BIF型铁矿床全球分布规律与勘探方法

2021-03-11叶胜

矿产勘查 2021年11期

叶胜

（有色金属矿产地质调查中心，北京 100012）

0 引言

BIF（Banded iron formation，条带状铁建造）是指燧石（变质后为石英）和含铁矿物组成呈黑白相间具明显条带状、条纹状、细纹状等构造、由海底热液喷流作用形成的化学沉积含铁硅质岩。BIF型铁矿床是全球最重要的铁矿床类型，该类型铁矿规模巨大，储量约占全球富铁矿的80%。全球产量前100位的铁矿项目中，有76个为BIF成因矿床（张承帅等，2011；赵宏军等，2018）。近些年，全球铁矿石价格的不断波动，对我国铁矿石的贸易影响很大，因此了解BIF型铁矿床的全球分布规律很有必要。本文对国外及我国BIF型铁矿床主要产区的地质情况及有效的勘探手段进行了总结，希望能够对我国铁矿石贸易有所帮助。

1 BIF型铁矿床概述

BIF的存在具有明显的时空分布特征，是前寒武纪特有的地质产物，广泛分布于3.8～1.9 Ga之间的克拉通地体内（图1）。根据构造环境与成矿机理，BIF被分为阿尔戈马型与苏必利尔型，前者主要产于太古代绿岩带中，与海底火山沉积作用密切相关，主要矿体沉淀于火山喷发的宁静期；后者主要产于早元古代，与正常沉积的细碎屑岩-碳酸盐岩共生，通常发育于被动大陆边缘或稳定克拉通盆地的浅海沉积环境，不含或含有极少量的火山岩，其沉积规模相比阿尔戈马型较大，但数量较少（Gross，1983）。世界上最早的BIF形成于3.8 Ga，2.7～2.5 Ga达到高峰，直到1.8 Ga左右大规模BIF趋于结束。BIF型铁矿，准确地说，是BIF作为胚胎矿所孕育蕴藏出的后生富集矿化，因此BIF型铁矿的出现与古老克拉通基底的分布高度重合。

图1 BIF的类型和全球分布（据Bekker et al.，2010）

在全球范围内大量开采BIF型铁矿的主要有以下几个地区，如俄罗斯Kursk铁矿区铁矿石储量为435×108t，Fe的平均品位46%，其中富铁矿矿石储量为261×108t；澳大利亚Hamersley铁矿区铁矿石储量320×108t，铁的平均品位57%，其中富铁矿矿石储量249×108t；巴西米纳斯-吉拉斯（Minas-Geras）“铁四角”铁矿区铁矿石储量300×108t，其中含铁40%～65%品位的铁矿石储量为100×108t；加拿大拉布拉多Labrador矿区铁矿石储量206×108t，铁品位36%～38%；美国Superior矿区铁矿石储量163×108t；乌克兰Krivoy Rog铁矿区铁矿石储量为194×108t，铁的平均品位36%，其中富铁矿矿石储量14×108t；印度辛本-奥里萨（Sinben-Orissa）矿区铁矿石储量67×108t，Fe品位大于60%等（焦玉书和周伟，2004），还有南非德兰士瓦Transvaal盆地也有极大的产量。BIF型铁矿床也是中国的最重要的铁矿床类型，主要分布在我国东部的华北克拉通内。2007年该类型铁矿床资源储量为335×108t，占全国总查明资源储量的44.2%（焦玉书和姜圣才，2009）。

2 国外典型BIF型铁矿床分布及特征

2.1 俄罗斯Kursk铁矿区

Kursk铁矿区位于俄罗斯Kursk州、Belgorod州和Voronezh州，面积大约为12万平方公里，是目前全球最大的地磁异常区（刘曼华和卢星，1989）。Kursk磁异常区中BIF地层主要产出于三个层位：中太古界、新太古界、古元古界，其中古元古界BIF是分布最为广泛的地层，北西走向延伸长达550 km，Kursk磁异常区中己开发的铁矿床均位于古元古界BIF层位中（James and Sims，1973），产出了俄罗斯50%的铁矿石。Kursk磁异常区的超大型铁矿床Mikhailovsk中，除了富集Fe元素外，还可见金-铂族金属元素（PGE）矿化，并伴生银、碲、铋矿化，与南非德兰士瓦盆地由于超基性岩混染-蚀变作用引起的BIF中含有少量金-PGE元素不同的是，Kursk磁异常区的BIF中含铁石英岩本身作为金-PGE的主岩。

