11407885_江西新余铁矿地质地球化学特征及成矿机制探讨

收稿日期:2015-05-24;修订日期:2015-07-28
作者简介:沈　滔(1991-),男,江苏靖江人,硕士研究生,主要从事矿床学与岩石地球化学方面的研究。

基金项目:江西省研究生创新专项资金项目(编号:YC2014⁃S324)。

第33卷　第4期2015年8月
江 西 科 学
JIANGXI　SCIENCE
Vol.33No.4Aug.2015
doi :10.13990/j.issn1001-3679.2015.04.021
江西新余铁矿地质地球化学特征及成矿机制探讨
沈　滔袁张　政
(东华理工大学地球科学学院,330013,南昌)
摘要:在野外地质调查及大量前人研究成果综合分析的基础上,对江西新余铁矿地质及矿床的主量、微量、稀土元素特征进行了系统的研究,并据此探讨了其成矿机制。

研究表明,新余铁矿区的褶皱变形应该是岩石复合流变及变形机制转换作用的结果,变形温度约在310~330℃,矿体多受花岗岩体破坏或吞噬并发生强烈的风化剥蚀,钻孔揭示矿体延伸形态复杂多变,具有中深部成矿潜力,但有减薄的趋势;在沉积建造的过程中存在较多碎屑物质的加入,矿石具有Co 、Sc 、V 富集,Rb 、U 、Mo 亏损,ΣREE 相对较高,矿石及围岩均具有显著的轻稀土相对亏损和重稀土相对富集的特征,含铁岩段具有明显Eu 的负异常及Y 的正异常,而Ce 负异常的缺乏很可能与沉积成矿时处于氧逸度很低的环境有关;成矿大致经历了沉积成矿、变质变形及改造保存3个期次,其中与找矿关系最为密切的为第3期次。

关键词:新余铁矿;地质地球化学特征;成矿机制;构造变形;江西
中图分类号:P618.31 文献标识码:A 文章编号:1001-3679(2015)04-546-07
Geologic ,Geochemistry Characteristics and Ore⁃Forming Mechanism of Xinyu Iron Deposit ,Jiangxi Province
SHEN Tao,ZHANG Zheng
(College of Earth Science,East China Institute of Technology,330013,Nanchang,PRC)
Abstract :On the basis of the field geological investigation and a lot of previous research results,a
systematic analysis has been carried out the geologic features as well as the characteristics of major elements,trace elements and REE of Xinyu iron deposit in Jiangxi Province,then the metallogenic mechanism was investigated.It is shown that the fold deformations is a result of composite rock rheo⁃
logical effects and the transformation of deformation mechanisms,deformation temperature is 310℃to 330℃.Most of the ore bodies are destroyed or swallowed by granitic bodies,and also strongly weathered and denudated.According to multiple drilling,the most potential mineralization of Xinyu ore field may be medium⁃deep seated for the complicated and changing shape of ore bodies exten⁃
ding,but has a tendency to thinning.There are relatively more detrital materials to join the process of sedimentary formation,the total REE content in iron ore is relatively high with positive Co,Sc,V and negative Rb,U,Mo.The obvious deficit of light rare earth and the relative enrichment of heavy one happen to be in the iron ore and the wall rock,while the ferruginous rock section have distinctly neg⁃ative Eu and positive Y,but the lack of negative Ce is likely to related to the sedimentary mineraliza⁃
tion is in very low oxygen fugacity environment.The formation of iron ore deposit normally goes
through three metallogenic stages:sedimentation-mineralization,metamorphism⁃deformation and re⁃formation⁃preservation,Which the third phase is the closest relationship with the prospecting. Key words:Xinyu iron deposit;geologic and geochemistry characteristics;metallogenic mechanism; tectonic deformation;Jiangxi Province
0　引言
江西新余铁矿属南华纪早期深部裂谷海槽火山喷发的记录,是我国时代最新的BIF型铁矿,成岩成矿时代约在680-720Ma[1]。

自20世纪50年代首次在新余良山发现BIF型铁矿以来,自东向西已相继探明了太平山、寨口、下坊、洋陂、杨家桥、松山等多个大-中型矿床,铁矿资源储量巨大,2007年良山铁矿被列为全国危机矿山接替资源找矿专项,取得了深部找矿的突破。

