雷義均，李 勇，姚華舟，王建雄，劉國慶，李閆華，張彥偉，王 芳 ，艾哈邁德·哈倫·埃爾湯

(1．中國地質(zhì)調(diào)查局武漢地質(zhì)調(diào)查中心，湖北 武漢 430205；

2．天津華北地質(zhì)勘查局，天津 300170；

3．湖北省地質(zhì)實驗研究所，湖北 武漢 430034；

4．蘇丹共和國礦產(chǎn)部地質(zhì)局，蘇丹 喀土穆)

蘇丹共和國的基礎(chǔ)地質(zhì)工作和研究程度總體上較低，缺乏全國性的系統(tǒng)對比研究，僅有的資料是國外勘探公司在小范圍的找礦工作中局部性的總結(jié)。本項目主要工作是開展蘇丹東部地區(qū)79區(qū)塊1∶25萬地質(zhì)和地球化學(xué)調(diào)查，其以找礦為目的。蘇丹的礦業(yè)開發(fā)主要集中于貴金屬和油氣資源，本項目組在努比亞地盾中新發(fā)現(xiàn)的白堊系古河道沉積的CID型鐵礦，是全球繼西澳大利亞皮爾巴拉地區(qū)和哈薩克斯坦外的又一發(fā)現(xiàn)地,雖然目前發(fā)現(xiàn)的地表規(guī)模不大，地質(zhì)工作程度低，但提供了可進一步勘查的工作目標,具有十分重要的找礦意義。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

蘇丹大地構(gòu)造單元主要由兩部分組成，以近南北向的Keraf-kabus-sekeer縫合帶為界,東邊為努比亞地盾,西邊為撒哈拉克拉通(圖1)。

撒哈拉克拉通為太古宙—中元古代地殼，以變質(zhì)核雜巖為主，變質(zhì)核雜巖又強烈地遭受到發(fā)生于新元古代的泛非構(gòu)造熱事件的改造作用，呈活化的前寒武紀基底巖系出露。太古宙地層主要出露于蘇丹北部與埃及和利比亞交界一帶，主要為麻粒巖相片麻巖，大多被顯生宙沉積地層不整合覆蓋，以構(gòu)造窗形式出露；古中元古代主要由角閃巖相角閃片麻巖和角閃巖組成。

努比亞地盾出露區(qū)包括埃及東南部，蘇丹東部、厄里特立亞和埃塞俄比亞北部，形成于新元古代島弧和弧后增生過程，由眾多小的古地塊拼接而成，屬泛非運動范疇(900～550 Ma)[1]，即新元古代至顯生宙初通過一系列巖漿弧和微陸塊的側(cè)向增生形成。它們之間的縫合帶由線狀延伸的蛇綠巖帶標示，主要為低級變質(zhì)的綠片巖相，是一套火山沉積變質(zhì)系列，常稱為綠片巖組合。綠片巖組合包括了安山巖、玄武巖、流紋巖、玻屑沉積以及變硬砂巖、大理巖和板巖。在努比亞地盾中已發(fā)現(xiàn)多個大型VMS型多金屬礦床、韌性剪切帶型金礦和脈狀金礦床[2-4]。

撒哈拉克拉通和努比亞地盾,后期由于在北東向中非斷裂帶頻繁活動的作用下(圖1)，中生代白堊紀在中非斷裂帶兩側(cè)基底地殼上發(fā)生裂谷沉降作用，這些裂谷沉積盆地中存在豐富的油氣資源[5-6]。努比亞地盾之上局部也存在少量陸相碎屑沉積系列，北部地區(qū)以中生代努比亞砂巖為主，南部以古、新近紀至第四紀未固結(jié)的表生沉積物為主，在蘇丹與埃塞俄比亞和厄里特立亞的邊界地帶出露有古、新近紀噴出的玄武質(zhì)火山巖。

