加拿大拉布拉多鐵礦類型與勘查模型

翟富榮,梁帥, 楊新宇,張婧一,張廣陽,魏明輝,苗彤,譚亮

1.遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)研究院有限責(zé)任公司，沈陽 110034；2.中國地質(zhì)調(diào)查局 沈陽地質(zhì)調(diào)查中心，沈陽 110034；3.遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院有限責(zé)任公司，沈陽 110034；4.遼寧省城鄉(xiāng)建設(shè)規(guī)劃設(shè)計院有限責(zé)任公司,沈陽 110006;5.中煤科工集團(tuán) 沈陽設(shè)計研究院有限公司，沈陽 110014

0 引言

拉布拉多位于北美大陸東部邊緣，是加拿大太平洋成礦域中最大和最具地質(zhì)多樣性的成礦省，區(qū)內(nèi)巖石組合、地質(zhì)年代、構(gòu)造類型和沉積環(huán)境的多樣性,導(dǎo)致了礦化類型的多樣性和巨大的成礦潛力，具備產(chǎn)出大型鐵、鈾及稀土等礦床的地質(zhì)環(huán)境[1--3]。拉布拉多地槽為世界級大型鐵礦集中區(qū)，分布有Carol Lake、Scully Mine、Scheff erville、I abMag(Howells River)、JulienneLake和Kamistiatusset等大型或超大型鐵礦床[4]，鐵礦勘查和開采主要集中在拉不拉多西部地質(zhì)上稱為“拉布拉多地槽”的地區(qū)。王炯輝等人對拉布拉多地槽DSO型鐵礦進(jìn)行研究，并對其成因類型、地質(zhì)特征和成礦規(guī)律進(jìn)行總結(jié)，并圈定3個DSO型鐵礦找礦礦靶區(qū)，提出綜合地質(zhì)和地球物理方法是實現(xiàn)快速突破的有效方法[5];王永春等人對拉布拉多地區(qū)Superior湖型鐵建造進(jìn)行研究，并總結(jié)其成礦模式及區(qū)域資源潛力分析[6]。張新元等人對紐芬蘭—拉布拉多省礦業(yè)開發(fā)概況進(jìn)行了細(xì)致梳理，李振林對拉布拉多地槽鐵礦項目投資及注意事項進(jìn)行了研究總結(jié)[7--8]。基于拉布拉多鐵礦對于全球鐵礦供需市場的重要性，開展區(qū)域鐵礦類型和勘查模型的研究工作，為國內(nèi)地礦單位、企業(yè)參與拉布拉多鐵礦的勘探和開發(fā)提供參考，加快實施“走出去”戰(zhàn)略。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

拉布拉多位于礦產(chǎn)豐富的加拿大地盾東緣[1]，由5個成礦區(qū)構(gòu)成(圖1)，屬太古宙克拉通的Nain成礦區(qū)和Superior成礦區(qū)，周邊為古元古代活動帶Churchill成礦區(qū)和Makkovik成礦區(qū)，這兩個成礦區(qū)南部又被Grenville礦區(qū)改造[2]。鐵礦床主要分布在Superior成礦區(qū)、Churchill成礦區(qū)西部和Grenville成礦區(qū)西北部地區(qū)。Superior成礦區(qū)主要由太古宙麻粒巖相英云閃長巖和混合質(zhì)變質(zhì)沉積片麻巖構(gòu)成，變質(zhì)鎂鐵質(zhì)火山巖很少產(chǎn)出，為沉積變質(zhì)型鐵礦床成礦環(huán)境。Churchill 成礦區(qū)西部為由細(xì)粒淺海沉積物和火山巖組成的、富含金屬的古元古代盆地(拉布拉多地槽)，盆地除含有豐富含鐵建造外，還分布廣泛的碎屑巖和碳酸鹽巖。Grenville成礦區(qū)由中高級變質(zhì)的英云閃長質(zhì)--花崗閃長質(zhì)斜長片麻巖、副片麻巖、變輝長巖和未變質(zhì)花崗巖構(gòu)成，拉布拉多地槽南部遭受的Grenville變質(zhì)作用有利于該區(qū)含鐵建造的形成。

地槽沿太古代Superior--Ungava灣克拉通東部邊緣分布(圖1)，主要由古元古代的沉積巖和火山巖構(gòu)成，在拉布拉多西南部延伸至?xí)r代更新的Grenville成礦區(qū)，并于約前1 Ga時經(jīng)歷了變形和變質(zhì)作用。地槽中鐵礦床主要賦存于Kaniapiskau群Sokoman組含鐵建造中段(表1)[9]，主要由鐵硅酸鹽、鏡鐵礦及磁鐵礦構(gòu)成的灰色至粉紅色的硅質(zhì)巖和鐵氧化物豐富的巨厚序列(礦層)。

2 拉布拉多鐵礦

本次研究將拉布拉多鐵礦分為兩個地區(qū)，與拉布拉多地槽范圍內(nèi)的鐵礦稱之為“拉布拉多地槽鐵礦”，除拉布拉多地槽以外地區(qū)的鐵礦稱之為“其他地區(qū)鐵礦”。

