安徽省廬江縣羅河式鐵礦床地質(zhì)特征與成礦模式

吳禮彬, 陳 芳,2, 柳丙全, 杜建國(guó), 許 衛(wèi), 楊道堃

(1.安徽省地質(zhì)調(diào)查院,安徽合肥 230001;2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與資源學(xué)院,北京 100083)

廬樅地區(qū)位于長(zhǎng)江中下游鐵銅金成礦帶的中段,是我國(guó)以鐵、硫(銅)礦為主大型礦集區(qū)之一,有著豐富的鐵 、硫鐵礦 、明礬石 、硬石膏 、銅 、金 、鉛鋅、鈾等礦產(chǎn)[1-3]。各種礦產(chǎn)的產(chǎn)出與不同時(shí)期的火山-潛火山巖、侵入巖在時(shí)間、空間上有密切的關(guān)系。羅河式鐵礦主要產(chǎn)于火山巖與潛火山巖接觸部位的鐵硫礦床,與產(chǎn)于火山巖盆地基底地層中三疊世周沖村組中的龍橋和白象山[4]鐵礦床有著一定的差異。

近年來(lái)安徽省地質(zhì)調(diào)查院實(shí)施國(guó)土資源大調(diào)查項(xiàng)目,旨在總結(jié)該區(qū)鐵礦成礦規(guī)律,在該區(qū)西北部航磁緩磁異常區(qū)新發(fā)現(xiàn)的大型泥河鐵礦床,即是羅河式鐵礦床的一個(gè)典型?？偨Y(jié)羅河式鐵礦床的成礦模式對(duì)該區(qū)及我國(guó)同類(lèi)地區(qū)的地質(zhì)找礦具有重要意義。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

廬樅火山巖盆地位于揚(yáng)子陸塊北緣、郯廬斷裂帶南東側(cè)的長(zhǎng)江中下游鐵銅成礦帶中部沿江銅、鐵、鉛鋅等成礦遠(yuǎn)景區(qū)。

據(jù)文獻(xiàn)[1-8]研究的結(jié)果,廬樅陸相火山巖系形成于早白堊世[9],構(gòu)成廬樅火山巖盆地的主體;廬樅火山巖盆地是一個(gè)以中侏羅統(tǒng)羅嶺組陸相碎屑巖建造為基底,經(jīng)燕山期早期運(yùn)動(dòng)而發(fā)育起來(lái)的繼承性火山巖盆地。噴發(fā)-噴溢物的最大厚度達(dá)2 104.07m。白堊系出露下白堊統(tǒng),包括屬于火山巖系的龍門(mén)院組、磚橋組、雙廟組、浮山組及屬陸相粗碎屑沉積的楊灣組。

廬樅火山巖區(qū)為一開(kāi)闊的向斜盆地,不整合于中侏羅統(tǒng)羅嶺組、中三疊世地層之上。基底地層在火山巖盆地的北、東、南均有出露。火山巖系繼承了長(zhǎng)期相對(duì)沉降的基底構(gòu)造堆積而成,其時(shí)代為早白堊世,為本區(qū)重要的鐵、硫等成礦期。燕山運(yùn)動(dòng)晚期,盆地兩翼凹陷,為紅層堆積。

2 礦區(qū)地質(zhì)概況

羅河式鐵礦床賦礦地層為磚橋組中下段,其巖性主要為:下部輝石粗安巖、黑云母粗安巖、中細(xì)斑粗安巖;上部熔巖、火山角礫巖、集塊巖、輝石安山巖及凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)粉砂巖等。文獻(xiàn)[5]認(rèn)為廬樅地區(qū)的火山巖系列是屬于橄欖玄粗巖系,但是與橄欖玄粗巖的特征有比較大的差異[10],應(yīng)該歸為粗安巖系,上部巖石比較新鮮,下部巖石均已蝕變。下部的巖石-蝕變輝石粗安巖即為鐵礦的賦礦圍巖。

該區(qū)的磁鐵礦體主要賦礦部位是磚橋旋回的次火山巖,主要巖性是閃長(zhǎng)玢巖(輝石粗安斑巖)、角閃粗安斑巖,常與本區(qū)鐵、硫礦有密切的成因聯(lián)系。磁鐵礦體主要富集于次火山巖的頂部凹陷及其接觸界面附近,而硫鐵礦體主要富集于次火山巖體的外接觸帶。

