福建大田高星铁矿地质特征及矿产预测

2018-01-18黄长煌

福建地质 2017年3期

黄长煌

(福建省地质调查研究院，福州，350011)

大田高星铁矿区位于闽西南坳陷区的东北部，为太华长塔复式背斜的西翼、汤泉岩体的西缘外接触带[1，2]。闽西南地区的铁矿十分重要，其成因类型一直存在争议，其中影响较大的有沉积-改造型[3，4]和矽卡岩型[5-10]两种观点。前者认为成矿受含矿层位的控制，并受到燕山期构造-岩浆的改造，矿质主要来自地层；后者认为成矿主要是燕山期岩体矽卡岩化成矿作用，而主要矿质来源为岩体；部分研究者认为与地层有关[11]。在矿产远景调查中，对该铁矿进行了重点检查，较系统地总结分析，认为该矿床受层位和岩浆的双重控制，归属沉积-改造型铁矿。

1 矿区地质概况

闽西南坳陷形成于晚泥盆世—中三叠世，在石炭纪—二叠纪沉积了富含铁、铜多金属矿质的沉积建造。成矿作用分为华力西期和燕山期两期。华力西期是闽西南坳陷的发展阶段，形成了铁多金属矿含矿建造；燕山期构造岩浆作用使先期形成的含矿建造发生了褶皱、推覆构造、滑脱构造等，汤泉岩体、太华岩体等沿太华—长塔复式背斜的核部侵入，为铁多金属矿床的形成提供了良好条件。

1.1 地层与含矿建造

矿区出露地层主要有新元古代大岭岩组、晚泥盆世桃子坑组、早石炭世林地组、晚石炭世经畲组、中二叠世文笔山组、晚二叠世翠屏山组等(图1)。侵入岩有汤泉岩体(花岗闪长岩)和太华岩体(黑云母正长花岗岩)。该矿区位于太华—长塔复式背斜的北部，新元古代变质岩组成基底，其上是晚泥盆世至早三叠世沉积岩。受后期构造作用形成了滑脱和推覆构造，前者使经畲组局部变厚，易于形成铁矿床；后者则使矿区中部的桃子坑组构造覆盖于文笔山组之上。矿床内各矿体位于汤泉岩体的西缘外接触带的槽状凹部，形成向斜。向斜轴为30°，长约5 km，宽约1.2 km，西北翼地层为倾向为120°，倾角为60°，东南翼地层倾向为300°～330°，倾角为40°～50°，由于核部埋藏深，而未有工程控制。向斜由林地组、经畲组等含矿建造组成，主要矿体均贮存在经畲组中，其中Ⅰ矿体(层)位于经畲组底部，Ⅱ矿体位于中部，Ⅲ矿体位于顶部。林地组受到强烈硅化，其中见有厚度0.2～0.8 m，长度10～20 m的富铁矿体。

图1 大田高星铁矿地质略图(据福建大田—漳平矿产远景调查报告*福建省地质调查研究院，福建大田漳平矿产远景调查报告，2013。修改)

1.2 成矿有关的侵入岩

汤泉岩体是成矿的重要因素，是政和大埔断裂带内的侵入岩，呈北北东向长条状展布，面积130 km2，形成深度6.6 km。石英固化包体的均一化测试，成岩初始温度为720～750℃，终了温度640～680℃；地球化学研究表明，属I型花岗岩。锆石LA-ICP-MS法定年为183～157 Ma，形成时代为早侏罗世至晚侏罗世。笔者在矿区附近采集中细粒二长花岗岩作锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄测试，共测20个点，有效点为18个，其测定年龄为172～165 Ma，加权平均年龄为(168.6±1.2)Ma (MSWD=0.29，n=18)，属中侏罗世。汤泉岩体的花岗闪长岩年龄为早侏罗世，二长花岗岩略晚(中侏罗世)，花岗岩与其南邻的太华岩体同期，为晚侏罗世，因主体为花岗闪长岩，故将其归属于早侏罗世。研究区位于太华长塔复式背斜的北部次级向斜，受岩浆改造形成局部的东西向转折。侵入作用有关的成矿前构造，包括了岩体与地层的接触构造、林地组和经畲组内部继承的构造。矿体分布于接触面外侧100～400 m，产状与地层一致，并未见明显切穿地层。

