王曉穎,周建廷,李 婷

(江西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局贛西地質(zhì)調(diào)查大隊(duì),南昌 330030)

分布在江西省中部的新余式沉積變質(zhì)磁鐵石英巖型鐵礦,自上世紀(jì)五十年代經(jīng)航磁測量發(fā)現(xiàn)以后,歷經(jīng)半個多世紀(jì)的地質(zhì)勘查工作,現(xiàn)已查明其為江西省具有重要資源潛力的鐵礦田,經(jīng)濟(jì)價值極為可觀。以往的大規(guī)模地質(zhì)勘查工作,主要在礦田地層劃分、構(gòu)造特征、礦層賦存形態(tài)與礦石類型及其變化等方面獲得了勘查成果和認(rèn)識;總結(jié)的成礦規(guī)律為進(jìn)一步擴(kuò)大找礦范圍,拓展第二空間深部找礦提供了可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。本文著重對以往勘查中涉及較少的鐵礦床變質(zhì)作用特征進(jìn)行探討,以從多方面豐富和深化對其成礦特征的認(rèn)識。

1 區(qū)域構(gòu)造地質(zhì)背景

新余式鐵礦田地處華南東部加里東造山帶羅霄—武夷隆起北緣武功山前緣逆沖推覆帶。西起萍鄉(xiāng),經(jīng)宜春、新余、安福、峽江,東至吉水一帶,斷續(xù)延長達(dá)100余千米。含鐵層位為中南華世楊家橋群下坊組,下伏地層為早南華世楊家橋群上施組、青白口紀(jì)潭頭群庫里組、神山組;上覆地層為晚南華世大沙江組、震旦紀(jì)樂昌峽群壩里組、老虎塘組及寒武紀(jì)八村群,共同構(gòu)成華南裂陷海槽巨厚的海相復(fù)理石沉積。經(jīng)歷加里東期的強(qiáng)烈造山活動,在與晉寧期造山形成的揚(yáng)子板塊陸緣對接過程中,沿逆沖推覆拼貼帶產(chǎn)生強(qiáng)烈褶皺變形和綠片巖相- 低角閃巖相變質(zhì),以及武功山復(fù)式花崗巖體的侵入[1],構(gòu)成欽杭結(jié)合帶東段南側(cè)武功山變質(zhì)巖帶[2]。含礦層段分布、區(qū)域變質(zhì)巖帶及其變質(zhì)作用是賦存于下坊組中磁鐵石英巖型變質(zhì)鐵礦成礦的主要控制因素。

2 礦田含鐵巖系變形特征

區(qū)域構(gòu)造變形變質(zhì)巖帶表現(xiàn)為多期次、多方向、多型式的疊加褶皺:早期表現(xiàn)為深成流褶皺,晚期形成淺表開闊褶皺,是造山過程中受不同變形期構(gòu)造應(yīng)力作用,巖層在深埋條件下遭受變形,巖礦顆粒的粒內(nèi)、粒間運(yùn)動或塑性流動變形的結(jié)果,同時也控制了鐵礦層的空間形態(tài)、貧富變化和展布。礦田東段的礦集區(qū),依據(jù)其變形演化關(guān)系,劃分四期褶皺變形[3](圖1)。

第一期(F1):受近水平擠壓作用,以層理(S0)為變形面,形成走向北東東,軸面北傾,南翼倒轉(zhuǎn)的近平臥大型同斜褶皺及早期片理(S1),形成北部新余神山倒轉(zhuǎn)背形和南部里坑復(fù)式向形褶曲。

圖1 江西新余式鐵礦田東段地質(zhì)構(gòu)造圖(據(jù)文獻(xiàn)[3]修編)Fig.1 Geological structural map of the eastern segment of Xinyu t ype iron ore field, Jiangxi Province

第二期(F2):受F1的制約,以層面及S1 為變形面,在北東東-南西西向水平擠壓作用下,由于塑性流動而產(chǎn)生強(qiáng)烈韌性推覆剪切,形成北北西向不同規(guī)模的復(fù)雜褶皺疊加,以形態(tài)各異、簡繁更疊的各種不協(xié)調(diào)背形、向形褶曲最為特征(圖2)。層內(nèi)存在錐狀—劍鞘狀、舌狀—餅狀鞘褶皺,發(fā)育由千糜狀、片狀礦物構(gòu)成規(guī)模不等的剪切滑動面。

