湖北省黄梅马鞍山铁矿地质特征及矿床成因探讨

李小林, 孙唯衡, 张 雷, 吴 鹏

(湖北省地质矿业开发有限责任公司,湖北 武汉 430022)

湖北省黄梅马鞍山铁矿地质特征及矿床成因探讨

李小林, 孙唯衡, 张 雷, 吴 鹏

(湖北省地质矿业开发有限责任公司,湖北 武汉 430022)

通过对黄梅马鞍山铁矿矿床地质特征、矿石特征和控矿因素的分析,认为该矿床有较明显的垂向分带特征,由上至下依次为地表坡积矿、浅部氧化矿和深部原生矿带,矿石矿物由褐铁矿向菱铁矿过渡。该铁矿床主要控矿因素为地层和岩性,构造和岩浆岩活动影响有限,成矿物质来源于石炭系、二叠系的碳酸盐岩建造和碎屑岩建造。矿床类型属于沉积—改造型,即沉积阶段形成菱铁矿,其中青灰色菱铁矿形成于成岩阶段,米黄色菱铁矿形成于后生作用阶段；表生改造阶段生成褐铁矿,使矿体发生富集,并形成垂向分带。

菱铁矿;垂向分带;控矿因素;沉积—改造;黄梅马鞍山

黄梅地区隶属长江中下游成矿带,是湖北省中东部重要的铜铁多金属成矿带。黄梅地区广泛分布着层控型菱铁矿矿床,它们具有多因复成的成矿机制。先后经历了原生沉积成矿作用和表生改造成矿作用,具有垂向分带性特征。本文通过对矿床地质特征、矿石矿物和化学成分组成的分析,进一步探讨其控矿因素和成矿模式,可为该区菱铁矿成矿规律提供有益的思路。

1 区域地质背景

黄梅地区位于长江中下游成矿带西段以北,桐柏—大别山成矿的东南端；处于华北地块与扬子地块之间,属于扬子准地台下扬子台坪东,淮阳古陆南,滁州—黄梅前陆褶皱冲带南端[1](图1)。本区在石炭纪和二叠纪属古陆边缘的海相沉积,除五通组(D3w)外,本区寒武纪—志留纪,黄龙组(C2h)—青龙群(T1+2Q)均发育浅海—滨海相碳酸盐—碎屑岩建造,有利于钙质、硅质和泥质含铁、锰沉积物的堆积。于蒲圻群(T3P)出现海陆交互相沉积,其后一直处于陆相环境。

2 矿床地质特征

2.1 矿区地质概况

湖北省黄梅铁矿区位于滁州—黄梅前陆褶皱冲带南端的五里墩背斜两翼,马鞍山矿床位于背斜之南东翼。地层从志留系—侏罗系均有分布,主要含矿层位为石炭系、二叠系碳酸盐岩及碎屑岩建造。岩浆岩活动一般,中生代燕山期相对活跃,岩浆岩的种类由酸性—超基性均有。主要构造为北东—南西向线型褶皱和断层,其中五里墩背斜轴向北东,东南翼倾角30°～50°,控制了马鞍山矿床的展布(图2)；北西翼倒转,倾角30°～65°,控制了马尾山、梅家山矿床。

2.1.1 地层

矿床地层出露比较全,志留系—侏罗系均有分布,具体特征见表1。

2.1.2 构造

矿区主要构造线为一系列相互平行的NE-SW向线型褶皱、冲断层、逆掩断层所组成(图2),并伴有正交、斜交的张性、张扭性断层。

褶皱 五里墩背斜是控制矿区的主要褶皱构造。背斜轴呈40°方向延伸,北东端在蛇山一带向南东弯转向北凸出的弧形分布。背斜长11 km,宽4.5 km。背斜北翼倒转,倾向东南,倾角30°～65°,南东翼倾向南东,倾角30°～50°,马鞍山矿床位于背斜南东翼。

断裂 矿床范围内的断裂,成矿前即已基本形成并控制着矿带和矿体的分布,成矿后的断裂对主矿体有微弱的破坏作用。断裂主要分为3条NE-SW走向的纵断裂和近20条近等间距分布的横断裂。

图1 黄梅地区地质构造简图Fig.1 Geological structure diagram of Huangmei area1.断层;2.陆块分界线;3.构造单元分界线;4.结晶基底;5.盖层;6.研究区范围;①.确山—合肥断裂;②.萍乡—广丰断裂；③.郯庐断裂；④.襄广断裂；⑤.通城—德安断裂；⑥.休宁断裂；⑦.东至—宣州(江南)断裂；⑧.虎(岑关)—月(潭)断裂；⑨.鄂城—嘉鱼断裂；⑩.信阳—舒城断裂；.桐柏—桐城断裂；.修水—德安断裂；.宜丰—景德镇断裂；.丰城—婺源断裂；.湖口—南昌断裂。

