江西省弋阳县狮子包铁矿地质特征及找矿方向

2020-07-09周丁根陈立泉周先军

资源环境与工程 2020年2期

王平，周丁根，陈立泉，周先军

(江西有色地质勘查一队,江西鹰潭 335000)

矿区内工作主要以钻探为主,对铁矿化体验证、追索、控制在深部赋存规模、形态、产状、厚度和有用组分的变化上,初步查清矿体在空间上的分布及赋矿规律,为该区域内铁矿找矿提供新的工作思路。

1 成矿地质背景

区域内出露地层主要是南华纪洪山组和寒武纪外管坑组[1],其中南华纪洪山组为区域内富铁层位。区域构造以武夷复背斜为主体,北面被萍乡—广丰深断裂切割破坏,南西部北西向断裂发育。区内表现为一单斜构造,由北往南地层变新,含铁岩系产于洪山群地层中,地层中隐约可见小型紧密同斜褶皱,伴随着褶皱作用产生石香肠、蛇形、“∽”形等构造。区域岩浆活动自加里东期开始,至燕山期均有不同程度的活动,规模较大的有加里东期(洪山岩体、金山银盘岩体)及燕山早期(刁桥岩体)岩浆活动。岩浆岩均分布于武夷复背斜南翼并受北东向断裂带控制(图2)。区内普遍遭受区域变质作用,变质程度相当于绿片岩相,局部达到低角闪石相。靠近岩体变质程度略高,出现片岩—片麻状岩石。

图1 赣中铁矿田构造位置图
Fig.1 Structural location map of the iron ore field in Jiangxi Province

1.江南隆起带九岭逆冲隆起；2.萍乡乐平坳陷；3.万年推覆地体；4.信江钱塘地块；5.怀玉坳陷；6.广丰坳陷；7.武功山会稽山前缘褶冲带；8.武功山隆起；9.饶南坳陷；10.永莲坳陷；11.罗霄诸广隆起；12.武夷隆起带；13.鄱阳盆地；14.信江盆地；15.抚州盆地;16.吉泰盆地；17.赣州盆地；18.晋宁蛇绿岩片；19.新余式铁矿矿产地；20.狮子包铁矿位置；21.沉积变质型铁矿带。

图2 区域地质略图
Fig.2 Regional geological map

1.第四系；2.侏罗系上统鹅湖岭组；3.二叠系中统栖霞组；4.二叠系下统马平组；5.石炭系上统藕塘底组；6.寒武系外管坑组；7.南华系上统洪山组上段；8.南华系上统洪山组下段；9南华系下统万源岩组；10.印支期二长花岗岩；11.加里东晚期花岗岩；12.加里东晚期二长花岗岩；13.加里东中期黑云母花岗岩；14.加里东期中期片麻状变余中细粒黑云母斜长花岗岩；15.地质界线；16.断层；17.含铁岩系；18.地层产状；19.铁矿产地；20.狮子包铁矿范围。

1.1 地层

南华纪洪山组：广泛分布于矿区内,由上、下两段组成。下段(Nh2-Zh1)由一套云母片岩、石英片岩、铁矿层、炭质板岩组成，大致可分三层：下层以石英片岩为主；中层为含铁岩系,厚约300 m,该层由云母片岩、石英片岩及铁矿层组成,铁矿层位于中上部；上层为石英岩与炭质、硅质板岩互层,上层厚>1 000 m。上段(Nh2-Zh2)为一套巨厚层状的片麻岩系。呈中粗粒花岗结构,片麻状构造,矿物成分由石英、长石、云母、角闪石等组成。

寒武纪外管坑组：分布于矿区南部,岩性为石英云母片岩与炭质板岩互层,夹“石煤层”及重晶石层,含磷及黄铁矿结核,局部夹灰岩透镜体。

第四系：分布在矿区东南部,厚度20 m。岩性为砂砾土及亚粘土,坡积层为土黄色、砖红色砂砾泥松散堆积物。

1.2 构造

矿区位于上马石—洪山近东西向倒转向斜之北翼,岩层走向120°,倾向南南西,倾角60°～80°,产状较稳定,一般为70°。区内构造以断裂为主,褶皱不发育。

图3 弋阳县狮子包铁矿地质简图
Fig.3 Geological sketch map of Shizibao iron deposit

1.寒武系外管坑组；2.南华系洪山组下段；3.南华系洪山组上段；4.加里东晚期第一阶段细粒—中细粒二云二长花岗岩；5.花岗岩脉；6.伟晶岩脉；7.铁矿化体；8.铁矿体及编号；9.地层界线；10.推测断层及编号；11.槽探；12.钻孔；13.勘探线及编号。

