新余鐵礦田鐵礦成礦地質(zhì)特征與成因分析

曾書明, 周建廷, 王學(xué)平, 劉 川

(贛西地質(zhì)調(diào)查大隊(duì),江西南昌 330201)

新余鐵礦田鐵礦成礦地質(zhì)特征與成因分析

曾書明, 周建廷, 王學(xué)平, 劉 川

(贛西地質(zhì)調(diào)查大隊(duì),江西南昌 330201)

新余鐵礦田含鐵巖系地層物質(zhì)系統(tǒng)沉積的地球化學(xué)環(huán)境是一個(gè)氧化相—弱氧化相—弱還原相—還原相的演變過程。礦田經(jīng)歷了澄江—加里東構(gòu)造旋回的多期次、多方向、多型式褶皺構(gòu)造改造。新余鐵礦田礦層和含鐵巖系的各種成礦地質(zhì)特征以及礦田東、中、西段構(gòu)造特征是鐵礦的沉積成巖作用以及構(gòu)造演化歷史的物質(zhì)反映。應(yīng)用系統(tǒng)分析方法和歷史分析方法分析礦田成礦地質(zhì)系統(tǒng)的內(nèi)在規(guī)律,總結(jié)新余鐵礦田礦層和含鐵巖系變化特征,礦層頂板、底板和含鐵巖系標(biāo)志層特征以及礦田東、中、西段構(gòu)造特征。解釋新余鐵礦田單層礦“紅綢舞式”褶皺的成因,為鐵礦勘查工作提供借鑒。

新余鐵礦田;沉積作用;構(gòu)造;成因分析

新余鐵礦田位于江西省新余市南部 (圖 1),處于華南加里東地槽褶皺帶北緣之武功隆起區(qū),區(qū)內(nèi)出露地層主要為青白口系、震旦系和寒武系的淺變質(zhì)巖,為一套火山碎屑硅鐵質(zhì)建造夾類復(fù)理石的泥砂質(zhì)建造,含鐵巖系的變質(zhì)程度屬綠片巖相,主要為一套千枚巖 -片巖 (圖 2)。這套前寒武紀(jì)含鐵變質(zhì)巖系地層多年來具有不同的劃分,本文采用《江西巖石地層》的震旦系地層劃分方案 (江西地質(zhì)礦產(chǎn)局,1984)。

圖1 新余鐵礦田交通位置圖Fig.1 Traffic map of the Xinyu iron ore field

1 含鐵巖系地層系統(tǒng)特征及成因分析

1.1 礦層厚度、品位及含鐵巖系地層變化特征

新余鐵礦田主要鐵礦層位為震旦系下統(tǒng)楊家橋群下坊組下段,具有工業(yè)礦層一層。東起芳洲,西至楓樹下,沿走向延展約 60余公里。鐵礦層呈鱗片粒狀變晶結(jié)構(gòu),條帶狀構(gòu)造,礦層原始沉積厚度一般 2～8 m;地質(zhì)礦層 (指含礦層位,包括綠泥磁鐵石英巖、磁鐵石英巖、磁鐵鏡鐵石英巖)一般TFe 15%～35%,mFe 5%～30%;工業(yè)礦層 TFe平均品位 24%～28%,mFe平均品位 7%～18%(按TFe邊界品位 20%、工業(yè)品位 25%圈定)。根據(jù)礦田內(nèi)各個(gè)礦區(qū)的勘查資料統(tǒng)計(jì),在礦田范圍內(nèi),礦層原始沉積厚度在各個(gè)礦區(qū)并不相同,礦層厚度與含鐵巖系地層厚度正相關(guān) (圖 3)①湯家富,朱家安.1980.江西省鐵礦地質(zhì)特征分布規(guī)律與找礦方向.南昌:江西地質(zhì)科學(xué)研究所:42-65,95-108.,同時(shí)礦層厚度大全鐵品位相對要高,礦層厚度薄全鐵品位相對要底,而磁性鐵品位和全鐵品位也一般呈正相關(guān)關(guān)系。新余鐵礦田中的磁性鐵 (mFe)品位、全鐵(TFe)品位、工業(yè)礦層厚度、地質(zhì)礦層厚度和含鐵巖系地層厚度可以看成是含鐵巖系地層物質(zhì)系統(tǒng)逐級放大的不同層次的子系統(tǒng),本礦田含鐵巖系地層物質(zhì)系統(tǒng)鐵(Fe)的分布具有全息效應(yīng) (周建廷等,1997),表現(xiàn)在:

