張紀助
(江西烏石山礦業(yè)有限公司,江西 吉安 343400)
我國社會的發(fā)展,正逐步向開發(fā)礦產(chǎn)資源的方向轉變,其中以鐵礦的儲量最為廣博,占總鐵礦資源的九分之一,主要分布于鄂、滇、黔、桂、贛、冀、皖等省份,以寧鄉(xiāng)式鐵礦與宣龍式鐵礦居多。宣龍式鐵礦早在寒武紀時代就已經(jīng)成礦,成礦時間較早,礦產(chǎn)類型較多,主要位于燕山凹陷地帶,與內(nèi)蒙古相鄰[1]。而寧鄉(xiāng)式鐵礦,在泥盆紀時代才開始成礦,成礦時間較晚,主要分布于鄂、贛、黔等南方地區(qū)。本文將著重對贛西寧鄉(xiāng)式鐵礦的成礦環(huán)境與礦床成因進行研究。據(jù)調(diào)查表明,寧鄉(xiāng)式鐵礦的儲存量在38.4億噸,占我國總鐵礦量的75%左右,專家預測未來的寧鄉(xiāng)式鐵礦含量將會達到成百上千億噸。其中以贛西礦床為重中之重。贛西鐵礦為贛西地區(qū)的主要發(fā)展方向,作為該地區(qū)的經(jīng)濟命脈,贛西寧鄉(xiāng)式鐵礦的開采活動一直備受矚目。贛西寧鄉(xiāng)鐵礦以烏石山鐵礦為主,主要位于永新縣內(nèi),總面積在4.5萬公頃左右,占寧鄉(xiāng)式鐵礦總量的一半以上。烏石山鐵礦的地點東西方向位于麻石嶺,南北方向位于南東冀,此礦區(qū)的東西方向與南北方向?qū)儆趶秃蠚w并關系。但就目前的情況來看,宣龍式鐵礦的開發(fā)利用率更佳,而寧鄉(xiāng)式鐵礦的開發(fā)利用率稍差。因此,本文研究寧鄉(xiāng)式鐵礦的成礦環(huán)境與礦床成因,旨在將贛西寧鄉(xiāng)式鐵礦的開發(fā)利用率逐步提高。
贛西寧鄉(xiāng)式鐵礦主要以烏石山鐵礦為主,其礦區(qū)位于永新縣文竹鎮(zhèn)境內(nèi),在縣內(nèi)的NNS方向330°,距離該礦區(qū)越30000m,坐標約為113°58′00″,26° 58′ 00″[2]。烏石山鐵礦區(qū)的主體構造在東西方向的麻石嶺西部區(qū)域,南北方向在南東冀斜翼,呈復合歸并角度。由于烏石山礦區(qū)的成礦時間在泥盆紀時代,所以其地層主要以泥盆系地層為主,石炭系地層為輔,綜合白堊系地層共同組成。因此,礦物主要是鐵礦,其余礦物為錫礦,兩種礦產(chǎn)分為上下兩層,全程2800m,可見范圍約1300m,整個礦區(qū)呈層狀、似層狀,以及產(chǎn)狀,相當于褶皺構造,是極易形成鐵礦的構造,東西方向的礦區(qū)構造與產(chǎn)狀之間的傾角在10°~30°之間,南北方向的礦區(qū)構造與產(chǎn)狀之間的傾角在25°~35°之間,各個層狀構造的厚度分別在1.50m與1.65m左右。礦層中各化學組成部分如表1所示。
表1 礦物成分
如表1所示,烏石山礦區(qū)的鐵礦產(chǎn)主要包括,F(xiàn)e2O3、FeCO3、FeO(OH)·nH2O、TFe、Al2O3、SiO2、CaO、P、S、Mn、Al2O3等 ;礦石主要為綠泥石、石英、白云石等。其中,在以上的鐵礦產(chǎn)中,鐵的品位不同,在上層礦區(qū),鐵的品位較好,平均在50%以上,下層礦區(qū)的鐵品位適中,平均在45%以上,有害元素磷的含量僅在0.5%以下,硫的含量在0.04%以下。在開采寧鄉(xiāng)式鐵礦后,主要用于工業(yè),制成酸性高磷低硫的鐵礦物,分為富鐵與貧鐵兩種品位。此外,該礦區(qū)的氣候環(huán)境特征以大氣降水為主,成礦條件分為簡單、中等、復雜等三種類型。贛西寧鄉(xiāng)式鐵礦的環(huán)境較為簡單,屬于中等類型的礦床。
