湖北省黃梅馬鞍山鐵礦地質(zhì)特征及礦床成因探討

李小林, 孫唯衡, 張 雷, 吳 鵬

(湖北省地質(zhì)礦業(yè)開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司,湖北 武漢 430022)

湖北省黃梅馬鞍山鐵礦地質(zhì)特征及礦床成因探討

李小林, 孫唯衡, 張 雷, 吳 鵬

(湖北省地質(zhì)礦業(yè)開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司,湖北 武漢 430022)

通過(guò)對(duì)黃梅馬鞍山鐵礦礦床地質(zhì)特征、礦石特征和控礦因素的分析,認(rèn)為該礦床有較明顯的垂向分帶特征,由上至下依次為地表坡積礦、淺部氧化礦和深部原生礦帶,礦石礦物由褐鐵礦向菱鐵礦過(guò)渡。該鐵礦床主要控礦因素為地層和巖性,構(gòu)造和巖漿巖活動(dòng)影響有限,成礦物質(zhì)來(lái)源于石炭系、二疊系的碳酸鹽巖建造和碎屑巖建造。礦床類型屬于沉積—改造型,即沉積階段形成菱鐵礦,其中青灰色菱鐵礦形成于成巖階段,米黃色菱鐵礦形成于后生作用階段；表生改造階段生成褐鐵礦,使礦體發(fā)生富集,并形成垂向分帶。

菱鐵礦;垂向分帶;控礦因素;沉積—改造;黃梅馬鞍山

黃梅地區(qū)隸屬長(zhǎng)江中下游成礦帶,是湖北省中東部重要的銅鐵多金屬成礦帶。黃梅地區(qū)廣泛分布著層控型菱鐵礦礦床,它們具有多因復(fù)成的成礦機(jī)制。先后經(jīng)歷了原生沉積成礦作用和表生改造成礦作用,具有垂向分帶性特征。本文通過(guò)對(duì)礦床地質(zhì)特征、礦石礦物和化學(xué)成分組成的分析,進(jìn)一步探討其控礦因素和成礦模式,可為該區(qū)菱鐵礦成礦規(guī)律提供有益的思路。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

黃梅地區(qū)位于長(zhǎng)江中下游成礦帶西段以北,桐柏—大別山成礦的東南端；處于華北地塊與揚(yáng)子地塊之間,屬于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)下?lián)P子臺(tái)坪東,淮陽(yáng)古陸南,滁州—黃梅前陸褶皺沖帶南端[1](圖1)。本區(qū)在石炭紀(jì)和二疊紀(jì)屬古陸邊緣的海相沉積,除五通組(D3w)外,本區(qū)寒武紀(jì)—志留紀(jì),黃龍組(C2h)—青龍群(T1+2Q)均發(fā)育淺?！獮I海相碳酸鹽—碎屑巖建造,有利于鈣質(zhì)、硅質(zhì)和泥質(zhì)含鐵、錳沉積物的堆積。于蒲圻群(T3P)出現(xiàn)海陸交互相沉積,其后一直處于陸相環(huán)境。

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 礦區(qū)地質(zhì)概況

湖北省黃梅鐵礦區(qū)位于滁州—黃梅前陸褶皺沖帶南端的五里墩背斜兩翼,馬鞍山礦床位于背斜之南東翼。地層從志留系—侏羅系均有分布,主要含礦層位為石炭系、二疊系碳酸鹽巖及碎屑巖建造。巖漿巖活動(dòng)一般,中生代燕山期相對(duì)活躍,巖漿巖的種類由酸性—超基性均有。主要構(gòu)造為北東—南西向線型褶皺和斷層,其中五里墩背斜軸向北東,東南翼傾角30°～50°,控制了馬鞍山礦床的展布(圖2)；北西翼倒轉(zhuǎn),傾角30°～65°,控制了馬尾山、梅家山礦床。