1.3 矿化蚀变

汤泉岩体的外接触带有3个矿化蚀变带。钾化-硅化带位于汤泉岩体的外围，蚀变使林地组等含铁较高的岩石因蚀变而失去铁质，形成了高硅质的石英岩，宽30～100 m；矽卡岩-矿化带位于钾化-硅化带之外，相当于经畲组的层位，矽卡岩矿物有铁铝榴石、透辉石、透闪石、绿帘石、阳起石等，矿石矿物有磁铁矿、方铅矿、闪锌矿，宽200～500 m；角岩化带主要见于中-晚二叠世泥质岩，为红柱石角岩化等。

1.4 地球物理

1∶5万高精度磁测圈出两个磁异常，编号为CT-1、CT-2。

CT-1异常：长1 000 m，宽600 m，呈长条状沿近东西向展布。磁异常△T呈正负异常相伴，以南部正异常为主，北部为负异常，正异常幅值一般100～200 nT，极大值251 nT。负异常幅值一般 -60～ -100 nT，极小值 -204 nT。异常落在经畲组及推覆构造桃子坑组中，推断异常由隐伏磁铁矿(化)体引起。经1∶1万高精度磁测，推断磁铁矿(化)体埋深400～1 000 m。钻孔验证已证实推覆构造之下的磁铁矿体。

CT-2异常：位于高星铁多金属矿区一带。异常长3 000 m，宽1 500 m，呈长条状沿近北东向展布。磁异常△T呈正负异常，南部以正异常为主，北部为负异常，正异常幅值一般为60～120 nT，极大值为291 nT。负异常幅值一般-60～-120 nT，极小值-231 nT。异常落在燕山早期花岗闪长岩及经畲组、林地组中的石英砂岩、砂岩、硅质岩等中，经1∶1万高精度磁测，推断异常可能由磁铁矿(化)体引起。

1.5 地球化学

1∶5万水系沉积物测量成果表明，该区为甲类异常。有关的化探异常主要呈北北东向，分布于汤泉岩体的外接触带相，主要有Cu、Pb、Zn、W、Mo等异常，异常呈北北东向，多个单元素异常组成规模较大的综合异常，异常具一定的分带现象，岩体附近见有W、Mo元素异常，向地层一侧(西)Pb、Zn及Ag等元素异常明显增强。面积为3～5 km2，以Cu、Pb、Zn为主，Cu 30×10-6～60×10-6，Pb 75×10-6～150×10-6，Zn 100×10-6～200×10-6。表明该区具有Cu、Pb、Zn找矿潜力，存在铅锌矿体。

2 矿床地质特征

2.1 矿体特征

含矿层位为晚石炭世经畲组，有3个矿体，编号为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ (图2)。

图2 高星铁矿1018线地质剖面图(据福建大田—漳平矿产远景调查报告修改)Fig.2 Diagram showing the geological profile in the No.1018 exploration line in Gaoxing iron deposit1—晚二叠世翠屏山组；2—中二叠世文笔山组；3—晚石炭世经畲组；4—早石炭世林地组；5—上元古界大岭岩组；6—燕山早期斑状细粒花岗岩；7—燕山晚期花岗闪长岩；8—滑脱断层及编号；9—硅化/黄铁矿化；10—铁矿体及编号；11—钻孔位置及编号

Ⅰ铁多金属矿体：位于工作区的北部，总长度1 100 m，厚度1.31～17.92 m，延伸400～740 m，分布于标高480～1 100 m。主要矿体底板为早石炭世林地组石英砂砾岩系或大岭组变质岩，顶板为矽卡岩；矿体在向斜核部厚度较大，为磁铁矿体。产状与地层基本一致，倾向南西，倾角40°～50°；有分叉复合现象。矿石呈块状，风化呈斑杂状、条带状，主要矿物为磁铁矿，少量方铅矿、闪锌矿等，脉石矿物有透辉石、石榴石、石英等。矿石品位TFe一般为23%～54.35%；mFe一般为3%～15%，最高33.68%；Pb一般为0.38%～0.92%，最高1.62；Zn 0.15%～3.98%，最高7.80%；Cu 0.07%～0.16%。