贛西寧鄉(xiāng)式鐵礦以Fe2CO3為主,在氧化較少、碳酸鹽較少的環(huán)境下成礦,因此,礦產(chǎn)本身的氧化可能性較低[3]。在海水的拍打運動下,此礦區(qū)多形成Fe2CO3與綠泥石,并且,在海水的壓力下,F(xiàn)e2CO3會更容易結晶,進而沉積得到赤鐵礦,沉積得到的赤鐵礦品位更好,富化更明顯。同時經(jīng)歷了分離、凝固、結晶等作用,會產(chǎn)生輕微的變質(zhì)作用,使鐵礦的品位更佳。在海水的侵蝕下,該礦區(qū)的成礦環(huán)境如下圖1所示。
圖1 贛西寧鄉(xiāng)式鐵礦成礦環(huán)境
如圖1所示,在鐵礦開采伊始,礦源屬于富集階段,贛西寧鄉(xiāng)式鐵礦是泥盆紀晚期發(fā)現(xiàn)的,而晚期泥盆紀是晚于石炭紀階段的,在石炭紀階段,海水對該地區(qū)的不斷侵蝕,造成了泥盆紀。因此,贛西寧鄉(xiāng)式鐵礦主要是海水侵蝕作用形成的,來自陸地源頭,止于海水邊緣,在垂直方向中處于砂巖的階段,并不斷向粉砂巖、泥沙巖,以及泥灰?guī)r的方向變化;在水平方向中,經(jīng)過陸源碎屑與CaCO3等碳酸鹽的相互化學作用下,鐵礦逐漸形成,并進入巖石的底部。
本文研究贛西寧鄉(xiāng)式鐵礦的成礦環(huán)境受到泥盆紀海水的侵蝕作用,在礦區(qū)內(nèi)的出露主體,以CLY細結晶為主,微晶質(zhì)灰?guī)r為輔,局部還存在鐵礦石膏層、黑泥層,與下層礦區(qū)相互結合,極易成礦。此外,贛西寧鄉(xiāng)式鐵礦還存在D3×1(錫礦山組)、D3(麻山組)、D3c(嶂崠組),三者通過D3×1相互聯(lián)結,形成密不可分的地形,與成礦關系極大,D3為細層狀,內(nèi)含大量泥漿,粉砂巖;D3c為厚層狀,其內(nèi)含有大量云母成分,屬于粗粒石英砂巖。D3、D3c均為成礦創(chuàng)造了價值。受此影響,礦區(qū)內(nèi)的巖漿巖發(fā)育不完全,礦層中的D3×1中的褐色粗粉砂巖、細砂巖、泥巖等礦物局部含有黃鐵礦成分,在底部更易形成品位更高級的赤鐵礦(Fe2CO3);中部呈灰色,除了細砂巖與泥巖之外,還存在海百合莖,呈紫紅色,更易出現(xiàn)赤鐵礦;下部呈灰白色,局部可見綠泥巖,是不易形成赤鐵礦的區(qū)域。贛西鐵礦在經(jīng)過一段時間的海水運動、地殼運動后,逐漸產(chǎn)生了變質(zhì)巖,與綠泥巖相互擠壓,使鐵含量進一步富集,促進了鐵礦的產(chǎn)生。此外,礦區(qū)在褶皺帶附近,具有南向多層次,北向稍平緩的特點,因此褶皺帶發(fā)育得很完全,進一步加快了成礦時間。
