紀(jì)條帶狀鐵建造中富鐵礦的成因問(wèn)題的探討一直爭(zhēng)論不休, 但由于該類型富鐵礦的形成條件復(fù)雜, 加之區(qū)域的局限性, 至今尚未得出統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)。
該類型的富礦體在空間上與前寒武紀(jì)條帶狀鐵建造的含鐵石英巖關(guān)系密切。富礦的成礦作用主要表現(xiàn)在硅質(zhì)從石英巖中被淋濾出來(lái), 鐵質(zhì)富集成含鐵>55%的礦石。就鐵的儲(chǔ)量和礦化規(guī)模來(lái)說(shuō), 該類礦床是其他類型礦床所無(wú)法比擬的。就該類富礦的形成, 有以下幾種假說(shuō), 即"原生沉積說(shuō)"、"變質(zhì)熱液說(shuō)"和"風(fēng)化淋濾說(shuō)"等, 現(xiàn)簡(jiǎn)述之。
(1)"原生沉積說(shuō)"(King, 1989)認(rèn)為:前寒武紀(jì)海洋中大量鐵質(zhì)的化學(xué)沉積可以形成大型富鐵礦, 鐵質(zhì)來(lái)源可能是陸源, 也可能與海底火山活動(dòng)有關(guān)。原生沉積的富鐵礦的形成條件與一般鐵建造中的沉積鐵礦相似, 其區(qū)別就在于有更豐富的鐵質(zhì)來(lái)源和更有利的沉積環(huán)境, 鐵質(zhì)的來(lái)源主要取決于其所處的大地構(gòu)造環(huán)境。原生沉積的富鐵礦均產(chǎn)于鐵建造中, 與沉積層互層產(chǎn)出, 多呈似層狀、透鏡狀, 在垂向上與沉積巖互層, 并具有沉積旋回特點(diǎn), 原生沉積的富礦常保留有典型的紋層狀構(gòu)造, 原生貧礦經(jīng)后期的變形變質(zhì)改造也可形成高品位、低雜質(zhì)的優(yōu)質(zhì)富鐵礦。
(2)"變質(zhì)熱液說(shuō)"(Tyler et al., 1990; Powell et al., 1999; Dorr, 1969)認(rèn)為富鐵礦石是原生含鐵建造經(jīng)后期熱液(變質(zhì))或受熱的滲流水改造而形成的, 富礦從賦存的部位和礦體形態(tài)特征上, 多產(chǎn)在鐵建造中, 并與含鐵建造具有相同的褶皺變形構(gòu)造, 其形態(tài)為似層狀、板狀或脈狀。富礦與貧礦常常是直接接觸, 無(wú)明顯分帶特征。礦物多為赤鐵礦和磁鐵礦, 礦石呈致密塊狀, 多為高品位礦石, 鐵含量多> 60%, 成分均一穩(wěn)定, 雜質(zhì)少。這類富鐵礦在烏克蘭的克里沃羅格、加拿大的蘇必利爾湖及印度的辛格布姆鐵礦區(qū)均有產(chǎn)出。
(3)"風(fēng)化淋濾說(shuō)"(Kneeshaw, 1975; Morris, 1985; Rosiere et al., 2004; Spier et al., 2007, 2008)認(rèn)為一些富礦是前寒武紀(jì)含鐵建造在地質(zhì)演化過(guò)程中遭受到表生氧化和風(fēng)化淋濾作用而形成的。在風(fēng)化作用下, 脈石組分部分(或全部)溶解和帶走, 金屬礦物部分或全部轉(zhuǎn)變成針鐵礦或赤鐵礦, 伴隨淋濾作用, 下滲的地表水溶解并帶走二氧化硅, 使鐵殘留富集而成。受這種表生風(fēng)化和淋濾作用形成的礦石即風(fēng)化淋濾型富鐵礦石, 也稱為風(fēng)化殼型富鐵礦石。
風(fēng)化淋濾觀點(diǎn)認(rèn)為大型富礦的形成與以下幾個(gè)因素有關(guān)(冶金部情報(bào)標(biāo)準(zhǔn)研究所, 1976):①存在長(zhǎng)期下滲的地表水; ②需要有厚大的含鐵建造; ③鐵的礦物相為氧化物相, 含鐵量中等; ④鐵建造變質(zhì)程度淺(不超過(guò)綠片巖相); ⑤存在一個(gè)持續(xù)上升的有利于準(zhǔn)平原化的穩(wěn)定地貌條件。二氧化硅在水中被淋濾的程度與其結(jié)晶粒度、溶液溫度、淋濾持續(xù)時(shí)間及水的含鹽度有關(guān), 一般來(lái)說(shuō), 二氧化硅結(jié)晶粒度越細(xì)、淋濾時(shí)間越長(zhǎng)、水溶液溫度越高堿度越大, 二氧化硅越容易被淋濾。