第三期(F3):以F2軸面構(gòu)造為變形面,形成北北西軸向小型被動滑褶皺。常出現(xiàn)“單閉合鉤狀”褶皺,在F2上疊加。

第四期(F4):在前期褶皺基礎(chǔ)上,形成軸向呈北東向,樞紐向南西傾狀,呈左形側(cè)列式展布,顯示柔性減弱、固結(jié)增高而形成簡單開闊褶皺和穹形隆起。

3 含鐵巖段變質(zhì)巖石特征

新余式鐵礦層賦存于南華系中部下坊組內(nèi),原始定義為底部深灰色含礫凝灰質(zhì)砂巖;下部含礫凝灰質(zhì)片巖;中部條帶狀磁鐵石英片巖、磁鐵石英巖等;上部炭質(zhì)絹云千枚巖。總厚度144.5 m。含鐵巖段指下坊組中部淺變質(zhì)巖組成的層段,自下至上的層序?yàn)?①含磁鐵石榴二云石英片巖;②具粒狀變晶結(jié)構(gòu)和條帶狀構(gòu)造的磁鐵石英巖;③綠泥石磁鐵石英片巖;④綠泥石(堇青石)石英片巖;⑤金云母白云母石英片巖;⑥透閃透輝石巖(鈣鎂質(zhì)巖變質(zhì)而成);⑦含黃鐵礦白云母金云母石英片巖。

含鐵巖段原巖由粉砂—粘土質(zhì)巖為主夾鐵質(zhì)、鈣鎂質(zhì)巖類構(gòu)成,巖石化學(xué)成分如表1所示。海侵期含鐵巖段有由粘土、硅鐵、細(xì)碎屑沉積逐漸向化學(xué)沉積階段轉(zhuǎn)變的特征,反映巖石化學(xué)成熟度指數(shù)Al2O3 /(Na2O+K2O)比值為 2.25～8.33,平均4.14,指示沉積物接近源區(qū),成熟度較低,沉積環(huán)境較穩(wěn)定,且分異現(xiàn)象明顯。含鐵巖段沉積時受海平面不斷升高的影響,除含鐵礦物由氧化物過渡為硫化物外,巖石成分表明還曾有過含Ca、Mg、M n質(zhì)的短暫沉積期。

含鐵巖段的主要巖石稀土元素含量及參數(shù)如表2所示,稀土元素總量(∑ REE)較高,為(226.2～333.82)×10-6,平均值為275.37× 10-6,稀土配分曲線呈左高右低的輕稀土富集型,輕稀土分鎦程度高, (La/Sm)N為3.89～4.93,重稀土分鎦程度稍低,(Gd/Yb)N為1.28～1.66,δEu均小于0.7,銪虧損明顯,表明原巖沉積時,海盆可能處于構(gòu)造活動頻繁的欠穩(wěn)定大陸邊緣環(huán)境。

含鐵巖段巖類與含鐵礦物相序存在演變的相關(guān)性(表3)。原始含鐵巖段沉積過程中,受海盆振蕩、海水逐漸加深等因素控制,鐵礦形成主要受介質(zhì)的p H、Eh 條件支配。鏡鐵礦形成于pH值較低的淺水氧化環(huán)境;磁鐵礦形成于p H值增高的半氧化環(huán)境;菱鐵礦形成于少游離氧的初始還原環(huán)境;黃鐵礦形成于基本無游離氧的還原環(huán)境。在適當(dāng)?shù)膒 H值范圍內(nèi),當(dāng) Eh 值較高時沉積鐵的氧化物,隨著 Eh值的減小,逐漸為含鐵的碳酸鹽和硫化物所取代,形成含鐵礦物分帶相序[4]。含鐵巖段經(jīng)變質(zhì)作用形成的礦物平衡共生組合為:1 Ser+Chl+Sps+Mt+Qtz;2 Ser+Sps+M t+Qtz+(Bt);3 M s+Cal(Dol)+Qtz;4 Ser+Chl+Qtz+(Bt);5 Ab+Qtz;6 Chl+M t+Qtz;7 Ser+Sps+Qtz+(M t);8 Ser(Ms)+Chl+Cal+Qtz+(Pl);9 Ser(M s)+Chl+M t+Qtz+(Pl);10 Chl+Cal+Mt+Qtz+(Ms);11 Chl+Cal+Sps+M t+Qtz+(Ms);12 Chl+Cal+Sps+M t+Ms+Qtz。