前人对新余铁矿的研究较多[1-10],但随着找矿的不断突破及研究的深入,对区内成矿认识也有了许多新的进展,本文将结合近期详细的野外地质调查及大量前人资料的基础上,对新余铁矿的地质特征、地球化学特征进行系统的分析,进而探讨其成矿机制,为找矿提供指导。

1　矿田地质特征
江西新余铁矿田处于扬子板块和华夏板块拼接带南侧南华加里东造山带北缘,钦杭结合带中段之南部多金属成矿带,武功山⁃北武夷隆起带西段武功山隆起东南侧的神山倒转背斜南翼,南北分别受华南加里东褶皱系武功⁃北武夷复背斜及下扬子准地台控制(图1)[1]。

区内出露地层主要为青白口系、南华系、震旦系和寒武系的浅变质岩,原岩为一套火山碎屑硅铁质建造夹类复理石的泥砂质建造,含铁岩系的变质程度属绿片岩相,铁矿层赋存于南华纪千枚岩和片岩中,主要含矿岩性为绿泥磁铁石英岩、磁铁石英岩及磁铁镜铁石英岩。

1.第四系;
2.晚泥盆世后盖层;
3.寒武系下统牛角河组;
4.南华系上统松山组;
5.南华系上统杨家桥组上段;
6.南华系上统杨家桥组下段;
7.南华系下统上施组;
8.青白口系上统神山组上段;
9.青白口系上统神山组下段;10.燕山期花岗岩;
11.印支期花岗岩;12.加里东期花岗岩;13.超基性⁃基性岩;14.铁矿层;15.断层;16.神山倒转背斜;17.黄虎背形;18.地层界线
图1　江西新余铁矿田地质略图
矿田内大致经历了4期褶皱变形运动,从柔性递增(1、2期变形)的构造序列,向柔性递减构造序列(3、4期变形)演变,从而形成了矿体复杂多变的“Z”字、“N”字等“红绸舞”形态(图2),同时在地表上表现为受叠加褶皱和地形切割的复合形态,褶皱经历了弯曲→湾滑→弯流,再到弯滑→弯曲的变形过程,其中湾流褶皱是褶皱变形的重要阶段,其为厚大矿体的形成提供了有利的部位。

前人曾认为其独特的矿体形态是层间滑动褶皱叠加作用的结果[1-2],本次研究认为,新余铁矿褶皱
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第4期 沈　滔等:江西新余铁矿地质地球化学特征及成矿机制探讨
变形应该是岩石复合流变及变形机制转换作用的结果,并由于岩石能干性的差异及区域性的塑性剪切流动导致了不同岩性层出现了变形差异,区内某些地段矿体形态重叠繁乱(图2)以及存有许多大尺度的鞘褶皱(图3)和小尺度的石英揉皱(图4)就是最好的证据,此外对区内石英揉皱中XZ 面的石英C⁃轴组构进行塑性应变EBSD 测试,
结果显示变形的温度低于330℃,而前人对磁铁矿爆裂测温得到的温度为310~350℃[4],初步估
计构造变形温度应该约在310~330℃之间。

图2　
江西新余铁矿田东部矿区分布示意图
图3　
鞘褶皱
图4　石英揉皱
新余铁矿区在加里东期到燕山期构造⁃岩浆活动强烈,发育有西部加里东期山庄花岗闪长岩(460.5±1.5Ma)[11]及东部印支期城上(金滩)
斑状黑云母花岗岩(226±2Ma)[12]及芳洲花岗闪长岩,后期又被多个呈小岩株或小岩体群的燕山期花岗岩侵入,与区域内钨、锡、铌、钽、铀成矿关系密切;变质作用以原始矿物的结晶加大为主,属低级区域变质作用。

2　矿床地质特征
新余铁矿床赋存于南华系上统杨家桥群下坊
组内,为一套浅变质的海相火山⁃沉积碎屑岩,原始层位自下而上大致为:1)深灰色板岩、千枚岩或含砾凝灰质砂岩;2)含砾千枚岩、板岩或含砾凝灰质片岩;3)含铁岩段:条带状磁铁石英片岩、绿泥磁铁石英岩、磁铁石英岩等(图5~6);4)含炭质绢云千枚岩。

矿层形态总体为单一层状、似层状,呈NW⁃SE 向展布,其典型矿床勘探剖面示意图(图7)显示,太平山矿体多受花岗岩体破坏或吞噬,而良山应该发生过强烈的风化剥蚀,构造控制明显。