2.1.3 岩浆岩

区内主要分布在马鞍山矿床边缘,大致呈北东向分布,此外在五里墩背斜核部亦可见到零星分布的次火山岩岩脉。主要岩性有辉绿岩、辉石闪长玢岩、辉石安山玢岩、安山岩、斜长斑岩、安山质凝灰熔岩。

2.2 矿体地质特征

2.2.1 矿体平面特征

矿区铁矿体断续分布长5 km,多呈条带状、豆荚状产出,有明显的膨缩现象(图2),走向NNE-NEE,东段倾向SE,倾角30°～50°,局部70°；西段倾向NW,倾角65°以上。单个矿体长度30～720 m,一般100～200 m,水平宽度3～29 m,一般10～20 m。

2.2.2 矿体垂向特征

矿体按垂向深度可分为地表坡积矿、浅部氧化矿和深部原生矿(图3)。

地表坡积矿 主要为氧化矿在地表风化后的坡积物,完全受第四系控制,其规模和延伸均受地表覆盖物控制。一般长度在50 m以内,出露宽度10 m以内。矿石类型主要为褐铁矿。

浅部氧化矿 大多数呈北东向展布,倾向南东,倾角一般40°～60°,矿体一般长30～70 m,出露标高都在0 m以上,出露宽度4～27 m,矿石类型主要均为褐铁矿,且以富矿为主,是由菱铁矿风化淋滤,原地堆积而成,多在侵蚀基准面以上。

深部原生矿 出露标高多在0 m以下。矿石类型均为菱铁矿,可分为青灰色和米黄色两种,后者为前者溶解搬运再沉淀的产物,发生一定富集作用。

2.3 矿石特征

2.3.1 矿石矿物成分

矿石矿物主要为褐铁矿和菱铁矿,前者是后者氧化而成。

(1) 褐铁矿矿石。一般是在地表和浅部产出,矿石颜色各异,有黄、褐黄、棕褐、褐黑、烟黑色等。矿石矿物组成简单(表2)。金属矿物主要为褐铁矿、针铁矿—水针铁矿、赤铁矿—水赤铁矿,其次为锰的氧化物和氢氧化物。脉石矿物主要有石英、玉髓和重晶石,其次为粘土矿物和硅酸盐矿物,有时见微量多金属硫化物和氟化物。矿石具隐晶—微晶结构,土状、块状、蜂窝状、皮壳状、胶状、角砾状构造。矿石具有强硅化和明显的重晶石化现象。

图2 黄梅马鞍山铁矿区地质简图Fig.2 Geological sketch map of Maanshan iron deposits in Huangmei

图3 褐铁矿—菱铁矿体垂向分带特征Fig.3 Limonite-siderite ore bodies character zoning in verticality

(2) 菱铁矿矿石。为深部原生矿组成成分,一般在0 m以下产出。矿石颜色为青灰色、灰白色,溶解再沉淀后变为米黄色[2]。矿石矿物的组成简单(表3),金属矿物主要为菱铁矿；脉石矿物主要为铁白云石、白云石,其次为方解石、重晶石和石英等。细—中粗粒结构,块状、斑杂状构造为主,碎裂状、网脉状、角砾状、围块状次之。矿石具有强烈的硅化、白云石化、重晶化,及微弱的多金属矿化现象。

表2 褐铁矿矿物成分一览表

按本区菱铁矿颜色和粒度的差别,一般分为青灰色菱铁矿和米黄色菱铁矿。

青灰色菱铁矿 呈深浅程度不等的青灰色或带浅黄色调的青灰色,矿物结晶有微粒—细粒和细粒—粗粒两种,前者粒径0.03～0.2 mm,后者粒径0.2～1 mm。

米黄色菱铁矿 呈深浅不一的米黄色,矿物结核颗粒一般粗大,粒径多在0.3～1.5 mm,个别达2～3 mm,呈自形—半自形菱面晶体。

表3 菱铁矿矿石矿物成分一览表

2.3.2 矿石化学成分

采取褐铁矿矿石样17件,菱铁矿矿石样12件,根据光谱分析、全分析和组合分析结果(表4),按其化学成分性质可分为四组:主要有用成分、造渣组分、杂质、挥发组分。

(1) 主要有用成分——铁:氧化矿石中的铁主要含在褐铁矿中,少量含在金属矿物和脉石矿物中。原生矿石中的铁主要含在菱铁矿中,少量含在铁白云石、铁方解石及其他金属矿物中。