2.1.1 地層

礦床地層出露比較全,志留系—侏羅系均有分布,具體特征見(jiàn)表1。

2.1.2 構(gòu)造

礦區(qū)主要構(gòu)造線為一系列相互平行的NE-SW向線型褶皺、沖斷層、逆掩斷層所組成(圖2),并伴有正交、斜交的張性、張扭性斷層。

褶皺 五里墩背斜是控制礦區(qū)的主要褶皺構(gòu)造。背斜軸呈40°方向延伸,北東端在蛇山一帶向南東彎轉(zhuǎn)向北凸出的弧形分布。背斜長(zhǎng)11 km,寬4.5 km。背斜北翼倒轉(zhuǎn),傾向東南,傾角30°～65°,南東翼傾向南東,傾角30°～50°,馬鞍山礦床位于背斜南東翼。

斷裂 礦床范圍內(nèi)的斷裂,成礦前即已基本形成并控制著礦帶和礦體的分布,成礦后的斷裂對(duì)主礦體有微弱的破壞作用。斷裂主要分為3條NE-SW走向的縱斷裂和近20條近等間距分布的橫斷裂。

圖1 黃梅地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)圖Fig.1 Geological structure diagram of Huangmei area1.斷層;2.陸塊分界線;3.構(gòu)造單元分界線;4.結(jié)晶基底;5.蓋層;6.研究區(qū)范圍;①.確山—合肥斷裂;②.萍鄉(xiāng)—廣豐斷裂；③.郯廬斷裂；④.襄廣斷裂；⑤.通城—德安斷裂；⑥.休寧斷裂；⑦.東至—宣州(江南)斷裂；⑧.虎(岑關(guān))—月(潭)斷裂；⑨.鄂城—嘉魚(yú)斷裂；⑩.信陽(yáng)—舒城斷裂；.桐柏—桐城斷裂；.修水—德安斷裂；.宜豐—景德鎮(zhèn)斷裂；.豐城—婺源斷裂；.湖口—南昌斷裂。

2.1.3 巖漿巖

區(qū)內(nèi)主要分布在馬鞍山礦床邊緣,大致呈北東向分布,此外在五里墩背斜核部亦可見(jiàn)到零星分布的次火山巖巖脈。主要巖性有輝綠巖、輝石閃長(zhǎng)玢巖、輝石安山玢巖、安山巖、斜長(zhǎng)斑巖、安山質(zhì)凝灰熔巖。

2.2 礦體地質(zhì)特征

2.2.1 礦體平面特征

礦區(qū)鐵礦體斷續(xù)分布長(zhǎng)5 km,多呈條帶狀、豆莢狀產(chǎn)出,有明顯的膨縮現(xiàn)象(圖2),走向NNE-NEE,東段傾向SE,傾角30°～50°,局部70°；西段傾向NW,傾角65°以上。單個(gè)礦體長(zhǎng)度30～720 m,一般100～200 m,水平寬度3～29 m,一般10～20 m。

2.2.2 礦體垂向特征

礦體按垂向深度可分為地表坡積礦、淺部氧化礦和深部原生礦(圖3)。

地表坡積礦 主要為氧化礦在地表風(fēng)化后的坡積物,完全受第四系控制,其規(guī)模和延伸均受地表覆蓋物控制。一般長(zhǎng)度在50 m以內(nèi),出露寬度10 m以內(nèi)。礦石類型主要為褐鐵礦。

淺部氧化礦 大多數(shù)呈北東向展布,傾向南東,傾角一般40°～60°,礦體一般長(zhǎng)30～70 m,出露標(biāo)高都在0 m以上,出露寬度4～27 m,礦石類型主要均為褐鐵礦,且以富礦為主,是由菱鐵礦風(fēng)化淋濾,原地堆積而成,多在侵蝕基準(zhǔn)面以上。

深部原生礦 出露標(biāo)高多在0 m以下。礦石類型均為菱鐵礦,可分為青灰色和米黃色兩種,后者為前者溶解搬運(yùn)再沉淀的產(chǎn)物,發(fā)生一定富集作用。

