印尼某矿区铁矿床地质特征及成因分析
2015-02-24居维伟
居维伟
(1.南京大学地球科学与工程学院,江苏南京210046; 2.华东有色地质矿产勘查开发院,江苏南京210007)
印尼某矿区铁矿床地质特征及成因分析
居维伟1,2
(1.南京大学地球科学与工程学院,江苏南京210046; 2.华东有色地质矿产勘查开发院,江苏南京210007)
摘要:通过对印尼某矿区磁铁矿矿床区域地质背景、矿床地质特征分析,认为该矿床形成于印支期,其形成与强烈的区域性花岗质岩浆侵位活动有关,成矿物质主要来自花岗质岩浆晚期—期后热液。研究表明,花岗岩浆经过了充分的分异演化,在结晶成岩的过程中,大量铁质从岩浆中分离出来,形成富铁熔浆贯入充填成矿,随着温度的降低,形成的含铁质成矿流体与Pzmm中的碳酸盐层或钙质粉砂岩发生接触交代而形成矽卡岩型铁矿。矽卡岩型是矿区的主要成因类型。
关键词:铁矿;地质特征;矿床成因;印度尼西亚
0引言
东南亚成矿带是环太平洋地区重要的铜、铅、锌、铁、锡、金等多金属成矿带之一,具有众多大中型矿床(丁俊等,2011)。研究区归属于印尼苏拉群岛,成矿条件极为有利,但整个群岛地质工作程度极低。自2007年至今,初步探明铁资源储量超过1.5亿t,属大型,全铁平均品位>35%,矿体大部分产于碳酸盐岩与印支期岩浆岩的接触带内,并受其控制。矿石以磁铁矿石为主,并伴生有铜、铅、锌等有色金属矿产。在野外地质调查及室内研究工作的基础上,总结矿区铁矿床地质特征,并对该矿床的成因进行了探讨,为今后寻找类似矿床提供依据。
1区域地质概况
苏拉群岛位于东南亚陆缘壳体北缘,地处东亚陆缘壳体南西缘与澳大利亚壳体及菲律宾海壳体的交接部位,归属北伊利安地槽区南部边缘部分,靠近该地槽区与班达海地槽区、苏拉威西海地槽区的交接过渡部位,是环太平洋成矿带的组成部分,同时也是东南亚锡铁成矿带的延伸,成矿地质条件极为有利(陈国达,2008)。
1.1 区域地层
区域资料显示,区内出露地层主要由两部分组成(图1)。上石炭统变质岩系构成成矿地层,岩性包括片岩、片麻岩、角闪岩、石英岩、结晶灰岩、变质砂岩、板岩、千枚岩等。其上覆地层包括侏罗系碎屑岩、白垩系海相沉积岩、新近系碳酸盐岩及第四系冲积砂砾和黏土。
图1 印尼某铁矿矿区位置及区域地质简图1-第四系冲积土:卵石、砾石、砂、黏土;2-第四系珊瑚礁、珊瑚礁灰岩;3-新近纪Salodik组:泥灰岩、鲕状灰岩;4-白垩系海相沉积岩:页岩、泥灰岩、灰岩、黏土岩、钙质黏土岩;5-侏罗系碎屑岩:主要有砾岩、碎屑岩、砂岩、页岩、夹有煤线、石膏线及黄铁矿团块;6-三叠纪侵入岩:花岗岩、花岗闪长玢岩及石英闪长玢岩;7-二叠系火山岩:主要有流纹岩、熔结凝灰岩、火山灰和火山角砾岩;8-上石炭统Pzmm:结晶灰岩、变质砂岩、板岩、千枚岩互层;9-下石炭统Pzm变质岩:片麻岩、千枚岩、石英岩、板岩、大理岩;10-地质界线;11-实、推测断层;12-倒转地层产状;13-岩层产状Fig.1 Sketch map showing location and regional geology of an iron ore district in Indonesia
1.2 区域构造
区域上整体呈轴向近EW向的复式背斜构造,同时有轴向NNE向的褶皱构造叠加影响,在西段形成变形复杂的穹隆构造。穹隆的核心部位出露Pzm,外围依次出露Pzmm、Jbs、Jb、Tems、Q。现场地质调查结果表明,Pzmm的大理岩、变质砂岩在Pzm西侧区域内分布广泛。区域断裂构造有近SN向、NW向、NE向和近EW向4组。
1.3 侵入岩
印支期区域侵入岩非常发育,岩石类型以花岗岩为主,可见花岗闪长岩,石英闪长岩,伟晶岩。花岗岩呈岩基产出,大面积分布。另外,区域内有辉绿岩类基性岩出露,面积较小,侵入最新地层为侏罗系,是燕山期岩浆活动的产物。