廬樅火山巖盆地西側(cè)為北北東向郯-廬深斷裂帶。廬樅火山巖盆地是一個(gè)以中、下侏羅統(tǒng)陸相碎屑巖建造為基底,經(jīng)燕山運(yùn)動(dòng)而發(fā)育起來(lái)的陸相斷陷火山巖盆地。盆地的基底基本上構(gòu)成了一個(gè)北東向50°走向的平緩向斜,火山巖與之呈不整合接觸。

區(qū)內(nèi)褶皺構(gòu)造不發(fā)育,但斷裂構(gòu)造比較發(fā)育,局部火山構(gòu)造發(fā)育。區(qū)內(nèi)主要構(gòu)造線方向?yàn)槟媳薄⒈蔽?、北東、北北東向斷裂及裂隙等。地表地層產(chǎn)狀平緩,褶皺不發(fā)育,構(gòu)造形跡以各種方向的表層陡傾斜斷裂、裂隙為主。深部,地層產(chǎn)狀微有起伏變化,斷裂構(gòu)造減弱,裂隙構(gòu)造特別是網(wǎng)狀裂隙相應(yīng)增強(qiáng)。各種構(gòu)造的產(chǎn)狀及空間展布的組合特征,表明它們是不同時(shí)期、不同方式構(gòu)造活動(dòng)的遺跡,與礦床的形成、發(fā)展有一定聯(lián)系。

3 礦床地質(zhì)特征

3.1 礦體類(lèi)型

礦體的產(chǎn)出部位主要有3種類(lèi)型:①產(chǎn)于輝石閃長(zhǎng)玢巖的上部或者內(nèi)接觸帶,以浸染狀磁鐵礦或浸染狀假象赤鐵礦為主,一般構(gòu)成貧鐵礦石;②產(chǎn)于次火山巖輝石閃長(zhǎng)玢巖的外接觸帶,以富磁鐵礦為主,是該類(lèi)礦床主要礦體;③產(chǎn)于凝灰?guī)r中,礦石呈角礫狀、礫狀等,礦體形態(tài)呈層狀、似層狀,但是礦化規(guī)模較小,無(wú)工業(yè)意義。

礦體由淺入深依次出現(xiàn)硬石膏-硫鐵礦(含銅硫鐵礦)、磁鐵礦(假象赤鐵礦)-磁鐵礦礦體。

3.2 礦體空間分布特征

該類(lèi)鐵礦床位于下埠山-義津橋褶皺隆起帶,是廬樅火山巖地區(qū)玢巖型鐵礦重要成礦帶,主要代表礦床有羅河鐵礦床、大鮑莊鐵硫礦床、何家大嶺鐵礦床 、何家小嶺硫鐵礦床、陽(yáng)山鐵礦床、牛頭山鐵礦床等。該類(lèi)鐵礦床是深部隱伏礦床,何家大嶺鐵礦體最淺部位與地表距離超過(guò)200m,羅河鐵礦體埋深一般在400～800 m左右,而泥河鐵礦床礦體埋深在700～1 200m。

羅河鐵礦床水平斷面組合圖[11],如圖1所示。從圖1可以看出羅河鐵礦床礦體有8個(gè),主要賦存于磚橋組火山巖與潛火山巖-閃長(zhǎng)玢巖的接觸帶附近,其中Ⅰ、Ⅱ號(hào)礦體為主礦體,Ⅰ號(hào)規(guī)模最大,余為小礦體。礦體埋藏在-382～-846 m標(biāo)高區(qū)間內(nèi),東淺西深,傾伏角3°～ 12°。距地表深度,最淺425 m,最深856 m;礦床西北邊緣,由于受斷裂影響,深達(dá)910 m。Ⅰ號(hào)鐵礦體水平投影形狀近似橢圓形,長(zhǎng)軸呈北東東方向延伸;Ⅱ號(hào)呈半環(huán)狀;Ⅲ～Ⅷ號(hào)鐵礦體呈不規(guī)則狀展布,它們均位于Ⅰ號(hào)鐵礦體平面投影范圍內(nèi)。剖面上礦體形態(tài)為似層狀-透鏡狀,總趨勢(shì)縱向上向南西西傾伏,傾伏角10°左右,橫向上大致呈一穹狀。Ⅱ號(hào)鐵礦體緊伏于Ⅰ號(hào)礦體之下,相距0～152m,局部聯(lián)結(jié)在一起。Ⅲ～Ⅷ號(hào)礦體位于Ⅰ號(hào)礦體之上,相距4～168m。礦體總厚度為2.03～246.58m,礦體平均厚度76.87m(富礦23.33 m)。