2.3 礦石特征

2.3.1 礦石礦物成分

礦石礦物主要為褐鐵礦和菱鐵礦,前者是后者氧化而成。

(1) 褐鐵礦礦石。一般是在地表和淺部產(chǎn)出,礦石顏色各異,有黃、褐黃、棕褐、褐黑、煙黑色等。礦石礦物組成簡(jiǎn)單(表2)。金屬礦物主要為褐鐵礦、針鐵礦—水針鐵礦、赤鐵礦—水赤鐵礦,其次為錳的氧化物和氫氧化物。脈石礦物主要有石英、玉髓和重晶石,其次為粘土礦物和硅酸鹽礦物,有時(shí)見(jiàn)微量多金屬硫化物和氟化物。礦石具隱晶—微晶結(jié)構(gòu),土狀、塊狀、蜂窩狀、皮殼狀、膠狀、角礫狀構(gòu)造。礦石具有強(qiáng)硅化和明顯的重晶石化現(xiàn)象。

圖2 黃梅馬鞍山鐵礦區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig.2 Geological sketch map of Maanshan iron deposits in Huangmei

圖3 褐鐵礦—菱鐵礦體垂向分帶特征Fig.3 Limonite-siderite ore bodies character zoning in verticality

(2) 菱鐵礦礦石。為深部原生礦組成成分,一般在0 m以下產(chǎn)出。礦石顏色為青灰色、灰白色,溶解再沉淀后變?yōu)槊S色[2]。礦石礦物的組成簡(jiǎn)單(表3),金屬礦物主要為菱鐵礦；脈石礦物主要為鐵白云石、白云石,其次為方解石、重晶石和石英等。細(xì)—中粗粒結(jié)構(gòu),塊狀、斑雜狀構(gòu)造為主,碎裂狀、網(wǎng)脈狀、角礫狀、圍塊狀次之。礦石具有強(qiáng)烈的硅化、白云石化、重晶化,及微弱的多金屬礦化現(xiàn)象。

表2 褐鐵礦礦物成分一覽表

按本區(qū)菱鐵礦顏色和粒度的差別,一般分為青灰色菱鐵礦和米黃色菱鐵礦。

青灰色菱鐵礦 呈深淺程度不等的青灰色或帶淺黃色調(diào)的青灰色,礦物結(jié)晶有微粒—細(xì)粒和細(xì)?！至煞N,前者粒徑0.03～0.2 mm,后者粒徑0.2～1 mm。

米黃色菱鐵礦 呈深淺不一的米黃色,礦物結(jié)核顆粒一般粗大,粒徑多在0.3～1.5 mm,個(gè)別達(dá)2～3 mm,呈自形—半自形菱面晶體。

表3 菱鐵礦礦石礦物成分一覽表

2.3.2 礦石化學(xué)成分

采取褐鐵礦礦石樣17件,菱鐵礦礦石樣12件,根據(jù)光譜分析、全分析和組合分析結(jié)果(表4),按其化學(xué)成分性質(zhì)可分為四組:主要有用成分、造渣組分、雜質(zhì)、揮發(fā)組分。

(1) 主要有用成分——鐵:氧化礦石中的鐵主要含在褐鐵礦中,少量含在金屬礦物和脈石礦物中。原生礦石中的鐵主要含在菱鐵礦中,少量含在鐵白云石、鐵方解石及其他金屬礦物中。

(2) 造渣組分:鈣、鎂氧化物的存在與碳酸礦物有關(guān),硅、鋁氧化物的存在與石英、玉髓和粘土礦物有關(guān)。前者在原生礦石中發(fā)育,后者在氧化礦石中發(fā)育。

(3) 雜質(zhì):有害雜質(zhì)僅有硫,在褐鐵礦中偏高,來(lái)源主要是硫酸鹽礦物(重晶石),即礦石中重晶石含量超過(guò)2%時(shí),硫含量就會(huì)>0.3%。

(4) 揮發(fā)組分:原生礦石中主要是二氧化碳和水,與碳酸鹽礦物有關(guān)。

CaO+MgO/SiO2+A12O3:地表褐鐵礦一般為0.157,深部褐鐵礦一般為0.34,屬酸性礦石。菱鐵礦波動(dòng)于0.32～35.8之間,一般在4～22,大體上在12線以東多是堿性礦石；12線以西除堿性礦石外,8～12線還出現(xiàn)自熔—半自熔性礦石,甚至個(gè)別還有酸性礦石。