(1)如果把礦層 (地質(zhì)礦層)厚度與含鐵巖系地層厚度的比值叫礦厚系數(shù)的話,新余鐵礦田礦厚系數(shù)基本保持恒定(礦田范圍內(nèi))。

(2)礦層原始沉積厚度與全鐵平均品位正相關(guān),但其比值稍有變化,一般全鐵品位變化幅度沒有沉積厚度變化幅度大(礦田范圍內(nèi))。

(3)同一礦區(qū)的礦石磁性鐵占有率 (TFe/mTe)變化不大,一般全鐵含量高磁性鐵含量也高 (礦區(qū)范圍內(nèi),不包括氧化礦石)。

1.2 礦層頂板、底板及含鐵巖系標(biāo)志層特征

礦層頂板為含磁鐵綠泥千枚巖,深綠色至墨綠色,靠近礦層含磁鐵礦微晶,肉眼難以看見,遠(yuǎn)離鐵礦層一般磁鐵礦迅速減少。礦層底板為含磁鐵絹云千枚巖,一般含似侵染狀 (星點(diǎn)狀)磁鐵礦,肉眼可見?？拷V層磁鐵礦逐漸增多,和礦層磁鐵鏡鐵石英巖過度接觸。底板一般比頂板厚,另外含鐵巖系標(biāo)志層還包括白云質(zhì)大理巖、次石墨質(zhì)絹云千枚巖和含石英碳酸鹽質(zhì)假礫絹云千枚巖。礦田各區(qū)鐵礦層頂板、底板及含鐵巖系標(biāo)志層特征詳見表 1。

表1 礦層頂板、底板及含鐵巖系標(biāo)志層特征表Tab.1 The character of the bed top and the bed floo r and the guide seam of the iron ore-bearing rock series

1.3 鐵質(zhì)的來源、沉積和鐵礦的生成(成因分析)

殷鴻福等(1999)特提斯多島洋模式認(rèn)為,華南是特提斯多島洋體系的一部分,在早古生代期間它們相互間以小洋盆及古特提斯洋分開。在震旦紀(jì)和早古生代期間,揚(yáng)子板塊與華夏板塊之間在加里東期拼合之前存在一個(gè)洋盆——南華洋。這個(gè)洋盆主要存在于中元古代和新元古代早期,晉寧運(yùn)動使揚(yáng)子和華夏在北段拼接形成北東向的江 (山)紹(興)縫合帶,但中、南段并未閉合,成為殘留盆地。至震旦紀(jì)時(shí),南華殘留盆地又拉張為小洋盆,估計(jì)當(dāng)時(shí)寬800余千米。加里東期華夏與揚(yáng)子由北東向南西發(fā)生三次幕式拼合,南華小洋盆最終變?yōu)榧永飽|造山帶 (殷鴻福等,1999)。

該區(qū)在前震旦紀(jì)處于地槽階段,晉寧運(yùn)動使北部(相當(dāng)于楊子準(zhǔn)地臺)各江南元古代地體增生,拼貼到揚(yáng)子古陸邊緣形成江南古島弧 (江南古陸)。但在該島弧的南東,大致在宜春 -鉛山深斷裂之南,仍然是一個(gè)海盆——南華洋,繼續(xù)接受晚元古代到早古生代的地槽型沉積(圖 4)。

晚元古代青白口紀(jì) (南華紀(jì))是在中元古代早期地槽沉降的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展和繼承性沉降的,因而形成了一套厚約數(shù)千米的以復(fù)理石建造為主的神山組。神山組不僅賦存有大量的凝灰物質(zhì)。而且具有清晰的韻律層,并發(fā)育有水動力拖曳所形成的微細(xì)水平紋理和濁流早期階段所形成的序粒層,同時(shí)還見有滑塌作用所形成的泥粒,屬典型濁流沉積。澄江運(yùn)動(雪峰運(yùn)動)是加里東地槽發(fā)育過程中的一次較強(qiáng)烈的地殼上升運(yùn)動,在深斷裂以北,江南古島弧繼續(xù)隆起,深斷裂以南,導(dǎo)致區(qū)域性海退,出現(xiàn)震旦系早世古家組與青白口系上施組之間的假整合。該區(qū)受澄江運(yùn)動的影響,雖未強(qiáng)烈褶皺形變,但海底地形變化較大,可能形成一東西向傾向南的水下隆起,加里東地槽發(fā)育之初,地殼處于強(qiáng)烈沉陷階段,伴隨深斷裂(大致與俯沖帶平行的斷裂帶)產(chǎn)生的強(qiáng)烈差異運(yùn)動,導(dǎo)致幔源物質(zhì)大規(guī)模噴溢。

圖4 贛中北早震旦世冰期地層古地理略圖Fig.4 Stratigraphic paleogeographic map in early sinian epoch ice age in the m iddle and no rth part of J I ANGXIprovince

