安徽省庐江县罗河式铁矿床地质特征与成矿模式

2011-01-23吴礼彬柳丙全杜建国杨道堃

合肥工业大学学报（自然科学版） 2011年6期

吴礼彬, 陈芳,2, 柳丙全, 杜建国, 许卫, 杨道堃

(1.安徽省地质调查院,安徽合肥 230001;2.中国地质大学(北京)地球科学与资源学院,北京 100083)

庐枞地区位于长江中下游铁铜金成矿带的中段,是我国以铁、硫(铜)矿为主大型矿集区之一,有着丰富的铁、硫铁矿、明矾石、硬石膏、铜、金、铅锌、铀等矿产[1-3]。各种矿产的产出与不同时期的火山-潜火山岩、侵入岩在时间、空间上有密切的关系。罗河式铁矿主要产于火山岩与潜火山岩接触部位的铁硫矿床,与产于火山岩盆地基底地层中三叠世周冲村组中的龙桥和白象山[4]铁矿床有着一定的差异。

近年来安徽省地质调查院实施国土资源大调查项目,旨在总结该区铁矿成矿规律,在该区西北部航磁缓磁异常区新发现的大型泥河铁矿床,即是罗河式铁矿床的一个典型。总结罗河式铁矿床的成矿模式对该区及我国同类地区的地质找矿具有重要意义。

1 区域地质背景

庐枞火山岩盆地位于扬子陆块北缘、郯庐断裂带南东侧的长江中下游铁铜成矿带中部沿江铜、铁、铅锌等成矿远景区。

据文献[1-8]研究的结果,庐枞陆相火山岩系形成于早白垩世[9],构成庐枞火山岩盆地的主体;庐枞火山岩盆地是一个以中侏罗统罗岭组陆相碎屑岩建造为基底,经燕山期早期运动而发育起来的继承性火山岩盆地。喷发-喷溢物的最大厚度达2 104.07m。白垩系出露下白垩统,包括属于火山岩系的龙门院组、砖桥组、双庙组、浮山组及属陆相粗碎屑沉积的杨湾组。

庐枞火山岩区为一开阔的向斜盆地,不整合于中侏罗统罗岭组、中三叠世地层之上。基底地层在火山岩盆地的北、东、南均有出露。火山岩系继承了长期相对沉降的基底构造堆积而成,其时代为早白垩世,为本区重要的铁、硫等成矿期。燕山运动晚期,盆地两翼凹陷,为红层堆积。

2 矿区地质概况

罗河式铁矿床赋矿地层为砖桥组中下段,其岩性主要为:下部辉石粗安岩、黑云母粗安岩、中细斑粗安岩;上部熔岩、火山角砾岩、集块岩、辉石安山岩及凝灰岩、凝灰质粉砂岩等。文献[5]认为庐枞地区的火山岩系列是属于橄榄玄粗岩系,但是与橄榄玄粗岩的特征有比较大的差异[10],应该归为粗安岩系,上部岩石比较新鲜,下部岩石均已蚀变。下部的岩石-蚀变辉石粗安岩即为铁矿的赋矿围岩。

该区的磁铁矿体主要赋矿部位是砖桥旋回的次火山岩,主要岩性是闪长玢岩(辉石粗安斑岩)、角闪粗安斑岩,常与本区铁、硫矿有密切的成因联系。磁铁矿体主要富集于次火山岩的顶部凹陷及其接触界面附近,而硫铁矿体主要富集于次火山岩体的外接触带。

庐枞火山岩盆地西侧为北北东向郯-庐深断裂带。庐枞火山岩盆地是一个以中、下侏罗统陆相碎屑岩建造为基底,经燕山运动而发育起来的陆相断陷火山岩盆地。盆地的基底基本上构成了一个北东向50°走向的平缓向斜,火山岩与之呈不整合接触。

区内褶皱构造不发育,但断裂构造比较发育,局部火山构造发育。区内主要构造线方向为南北、北西、北东、北北东向断裂及裂隙等。地表地层产状平缓,褶皱不发育,构造形迹以各种方向的表层陡倾斜断裂、裂隙为主。深部,地层产状微有起伏变化,断裂构造减弱,裂隙构造特别是网状裂隙相应增强。各种构造的产状及空间展布的组合特征,表明它们是不同时期、不同方式构造活动的遗迹,与矿床的形成、发展有一定联系。