風(fēng)化淋濾型富鐵礦一般產(chǎn)在含鐵建造的頂部, 形成厚度較大, 具有起伏不平底板的平穩(wěn)礦層稱面型風(fēng)化, 如庫(kù)爾斯克磁異常區(qū)的富鐵礦床等; 由于構(gòu)造控制, 產(chǎn)于含鐵建造深部斷裂帶或在褶皺帶內(nèi)部形成脈狀或透鏡狀的富礦體, 稱為線型風(fēng)化。風(fēng)化淋濾型富礦在垂向上有明顯的分帶特點(diǎn), 一般頂部為殼型礦石帶, 由針鐵礦、褐鐵礦組成; 向下為疏松多孔狀、粉末狀礦石帶, 為主要富鐵礦層位; 再向下為假象赤鐵礦石英巖帶; 最后過(guò)渡到未被風(fēng)化的含鐵石英巖帶?。由于風(fēng)化淋濾型富鐵礦受表生淋濾的程度不同, 含鐵的品位變化也較大, 與風(fēng)化淋濾程度呈正相關(guān)關(guān)系(施俊法等, 2010)。
風(fēng)化淋濾型富鐵礦在全球分布很廣, 是目前富鐵礦石的主要來(lái)源, 并多為大型或超大型礦床(區(qū)), 如巴西的"鐵四角"、卡拉加斯, 澳大利亞的哈默斯利, 烏克蘭的克里沃羅格, 南非的錫興、德巴齊姆比及印度的貝拉迪拉等地區(qū)的鐵礦床, 礦石均為赤鐵礦, 鐵品位均大于60%。
中國(guó)BIF相關(guān)型富鐵礦床成因與國(guó)外有很大不同, 如遼寧鞍山的弓長(zhǎng)嶺富鐵礦1.6億t, 為磁鐵礦富礦, 最大富礦體長(zhǎng)2840 m, 厚1~30 m, 延伸>600 m (李曙光, 1982)。目前普遍認(rèn)為鞍本地區(qū)的富鐵礦是貧鐵礦經(jīng)變質(zhì)和熱液作用改造"去硅富鐵"而形成(李厚民等, 2012, 2014; 王恩德等, 2012; 劉明軍, 2013)。而李延河等(2014)通過(guò)對(duì)鞍本礦區(qū)Fe、Si、O、S同位素的分析, 認(rèn)為富鐵礦的形成是偏酸性弱還原的熱水溶液與BIF貧鐵礦等圍巖反應(yīng), 使磁鐵礦等含鐵物質(zhì)溶解, Fe、Si進(jìn)入溶液, Fe主要以Fe2+溶解態(tài)被遷移, 當(dāng)溫度降低、氧逸度升高或與大氣降水混合, 鐵質(zhì)與硅質(zhì)先后沉淀, 造成硅鐵分離, 形成富鐵礦。
2) 找礦標(biāo)志
從區(qū)域地質(zhì)、局部地質(zhì)及找礦方法上總結(jié)全球BIF相關(guān)型富鐵礦床的找礦標(biāo)志如下:
(1) 區(qū)域地質(zhì)找礦標(biāo)志
前寒武紀(jì)條帶狀鐵建造是形成高品位赤鐵礦礦床的母體, 巨厚的鐵建造對(duì)形成富鐵礦床最為有利。高品位富鐵礦床多數(shù)與元古宙1.8~2.6 Ga, 特別是1.9~2.1 Ga期間形成的鐵建造有關(guān)(Huston and Logan, 2004)。
大而富的赤鐵礦礦體幾乎都產(chǎn)在綠泥石變質(zhì)相和黑云母變質(zhì)相的弱變質(zhì)鐵建造中, 變質(zhì)程度越高對(duì)富礦越不利, 在角閃巖相、輝石巖相和麻粒巖相的鐵建造幾乎沒(méi)有具工業(yè)價(jià)值的富鐵礦。
高品位富鐵礦床多產(chǎn)在復(fù)向斜或向斜的軸部, 特別是由于褶皺擠壓使含鐵巖層變厚的地方, 少數(shù)產(chǎn)在背斜褶皺的轉(zhuǎn)折末端。
高品位鐵礦床只產(chǎn)在后期地質(zhì)事件(變質(zhì)作用、深成熱液作用、表生作用)將鐵礦石品位提高的地段。
(2) 局部地質(zhì)找礦標(biāo)志
① 在鐵建造的褶皺中存在低角度產(chǎn)狀正斷層、深部斷裂、破碎帶和其他作為熱液流體通道的有利構(gòu)造部位及滲透性增高的褶皺樞紐, 對(duì)富礦體的形成具有重要意義。
② 富鐵礦常產(chǎn)在鐵建造底部與黑色頁(yè)巖的接觸帶上。
③ 不透水的頁(yè)巖和粒玄巖的存在有利于形成富礦體。
④ 高品位赤鐵礦礦床的圍巖蝕變有綠泥石化、赤鐵礦化、碳酸鹽化和滑石化, 這些蝕變主要出現(xiàn)在靠近礦化的粒玄巖巖墻和頁(yè)巖中。
⑤ 條帶狀鐵建造中含大量粗粒磁鐵礦和赤鐵礦, 在表生作用下可形成假象赤鐵礦-針鐵礦礦石, 而富鐵礦床中的高品位赤鐵礦石主要是假象赤鐵礦-赤鐵礦礦石和微板狀赤鐵礦-假象赤鐵礦。
⑥ 礦床產(chǎn)在現(xiàn)代地形或古地形不整合面上或附近, 在近代強(qiáng)烈風(fēng)化作用下, 在假象赤鐵礦-針鐵礦礦石頂部形成一個(gè)玻璃狀的針鐵礦硬帽。
(3) 地球物理找礦標(biāo)志
富礦地段上的磁場(chǎng)強(qiáng)度往往顯著降低, 在富礦厚度較大地段磁場(chǎng)強(qiáng)度很低, 在某些地段幾乎接近背景值。但富礦地段的剩磁和感磁的比值卻比貧礦地段大。