圖2 新余式鐵礦田良山鐵礦區(qū)(部分)地質(zhì)略圖及78線剖面圖(據(jù)①贛西地質(zhì)調(diào)查大隊(duì),江西省新余市良山鐵礦區(qū)中深部接替資源勘查啟示,2010。綜合編制)Fig.2 Geological sketch and section of NO.78 prospecting line of Liangshan iron deposit of Xinyu type ore field

表1 新余式鐵礦田含鐵巖段巖石化學(xué)成分(% )Table 1 Chemical compositions of the ore-bearing members in Xinyu type iron ore field(% )

(Ab-鈉長石;Bt-黑云母;Chl-綠泥石;Cal-方解石;Dol-白云石;Mt-磁鐵礦;Ms-白云母;Pl-斜長石;Qtz-石英;Ser-絹云母;Sps-錳鋁榴石)

表2 新余式鐵礦田含鐵巖段巖石稀土元素含量及其參數(shù)(10- 6)Table 2 REE contents and parameters of the iron-bearing members in Xinyu type iron ore field(10- 6)

表3 新余式鐵礦田含鐵巖段鐵礦物相序表(10- 6)Table 3 Iron mineral phase sequences of the iron-bearing members in Xinyu type iron ore field(10- 6)

根據(jù)泥質(zhì)巖中特征變質(zhì)礦物,可劃分為絹云母—綠泥石帶和黑云母帶。絹云母—綠泥石帶的典型變質(zhì)礦物組合為:Ser+Chl+Ab+Qtz。黑云母帶的典型變質(zhì)礦物組合為:Ser+Sps+Bt+M t+Qtz。黑云母出現(xiàn)的可能變質(zhì)反應(yīng)為:6絹云母+3綠泥石→6黑云母+3富鋁鎂綠泥石+14石英+8H2O。

4 含鐵巖系變形與變質(zhì)作用的相關(guān)性

新余式鐵礦田的巖層,在造山期受構(gòu)造應(yīng)力場、地?zé)崃鲌鲎饔煤涂刂葡庐a(chǎn)生變形,構(gòu)成復(fù)雜的共存關(guān)系。

第一期褶皺變形,主要受水平擠壓作用驅(qū)動,形成簡單彎褶皺,隨區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場的持續(xù)擠壓,形成緊密同斜褶皺和層內(nèi)褶皺,產(chǎn)生早期片理,形成Ser+Chl+Ab+Qtz為主的綠片巖相(綠泥石帶)變質(zhì)礦物組合。

第二期褶皺變形,受局部構(gòu)造應(yīng)力急劇增強(qiáng)而產(chǎn)生的增溫效應(yīng),致使含鐵巖段和含鐵層呈半塑性—塑性流動狀態(tài),伴隨較強(qiáng)的順層韌性剪切變形,產(chǎn)生多種形態(tài)的次級褶皺(圖3),伴隨新生黑云母(金云母)、錳鋁榴石、斜長石、黃鐵礦等變質(zhì)礦物組合,形成增溫的進(jìn)變質(zhì)綠片巖相(黑云母帶),其變質(zhì)反應(yīng)為:絹云母+綠泥石+石英→錳鋁榴石+黑云母+H2O 或黑硬綠泥石+多硅白云母→黑云母+綠泥石+石英+H2O。

含鐵巖段巖石化學(xué)成分(表1)表明,經(jīng)增溫變質(zhì)反應(yīng),富含Mg 質(zhì)的泥質(zhì)巖類,形成富含金云母(富Mg云母類)白云母片巖;白云巖因Ca、Mg與帶入的Si、H2O結(jié)合而形成透閃透輝石巖;原巖富Al和Fe、M n較高,形成錳鋁榴石、堇青石;大量Si形成石英;K與Fe組成黑云母和與Si結(jié)合形成斜長石;Ca與Ti組成榍石;P與Ca結(jié)合形成磷灰石,在綠泥石帶基礎(chǔ)上,新生成大量變質(zhì)礦物并共生,構(gòu)成漸進(jìn)變質(zhì)的黑云母帶。