圖1 蘇丹區(qū)域構(gòu)造簡圖

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

蘇丹的地層命名是按照不同的工作區(qū)單獨進行的，缺乏全國性或區(qū)域性的系統(tǒng)對比研究和總結(jié)，因此，蘇丹79區(qū)塊巖石地層僅以巖性進行分類。區(qū)內(nèi)主要巖石為新元古代努比亞地盾組成部分的片巖類(常稱為綠片巖組合)，為低級變質(zhì)的綠片巖相，主要為綠泥石、綠簾石、陽起石組成的綠片巖，由基性火山巖變質(zhì)蝕變而成；絹云母石英片巖、含碳絹云母石英片巖，由酸性火山巖或泥砂質(zhì)頁巖變質(zhì)而成。即該套變質(zhì)巖的組成可能是一套雙峰式火山巖(圖2)。該套巖石廣義上也常稱為綠巖帶。

侵入巖為泛非構(gòu)造同-后構(gòu)造期侵位的二長花崗巖體和花崗閃長巖體，巖體與片巖的接觸帶上存在烘烤蝕變現(xiàn)象，巖體的邊部也存在弱片理化現(xiàn)象，巖體是通過頂侵作用侵入片巖之中，形成背斜或穹隆構(gòu)造。

噴出巖為古近紀、新近紀含橄欖石玄武巖，呈孤立殘丘狀出露于第四紀覆蓋區(qū)中，在第四系深切割的溝壁縱剖面上也有少量發(fā)現(xiàn)，大部被第四系覆蓋。該噴出巖與工作區(qū)東部的東非大裂谷活動有關(guān)。

巖脈(墻)分布較多的為石英脈(其中部分脈體有金礦化現(xiàn)象，含金0.16×10-6～0.30×10-6)、(含電氣石)花崗偉晶巖脈、細晶巖脈和輝綠玢巖墻。其中石英脈與新元古代后期的造山作用有關(guān)，花崗偉晶巖脈和細晶巖脈與花崗巖體的侵入作用有關(guān)，輝綠玢巖墻則與古近紀、新近紀噴出的基性火山巖有關(guān)。

沉積巖除大面積分布的第四紀風成砂、河漫灘沉積物外，圍繞片巖類的東南邊斷續(xù)分布有白堊紀含鐵石英砂巖，角度不整合于綠巖帶之上，經(jīng)區(qū)域?qū)Ρ?，含鐵石英砂巖形成與中非斷裂帶活動有關(guān)，系白堊紀局部裂谷沉積的產(chǎn)物。

區(qū)內(nèi)構(gòu)造形式相對簡單，區(qū)內(nèi)片巖片理方向基本為北東東向。由于地層和巖漿巖形成時間跨度大，存在多個角度不整合面，白堊紀含鐵石英砂巖角度不整合接觸于新元古代片巖之上，古近紀、新近紀火山巖角度不整合接觸于白堊紀含鐵石英砂巖之上(圖3)。

圖2 蘇丹79區(qū)塊(部分)地質(zhì)簡圖

圖3 蘇丹79區(qū)塊地質(zhì)剖面圖

3 BIF型鐵礦和CID型鐵礦地質(zhì)特征及其關(guān)聯(lián)分析

3.1 BIF鐵礦地質(zhì)特征

條帶狀磁鐵石英巖與絹云母石英片巖為互層產(chǎn)出，該層總厚度在走向上有變化，在6～22 m之間，每處由3～8層不等的條帶狀磁鐵石英巖組成，條帶狀磁鐵石英巖單層厚0.35～2.50 m。條帶狀磁鐵石英巖礦物組成為：石英60%，針鐵礦37%，磁鐵礦3%，石英呈它形粒狀，磁鐵礦呈半自形—它形粒狀，粒度0.04～0.4 mm,大部分已氧化為針鐵礦，針鐵礦呈半自形粒狀，磁鐵礦與石英不均勻分布構(gòu)成條帶狀構(gòu)造(圖4，圖5)。礦石含TFe 37.78%(表1)。

圖4 BIF鐵礦

圖5 BIF鐵礦(鏡下)