圖1 羅河鐵礦床水平斷面組合圖

3.3 圍巖蝕變及分布

羅河鐵礦圍巖蝕變分帶清楚,從上而下可分淺色蝕變、深色蝕變、堿質(zhì)蝕變3個(gè)帶。①上部淺色蝕變帶:厚約400 m,為次火山巖變成,又可細(xì)分為青盤(pán)巖帶、泥化巖帶、黃鐵硅化巖帶、黃鐵礦明礬石硬石膏巖帶等亞帶,特別是硅化巖常呈硅殼出現(xiàn),為找礦標(biāo)志之一;淺色蝕變形成于成礦以后,常疊加于深色蝕變帶上形成一些黃鐵礦-赤鐵礦-碳酸鹽-硫酸鹽產(chǎn)物。②中部深色蝕變帶:厚300～500m,為輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)玢巖或粗安巖變成,又可分為輝石-石榴石-磷灰石-磁鐵礦礦化帶(塊狀)、磷灰石-磁鐵礦-透輝石礦化帶(網(wǎng)脈狀、角礫狀)、磷灰石-磁鐵礦-方柱石巖帶(浸染狀礦石)等亞帶。③下部堿質(zhì)蝕變帶:以(輝石)-鈉長(zhǎng)石巖或(輝石)-鉀鈉長(zhǎng)石巖為主,磁鐵礦已不復(fù)見(jiàn)或少見(jiàn),而絹云母、黃鐵礦、碳酸鹽化又重新出現(xiàn),并見(jiàn)大量棕紅色榍石,是為穿過(guò)鐵礦化帶的訊號(hào),同時(shí)還有方沸石、水母石、葡萄石出現(xiàn),故曾稱(chēng)為“后退”蝕變帶。

從以上的圍巖蝕變分帶來(lái)看,潛火山氣液型鐵礦床的磁鐵礦體、硫鐵礦體、磷灰石礦體均產(chǎn)出中部深色蝕變帶中,呈現(xiàn)一定的規(guī)律性,而下部堿質(zhì)蝕變帶的出現(xiàn),也就預(yù)示著該類(lèi)鐵礦化的結(jié)束。

3.4 礦化階段及分布

該礦床可劃分為4個(gè)成礦階段,即氣成高溫-中溫?zé)嵋撼傻V階段、表生階段、火山噴氣沉積-火山噴氣熱液成礦階段、火山熱液成礦階段[6,12]。

(1)氣成高溫-中溫?zé)嵋撼涮罱淮傻V階段。該階段與次火山巖(輝石閃長(zhǎng)玢巖)有關(guān),所形成的礦化蝕變,限于次火山巖體及其周?chē)?形成區(qū)內(nèi)的鐵礦床和黃鐵礦化。根據(jù)礦化蝕變特征可以劃分為早、晚2期。①早期:來(lái)自次火山巖體的殘余成礦溶液富含揮發(fā)組分(SO3、P、F、Cl等)和鈉質(zhì)。②晚期:隨著溶液中大量析出 Fe、M g、Ca和SO3、P 、F 、Cl等,其中的 H 2 S 、CO2、H 2O 、Si等相對(duì)富集,含 H2 S、CO2、H 2O 、Si的溶液與早期生成的蝕變礦物發(fā)生作用,形成疊加蝕變礦物。較早形成的蝕變礦物有陽(yáng)起石、透輝石、綠泥石、假象赤鐵礦、鈉長(zhǎng)石等,較晚形成的礦物有黃鐵礦、假象赤鐵礦、石英、碳酸鹽、石膏-硬石膏、葉臘石、水云母、高嶺石等。

(2)表生階段。與次火山巖有關(guān)的氣成高溫-中溫?zé)嵋撼涮罱淮V床形成后,曾一度暴露地表,不僅剝蝕掉次火山巖體上部蝕變圍巖,而且鐵礦受到風(fēng)化剝蝕作用和改造。

(3)火山噴氣沉積-火山噴氣熱液交代成礦階段。鐵礦風(fēng)化剝蝕過(guò)程中,火山噴氣、噴流作用發(fā)生,在含水盆地中形成大量的硬石膏堆積,其中伴生同生成因的黃鐵礦、硅質(zhì)凝塊沉積。

(4)含水熱液充填交代成礦階段。在粗安巖噴發(fā)和正長(zhǎng)巖的侵入活動(dòng)時(shí)均伴生有熱液的充填交代作用,與粗安巖伴生的熱液充填交代作用有黃鐵礦化、黃銅礦化、方鉛礦化、閃鋅礦化、硅化、重晶石化、水云母化及高嶺石化,與斜長(zhǎng)正長(zhǎng)斑巖伴生的熱液充填交代作用有含銅碳酸鹽脈等。