依照多个钻孔勘探线发现矿体延伸形态复杂多变,呈阶梯状向深部延伸,具有中深部成
矿潜力,但有减薄的趋势,复合部位矿层厚度可达
40~70m,而较为单一层位仅10m 左右,且同一矿层中品位与矿层厚度往往正相关,厚者富,薄者贫。

图5　
绿泥磁铁石英岩
图6　磁铁石英岩显微照片
富铁矿石多产于矿体呈多层状的地段,其金属矿物主要为磁铁矿,其次为镜铁矿,含少量赤铁矿、菱铁矿、黄铁矿、磁黄铁矿、钛铁矿,局部出现黄铜矿、方铅矿、闪锌矿、辉铜矿等,脉石矿物主要为石英、绿泥石,其次为黑云母、方解石,含少量绿帘石、绢云母、白云母、角闪石等,磁铁矿的粒度一般为0.04~0.2mm,大者达0.5mm。

矿石以粒
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图7　江西新余铁矿田典型矿床剖面图
状变晶结构、鳞片状-粒状变晶结构为主,局部见交代结构,构造有条带状(为主)、条纹状、浸染状构造。

矿石中铁平均品位约为27.86%,变化系数小于15%[10],相对稳定;而不同的矿石类型中的矿物含量[9]分别为磁铁矿54.04%~74.53%,
镜铁矿(赤铁矿)12.16%~30.84%,菱铁矿1.91% ~15.23%,黄铁矿(磁黄铁矿)2.61%~6.06%,铁硅酸盐矿物(绿泥石和黑云母等)2.13%~8.74%。

3　矿床地球化学特征
3.1　主量元素
矿石磁铁石英岩,含铁岩段岩石绿泥石石英片岩、绿泥石磁铁石英片岩、磁铁矿二云母石英片岩等,以及上下盘围岩(千枚岩)的主量元素特征[4-7]总体显示:铁矿石主要由SiO2(30.00%~ 59.70%)、Fe2O T3(18.86%~55.40%)和FeO(4.23% ~14.64%)组成,三者之和达82.51%~95.35%,其他组分(MnO、TiO2、K2O等)的含量很低,与铁矿石相比,含铁岩段岩石Fe2O T3含量较低(2.92%~ 14.52%),围岩Fe2O T3含量极低(0.91%~4.26%),而SiO2、Al2O3、TiO2含量相对于铁矿石更高。

这些特征与华北陆台其他地区BIF型铁矿非常相似,区别在于新余铁矿的Al2O3和TiO2含量有所增加,这可能是沉积建造的过程中相对较多的碎屑物质加入所致。

3.2　微量元素
矿石磁铁石英岩和含铁岩系上下盘围岩(千枚岩)的微量元素组成[7]表明(图8):铁矿石中的Sr、Zr、Ba、V、Co等元素的含量较高,Hf、Nb、Ta、Th、U、Pb、Mo等元素的含量较低;围岩中Rb、Zr、Zn、Nb、V等元素的含量较高,U、Mo、Ta、Hf、Th 等元素的含量较低,总体相比于矿石具有更高的微量元素含量,特别是Rb、Zr、Nb元素比矿石中的含量高很多;在用PAAS标准化的微量元素配分曲线中矿石具Co、Sc、V正异常,Rb、U、Mo负异常,围岩具Zr、Hf、Mo正异常,Sr、U、Pb负异常。

此外,磁铁矿单矿物的光谱分析结果[5]表明其微量元素含量(×10-6):Ni89~227,Cu24~90,Pb 36~50,Zn70~148,Ge3.3~4,Ga7~16,一致反映出了火山沉积铁矿床的特征。

图8　新余地区铁矿(a)和围岩(b)的微量元素PAAS标准化图解·945·
第4期 沈　滔等:江西新余铁矿地质地球化学特征及成矿机制探讨
3.3　稀土元素矿石磁铁石英岩,含铁岩段岩石绿泥绢云石英片岩、绢云石英片岩、含磁铁赤铁矿绢云石英片岩,以及相邻的上下盘围岩(千枚岩)的稀土元素
表征参数(表1、表2)[6-7]及PAAS 标准化的配分曲线(图9)说明:新余铁矿床ΣREE 相对较高,从矿石→含铁岩段→围岩依次增加(矿石(60.39~216.3)×10-6,含铁岩段(226.2~333.82)×10-6,围岩(148.6~826.9)×10-6),平均值分别
为127.6×10-6,275.37×10-6,367.2×10-6);矿
石及围岩具有显著的轻稀土相对亏损和重稀土相对富集的特征((La /Yb)PAAS 矿石0.13~0.47,围岩0.39~0.82),而含铁岩段分馏情况不明显;矿
石无明显的Eu 和Y 异常(Eu/Eu ∗=0.67~1.09,Y /Y ∗=0.85~1.11),含铁岩段岩石和围岩Eu 的负异常和Y 的正异常明显(Eu /Eu ∗=0.48~0.93,
Y /Y ∗=0.79~1.13);均具有低Y /Ho 比值(Y /
Ho =21.28~29.81,平均值26.82),与陆源沉积
物的相似;Ce 负异常的缺乏可能与成矿时海水处于一种氧逸度很低的环境有关。