全球板塊構(gòu)造理論的創(chuàng)始人之一 Morgan(證明地球表面存在繞極旋轉(zhuǎn)運(yùn)動)于 1971年首次提出熱幔柱的概念,現(xiàn)在認(rèn)為地球深部核幔邊界附近的高溫低粘度層(D″層)可以產(chǎn)生柱狀上升的熱物質(zhì)體。熱物質(zhì)體在經(jīng)過地幔達(dá)到冷的巖石圈時(shí),頂部常呈喇叭形張開,形成一個(gè)具有球狀頂冠和狹窄尾柱的熱物質(zhì)體構(gòu)造——熱幔柱構(gòu)造。熱幔柱巨大的球狀頂冠在上升過程中可以引起地殼上隆和大規(guī)模溢流玄武巖火山作用(形成大陸或大洋溢流玄武巖),并且可以造成區(qū)域變質(zhì)作用,地殼熔融作用及不同規(guī)模地殼伸展。隨上覆板塊運(yùn)動,熱幔柱狹窄的尾柱會產(chǎn)生一系列熱點(diǎn)火山鏈。地質(zhì)歷史時(shí)期中全球氣候變暖問題,原來一直用大陸的重新配置即古地理位置因素予以解釋,但計(jì)算模擬表明,僅用古地理因素不足以解釋古溫度異常的幅度,但如果將古地理和周期熱幔柱釋放的 CO2所引起的溫室效應(yīng)因素綜合考慮,可使溫度上升 7.6～12.54℃。地幔柱強(qiáng)烈活動所引起的全球氣候變暖的一個(gè)結(jié)果是海平面明顯上升,故認(rèn)為,海平面明顯上升是同期全球超級熱幔柱活動的間接效應(yīng)。

因此早震旦世晚期,氣候轉(zhuǎn)暖 (原因之一為火山活動噴發(fā)之CO2導(dǎo)致的溫室效應(yīng)),冰雪消融,海水量大大增加,從而形成早震旦世晚期的廣泛海侵,在這一高低起伏不平的海盆地中,沉積了厚達(dá)數(shù)千米以復(fù)理石建造為主的下坊組和大沙江組(形成了含鐵硅質(zhì)建造)。據(jù)其富含有機(jī)物質(zhì)和發(fā)育條紋狀構(gòu)造分析,應(yīng)為沉積于古陸邊緣潮坪和淺海靜水條件下的沉積產(chǎn)物。這種環(huán)境,不僅有利于生物的大量繁殖,而且也是鐵錳物質(zhì)易于沉淀富集的主要場所。在其海盆北部的邊緣地區(qū),尚有少許來自北側(cè)大陸的冰水沉積,因而在武功山地區(qū)下坊組底部,可見冰川海洋沉積的含礫板巖,并由西向東,由北向南遞減和消失。

所謂南華洋應(yīng)為南部與原特提斯洋相連、深入內(nèi)陸的弧后裂谷盆地,為弧后盆地 -島弧 -海溝型的斂合型板塊俯沖邊界(是地球表面最重要構(gòu)造活動帶)。其應(yīng)力狀態(tài)是擠壓的,故地殼強(qiáng)烈變形,伴有大量巖漿活動,幔源物質(zhì)大規(guī)模噴溢。新余式鐵礦系變質(zhì)火山 -沉積成因,前人根據(jù)含鐵巖系地層特征和物質(zhì)組份的各項(xiàng)分析結(jié)果判定其鐵質(zhì)來源主要為海底火山噴發(fā)活動,證據(jù)有:

(1)據(jù)江西省地礦局 902隊(duì)資料,80個(gè)含鐵巖系的分析數(shù)據(jù),按尼格里計(jì)算并作圖解,大部分巖樣投影入巖漿巖區(qū)。少部分落入粘土沉積巖區(qū)。

(2)在新余良山鐵礦層上下巖系均含較多凝灰質(zhì)成份,同時(shí)在鐵礦層層位之下不遠(yuǎn),還見有層狀或似層狀的變玄武玢巖。

(3)吉水井頭等地鐵礦層位之下淺變質(zhì)巖系中夾有中基性熔巖和火山碎屑巖。火山巖含鐵量很高,多數(shù)大于 10%,礦物成分中也含有較多的褐鐵礦、赤鐵礦和火山玻璃。

(4)鐵礦層含氟較高,如楊家橋、良山等地鐵礦含氟0.8%。

(5)化學(xué)成分比值:SiO2/Al2O3為 9.8～19.92;TiO2/V2O5為 8.3～24.56;TFe/(CaO+MgO)為 4.89～12.20;Na2O/K2O為 3。

(6)磁鐵礦單礦物光譜分析成果:Ni 89×10-6～227×10-6,Cu 24×10-6～90×10-6,Pb 36×10-6～50×10-6,Zn 70×10-6～148×10-6,Ge 3.3×10-6～4×10-6,Ga 7×10-6～16×10-6;磁鐵礦單礦物激光光譜分析成果(%)Ni 8.02,Co 2.93,Cr 2.10,Fe 49.2,Mg 1.006,Mn 1.08,Ti 0.38,Ca 3.84(江西地質(zhì)礦產(chǎn)局,1984)。

