沉积变质改造型铁矿的成矿作用分析

沉积变质改造型铁矿床顾名 思义是指经历 了 沉积 , 变质 , 改造三个阶 段。其中一 种重要类 型 的矿床为形成于前 寒武纪的铁矿床 , 其矿石组 成 由硅 质 ( 碧 玉、燧 石、石英 ) 和 铁质 ( 赤 铁矿、 磁铁矿) 薄层呈互层状, 又称铁 硅建造、条 带状 铁建造 ( 简称 BIF ) 。最近有人研究认为 BIF 型铁 矿与海底热水喷流 沉积作用有关 , 其为成矿提 供 了铁质来源。 1 大地构造背景与热水喷流成矿 沉积变质型 铁矿一般认为铁 质来源为海底 火 山作用, 然后运移 到合适部 位沉积成 矿, 一般 产 于太古代的火山喷 发盆地构造环境 , 先是火山 喷 发, 携带大量 成矿物质 , 然后地貌影 响, 成矿 物 质向四周运移, 在适当的部位和物理化学条件下 ,
体物质和少量同沉积黏土矿 物, 形成于 火山间歇 期或宁静期。由于裂谷盆 地构造环境和 化学环境 的不均一 性, 可形成 硫化物相, 碳 酸盐相、硅酸 盐相和氧化物 相。目前比 较公认 的模式是 , 热水 沉积成矿是海底 ( 湖底 ) 深部高密度的 硅质热卤 水通 过同 沉 积 断 裂 上涌 , 携 带 大 量 的 F e、 Cu、 P b、 Zn 等成矿物 质, 喷出海底 地表与冷水混 合, 在喷口附 近产生成矿作用。阿尔戈 马型 BIF 和苏 必利尔型 BIF 可能分别属于近喷口和远离喷口的 热水喷流沉积矿床。
沉积成矿 , 并表 现出成矿 的矿物 相分带特 征。李 志红 在研究鞍山 BIF 矿床时, 为 F e 质来源提供 了同位素方面的证据: BIF 的 F e 同位素成分与 Eu 异常存在非常明显地正相关 关系, 这清 楚地表明 鞍本地 区 BIF 中 铁的 来源 与 海底 火山 热 液活 动 有关。 对于沉积变 质型铁矿 ( BIF ) , 现在有学 者指 出可能与海底热水喷流作用有关 [ 2] , 主要是海底热 水喷流为 成 矿提 供了 铁质 来源。公 认的 看法 是, 热水沉积成矿是海底 ( 湖底 ) 深部高密 度的硅质 热卤水通过同沉积断裂上涌 , 携带大量的 F e、 Cu、 P b、 Zn 等成矿物 质, 喷出海底 地表与冷水混 合, 在喷口附近形 成沉积成 矿作用。最近, 人们 认为 含硫铁矿建造并非原始沉积 相, 而是后 来交代成 因, 属后生作用 形成, 氧 化物相铁 矿建造中 硫化 物和金 矿 化是 矿 化化 热 液运 移 和沉 淀 作 用的 结 果[ 3] 。本文描述改造型铁矿层不是通常沉积成因的 铁矿建造。 2 低温渗流成矿的沉积建造特征 一般认为全球前寒武纪 BIF 成因具有普遍性,
收稿日期 : 2011- 03- 02 基金项目 : 国土资源 部地质 调查局 华北地 区基础 地质 及数据 更新 项目 ( 编 号 : 1212010811001 ) ; 国 家自 然 科 学 基 金 项 目 ( 编 号 90814007, 40672150) 作者简介 : 刘 成矿研究。 磊 , 男 , 博士 研究生 , 主要 从事构 造地 质与 区域
摘 要 : 本文主要从沉积、变质、改造、依次发展的大地构造背景、成矿构造类型、地层岩相特征、
矿床的后期构造改造 , 结合矿床 的形成史 , 对沉积变质改造型铁矿的成矿作用进行了详细分析与归纳。 关键词 : BIF ; 铁矿 ; 沉积变质 ; 前寒武纪 中图分类号 : P 612 文献标识码 : A 文章编号 : 1004- 4051 ( 2011) zk- 0140- 05
图 1 沉积铁矿床铁矿物相分带示意图 ( 据 姚凤良 )
3 3 1
区域变质对矿床的改造 变质作用因素 一般认为变质 矿床的形成下 列因素控 制: 含
矿建造 ; 变质作 用热 液体 系; 适 当 的构 造条 件。 三个条件中, 含矿建造处于主导地位。 含矿建造的含矿性是 形成变质矿床 的物质基 础。变质作用是 一定的含 矿建造 在一定阶 段, 在 适当的构造环境内形成 , 经历某一变质 作用形成 的一套区域性的有规律性的 变质岩石组合。对于 前寒武纪 的 BIF 铁矿 床, 其形成可能与 基性的海 底火山活动有关, 其含矿 建造的意义甚 至超过正 常沉积的产物 [ 4] 。 变质作用中的变质热 液成分是在变 质过程中 产生的, 部分来 源于原岩 粒间所 含的水分 , 部分 来源于矿物质之间脱水反应 所析出, 此 外还有裂 隙水及地下水循 环有关。主要是 H 2 O, 还常含有 CO2 、S 、 O、 F、 Cl 等易挥发分 , 这些能形成粒间 溶液和流动热液, 促进岩 石中的各种组 分进行重 新分配组合 , 并 能通过溶 液进行 迁移搬运 , 使元 素重新聚散。 构造应力所产生的变 形是区域变质 作用中的 一个重要方面。在强烈的 变形中 , 褶皱轴部 或倾 末端地层显著变厚膨胀 , 并且次一级的 构造裂隙 发育 , 有利于含 矿热液活 动二形 成富矿体。其次 构造应力引起的各种断裂带 和破碎带 , 因为裂隙