俄罗斯Kursk磁异常区是全球最大的地磁异常区，BIF矿石为铁质碧玉岩、铁质石英岩等，矿化主导作用主要为红土化表生风化作用、古盆地热卤水顺层交代作用等。

2.2 澳大利亚Hamersley盆地

主要产于西澳Pilbara克拉通，该区矿石主要赋存于新太古代Marra Mamba地层和古元古代Brockman地层中，两套地层在Hamersley盆地出露面积近6万平方公里，矿产资源量总计大于400亿吨。按赋存层位，铁矿石被区分为“马拉曼巴矿石”（Marra Mamba Ore）和“布洛克曼矿石”（Brockman Ore），二者均发育于层状无燧石含铁建造中，经过深成热液交代和表生残余富集，BIF中的原生磁铁矿被氧化成赤铁矿；与此同时，含铁建造中的脉石矿物大部分被含水铁氧化物所交代。“马拉曼巴矿石”和“布洛克曼矿石”均适合于生产块矿，具高还原性（Martin，1999）。

该区的矿床类型主要划分为三种类型，分别是：①赋存在条带状含铁建造（BIF）中的层状铁矿床（BID），主要为赤铁矿和赤铁矿-针铁矿；②产在古河道中的河道型铁矿床（CID），主要为针铁矿-赤铁矿；③由BID受侵蚀崩塌或冲积形成的碎屑型铁矿床（DID），量少，主要为赤铁矿-针铁矿。BID型铁矿通常品位高，规模大，是本区最为重要的矿床类型。CID型铁矿由于其规模较大和容易开采，因此在西澳的铁矿石开采中占有很重要的地位，矿石以球粒状构造和富含铁化的木屑为主要特点（Findlaya，1994；Muller et al.，2005；Lascelles，2006；关康，2002）。

2.3 巴西米纳斯-吉拉斯（Minas Geras）“铁四角”铁矿

主要产于San Francisco克拉通，铁四角地区外部形态大致呈四方形。区内发现的铁矿床有数十个，资源量达250亿吨。铁四角地区铁矿均产于反映了由古元古代表壳岩系（含条带状铁建造）组成的米纳斯（Minas）超群中部伊塔比拉群下部的卡维组铁英岩中，根据铁英岩中矿物成分、变质程度不同又将其划分为石英铁英岩、白云质铁英岩和角闪质铁英岩3种类型。石英铁英岩分布最为广泛，主要由互层的石英和赤铁矿组成，石英多由燧石重结晶而成；白云质铁英岩也呈细条带状，由互层的红-白碳酸盐岩和灰黑色赤铁矿组成，主要矿物为白云石、赤铁矿和少量石英、方解石、滑石、绿泥石等；角闪质铁英岩分布局限，露头以大量的针铁矿和假象角闪石、绿泥石为特征（Gross，1983；U.S.Geological Survey，2010）。

铁四角地区大型铁矿床的形成经历了多阶段的成矿作用。在新太古代—古元古代形成原始的BIF“胚胎矿”；随后，受与泛亚马孙等造山运动有关的热液流体作用、变质作用等的影响，条带状铁建造原岩发生脱水、矿物发生重结晶、铁质等发生活化、迁移，进行再富集，形成部分高品位铁矿体；在最晚期，石英质铁建造和白云质铁建造在表生风化淋滤作用下，硅质和碳酸盐物质被淋滤带走，磁铁矿和富铁白云石在氧化作用下形成高品位赤铁矿-假象赤铁矿矿体。有利的构造部位，反复的热液流体作用是该区形成巨大高品位铁矿石的重要因素（Gross，1983；U.S.Geological Survey，2010）。

2.4 加拿大拉布拉多（Labrador）矿区

拉布拉多地区铁矿主要分布拉布拉多海槽的地区，并卷入新魁北克造山带，以Superior湖型铁建造为主。铁矿带长1200 km，最宽处96 km。拉布拉多地区地处北美大陆北部东缘，由加拿大地盾及其古生代会聚而成的阿巴拉契亚山脉（加拿大地盾的古生代增生部分）构成。拉布拉多地区在新元古代后趋于稳定，是一个与拉布拉多海扩张有关的被动大陆边缘盆地（Low，1985）。