(2) 造渣组分:钙、镁氧化物的存在与碳酸矿物有关,硅、铝氧化物的存在与石英、玉髓和粘土矿物有关。前者在原生矿石中发育,后者在氧化矿石中发育。

(3) 杂质:有害杂质仅有硫,在褐铁矿中偏高,来源主要是硫酸盐矿物(重晶石),即矿石中重晶石含量超过2%时,硫含量就会>0.3%。

(4) 挥发组分:原生矿石中主要是二氧化碳和水,与碳酸盐矿物有关。

CaO+MgO/SiO2+A12O3:地表褐铁矿一般为0.157,深部褐铁矿一般为0.34,属酸性矿石。菱铁矿波动于0.32～35.8之间,一般在4～22,大体上在12线以东多是碱性矿石；12线以西除碱性矿石外,8～12线还出现自熔—半自熔性矿石,甚至个别还有酸性矿石。

表4 矿石化学成分一览表

菱铁矿中的Mn是指示菱铁矿成因的重要指示元素。沉积成因的菱铁矿中MnO含量为1.5%～2.5%,热液成因的菱铁矿中MnO含量为0.5%左右[3]。从上述矿石成分统计表(表3)中可以看出,菱铁矿中Mn的含量在0.74%～2.52%之间,换算MnO含量则为0.96%～3.25%,具明显的沉积成因特征。

2.4 围岩蚀变特征

区内围岩蚀变主要有重晶石化、白云石化、铁白云石化、硅化和碳酸盐化。

蚀变围岩在空间上有一定的规律,并与一定金属矿化有关。平面上,在矿床分布范围内,可分三个蚀变带,西段主要为重晶石—白云石带,多与铜、铅、锌等金属矿化有关；中段主要为重晶石—铁白云石—硅化带,多与菱铁矿有关；东段主要为弱铁锰碳酸盐化带,与微弱铁矿化有关。剖面上,各种蚀变多在矿体上盘发育,垂直矿体方向,由里向外大体是:铁白云石化、重晶石化—硅化、白云石化—弱铁锰碳酸盐化。

3 控矿因素和矿床成因探讨

3.1 控矿因素分析

地层 菱铁矿赋存于一定的层位,主要是中二叠统栖霞组灰岩和粉砂岩,部分赋存于上石炭统黄龙组灰岩中。在矿体产状表现上,矿体的产状呈层状或似层状,普遍与地层产状一致,且矿体厚度与含矿围岩厚度正相关。在矿石特征上,类型简单,青灰色菱铁矿粒度细,粒间有炭质胶结。在菱铁矿化学成分上,MnO含量为0.96%～3.25%,具沉积成因特征,且微量元素含量与围岩基本一致[2],以上证据均表明该矿床属于沉积成因,地层和岩性为主要控矿因素。

构造 米黄色菱铁矿多呈脉状、细脉星点状或团块状,常切穿层理,赋存在断裂、裂隙和空隙中。但构造活动对矿体的主体(褐铁矿和青灰色菱铁矿)无明显控制,没有褶皱和断层的地方照样有铁矿成矿。且脉状菱铁矿往往在青灰色菱铁矿附近产出,与构造延展方向无相关性。因此,地质构造对于铁矿的成矿作用是有限的,不是主导因素。

岩浆岩 矿区内未见大的侵入体,仅出露少数中生代安山岩和安山玢岩脉,其微量元素含量与矿体相去甚远,表明菱铁矿的来源与其不同。近矿围岩热液蚀变不显著,虽见有不均匀的硅化及铁白云石脉、方解石脉,但其成因是否为岩浆热液仍值得商榷。

成矿物质来源 就目前所知,与菱铁矿来源密切相关的分为2种:①碎屑岩建造。沉积的菱铁矿岩层往往与泥质岩夹层产在一起,或者菱铁矿在粉砂岩中呈胶结物,可能为粉砂岩中的菱铁矿由粒间孔隙水在还原环境下生成。②碳酸盐岩建造。沉积的菱铁矿产于碳酸盐岩中,岩层中的Fe3+还原成Fe2+,经过交代作用形成菱铁矿而富集[4]。尤其是在石灰岩向白云岩,或碎屑岩向碳酸盐岩过渡的层位内,菱铁矿赋存更集中[5]。菱铁矿沉积地球化学相变化的界面附近沉积,是发生在海水逐渐加深和pH逐渐加大的过程中[6-7]。