3 矿床地质特征

3.1 矿体类型

矿体的产出部位主要有3种类型:①产于辉石闪长玢岩的上部或者内接触带,以浸染状磁铁矿或浸染状假象赤铁矿为主,一般构成贫铁矿石;②产于次火山岩辉石闪长玢岩的外接触带,以富磁铁矿为主,是该类矿床主要矿体;③产于凝灰岩中,矿石呈角砾状、砾状等,矿体形态呈层状、似层状,但是矿化规模较小,无工业意义。

矿体由浅入深依次出现硬石膏-硫铁矿(含铜硫铁矿)、磁铁矿(假象赤铁矿)-磁铁矿矿体。

3.2 矿体空间分布特征

该类铁矿床位于下埠山-义津桥褶皱隆起带,是庐枞火山岩地区玢岩型铁矿重要成矿带,主要代表矿床有罗河铁矿床、大鲍庄铁硫矿床、何家大岭铁矿床、何家小岭硫铁矿床、阳山铁矿床、牛头山铁矿床等。该类铁矿床是深部隐伏矿床,何家大岭铁矿体最浅部位与地表距离超过200m,罗河铁矿体埋深一般在400～800 m左右,而泥河铁矿床矿体埋深在700～1 200m。

罗河铁矿床水平断面组合图[11],如图1所示。从图1可以看出罗河铁矿床矿体有8个,主要赋存于砖桥组火山岩与潜火山岩-闪长玢岩的接触带附近,其中Ⅰ、Ⅱ号矿体为主矿体,Ⅰ号规模最大,余为小矿体。矿体埋藏在-382～-846 m标高区间内,东浅西深,倾伏角3°～ 12°。距地表深度,最浅425 m,最深856 m;矿床西北边缘,由于受断裂影响,深达910 m。Ⅰ号铁矿体水平投影形状近似椭圆形,长轴呈北东东方向延伸;Ⅱ号呈半环状;Ⅲ～Ⅷ号铁矿体呈不规则状展布,它们均位于Ⅰ号铁矿体平面投影范围内。剖面上矿体形态为似层状-透镜状,总趋势纵向上向南西西倾伏,倾伏角10°左右,横向上大致呈一穹状。Ⅱ号铁矿体紧伏于Ⅰ号矿体之下,相距0～152m,局部联结在一起。Ⅲ～Ⅷ号矿体位于Ⅰ号矿体之上,相距4～168m。矿体总厚度为2.03～246.58m,矿体平均厚度76.87m(富矿23.33 m)。

图1 罗河铁矿床水平断面组合图

3.3 围岩蚀变及分布

罗河铁矿围岩蚀变分带清楚,从上而下可分浅色蚀变、深色蚀变、碱质蚀变3个带。①上部浅色蚀变带:厚约400 m,为次火山岩变成,又可细分为青盘岩带、泥化岩带、黄铁硅化岩带、黄铁矿明矾石硬石膏岩带等亚带,特别是硅化岩常呈硅壳出现,为找矿标志之一;浅色蚀变形成于成矿以后,常叠加于深色蚀变带上形成一些黄铁矿-赤铁矿-碳酸盐-硫酸盐产物。②中部深色蚀变带:厚300～500m,为辉长闪长玢岩或粗安岩变成,又可分为辉石-石榴石-磷灰石-磁铁矿矿化带(块状)、磷灰石-磁铁矿-透辉石矿化带(网脉状、角砾状)、磷灰石-磁铁矿-方柱石岩带(浸染状矿石)等亚带。③下部碱质蚀变带:以(辉石)-钠长石岩或(辉石)-钾钠长石岩为主,磁铁矿已不复见或少见,而绢云母、黄铁矿、碳酸盐化又重新出现,并见大量棕红色榍石,是为穿过铁矿化带的讯号,同时还有方沸石、水母石、葡萄石出现,故曾称为“后退”蚀变带。

从以上的围岩蚀变分带来看,潜火山气液型铁矿床的磁铁矿体、硫铁矿体、磷灰石矿体均产出中部深色蚀变带中,呈现一定的规律性,而下部碱质蚀变带的出现,也就预示着该类铁矿化的结束。

