寧蕪盆地白象山鐵礦床地質(zhì)特征及成因分析

邸思維, 范 裕, 張樂駿, 馬 良, 錢 兵

(合肥工業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院,安徽合肥 230009)

寧蕪盆地白象山鐵礦床地質(zhì)特征及成因分析

邸思維, 范 裕, 張樂駿, 馬 良, 錢 兵

(合肥工業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院,安徽合肥 230009)

白象山式鐵礦床位于寧蕪中生代斷陷盆地南段,屬于寧蕪地區(qū)玢巖型鐵礦中鳳凰山式鐵礦床。該礦床的主礦體呈似層狀,產(chǎn)于閃長巖體和黃馬青組砂頁巖接觸帶部位。賦礦圍巖發(fā)生強(qiáng)烈的角巖化、鈉長石化、金云母化、黑云母化、碳酸鹽化,礦石礦物主要為磁鐵礦、假象赤鐵礦、菱鐵礦,脈石礦物主要有鈉長石、石榴子石、陽起石、磷灰石、金云母、石英、碳酸鹽等。礦床形成劃分為熱液期和表生期。熱液期又可分為氣成高溫階段和中低溫?zé)嵋弘A段。通過對該礦床地質(zhì)特征和控礦因素的研究,認(rèn)為白象山鐵礦床屬于玢巖型鐵礦中的矽卡巖型礦床。

鐵礦床;閃長巖體;白象山;矽卡巖型礦床

寧蕪地區(qū)蘊(yùn)藏著豐富的鐵礦資源,20世紀(jì)70年代,眾多學(xué)者對其進(jìn)行了系統(tǒng)的研究,并提出“玢巖鐵礦”成礦模式[1-5]。白象山鐵礦床屬于寧蕪地區(qū)玢巖型鐵礦中鳳凰山式鐵礦床。該礦床位于寧蕪火山巖盆地南段,馬鞍山市當(dāng)涂縣境內(nèi),是南段鐘姑鐵礦田規(guī)模最大、最有代表性的一個礦床。燕山期的閃長巖、輝長閃長巖為成礦的侵入巖,與礦區(qū)褶皺和斷裂密切相關(guān),黃馬青組下段雜色巖段為賦礦地層。該礦床主礦體成似層狀和透鏡狀,產(chǎn)于閃長巖體與黃馬青組砂頁巖接觸帶部位。本文在前人礦區(qū)勘查工作成果的基礎(chǔ)上,對白象山鐵礦床的地質(zhì)特征進(jìn)行了系統(tǒng)的總結(jié)和分析,劃分了成礦階段,分析了礦床形成的區(qū)域構(gòu)造背景和控礦因素,并探討了礦床成因。

1 成礦地質(zhì)背景

白象山鐵礦床在區(qū)域上處于寧蕪中生代火山巖盆地南段,如圖1所示。礦床產(chǎn)于次級穹窿構(gòu)造軸部、閃長巖體突出部位和黃馬青組砂頁巖的接觸帶附近,以交代黃馬青組下部砂頁巖、灰?guī)r及青龍群上部灰?guī)r成礦為主,如圖1、圖2所示。圖1、圖2根據(jù)文獻(xiàn)[6],有修改。

1.1 地 層

礦區(qū)出露地層(圖1)由老至新依次為三疊系中統(tǒng)黃馬青組(T2 h)、侏羅系中下統(tǒng)象山群(J1-2xn)、白堊系下統(tǒng)上火山巖組(K12)、第四系坡沖積層(Q)。其中黃馬青組地層可分為上、下2段,下段富Ca、M g質(zhì)的泥灰?guī)r和砂頁巖與鐵礦化有關(guān),礦體呈似層狀、透鏡狀產(chǎn)出,基本與地層產(chǎn)狀一致。

圖1 白象山鐵礦床位置與地質(zhì)圖

圖2 白象山鐵礦床5線剖面圖

1.2 構(gòu) 造

區(qū)內(nèi)褶皺包括:①位于礦區(qū)中部的白象山背斜,走向北北東,軸面東傾,呈波狀向北傾伏,核部為黃馬青組,兩翼為象山群。該背斜為礦區(qū)的主要控礦和容礦構(gòu)造。②位于白象山背斜與鐘山之間的白象山-鐘山間向斜,以及白象山背斜以東的陰山向斜[3]。