第 20 卷增刊 2011 年 4 月 地质找矿
中
国
矿
业
V o l 20, N o zk A pr 2011
CHINA MINING MAGAZINE
沉积变质改造型铁矿的成矿作用分析
刘 磊 , 乔冠军 , 柳长峰 , 周志广
1 2 3 1, 3
( 1 中国地质大学 ( 北京 ) 地球科学与资源学院 , 北京 100083; 2 山东省泰安市东平县公路局 , 山东 泰安 271500; 3 中国地质大学 ( 北京 ) 地质调查研究院 , 北京 100083)
[ 1]
增刊
刘
磊 , 等 : 沉积变质改造型铁 矿的成矿作用分析
141
BIF 是古海洋的化学沉积, 同时具有明显的火山热 液的贡献。李 志红在这方面也提 供了更充足的 同 位素 证 据, 条 带 状 铁 建 造 K2 O、 Na 2 0 、 CaO 、 Mg O、 Al2 O 3 、 T iO 2 等组 分的含 量非常 低, 表 明 BIF 中碎屑 组分很 少。 同时, BIF 的 页岩 标准 化 REE 配分 模 式呈 现 海 水和 海 底 热液 特 征 的 L a 、 Eu、Y 正异常和 Ce 负异常, 表明 BIF 是古海洋的 化学沉积。 此类矿床主要形成于 前寒武纪 , 条带状铁 矿 建造是以硅、铁质 为主的化 学沉积物 , 其中可 夹 杂一些次要 的胶体 物质和 少量 同沉 积黏土 矿物 , 形成于火山间歇期 或宁静期。由 于裂谷盆地构 造 环境和化 学 环 境的 不 均 一 性, 可形 成 硫 化 物 相 ( 强还原环境) 、碳酸盐相 ( 还原环境 ) 、硅酸盐相 ( 还原环境 ) 和氧化物相 ( F e3 O 4 到 F e2 O3 代表从 还原环境过渡到氧化环境 ) 。 对前寒武纪铁矿的建 造特征, 前 人有过详 细 的归纳。根据矿床的形成时代和含矿建造的不同 , 可以简化分为分为阿尔戈马 型 ( A lgom a) 和 苏必 利尔型 ( Superior ) 。 阿尔戈马型铁矿特征 : 铁矿主要 形成于新 太 古代以前 , 铁 矿的形成在空间和 时间上与优地 槽 海底火山 活动 密切 相关 , 大 多发 育于 绿岩 带上。 铁矿主要与 绿岩带 中上部 的火 山碎 屑岩相 伴生 , 并靠近浊积岩组合。此类铁矿建 造的硫化物相 或 碳酸盐相产在靠近 火山中心处 , 氧化物相通常 远 离火山中心, 硅酸 盐相位于 两者之间。铁矿常 由 灰色、浅黑绿 色铁质燧石和赤铁 矿或磁铁矿组 成 窄条带状。 苏必利尔型铁矿特征 : 铁矿主要 分布在古 元 古代地槽区, 形成于具冒地槽性质的开阔海盆中 , 常有火山活动。其建造层序特征自下而上一般为 : 白云岩、石英 岩、红色或 黑色铁质页 岩、铁矿 建 造、黑色页岩和泥 质板岩 , 铁质建造 一般产在 上 述层序的下部。在某些地段铁矿 建造和基底岩 石 之间被石英岩、粗 砂岩和页 岩隔开 , 铁矿层呈 条 带状铁矿 石。氧 化物 相主 要 为磁 铁矿 或赤 铁矿 , 碳酸盐相以菱铁矿 为主, 并有磁 铁矿和铁硅酸 盐 类矿物伴生。硫化 物相主要 是黄铁矿 , 常含细 粒 的富硅质泥岩。这类矿床主要分 布在加拿大地 盾 的克科兰德湖地区、美国的 佛米利思 地区、原 苏 联的库尔斯 克磁异常 区, 我国 的鞍山 本 溪地区、 冀东地区、五台地区等。其矿物相分带见图 1 。 前人研究表明 , 条带 状铁矿 建造是 以硅、铁 质为主的化学沉积 物, 其中可夹 杂一些次要的 胶
142ห้องสมุดไป่ตู้
中 国 矿 业
第 20 卷