加拿大拉布拉多Superior湖型铁矿由铁燧岩型、变质型和直接输出型3种矿石构成，其中夹杂具有交错结构的粒状含铁建造，部分地区有淋滤型铁矿产出，是介于条带状含铁建造到粒状含铁建造之间的沉积变质型铁建造。古元古代新魁北克造山带的海底火山活动将大量的硅和铁释放到缺氧的深海海水中，而后上涌至浅海环境（大陆架），与含氧水混合后沉积、成岩形成含铁建造，部分铁建造又经历了弱变质作用。Schefferville地区，铁燧岩型铁矿床在表生环境下（尤其是在向斜构造或断陷地块），至少于白垩纪之前即已开始经受使SiO2和碳酸盐淋失的风化淋滤作用而形成直接输出型矿石。分布于新魁北克造山带南部（特别是拉布拉多城Wabush地区）的铁燧岩型铁矿床，在距今约1.0 Ga时遭受Grenville造山运动，发生中-强变质作用而成为变质型铁建造。断裂和褶皱构造使许多地区层序重复，从而使铁矿体的地表出露范围和厚度变大（王永春等，2015）。

2.5 美国superior矿区

位于Superior湖北部的梅萨比山地区是美国最大的蕴藏富铁资源的成矿带，沿明尼苏达州北部古元古代Penokean造山带北缘展布，位于苏必利尔湖北部。梅萨比山地区最重要的BIF层位为Biwabik铁建造，被认为形成于Penokean造山带前陆盆地中，厚约225 m，倾向南东，缓倾斜，该地区最重要的铁建造为铁隧岩，铁隧岩主要的铁矿物为磁铁矿，原岩Fe品位30%～40%；在断层显著发育的区域内，由于硅质的淋滤散失与风化作用，铁矿石矿物以赤铁矿、针铁矿为主，具有粒状构造、层状构造，铁品位可达55%以上。Biwabik铁建造的形成时代推测为1870 Ma，矿化作用主要发育红土化表生风化作用（Gross，1980）。

2.6 乌克兰克Krivoy Rog铁矿区

Krivoy Rog盆地，位于乌克兰Dnepropetrovsk州，大地构造位置上位于东欧地台的乌克兰地盾（Ukrainian Shield）上，区域上由南北纵向的Krivoy Rog断裂控制了盆地的产出型式，呈南北走向延展，铁矿床主要赋存于盆地南部（Pokalyuk and Korzhnev，2016），区域上Krivoy Rog超群的条带状含铁建造Saksagan Iron Ore Formation整体就位沉积于古元古代，Saksagan Iron Ore Formation岩组由三个岩性段构成，按照从老到新的顺序分别为铁质碧玉岩一页岩（最大厚度1400 m）、铁质碧玉岩、Mg–Fe 泥质变质岩;值得一提的是，Krivoi Rog 盆地南部除了集中分布铁矿之外，还有金矿产出，Krivoi Rog 盆地与金矿化密切相关的岩组为SkelevatkaFormation，该岩组还产出铀、钍矿床。区域变质作用后期或者同期叠加的热液交代阶段，发生了磁铁石英岩的富集矿化，形成高品位铁矿石。

2.7 印度辛本-奥里萨（Sinben-Orissa）矿区

印度辛本-奥里萨铁矿区位于印度克拉通内，形成于古太古代—中太古代。区域上BIF铁矿主层位为Iron Ore Group，其岩性为铁质碧玉岩等，矿化主导作用为区域韧性剪切带中的红土化表生风化富集作用，主要矿化类型为赤铁矿、假象赤铁矿，富集矿种为铁、锰（沈承衍等，1995）。