礦區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育,分為縱向斷裂構(gòu)造和橫向斷裂構(gòu)造,如圖1所示?？v向斷裂構(gòu)造中的船山底斷裂破碎帶和西部斷裂帶是主要的賦礦斷裂帶,前者出露在近背斜軸部,走向近南北,傾向南東,主要由黃馬青組砂頁巖角礫組成,后者走向NWW,傾向西。橫向斷裂構(gòu)造主要是青山街-豹子山斷裂破碎帶,位于礦區(qū)南部,形成稍晚[3]。

1.3 巖漿巖

礦區(qū)內(nèi)巖漿巖主要為燕山晚期的閃長巖、閃長玢巖和后期的輝綠巖脈及細(xì)晶巖脈(圖1)。閃長巖體呈突出的巖株?duì)?巖石呈灰色,斑狀結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造,巖石的礦物成分主要為中-更長石,占85%～90%;次要成分有鈉長石、少量單斜輝石(＜10%),還有少量普通角閃石、拉長石及微斜長石;副礦物有磷灰石及磁鐵礦(一般1%～3%,高者達(dá)3%～5%),與鐵礦成礦密切相關(guān),輝綠巖脈及細(xì)晶巖脈穿插在礦體、閃長巖體和圍巖中,破壞礦體[6]。

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 礦體特征

主礦體位于閃長巖和砂頁巖接觸帶部位的內(nèi)帶-正帶,形態(tài)主要受背斜控制,橫向呈平緩拱形,產(chǎn)狀同圍巖基本一致,如圖2所示。礦體呈似層狀,局部有膨大?？臻g上從圍巖向接觸帶按熱力變質(zhì)程度不同,分為3個亞帶:鏡鐵礦化亞帶、含鏡鐵礦結(jié)核的磁鐵礦-鈉長石角巖化亞帶以及磁鐵礦-鈉長石角巖亞帶。小礦體主要有10個,儲量占總儲量的1.1%,9個在主礦體上盤,1個在主礦體下盤[6]。

2.2 礦石特征

(1)礦石類型及結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征。磁鐵礦礦石類型可分為浸染狀、層紋狀、塊狀、角礫狀等4種,前2種是構(gòu)成主礦體的主體;角礫狀礦石主要分布在砂頁巖的層間破碎帶、接觸帶和斷裂構(gòu)造附近。常見的礦物組合為磷灰石-鈉長石-磁鐵礦-陽起石(透閃石)及金云母-磁鐵礦組合。礦石礦物主要為磁鐵礦、假象赤鐵礦、菱鐵礦,脈石礦物為鈉長石、石榴子石、陽起石、磷灰石、金云母、石英、碳酸鹽等。礦石主要為半自形-自形細(xì)粒結(jié)構(gòu),次為填隙、交代殘余結(jié)構(gòu)。常見一種亮鋼灰色中細(xì)粒磁鐵礦,伴有少量假象赤鐵礦,與鈉長石、磷灰石、石英、碳酸鹽等組成條帶,構(gòu)成揉皺狀構(gòu)造或類卷曲層紋狀構(gòu)造。

(2)礦石化學(xué)成分。白象山鐵礦床各種類型的礦石的化學(xué)成分主要為 Fe3O4、Fe2 O3、SiO2、Ag2O3、M gO 、K2O 、CaO 、Co 、Ga 、Ti、Ni、M n 。Fe主要賦存在磁鐵礦、半假象-假象赤鐵礦、赤鐵礦、鏡鐵礦和菱鐵礦中,礦區(qū)全鐵平均品味為39.43%,單樣可達(dá)到61.38%。礦石伴生有益組分Co、Ga、Ti、Ni及M n;Co以類質(zhì)同相形式賦存于黃鐵礦晶格中,平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.008%;Ga呈均勻分布狀態(tài),一般質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.001%～0.014%,與Fe略呈正相關(guān)[6]。

(3)圍巖蝕變。本區(qū)圍巖蝕變明顯,礦體上盤為淺色蝕變,以高嶺土化、絹云母化、鈉長石化、碳酸鹽化、硅化為主,礦體下盤為深色蝕變,以陽起石化、綠泥石化、金云母化、肉紅色鈉長石化及透閃石化為主。由上至下可分為鈉長石-金云母化帶、金云母-磷灰石-陽起石-磁鐵礦帶(礦體所在部位)和鈉長石-金云母-硬石膏帶。其中,陽起石-金云母亞帶發(fā)育于礦體及其上下盤圍巖,此帶局部發(fā)育磁鐵礦化、透閃石化、滑石化、綠泥石化、磷灰石化、黃鐵礦化等,組成各種不同類型的鐵礦石。