区内发育一组平移断层F12、F13,F12长约750 m,F13长约800 m。断层破坏矿体走向的连续性。断层走向近南北,错动方向一般都是西盘北移、东盘南移,水平错距一般100～300 m。属成矿后构造。

1.3 岩浆岩

区内岩浆岩主要有燕山期和加里东期,燕山期岩浆岩呈岩脉侵入于南华系洪山组和寒武系外管坑组地层中,与地层走向基本一致。岩性主要有花岗岩、伟晶岩等(图3)。

花岗岩产出状态绝大多数为脉状,极少见到不规则的小岩枝。岩脉产状以平行地层为主,斜交切割的较少。岩脉厚度由不到1 m至近百米不等。

伟晶岩呈不规则脉状,脉厚由几厘米到几十米不等。脉体走向有顺层的，也有垂直和斜交的。伟晶岩脉虽然发育,随处可见,但单个脉体所占空间不是很大。

加里东期岩浆岩多呈岩珠、岩床产出,分布于矿区的东部,为中细粒、细粒二云二长花岗岩。

1.4 变质作用

(1) 区域变质作用。区域变质作用是区域性分布的中深层热动力变质作用。在区域变质作用下,泥质岩石大部分变为绢云母片岩、绿泥绢云母片岩等[2]；细碎屑岩如细砂岩、石英砂岩变为变质细砂岩、石英岩。调查区含铁岩系分为含镜铁绢云片岩、绢云绿泥片岩、含镜铁绿泥片岩、铁矿层等。洪山组下段产生混合岩化形成片麻岩,而外管坑组变质程度较浅,形成含碳板岩类。

岩石中石英表现为压扁、拉长、重结晶,泥质胶结物重结晶为绢云母、绿泥石。

(2) 动力变质作用。动力变质作用在矿区内表现为压碎变质作用,主要是在应力场作用下完成。应力较强的地段(断层中)一般产生片理化、碎粒化(形成白泥),微观上矿物压扁、拉长、矿物重结晶和晶格错动、石英波状消光等,局部形成新的变质矿物,如绿泥石、绿帘石、黑云母等。

2 矿床地质特征

2.1 矿体特征

铁矿体赋存于洪山组上部中层含铁岩系中,层位较稳定,围岩为石英岩及云母片岩,矿体与地层产状一致,矿体形态呈似层状、透镜状；厚度变化较大,膨大缩小和尖灭再现常见,加上受后期花岗岩侵入破坏,矿体走向和倾斜方向都显得不连续。矿石与围岩的界限较为明显。

I号铁矿化层分布在工作区南东段的6～15线之间,长度1 100余米,视厚度20～80 m,走向北西—南东,倾向210°～230°,倾角50°～80°。

Ⅱ号铁矿化层分布在Ⅰ号铁矿化层西部,出露于17～19线,长200多米,视厚度40～60 m,走向北西—南东,倾向205°,倾角75°～78°。

Ⅲ号铁矿化层分布在17～19线,长200 m,视厚度约55 m,走向北西—南东,倾向205°,倾角85°。

在铁矿化层内,圈出工业矿体有4层,其中Ⅰ号矿化层有1层矿体,编号为Ⅵ1,Ⅵ1为主矿层；Ⅱ号矿化层中有2层矿体,编号为Ⅶ1、Ⅶ2；Ⅲ号铁矿化层有1层矿体,编号Ⅷ1。

Ⅵ1(图4),长度960 m,控制倾斜延深225 m,矿体主要由含矿石英岩组成,石英岩厚度1～10 m,最厚可达25 m,局部有夹石。由NW至SE厚度逐渐变小至尖灭,倾向SW,倾角50°～82°。西至F13,F13西侧未找到矿体。矿体平均厚度25.32 m,矿体品位较为稳定,矿石中以镜铁矿为主。mFe平均品位仅占TFe平均品位的34%。