发育 , 岩石破 碎, 有利于 成矿物质再 次活化 , 元 素再次聚集形成富矿。 3 2 变质作用 根据大量资料来看 , 前寒武纪铁 矿均遭受 了 不同程度的区域变 质作用, 而这 种改造作用基 本 是在封闭体系中进 行的, 作用结 果主要表现在 矿 层总体化学成分不 变, 而矿 物相的重 新组合 , 具 有以下基本特点。 1) 变质级别。条带状含铁建造往往产出于一 个旋回的顶部 , 与绿岩带中上部 的火山碎屑岩 相 伴生 , 并靠近浊积 岩组合。阿尔戈马 型铁矿一 般 都经受了绿片岩相 和角闪岩相的变 质作用。矿 床 一般有一系列的透镜状矿体构造规模巨大的矿带。 苏必利尔型铁矿大多数铁矿未遭 受变质或受浅 变 质 ( 绿片岩相) , 部分可达角闪岩相。一般在进化 的区域变质作用过 程中, 铁 的活动性 增加, 而 在 退化的区域变质作 用中, 铁 的活动性 降低, 这 也 是大型前寒武纪沉积变质铁矿一 般产于浅变质 岩 带中的原因。 2) 矿石矿物相转变。对于受变质矿床主要取 决于原矿床类型 ; 对于变成 矿床来讲 , 主要取 决 于变质发生的物理 化学条件, 变 质原岩组成和 原 矿床类型。对于硅 铁建造的 矿床来说 , 其原始 物 质一般认为是胶体 形式沉积的含铁 的燧石, 经 轻 微变质成为含细小的红色半透明 镜铁矿鳞片的 碧 玉岩 , 后来经 过更深层次的稍微 还原环境下即 为 变质形成磁铁石英岩。 6Fe 2 O 3 = = = = 4Fe 3 O 4 + O 2 铁矿建造的 沉积碳酸盐的变 质取决于赤铁 矿 的存在, 其中变 质作用 的流体 主要是 CO 2 组成。 变质热液活动中因 CO 2 、 SiO2 等组分的带出 而发 生了铁的进一步富集。 一般在镜下 可以看见石英包 裹磁铁矿或磁 铁 矿镶嵌在石英颗粒 之间, 与 石英犬牙 交错, 互 相 镶嵌 , 说明石英 和磁 铁矿 石 经过 重结 晶形 成的。 经历这一改造, 矿石颗粒增大 , 同时品位提高。 3) 富集成矿。最近黎爱国等[ 5] 在讨论鞍山市 富铁矿成因时 , 综合前人观点提 出了这种条带 状 磁铁矿的的富矿成 因有以下两种模 式: 被动式 富 集和主动式富集。被动式 , 即为变质 水热液富 化 成矿 , 变质水热液沿着岩石中的裂隙、空隙活动 , 吸收周围岩石中的成矿物质 搬运 到适宜的 地 点成矿。主动 式, 即即自 催化与互催 化说, 过 饱 和 成核 消耗循环 , 产生出更多的条带状铁氧化物 沉淀 , 通过溶 解 迁 移 成核 生 长反 馈, 形 成富 铁
The ore forming analysis of sedimentary metamorphic transformation type of iron ore deposits
L IU L ei1 , QI AO Guan jun2 , LIU Chang feng 3 , Z HO U Zhi g uang1, 3 ( 1. Scho ol of the Earth Science and M ineral R eso ur ces, China U niv ersity of G eo sciences ( Beijing) , Beijing 100083, China; 2. H ig h Way Bureau of Do ng ping , T ai an 271500, China; 3. G eo lo gical Survey Institute, China U niver sity o f G eo sciences ( Beijing) , Beijing 100083, China) Abstract: T his study concludes detailed analy ses and generalizatio ns o n ore fo rming of sedimentary metamo rphic type ir on deposits, mainly rely ing o n sediment ation, metamo rphism, tr ansfo rmatio n, tectonic setting s, metallot ecto nic types, strata litho facies char acter istics, str uctur al tr ansfo rmatio n of or e deposit s, combining with discussio n o f the mineral deposit fo rmativ e histor y. Key words: BIF; precambrian; ir on deposit; o re fo rming