1.4 区域变质
区域变质作用主要出现于石炭纪地层中,受区域动力变质作用影响,出现中深级变质岩,如Pzm的片岩、片麻岩、角闪岩及石英岩;以及低级变质岩,如Pzmm的板岩、千枚岩、变质砂岩、结晶灰岩或大理岩等。Pzm变质杂岩体是在受地槽激烈期的动力作用强烈变质而成,而Pzmm所处变质时期属于地槽激烈期的后半期,变质作用相对较弱,因而变质程度相对较弱。
2矿区地质概况
2.1 地层
区内出露地层主要为上石炭统、侏罗系—下白垩统和第四系(图2)。上石炭世Menanga组(Pzmm)为赋矿地层,自上而下大致可划分为3个岩性段,即上部变质(泥质)粉砂岩(Pzmm-Mms)、中部镁质碳酸盐岩变质而成的大理岩(Pzmm-Lsd)、矽卡岩化大理岩(Pzmm-Lsd(SK))和矽卡岩(SK)及下部变质(细)砂岩(Pzmm-Mss)。该地层总体呈EW走向,倾向NW340°—NE40°,倾角40°~50°;局部地段倾向SW,倾角>70°。上石炭统Pzmm与花岗岩接触带附近发育条带状或透镜状矽卡岩,并在Pzmm一侧形成矽卡岩矿(化)体。
2.2 构造
矿区构造较为简单,地层整体呈一单斜构造,由于受花岗岩侵入体影响,局部产状略有变化。区内断层较发育,主要有3组:近SN向断裂(F1、F2、F3、F4、F5)、近EW向断裂(F6)和NE—SW向断裂(F7),倾角40°~80°。近SN向断层总体表现为东盘向北、西盘向南错位。以上3组断层均为破矿断层。
2.3 岩浆岩
区内岩浆活动主要为中生代侵入的花岗岩,少量燕山期辉绿玢岩脉。花岗岩的侵入年龄为(227±2) Ma,属于印支时期的三叠纪(瞿沪然,2013)。花岗岩主要在矿区西部发育,岩体呈岩基、小岩株、岩脉状产出,花岗岩与变质砂岩接触带及岩体内部节理面附近常见云英岩化蚀变,形成由石英、绢云母、白云母组成的云英岩。矿区磁铁矿体矿化与花岗岩关系密切。
区内辉绿玢岩脉主要呈小岩脉穿插于早期花岗岩岩体及沉积岩内部。岩脉穿插部位围岩蚀变微弱,与矿化关系不明显。
2.4 围岩蚀变
主要有矽卡岩化、云英岩化、绢云母化、黑云母化、硅化、大理岩化、橄榄石化、粒硅镁石化、纤水镁石化、方镁石化、水镁石化、蛇纹石化、绿泥石化、滑石化等。
图2 印尼某铁矿区地质简图1-第四系(黏土、砂石);2-侏罗系—下白垩统(黏土岩);3-上石炭统上段(变质(泥质)粉砂岩);4-上石炭统中段(大理岩);5-上石炭统下段(变质(细)砂岩);6-矽卡岩;7-花岗岩;8-磁铁矿体;9-实/推测地质界线;10-推测断层及编号;11-剖面位置;12-地层产状Fig.2 Geological sketch of an iron ore district in Indonesia
区内与磁铁矿化关系密切的围岩蚀变为矽卡岩化。矽卡岩矿物有透辉石、透闪石、石榴子石、金云母、绿帘石等。在矿化部位同时发育强矽卡岩化,特别是大量透辉石、透闪石及蛇纹石与磁铁矿伴生,成为重要找矿标志。
3矿床地质特征
3.1 矿体特征
根据矿体赋存部位,结合其规模大小和类型,自西向东,矿区划分为1个主矿体及9个小矿体。主矿体主要赋存于花岗岩与大理岩的接触部位(外接触带),矿体上盘为大理岩或矽卡岩,下盘为花岗岩、矽卡岩。
矿体形态平面上形态主要以似透镜状为主,剖面上表现为透镜状-似层状(图3);局部有分枝复合现象。
图3 印尼某铁矿区A线地质剖面示意图1-变质泥质粉砂岩(Pzmm-Mms);2-大理岩(Pzmm-Lsd);3-变质(细)砂岩(Pzmm-Mss);4-矽卡岩(SK);5-花岗岩(PRbg);6-辉绿玢岩(βμ);7-磁铁矿体;8-实/推测地质界线;9-推测断层及编号(F1)Fig.3 Geological profile along the prospecting line A in the iron ore district