表4 礦石化學(xué)成分一覽表

菱鐵礦中的Mn是指示菱鐵礦成因的重要指示元素。沉積成因的菱鐵礦中MnO含量為1.5%～2.5%,熱液成因的菱鐵礦中MnO含量為0.5%左右[3]。從上述礦石成分統(tǒng)計(jì)表(表3)中可以看出,菱鐵礦中Mn的含量在0.74%～2.52%之間,換算MnO含量則為0.96%～3.25%,具明顯的沉積成因特征。

2.4 圍巖蝕變特征

區(qū)內(nèi)圍巖蝕變主要有重晶石化、白云石化、鐵白云石化、硅化和碳酸鹽化。

蝕變圍巖在空間上有一定的規(guī)律,并與一定金屬礦化有關(guān)。平面上,在礦床分布范圍內(nèi),可分三個(gè)蝕變帶,西段主要為重晶石—白云石帶,多與銅、鉛、鋅等金屬礦化有關(guān)；中段主要為重晶石—鐵白云石—硅化帶,多與菱鐵礦有關(guān)；東段主要為弱鐵錳碳酸鹽化帶,與微弱鐵礦化有關(guān)。剖面上,各種蝕變多在礦體上盤發(fā)育,垂直礦體方向,由里向外大體是:鐵白云石化、重晶石化—硅化、白云石化—弱鐵錳碳酸鹽化。

3 控礦因素和礦床成因探討

3.1 控礦因素分析

地層 菱鐵礦賦存于一定的層位,主要是中二疊統(tǒng)棲霞組灰?guī)r和粉砂巖,部分賦存于上石炭統(tǒng)黃龍組灰?guī)r中。在礦體產(chǎn)狀表現(xiàn)上,礦體的產(chǎn)狀呈層狀或似層狀,普遍與地層產(chǎn)狀一致,且礦體厚度與含礦圍巖厚度正相關(guān)。在礦石特征上,類型簡(jiǎn)單,青灰色菱鐵礦粒度細(xì),粒間有炭質(zhì)膠結(jié)。在菱鐵礦化學(xué)成分上,MnO含量為0.96%～3.25%,具沉積成因特征,且微量元素含量與圍巖基本一致[2],以上證據(jù)均表明該礦床屬于沉積成因,地層和巖性為主要控礦因素。

構(gòu)造 米黃色菱鐵礦多呈脈狀、細(xì)脈星點(diǎn)狀或團(tuán)塊狀,常切穿層理,賦存在斷裂、裂隙和空隙中。但構(gòu)造活動(dòng)對(duì)礦體的主體(褐鐵礦和青灰色菱鐵礦)無(wú)明顯控制,沒(méi)有褶皺和斷層的地方照樣有鐵礦成礦。且脈狀菱鐵礦往往在青灰色菱鐵礦附近產(chǎn)出,與構(gòu)造延展方向無(wú)相關(guān)性。因此,地質(zhì)構(gòu)造對(duì)于鐵礦的成礦作用是有限的,不是主導(dǎo)因素。

巖漿巖 礦區(qū)內(nèi)未見(jiàn)大的侵入體,僅出露少數(shù)中生代安山巖和安山玢巖脈,其微量元素含量與礦體相去甚遠(yuǎn),表明菱鐵礦的來(lái)源與其不同。近礦圍巖熱液蝕變不顯著,雖見(jiàn)有不均勻的硅化及鐵白云石脈、方解石脈,但其成因是否為巖漿熱液仍值得商榷。

成礦物質(zhì)來(lái)源 就目前所知,與菱鐵礦來(lái)源密切相關(guān)的分為2種:①碎屑巖建造。沉積的菱鐵礦巖層往往與泥質(zhì)巖夾層產(chǎn)在一起,或者菱鐵礦在粉砂巖中呈膠結(jié)物,可能為粉砂巖中的菱鐵礦由粒間孔隙水在還原環(huán)境下生成。②碳酸鹽巖建造。沉積的菱鐵礦產(chǎn)于碳酸鹽巖中,巖層中的Fe3+還原成Fe2+,經(jīng)過(guò)交代作用形成菱鐵礦而富集[4]。尤其是在石灰?guī)r向白云巖,或碎屑巖向碳酸鹽巖過(guò)渡的層位內(nèi),菱鐵礦賦存更集中[5]。菱鐵礦沉積地球化學(xué)相變化的界面附近沉積,是發(fā)生在海水逐漸加深和pH逐漸加大的過(guò)程中[6-7]。