3.4 矿化阶段及分布

该矿床可划分为4个成矿阶段,即气成高温-中温热液成矿阶段、表生阶段、火山喷气沉积-火山喷气热液成矿阶段、火山热液成矿阶段[6,12]。

(1)气成高温-中温热液充填交代成矿阶段。该阶段与次火山岩(辉石闪长玢岩)有关,所形成的矿化蚀变,限于次火山岩体及其周围,形成区内的铁矿床和黄铁矿化。根据矿化蚀变特征可以划分为早、晚2期。①早期:来自次火山岩体的残余成矿溶液富含挥发组分(SO3、P、F、Cl等)和钠质。②晚期:随着溶液中大量析出 Fe、M g、Ca和SO3、P 、F 、Cl等,其中的 H 2 S 、CO2、H 2O 、Si等相对富集,含 H2 S、CO2、H 2O 、Si的溶液与早期生成的蚀变矿物发生作用,形成叠加蚀变矿物。较早形成的蚀变矿物有阳起石、透辉石、绿泥石、假象赤铁矿、钠长石等,较晚形成的矿物有黄铁矿、假象赤铁矿、石英、碳酸盐、石膏-硬石膏、叶腊石、水云母、高岭石等。

(2)表生阶段。与次火山岩有关的气成高温-中温热液充填交代矿床形成后,曾一度暴露地表,不仅剥蚀掉次火山岩体上部蚀变围岩,而且铁矿受到风化剥蚀作用和改造。

(3)火山喷气沉积-火山喷气热液交代成矿阶段。铁矿风化剥蚀过程中,火山喷气、喷流作用发生,在含水盆地中形成大量的硬石膏堆积,其中伴生同生成因的黄铁矿、硅质凝块沉积。

(4)含水热液充填交代成矿阶段。在粗安岩喷发和正长岩的侵入活动时均伴生有热液的充填交代作用,与粗安岩伴生的热液充填交代作用有黄铁矿化、黄铜矿化、方铅矿化、闪锌矿化、硅化、重晶石化、水云母化及高岭石化,与斜长正长斑岩伴生的热液充填交代作用有含铜碳酸盐脉等。

4 矿床成因及成矿模式探讨

4.1 成矿物理化学条件

(1)岩石化学特征。区内铁矿石碱度系数与含铁量成正比,故富矿以碱性矿石为主,表外矿以中酸性矿石为主,贫矿以半自熔性矿石为主。矿体顶底板岩石主要为膏辉岩,其次是辉石碱性长石岩。

(2)硫同位素。矿床中成矿热液的总硫同位素组成为+14.1%,估算出成矿溶液中的硫有33%～56%来自地层中的沉积硫,67%～44%来自岩浆中所携带的地幔硫,成矿溶液的硫源,可能为深部岩浆硫与周冲村组海相沉积硬石膏硫发生同位素交换形成的混合硫[8]。矿化过程中,从早到晚成矿流体中总硫同位素组成δ34S总是逐渐降低的。这种变化或者是来自沉积硬石膏层中的硫逐渐减少,而岩浆中的硫逐渐增多的缘故,或者是成矿晚期有更多的天水加入,导致总硫同位素组成的降低。

(3)成矿流体。成矿溶液盐度较高,为8.01%～21.10%,并有石盐子晶出现。成矿溶液以富 Ca2+、Na+、Cl-、SO42-为显著特征,与铁矿石的形成经历了强烈的钠质交代和Ca2+、SO42-交代作用是吻合的。

(4)成矿物理化学条件。罗河铁矿成矿流体f O2、f S2和pH值见表1所列,主要矿化-蚀变阶段的氧逸度、硫逸度和pH值的估算[8],说明磁铁矿和膏辉岩都是在高氧高硫和酸性环境中形成的,两者的f O2、f S2和pH值非常接近或相同,说明它们可能是同一成矿时期的产物,膏辉岩形成稍早,磁铁矿稍晚;白色硬石膏-黄铁矿阶段的 f O2、f S2和pH值,明显低于前两者,是在 f O2、f S2都较低的强酸性环境中发育的。

表1 罗河铁矿成矿流体 f O2、f S2和pH值

4.2 矿床成因机制

罗河铁矿床在成因上与火山活动的关系密切,与岩浆由偏基性向偏碱性演化阶段有关,形成于砖桥旋回强烈喷发后的相对宁静阶段。由于成矿作用复杂,围岩蚀变强烈,特别是早期形成的产物,常被晚期矿化作用所迭加,改变原来面貌,致使成矿诸因素研究难度加大。