富礦地段有明顯的重力異常, 礦化帶內(nèi)含鐵巖石剩余密度普遍增高可作為富礦重要普查標(biāo)志。
關(guān)于前寒武紀(jì)鐵建造中的富鐵礦床, 在國(guó)外分布較廣, 是目前全球富鐵礦石的主要來(lái)源, 但在中國(guó)的地臺(tái)區(qū), 由于前寒武紀(jì)古地形起伏和構(gòu)造變動(dòng)較大, 缺乏長(zhǎng)期穩(wěn)定的地質(zhì)環(huán)境, 古氣候干燥、寒冷, 基底變質(zhì)巖系變質(zhì)程度深及石英顆粒粗不易被淋濾等原因, 很難形成象國(guó)外那種有工業(yè)價(jià)值的大型風(fēng)化淋濾型富鐵礦床。
3.2 火山成因型鐵礦床該類型鐵礦床是指成礦物質(zhì)全部或部分來(lái)源于火山作用, 與火山巖、次火山巖有成因聯(lián)系的鐵礦床, 包括火山噴發(fā)溢流、侵入及與之有關(guān)的火山期后氣液活動(dòng)過(guò)程中所形成的礦床?。
據(jù)不完全統(tǒng)計(jì), 全球火山成因型鐵礦儲(chǔ)量有250億t以上, 約占鐵礦總儲(chǔ)量的10%, 是除BIF相關(guān)型鐵礦以外, 該類型鐵礦所占比例最大, 居第二位, 富鐵礦的儲(chǔ)量約150億t, 約占富鐵儲(chǔ)量的10% (沈承珩等, 1995)。
3.2.1 火山成因型鐵礦床的分類關(guān)于火山成因型鐵礦床的劃分, 目前全球尚未形成統(tǒng)一認(rèn)識(shí)。中國(guó)學(xué)者更多是根據(jù)該類鐵礦床形成的大地構(gòu)造環(huán)境、成礦作用等因素將其分為海相火山成因型和陸相火山成因型兩類(李厚民等, 2012)。
(1) 海相火山成因型鐵礦
該類鐵礦床多分布于元古宙到古生代或更新世地槽褶皺帶內(nèi), 形成于強(qiáng)烈的沉降或迅速隆升期(沈承珩等, 1995), 根據(jù)不同的成礦作用分為海底火山型(如瑞典的基魯納、加拿大的海倫菱鐵礦等)、火山沉積型(如俄羅斯的阿爾泰、薩彥嶺、塔什克桑等地區(qū)的鐵礦, 阿富汗的塔吉加克鐵礦及我國(guó)內(nèi)蒙的謝爾塔拉鐵礦和廣東豐順八鄉(xiāng)鐵礦等)、火山沉積-次火山巖型(如哈薩克斯坦的圖爾蓋地區(qū)鐵礦床及我國(guó)新疆西天山阿吾拉勒鐵礦區(qū)、云南大紅山一些鐵礦床)和海底噴溢熔漿型(如伊朗中部的一些磁鐵礦床等)四個(gè)亞類, 這四亞類海相火山成因型鐵礦床的成礦作用是相互聯(lián)系的, 有時(shí)在一個(gè)礦床內(nèi)可兼有兩種或多種火山成礦作用, 有時(shí)在一地區(qū)找到一種類型的鐵礦床, 在其相鄰地區(qū)可找到另一種類型的鐵礦床?。
(2) 陸相火山成因型鐵礦
該類鐵礦床主要是由陸相火山-侵入作用形成的各種礦床, 以與次火山巖或火山巖筒有關(guān)的成礦作用為主?, 按其成因分為次火山巖型(如美國(guó)西部?jī)?nèi)達(dá)華式鐵礦、智利北部一些鐵礦床及中國(guó)寧蕪玢巖鐵礦)、噴溢礦漿型(如智利的埃爾拉科鐵礦)、爆發(fā)巖筒型(如俄羅斯的安加拉-伊利姆地區(qū)的爆發(fā)角礫巖筒鐵礦床及中國(guó)寧蕪地區(qū)的凹山和梅山鐵礦床中也有部分角礫狀鐵礦石)、火山熱液(礦漿)型(如墨西哥的塞羅梅卡多鐵礦等)和火山沉積型(如美國(guó)密蘇里州的比洛特崗鐵礦) 5個(gè)亞類(沈承珩等, 1995)。
3.2.2 火山成因型鐵礦床的分布火山成因鐵礦床在全球的分布比較廣泛, 且一般規(guī)模較大, 富礦較多, 常成群成帶出現(xiàn), 形成范圍較大的鐵成礦帶(區(qū))。如中國(guó)東部的寧蕪玢巖鐵礦區(qū), 分布在火山巖-次火山巖建造區(qū), 在巖體內(nèi)部、頂部及周圍火山巖接觸帶、火山碎屑巖中產(chǎn)有"陶村式"、"凹山式"、"梅山式"、"姑山式"、"龍旗山式"等鐵礦, 構(gòu)成一個(gè)巨型火山巖型鐵礦礦集區(qū)(徐志剛, 2014; 寧蕪研究項(xiàng)目編寫(xiě)小組, 1978); 還有南北美洲太平洋海岸科迪勒拉帶的秘魯中南部-智利中北部安第斯海岸鐵礦帶及墨西哥太平洋海岸鐵礦帶, 均為中新生代以來(lái)的巨型火山成因型鐵礦帶(區(qū))(趙宏軍等, 2017)。