矿体产状总体来看走向呈近EW向,西侧略有变化,转为SE110°,推测可能由WS向局部岩体抬升导致矿体走向局部向东扭曲引起。倾向NNE—NW,倾角变化较大,一般在30°~45°,局部较陡,在51°~76°(居维伟等,2010)。
矿体规模走向长>2 000 m,倾斜延伸48~620 m,矿体厚1.94~170.73 m,平均28.4 m,厚度变化系数为99.77%,属复杂程度(图4)。
有用组分TFe单个样品质量分数最高68.6%,最低15.03%,矿体平均35.07%;mFe单个样品质量分数最高65.6%,最低0.08%,矿体平均29.21%;mFe/TFe变化不大,一般为73%~85%;品位变化系数TFe 33.62%、mFe 42.6%,显示品位变化均匀一致(图5)。
3.2 矿石特征
3.2.1结构和构造特征矿石结构:主要为粒状结构(图6),次为交代结构(图7)、包含结构,此外还有斑状结构、浸染状结构、脉状结构、变胶状结构、固溶体分解结构等。
图4 主矿体厚度变化柱形图Fig.4 Chart showing thickness variation of themain orebodies
图5 TFe品位变化柱形图Fig.5 Chart showing variation of TFe grades
图6 粒状结构(磁铁矿呈自形、半自形粒状均匀分布,被脉石(灰黑)基底式胶结)Fig.6 Photo showing granular texture(Magnetite displays uniformly euhedral or subhedral granular textures, with basal cementation by gray gangue)
图7 交代结构(闪锌矿中的黄铜矿交代磁黄铁矿)Fig.7 Photo showing metasomatic texture(Replacement of pyrrhotite by chalcopyrite in sphalerite)
矿石构造:主要为团块状构造(图8)、浸染状构造(图9),次为斑杂状构造、脉状构造、碎块状构造,少量气孔状、粉末状构造。团块状构造是铁矿石、含铁硫化物矿石的常见构造类型。浸染状构造是由磁铁矿或闪锌矿、磁黄铁矿或黄铜矿矿物集合体比较均匀地散布在脉石矿物或磁铁矿集合体中而构成,矿区较多出现的是稠密浸染状构造。
3.2.2矿石矿物组成矿区磁铁矿石中的矿物主要为磁铁矿,次为赤铁矿、磁黄铁矿、闪锌矿、黄铁矿,少量黄铜矿、褐铁矿(针铁矿和水针铁矿)、硬锰矿、水锰矿,微量菱锌矿、自然铋、辉铋矿、磁赤铁矿、锡石、硼钙锡矿;脉石矿物主要为透辉石,次为金云母、透闪石、绿帘石、阳起石、绿泥石、蛇纹石,少量方解石、石英、硅镁石、石榴子石,微量磷灰石、萤石、硅灰石(李健等,2009;居维伟等,2010)。
3.2.3矿石化学成分矿区矿石主要化学成分平均为TFe 35.07%、mFe 29.21%、Mn 0.38%、S 0.94%、P 0.011%、As 0.001%、Sn 0.022%。有益组分为Mn、Sn、Zn、Cu,因其含量不高、分布不均匀、规模小、开采与选矿困难等因素,综合利用价值不大。有害组分较为简单,除S、F外,其他有害组分的含量经选矿后均可大幅度降低,达到工业利用标准。
图8 块状磁铁矿矿石Fig.8 Photos showing massive magnetite ores
图9 稠密浸染状磁铁矿矿石Fig.9 Photo showing densely disseminated magnetite ores