表1　铁矿石稀土元素表征参数计算结果
矿区
ΣREE /10-6
(La /Yb)PAAS
δEu
δCe
δY
Y /Ho
127.740.47
0.910.96
0.91
25.87
良山95.600.421.090.970.9625.51164.590.280.860.941.0928.65杨家桥
216.25
0.31
0.870.931.1128.7989.320.260.991.010.9725.1960.39
0.13
1.010.980.8521.28186.06
0.40
1.090.99
0.88
24.29
松山
117.970.32
0.881.010.9926.2986.87
0.24
0.940.84
1.09
29.55
赣闽
109.160.240.670.971.1129.81150.040.44
0.900.960.9926.32表2　含铁岩段及围岩稀土元素表征参数计算结果
岩性
ΣREE /10-6
(La /Yb)PAAS
δEu δCe δY Y /Ho 千枚岩
229.60.530.76
0.97
0.88
24.82
148.60.75
0.690.990.7921.88228.60.790.930.980.8626.34630.40.570.480.980.9626.02232
0.39
0.82
0.980.8924.22422.60.450.530.990.9525.91219.20.820.910.980.9124.18826.90.410.511.001.1326.25226.21.06
1.030.931.0129.31石英片岩333.821.110.730.920.9728.19265.91
1.15
0.810.93
1.05
29.35
4　成矿机制探讨
关于新余铁矿的成因曾有过水下原隆起、陆
源侵蚀沉积变质、远火山⁃沉积变质、变质火山⁃沉
积及火山⁃沉积变质等观点[1,4-5]。

近年来,较为
普遍的观点是新余铁矿为海相火山⁃沉积变质型铁矿,认为其成矿物质主要为远源火山物质,磁铁矿的生成与海底火山作用及岩浆(分异)作用关
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图9　新余地区铁矿(a )和含铁岩段及围岩(b )的稀土元素PAAS 标准化图解
系密切,但最近相关研究表明[8-10]成矿物质可能不仅来源于海盆地中的火山喷发作用,还可能来源于古陆岩石的风化剥蚀作用,以前者为主,并且铁矿的形成可能不全是海水对火山物质海解和陆源部分物质在海盆中沉积分异,而是部分为海底火山喷发过程中直接形成的。

按照上述地质地球化学特征及相关分析,推测新余铁矿的形成机制大致为:1)南华纪古陆强烈风化剥蚀和海底火山喷发的共同作用向浅海⁃次深海海盆提供了大量铁硅成矿物质,随着海水的对流作用,在适当的物化条件下(Eh 值为0.2左右[4],pH 值在7.2~8.5[4])及一种低氧的环境中,硅铁分离、交替沉积成矿,在此次过程中化学分异作用不断进行并存有较多碎屑物质的加入,当然不排除海底火山喷发直接成
矿的可能;2)从加里东期开始铁矿受到了中低级区域变质作用,让磁铁矿颗粒加粗、更加富集,并经历了强烈的多期重褶变形,物质运动形式主要为塑性流变(变形温度约在310~330℃,压力约为2.3×105kPa [4]),而混合花岗岩化和深成花岗
岩的侵入为该期提供了热能,从而形成了复杂多变的“红绸舞”状矿体形态;3)中新生代华南地区
强烈的NE⁃NNE 构造⁃岩浆活动产生了一系列的断裂及花岗侵入岩体,这对含铁岩系产生了较大影响,其不仅破坏了铁矿体空间延展度及保存位置,也使得铁矿层局部增厚或变薄,导致矿体重新就位。

整体上来说,铁矿床的成矿过程大致经历了沉积成矿→变质变形→改造保存3个期次(图10)[10],而第3期次与找矿关系最为密切。

图10　赣中新余铁矿形成机理图
·
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