火山成因型鐵礦床在全球的分布具有不均勻性, 主要分布在中亞、西亞及南北美洲太平洋海岸帶?, 以哈薩克斯坦的圖爾蓋地區(qū)鐵礦床及阿塔蘇鐵錳礦床、俄羅斯阿爾泰和薩彥嶺地區(qū)的磁鐵礦床和赤鐵礦床及位于安加拉-伊利姆地區(qū)產(chǎn)于爆發(fā)角礫巖筒中的磁鐵礦礦床、阿富汗哈吉加克地區(qū)的磁鐵礦和赤鐵礦礦床、伊朗的喬加卡特磁鐵礦床、瑞典北部產(chǎn)于基魯納地區(qū)的形成于前寒武紀(jì)的磷灰石-磁鐵礦礦床、東南歐泥盆紀(jì)的菱鐵礦礦床、加拿大海倫前寒武紀(jì)菱鐵礦礦床、秘魯中南部-智利中北部產(chǎn)于古生代海相沉積巖及中生代的海陸交互相沉積巖-火山碎屑巖系列中的磁鐵礦床、墨西哥的佩納科羅拉達(dá)磁鐵礦床等最具代表性。中國(guó)該類鐵礦床分布也較廣泛, 最主要的有長(zhǎng)江中下游寧蕪地區(qū)的玢巖鐵礦、新疆準(zhǔn)噶爾盆地西南緣的西天山阿吾拉勒鐵礦帶及西南地區(qū)大紅山、惠民等海相火山成因型鐵礦等(圖 9)。
| 圖 9 火山成因型鐵礦床分布圖 Figure 9 Distribution of volcanic iron deposits |
從大地構(gòu)造背景看, 火山成因型鐵礦床一般產(chǎn)于(古)大陸板塊和(古)大洋板塊的結(jié)合部位。
3.2.3 火山成因型鐵礦床地質(zhì)特征(1) 構(gòu)造背景(表 4)
從大地構(gòu)造背景看, 火山成因型鐵礦床一般產(chǎn)于(古)大陸板塊和(古)大洋板塊的結(jié)合帶或陸間裂陷帶發(fā)育的部位, 陸間裂谷-島弧帶、褶皺帶(系)或褶皺帶(系)間的山間盆地, 或繼承式、上疊式火山盆地等部位(沈承珩等, 1995)。如薩彥嶺成礦區(qū)位于加里東褶皺帶, 圖爾蓋鐵礦產(chǎn)在主造山期后的繼承式盆地內(nèi), 阿爾泰和中哈薩克斯坦鐵礦產(chǎn)在上疊式盆地中, 中國(guó)寧蕪地區(qū)的玢巖型鐵礦位于環(huán)太平洋外帶, 屬揚(yáng)子陸塊下?lián)P子臺(tái)坳沿江拱斷褶帶的NE端, 產(chǎn)于中生代陸相火山巖斷陷盆地中; 新疆西天山阿吾拉勒鐵礦帶產(chǎn)于準(zhǔn)噶爾盆地西南緣、伊犁地塊東北部石炭紀(jì)陸緣活動(dòng)帶的中基性火山熔巖、火山碎屑巖和次火山巖中(張作衡, 2012; Zhang et al., 2015; Zhang et al., 2014; Zhang, 2014)。另外, (深)大斷裂?？刂浦鳂?gòu)造單元的邊界, 并在控礦方面起著重要作用, 如位于烏拉爾和哈薩克斯坦褶皺區(qū)之間的圖爾蓋凹陷, 古生代褶皺基底受近NS向的托爾波爾、里瓦諾夫、中圖爾蓋、塞瓦斯托波爾等深大斷裂的控制, 絕大部分鐵礦床就產(chǎn)在瓦列里雅諾夫復(fù)向斜的早石炭世火山沉積巖層中, 南北美洲太平洋海岸科迪勒拉帶的秘魯中南部-智利中北部安第斯海岸鐵礦帶及墨西哥太平洋海岸鐵礦帶, 受太平洋板塊俯沖作用的影響, 鐵礦床主要產(chǎn)于海岸帶古生代海相沉積巖及中生代的海陸交互相沉積巖-火山碎屑巖系列中, 受與海岸帶平行的斷裂構(gòu)造控制明顯(趙宏軍, 2017)。
火山成因型鐵礦床一般分布于斷裂交匯處的火山噴發(fā)中心或火山-侵入活動(dòng)中心及其附近的火山-沉積地層或火山-侵入巖(次火山)中(沈承珩等, 1995), 如哈薩克斯坦的圖爾蓋鐵礦和俄羅斯的阿爾泰鐵礦等都產(chǎn)于火山盆地內(nèi)。這種火山-沉積巖系, 既具有較好的巖漿分異特征, 鐵礦層往往產(chǎn)于不同巖性火山巖層的界面或換層部位, 由基性向酸性過(guò)渡的火山巖系對(duì)鐵礦的形成有利, 而成分單一的火山巖系則對(duì)成礦不利; 還具有線性帶狀分布的特征, 反映地殼演化、巖漿活動(dòng)受控于板塊機(jī)制和裂谷作用。
(2) 礦床地質(zhì)(表 4)
① 容礦巖石
火山成因鐵礦床的容礦巖石多以海相火山巖為主的火山沉積巖建造, 與成礦有關(guān)的火山巖主要為中基性與中酸性或偏堿性的巖石, 少部分為酸性巖石, 以偏堿富鈉為特征。含礦建造一般為火山-碳酸鹽巖建造、硅質(zhì)頁(yè)巖建造、長(zhǎng)英變粒巖建造、碧玉鐵質(zhì)巖建造等, 以火山-碳酸鹽建造最為常見(jiàn), 如俄羅斯的阿爾泰、薩彥嶺地區(qū)鐵礦, 哈薩克斯坦的圖爾蓋鐵礦及德國(guó)的萊茵頁(yè)巖山鐵礦均賦存在該類建造中。
② 礦床(體)形態(tài)與特征