3.2.4矿体围岩及夹石矿体围岩主要为大理岩和花岗岩。矿体与围岩界线明显,矿体内夹石基本为矽卡岩、磁铁矿化矽卡岩,局部为大理岩、辉绿玢岩,规模不大,一般呈透镜状,走向和倾向与矿体一致,延伸一般为35~236 m,视厚度均小于21 m。夹石与矿体界线呈逐渐过渡关系。
3.3 矿石类型
矿石大多为原生磁铁矿,近地表具有不同程度的氧化。调查显示,氧化矿在地表2 m以下即已基本消失,3 m以下则完全过渡到了原生矿带。由于氧化矿石量少,对矿石利用影响不大,矿区对矿体不划分氧化带及混合带,矿石全部划入原生矿(居维伟等,2010)。
按矿石中主要有用组分类型,矿石类型可划分为磁铁矿(约占总量的66%)、磁黄铁矿磁铁矿石(约占总量的33%)、含(假象)赤铁矿磁铁矿石和含褐铁矿磁铁矿石,后2种矿石质量分数较低,约占总量的1%。
矿区矿石多为需选矿石,根据矿石全分析结果(表1),矿石中w(CaO+MgO)/w(Al2O3+SiO2)为1.05~7.36,表明矿区矿石属自熔-碱性型。
3.4 铁赋存状态
矿区的载铁矿物有磁性铁矿物和非磁性铁矿物,前者包括磁铁矿和磁黄铁矿,后者包括碳酸铁、硫化铁、假象赤铁矿、赤褐铁矿和硅酸铁。矿相研究结果表明,磁铁矿是矿区的主体赋存形式,以类质同象形式赋存的铁仅为少量(张术根等,2010)。
由表2可知,原生贫硫铁矿石中磁铁矿相的铁质量分数高达90%以上,弱风化氧化铁矿石中磁铁矿相的铁质量分数也达到81.66%,不含磁黄铁矿相的铁,硫化铁相的铁质量分数很低。高锡铁矿石随氧化风化程度及全铁质量分数不同,磁铁矿相铁质量分数变化较大,为 6.99%~89.41%。含硫化物铁矿石、含铁硫化物矿石及强风化氧化铁矿石样品分别含较高的磁黄铁矿相铁、硫化铁相铁、假象赤铁矿相铁、赤褐铁矿相铁和硅酸相铁。
表1 矿石化学分析结果
表2 铁相态分配比例
3.5 成矿期、成矿阶段
除伴随燕山期辉绿玢岩、正长岩、正长闪长岩等脉岩岩浆活动偶尔出现的粗晶脉状磁铁矿外,根据矿体特征、矿石组构及矿物组合特征研究,可将矿区铁矿床的成矿作用划分为3期,即矽卡岩成矿期、热液成矿期及表生氧化成矿期,又可细分为6个成矿阶段,即干矽卡岩阶段、湿矽卡岩阶段、气成氧化物阶段、高中温热液阶段、中低温热液阶段及表生氧化淋滤阶段(姚凤良等,2006;张术根等,2009;居维伟等,2010)。其中,磁铁矿主要形成于热液成矿期之气成氧化物阶段,而闪锌矿及黄铜矿等硫化物主要形成于同期高中温热液阶段(张术根等,2011)。根据各成矿期及成矿阶段所形成的矿物共生组合以及其先后演化关系,初步建立了矿物生成顺序(图10)。
图10 矿区铁矿床矿物生成顺序Fig.10 Formation sequence of the minerals from the iron ore district
4矿床成因
根据勘查成果,矿区磁铁矿矿床形成于印支期,其形成与区内强烈的花岗岩岩浆活动密切相关,铁质主要来源于花岗岩岩浆。
4.1 成因类型及成矿作用方式
根据矿体赋存特征、矿石组构、矿物共生组合关系,可将矿区铁矿床划分为3种矿化成因类型:矽卡岩型、矿浆型与热液脉型。其中,矽卡岩型为矿区铁矿石的主要成因类型,矿浆型在矿区并不常见,而热液脉型矿石仅少见于矽卡岩型、矿浆型矿石内部及矿体边部矿化围岩(王堂喜等,2009)。
矽卡岩型矿石主要产在外接触带的矽卡岩化镁质、钙镁、钙质碳酸盐岩及浅变质钙质砂岩地层及紧贴接触界面的内接触带矽卡岩化部位,随接触带矽卡岩化消失而消失,矿区主矿体属该类型成因,其主要识别标志如下。
(1) 通常呈团块状、次块状、稠密浸染状、浸染状、条带浸染状、不规则脉状,矿化富集程度变化范围宽,脉石矿物主要为矽卡岩矿物、原岩残留矿物及其中低温热液蚀变产物。
(2) 与矽卡岩化空间及成因联系紧密,矿化体即为矽卡岩化体,磁铁矿交代金云母、透闪石、绿帘石等湿矽卡岩阶段矿物,自身又被阳起石、蛇纹石等中低温热液蚀变产物交代。