鐵質(zhì)的運(yùn)移方式可能通過火山物質(zhì)的水解、火山熱液和火山噴氣作用、火山雨的淋漓作用或通過火山作用生成的鐵質(zhì)直接進(jìn)入沉積物中?；鹕轿镔|(zhì)被水解出的鐵質(zhì)及火山噴氣作用所帶來的鐵質(zhì)為鐵礦沉積區(qū)提供了大量的鐵質(zhì)和硅質(zhì)來源,同時(shí)火山噴出的大量酸性氣體,使海水酸化,pH值可達(dá)4以上,從而使溶鐵量極低的正常海水變成溶解有大量鐵質(zhì)的良好載體,海水中的鐵主要以膠團(tuán)的膠體溶液形式與 SiO2的溶液一起共存和遷移,因此鐵礦石中普遍出現(xiàn)似侵染狀構(gòu)造、條帶中的石英粒狀鑲嵌結(jié)構(gòu)就是其原始膠團(tuán)變質(zhì)重結(jié)晶的證據(jù)。當(dāng)然也有極少量的鐵質(zhì)以磁鐵礦碎屑的形式出現(xiàn),直接進(jìn)入較近火山源的礦層中(楊家橋礦區(qū)),也有少量陸源鐵質(zhì)呈溶液及微粒懸浮狀態(tài),混同陸源碎屑粘土物質(zhì)遷移到沉積海盆地。

鐵硅進(jìn)入溶液后,含鐵量較高的酸性海水由海盆區(qū)向陸源區(qū)運(yùn)移,特別是遇上了新鮮海水時(shí),兩者就產(chǎn)生了較大的濃度梯度、氧化還原電位梯度及酸堿性梯度。物質(zhì)的相對平衡條件就被破壞,于是大量的鐵硅就被析離出來。鐵硅凝聚沉淀時(shí),硅是以硅膠形式(含水二氧化硅)沉淀,鐵可以高價(jià)氧化物 Fe(OH)3形式出現(xiàn),也可以含水的 Fe2+和 Fe3+膠團(tuán)形式出現(xiàn)。還可以鐵的硅酸鹽、碳酸鹽、硫化物形式出現(xiàn),實(shí)際上鐵的硅酸鹽、碳酸鹽、硫化物在含鐵巖組均有出現(xiàn)。鐵礦物與 SiO2膠體基本上是同時(shí)沉積,所以磁鐵礦、鏡鐵礦、和原生黃鐵礦在石英中呈似侵染狀構(gòu)造。磁鐵石英巖中鐵、硅密切伴生,多成連體及篩狀結(jié)構(gòu),但未發(fā)現(xiàn)石英與磁鐵礦、磁鐵礦與鏡鐵礦之間互相交代現(xiàn)象,這也說明鐵礦物與 SiO2膠體基本上是同時(shí)沉積。

實(shí)踐證明,Si O2的凝膠在水體中沉淀過程非常緩慢,而鐵的沉積卻迅速得多,可想而知,這種鐵首先迅速沉積形成了相對富鐵的黑色條帶,而 Si O2持續(xù)沉積則形成了 SiO2相對集中的白色條帶。兩者因時(shí)間稍有差異而相間出現(xiàn),但為什么黑白相間條帶周期性地重復(fù)出現(xiàn)呢,筆者認(rèn)為這是溶液中的鐵、硅在沉積后又被周期性地補(bǔ)給所決定的。而周期性的補(bǔ)給條件又取決于多期次的火山噴發(fā)和由沉積海盆區(qū)的地殼震蕩運(yùn)動所造成的沉積介質(zhì)條件變化。上述沉積作用發(fā)生的同時(shí),陸源物質(zhì)可以平行地進(jìn)入沉積物,參與形成以膠體鐵硅質(zhì)為主的原始沉積。

隨著沉積作用的持續(xù)進(jìn)行,上覆巖層的壓力越來越大,又因地?zé)嵩鰷刈饔?所處的環(huán)境溫度也越來越高,原始沉積物質(zhì)中的一些流體(主要為水份)大量流失。含水的 Fe2+和 Fe3+膠團(tuán)脫水后直接形成磁鐵礦,高價(jià)鐵的氫氧化物變成針鐵礦,針鐵礦經(jīng)脫水作用變成赤鐵礦,其他的原生鐵礦物還有少量的菱鐵礦、黃鐵礦、鐵硅酸鹽。由于溫度上升(一般小于 200℃)和壓實(shí)作用,揮發(fā)份 (一些氣體)也基本逸出,巖石由此形成。

根據(jù)含鐵巖組所反映的火山沉積旋回、地球化學(xué)旋回比較完整,巖性系列、原生鐵礦相系列穩(wěn)定,鐵礦呈穩(wěn)定層狀延伸和厚度、品位變化不大等特征,說明沉積時(shí),地殼處于相對穩(wěn)定階段,雖然地殼仍有多次顫動(火山噴發(fā)),但并未引起邊緣海盆區(qū)質(zhì)的變化。當(dāng)時(shí)大洋中應(yīng)該存在熱點(diǎn)火山鏈或孤立火山島嶼(熱幔柱作用的結(jié)果),邊緣海盆區(qū)復(fù)雜的古地理面貌,在不同的古地理單元,有不同的沉積特征。

(1)在近古島弧區(qū) (板塊俯沖帶)水動力條件較強(qiáng),氧化勢能較高,其含鐵巖組、礦層厚度變化較大,巖性巖相系列不明顯,以原生氧化鐵礦相為主,并見有交錯(cuò)層理(萍鄉(xiāng))。