火山成因鐵礦床形成于地槽發(fā)育早期裂谷作用階段, 強(qiáng)烈的火山噴發(fā)、噴氣活動(dòng)將有用組分搬運(yùn)到對(duì)成礦有利的海底盆地沉積成礦。成礦物質(zhì)與火山-侵入活動(dòng)直接有關(guān), 且大多以明顯而廣泛的蝕變?yōu)樘卣? 成礦作用多發(fā)生在火山噴發(fā)的間歇期, 而火山噴發(fā)的多期次性使該類礦床具有多層性特征。
鐵礦床與火山機(jī)構(gòu)關(guān)系密切, 爆發(fā)角礫巖筒型鐵礦則明顯受次火山爆發(fā)角礫巖筒的控制, 中國(guó)寧蕪玢巖鐵礦在火山機(jī)構(gòu)的不同部位及其附近形成一系列配套展布的鐵礦床。
火山-沉積(次火山)作用形成的鐵礦床主要分布在火山噴發(fā)中心或附近, 礦床規(guī)模常與火山巖系的厚度成正比, 巖系厚度越大, 鐵礦規(guī)模也大。如瑞典基魯納鐵礦有近2000 m厚的火山巖, 主礦體平均厚度為90 m; 哈薩克斯坦的圖爾蓋火山盆地區(qū), 其中部礦帶的火山巖系厚度一般在1000 m以上, 鐵礦床的規(guī)模也較大, 鐵礦儲(chǔ)量約占整個(gè)盆地區(qū)鐵礦總量的95%, 而東西礦帶的火山巖系厚度小, 分布有限, 鐵儲(chǔ)量?jī)H占2%。礦床主要出現(xiàn)在噴發(fā)熔巖、火山碎屑巖、次火山巖或次火山巖與圍巖的接觸帶及其附近, 且火山噴發(fā)的多期性會(huì)造成鐵礦的多層性, 如俄羅斯阿爾泰地區(qū)的鐵礦層產(chǎn)于下伏的角斑巖、石英角斑巖與上覆石英斑巖之間的淺海相凝灰?guī)r、碳酸鹽巖層中; 哈薩克斯坦的圖爾蓋鐵礦產(chǎn)于上下玢巖之間的凝灰?guī)r和沉凝灰?guī)r層位中; 俄羅斯的薩彥嶺康多姆礦帶含鐵層位于底層安山玢巖等熔巖與上部安山玄武玢巖之間的沉凝灰?guī)r碳酸鹽巖層中(沈承珩等, 1995)。
礦體層控特征明顯, 以層狀、似層狀為主, 厚度由數(shù)米至數(shù)百米不等, 延伸由幾百米到數(shù)千米, 含礦層位一般由下而上顯示出還原-氧化環(huán)境條件的變化。礦層與圍巖一般呈整合接觸, 也有礦層局部與底板呈不整合接觸。
③ 蝕變與礦化分帶特征
蝕變特征隨鐵礦床類型不同而有所不同。次火山巖型鐵礦床的典型蝕變礦物組合為方柱石-鈉長(zhǎng)石-磷灰石-透輝石(陽(yáng)起石) -磁鐵礦, 以磷灰石-透輝石(陽(yáng)起石) -磁鐵礦最為常見(jiàn)。該類礦床與接觸交代矽卡巖型鐵礦床的區(qū)別是沒(méi)有大量的石榴子石和硫化物出現(xiàn); 爆發(fā)角礫巖筒型熱液蝕變最強(qiáng), 礦漿鐵礦床則無(wú)明顯蝕變現(xiàn)象, 如智利的埃爾拉科鐵礦(趙宏軍等, 2017)。
在含礦的火山-沉積地層中, 往往含有碳酸巖類巖石和較多的硅質(zhì)類巖石, 近礦巖石普遍具有明顯的堿質(zhì)交代特點(diǎn), 以鈉化為主, 鉀化次之。
從國(guó)內(nèi)外礦床實(shí)例看, 火山成因型鐵(銅)礦床成礦背景、總體特征與黃鐵礦型銅多金屬礦床類似, 具有相近的雙層結(jié)構(gòu)分帶模式(劉華山等, 1998), 只是火山成因鐵(銅)礦床上部為層狀"紅礦"(赤鐵礦、磁鐵礦、鏡鐵礦、菱鐵礦)和含鐵硅質(zhì)巖、碧玉巖、重晶石巖, 相當(dāng)于氧化物礦床; 下部為浸染狀銅礦, 含一定的塊狀"黃礦"(黃鐵礦、黃銅礦)及含炭質(zhì)細(xì)碎屑巖(凝灰?guī)r), 相當(dāng)于塊狀硫化物礦床; 中部為過(guò)渡帶, 硫化物礦床與氧化物礦床共存, 但通常不明顯。這種雙層結(jié)構(gòu)模式是地殼演化過(guò)程中不同構(gòu)造-巖漿活動(dòng)階段產(chǎn)物。除垂向分帶外, 水平方向上也呈典型分帶特征, 即隨著與火山口距離的增加, 依次出現(xiàn)塊狀硫化物、硫化物與氧化物共存、氧化物礦床(劉華山等, 1998)。
另外, 鐵礦層的下盤(pán)常常具有鐵礦化的先兆。如俄羅斯的薩彥嶺地區(qū)的康多姆鐵礦帶下盤(pán)的安山玢巖及凝灰?guī)r就發(fā)現(xiàn)有赤鐵礦化; 瑞典基魯納鐵礦區(qū)主礦體底板的角斑巖中有浸染狀赤鐵礦, 含鐵在10%~25%, 這些現(xiàn)象可作為找礦的標(biāo)志特征(沈承珩等, 1995)。
④ 礦石礦物組合與結(jié)構(gòu)構(gòu)造
火山成因鐵礦床的礦石礦物主要有赤鐵礦、菱鐵礦、鏡鐵礦、磁鐵礦、黃鐵礦、褐鐵礦等, 在次火山巖鐵礦中, 典型的礦物組合為方柱石(鈉長(zhǎng)石) -磷灰石-透輝石(陽(yáng)起石) -磁鐵礦組合。這種礦物組合具有明顯的鈉質(zhì)帶入, 表現(xiàn)為鈉長(zhǎng)石化、鈉質(zhì)角閃石化和鈉質(zhì)輝石化(施俊法等, 2010; 徐志剛, 2014)。