2.8 南非德兰士瓦（Transvaal）盆地矿区

德兰士瓦盆地位于Kaapvaal克拉通上，区域上发育的地层主要为德兰士瓦超群，形成于2.6～2.1 Ga。区域上的主要BIF层位为赋存于德兰士瓦超群中Chuniespoort群内的Penge组，形成年代为2.5～2.43 Ga。BIF矿石主要为白云石磁铁石英岩、白云石菱铁矿等，区域上BIF矿化类型包括微板状赤铁矿、方解石-赤铁矿、针铁矿等，矿化作用类型包括Bushveld基性岩底侵作用引起的接触热变质与热液交代作用、古盆地热卤水与其他热液混合对碳酸亚铁产生的氧化及钙化作用、表生风化富集作用等（焦玉书和姜圣才，2009）。

3 国内BIF型铁矿床的分布规律

华北克拉通是我国BIF型铁矿重要发育区，与世界其他地区相比，我国的BIF型铁矿受构造控制较明显，后期叠加的使矿体变富的热事件较少，同时以小规模、不连续的阿尔戈马型铁矿床为主，苏必利尔型很少甚至没有，少量被认为苏必利尔与阿尔戈马型的过渡类型，比较成规模的BIF型铁矿主要集中于鞍山-本溪、冀东、霍邱、舞阳和鲁西等地区。

鞍山-本溪地区铁矿是国内最大的条带状铁矿成矿区，位于华北地台东北缘胶辽台隆的西北部。绝大多数条带状铁矿赋存于晚太古宙的鞍山群火山沉积变质岩系中。如鞍山地区的铁矿包括东鞍山、西鞍山、齐大山和大孤山等，弓长岭地区包括弓长岭一矿区、二矿区、独木和中茨等，本溪地区包括南芬、歪头山等。其中分布于本溪及北台一带，以斜长角闪岩、混合岩化片麻岩及黑云变粒岩为主，夹云母石英片岩、绿泥石英片岩及条带状铁矿层，原岩为基性—中酸性火山岩、火山碎屑岩，夹泥质—粉砂质沉积岩和硅铁质岩，变质程度为角闪岩相；分布于鞍山地区的主要为绢云石英千枚岩、绢云绿泥片岩、绿泥石英片岩，夹变粒岩、磁铁石英岩及薄层斜长角闪岩，原岩为泥质—粉质沉积岩，夹硅铁质岩及少量基性—中酸性火山岩，变质程度为绿片岩相。研究表明歪头山铁矿、南芬铁矿和弓长岭铁矿的原岩建造为基性火山岩—中酸性（火山）杂砂岩、泥质岩—硅铁质沉积建造，矿床的形成与海相火山作用在时间上、空间上和成因上密切相关，属于阿尔戈马型铁矿（李厚民等，2012；李延河等，2014；代堰锫等，2016）。

冀东铁矿带的原始含矿建造大致有四个基本类型，即晚太古代迁西岩群火山岩系-硅铁建造、含沉积岩的火山岩系-硅铁建造、遵化岩群-滦县岩群火山岩-沉积岩系-硅铁建造、朱杖子岩群含火山岩-沉积岩系-硅铁建造四套赋矿层位。总体看，冀东铁矿的原岩以火山—火山沉积岩为主，构造背景为晚太古代岛弧—陆缘弧火山盆地沉积环境，铁矿层多位于由基性火山岩向偏酸性火山岩或沉积岩的过渡部位，形成于晚太古代火山喷发的间隙期，典型BIF铁矿包括水厂、孟家沟、二马、大石河、龙湾和石人沟等，大多矿床类型相当于阿尔戈马型铁矿。但司家营、马城、柞栏杖子等铁矿因位于一套以沉积变质岩为主夹少量火山碎屑岩，应当是形成于绿岩带上部层位的阿尔戈马型铁矿（沈其韩，1998）。

安徽霍邱铁矿带，位于华北克拉通南缘东西晚太古代鲁山—舞阳—霍邱BIF铁矿带的东段。霍邱铁矿赋存于一套晚太古代中高级变质作用的含铁建造中，经过数十年的勘探，已经相继探明了周集、张庄、李老庄、周油坊、范桥、吴集、李楼等大型矿床十余处。霍邱群下部以中性火山岩及凝灰岩、杂砂岩为主，夹基性凝灰岩及火山熔岩、沉积岩；中部和上部主要由泥质岩、泥质杂砂岩、杂砂岩、泥灰岩及铁硅质岩组成。具工业价值的矿体主要产在氧化物相含铁建造中，其矿物共生组合有四类：①石英+磁铁矿；②石英+镜铁矿；③石英+磁铁矿+硅酸盐；④石英+磁铁矿+镜铁矿+硅酸盐。从绿岩带层序看，该矿床应为形成于绿岩带上部层位的阿尔戈马型铁矿，但也有作者认为属晚太古代苏必利尔湖与阿尔戈马铁建造的过渡类型（Hou et al.，2017，2019；杨晓勇等，2012）。