(2)在火山機(jī)構(gòu)附近,可能是水下隆起區(qū),含鐵巖組中有厚層火山熔巖,但凝灰?guī)r、含鐵巖組、鐵礦層較薄(吉水井頭、分宜長富)。

(3)在兩者之間,處于平緩和半封閉的有相對平靜的水體的淺海海盆,則沉積了延伸較大,厚度穩(wěn)定,較厚的條帶狀鐵礦(安福楊家橋、洋源)。

(4)在海盆區(qū)邊緣,物源 (火山源)較少,補(bǔ)給又不充分,含鐵巖組、鐵礦層較薄、品位相對較低(宜春楓樹下、江下)。

在鐵礦形成之后,地殼活動漸趨平靜,火山活動減弱,致使鐵礦層上部出現(xiàn)較多的正常沉積夾層,沉積物中的火山碎屑物質(zhì)也逐漸減少,晚震旦世后到下古生代基本上均為陸源沉積。

圖5 鐵礦沉積環(huán)境演化示意圖Fig.5 The evolvem ent sketch map of the iron ore sedi mentary environm ents

綜上所述,早震旦世,地殼緩慢下降,氣候轉(zhuǎn)暖,冰雪消融,海水量大大增加,從而形成中震旦世的廣泛海侵,沉積了一套以淺海相泥硅質(zhì)和碳酸鹽建造為主的正常的海水沉積硅鐵建造。在沉積過程中,海水不斷加深,迅速由氧化—半氧化環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)檫€原環(huán)境,致使礦層厚度不大,品位不高 (圖5)。沉積地球化學(xué)環(huán)境演變過程為氧化相—弱氧化相—弱還原相—還原相。由此可見新余鐵礦田含鐵巖系物質(zhì)系統(tǒng)的多層次重演,其內(nèi)在本質(zhì)是成礦物質(zhì)來源和成礦作用方式大體受相同因素所控制,即受同沉積時(shí)的地殼運(yùn)動,盆地 (古洋殼)沉降,物質(zhì)供給,鐵質(zhì)運(yùn)移方式,沉積古地理及古氣候條件,物理化學(xué)條件以及區(qū)域變質(zhì)作用方式等控制。新余鐵礦田含鐵巖系物質(zhì)系統(tǒng)的多層次重演是其成礦作用系統(tǒng)多層次重演的必然結(jié)果。

2 礦田構(gòu)造系統(tǒng)特征、演化歷史和區(qū)域變質(zhì)作用

2.1 礦田東、中、西段構(gòu)造特征

經(jīng)過多年的勘查實(shí)踐和研究工作,該區(qū)已經(jīng)樹立了地層柱,統(tǒng)一了區(qū)內(nèi)地層層序,即井頭至良山區(qū)段,屬倒轉(zhuǎn)層序,冶源至洋源之區(qū)段,屬正常層序,單層礦“紅綢舞式”的褶皺觀點(diǎn)已被普遍接受。礦田東、中、西段構(gòu)造特征見表 2。

新余鐵礦田中巖石標(biāo)本的顯微構(gòu)造、手標(biāo)本、露頭小構(gòu)造與該區(qū)的宏觀大構(gòu)造形態(tài)具有相似性。小構(gòu)造與大型構(gòu)造的褶皺變形規(guī)律,表現(xiàn)在形態(tài)的相似性、方位的一致性(軸面力圖保持平行,脊線趨向一致)、構(gòu)造形跡組合的規(guī)律性和空間展布的等間距性等方面。以地質(zhì)系統(tǒng)律和地質(zhì)全息律為理論依據(jù),運(yùn)用系統(tǒng)論思想和系統(tǒng)分析方法,可通過對礦體小構(gòu)造和標(biāo)志層的精細(xì)研究,來推測礦區(qū)大型構(gòu)造和礦體厚度特征,對隱伏礦體進(jìn)行預(yù)測 (王子賢,1989):

(1)礦區(qū)大構(gòu)造是背斜 (或背形)還是向斜 (或向形),可從露頭小構(gòu)造來進(jìn)行判斷。同期多級組合褶皺群,其包絡(luò)面和褶皺軸面夾角的銳角指向,顯示由背斜 (形)兩翼向轉(zhuǎn)折端收斂,由向斜 (形)轉(zhuǎn)折端處向兩翼撤開。究其本質(zhì)是因?yàn)樾?gòu)造(小系統(tǒng))與大構(gòu)造(大系統(tǒng))的應(yīng)力作用方式,物質(zhì)運(yùn)動方式和變形機(jī)制的一致性(周建廷等,2007)。

(2)小型褶皺脊線和軸面產(chǎn)狀的優(yōu)選方位和中至大型褶皺基本相同,小型褶皺群的組合及等間距特征,亦與中至大型褶皺具有相似特征,這樣不僅可推測大型褶皺構(gòu)造型式,還可推測礦層在三度空間內(nèi)的展布格局,對深部礦體進(jìn)行預(yù)測②許溫復(fù).1981.褶皺幅寬比相似律[C].江西省地質(zhì)協(xié)會論文集(構(gòu)造地質(zhì)專集),8∶5.。