全球BIF含鐵建造主要成礦期在太古宙—古元古代，至新元古代BIF含鐵建造基本消失，究其原因可能與古氣候和環(huán)境的突然變化有關(guān)[7]。BIF含鐵建造根據(jù)沉積構(gòu)造環(huán)境劃分為Algoma和Superior兩種類型[8-10],兩者在巖性組合及形成的構(gòu)造環(huán)境上明顯不同。Algoma型多形成于古太古代至中元古代，形成于較深的海洋環(huán)境，與海底火山熱液活動密切相關(guān)，幾乎全部由條帶狀含鐵建造組成，在含鐵建造中廣泛分布火山巖，特別是中基性火山巖，形成于島弧、弧后盆地或克拉通內(nèi)部裂谷帶構(gòu)造環(huán)境；Superior型多形成于新太古代至古元古代，形成于大陸架淺海環(huán)境，與正常沉積的碳酸鹽巖共生，并伴生頁巖、礫巖、燧石、角礫巖和泥質(zhì)巖，含極少量的火山巖，以粒狀含鐵建造為主，同時含有大量條帶狀含鐵建造。

表1 BIF型鐵礦和CID型鐵礦化學(xué)分析結(jié)果表

已有的報道表明蘇丹的BIF僅發(fā)現(xiàn)于北方州，產(chǎn)于古—中元古代變沉積巖中，含條帶狀鐵礦變沉積巖組合大約厚100 m，成礦帶厚約20 m，而在努比亞地盾新元古代地層中僅發(fā)現(xiàn)了火山熱液裂隙充填型鐵礦[11]。努比亞地盾由泛非運動在前期存在的Eburnian基底之上一系列島弧逐漸增生形成的，為一套火山沉積變質(zhì)花崗綠巖地體，起源于俯沖作用的島弧環(huán)境[1]。蘇丹79區(qū)塊的BIF，其形成的構(gòu)造環(huán)境，基性和酸性火山變質(zhì)巖石組合，以及僅存在條帶狀含鐵建造類型的礦石，初步說明其為Algoma型BIF鐵礦。

3.2 CID型鐵礦地質(zhì)特征

CID鐵礦總體上呈北東向帶狀展布，角度不整合于基底綠片巖之上(圖6)。由于第四系的覆蓋，走向上呈斷續(xù)分布，地表出露規(guī)模較大的有3處(圖2)，其中出露面積最大的為中部和南部兩處，面積分別達6 km2和5 km2，由于地表的剝蝕作用，礦層厚0.5～10 m不等，礦層可分為上、下兩部分，上部為高品位鐵礦層，下部為低品位鐵礦層。

上部礦層礦石礦物：石英55%，針鐵礦45%(圖7)，礦石品位TFe 31.91%～39.33%(表1)，其中最北部出露的一處鐵礦層含Au 0.21×10-6，含Mn 0.12%(圖8),該層厚0.5～9.7 m不等。石英呈次棱角狀，粒度存在兩種類型，一種為大小0.5～2.70 mm，另一種為大小0.02～0.32 mm，針鐵礦以基質(zhì)形式膠結(jié)石英顆粒，礦層中局部見有交錯層理，具有沉積構(gòu)造特征。

圖6 CID鐵礦層(深色)不整合于綠片巖(淺色)之上

圖7 CID型鐵礦層上部高品位礦石鏡下特征

圖8 底礫巖

下部礦層礦石礦物：石英84%，赤鐵礦12%，方解石2%，長石2%，電氣石0.1%，該層厚0.10～0.30 m,局部含硅質(zhì)礫石，即底礫巖層(圖8)，橢球狀礫巖大小一般為2 cm×3 cm,少量達6 cm×8 cm,磨圓度良好。石英呈次圓狀，大小均一，粒度一般為0.08～0.16 mm，均勻分布；膠結(jié)物為鐵質(zhì)，赤鐵礦呈紅色塵土狀，充填于石英顆粒之間(圖9)。下部礦層所含電氣石，可能來源于上游含電氣石花崗偉晶巖脈或二長花崗巖體的剝蝕搬運。

