海南石碌鐵礦床控礦因素分析

楊 堅(jiān)，林志錦，張九鉉

（海南礦業(yè)股份有限公司，海南 昌江 572725）

1 礦床地質(zhì)概況

海南石碌鐵礦是我國(guó)最為知名的超大型優(yōu)質(zhì)富鐵礦床之一，位于華南褶皺系五指山褶皺帶的西部，近東西向昌汀一瓊海大斷裂與北東向戈枕斷裂交匯于此。地理坐標(biāo)：東經(jīng)109°01′00″～109°05′45″，北緯19°11′30″～19°15′00″，面積44.75km2(許德如等，2009)（見(jiàn)圖1）。

圖1 海南地質(zhì)簡(jiǎn)圖

前人對(duì)石碌礦區(qū)礦床成因進(jìn)行了大量的研究，主要為：(1)礦山的高溫?zé)嵋航佑|帶，主要以石碌鐵礦是矽卡巖型礦床;(2)火山沉積，主要礦物質(zhì)來(lái)源于火山，并與火山噴發(fā)相關(guān);(3)基巖沉積、變質(zhì)熱改造，主要是指的是礦床在沉積后所形成，會(huì)經(jīng)受區(qū)域變質(zhì)作用下的大規(guī)模巖漿入侵，從而形成熱液影響，改造了礦體面貌，使其具有熱液礦床的特點(diǎn);(4)熱鹵水成礦主要從獨(dú)立的火山作用，從而形成熱鹵水沉積;(5)火山沉積-變質(zhì)說(shuō)，認(rèn)為石碌鐵礦是個(gè)火山熱液沉積礦床，但經(jīng)受了變質(zhì)作用的改造(孫劍等，2014)。根據(jù)野外實(shí)地踏勘和系統(tǒng)的樣品收集，認(rèn)為石碌鐵礦床的成因類型屬于受褶皺控制的多因復(fù)成的火山熱液沉積-變質(zhì)礦床。

礦區(qū)地層以青白口系石碌群為主，按巖性自下而上又可分為六層，1-5層位無(wú)礦巖系，其中第六層為主要的含礦巖系，第六層下段為是重要的含鈷、銅巖性段，該段無(wú)鐵礦化；第六層中段為主要含鐵礦巖系；賦礦圍巖為塊狀兩透巖、鐵（炭）質(zhì)千枚巖、條帶狀二透巖、二透巖化白云巖組成。第六層上段和石碌群上覆地層震旦系石灰頂組為次要含鐵巖系，上覆地層震旦系石灰頂組與青白口系石碌群呈假整合接觸關(guān)系（圖2）。礦區(qū)的南、北和西部均被巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈的侵入巖所環(huán)繞，巖性為斑狀/似斑狀(角閃)黑云母二長(zhǎng)花崗巖、花崗閃長(zhǎng)巖。石碌礦區(qū)經(jīng)歷了多類型的變質(zhì)和熱液蝕變作用，主要包括區(qū)域變質(zhì)作用、(熱)動(dòng)力變質(zhì)作用、熱接觸變質(zhì)作用和熱液蝕變作用。

圖2 含礦巖系柱狀圖

圖3 石碌鐵礦區(qū)地質(zhì)略圖

礦區(qū)的褶皺構(gòu)造，總體表現(xiàn)為軸向北西—南東、北西揚(yáng)起收斂、南東傾伏開闊的復(fù)式向斜。自北往南由三棱山向斜、雞心嶺背斜、北一主體向斜、紅房山背斜、石灰頂向斜組成。北一主體向斜，以及其兩側(cè)的次級(jí)背斜、向斜，明顯地控制著礦體的賦存形態(tài)、產(chǎn)狀與厚度變化。

礦區(qū)的斷裂構(gòu)造，總體表現(xiàn)為與褶皺同時(shí)形成的斷裂和成礦后的斷裂比較發(fā)育，伴隨褶皺而存在的斷裂構(gòu)造也較發(fā)育，計(jì)有NW～NNW、NEE～EW及NNE～近SN向三組。礦區(qū)內(nèi)節(jié)理裂隙發(fā)育廣泛，大小展布方向不一（見(jiàn)圖2）。