(3)可根據(jù)比奧特粘性介質(zhì)中的粘性平板變形模式主波長公式預(yù)測變形巖體的相對粘度和褶皺變形主波長,從而為變質(zhì)變形環(huán)境提供參考數(shù)據(jù)(周建廷等,2007)。

2.2 構(gòu)造演化和區(qū)域變質(zhì)作用

按大陸邊緣演化觀點(diǎn),華南分為揚(yáng)子、華夏、江南陸殼改造區(qū)。晉寧運(yùn)動 (早期 1 050Ma、晚期800 Ma)使得揚(yáng)子古大陸邊緣隆起、固結(jié)。加里東運(yùn)動(寒武紀(jì)末的郁江運(yùn)動、奧陶紀(jì)末的古浪運(yùn)動、和志留紀(jì)末的廣西運(yùn)動)使得華南地區(qū)除欽防殘余海槽外均露出海面。重要的地質(zhì)事件之一是奧陶紀(jì)晚期贛中南洋殼海槽被沉積填充和擠壓褶皺回返,加里東運(yùn)動過程就是南華洋消亡(盆地消亡)、南華造山帶形成過程。華南盆地的消亡與華夏板塊向北西漂移、揚(yáng)子板塊隨加里東期秦祁洋的消亡向東運(yùn)動產(chǎn)生的區(qū)域應(yīng)力作用有關(guān)。加里東期華夏與揚(yáng)子由北東向南西發(fā)生三次幕式拼合,南華小洋盆最終變?yōu)榧永飽|造山帶。

表 2 新余鐵礦田構(gòu)造特征一覽表Tab.2 The geological structural character in the Xinyu iron ore field

鐵礦沉積時(shí)的巖相古地理。北為江南古陸,南為沉積海盆——南華洋。前已論述該區(qū)受澄江運(yùn)動的影響,雖未強(qiáng)烈褶皺形變,但海底地形變化較大,可能形成一總體北東東向傾向南面的水下隆起,所以含鐵巖系地層沉積成巖之后,其整體產(chǎn)狀向南緩傾(圖 6)。

2.2.1 郁江運(yùn)動 (加里東運(yùn)動第一階段 (幕))本區(qū)變質(zhì)變形特征

圖 6 新余鐵礦田構(gòu)造演化示意圖Fig.6 The evolvement sketch m ap of the geologic structure in the Xinyu iron ore field

由于本區(qū)處于加里東期板塊俯沖帶,晚寒武世至早奧陶世之間的郁江運(yùn)動時(shí)期,在古板塊俯沖提供的巨大應(yīng)力(接近南北向持續(xù)的擠壓力)作用下,鐵礦層發(fā)生褶皺變形,主軸方位不變,軸面作順時(shí)針方向自上而下旋轉(zhuǎn),形成由直立—斜歪—倒轉(zhuǎn)的連續(xù)變形,從而神山倒轉(zhuǎn)背斜由此產(chǎn)生(屬彎褶皺到彎滑褶皺)。

倒轉(zhuǎn)背斜形成稍后,在持續(xù)向南擠壓情況下,由于地塊邊界條件發(fā)生變化,向南擠壓的不均衡性,導(dǎo)致沿宜春 -鉛山深斷裂帶發(fā)生近東西向扭動,形成了北北西向的強(qiáng)烈扭褶帶,產(chǎn)生了一系列緊密同斜、多斜、共軛褶皺系(從磁鐵石英巖中可以看出),褶曲脊線規(guī)律性地多向北北西向傾伏,軸面多向南西傾斜,隨著扭動擠壓的持續(xù)進(jìn)行,局部地段軸面發(fā)生重褶,脊線被扭動進(jìn)而發(fā)育應(yīng)變滑劈理,并切割層理和片理,伴隨“假礫石”的出現(xiàn),物質(zhì)發(fā)生塑性流動,向多重褶皺的轉(zhuǎn)折復(fù)合構(gòu)造部位聚集。有時(shí)會產(chǎn)生一些塑性斷裂構(gòu)造,導(dǎo)致礦層的缺失和地層的錯(cuò)動。另外此期褶皺形成之前,有一期石英脈的貫入,伴隨著本期褶皺而變形。其褶皺形態(tài)和軸面產(chǎn)狀與北北西向緊密褶皺規(guī)律相似。此期褶皺發(fā)育在神山倒轉(zhuǎn)背斜的倒轉(zhuǎn)翼上時(shí),可規(guī)律地產(chǎn)生一系列小型背形和向形構(gòu)造。褶皺是由彎流褶皺到滑劈褶皺,即由強(qiáng)烈壓扁到塑性流變再到剪切滑動。巖石在此次構(gòu)造運(yùn)動中發(fā)生巨大的區(qū)域變質(zhì)作用,層理被置換,形成了軸面片理,原來沉積的砂質(zhì)、粘土質(zhì)及鐵鎂質(zhì)巖層變?yōu)樯百|(zhì)千枚巖、絹云千枚巖和綠泥石千枚巖,鐵鎂質(zhì)粘土巖及硅鐵質(zhì)巖層則變?yōu)榫G泥磁鐵石英巖、磁鐵石英巖和鏡鐵磁鐵石英巖(磁性鐵礦石)。變質(zhì)過程中,燧石和鐵氧化物(磁鐵礦等)發(fā)生重結(jié)晶,并隨著變質(zhì)程度加深,各組分顆粒特別是石英顆粒顯著加大。在化學(xué)成分基本不變的情況下,通過區(qū)域變質(zhì)作用,赤鐵礦可以完成向鏡鐵礦的轉(zhuǎn)化,含鐵巖系中絹云母系原巖中粘土質(zhì)及火山灰等在區(qū)域變質(zhì)作用下形成的,白云母系在絹云母基礎(chǔ)上形成的。綠泥石由原含鐵、鎂較高的泥質(zhì)物或火山塵變質(zhì)形成,若溫度略增,Te2+/Mg2+比值增高時(shí),則可能變成黑云母。少量石榴石為含錳的粘土巖 (形成錳鋁榴石)或含鐵較高的火山凝灰質(zhì)或變中基性熔巖及白云質(zhì)巖石(形成鐵鋁榴石)經(jīng)區(qū)域變質(zhì)作用形成。少量斜長石系含鈉的粘土巖、火山巖、火山碎屑巖變質(zhì)形成(圖 6,表 3)。