贛西寧鄉(xiāng)式鐵礦在晚期泥盆紀出現(xiàn),地處一手指狀的海灣,東臨華夏古陸,西至古湘東半島,北靠江南古陸,屬于三面著陸的海灣,海水從南向侵襲。由于海灣內(nèi)部的島嶼、水系隆起,導致海底凹凸不平,形成灣脊與沉積層。在古島與沉積層之間的斜坡上,是Fe2CO3沉積較富集的地方,在近海岸的邊緣較深區(qū)域,是成為FeCO2的主要地區(qū),在灣脊與沉積層過渡區(qū),是兩種礦型混合的地區(qū)。烏石山鐵礦是沉積于古井岡山島嶼沉積層過渡的旱地盆地中。通過海水的運動,造成了鐵礦的兩層分布。在上層礦石中主要以Fe2CO3為主,帶有氧化的礦產(chǎn)有褐鐵礦,一般情況下,上層鐵礦中,F(xiàn)e2CO3含量在75%~90%之間,褐鐵礦的含量在10%~25%之間。而下層礦石中以FeCO2為主,少許鹽類礦物為輔,F(xiàn)eCO2含量在65%左右,鹽類礦物含量在35%左右,兩層鐵礦中含鐵量較高,離不開地形因素的影響。
除了地形因素會對礦床產(chǎn)生影響之外,本文進一步分析巖性因素這種空間特征的影響效果。在鐵礦床中分布著較多的細碎屑巖,屬于細砂巖向粗砂巖過渡,比如,烏石山鐵礦層中,粗砂巖含量較高,過渡過程相對穩(wěn)定,工業(yè)意義較大。由于礦層中受到巖性因素的影響,礦石結構以赤鐵礦為主,通過隱晶微粒結構向球粒結構過渡,形成鐵質(zhì)塊狀構造,再經(jīng)由風化等作用形成網(wǎng)狀結構。因此,在巖性因素的影響下,鐵礦石的品位稍高,F(xiàn)eCO2的平均品位在54.93%左右,屬于富鐵礦,并且其品位變化系數(shù)在17.6%~27.61%之間,說明其礦層的含鐵量較均勻,像是P、S這類的有害物質(zhì)較少,屬于可開采的標準之內(nèi)。因此,巖性因素對于成礦的影響較大。
上文中巖性因素的規(guī)律性,一直受到地殼震動因素的影響。由于泥盆紀時代的地殼運動分為三種,第I旋回運動、第II旋回運動、第III旋回運動,此三種旋回運動又可以分布成三個小旋回運動,將含鐵巖石均分在三個小旋回運動中,在地殼統(tǒng)一沉降運動過程中,在三個小旋回運動中形成規(guī)律式振動,使其逐漸適應地殼運動的模式,而后直接將含鐵巖石放入地殼運動中,形成工業(yè)礦層。本文認為,贛西寧鄉(xiāng)式鐵礦礦床成因與地殼運動因素關系最為密切,受到地殼運動的不斷擠壓、摩擦等作用,又經(jīng)過長時間的風化作用,逐漸形成比較富集的鐵礦,再由海水運動將其帶到海灣深處,逐漸形成寧鄉(xiāng)式鐵礦。除此之外,地殼振動因素也控制著周圍的氣候環(huán)境,使鐵礦附近的氣候、海水動力、相關酸堿度等環(huán)境,更適宜鐵礦的沉積與形成。
通過上文的論述,本文認為,寧鄉(xiāng)式鐵礦的開發(fā)利用率可能與礦區(qū)的成礦環(huán)境與礦床成因的了解程度有關,由于寧鄉(xiāng)式鐵礦的成礦時間較晚,相關開采人員對大部分礦石的認識度不夠,對礦床的成因與環(huán)境了解不充分,導致很多礦石不能被有效地利用?;诖?,本文以贛西為例,研究贛西寧鄉(xiāng)式鐵礦的成礦環(huán)境與礦床成因。通過對贛西礦區(qū)概況的分析,研究其成礦環(huán)境與礦床成因,旨在提高寧鄉(xiāng)式鐵礦的開采效率,與礦物的合理利用率。為寧鄉(xiāng)式鐵礦的開采提供研究方向。