4 礦床成因及成礦模式探討

4.1 成礦物理化學(xué)條件

(1)巖石化學(xué)特征。區(qū)內(nèi)鐵礦石堿度系數(shù)與含鐵量成正比,故富礦以堿性礦石為主,表外礦以中酸性礦石為主,貧礦以半自熔性礦石為主。礦體頂?shù)装鍘r石主要為膏輝巖,其次是輝石堿性長(zhǎng)石巖。

(2)硫同位素。礦床中成礦熱液的總硫同位素組成為+14.1%,估算出成礦溶液中的硫有33%～56%來(lái)自地層中的沉積硫,67%～44%來(lái)自巖漿中所攜帶的地幔硫,成礦溶液的硫源,可能為深部巖漿硫與周沖村組海相沉積硬石膏硫發(fā)生同位素交換形成的混合硫[8]。礦化過(guò)程中,從早到晚成礦流體中總硫同位素組成δ34S總是逐漸降低的。這種變化或者是來(lái)自沉積硬石膏層中的硫逐漸減少,而巖漿中的硫逐漸增多的緣故,或者是成礦晚期有更多的天水加入,導(dǎo)致總硫同位素組成的降低。

(3)成礦流體。成礦溶液鹽度較高,為8.01%～21.10%,并有石鹽子晶出現(xiàn)。成礦溶液以富 Ca2+、Na+、Cl-、SO42-為顯著特征,與鐵礦石的形成經(jīng)歷了強(qiáng)烈的鈉質(zhì)交代和Ca2+、SO42-交代作用是吻合的。

(4)成礦物理化學(xué)條件。羅河鐵礦成礦流體f O2、f S2和pH值見(jiàn)表1所列,主要礦化-蝕變階段的氧逸度、硫逸度和pH值的估算[8],說(shuō)明磁鐵礦和膏輝巖都是在高氧高硫和酸性環(huán)境中形成的,兩者的f O2、f S2和pH值非常接近或相同,說(shuō)明它們可能是同一成礦時(shí)期的產(chǎn)物,膏輝巖形成稍早,磁鐵礦稍晚;白色硬石膏-黃鐵礦階段的 f O2、f S2和pH值,明顯低于前兩者,是在 f O2、f S2都較低的強(qiáng)酸性環(huán)境中發(fā)育的。

表1 羅河鐵礦成礦流體 f O2、f S2和pH值

4.2 礦床成因機(jī)制

羅河鐵礦床在成因上與火山活動(dòng)的關(guān)系密切,與巖漿由偏基性向偏堿性演化階段有關(guān),形成于磚橋旋回強(qiáng)烈噴發(fā)后的相對(duì)寧?kù)o階段。由于成礦作用復(fù)雜,圍巖蝕變強(qiáng)烈,特別是早期形成的產(chǎn)物,常被晚期礦化作用所迭加,改變?cè)瓉?lái)面貌,致使成礦諸因素研究難度加大。

伴隨著磚橋旋回火山噴發(fā)-侵入作用,在構(gòu)造相對(duì)薄弱部位,閃長(zhǎng)玢巖上侵并形成巖侵型穹窿。閃長(zhǎng)玢巖侵位較高,侵入于磚橋組下段上部的粗安巖中,巖體在冷凝收縮與區(qū)域水平應(yīng)力交替作用下,在巖體頂部產(chǎn)生網(wǎng)脈狀裂隙系統(tǒng),為礦液提供了一個(gè)良好的、封閉的儲(chǔ)礦空間。不同自然類(lèi)型礦石的平面分布具同心圓的特點(diǎn),即中心為浸染狀礦石,向外分別為浸染狀—網(wǎng)脈狀—稀疏網(wǎng)脈狀;富、厚礦體呈環(huán)狀分布于平面,與隆起邊緣輪廓相一致;垂向上裂隙系統(tǒng)的產(chǎn)狀、裂隙率、裂隙密度的變化,在次生石英巖以下,裂隙率迅速增加,尤以緩傾斜裂隙更為顯著。上述特點(diǎn)表明了羅河鐵礦床是受巖侵型穹窿及水平拉張所造成的網(wǎng)狀裂隙系統(tǒng)所控制。

文獻(xiàn)[13]對(duì)礦物的包體測(cè)溫結(jié)果證明:磷灰石生成溫度最高,可達(dá) 610℃;磁鐵礦一般在380～450℃;硬石膏在 300～350 ℃;黃鐵礦在220～280℃。它們既與脈中礦物結(jié)晶順序相一致,又與空間自下而上礦物分帶相吻合,表明礦物的晶出是受一定溫度和壓力梯度的嚴(yán)格控制。

