贛西寧鄉(xiāng)式鐵礦的成礦環(huán)境與礦床成因

張紀(jì)助

（江西烏石山礦業(yè)有限公司，江西 吉安 343400）

我國社會(huì)的發(fā)展，正逐步向開發(fā)礦產(chǎn)資源的方向轉(zhuǎn)變，其中以鐵礦的儲(chǔ)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(jì)時(shí)代就已經(jīng)成礦，成礦時(shí)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(jì)時(shí)代才開始成礦，成礦時(shí)間較晚，主要分布于鄂、贛、黔等南方地區(qū)。本文將著重對(duì)贛西寧鄉(xiāng)式鐵礦的成礦環(huán)境與礦床成因進(jìn)行研究。據(jù)調(diào)查表明，寧鄉(xiāng)式鐵礦的儲(chǔ)存量在38.4億噸，占我國總鐵礦量的75%左右，專家預(yù)測未來的寧鄉(xiāng)式鐵礦含量將會(huì)達(dá)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(jì)命脈，贛西寧鄉(xiāng)式鐵礦的開采活動(dòng)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(diǎn)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?fù)合歸并關(guān)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。

1 贛西烏石山鐵礦概況

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(biāo)約為113°58′00″，26° 58′ 00″[2]。烏石山鐵礦區(qū)的主體構(gòu)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(fù)合歸并角度。由于烏石山礦區(qū)的成礦時(shí)間在泥盆紀(jì)時(shí)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(gè)礦區(qū)呈層狀、似層狀，以及產(chǎn)狀，相當(dāng)于褶皺構(gòu)造，是極易形成鐵礦的構(gòu)造，東西方向的礦區(qū)構(gòu)造與產(chǎn)狀之間的傾角在10°～30°之間，南北方向的礦區(qū)構(gòu)造與產(chǎn)狀之間的傾角在25°～35°之間，各個(gè)層狀構(gòu)造的厚度分別在1.50m與1.65m左右。礦層中各化學(xué)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(fù)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。

2 贛西寧鄉(xiāng)式鐵礦的成礦環(huán)境

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(yùn)動(dòng)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(huì)更容易結(jié)晶，進(jìn)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(shí)經(jīng)歷了分離、凝固、結(jié)晶等作用，會(huì)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(jì)晚期發(fā)現(xiàn)的，而晚期泥盆紀(jì)是晚于石炭紀(jì)階段的，在石炭紀(jì)階段，海水對(duì)該地區(qū)的不斷侵蝕，造成了泥盆紀(jì)。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(xué)作用下，鐵礦逐漸形成，并進(jìn)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(jì)海水的侵蝕作用，在礦區(qū)內(nèi)的出露主體，以CLY細(xì)結(jié)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(jié)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(jié)，形成密不可分的地形，與成礦關(guān)系極大，D3為細(xì)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(jià)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(xì)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(jí)的赤鐵礦（Fe2CO3）；中部呈灰色，除了細(xì)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(shí)間的海水運(yùn)動(dòng)、地殼運(yùn)動(dòng)后，逐漸產(chǎn)生了變質(zhì)巖，與綠泥巖相互擠壓，使鐵含量進(jìn)一步富集，促進(jìn)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(diǎn)，因此褶皺帶發(fā)育得很完全，進(jìn)一步加快了成礦時(shí)間。

3 礦床成因

3.1 地形因素

贛西寧鄉(xiāng)式鐵礦在晚期泥盆紀(jì)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(dǎo)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(yùn)動(dòng)，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。

3.2 巖性因素

除了地形因素會(huì)對(duì)礦床產(chǎn)生影響之外，本文進(jìn)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(xì)碎屑巖，屬于細(xì)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(duì)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(jié)構(gòu)以赤鐵礦為主，通過隱晶微粒結(jié)構(gòu)向球粒結(jié)構(gòu)過渡，形成鐵質(zhì)塊狀構(gòu)造，再經(jīng)由風(fēng)化等作用形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。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(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)。因此，巖性因素對(duì)于成礦的影響較大。

3.3 地殼振動(dòng)因素

上文中巖性因素的規(guī)律性，一直受到地殼震動(dòng)因素的影響。由于泥盆紀(jì)時(shí)代的地殼運(yùn)動(dòng)分為三種，第I旋回運(yùn)動(dòng)、第II旋回運(yùn)動(dòng)、第III旋回運(yùn)動(dòng)，此三種旋回運(yùn)動(dòng)又可以分布成三個(gè)小旋回運(yùn)動(dòng)，將含鐵巖石均分在三個(gè)小旋回運(yùn)動(dòng)中，在地殼統(tǒng)一沉降運(yùn)動(dòng)過程中，在三個(gè)小旋回運(yùn)動(dòng)中形成規(guī)律式振動(dòng)，使其逐漸適應(yīng)地殼運(yùn)動(dòng)的模式，而后直接將含鐵巖石放入地殼運(yùn)動(dòng)中，形成工業(yè)礦層。本文認(rèn)為，贛西寧鄉(xiāng)式鐵礦礦床成因與地殼運(yùn)動(dòng)因素關(guān)系最為密切，受到地殼運(yùn)動(dòng)的不斷擠壓、摩擦等作用，又經(jīng)過長時(shí)間的風(fēng)化作用，逐漸形成比較富集的鐵礦，再由海水運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(dòng)力、相關(guān)酸堿度等環(huán)境，更適宜鐵礦的沉積與形成。

4 結(jié)語

通過上文的論述，本文認(rèn)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(guān)，由于寧鄉(xiāng)式鐵礦的成礦時(shí)間較晚，相關(guān)開采人員對(duì)大部分礦石的認(rèn)識(shí)度不夠，對(duì)礦床的成因與環(huán)境了解不充分，導(dǎo)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(duì)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。