加拿大拉布拉多铁矿类型与勘查模型

2019-10-23翟富荣梁帅杨新宇张婧一张广阳魏明辉苗彤谭亮

世界地质 2019年3期

翟富荣,梁帅, 杨新宇,张婧一,张广阳,魏明辉,苗彤,谭亮

1.辽宁省地质矿产研究院有限责任公司，沈阳 110034；2.中国地质调查局沈阳地质调查中心，沈阳 110034；3.辽宁省地质矿产调查院有限责任公司，沈阳 110034；4.辽宁省城乡建设规划设计院有限责任公司,沈阳 110006;5.中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司，沈阳 110014

0 引言

拉布拉多位于北美大陆东部边缘，是加拿大太平洋成矿域中最大和最具地质多样性的成矿省，区内岩石组合、地质年代、构造类型和沉积环境的多样性,导致了矿化类型的多样性和巨大的成矿潜力，具备产出大型铁、铀及稀土等矿床的地质环境[1--3]。拉布拉多地槽为世界级大型铁矿集中区，分布有Carol Lake、Scully Mine、Scheff erville、I abMag(Howells River)、JulienneLake和Kamistiatusset等大型或超大型铁矿床[4]，铁矿勘查和开采主要集中在拉不拉多西部地质上称为“拉布拉多地槽”的地区。王炯辉等人对拉布拉多地槽DSO型铁矿进行研究，并对其成因类型、地质特征和成矿规律进行总结，并圈定3个DSO型铁矿找矿矿靶区，提出综合地质和地球物理方法是实现快速突破的有效方法[5];王永春等人对拉布拉多地区Superior湖型铁建造进行研究，并总结其成矿模式及区域资源潜力分析[6]。张新元等人对纽芬兰—拉布拉多省矿业开发概况进行了细致梳理，李振林对拉布拉多地槽铁矿项目投资及注意事项进行了研究总结[7--8]。基于拉布拉多铁矿对于全球铁矿供需市场的重要性，开展区域铁矿类型和勘查模型的研究工作，为国内地矿单位、企业参与拉布拉多铁矿的勘探和开发提供参考，加快实施“走出去”战略。

1 区域地质概况

拉布拉多位于矿产丰富的加拿大地盾东缘[1]，由5个成矿区构成(图1)，属太古宙克拉通的Nain成矿区和Superior成矿区，周边为古元古代活动带Churchill成矿区和Makkovik成矿区，这两个成矿区南部又被Grenville矿区改造[2]。铁矿床主要分布在Superior成矿区、Churchill成矿区西部和Grenville成矿区西北部地区。Superior成矿区主要由太古宙麻粒岩相英云闪长岩和混合质变质沉积片麻岩构成，变质镁铁质火山岩很少产出，为沉积变质型铁矿床成矿环境。Churchill 成矿区西部为由细粒浅海沉积物和火山岩组成的、富含金属的古元古代盆地(拉布拉多地槽)，盆地除含有丰富含铁建造外，还分布广泛的碎屑岩和碳酸盐岩。Grenville成矿区由中高级变质的英云闪长质--花岗闪长质斜长片麻岩、副片麻岩、变辉长岩和未变质花岗岩构成，拉布拉多地槽南部遭受的Grenville变质作用有利于该区含铁建造的形成。

地槽沿太古代Superior--Ungava湾克拉通东部边缘分布(图1)，主要由古元古代的沉积岩和火山岩构成，在拉布拉多西南部延伸至时代更新的Grenville成矿区，并于约前1 Ga时经历了变形和变质作用。地槽中铁矿床主要赋存于Kaniapiskau群Sokoman组含铁建造中段(表1)[9]，主要由铁硅酸盐、镜铁矿及磁铁矿构成的灰色至粉红色的硅质岩和铁氧化物丰富的巨厚序列(矿层)。

2 拉布拉多铁矿

本次研究将拉布拉多铁矿分为两个地区，与拉布拉多地槽范围内的铁矿称之为“拉布拉多地槽铁矿”，除拉布拉多地槽以外地区的铁矿称之为“其他地区铁矿”。

表1 Sokoman含铁建造与岩石组合

图1 拉布拉多铁矿地质简图及主要铁矿床分布Fig.1 Simplified geological map of Labrador iron deposit and distribution of major iron deposits

2.1 拉布拉多地槽铁矿

2.1.1 铁矿类型

铁矿主要是氧化物相、苏必利尔型含铁建造，产于浅海环境的化学沉积，进一步划分为3个亚类[10--11]：

变质的粗粒(镜铁矿、磁铁矿)含铁建造型主要分布于地槽内Labrador 城—Wabush地区，约1 Ga前经历Grenville造山运动影响，褶皱作用导致许多地区层序重复，使铁矿的地表出露范围和厚度增加；另外受蚀变和变质作用导致矿石中片状赤铁矿、粒状磁铁矿颗粒变粗，品位增高。

高品位表生矿型(又称DSO型，赤铁矿、针铁矿和褐铁矿)主要分布于Schefferville地区，为弱变质的硅质含铁建造，在白垩纪风化过程中富集，含铁> 50%，具有矿石软、易碎、细粒及多孔隙特征。