伴随着砖桥旋回火山喷发-侵入作用,在构造相对薄弱部位,闪长玢岩上侵并形成岩侵型穹窿。闪长玢岩侵位较高,侵入于砖桥组下段上部的粗安岩中,岩体在冷凝收缩与区域水平应力交替作用下,在岩体顶部产生网脉状裂隙系统,为矿液提供了一个良好的、封闭的储矿空间。不同自然类型矿石的平面分布具同心圆的特点,即中心为浸染状矿石,向外分别为浸染状—网脉状—稀疏网脉状;富、厚矿体呈环状分布于平面,与隆起边缘轮廓相一致;垂向上裂隙系统的产状、裂隙率、裂隙密度的变化,在次生石英岩以下,裂隙率迅速增加,尤以缓倾斜裂隙更为显著。上述特点表明了罗河铁矿床是受岩侵型穹窿及水平拉张所造成的网状裂隙系统所控制。

文献[13]对矿物的包体测温结果证明:磷灰石生成温度最高,可达 610℃;磁铁矿一般在380～450℃;硬石膏在 300～350 ℃;黄铁矿在220～280℃。它们既与脉中矿物结晶顺序相一致,又与空间自下而上矿物分带相吻合,表明矿物的晶出是受一定温度和压力梯度的严格控制。

罗河铁矿大量矿物物质已超过了含矿岩石自身所能提供的限度,无疑有部分来自外部,可能来自中三叠世周冲村组膏盐层。中国科学院地质研究所通过对罗河铁矿硫同位素研究,认为硫源是地壳深部或上地慢和三叠纪海相石膏硫混合而成。

综上所述,罗河铁矿处在庐枞火山断陷盆地中[14],在深部岩浆作用下,萃取了下伏火山岩盆地基底地层中三叠世周冲村组膏盐层中铁、硬石膏,改变了岩浆的成分,造成铁质熔离、运移作用,在砖桥旋回强烈喷发后的相对宁静阶段,上侵于上覆熔岩,构成了岩侵型弯窿,造就了良好的封闭储矿条件,大量矿化物质在一定的温度和压力梯度下相继沉淀而成矿。其构造、岩浆活动和矿化作用在时间上是吻合的,这与文献[13]中测定的矿化同位素年龄(132 M a)相一致,因此,罗河铁矿床是砖桥旋回火山-潜火山活动的产物。

根据该铁矿床以上成矿条件的综述,建立罗河式潜火山气液型铁矿床成矿模式图,如图2所示。

5 找矿标志与找矿方向

(1)盆地标志。陆相火山岩盆地分布范围是寻找罗河式铁矿的前提。

(2)地层标志。含矿旋回-砖桥旋回的火山岩是寻找铁矿的标志,要注意火山活动强烈的主火山旋回、砖桥组分布及相对隆起部位。

(3)构造标志。早期构造复合部位是控岩的重要标志。

(4)岩浆岩标志。砖桥旋回的潜火山岩及其接触带,火山(岩侵型)穹窿是重要的储矿构造。辉石粗安玢岩体的硬石膏辉石岩化是找潜火山气液型铁矿的近矿标志,其次是辉石碱性长石岩。

(5)围岩蚀变。围岩蚀变是此类找矿的直接标志。深色蚀变带内的矿物组合是近矿围岩蚀变标志,极易识别;铁矿上部的围岩浅色蚀变带是远矿蚀变标志。次生石英岩(硅化岩)往往出现在深色蚀变带及铁矿体之上,可作为找矿重要线索,但是要区分表生淋滤的硅化岩(次生石英岩)。

(6)遥感信息标志。环形构造是岩体、隐伏岩体的赋存部位,线性构造一般反映断裂构造。

(7)地球物理标志。①重力:重力正高异常分布区,二次导数具有明显的正异常。②磁法:航磁、地磁正高异常分布区,异常附近伴生有负磁异常,磁化极具有比较明显的异常分布。

重磁联合解释配合电阻率测深是寻找本类隐伏矿的有效手段。在重磁异常重合的前提下,磁源重力异常相一致,即重、磁同源,视电阻率测深剖面出现低阻封闭时,是寻找罗河式铁矿的主要标志。

综合物探异常是找铁矿的重要标志。在地质构造有利地段,重磁联合解释配合电阻率测深是寻找本类隐伏铁矿的有效手段。在重磁异常重合的前提下,磁源重力异常亦相一致,即重、磁同源,视电阻率测深剖面出现低阻封闭圈或畸奇时,是寻找罗河式铁矿的主要标志。在上述条件下,若无磁异常仅表现为零星磁场时,要注意可能寻找大包庄式铁矿类型。

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