3.2 礦床成因探討

沉積成礦作用 原生礦中的青灰色菱鐵礦呈層狀、似層狀或透鏡狀產(chǎn)于地層中,微細(xì)粒均粒結(jié)構(gòu),顯示了原生沉積的特點(diǎn)。青灰色菱鐵礦中的SiO2、Al2O3、S、有機(jī)碳、TiO2含量高,TFe的含量較低,乃是由于其中泥質(zhì)、砂質(zhì)、硅質(zhì)、有機(jī)質(zhì)、黃鐵礦等固態(tài)包體物質(zhì)含量較多所致,是同生沉積物在固態(tài)條件下經(jīng)成巖重結(jié)晶作用、交代作用形成的反映。在成巖作用階段,經(jīng)有機(jī)質(zhì)還原劑的作用,將Fe3+還原成Fe2+,并與有機(jī)質(zhì)分解產(chǎn)生的CO2化合,才形成青灰色(反映含有機(jī)質(zhì)和其形成的強(qiáng)還原條件)均質(zhì)微細(xì)粒的成巖菱鐵礦[8]。

米黃色菱鐵礦多為透鏡狀和脈狀,沿?cái)嗔?、裂隙和空隙分?常切穿層理,多為粗—巨粒結(jié)構(gòu),成分較純。分析其化學(xué)成分發(fā)現(xiàn),SiO2、Al2O3、S、有機(jī)碳、TiO2含量較青灰色菱鐵礦少,TFe含量較高,后生水溶解了成巖菱鐵礦,再在斷裂、裂隙、空洞中沉淀下來(lái),形成米黃色、粗巨粒的后生菱鐵礦,使礦物成分更純。后生作用主要發(fā)生于印支期后期—燕山期,為“沉壓”型水交替期,地下水運(yùn)動(dòng)的水力梯度增大,導(dǎo)致地下水流速及區(qū)域沉積水向本區(qū)的排泄相對(duì)增強(qiáng),碳酸鹽巖含水層中地下水能與圍巖及灰?guī)r較充分接觸、反應(yīng),為交代作用提供了有利條件。由于鐵活動(dòng)性較弱,且在碳酸鹽巖環(huán)境中不利于遷移,故米黃色菱鐵礦常賦存在層狀青灰色細(xì)晶菱鐵礦礦體內(nèi)或其附近[9]。這些表明了米黃色菱鐵礦形成于后生作用階段[2,10-11]。

表生改造成礦作用 該礦床有較明顯的垂直分帶現(xiàn)象,原生礦帶主要產(chǎn)于0 m以下,主要礦物種類為青灰色菱鐵礦和米黃色菱鐵礦,形成于還原環(huán)境。淺部氧化礦和地表坡積礦礦物成分主要為褐鐵礦,表現(xiàn)為氧化礦石類型。氧化礦為菱鐵礦風(fēng)化的產(chǎn)物,經(jīng)過(guò)風(fēng)化淋濾產(chǎn)生富集作用,是該礦區(qū)的主要礦石類型,產(chǎn)出多在侵蝕基準(zhǔn)面以上。坡積礦為氧化礦進(jìn)一步風(fēng)化后在地表的坡積物,完全受第四系控制。

4 結(jié)論

(1) 賦礦地層為中二疊統(tǒng)棲霞組和上石炭統(tǒng)黃龍組,是一套以深灰色灰?guī)r、粉砂巖和泥頁(yè)巖為主的碳酸鹽巖、碎屑巖建造,沉積環(huán)境為還原狀態(tài)。

(2) 礦石具有垂向分帶性,從上至下依次為地表坡積礦、淺部氧化礦和深部原生礦。

(3) 控礦因素以地層和巖性為主,構(gòu)造和巖漿巖作用不明顯,成礦物質(zhì)來(lái)源于碳酸鹽巖建造和碎屑巖建造。

(4) 原生礦石在沉積成礦階段形成,由青灰色菱鐵礦和米黃色菱鐵礦組成,其中青灰色菱鐵礦形成于成巖作用階段,米黃色菱鐵礦形成于后生作用階段。

(5) 礦床類型為沉積—改造型,即沉積作用形成菱鐵礦,后經(jīng)表生改造富集,形成褐鐵礦。

[1] 湖北省地質(zhì)礦產(chǎn)局.湖北省區(qū)域地質(zhì)志[M].北京:地質(zhì)出版社,1990:614-616.