3 礦床成因分析

關(guān)于玢巖鐵礦的成因有3種觀點(diǎn):礦漿或巖漿侵入說[1,2,7,8]、熱液說[9-12]及礦漿-熱液說[13,14]。本文結(jié)合白象山礦區(qū)的成礦期、成礦階段的劃分以及對控礦因素的分析來進(jìn)行探討。

3.1 成礦期、成礦階段的劃分

由礦床中礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征和各類礦石產(chǎn)出關(guān)系、各類礦物共生組合、穿切關(guān)系,對礦床的成礦階段進(jìn)行劃分。

本區(qū)的礦床形成過程,可分為早期氣成高溫?zé)嵋弘A段、中低溫?zé)嵋弘A段以及表生期。氣成高溫?zé)嵋弘A段,礦物組合為金云母-磷灰石-(石英)-磁鐵礦、鈉長石-磷灰石-磁鐵礦、鈉長石-金云母-磁鐵礦、陽起石-金云母-磷灰石-磁鐵礦等[3]。鈉長石分布普遍,西部礦體中常見,多呈半自形-它形粒狀,形成早于磁鐵礦的主要成礦期。金云母常呈葉片狀、片狀集合體,生成時間與磁鐵礦大致相同。石榴子石、磷灰石、透輝石、陽起石等典型矽卡巖型礦物與鈉長石、磁鐵礦、金云母共生。

中低溫?zé)嵋弘A段,主要為赤鐵礦、硫化物、石英和碳酸鹽。赤鐵礦、假象赤鐵礦含量少,主要呈不規(guī)則交代作用,鏡鐵礦常呈脈狀產(chǎn)出。黃鐵礦自形、半自形、它形不規(guī)則粒狀交代磁鐵礦或浸染于脈石中。石英常呈石英-方解石細(xì)脈。方解石主要是熱液階段中期產(chǎn)物,呈它形細(xì)粒與磁鐵礦、金云母磷灰石共生;另一部分為晚期低溫低壓形成,呈團(tuán)塊狀和脈狀,交代早期生成的蝕變巖。

表生期主要形成部分假象赤鐵礦、褐鐵礦、蛋白石、石髓、高嶺土等。

3.2 控礦因素分析

不同成礦階段礦物組合如圖3所示。

(1)構(gòu)造背景對成礦的影響。長江中下游成礦帶處于華北板塊、揚(yáng)子板塊和古太平洋板塊相互作用的區(qū)域內(nèi)[15,16],自印支晚期開始,南北兩板塊相向運(yùn)動,古太平洋板塊逐漸向北西方向俯沖,到中侏羅世晚期,燕山期地殼運(yùn)動表現(xiàn)為強(qiáng)烈伸展作用,以斷裂構(gòu)造為主的活動,形成了10余個斷陷型火山-沉積盆地。寧蕪盆地就是其中一個。它主要受北北東向和北西向2組斷裂控制,區(qū)域的深斷裂是巖漿生成的重要因素和上升通道。

盆地內(nèi)部的斷裂構(gòu)造決定著次火山巖巖體的位置和頂部形態(tài),并對成礦溶液運(yùn)移和礦質(zhì)沉淀起著重要控制作用。次火山巖的形成過程也是巖漿上升、冷卻和收縮的過程,在接觸帶常形成較大的成礦空間[1]。

圖3 不同成礦階段礦物組合

(2)地層對成礦作用的控制。白象山鐵礦床的形成與三疊系黃馬青組圍巖密切相關(guān),黃馬青組下段雜色巖段第1層,發(fā)育黃綠、灰綠色薄層狀含鈣鎂質(zhì)粉砂巖與粉砂質(zhì)頁巖互層,間夾1層白云質(zhì)泥灰?guī)r,厚度120～150m,正好是礦液運(yùn)移的良好通道;第2層發(fā)育灰紫色厚層狀粉砂巖、細(xì)砂巖,夾薄層暗紫色粉砂質(zhì)頁巖,不均勻地分布少量鈣質(zhì)結(jié)核,間夾2～4層厚5～80 cm富含鐵質(zhì)、鈣質(zhì)粉砂巖,有利于巖漿侵入時受巖漿熱液作用發(fā)生交代作用,形成矽卡巖型礦床。