鐵礦或與火山-沉積圍巖同生沉積, 或是火山氣液在有利的構(gòu)造部位和巖性條件下充填交代形成, 礦床伴生組分較多, 含有磷、釩、錳、銅、鉛、鋅、硫和稀土等。
礦石結(jié)構(gòu)主要為半自形粒狀結(jié)構(gòu)、葉片狀結(jié)構(gòu), 偶見(jiàn)殘余鮞狀結(jié)構(gòu); 構(gòu)造以條帶狀、條紋狀為主, 此為塊狀、浸染狀構(gòu)造及角礫狀構(gòu)造(施俊法等, 2010)。
⑤ 成礦時(shí)代
火山成因鐵礦床形成時(shí)代從元古宙到新生代均有, 主要是古生代后, 以泥盆-石炭紀(jì)、侏羅-白堊紀(jì)最為集中(施俊法等, 2010; 沈承珩等, 1995)。
3.2.4 火山成因型鐵礦成礦模式火山成因鐵礦床成因模式主要有兩種:一種是火山噴發(fā)沉積作用成礦; 另一種是次火山巖作用成礦, 即由早期火山沉積成礦與晚期的次火山巖成礦共同作用形成礦體。前者形成的礦體產(chǎn)在接近火山活動(dòng)中心或稍遠(yuǎn)部位, 鐵質(zhì)可有一定的搬運(yùn)距離, 含礦巖系為火山-沉積巖。礦床一般具有沉積礦床的地質(zhì)特征, 規(guī)模以大型為主, 富礦居多。后者與次火山巖作用有關(guān), 熱液交代和充填作用明顯, 伴有強(qiáng)烈蝕變, 礦床兼有火山沉積型和交代型兩種特征(施俊法等, 2010)。
產(chǎn)于中國(guó)南京-蕪湖地區(qū), 與偏堿性的玄武安山質(zhì)巖漿的火成侵入活動(dòng)有密切關(guān)系的玢巖型鐵礦, 是最典型的陸相火山成因鐵礦。中國(guó)一批老地質(zhì)專家通過(guò)該區(qū)鐵礦的研究, 提出了玢巖鐵礦的三部八式成礦模式(徐志剛, 2014; 寧蕪研究項(xiàng)目編寫(xiě)小組, 1978) (圖 10):①產(chǎn)于火山巖中的鐵礦床, 包括火山沉積成因的龍旗山式、經(jīng)后期熱液改造形成的竹園山式、火山巖中中低溫?zé)嵋撼涮畛梢虻凝埢⑸绞? ②產(chǎn)于次火山巖體(輝石玄武安山玢巖-輝石閃長(zhǎng)玢巖)及其附近火山巖層中的鐵礦床, 包括高溫氣液交代-充填成因及礦漿充填成因的梅山式、脈狀偉晶高溫氣液交代-充填成因的凹山式、浸染狀晚期巖漿到高溫氣液交代成因的陶村式; ③產(chǎn)于次火山巖體(輝石閃長(zhǎng)巖-輝石閃長(zhǎng)玢巖)與前火山巖系沉積巖接觸帶中的鐵礦床, 包括中-高溫氣液交代-充填成因的鳳凰山式、高溫礦漿充填成因的姑山式。
| 圖 10 玢巖鐵礦的理想模式圖(轉(zhuǎn)引寧蕪研究項(xiàng)目編寫(xiě)小組, 1978) 1-青龍群石灰?guī)r(T1-2Q); 2-黃馬青組砂頁(yè)巖(T3h); 3-象山群砂巖(J1-2X); 4-龍王山、大王山兩旋回火山巖(J3/K1); 5-輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)玢巖-輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖; 6-蝕變分帶界線; 7-角礫巖化帶及角礫狀礦石; 8-塊狀礦石; 9-鏡鐵礦或磁鐵礦脈; 10-層狀鐵礦; 11-黃鐵礦化; 12-浸染狀磁鐵礦化; ①-龍旗山式; ②-竹園山式; ③-龍虎山式; ④-梅山式; ⑤-凹山式; ⑥-陶村式; ⑦-向山式(黃鐵礦); ⑧-姑山式; ⑨-鳳凰山式; 蝕變帶:Ⅰ-下部淺色蝕變帶; Ⅱ-中部深色蝕變帶; Ⅲ-上部淺色蝕變帶 Figure 10 Ideal modal map for the porphyritic iron deposits (after Research Group of the Ning-Wu Project, 1978) 1-Qingling Group (T1-2Q) limestone; 2-Huangmaqing Formation (T3h) siltstones; 3-Xiangshan Group (J1-2X) sandstone; 4-Longwangshan and Dawangshan Cycles (J3/K1) volcanic rocks; 5-Gabbro diorite and gabbro diorite porphylite; 