第三期褶皺變形,由于構(gòu)造變形、變質(zhì)溫度、變質(zhì)壓力逐漸下降,塑性流動被剪切滑劈作用所代替,開始由塑性變形向脆性變形發(fā)展,主要形成相似型滑動褶皺,局部由剪切擠壓所導(dǎo)致的拉張部位,由壓1-含磁鐵礦絹云母千枚巖;2-含磁鐵礦黑云母石英片巖;3-鐵礦層;4-綠泥石英千枚巖;5-透閃石透輝石巖;6-含黃鐵礦絹云母石英千枚巖溶石英及云母等礦物充填。期后可能開始產(chǎn)生較普遍的退變質(zhì),有黑云母、石榴石的綠泥石化,綠泥石變斑晶中殘留黑云母結(jié)晶時Ti沉淀所形成的金紅石針狀晶體等。

圖3 新余式鐵礦田良山鐵礦區(qū)鐵礦層褶皺形態(tài)剖面圖[3]Fig.3 Profile show ing fold shapes of iron layers in Liangshan,iron doposit of Xinyu type ore field

第四期褶皺變形,受造山后期區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力、地?zé)崃髦到档?巖石固結(jié)程度增強(qiáng),形成簡單彎褶和膝折帶。礦田中變質(zhì)巖系存在的硬綠泥石,認(rèn)為是在封閉系統(tǒng)內(nèi),淺表褶皺過程中層間錯動摩擦產(chǎn)生較強(qiáng)壓應(yīng)力和熱量所形成的重結(jié)晶變質(zhì)礦物[6]。

5 新余式鐵礦形成過程

新余式鐵礦含鐵巖系的原巖為一套淺海相砂質(zhì)、粉砂質(zhì)、粘土質(zhì)、碳酸鹽類夾含炭質(zhì)沉積建造,初始含鐵巖層主要在江南古陸塊晉寧期造山后,經(jīng)剝蝕準(zhǔn)平原化,含鐵地質(zhì)體(晉寧期花崗巖、古火山巖等)受強(qiáng)烈風(fēng)化作用,鐵質(zhì)經(jīng)水解后,呈微粒懸浮狀態(tài),與粘土物質(zhì)混合后轉(zhuǎn)入近地表水中,以淋蝕作用形成溶液,被運(yùn)移至鄰近海域,在海底頻繁震蕩的環(huán)境下,形成含低鐵錳質(zhì)的海灣沉積。

火山噴氣—熱液形成的部分鐵質(zhì)直接進(jìn)入水體,造成海盆水體酸化,與陸源區(qū)遷入的水體相混,由于濃度、氧化還原電位及酸堿度的差異,平衡條件被破壞,硅質(zhì)、粘土質(zhì)和鐵質(zhì)分離,鐵的化合物溶解度減小,有利于鐵硅物質(zhì)在溶解能力較強(qiáng)的酸性水體中析離沉淀。硅以膠體形式沉淀;鐵以高價Fe(O H)3和含水的Fe2+和Fe3+膠團(tuán)等形式構(gòu)成,由于受沉淀環(huán)境制約依次組成硅酸鹽、碳酸鹽、硫化物的含鐵礦物相序組合。鐵與硅膠基本可以同時沉淀,但也并非嚴(yán)格同時(實(shí)驗(yàn)證明硅凝膠在水體中比鐵沉淀速度慢),還受海底振蕩和水體(溶液)中硅鐵周期性補(bǔ)給量影響,造成硅、鐵相間的黑白條帶狀鐵礦層①江西省地質(zhì)礦產(chǎn)局,江西省區(qū)域礦產(chǎn)總結(jié),1989(內(nèi)部出版)。。