[2] 王焰新,沈照理.湖北黃梅菱鐵礦礦床成礦作用的古水文地質(zhì)學(xué)研究[J].現(xiàn)代地質(zhì),1988,2(1):110-119.

[3] 段超,周濤發(fā),范裕,等.廬樅盆地龍橋鐵礦床中菱鐵礦的地質(zhì)特征和成因意義[J].礦床地質(zhì),2009,28(5):643-652.

[4] 廖士范,梁同榮,曾明果.貴州鐵礦山沉積改造菱鐵礦床的成礦方式及沉積改造機(jī)理的探討[J].地質(zhì)評(píng)論,1980,26(1):16-24.

[5] 李厚民,王登紅,李立興,等.中國(guó)鐵礦成礦規(guī)律及重點(diǎn)礦集區(qū)資源潛力分析[J].中國(guó)地質(zhì),2012,39(3):559-580.

[6] 徐廣平,張曉東,艾寧,等.寧夏衛(wèi)寧北山地區(qū)鐵礦區(qū)域成礦規(guī)律探討[J].西北地質(zhì),2011,44(1):39-47.

[7] 杜建國(guó),常丹燕.長(zhǎng)江中下游成礦帶深部鐵礦找礦的思考[J].地質(zhì)學(xué)報(bào),2011,85(5):687-698.

[8] 沈冰,劉飛燕,朱志敏.滇中地區(qū)層控菱鐵礦成因機(jī)制探討[J].礦產(chǎn)與地質(zhì),2006,20(3):260-263.

[9] 劉寶珺,徐新煌,余光明,等.初論層狀菱鐵礦礦床的沉積環(huán)境和形成作用[J].地質(zhì)與勘探,1980(6):67-74.

[10] 王焰新,沈照理.沉積改造型菱鐵礦礦床改造作用中CO2的來(lái)源及其成礦意義——以黃梅菱鐵礦礦床為例[J].地球科學(xué),1988(3):240-242.

[11] 邱柱國(guó).沉積礦床成因亞類的劃分及沉積菱鐵礦的成因[J].礦床地質(zhì),1987,6(1):68-78.

(責(zé)任編輯：于繼紅)

Discussion on Geological Characteristics and Genesis of the Maanshan IronDeposit in Huangmei,Hubei Province

LI Xiaolin, SUN Weiheng, ZHANG Lei, WU Peng

(HubeiGeological&MiningExplorationCompany,Ltd.,(HGMC)Wuhan,Hubei430022)

Through analysis of geological characteristics,ore characteristics and control factors of Maanshan iron deposit in Huangmei,deposit has obvious vertical zoning characteristics,is sequentially arranged from top to bottom slope deposit,the original surface product ore and primary ore belt,ore minerals from limonite to siderite transition.The main ore controlling factors of the iron deposit are the strata and lithology,tectonic and magmatic activities.The ore forming material is derived from carbonate rocks and clastic rocks.Deposit types are sedimentary transformation type,sedimentary stage formed siderite,the grey siderite form diagenetic stage,beige siderite formation in the catagenesis stage;surface reconstruction stage generates limonite,the orebody occurrence and enrichment,and the formation of the vertical zoning.

siderite; zoning in verticality; ore-controlling factors; sedimentation-reconstruction; Maanshan in Huangmei

2015-06-17;改回日期:2015-07-02

李小林(1966-),男,高級(jí)工程師,地質(zhì)勘查專業(yè),從事地質(zhì)勘查工作。E-mail:361835123@qq.com

P618.31

A

1671-1211(2015)04-0377-06

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.201504003

數(shù)字出版網(wǎng)址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20150707.1700.001.html 數(shù)字出版日期:2015-07-07 17:00