2.2.2 古浪運(yùn)動 (加里東運(yùn)動第二階段 (幕))本區(qū)變質(zhì)變形特征

第二期褶皺變形形成之后,相當(dāng)于崇余運(yùn)動(中晚奧陶世之間)或古浪運(yùn)動 (晚奧陶到早志留世)時(shí)期,由于構(gòu)造運(yùn)動方向發(fā)生變化,自南西西向北東東方向發(fā)生擠壓,形成以北西向?yàn)橹?并向西斜歪至倒轉(zhuǎn)褶帶,且自東向西呈階梯狀下降,屬彎褶皺。此期褶皺,褶軸方位與第二期褶皺變形方位相似,并明顯疊加于第二期北北西向緊密同斜褶皺之上,褶皺規(guī)模多屬中型至大型,一般長約 4～15 km,寬約 1～5 km,典型的有黃虎背形、松山向斜、江下 -山口向斜及楓樹下背斜。地表表現(xiàn)為近南北 -北北西向展布的并向南東或向北西突出的弧形礦帶(圖 6,表 3)。

2.2.3 廣西運(yùn)動 (加里東運(yùn)動第三階段 (幕))本區(qū)變質(zhì)變形特征

相當(dāng)于廣西運(yùn)動 (中晚志留世到泥盆紀(jì)之間)時(shí)期,該區(qū)發(fā)生第四次形變,當(dāng)時(shí)地殼運(yùn)動方向,處于南北對扭 (即江西地殼東側(cè)向北,西側(cè)向南擠壓扭動),形成一系列北東向,向南西傾伏,呈左形側(cè)列分布的褶帶和斷裂帶。疊加于近東西、北北西及北西褶帶之上,褶皺規(guī)模較大寬大于 6 km,從鐵礦展布格局上看,受北北西褶皺控制的礦帶上,出現(xiàn)規(guī)律的向南西突出的弧形彎轉(zhuǎn)和沿北東向出現(xiàn)的鐵礦露頭。和此期構(gòu)造作用密切相關(guān)的是武功山混合巖穹隆(392～422 Ma),長軸呈北東向,片麻理向四周傾斜,交切第三期北北西向黃田、會口向斜,其軸部出現(xiàn)下寒武的殘?bào)w(圖 6,表 3)。

表 3 新余鐵礦田基底構(gòu)造變形期次與變質(zhì)作用巖漿活動地殼運(yùn)動關(guān)系表①Tab.3 The relationship between the basement structure deformation period of ti me and the m etamorphism and the magmatic activity and the crustalmovement in the Xinyu iron ore field

2.2.4 后加里東構(gòu)造旋回本區(qū)變質(zhì)變形特征

本區(qū)在澄江 -加里東構(gòu)造旋回中整個(gè)發(fā)展階段,大致是彎→彎滑→彎流 (第一、二期變形,柔性遞增系列)→彎滑→彎褶皺(第三、第四期變形,柔性遞減系列)。四期褶皺控制了褶皺基底格局,并制約了泥盆紀(jì)沉積時(shí)的古地形和海陸界線,變形所形成的主要構(gòu)造形跡,在相鄰蓋層地區(qū)都沒有反映,說明褶皺基底形變形成于澄江 -加里東構(gòu)造旋回中。本區(qū)處于晉寧期—加里東期板塊俯沖帶,多期次、多方向、多型式褶皺構(gòu)造的形成,以及大規(guī)模向南 (向洋一側(cè))倒轉(zhuǎn)和水平擠壓,也正是古板塊俯沖提供的巨大應(yīng)力作用的結(jié)果。褶皺基底形成之后,在海西—印支構(gòu)造旋回中,褶皺基底已經(jīng)硬化,其中的斷裂構(gòu)造及其組合特征,卻和蓋層斷裂型式及形成機(jī)制相似①。燕山和喜山構(gòu)造旋回,以斷裂作用為主。由于斷裂切割,礦層完整性、連續(xù)性遭受破壞。沿冶源—井頭方位存在多條深大溝谷,基本連成一線,兩邊地層層序相反,礦體被錯(cuò)斷。野外觀測也基本證實(shí),從冶源—井頭存在一個(gè)規(guī)模較大的斷裂,把新余鐵礦田一分為二,致使冶源—井頭以西,為正常層序,冶源—井頭以東,為倒轉(zhuǎn)層序。在冶源—井頭以西,由于地殼運(yùn)動,神山倒轉(zhuǎn)背斜(西部)軸面可能某種程度上的作逆時(shí)針方向自下而上旋轉(zhuǎn),致使該區(qū)地層層序正常。