表1 Sokoman含鐵建造與巖石組合

圖1 拉布拉多鐵礦地質(zhì)簡圖及主要鐵礦床分布Fig.1 Simplified geological map of Labrador iron deposit and distribution of major iron deposits

2.1 拉布拉多地槽鐵礦

2.1.1 鐵礦類型

鐵礦主要是氧化物相、蘇必利爾型含鐵建造，產(chǎn)于淺海環(huán)境的化學(xué)沉積，進(jìn)一步劃分為3個亞類[10--11]：

變質(zhì)的粗粒(鏡鐵礦、磁鐵礦)含鐵建造型主要分布于地槽內(nèi)Labrador 城—Wabush地區(qū)，約1 Ga前經(jīng)歷Grenville造山運動影響，褶皺作用導(dǎo)致許多地區(qū)層序重復(fù)，使鐵礦的地表出露范圍和厚度增加；另外受蝕變和變質(zhì)作用導(dǎo)致礦石中片狀赤鐵礦、粒狀磁鐵礦顆粒變粗，品位增高。

高品位表生礦型(又稱DSO型，赤鐵礦、針鐵礦和褐鐵礦)主要分布于Schefferville地區(qū)， 為弱變質(zhì)的硅質(zhì)含鐵建造，在白堊紀(jì)風(fēng)化過程中富集，含鐵> 50%，具有礦石軟、易碎、細(xì)粒及多孔隙特征。

弱變質(zhì)的含鐵建造或鐵燧巖型遍布地槽，含鐵15%～30%，礦石礦物以磁鐵礦為主。

2.1.2 成礦地質(zhì)條件與礦床分布

地槽內(nèi)出露地層主要為一陸架沉積向深海濁積，最終到淺海相、陸相巖石的演化序列，沉積序列下部為裂谷沉積，上部為海侵沉積，稱之為Kaniapiskau群[10--11]，由古元古代(2.17～1.87 Ga)沉積巖和火山巖構(gòu)成，并于約前1 Ga時經(jīng)歷變形和變質(zhì)。地槽與太古代基底之間，西部為不整合接觸(古元古代沉積)，東部則為斷裂接觸(可能為異地洋底深水沉積巖和火山巖)。鐵礦床主要賦存于Kaniapiskau群Sokoman組(中段)，為一30～170 m厚的硅質(zhì)富鐵沉積序列，其下為一套厚的頁巖、硅質(zhì)碎屑巖和白云巖(Wishart組)，其上為基性火山巖(Nimish組)，Sokoman組自拉布拉多城向Schefferville(NNW，達(dá)250 km)和魁北克(SW)兩個方向延伸。地槽經(jīng)歷了綠片巖相變質(zhì)作用并發(fā)育有開闊--緊閉褶皺，但在西部前陸盆地，巖石微傾且基本未受擾動，層序基本完整，鐵礦床主要集中于拉布拉多城—Wabush和Schefferville地區(qū)。

拉布拉多城—Wabush地區(qū)鐵礦類型主要為變質(zhì)的粗粒(鏡鐵礦、磁鐵礦)含鐵建造型和弱變質(zhì)的含鐵建造或鐵燧巖型，主要分布著Carol湖(Humphrey 和 Luce deposits礦床)鐵礦床、Scully鐵礦床、Julienne湖鐵礦床、Rose鐵礦床、Rose北鐵礦床和Mills湖鐵礦床等[11]。多數(shù)礦床由褶皺構(gòu)造形成并賦存其中，如Mills湖礦床由一個向東傾斜的板狀礦體構(gòu)成，礦化由粗粒變質(zhì)鐵燧巖構(gòu)成，以磁鐵礦為主。

Schefferville地區(qū)鐵礦類型主要為高品位表生礦型(赤鐵礦、針鐵礦和褐鐵礦)，分布于沿魁北克—拉布拉多邊界地帶附近的Astray湖地區(qū)內(nèi)，分布著James鐵礦床、Timmins鐵礦床和Labmag鐵礦床等[11]。

地槽其他地區(qū)近年陸續(xù)發(fā)現(xiàn)的Sawyer湖鐵礦點、Gabbro湖鐵礦點和Snelgrove湖鐵礦點，已有勘探資料表明均具有較好成礦潛力。弱變質(zhì)磁鐵礦含鐵建造或鐵燧巖也廣泛存在于Grenville成礦省北部邊緣的Churchill和Labrador城之間，也發(fā)現(xiàn)有許多鐵礦化點，這些地區(qū)也具有一定的成礦潛力。

2.1.3 典型礦床分析

Julienne湖鐵礦床位于拉布拉多城北側(cè)約27 km處，礦床產(chǎn)于Kaniapiskau群Sokoman組含鐵建造中[12]，其含鐵建造中段為主要礦化層位，礦體圍巖為Wishare組。礦體露頭走向長約2 km，寬度為0.55～1 km，剖面上是一個斷陷盆地或向斜構(gòu)造(Julienne盆地)，垂直厚度達(dá)575 m，主要礦石類型為鏡鐵礦和磁鐵礦，Grenville造山運動對鐵的富集起到重要促進(jìn)作用[13--16]。