Ⅱ铁多金属矿体：由3条剖面控制，为隐伏矿体，仅在钻孔中见及。总长度800 m，厚度12.65～6.89 m，延伸400～740 m，分布于标高500～1 150 m。矿体位于经畲组中上部，顶底板为矽卡岩；含1～2层铁多金属矿(磁铁矿、铅锌矿等)；产状与地层基本一致，倾向南西，倾角40°～50°。矿石呈块状、角砾状，主要矿物为磁铁矿、闪锌矿、方铅矿，脉石矿物为透辉石、铁铝榴石、阳起石、绿帘石及残余石灰岩；矿石品位TFe 28.41～32.54，mFe一般为19.2%～26.3%，最高28%；Pb一般为3.25%～5.36%，最高12.5%；Zn一般为0.25%～2.48%，最高3.53%。

Ⅲ铁多金属矿体：为隐伏矿体，位于1018线，仅在钻孔(ZK10184、ZK10185)中见及，总长度400 m，厚度2.35～3.43 m，延伸400 m，分布于标高890～1 100 m。矿体位于经畲组的砂岩、粉砂岩间，常呈似层状。以褐铁矿(磁铁矿风化)为主，含较高泥质，分布较局限，品位TFe 26.79%～48.68%,mFe 0.20%～1.02%。

矿体贮存于经畲组中，直接底板为石英砂岩、矽卡岩，顶板为矽卡岩、粉砂岩。矿体与地层产状一致，呈整合接触，符合地层及褶皱的规律，向南西倾伏，倾角25°～30°，产于褶皱的平缓的部位。地表的采场露头可见矿体底板与矿体呈突变的关系。

2.2 矿石特征

矿石原生结构为自形结构、半自形、他形晶粒状，重结晶作用形成粒状变晶、交代熔蚀结构等。矿石主要有块状构造、浸染状构造、条带状构造和斑杂状构造。以块状构造为主，是磁铁矿与石榴石等矿物紧密连生，致密的构造；浸染状构造则以磁铁矿含量较低的矿石，常与方铅矿、闪锌矿共生者，呈星散状作定向排列所致。

矿石矿物成分有磁铁矿、方铅矿、闪锌矿、褐铁矿，非金属矿物有石英、石榴石、阳起石、绿帘石、透辉石、透闪石等。主要有用组分在地表为褐铁矿，深部为磁铁矿、方铅矿和闪锌矿。伴生有用组分主要为Ag，及同体铅锌矿体。矿床铁矿中主要有害组分S、P、SiO2的含量较低，各工程的品位S 0.069%～0.074%，P 0.013%～0.016%，SiO213.04%～13.97%。

3 讨论

3.1 矿床成因探讨

矿床成因类型是闽西南地区铁矿研究中长期争论的问题，主要有沉积-改造型和矽卡岩型。沉积-改造型认为石炭世经畲组沉积过程中形成了铁矿层，后经燕山期构造-岩浆作用改造成最终矿体；矽卡岩型将成矿归因于燕山期的酸性岩浆作用。此外，火山沉积型认为海相火山的喷溢的矿质聚集形成矿体[12]。

高星铁矿的主要矿体呈层状或似层状，分别贮存于经畲组的底部、中部和上部。底部的底板是林地组石英砂岩，矿石矿物主要为磁铁矿，出现少量硫化物，脉石矿物有透辉石、石榴石，含较高石英；中部则有磁铁矿、硫化物(黄铁矿、方铅矿、闪锌矿)及透辉石、石榴石、绿帘石、阳起石，常有石灰岩残余等；上部主要为磁铁矿，相对含量较低，含泥质较高。三者存在一定差别，可能继承了沉积层特征。汤泉岩体外接触带的蚀变分带，即钾化-硅化带、矽卡岩-矿化带和角岩化带，矿化蚀变与矿体特征的矽卡岩及矿物方面的差异可以解释为矽卡岩-矿化带的内部分带，但却无法解释Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ矿体中分别有较高的石英、残余石灰岩及泥质岩的差异。这些现象可能更有利于沉积-改造型的观点。