2 控礦因素分析

礦床在地殼中的形成和分布是由很多條件所控制，構(gòu)造、巖漿、地層、巖相等因素都對(duì)礦床的形成和分布起著不同的影響作用。對(duì)于不同成因的礦床來(lái)說(shuō)，各種控制因素所起的作用是不同的。因此，研究成礦控制，對(duì)于進(jìn)行成礦預(yù)測(cè)，找礦勘探和礦床評(píng)價(jià)，都有重要意義(袁見(jiàn)齊等， 1984)。

2.1 地層對(duì)成礦的控制

前人研究認(rèn)為花崗巖的Rb—Sr全巖等時(shí)線年齡和鋯石U—Pb年齡為320～183Ma（余金杰等，2012），為燕山期、印支-海西期產(chǎn)物。對(duì)石碌群第六層鐵礦主礦層鐵礦石用Sm-Nd法測(cè)定全巖等時(shí)線年齡為841±20Ma，本年齡與鐵礦層頂板白云巖、白云質(zhì)大理巖夾炭質(zhì)板巖中發(fā)現(xiàn)宏觀藻化石Chuaria（查爾藻）-Tawuia（塔烏藻）生物群表示的時(shí)代完全吻合，屬新元古生代青白口紀(jì)（汪嘯風(fēng)等，1992年，海南島地質(zhì)（一）地質(zhì)古生物，地質(zhì)出版社）。石碌礦區(qū)周圍的花崗巖侵入與礦體的形成不在同一時(shí)期，是在礦體形成之后才侵入，與礦體的形成沒(méi)有直接聯(lián)系，燕山期、印支-海西期巖漿未能給礦體提供成礦物質(zhì)來(lái)源。

石祿礦區(qū)鐵礦床形成時(shí)古地理環(huán)境為高鹽度封閉半封閉的海盆地（余金杰等，2014），從原冶金934隊(duì)（1980）的實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，分別用均一法與爆裂法對(duì)含鐵石英巖和赤鐵礦中的石英碎屑測(cè)定溫度，其測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)為140℃～800℃，數(shù)據(jù)跳躍大，反映石英碎屑來(lái)源于形成溫度不同的母體，這是正常機(jī)械沉積的特征，而赤鐵礦中的石英測(cè)溫時(shí)爆裂聲極少，基本無(wú)氣液包裹體，說(shuō)明赤鐵礦還兼有冷水膠體沉積特征。硫同位測(cè)量的結(jié)果也支持上述觀點(diǎn)：含礦巖系中鐵礦、鈷銅礦或近礦圍巖中的硫化物，均富集S34，且均正值，變化范圍寬，鐵礦體的S34從0.2～19.6‰，鈷銅礦體的S34為10.7～17.3‰，圍巖的S34為-3.8～20.9‰，而巖漿巖的S34為4.4～5.6‰，變化范圍小?？梢?jiàn)地層及礦體的硫同位素組成基本一致，而與周圍的巖漿巖的硫同位素有明顯區(qū)別。從而反映鐵、鈷銅及圍巖中的硫來(lái)自海洋硫酸鹽，鐵礦石的鮞狀結(jié)構(gòu)也證明鐵礦床為沉積作用形成，成礦物質(zhì)來(lái)源海洋。礦體圍巖主要為透輝石透閃石巖，礦體產(chǎn)狀與圍巖層理面產(chǎn)狀基本一致，證明了礦體的形成和沉積作用具有密不可分的關(guān)系。

2.2 區(qū)域變質(zhì)作用對(duì)成礦的控制

石碌礦區(qū)經(jīng)歷了多類型的變質(zhì)和熱液蝕變作用，主要包括區(qū)域變質(zhì)作用、(熱)動(dòng)力變質(zhì)作用、熱接觸變質(zhì)作用和熱液蝕變作用。其中對(duì)于成礦影響因素最大的是區(qū)域變質(zhì)作用，前人曾對(duì)石碌群中的千枚巖、絹云母片巖及透輝石透閃石巖和鐵礦石作了大量的Rb-Sr同位素分析，獲得四組Rb-Sr全巖等時(shí)線年齡，分別為541±13Ma，588±3.4Ma，555±21Ma，498±9.8Ma，樣品顯然經(jīng)歷了區(qū)域變質(zhì)作用，所得數(shù)據(jù)只能反映樣品經(jīng)區(qū)域變質(zhì)而重新均一化的時(shí)間，石碌群區(qū)域變質(zhì)年齡形成于加里東期(張仁杰等，1992)。礦區(qū)內(nèi)鐵礦石的鱗片變晶結(jié)構(gòu)、變斑狀結(jié)構(gòu)且排列方向與區(qū)域構(gòu)造線一致；磁鐵礦的假象赤鐵礦普遍存在；與鐵礦、鈷銅礦關(guān)系密切的透輝石透閃石巖廣泛分布，不受接觸帶控制；礦層及圍巖中發(fā)育一些切穿巖層的石英重晶石脈、磁鐵礦細(xì)脈、含鈷磁黃鐵礦脈等等都在證明區(qū)域變質(zhì)作用對(duì)成礦的影響，加里東運(yùn)動(dòng)時(shí)期石碌礦區(qū)發(fā)生的區(qū)域變質(zhì)作用，使得原先沉積的巖層去硅脫硫，赤鐵礦進(jìn)一步富集。