6-Boundary of alteration belt; 7-Breccia belt and breccia ore; 8-Massive ore; 9-Specularote or magnetite veins; 10-Bedded iron ore; 11-Pyritization; 12-Disseminated magnetite; Deposit types:①-Longqishan type; ②-Zhuyuanshan type; ③-Longhushan type; ④-Meishan type; ⑤-Aoshan type; ⑥-Taocun type; ⑦-Xiangshan type(pyrite); ⑧-Gushan type; ⑨-Fenghuangshan type; Alteration belts:Ⅰ-Ieucoctatic alteration in lower part; Ⅱ-deep color alteration in middle part; Ⅲ-Ieucoctatic alteration in the upper part |
(1) 區(qū)域地質(zhì)找礦標(biāo)志
①(古)大陸板塊和(古)大洋板塊結(jié)合帶或陸間裂陷帶是火山成因鐵礦發(fā)育的有利構(gòu)造環(huán)境, 如陸間裂谷-島弧帶、褶皺帶(系)或褶皺帶(系)中的山間盆地、繼承式或上疊式火山盆地等。
② 區(qū)域性大斷裂及其交匯處是火山成因鐵礦成礦的重要場(chǎng)所。
(2) 局部地質(zhì)找礦標(biāo)志
① 火山噴發(fā)中心或火山-侵入活動(dòng)中心及其附近的火山沉積地層或火山-侵入巖, 是火山成因鐵礦成礦的有利部位(沈承珩等, 1995)。
②(層狀氧化物)鐵礦和(塊狀硫化物)銅礦的共(伴)生特征是該類鐵礦的重要找礦標(biāo)志, 即在火山成因鐵銅礦床分布區(qū), 有"上鐵下銅""雙層結(jié)構(gòu)模式和可能存在的近(火山口)銅遠(yuǎn)(火山口)鐵的成礦模式, 互找鐵、銅礦床(劉華山等, 1998)。
(3) 含礦層位找礦標(biāo)志
① 厚度大、分異好、高堿富鈉的火山巖系有利于成大礦、富礦, 尤其是火山-碳酸鹽巖建造。
② 火山噴發(fā)熔巖、碎屑巖、次火山巖或次火山巖與圍巖的接觸帶及其附近是礦床重要的產(chǎn)出層位標(biāo)志(施俊法等, 2010)。
③ 基性、中基性、中性、中酸性、酸性火山巖都可以成礦, 但巖性發(fā)生變化(如從基性向酸性分異)的界面或轉(zhuǎn)換層部位是有利的成礦標(biāo)志層位(沈承珩等, 1995)。
④ 礦層附近往往有鐵礦化的先兆, 如俄羅斯康多姆礦帶沙雷姆礦床鐵礦層下盤(pán)的凝灰?guī)r中見(jiàn)有浸染狀的赤鐵礦, 巖石呈玫瑰色調(diào)。
(4) 蝕變與礦化找礦標(biāo)志
① 在鐵礦層、銅礦層構(gòu)成的雙層結(jié)構(gòu)模式中, 含鐵硅質(zhì)巖、紅碧玉、重晶石巖石為最重要的含礦層位標(biāo)志, 而硅化、絹云母化、綠泥石化、碳酸鹽化、重晶石化與黃鐵礦化是重要的礦化標(biāo)志(劉華山等, 1998)。
② 后期鐵礦的次生蝕變可能會(huì)形成褐鐵礦化標(biāo)志, 如果伴生硫化物, 局部可能還會(huì)出現(xiàn)黃鉀鐵礬、石膏化。
③ 鐵銅礦體和銅礦體可能形成次生鐵錳帽和黃鉀鐵礬、孔雀石、藍(lán)銅礦、石膏等組成的彩色帶。
④ 孔雀石、褐鐵礦化與黃鐵礦、黃銅礦組合出現(xiàn)是尋找火山成因型鐵銅礦體最為直接可靠的標(biāo)志。
⑤ 蝕變巖常具有明顯的分帶現(xiàn)象, CaO、Na2O含量向礦體方向明顯降低, 而K2O、MgO含量一般會(huì)增高。
⑥ 具有明顯的金屬礦化分帶。除Fe、Cu "雙層結(jié)構(gòu)模式"外, Fe與主要伴生元素Mn常分離并呈帶狀分布, 其在垂直向上或水平向外表現(xiàn)尤為明顯, 如在底部礦體中, 錳含量普遍較低, 上部礦體中普遍較高(施俊法等, 2010)。
(5) 地球物理找礦標(biāo)志
與其他類型鐵礦床一樣, 火山成因鐵礦床通常有較高的重、磁異常, 物探方法中重、磁方法最為有效。