图3 高星铁矿TFe-Mn及TFe-Pb+Zn变异图Fig.3 Variograms of TFe-Mn and TFe-Pb+Zn of Gaoxing iron deposit

将三个矿体的主要成矿元素的TFe、Mn、(Pb+Zn)的含量作成TFe-Mn、TFe-(Pb+Zn)变异图(图3)，结果表明， Mn和(Pb+Zn)主要含量存在明显分异，Ⅰ铁矿体含量分别为2%和0.5%；Ⅱ铁矿体分别为3%～13%和0.6%～2%；Ⅲ矿体Mn分散，或<0.3%或12%～16%，(Pb+Zn)含量为0.5%～1.3%。上述样品分布在1012，1014，1018，1024共4条勘探线的9个工程中，Ⅰ矿体表现为低Mn、Pb、Zn；Ⅱ矿体变化较大，Mn、(Pb+Zn)含量较高，与Ⅰ矿体差异明显；Ⅲ矿体Mn变化较大，也区别于Ⅱ矿体；一方面说明了矿体连接的可靠与合理，另一方面也说明了同一矿体属同一层位特征。由于三个矿体(层)之间存在隔层，矿体(层)成矿元素的同一性和不同矿体间的差异性，不支持热液或矽卡岩化成矿作用，却成了沉积-改造型形成矿质层的论据。

在区域矿床的研究过程中，许多研究者将该矿床与周围的铁矿床一起归为矽卡岩型铁矿床。但酸性岩浆侵入是否能带来形成大中型铁矿的铁矿质？如果不考虑铁质来源而仅考虑矿床的形成结果，矽卡岩型能更好解释矿床的各种矿化蚀变现象，如位于岩体的外接触带，矿物组合中磁铁矿与石榴石、透辉石、透闪石等共生，以及各种矿化蚀变的分带等。矽卡岩矿物的普遍存在常归因于花岗岩与石灰岩作用的结果，此类铁矿也可称为矽卡岩型矿床。

普遍观点认为，酸性岩浆没有足够的铁质，难于产生大量的铁质堆积，尤其是马坑、高星等大中型铁矿床。王尔康等认为岩浆活动吸收富含铁质的围岩铁质外迁、聚集成矿，可解释马坑、高星等大-中型铁矿的矿质来源，并用计算方法解释了汤泉铁矿的物质平衡。该矿的矿化蚀变分带现象支持了矿质与林地组等的相关性，厚度巨大(>1 000 m)的富铁石英砂岩、粉砂岩组合，受到硅化、钾化而使铁质向外迁移，在经畲组底部等构造有利部位聚集，并与类似来源的钙质一起结晶形成了具矽卡岩特征的铁矿体。这也能较好地解释Mn、(Pb+Zn)的分异作用，贮存于林地组(硅化)石英砂岩中的铁矿体。这种广义的铁质沉积来源的观点，能更好地解释该矿床产于经畲组厚度较小而形成较大矿床规模的矿质供源问题。综合了矿床特征和成矿作用，将高星铁矿床归属为沉积-改造型铁矿床。

3.2 成矿模式

高星铁矿床的形成受含铁层位和侵入岩的双重制约，集中反映为矿体贮存于经畲组与花岗岩的外接触带的叠加部位。经畲组的建立与马坑铁矿的贮存层位是相关的，是研究者为了更好研究控制马坑铁矿的层位，将林地组上部与栖霞组等石灰岩之间的富含铁质层位划分为一个地层单位。福建省地质八队对马坑铁矿的地质勘查作了大量工作，结合区域矿床分布，认为闽西南地区主要铁矿贮存于经畲组中。韩发、葛朝华根据马坑铁矿床的部分铁矿体伴有基性岩等事实，认为铁质来源于海相火山作用。上述观点对闽西南地区的铁矿成因研讨影响深远，对找矿和预测也有很大影响。笔者在大田高星铁矿外围进行的调查发现晚石炭世的石英砂砾岩与早二叠世石灰岩之间存在富含铁(锰)质层位，在铭溪、槐南、高星、太华、汤泉、万湖、沈口均有分布，厚度35～80 m。向南至潘田、洛阳铁矿也有类似层位。这个层位十分连续和稳定，可延伸至龙岩马坑铁矿外围的经畲组，在调查过程中作为含矿层位或矿源层对待。