礦化早期,閃長玢巖廣泛經(jīng)受了鈉長石化交代,范圍極大,在該區(qū)閃長巖中,在中長石斑晶邊部出現(xiàn)了鈉長石凈邊,暗示在殘余巖漿內(nèi)鈉質(zhì)相當(dāng)富集,鈉質(zhì)的交代作用也已經(jīng)開始,大量的鈉長石化出現(xiàn)在早期氣成高溫?zé)嵋弘A段[3]。在成礦流體中富集了 FeCl2 、K 、Ca、M g、A l、Si等,形成該礦區(qū)典型的矽卡巖礦物組合:石榴子石-透輝石-金云母,磷灰石-磁鐵礦、透輝石-硬石膏-磁鐵礦組合,以及石英-赤鐵礦組合等礦物組合。鐵礦體也正是發(fā)育在黃馬青組與閃長玢巖接觸帶部位,呈似層狀和透鏡狀分布。

(3)巖漿背景對成礦的控制。當(dāng)白象山輝長閃長玢巖侵入于黃馬青組砂頁巖、周沖村組灰?guī)r時,在接觸帶上產(chǎn)生了侵入接觸破碎帶,在沉積地層內(nèi)產(chǎn)生層間破碎帶,這些破碎帶給礦液活動提供了良好的空間,控制了矽卡巖和礦化[1,3,17]的形成。白象山鐵礦床具有典型的熱液礦床特征,巖漿后期通過接觸交代作用,作用在含Na、Ca、Mg的黃馬青組砂頁巖下部,發(fā)生接觸變質(zhì),形成磁鐵礦。含礦溶液一部分運(yùn)移至黃馬青組下段富鐵砂頁巖中,FeO同石膏反應(yīng)生成黃鐵礦,形成了磁鐵礦和黃鐵礦互層的層紋狀-半層紋狀礦石;或黃鐵礦交代磁鐵礦,形成浸染狀磁鐵礦礦石;FeO同Mg、Ca及粘土物質(zhì)生成綠泥石、陽起石、透輝石等,形成較常見的層紋狀礦石。

綜上所述,白象山鐵礦床形成于燕山期白象山巖體和三疊紀(jì)黃馬青組地層的接觸帶,成礦與鈣堿性系列的閃長巖、閃長玢巖關(guān)系密切,矽卡巖礦物發(fā)育。因此,白象山鐵礦床是玢巖型鐵礦家族中(鳳凰山式)的矽卡巖型礦床。

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Geological characteristics and genesis of Baxiangshan iron deposit in Ningwu basin

DISi-wei, FAN Yu, ZHANG Le-jun, MA Liang, QIAN Bing

(School of Resources and Environmen tal Engineering,H efei University of Technology,Hefei230009,China)

Baixiangshan iron deposit is located in thesouthern partof Ningwu Mesozoic faulted basin.Itis classified as Fenghuangshan-type iron depositin themodel of Ningwu porphyritic type iron deposit.Main body of the Baixiangshan deposit is stratabound and hosted in the contact zone between the diorite intrusion and the Huangmaqing group sandstone interbeded with shale.Thewall-rock develops strong hornfels contact metamorphism aswellas phlogopite,albite,biotite,carbonatealterations.Theorem inerals aremagnetite,hematite,siderite,and the ganguemineralsare albite,garnet,actinolite,apatite,phlogopite,quartz,carbonate,etc.M ineralization isdivided into two periods:the hydrothermalperiod and the supergene period.The hydrothermal period can be furtherdivided into two stages:thehigh-temperature stageand the low-temperaturehydrothermalmineralization stage.Based on the researcheson geological characteristics and ore-controlling factors of the iron deposit,the Baixiangshan iron deposit is described as a skarn deposit,amember of the porphyritic type iron deposit family.

iron deposit;diorite;Baixiangshan;skarn deposit

P611.13

A

1003-5060(2011)01-0123-05

10.3969/j.issn.1003-5060.2011.01.029

2010-02-05;

2010-03-23

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(40803015;40830426);安徽省公益性地質(zhì)工作資助項(xiàng)目(2007-1;2005-51)和安徽省優(yōu)秀青年科技基金資助項(xiàng)目(08040106907;04045063)

邸思維(1983-),男,安徽壽縣人,合肥工業(yè)大學(xué)碩士生;

范 裕(1982-),男,安徽合肥人,博士,合肥工業(yè)大學(xué)副教授,碩士生導(dǎo)師.

(責(zé)任編輯 張淑艷)