3.2 矿床成因探讨

沉积成矿作用 原生矿中的青灰色菱铁矿呈层状、似层状或透镜状产于地层中,微细粒均粒结构,显示了原生沉积的特点。青灰色菱铁矿中的SiO2、Al2O3、S、有机碳、TiO2含量高,TFe的含量较低,乃是由于其中泥质、砂质、硅质、有机质、黄铁矿等固态包体物质含量较多所致,是同生沉积物在固态条件下经成岩重结晶作用、交代作用形成的反映。在成岩作用阶段,经有机质还原剂的作用,将Fe3+还原成Fe2+,并与有机质分解产生的CO2化合,才形成青灰色(反映含有机质和其形成的强还原条件)均质微细粒的成岩菱铁矿[8]。

米黄色菱铁矿多为透镜状和脉状,沿断裂、裂隙和空隙分布,常切穿层理,多为粗—巨粒结构,成分较纯。分析其化学成分发现,SiO2、Al2O3、S、有机碳、TiO2含量较青灰色菱铁矿少,TFe含量较高,后生水溶解了成岩菱铁矿,再在断裂、裂隙、空洞中沉淀下来,形成米黄色、粗巨粒的后生菱铁矿,使矿物成分更纯。后生作用主要发生于印支期后期—燕山期,为“沉压”型水交替期,地下水运动的水力梯度增大,导致地下水流速及区域沉积水向本区的排泄相对增强,碳酸盐岩含水层中地下水能与围岩及灰岩较充分接触、反应,为交代作用提供了有利条件。由于铁活动性较弱,且在碳酸盐岩环境中不利于迁移,故米黄色菱铁矿常赋存在层状青灰色细晶菱铁矿矿体内或其附近[9]。这些表明了米黄色菱铁矿形成于后生作用阶段[2,10-11]。

表生改造成矿作用 该矿床有较明显的垂直分带现象,原生矿带主要产于0 m以下,主要矿物种类为青灰色菱铁矿和米黄色菱铁矿,形成于还原环境。浅部氧化矿和地表坡积矿矿物成分主要为褐铁矿,表现为氧化矿石类型。氧化矿为菱铁矿风化的产物,经过风化淋滤产生富集作用,是该矿区的主要矿石类型,产出多在侵蚀基准面以上。坡积矿为氧化矿进一步风化后在地表的坡积物,完全受第四系控制。

4 结论

(1) 赋矿地层为中二叠统栖霞组和上石炭统黄龙组,是一套以深灰色灰岩、粉砂岩和泥页岩为主的碳酸盐岩、碎屑岩建造,沉积环境为还原状态。

(2) 矿石具有垂向分带性,从上至下依次为地表坡积矿、浅部氧化矿和深部原生矿。

(3) 控矿因素以地层和岩性为主,构造和岩浆岩作用不明显,成矿物质来源于碳酸盐岩建造和碎屑岩建造。

(4) 原生矿石在沉积成矿阶段形成,由青灰色菱铁矿和米黄色菱铁矿组成,其中青灰色菱铁矿形成于成岩作用阶段,米黄色菱铁矿形成于后生作用阶段。

(5) 矿床类型为沉积—改造型,即沉积作用形成菱铁矿,后经表生改造富集,形成褐铁矿。

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(责任编辑：于继红)

Discussion on Geological Characteristics and Genesis of the Maanshan IronDeposit in Huangmei,Hubei Province

LI Xiaolin, SUN Weiheng, ZHANG Lei, WU Peng

(HubeiGeological&MiningExplorationCompany,Ltd.,(HGMC)Wuhan,Hubei430022)

Through analysis of geological characteristics,ore characteristics and control factors of Maanshan iron deposit in Huangmei,deposit has obvious vertical zoning characteristics,is sequentially arranged from top to bottom slope deposit,the original surface product ore and primary ore belt,ore minerals from limonite to siderite transition.The main ore controlling factors of the iron deposit are the strata and lithology,tectonic and magmatic activities.The ore forming material is derived from carbonate rocks and clastic rocks.Deposit types are sedimentary transformation type,sedimentary stage formed siderite,the grey siderite form diagenetic stage,beige siderite formation in the catagenesis stage;surface reconstruction stage generates limonite,the orebody occurrence and enrichment,and the formation of the vertical zoning.

siderite; zoning in verticality; ore-controlling factors; sedimentation-reconstruction; Maanshan in Huangmei

2015-06-17;改回日期:2015-07-02

李小林(1966-),男,高级工程师,地质勘查专业,从事地质勘查工作。E-mail:361835123@qq.com

P618.31

A

1671-1211(2015)04-0377-06

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.201504003

数字出版网址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20150707.1700.001.html 数字出版日期:2015-07-07 17:00