羅河鐵礦大量礦物物質(zhì)已超過(guò)了含礦巖石自身所能提供的限度,無(wú)疑有部分來(lái)自外部,可能來(lái)自中三疊世周沖村組膏鹽層。中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)研究所通過(guò)對(duì)羅河鐵礦硫同位素研究,認(rèn)為硫源是地殼深部或上地慢和三疊紀(jì)海相石膏硫混合而成。

綜上所述,羅河鐵礦處在廬樅火山斷陷盆地中[14],在深部巖漿作用下,萃取了下伏火山巖盆地基底地層中三疊世周沖村組膏鹽層中鐵、硬石膏,改變了巖漿的成分,造成鐵質(zhì)熔離、運(yùn)移作用,在磚橋旋回強(qiáng)烈噴發(fā)后的相對(duì)寧?kù)o階段,上侵于上覆熔巖,構(gòu)成了巖侵型彎窿,造就了良好的封閉儲(chǔ)礦條件,大量礦化物質(zhì)在一定的溫度和壓力梯度下相繼沉淀而成礦。其構(gòu)造、巖漿活動(dòng)和礦化作用在時(shí)間上是吻合的,這與文獻(xiàn)[13]中測(cè)定的礦化同位素年齡(132 M a)相一致,因此,羅河鐵礦床是磚橋旋回火山-潛火山活動(dòng)的產(chǎn)物。

根據(jù)該鐵礦床以上成礦條件的綜述,建立羅河式潛火山氣液型鐵礦床成礦模式圖,如圖2所示。

5 找礦標(biāo)志與找礦方向

(1)盆地標(biāo)志。陸相火山巖盆地分布范圍是尋找羅河式鐵礦的前提。

(2)地層標(biāo)志。含礦旋回-磚橋旋回的火山巖是尋找鐵礦的標(biāo)志,要注意火山活動(dòng)強(qiáng)烈的主火山旋回、磚橋組分布及相對(duì)隆起部位。

(3)構(gòu)造標(biāo)志。早期構(gòu)造復(fù)合部位是控巖的重要標(biāo)志。

(4)巖漿巖標(biāo)志。磚橋旋回的潛火山巖及其接觸帶,火山(巖侵型)穹窿是重要的儲(chǔ)礦構(gòu)造。輝石粗安玢巖體的硬石膏輝石巖化是找潛火山氣液型鐵礦的近礦標(biāo)志,其次是輝石堿性長(zhǎng)石巖。

(5)圍巖蝕變。圍巖蝕變是此類(lèi)找礦的直接標(biāo)志。深色蝕變帶內(nèi)的礦物組合是近礦圍巖蝕變標(biāo)志,極易識(shí)別;鐵礦上部的圍巖淺色蝕變帶是遠(yuǎn)礦蝕變標(biāo)志。次生石英巖(硅化巖)往往出現(xiàn)在深色蝕變帶及鐵礦體之上,可作為找礦重要線索,但是要區(qū)分表生淋濾的硅化巖(次生石英巖)。

(6)遙感信息標(biāo)志。環(huán)形構(gòu)造是巖體、隱伏巖體的賦存部位,線性構(gòu)造一般反映斷裂構(gòu)造。

(7)地球物理標(biāo)志。①重力:重力正高異常分布區(qū),二次導(dǎo)數(shù)具有明顯的正異常。②磁法:航磁、地磁正高異常分布區(qū),異常附近伴生有負(fù)磁異常,磁化極具有比較明顯的異常分布。

重磁聯(lián)合解釋配合電阻率測(cè)深是尋找本類(lèi)隱伏礦的有效手段。在重磁異常重合的前提下,磁源重力異常相一致,即重、磁同源,視電阻率測(cè)深剖面出現(xiàn)低阻封閉時(shí),是尋找羅河式鐵礦的主要標(biāo)志。

綜合物探異常是找鐵礦的重要標(biāo)志。在地質(zhì)構(gòu)造有利地段,重磁聯(lián)合解釋配合電阻率測(cè)深是尋找本類(lèi)隱伏鐵礦的有效手段。在重磁異常重合的前提下,磁源重力異常亦相一致,即重、磁同源,視電阻率測(cè)深剖面出現(xiàn)低阻封閉圈或畸奇時(shí),是尋找羅河式鐵礦的主要標(biāo)志。在上述條件下,若無(wú)磁異常僅表現(xiàn)為零星磁場(chǎng)時(shí),要注意可能尋找大包莊式鐵礦類(lèi)型。

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