圖9 CID型鐵礦層下部低品位礦石鏡下特征

3.3 CID型鐵礦控礦因素和成礦機理分析

從全球范圍來看，除了哈薩克斯坦曾報道發(fā)現(xiàn)CID型鐵礦外[12]，其他所有CID型鐵礦都產(chǎn)于西澳大利亞的皮爾巴拉地區(qū)，而且皮爾巴拉地區(qū)的CID型鐵礦比哈薩克斯坦的CID型鐵礦規(guī)模要大，品位也高。因此常將CID型鐵礦稱為皮爾巴拉地區(qū)一種獨有的鐵礦類型。CID型鐵礦具有如下特點，這些特點與礦床的成因密切相關(guān)[12-13]：CID型鐵礦產(chǎn)出的地質(zhì)背景是地盾中的局部裂谷凹陷部位，是以河道為邊界的古河流沉積礦床，目前發(fā)現(xiàn)的產(chǎn)出地稀少，因此形成這種類型的礦床需要特殊的地質(zhì)和地球化學(xué)條件，如鐵礦源層的存在，有利的風化和保存條件，特殊的氣候條件等；CID型鐵礦是原鐵礦層經(jīng)風化后再沉積的產(chǎn)物，見不到殘余的原巖石結(jié)構(gòu)；西澳的CID型鐵礦石劃分為似球粒、球粒、木化石和基質(zhì)4部分；西澳的CID型鐵礦存在大量的保存完好的鐵化木碎屑，說明原位的碎屑交代作用強烈。

蘇丹CID型鐵礦未見報道，但在局部發(fā)現(xiàn)的雜砂巖統(tǒng)稱為“努比亞砂巖”[1]，主要礦物由石英、長石和黏土組成。通過對蘇丹79區(qū)塊中發(fā)現(xiàn)的BIF型鐵礦、CID型鐵礦及外圍雜砂巖(位于工作區(qū)西南部,與CID型鐵礦處于同一條古河道上)的樣品分析結(jié)果來看(表2)，BIF型鐵礦和CID型鐵礦兩者各元素和氧化物的含量十分接近；而外圍雜砂巖中的K2O、Na2O、Al2O3、CaO、MgO和Ti含量是BIF型鐵礦和CID型鐵礦的數(shù)倍到數(shù)十倍；相反，BIF型鐵礦和CID型鐵礦中Mn和P含量高出外圍雜砂巖數(shù)倍到數(shù)十倍。說明BIF型鐵礦和CID型鐵礦具有相同的物質(zhì)來源，特別是磷和錳元素符合海底沉積來源的特征，而雜砂巖中的鉀、鈉和鈦元素則符合花崗巖風化剝蝕后再沉積的特征(圖10)。

表2 BIF型鐵礦、CID型鐵礦和雜砂巖部分元素和氧化物分析結(jié)果

圖10 BIF型鐵礦、CID型鐵礦和外圍雜砂巖部分元素和氧化物含量對比圖

從BIF型鐵礦、CID型鐵礦和外圍雜砂巖地表分布來看，BIF型鐵礦和CID型鐵礦緊密伴隨，最大距離不超過20 km,而外圍雜砂巖的采樣地點距離BIF型鐵礦超過了50 km。同一條古河道中,一些地段沉積物為雜砂巖,另一些地段沉積物為含鐵石英砂巖(CID型鐵礦),是因為沉積物的來源不同,這種BIF型鐵礦和CID型鐵礦之間的空間緊密依存關(guān)系，與西澳大利亞CID型鐵礦的產(chǎn)出規(guī)律一致。CID型鐵礦中的石英顆粒為自形—半自形晶體，磨圓度不高(圖8，圖9),說明沉積物在古河道中沒有經(jīng)過遠距離的運移，大部分沉積物是就近沉積或堆積的，這與古河道為地盾局部裂谷凹陷形成的內(nèi)流河性質(zhì)有關(guān)。沉積物中均見不到殘余的原巖結(jié)構(gòu)，則說明了原巖是經(jīng)歷了長時間地表風化淋濾作用后再沉積的，風化淋濾作用與地盾長期暴露于地表有關(guān)。而西澳大利亞鐵礦的研究表明,地表風化淋濾作用則有利于Fe的二次富集[14]。

蘇丹79區(qū)塊發(fā)現(xiàn)的含鐵石英砂巖與西澳大利亞的CID型鐵礦相比，既有相似的特征，也存在自身的特點，具體特點總結(jié)如下：同時產(chǎn)在古老地盾中年輕的裂谷凹陷部位；均存在BIF型鐵礦和CID型鐵礦緊密相伴的特點；同為古河流沉積礦床，局部地段底部還發(fā)現(xiàn)有底礫巖；努比亞地盾中的礦石類型僅存在基質(zhì)型，即針鐵礦(赤鐵礦)以基質(zhì)形式膠結(jié)石英顆粒，未見球粒型和木化石型；均未見到殘余的巖石結(jié)構(gòu)；礦層中局部均見有交錯層理等沉積構(gòu)造。