2.3 構(gòu)造對(duì)成礦的控制

成礦構(gòu)造背景是成礦要素之一，決定了成礦物質(zhì)來(lái)源、深度、礦床時(shí)空分布等特征，構(gòu)造與成礦的關(guān)系主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是成礦物質(zhì)的活化遷移提供通道，二是為成礦提供成礦空間。

褶皺構(gòu)造在熱液礦床的形成中起著重要作用。首先，在巖層的褶皺過(guò)程中，不同能力的巖層之間會(huì)存在相對(duì)滑移。在滑動(dòng)過(guò)程中，層間剝離、層間破碎以及伴生的節(jié)理、斷層等不同類型、不同方向的小構(gòu)造為含礦熱液流體提供了運(yùn)移通道。如果有礦物充填交代作用，也可形成層狀礦體。此外，褶皺的翻轉(zhuǎn)端、傾斜端、兩翼間的層間裂隙以及與斷裂構(gòu)造的交匯等部位都有利于成礦。石碌礦區(qū)礦體的產(chǎn)出形態(tài)為層狀、似層狀和透鏡狀，主要受北一軸向北西-南東向、局部倒轉(zhuǎn)、且向北西翹起和閉合而向東南傾伏和開闊的“北一”復(fù)式向斜控制，該復(fù)式向斜自北而南可三棱山向斜、雞心嶺背斜、北一向斜（中心）、紅房山背斜、石灰頂向斜、楓樹下背斜、楓樹下向斜等多個(gè)次級(jí)褶皺所組成。主礦體主要集中分布在北一向斜及三棱山次級(jí)向斜的槽部（北一復(fù)式向斜槽部）。而各個(gè)小礦體規(guī)模相對(duì)較小，厚度較薄，連續(xù)性較差，主要分布在北一復(fù)式向斜的兩翼，地表多有出露。礦區(qū)內(nèi)褶皺的規(guī)模越大，礦體規(guī)模也越大，在褶皺的有利成礦部位成礦，說(shuō)明礦體受褶皺的控制。

礦區(qū)的斷裂構(gòu)造主要為與褶皺同期形成和成礦后形成的。從野外現(xiàn)場(chǎng)情況觀察礦體與圍巖的接觸關(guān)系為突變關(guān)系。礦巖交界處會(huì)伴隨著斷裂構(gòu)造的存在，方解石脈和石英脈會(huì)順著節(jié)理裂隙侵入到礦體中。各礦體所處的原始沉積環(huán)境、地質(zhì)構(gòu)造位置不同，成礦后受到后期斷裂及巖體、巖脈的破壞程度也不同。處于礦床中心部位的主礦體受后期構(gòu)造、巖脈的破壞相對(duì)較小，而處于礦床邊緣的各小礦體受到構(gòu)造、巖脈的破壞及巖體的影響程度相對(duì)較大。斷裂構(gòu)造破壞了礦體的形態(tài)和連續(xù)性。

3 結(jié)論

一是原生沉積構(gòu)造對(duì)成礦的控制，石碌群第六層總體是在淺海-瀉湖的環(huán)境下沉積的，原始的沉積環(huán)境和基底構(gòu)造對(duì)成巖、成礦起到基礎(chǔ)建造作用。二是褶皺構(gòu)造對(duì)成礦的控制，根據(jù)現(xiàn)有資料，石碌鐵礦均賦存在北一復(fù)式向斜范圍，其中富厚鐵礦主要賦存在各次級(jí)向斜槽部，而各次級(jí)背斜軸部的鐵礦多數(shù)貧薄。因此，褶皺構(gòu)造對(duì)成礦起到富集作用。三是后期斷裂構(gòu)造及沿其侵入的各種脈巖對(duì)成礦起到破壞和改造作用。