舞阳含铁建造主要发育在晚太古代太华群铁山庙组和赵案庄组。其中下部赵案庄组为基性—超基性火山—侵入岩组合，主要由辉石岩、角闪岩、大理岩和磁铁蛇纹岩组成。赵案庄铁矿以整合产出在赵案庄组上部超基性岩中的块状磷灰蛇纹磁铁矿为特征，矿石品位较富。矿石成分较复杂，以矿物组合可分为磷灰石-磁铁矿、白云石-磁铁矿、硬石膏-磁铁矿和透辉石-磁铁矿类矿石。在上部铁山庙组内，出现斜长角闪片麻岩与磁铁辉石岩、白云质大理岩韵律互层。如铁山庙和经山寺铁矿主要产于白云质大理岩中，矿石以条带状辉石-磁铁矿，石英-磁铁矿组合为主，但矿层内常夹有蛇纹石化大理岩、角闪片麻岩和硅质岩夹层（张连昌等，2012）。

鲁西地区～2.7 Ga的BIF只零星存在，在～2.5 Ga济宁岩群发育大规模BIF铁矿。在鲁西沂水杨庄一带发现了一定规模的沉积变质铁矿，铁矿体位于柳杭岩组的上段，矿区出露的柳杭组地层岩性组合为黑云斜长变粒岩、黑云角闪变粒岩、斜长角闪岩、磁铁石英角闪岩、磁铁角闪石英岩以及黑云片岩等。主要矿化岩石为磁铁石英角闪岩和磁铁角闪石英岩。矿石矿物以磁铁矿为主，另有少量磁黄铁矿、黄铁矿，矿体顶板为黑云角闪变粒岩、斜长角闪岩，底板一般为黑云角闪变粒岩，局部为石榴黑云斜长变粒岩。属于阿尔戈马型铁矿（王伟等，2010；万渝生等，2012）。

4 不同地区的勘探方法

BIF型铁矿由于其特殊性，在矿床勘探过程中有很多非常行之有效的手段。首先，从形成时代来看，BIF型铁矿主要分布于早前寒武纪克拉通地层中，其中阿尔戈马型的BIF矿床一般会与地层底部的火山岩伴生，而苏必利尔型的BIF矿床的一般形成与盆地的沉积碎屑岩伴生，因此在巴西，加拿大等前寒武纪地层大面积的地区仅依靠地质情况或者遥感技术就可以很好的完成找矿工作。其次，褶皱和断层对矿体的定位也起着重要作用，决定矿体的形态和空间展布。褶皱和节理的发育提高了岩层的渗透性，深大断裂为流体运移提供通道，为高品位铁矿石形成创造了有利条件，但使好多矿体变为隐伏矿体，这时，高精度磁测可以较准确地圈定磁铁矿体，大功率激电测深能够发现电阻率和极化率异常，有利于异常性质的定性，面积性的高精度磁测可以迅速缩小靶区；磁、电、磁综合剖面可以获得隐伏地质体的磁性、电阻率、极化率参数信息，为准确判断地质体特征提供可靠的依据。深部磁铁（化）矿体赋存范围岩体的重磁异常特征是磁高重低，而磁铁（化）矿体赋存部位的重磁场特征为磁力高和重力异常梯级带附近。同时，航磁测量是寻找铁矿的方法中最为常用的方法，详细的地质填图和勘探工作可以更好地评估航磁异常。这些磁测数据只能用于矿床的地球物理特征初步研究。强正磁虽然能反映磁铁矿的富集程度，但由于影响因素众多（包括剩磁效应、矿物），根据航磁资料直接估计矿床的规模和品级还是困难的（郝俊杰等，2010；程华等，2015；郐开富等，2015；张梦虎和刘帅，2017）。