(3) 此类矿石可被热液脉状磁铁矿集合体穿插,也较常见被磁黄铁矿、黄铁矿等高中温硫化物交代,矿石的硫化物含量相对较高。
(4) 与矿浆型矿石比较,矽卡岩化是其典型标志,且热液蚀变强度更高,类型更复杂,阳起石化、蛇纹石化、硅化、绿泥石化以及碳酸盐化都有出现。
由此可见,矽卡岩期后热液交代作用是矿区铁矿床矽卡岩型的主要成矿作用方式。
4.2 成矿物质来源
区内花岗岩的硅酸盐全分析和岩石化学参数分析结果表明(表3、表4),矿区花岗岩是经过地壳部分熔融、分异结晶极为充分而成岩的。铁镁含量明显较低,是地壳铁含量的1/4。分异指数DI≈90,固结指数SI<1,长英指数FL接近90,镁铁指数MF>95,均表明矿区花岗岩是经过高度分异演化而成的。因而在分异结晶成岩的过程中,必然存在大量的铁质从岩浆中分离出来,形成富铁熔浆贯入充填成矿,而后形成含铁质成矿流体与Pzmm中的碳酸盐层或钙质粉砂岩发生接触交代而形成矽卡岩型铁矿。因此,矿区花岗岩是提供铁质的主要来源。
4.3 主要控矿因素与成矿条件
主要包括岩浆因素、地层因素及构造因素。
4.3.1岩浆因素矿区花岗岩为铁矿的形成提供了主要的铁质来源;印支期花岗岩浆的侵入,为矿区铁矿的形成提供了热动力。
4.3.2地层因素碳酸盐岩层广泛与岩体接触,脆性程度高、孔隙裂隙发育,有利于含矿流体扩散迁移;而且其化学性质活泼,有利于接触交代和矽卡岩期后热液交代,能有效改变含矿流体的化学成分和性状,并萃取地层所含成矿物质。
4.3.3构造因素与接触带连通的褶皱虚脱部位、层间滑动带及断裂破碎带,是铁矿熔浆、矽卡岩期后热液、岩浆期后热液迁移分配的基本通道,也是热液汇集活动、卸载沉淀的关键场所,从而不仅控制矿床矿化就位,更直接控制矿体的空间分布。
4.4 成矿规律分析
成矿规律可从成矿作用演化规律和矿化就位规律两方面表达。成矿作用演化规律为岩浆侵位→演化分异→矿浆贯入→接触交代→热液改造,矿化就位规律为背斜+断裂交叉汇合+接触带+(层间断裂破碎带)+(岩体顶部及边缘裂隙带)。
由于区内存在花岗岩和碳酸盐岩层或钙质粉砂岩2个重要的岩性条件,在一定的地质环境下接触交代而形成矽卡岩铁矿床。其可能的成矿部位必然在花岗岩与Pzmm碳酸盐岩层(大理岩)或钙质粉砂岩的接触带附近,但仅花岗岩与碳酸盐岩层或钙质粉砂岩的直接接触并不一定能够产生接触交代作用,其必然有一定的构造条件,特别是接触带构造条件促使交代作用的发生。
表3 矿区花岗岩硅酸盐全分析结果
表4 矿区花岗岩岩石化学参数
从现有勘查资料来看,矽卡岩矿体与地层产状基本一致,围岩基本位于岩体之上,其接触面与上下地层的关系属于平盖接触。因此,以下几个部位可能有利于矽卡岩铁矿床的生成。
(1) 由于花岗岩岩浆沿NNW向断裂侵入,因此Pzmm中接触部位附近的断裂破碎带内,受构造破坏的接触带构造易形成大矿。
(2) Pzmm受地槽褶皱回返及穹窿构造的双重影响,褶皱核部岩层多次受力,破碎程度较高,利于交代作用的发生。
(3) 碳酸盐岩层或钙质粉砂岩层与其他岩性层的接触界面,由于其接触呈不同的岩石力学性质,受构造影响时易沿层间破碎,便于含矿溶液的流通,从而利于交代作用发生。
(4) 岩体的凹陷部位。
因此,矿区矽卡岩铁矿床必然分布于花岗岩与地层的外接触带,特别是褶皱核部的转折端部位和碳酸盐岩层与其他岩层的接触界面附近(张术根等,2009)。
5结论
研究区磁铁矿矿床位于东南亚锡铁成矿带的延伸部位,矿体主要赋存于花岗岩与大理岩的接触部位(外接触带),围岩主要为大理岩和花岗岩,矿体形态以似透镜状或透镜状或似层状为主。矿体总体走向近EW向,倾角一般30°~45°,TFe平均品位为35.07%,铁的主要赋存形式为磁铁矿。成矿物质主要来源于花岗岩岩浆,矿床成因类型主要为矽卡岩型。