弱变质的含铁建造或铁燧岩型遍布地槽，含铁15%～30%，矿石矿物以磁铁矿为主。

2.1.2 成矿地质条件与矿床分布

地槽内出露地层主要为一陆架沉积向深海浊积，最终到浅海相、陆相岩石的演化序列，沉积序列下部为裂谷沉积，上部为海侵沉积，称之为Kaniapiskau群[10--11]，由古元古代(2.17～1.87 Ga)沉积岩和火山岩构成，并于约前1 Ga时经历变形和变质。地槽与太古代基底之间，西部为不整合接触(古元古代沉积)，东部则为断裂接触(可能为异地洋底深水沉积岩和火山岩)。铁矿床主要赋存于Kaniapiskau群Sokoman组(中段)，为一30～170 m厚的硅质富铁沉积序列，其下为一套厚的页岩、硅质碎屑岩和白云岩(Wishart组)，其上为基性火山岩(Nimish组)，Sokoman组自拉布拉多城向Schefferville(NNW，达250 km)和魁北克(SW)两个方向延伸。地槽经历了绿片岩相变质作用并发育有开阔--紧闭褶皱，但在西部前陆盆地，岩石微倾且基本未受扰动，层序基本完整，铁矿床主要集中于拉布拉多城—Wabush和Schefferville地区。

拉布拉多城—Wabush地区铁矿类型主要为变质的粗粒(镜铁矿、磁铁矿)含铁建造型和弱变质的含铁建造或铁燧岩型，主要分布着Carol湖(Humphrey 和 Luce deposits矿床)铁矿床、Scully铁矿床、Julienne湖铁矿床、Rose铁矿床、Rose北铁矿床和Mills湖铁矿床等[11]。多数矿床由褶皱构造形成并赋存其中，如Mills湖矿床由一个向东倾斜的板状矿体构成，矿化由粗粒变质铁燧岩构成，以磁铁矿为主。

Schefferville地区铁矿类型主要为高品位表生矿型(赤铁矿、针铁矿和褐铁矿)，分布于沿魁北克—拉布拉多边界地带附近的Astray湖地区内，分布着James铁矿床、Timmins铁矿床和Labmag铁矿床等[11]。

地槽其他地区近年陆续发现的Sawyer湖铁矿点、Gabbro湖铁矿点和Snelgrove湖铁矿点，已有勘探资料表明均具有较好成矿潜力。弱变质磁铁矿含铁建造或铁燧岩也广泛存在于Grenville成矿省北部边缘的Churchill和Labrador城之间，也发现有许多铁矿化点，这些地区也具有一定的成矿潜力。

2.1.3 典型矿床分析

Julienne湖铁矿床位于拉布拉多城北侧约27 km处，矿床产于Kaniapiskau群Sokoman组含铁建造中[12]，其含铁建造中段为主要矿化层位，矿体围岩为Wishare组。矿体露头走向长约2 km，宽度为0.55～1 km，剖面上是一个断陷盆地或向斜构造(Julienne盆地)，垂直厚度达575 m，主要矿石类型为镜铁矿和磁铁矿，Grenville造山运动对铁的富集起到重要促进作用[13--16]。

Julienne湖地区Sokoman组含铁建造具有以下地质特征[14--16]：①Sokoman组经历了多期构造演化，其中既有新魁北克造山带的褶皱和变质作用(1 800 Ma)，又有Grenville成矿省的褶皱和变质作用(1 000 Ma)。②Sokoman组各沉积单元矿物学特征都相对比较简单，主要由石英、赤铁矿、粗粒镜铁矿以及少量磁铁矿在内的含铁矿物构成，硅酸盐和碳酸盐矿物中也有少量的铁闪石和铁白云石。其含铁建造为石英--镜面赤铁矿或约含石英和铁矿物各50%(体积)的石英-镜铁矿片岩，石英主要呈中粗粒粒状，铁氧化矿物主要是粗粒片状镜面赤铁矿、中粗粒单一赤铁矿颗粒及细粒土状赤铁矿--褐铁矿。③Sokoman组岩石组合有镜铁矿石英片岩、石英镜铁矿片岩、石英--粒状镜铁赤铁矿岩、石英--粒状赤铁矿岩、含铁白色石英岩、细粒燧石赤铁矿、石英--镜铁矿--硅酸盐和粗粒石英--镜铁矿，条带状部分由两个及以上单位构成，石英--镜铁矿单位的含锰段部分再活化。

2.2 其他地区铁矿

Saglek湾南岸有太古代条带状Algoma型含铁建造产出，其形成与附近的斜长角闪岩和麻粒岩有关，这些高级变质的岩石构造复杂，具有较大的成矿潜力[17]。Grand河盆地发育有大面积火成岩(斜长岩、辉长闪长岩等)，广泛含有一定量的铁氧化物矿物，勘探资料证明冲积砂和古海滩沉积中的铁氧化物富集具有普遍性[18]。

Nain成矿省北部Kiglapait层状侵入体上部发育有横向连续的富磁铁矿层，研究发现其中含有大量的钛和钒，初步认为具有一定的Fe-Ti-V富集潜力[19]。Grenville成矿省南部的斜长岩侵入体也具有类似的地质环境，可能也具有Fe-Ti-V富集潜力。

3 勘查模型

拉布拉多地区含铁建造根据其构造地质背景、相关岩石与沉积环境，可分为两个类型：与海底侵位的火山岩(尤其是绿岩带中的)有关的Algoma型和与火山岩没有直接关系的形成于大陆边缘的Superior型含铁建造，拉布拉多地槽铁矿以Superior型含铁建造为主(1.90～1.85 Ga)[14]。

Superior型含铁建造形成机制是原始含铁建造在古元古代期间发生褶皱、断裂和弱变质后，发生与大气降水循环有关的次生浅成富集(向斜构造或断陷地块)作用，即石英和碳酸盐被淋出，形成了脆性、粒状铁矿石和沉积在孔隙空间的次生褐铁矿、针铁矿；淋滤带跨断层明显偏移的一方说明其在富集过程中有构造活动参与；局部存在含白垩纪植物和昆虫化石的碎石和岩堆沉积表明，至少在中生代还有一些富集作用发生(高品位表生矿型)。据此建立Superior型铁矿床勘查模型(表2)，为寻找同类型矿床提供参考。