結(jié)合努比亞地盾構(gòu)造史，CID型鐵礦的成礦過程如下:新元古代BIF型鐵礦由海底火山沉積形成，后經(jīng)隆升形成地盾，同-后構(gòu)造期伴隨花崗巖體的侵位，形成背斜或穹隆構(gòu)造，導(dǎo)致BIF型鐵礦層更大面積的暴露于地表(79區(qū)塊中BIF型鐵礦就處于背斜或穹隆的北翼,而CID型鐵礦則處于背斜或穹隆的南翼，即背斜南翼的CID型鐵礦可能由南翼原BIF型鐵礦轉(zhuǎn)化而成，見圖2，圖3)；寒武紀—侏羅紀地盾長期處于穩(wěn)定狀態(tài)中，地表經(jīng)過長時間的風化淋濾作用，鐵礦進一步富集,形成BIF型鐵礦的殘積和堆積層；白堊紀由于區(qū)域性大斷裂——中非大斷裂的頻繁活動，局部形成被動裂谷進而演變成古河道；BIF型鐵礦的殘積和堆積層在雨水或重力作用下遷移沉積于附近的古河道之中；白堊紀晚期—古近紀、新近紀早期，沉積于古河道中的鐵礦經(jīng)過地表氧化暴露后被古近紀、新近紀玄武質(zhì)火山巖覆蓋；古近紀、新近紀晚期至今又被剝蝕暴露于地表,形成現(xiàn)在的模樣。因此，該鐵礦兼有古風化殼型鐵礦特征。蘇丹79區(qū)塊的含鐵石英砂巖與西澳大利亞的CID型鐵礦在大地構(gòu)造背景和產(chǎn)出特征方面均具有相似性。

4 找礦意義討論

CID型鐵礦的成礦過程目前分歧較大，通過對西澳大利亞CID型鐵礦的研究，主要觀點有[13]：①CID型鐵礦是河道中的碧玉鐵質(zhì)巖碎屑交代去硅化形成的；②主要是化學(xué)沉淀形成的沼鐵礦；③由BIF風化形成的含鐵碎屑堆積的結(jié)果[15]；④沼澤中含鐵沉積物和少量碎屑一起沉積;⑤礦石中的似球粒是土壤成因，球粒是似球粒和木化石蝕變的結(jié)果等[16-17]，從努比亞地盾中產(chǎn)出的CID型鐵礦來看，并沒有見到有機質(zhì)，也沒有見到球粒狀礦石，支持了“由BIF風化形成的含鐵碎屑堆積的結(jié)果”這一觀點。

蘇丹努比亞地盾中存在的白堊紀雜砂巖，由于經(jīng)歷了特殊的構(gòu)造演化和氣候條件，在局部存在鐵礦質(zhì)來源的條件下，有可能形成CID型鐵礦。因此，加強對努比亞地盾中白堊紀雜砂巖的調(diào)查研究，有可能找到規(guī)模更大的CID型鐵礦，同時也有必要對蘇丹現(xiàn)存的所謂“年輕的紅土”和“地表氧化鐵帽”重新進行調(diào)查甄別，其中的一部分也可能是CID型鐵礦?？傊?，蘇丹努比亞地盾中CID型鐵礦的發(fā)現(xiàn)，是全球繼西澳大利亞和哈薩克斯坦外的又一發(fā)現(xiàn)地，雖然目前發(fā)現(xiàn)的鐵礦石品位不高,礦石的選冶性尚不清，但考慮到鐵礦被古近紀、新近紀火山巖和第四紀風成砂覆蓋，礦體規(guī)模和礦石品位有待于進一步勘查驗證，為今后的工作提供了新的找礦和研究目標，具有十分重要的找礦意義。

致謝：貴刊審稿專家和武漢地質(zhì)調(diào)查中心陳開旭研究員為本文提供了寶貴的修改意見,在此表示衷心的感謝!

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