其余矿体(Ⅶ1、Ⅶ2、Ⅷ1)规模很小。

图4 11号勘探线剖面图
Fig.4 The geological section along the line 11

1.南华纪洪山组上段；2.铁矿化层；3.低品位矿体；4.铁矿体及编号；5.钻孔编号及孔深。

2.2矿石特征

(1) 矿物成分。矿区铁矿石主要为含磁铁镜铁云母石英片岩矿石(图5),根据矿石光片鉴定资料,矿石中主要金属矿物为镜铁矿,其次为磁铁矿和黄铁矿,另有微量褐铁矿。非金属矿物以石英为主,其次为长石和云母。

图5 狮子包调查评价区铁矿石照片
Fig.5 Survey evaluation area iron ore photo of Shizibao

A.镜铁云母石英片岩矿石(条痕呈褐红色),ZK1701-145.90 m;B.磁铁石英岩矿石(磁铁能吸起来),ZK1701-173.30 m。

(2) 结构、构造。矿石结构以粒状变晶结构和鳞片状—粒状花岗变晶结构为主,少量交代结构,如黄铁矿交代磁铁矿颗粒，氧化矿石中以次生交代结构为主。

矿石构造以块状构造和片状构造为主,浸染状构造和条带状构造次之。致密块状镜铁矿石呈亮灰黑色,坚硬块状,击之现红色条痕,主要由石英和镜铁矿组成,含少量黑云母及星点状结晶完好的磁铁矿；片状构造矿石呈细小鳞片状结构,片状构造,有用矿物镜铁矿呈细小颗粒状散布在矿石之中。

(3) 化学成分。①铁矿区属典型的贫铁矿,矿石全铁品位一般20%～25%～38%,全矿段全铁平均品位26.41%。据不完全统计品位变化系数为23.43%,属于有用组分分布均匀的矿体。经统计可熔铁在全铁中所占比例达96%,铁在矿石中多呈镜铁矿存在。

②硅：矿石中除氧化铁外几乎全是氧化硅,二者在样品中互为消长,二氧化硅在矿石中的含量平均为51.37%,所以矿石为酸性矿石,SiO2偏高对选矿不利,SiO2在矿石存在形式为石英。

③有害物质：矿石中有害元素的含量据光谱分析资料(表1),都没有超过有害物质允许含量。

表1 光谱分析结果表Table 1 Table of spectral analysis results

测试单位：江西省地质矿产勘查开发局九一二地质大队实验室。

综上所述,区内铁矿石具有以下特征：

(1) 矿石是典型的贫铁矿,全铁平均品位26.41%,符合工业要求,但必须经过选矿后才能加以利用。矿体中没有富矿段。

(2) 矿石为酸性矿石,主要有害物质为SiO2,平均含量达51.37%,选矿时需要引起注意。

(3) 矿石化学成分较为单纯,除氧化铁与氧化硅外,伴生有益组分含量甚微,其他有害物质含量不足影响工业利用。

(4) 矿石质量变化不大,各种组分在矿区分布较为均匀,只有硫在热液星点状黄铁矿分布区含量较高。

3 成因初探

区内铁矿形成大致可分为四个阶段:

(1) 初始沉积阶段。在铁矿沉积前和沉积过程中有较强烈的火山活动,裂谷海盆火山喷发物质为铁矿形成提供了主要的铁质来源。海底火山活动喷发硅铁质,经搬运,在距古火山口一定距离的盆缘浅海间海暖湿气候条件下,形成硅铁质沉积建造原始矿层[3],即硅铁质沉积发生在海进序列的初始阶段。

(2) 变质阶段。加里东褶皱造山运动、区域变质作用,使原始矿源层经变质叠加进一步富集[4]。同时岩石产生大量绿片岩相变质矿物,泥质岩石大部分变为绢云母片岩、绿泥绢云母岩等；灰岩变为白云质大理岩；细碎屑岩如细砂岩、石英砂岩变为变质细砂岩、石英岩。含铁岩系变质为含镜铁绢云片岩、绢云绿泥片岩、含镜铁绿泥片岩、铁矿层等。洪山群下部产生混合岩化形成片麻岩,而荷塘组变质程度较浅,形成含碳板岩类。