近年来的调查发现，大田汤泉、高星等地的基性岩并不发育，但其底部及顶部各有一层富铁(锰)质层，整个层位富含铁质，作为矿源层确较合理。侵入岩对铁矿床的控制早已经被研究者所认识。汤泉、高星、万湖、潘田、洛阳等铁矿的矿体多数位于花岗岩体外接触带的矽卡岩内，矿体常具小而富、伴生丰富元素的矽卡岩型矿床特征。但也有例外，如磁铁矿体分布在林地组顶部的石英砂岩中，没有出现矽卡岩矿物。王尔康等认为汤泉铁矿的形成是汤泉岩体改造、熔化、交代了含铁建造，使铁质外迁至接触带，当岩体与石灰岩接触时铁、钙等共同形成了矽卡岩及矿体。显然含铁建造与岩浆作用的叠加是重要的因素。

图4 高星铁矿成矿模式图Fig.4 The metallogenic model chart of Gaoxin iron depositP2—T1—中二叠统-下三叠统；P1-P2 —下二叠统-上二叠统；C1-C2—下石炭统-上石炭统；D3-C1—下泥盆统-下石炭统；Pt3—晚元古代(基底)(成矿分两个阶段:晚泥盆世-中二叠世沉积(火山)形成铁铜多金属矿源层，矿质来自风化和岩浆(火山)作用；印支-燕山期构造-岩浆改造作用使先存的地层中的矿质及矿源层的矿质重组形成矿体)

高星铁矿成矿分为沉积成矿阶段和构造岩浆作用改造阶段图(图4)。沉积成矿阶段主要说明铁矿源层的形成。燕山期的构造岩浆改造阶段，则反映具有上述层位与侵入岩的双重作用。成矿作用主要有两期，早期为闽西南地区形成矿源层；晚期(印支-燕山期)的构造-岩浆作用叠加形成矽卡岩型铁矿体。铁矿源层是在晚石炭世的闽西南地区中形成，铁质可能来源于大陆风化产生的铁质，以铁离子等形式流入水中，并汇集于有利的部位。马坑铁矿因存在多层中基性火山岩，海相火山裂陷的火山喷溢的铁多金属矿质是其重要来源。高星铁矿没有发现火山岩，因而不可能由火山作用提供铁质，在图中表示了沉积形成铁矿质的过程。印支期、燕山期的构造-岩浆作用，体现在构造作用形成区域性褶皱、滑脱、推覆等构造，使先沉淀的富含铁质的物质层在褶皱的核部变厚，铁质丰度变高，为铁矿体的形成提供物质基础；岩浆作用是构造作用的后续，岩浆沿区域性断裂上侵，流向褶皱核部等构造有利部位，对富铁质层进行改造，可能使铁质等活化，部分岩浆热液与栖霞组石灰岩作用，当温度下降时，矽卡岩矿物结晶的同时使岩浆热液携带，从围岩中活化而来的铁质结晶堆集形成矿体。这种作用在汤泉岩体有表现，并形成众多的铁(锰)矿(化)体。

3.3 预测要素和预测模型

该矿床的预测要素主要有成矿地质因素和物化探异常等因素 (表1)。

表1 高星铁矿预测要素

预测主要与目标矿体的特征有关，由于研究区的风化较强烈，浅表部已风化为褐铁矿或铁锰矿没有磁性，地磁只能反映深部的磁性体。由于一般磁性体(磁铁矿)的埋深较大，可达100～200 m，矿体的厚度仅5～20 m，地磁的强度相对较低，常形成低缓异常。化探异常主要为Cu、Pb、Zn、Ag、Mn异常。由于矿体中含有较高的Cu、Pb、Zn、Ag、Mn等元素，如区内水系沉积物测量，Cu 30×10-6～60×10-6，Pb 75×10-6～150×10-6，Zn 100×10-6～200×10-6，均形成异常。成矿元素透出地表时，形成的重要找矿指示。

预测模型图主要考虑的因素有与矿床形成有关的各种地质因素和对找矿有指示作用的物化探要素(图5)。