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Geological characteristics and genesis of iron deposit in an ore district of Indonesia
JU Wei-wei1,2
(1.School of Earth Sciences and Engineering, Nanjing University,Nanjing 210046,Jiangsu, China; 2.East China Geological & Mining Exploration and Development Institute for Non-ferrous Metals,Nanjing 210007,Jiangsu,China)
Abstract:This study analyzed the regional geological setting and geological characteristics of the magnetite deposit in an ore district of Indonesia. It is suggested that, this deposit was formed in the Indosinian period associated with the regional strong granitic magmatism, and the ore fluids might be derived from hydrothermal fluids in the late-post granitic magmatic stage. The granitic magma underwent adequate differentiation and evolution, and substantial iron materials were separated in the process of crystallization and diagenesis, resulted in the penetration of iron-rich magma into filling space. When the temperature decreased, the iron-bearing ore fluids mixed with the upper Carboniferous MENANGA Formation (Pzmm) carbonate layers or calcareous siltstones, and skarn-type iron ores were thus generated due to their contact metasomatism. Skarn-type deposits are a principle genetic type in this ore area.
Keywords:iron deposit;geological characteristics;deposit genesis;Indonesia
作者简介:居维伟(1983—),男,工程师,硕士研究生,主要从事地质矿产勘查工作,E-mail:weijulovephoto@163.com
收稿日期:2014-04-29;修回日期:2014-05-29;编辑:侯鹏飞
中图分类号:P618.3
文献标识码:A
文章编号:1674-3636(2015)01-0037-09
doi:10.3969/j.issn.1674-3636.2015.01.37