后加里東構(gòu)造旋回,還有各類后期巖體侵入,這樣就破壞了礦體的完整性、連續(xù)性,并引發(fā)各類接觸變質(zhì)及動力變質(zhì)作用,千枚巖多角巖化,礦層被切斷分割破壞 (峽江硯溪、虹橋、分宜龍頭坑)(圖 6,表 3)。

綜上所述,雖然礦田經(jīng)歷多期次、多方向、多型式褶皺構(gòu)造改造,但在礦區(qū)范圍內(nèi),巖石標(biāo)本的顯微構(gòu)造、手標(biāo)本、露頭小構(gòu)造與該區(qū)的宏觀大構(gòu)造所處的變形環(huán)境相同,小構(gòu)造 (小系統(tǒng))與大構(gòu)造(大系統(tǒng))的應(yīng)力作用方式,物質(zhì)運(yùn)動方式和變形機(jī)制一致,所以新余鐵礦田小構(gòu)造與大型構(gòu)造的褶皺變形規(guī)律,表現(xiàn)在形態(tài)的相似性、方位的一致性(軸面力圖保持平行,脊線趨向一致)、構(gòu)造形跡組合的規(guī)律性和空間展布的等間距性等方面。其本質(zhì)在于新余鐵礦田構(gòu)造系統(tǒng)是在同一物質(zhì)系統(tǒng)(震旦系含鐵巖系地層)在同一成礦作用系統(tǒng)、同一動力作用方式相似變形機(jī)制下形成的有生成聯(lián)系的全息體,究其本質(zhì)是因?yàn)樾?gòu)造 (小系統(tǒng))與大構(gòu)造 (大系統(tǒng))的應(yīng)力作用方式,物質(zhì)運(yùn)動方式和變形機(jī)制的一致性。

江西地質(zhì)礦產(chǎn)局.1984.江西省區(qū)域地質(zhì)志[M].北京:地質(zhì)出版社:766-767.

王子賢.1989.地質(zhì)哲學(xué)概論[M].武漢:中國地質(zhì)大學(xué)出版社:55.

殷鴻福,吳順寶.1999.華南是特提斯多島洋體系的一部分[J].武漢:地球科學(xué),(1):4-13.

周建廷,王學(xué)平,劉川.2007.新余鐵礦田中的地質(zhì)系統(tǒng)律和地質(zhì)全息律[J].東華理工學(xué)院學(xué)報(bào),30(3):211-216.

Iron Ore-Form ing Geological Characteristics and Analysis in Xinyu Iron Ore Field

ZENG Shu-ming, ZHOU Jian-ting, WANG Xue-ping, L I U Chuan
(West Jiangxi Geology Party,JiangxiBureau of Geology andMineral Resources,Nanchang 330201,China)

The geochemical sedimentary environment of the physical system of the the iron ore-bearing rock series is an oxide phase-weak oxidation-weak restore phase-restore phase of evolution in Xinyu iron ore field.Ore field has experienced transformation ofmultiple,directions,more type fold structure in the Chengjiang-Caledonian tectonic cycle.The various geological features of the iron ore bed and the iron ore-bearing rock series,aswell as the structural characteristics of the eastern,middle and western part of the Xinyu iron ore field,is the material reflection of the deposition and the diagenesis and the history of the tectonic evolution about the iron ore bed.thispaper explained the inherent law of the ore-forming geological system in the ore field by the application of systems analysismethods and historical analysismethods,summarizes the Changes of the characteristics of the iron ore bed and the iron ore-bearing rock series in Xinyu iron ore field,The character of the bed top and the bed floor and the guide seam of the iron ore-bearing rock series,aswell as the structural characteristics of the eastern,middle and western partof the Xinyu iron ore field.aimed at explained the single ore bed“Red SilkDance”type of fold in the Xinyu Iron ore field,provide reference for the iron ore exploration.

Xinyu iron ore field;deposition;structure;cause analysis

P618.31

A

1674-3504(2010)03-231-10

10.3969/j.issn.1674-3504.2010.03.04

2009-11-23

曾書明 (1956—),男,總工程師,高級工程師,研究方向:礦區(qū)與礦床的勘查及開發(fā)與評價(jià)、區(qū)域成礦規(guī)律、地質(zhì)勘探的新技術(shù)與新方法。