Julienne湖地區(qū)Sokoman組含鐵建造具有以下地質(zhì)特征[14--16]：①Sokoman組經(jīng)歷了多期構(gòu)造演化，其中既有新魁北克造山帶的褶皺和變質(zhì)作用(1 800 Ma)，又有Grenville成礦省的褶皺和變質(zhì)作用(1 000 Ma)。②Sokoman組各沉積單元礦物學(xué)特征都相對比較簡單，主要由石英、赤鐵礦、粗粒鏡鐵礦以及少量磁鐵礦在內(nèi)的含鐵礦物構(gòu)成，硅酸鹽和碳酸鹽礦物中也有少量的鐵閃石和鐵白云石。其含鐵建造為石英--鏡面赤鐵礦或約含石英和鐵礦物各50%(體積)的石英-鏡鐵礦片巖，石英主要呈中粗粒粒狀，鐵氧化礦物主要是粗粒片狀鏡面赤鐵礦、中粗粒單一赤鐵礦顆粒及細(xì)粒土狀赤鐵礦--褐鐵礦。③Sokoman組巖石組合有鏡鐵礦石英片巖、石英鏡鐵礦片巖、石英--粒狀鏡鐵赤鐵礦巖、石英--粒狀赤鐵礦巖、含鐵白色石英巖、細(xì)粒燧石赤鐵礦、石英--鏡鐵礦--硅酸鹽和粗粒石英--鏡鐵礦，條帶狀部分由兩個及以上單位構(gòu)成，石英--鏡鐵礦單位的含錳段部分再活化。

2.2 其他地區(qū)鐵礦

Saglek灣南岸有太古代條帶狀A(yù)lgoma型含鐵建造產(chǎn)出，其形成與附近的斜長角閃巖和麻粒巖有關(guān)，這些高級變質(zhì)的巖石構(gòu)造復(fù)雜，具有較大的成礦潛力[17]。Grand河盆地發(fā)育有大面積火成巖(斜長巖、輝長閃長巖等)，廣泛含有一定量的鐵氧化物礦物，勘探資料證明沖積砂和古海灘沉積中的鐵氧化物富集具有普遍性[18]。

Nain成礦省北部Kiglapait層狀侵入體上部發(fā)育有橫向連續(xù)的富磁鐵礦層，研究發(fā)現(xiàn)其中含有大量的鈦和釩，初步認(rèn)為具有一定的Fe-Ti-V富集潛力[19]。Grenville成礦省南部的斜長巖侵入體也具有類似的地質(zhì)環(huán)境，可能也具有Fe-Ti-V富集潛力。

3 勘查模型

拉布拉多地區(qū)含鐵建造根據(jù)其構(gòu)造地質(zhì)背景、相關(guān)巖石與沉積環(huán)境，可分為兩個類型：與海底侵位的火山巖(尤其是綠巖帶中的)有關(guān)的Algoma型和與火山巖沒有直接關(guān)系的形成于大陸邊緣的Superior型含鐵建造，拉布拉多地槽鐵礦以Superior型含鐵建造為主(1.90～1.85 Ga)[14]。

Superior型含鐵建造形成機(jī)制是原始含鐵建造在古元古代期間發(fā)生褶皺、斷裂和弱變質(zhì)后，發(fā)生與大氣降水循環(huán)有關(guān)的次生淺成富集(向斜構(gòu)造或斷陷地塊)作用，即石英和碳酸鹽被淋出，形成了脆性、粒狀鐵礦石和沉積在孔隙空間的次生褐鐵礦、針鐵礦；淋濾帶跨斷層明顯偏移的一方說明其在富集過程中有構(gòu)造活動參與；局部存在含白堊紀(jì)植物和昆蟲化石的碎石和巖堆沉積表明，至少在中生代還有一些富集作用發(fā)生(高品位表生礦型)。據(jù)此建立Superior型鐵礦床勘查模型(表2)，為尋找同類型礦床提供參考。

表2 Labrador地區(qū)Superior型鐵礦勘查模型地質(zhì)特征

4 結(jié)論

(1)拉布拉多鐵礦勘查和開采主要集中在“拉布拉多地槽”的拉布拉多城—Wabush和Schefferville兩個區(qū)域，礦床賦存于下元古界Kaniapiskau群Sokoman組內(nèi)，主要為Superior型含鐵建造。

(2)鐵礦類型有高品位表生礦型(又稱DSO型，赤鐵礦、針鐵礦和褐鐵礦)、變質(zhì)的粗粒的(鏡鐵礦、磁鐵礦)含鐵建造型和弱變質(zhì)的含鐵建造或鐵燧巖型，以前兩者工業(yè)經(jīng)濟(jì)價值較大。

(3)Julienne湖鐵礦床為區(qū)域上Superior型含鐵建造的典型代表，據(jù)其成礦條件和成礦特征建立區(qū)域上的同種類型鐵礦床的勘查找礦模型，為中國鐵礦企業(yè)參與拉布拉多鐵礦的勘探和開發(fā)提供科學(xué)依據(jù)。