(3) 岩浆岩对矿体的富集和破坏阶段。含铁矿化层附近见大量燕山期花岗岩脉及伟晶岩脉,花岗岩脉、伟晶岩脉的侵入带来了成矿热液,岩浆热液作用对铁矿体起到了富集作用,同时也侵占了一定的矿体空间,破坏了矿体的连续性。

① 对矿体的富集有作用。岩浆岩附近和热液作用强烈的地方矿石往往变富,可见四种矿石，即1)致密块状镜铁矿石；2)富集铁云母矿石；3)条带状矿石(硅质、铁质组成条带)；4)假条带状矿石(铁质、绿帘石组成条带)。上述四种矿石中前二种常见,而且含铁品位较高,一般25%～36%。岩浆岩对矿体的富集作用虽然在矿段内到处可见,但由于岩浆岩脉规模较小,蚀变宽度有限,所以富集地段均较小,而且富矿分布没有规律,不能在矿体中找到某一个富矿地段。

② 对矿体的破坏作用。这种作用不论在地表工程或钻孔中均可见,主要是岩脉穿插矿体破坏了矿体的连续性,并侵占了一定的矿体空间。在钻孔中常可见岩脉顺矿体侵入并将矿体分于两侧,影响采矿时矿石质量。

(4) 后期破坏阶段。一组平移断层,断层破坏矿体走向的连续性。断层走向NNE,错动方向一般都是西盘北移,东盘向南错动。

综上所述,区内铁矿体具有固定的层位,且延伸稳定,与围岩呈整合接触关系。尽管出现四层矿,但四层矿的顶底板岩性相同,应属于单层铁矿在褶皱强置换作用下而产生的多层矿[5]。

区内铁矿成因类型应属沉积变质类、条带状硅铁建造型,是中国时代最新的条带状铁建造铁矿床[6]。

4 找矿标志与找矿方向

4.1 找矿标志

根据以往地质工作资料和本次工作情况,初步建立了如下找矿标志。

(1) 地层标志：南华纪洪山组为区内主要的含铁层位,矿体主要产于火山碎屑—硅铁—碳酸盐岩系沉积建造中。

(2) 岩性标志：含矿岩性为磁铁石英岩、镜铁云母石英片岩,颜色较围岩略深,地表标志为褐铁矿、赤铁矿和磁铁矿化发育,即地表表现为铁帽。

(3) 矿物标志：区内磁铁矿与镜铁矿的分布与岩石中石英与黑云母的含量具有一定的相关性,当石英含量增多时,矿石中磁铁矿含量相对增多,镜铁矿相对减少,形成磁铁石英岩,含铁矿物以磁铁矿为主；当黑云母含量增多时,矿石中镜铁矿含量相对增多,磁铁矿相对减少,形成镜铁云母石英片岩,含铁矿物以镜铁矿为主。

(4) 磁异常标志：航测磁异常和地面磁测磁异常成带状分布。区内磁铁—镜铁矿带与地磁异常具有很好的对应关系,地磁异常主要为磁铁矿所引起的矿致异常。

4.2 找矿方向

(1) Ⅰ号铁矿化层西端被F13断层错断,错断了Ⅵ1(主矿体)的连续性,在F13的西侧应有铁矿层的存在,今后应加强对F13断层的研究,以了解其对Ⅰ号铁矿化层的影响,进而指导后续找矿工作,查明Ⅰ号铁矿化层、Ⅵ1铁矿体西延情况。

(2) 由于区内已发现的铁矿化层及铁矿体多数未封边封底,含铁岩层具有稳定的岩性序列和标志层组合,通过对比本区与毗邻的姚家铁矿,只要含铁岩层保存完整,在一定倾斜方向内就有寻找铁矿层的可能性,矿层的延深与含铁岩层倾向延深相一致,可以直接利用含铁岩层三维空间变化规律,预测矿层的延深[7]；也可通过包络面(褶皱镜面)产状和变化特征,推测深部矿层可能延深的范围[8-9]。通过对比研究,认为已知矿体的深边部仍具找矿潜力,随着勘查工作的进行,本区铁矿资源量有望得到进一步扩大。

(3) 矿区外围含铁岩层延长段、区域地磁异常部位是良好的找矿地段,地表褐铁矿、赤铁矿等铁帽露头可作为后续外围的找矿方向。