隨沉積作用演化,海盆下降,水體加深,上覆沉積物不斷增加,處于快速下沉階段,溫度、壓力梯度和地?zé)嵩鰷芈识驾^低,在成巖階段,高價氫氧化鐵脫水,逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楹樿F礦。在造山期,由于構(gòu)造應(yīng)力場和地?zé)崃鲌龅淖饔?產(chǎn)生區(qū)域變形變質(zhì),呈現(xiàn)多期構(gòu)造變形,含鐵巖段形成多種類型的緊密褶皺和層間拖褶曲等塑性變形,鐵礦層和圍巖普通發(fā)生“紅綢舞”形疊“之”狀、“疊瓦”狀、“蘑菇”狀等形態(tài)各異的層間褶曲,原始單層礦經(jīng)折疊縮短疊加,褶皺轉(zhuǎn)折端圓滑,褶而不斷,轉(zhuǎn)而不裂,在礦層所形成的向形頂厚褶曲部位明顯加厚,如安福燈盞窩礦區(qū)礦層最厚處可達(dá)129.40 m(鉆孔垂直假厚)。由于剪切扭動派生的擠壓及其垂直方向的拉伸,含鐵組份通過變質(zhì)分熔發(fā)生分異,在拉張部位淀積富集,含鐵品位可增高5～10%,礦石品位(TFe)達(dá)35～40%。

構(gòu)造變形與變質(zhì)作用對鐵礦物相改造,鐵質(zhì)得到進(jìn)一步富集。含鐵層在區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場和地?zé)崃鲌鲎饔眠^程中,變質(zhì)水和含K、Na、Ca離子溶液的參與促使原始礦相中鐵質(zhì)發(fā)生系列變化。水在高溫高壓下可以解離,解離水維持一定氧分壓,起到氧化劑作用,隨氧化作用增強(qiáng),將低價鐵氧化形成磁鐵礦。堿性溶液除能促使硅酸聚合(去硅作用),還可提高Fe2+的氧化速度和能力,較小的氧分壓即可將Fe2+氧化成Fe3+。變質(zhì)過程中鐵質(zhì)的轉(zhuǎn)變還表現(xiàn)為針鐵礦脫水變?yōu)槌噼F礦;部分赤鐵礦、菱鐵礦轉(zhuǎn)變?yōu)榇盆F礦;赤鐵礦、菱鐵礦在溫度升高、PH值增大、Eh 值降低時,形成磁鐵礦②長春地質(zhì)學(xué)院《全國變質(zhì)圖件編制與研究》論文集, 1981(內(nèi)部資料)。。因此,磁鐵石英巖型礦石中還殘存少量赤鐵礦、菱鐵礦等。但變質(zhì)鐵礦層中磁鐵礦最主要的形成方式,是原始氧化物相沉積的磁鐵質(zhì)膠團(tuán),經(jīng)變質(zhì)作用脫水、重結(jié)晶加大,并保持原始層狀及礦相位置富集形成。

6 結(jié) 語

江西新余式硅鐵質(zhì)沉積變質(zhì)型鐵礦田,賦存于南華紀(jì)中期楊家橋群下坊組,分布于華南加里東造山帶北緣,揚(yáng)子陸塊東南緣的逆沖推覆變質(zhì)巖帶。原始含鐵巖系為活動大陸邊緣裂陷海槽的復(fù)理石沉積建造,鐵質(zhì)主要來源于贛北晉寧期形成的古陸塊區(qū),裂陷海盆,海底火山活動提供了部分鐵質(zhì)。原始含鐵巖段,鐵礦物呈鏡鐵礦—磁鐵礦—菱鐵礦—黃鐵礦相序及其變化,主要受沉積時水體深度不同所產(chǎn)生介質(zhì)pH、Eh 的影響,受氧化至還原環(huán)境制約所致。之后,含鐵巖段經(jīng)造山期區(qū)域變形變質(zhì),形成強(qiáng)度、規(guī)模不等的四期變形與多期褶皺疊加,并伴隨變質(zhì)作用,其中以第二期變形變質(zhì)為最,形成低溫、動力綠片巖相變質(zhì),與成礦關(guān)系最為密切。褶皺疊加變形和塑性流動使礦層厚度增大或變薄甚至尖滅;變形變質(zhì)作用還促使含鐵礦物脫水,形成含鐵礦液交代生成新礦物,含鐵品位增高。主要含鐵礦物轉(zhuǎn)變表現(xiàn)為磁鐵質(zhì)膠團(tuán)重結(jié)晶,并保持原始層狀及鐵礦相序部位富集,最終形成新余式磁鐵石英巖沉積變質(zhì)型鐵礦床(田)。

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