4 全球鐵礦重要分布區(qū)帶潛力分析不同的成礦地質(zhì)條件、控礦因素決定著不同的鐵礦成因類型, BIF相關(guān)型鐵礦床與古老克拉通的分布密切相關(guān); 而火山成因的鐵礦床的分布受區(qū)域性深大斷裂構(gòu)造控制, 發(fā)育于優(yōu)地槽演化的早期階段, 與中性及中基性火山巖關(guān)系密切; 巖漿型鐵礦床是巖漿結(jié)晶晚期分異作用形成的, 主要賦存在分異良好的以輝長(zhǎng)巖為主的基性巖體中。
根據(jù)主要鐵礦床產(chǎn)出的大地構(gòu)造單元、地層層序、含礦建造特征及礦床類型、成礦時(shí)代等綜合因素, 在全球主要大地構(gòu)造單元中共圈出33個(gè)鐵礦分布區(qū), 47個(gè)重要分布區(qū)帶(表 5, 圖 11)。
表 5 全球主要鐵礦分布區(qū)帶 Table 5 Distribution of major iron ore deposits in the world |
| 圖 11 全球重要鐵礦分布區(qū)帶圖(圖中序號(hào)與表 5中的鐵礦分布區(qū)帶號(hào)一致) Figure 11 Global important iron ore distribution map (The serial number in the diagram is consistent with the iron ore distribution zone number in Table 5) |
通過(guò)這些區(qū)帶的劃分, 可以揭示鐵礦床的成礦規(guī)律和分布規(guī)律。
從圈定的47個(gè)三級(jí)成礦區(qū)看, 其中有22個(gè)產(chǎn)于前寒武紀(jì)地臺(tái)區(qū)的條帶狀鐵建造中, 這些成礦區(qū)的鐵礦規(guī)模目前在全球鐵礦中占據(jù)著絕對(duì)主導(dǎo)地位, 前寒武紀(jì)之后的各地質(zhì)時(shí)代中, 雖然也有大量的鐵礦床形成, 但其規(guī)模和數(shù)量, 均無(wú)法與前寒武紀(jì)條帶狀鐵建造的鐵礦相比。
在前寒武紀(jì)的各時(shí)期中, 太古宙形成的阿爾戈馬型含鐵硅質(zhì)建造鐵礦產(chǎn)出的規(guī)模、數(shù)量、分布都比較有限, 主要分布在加拿大米契皮克坦、中國(guó)的鞍本和冀東等地區(qū); 而古元古代(2.5~1.9 Ga)形成的蘇比利爾型含鐵硅質(zhì)建造鐵礦的規(guī)模最大, 主要分布在俄羅斯的庫(kù)爾斯克磁異常區(qū)、烏克蘭的克里沃羅格盆地、澳大利亞的哈默斯利盆地、巴西的米納斯-吉拉斯("鐵四角")和卡拉加斯、美國(guó)的蘇必利爾湖區(qū)、加拿大的拉布拉多地槽以及印度、南非等地。這說(shuō)明古元古代是全球鐵礦特殊成礦期。
5 結(jié)論(1) 全球鐵礦資源豐富, 分布廣泛, 但又相對(duì)集中, 以澳大利亞、加拿大、俄羅斯、巴西、中國(guó)、玻利維亞、幾內(nèi)亞、印度、烏克蘭等國(guó)資源最為豐富。
(2) 全球鐵礦床劃分為BIF相關(guān)型、火山成因型、巖漿型、接觸交代-熱液型和沉積型五大類, 以BIF相關(guān)型鐵礦床最為重要, 該類型鐵礦床以規(guī)模大、分布相對(duì)集中, 常形成巨型礦床, 礦石成分簡(jiǎn)單, 易采易選為特點(diǎn), 是全球最主要的富鐵礦礦床類型。
(3) BIF相關(guān)型鐵礦床主要分布在前寒武紀(jì)含鐵條帶狀硅質(zhì)巖建造中, 形成時(shí)代以3.2~3.3 Ga、2.7~2.8 Ga、2.5~2.4 Ga及1.8~1.9 Ga時(shí)間段集中出現(xiàn)。該類型的富礦體在空間上與前寒武紀(jì)條帶狀鐵建造的含鐵石英巖關(guān)系密切。富礦的成礦作用主要表現(xiàn)在硅質(zhì)從石英巖中被淋濾出來(lái), 鐵質(zhì)富集成含鐵>55%的礦石。
(4) 火山成因型鐵礦床一般發(fā)育在優(yōu)地槽演化的早期階段, 也可形成于地臺(tái)上的斷陷盆地內(nèi), 其分布受區(qū)域性深大斷裂構(gòu)造控制。發(fā)生成礦作用的火山巖主要是中性至基性(少數(shù)為酸性), 以堿性偏高、富鈉為特征。是全球又一富鐵礦來(lái)源之一。
(5) 根據(jù)全球鐵礦床產(chǎn)出的大地構(gòu)造單元、地層層序、含礦建造特征及礦床類型、成礦時(shí)代等綜合因素, 在全球主要大地構(gòu)造單元中共圈出33個(gè)鐵礦分布區(qū), 47個(gè)重要分布區(qū)帶。
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