辽宁省凤城市四道门沟铁矿床地质特征及成因分析

辽宁省凤城市四道门沟铁矿床地质特征及成因分析摘要:辽宁省凤城市四道门沟铁矿床位于辽东铁、硼成矿带内。

以下元古界辽河群变质岩系最为发育,褶皱构造是直接控制本区变质层控铁硼矿的重要控矿条件,其控制着矿体的产出空间位置,并控制着区内铁矿体的展布特征。

该区的铁矿属于火山沉积变质-超变质热液迭生层控矿床,矿石自然类型为磁铁矿-透闪石型,局部有磁铁矿-蛇纹石型和磁铁矿-硼镁铁矿型。

关键词:辽河群里尔峪组铁矿褶皱构造
该区位于辽宁省凤城市四门子镇四道门沟一带,周边有多处矿床,如翁泉沟铁硼矿床是我国目前最大的超大型硼矿床。

自建过以来对该区附近进行了多次不同程度的地质评价工作,对该矿床的地质特征、规模形态和资源潜力有了初步的认识。

近年来,通过对本区铁硼矿床的进一步研究,对该区的地质特征、矿床成因、成矿规律和找矿标志及资源前景有了新的认识。

1 区域地质背景
该区大地构造位置处于中朝准地台(Ⅰ)胶辽台隆(Ⅱ)营口-宽甸台拱(Ⅲ)凤城凸起的中部,褶皱构造发育,早元古代岩浆活动频繁,区域内广泛出露有下元古界辽河群里尔峪组含铁硼岩系。

该区位于辽东铁、硼成矿带,是受辽东古裂谷轴部浅海凹陷优地槽相火山沉积成矿作用控制形成的。

在这个火山构造活动带的适当部位,控制着铁、硼
矿产的初始形成。

火山带中的火山群,是控制矿田级别的古控矿构造。

由于受辽河期强烈变质变形作用的改造,这些前造山期的重要初始控矿构造已难具体还原其本来面目。

1.1 地层特征
区内出露地层比较简单,仅出露有下元古界辽河群里尔峪组地层,该组地层在本矿区内主要出露西部和中部,在区外南部有大面积分布。

根据其岩性组合特征,皆为里尔峪组一段。

该段地层为铁硼矿的蕴矿层。

主要岩性有黑云变粒岩、角闪变粒岩、黑云透辉变粒岩、蛇纹岩、蛇纹石化大理岩和金云透闪岩等,本区的铁硼矿体即赋存在蛇纹岩和金云透闪岩中。

主要岩性描述如下:
黑云变粒岩:灰白色,风化后呈黄褐色,鳞片、粒状变晶结构,块状结构。

主要矿物成份有:斜长石:白色,它形-半自形粒状,含量35%～50%;石英:无色、半透明,它形粒状,含量25%～30%;黑云母:黑色、褐色,片状、鳞片状,含量大于15%;局部含少量角闪石。

角闪透辉变粒岩:出现于磁铁矿体顶、底板围岩中。

岩石呈浅绿灰色,中粒柱状变晶结构,块状、条带状构造。

由斜长石45%～50%,石英20%～30%,角闪石10%,透辉石10%～15%组成。

蛇纹岩:黑绿色或黄绿色,细粒变晶结构、鳞片变晶结构,块状、条带状构造。

矿物成份以蛇纹石为主,占70%～90%,其它矿物有磁铁矿、金云母、透闪石、硼镁石等。

构成的岩石类型有磁铁蛇纹岩、金云透
闪蛇纹岩等,是铁硼矿体的直接围岩。

当其中磁铁矿、硼镁石含量增高达边界品位时,既构成矿(化)体。

1.2 构造特征
该区附近辽河期褶皱构造发育,以东西向褶皱构造为主,并有局部性其它方向的褶皱。

区内的褶皱构造主要为东西向三道沟-五道沟向东倾伏的背斜(形)褶皱及其“分枝”状从属褶皱(西北角延向区外的北西向头道沟-三道沟褶皱),它们共同组成一个复杂的不规则褶皱。

三道沟-五道沟背斜(形)褶皱轴向呈东西向,西起蔡家堡子,经区内三道沟-五道沟,在六道沟向东倾伏,并被元古代花岗岩所截,是区域上虎沟-蔡家堡子复向斜的组成部分。

该褶皱构造在区内部分为一个背斜(形)褶皱,东西长1.5km,南北宽0.7km。

地层由里尔峪组一段构成,岩性主要有黑云角闪变粒岩、黑云斜长浅粒岩、金云透闪岩、金云透闪蛇纹岩夹磁铁矿体等组成。

这些岩层间的新老关系不是很明确的,至使造成对褶皱向、背性质的判断困难。

三道沟-五道沟背斜(形)在以往资料中认为是由里尔峪一段和二段组成的向斜,但经近期地质工作我们认为是一段内的复式褶皱,其理由有三:
①区内所见岩石均应为里尔峪一段的岩石组合,没有或甚少有较典型的二段主要代表性岩性-含黄铁磁铁浅(变)粒岩。

褶皱北部、东部和南部的元古代花岗岩亦不是典型的“基底花岗岩”(以往称条痕状混合岩)。

②从地层产状、金云透闪岩和铁矿体的空间分布特征看,恢复为一个向东倾伏的背形,能更好地解释地层、矿体产状及背形东部倾伏端的地层产状及厚度变化现象。

③褶皱构造是直接控制本区变质层控铁硼矿的重要控矿条件。

结合地磁异常分布情况分析,褶皱核部并无磁异常,可能是一段中铁矿层被剥蚀殆尽的结果。

如果为向斜,则很可能有杨林式和翁泉沟式含铁矿层位存在,则很可能有磁异常,但实际并非如此。

1.3 岩浆岩特征
区域上早元古代岩浆活动较频繁,区内岩浆岩主要为矿区东部、北部及东南部的元古代混合岩化花岗岩,为大区域上翁泉沟穹窿核部盾状古老花岗岩基的组成部分。

其中常有钠长浅粒岩、角闪变粒岩、斜长角闪岩等混合岩化和花岗岩化的残留体。

其主体为辽河期前造山期和同造山期的重熔花岗岩,二者岩性成份相似,有时难于分辨。

它们与辽河群一同变质变形,经常出露于背斜核部,有时也切穿地层。

混合岩化花岗岩具有花岗变晶结构,蠕虫状结构、净边结构、港湾结构,条痕状、片麻状构造。

矿物成份:石英为它形粒状变晶结构,具波状消光,部分石英在斜长石中呈蠕虫状结构,有的交代长石呈港湾状结构,占25%;长石以更长石为主,并有微斜长石,他形,板柱状变晶结构,多具聚片双晶,局部被钾长石交代显净边结构,部分石英在长石中呈穿孔状结构,占70%;绿泥石为黄绿色,片状,具异常干涉色,占3%～4%;不
透明矿物(磁铁矿)少量。

2 矿体地质特征
本区铁矿体赋存在金云透闪岩中,金云透闪岩是矿体的母岩又是矿体的直接围岩,也是矿体主要蕴矿层,矿体的间接围岩为里尔峪组一段地层的黑云变粒岩、角闪变粒岩。

区内铁矿体由于受褶皱构造控制,使矿体形态复杂化,位于曲轴倾伏背斜(形)东部倾伏端附近,地表呈不标准的“3”字形(见图1)。

从地层产状、金云透闪岩和铁矿体的空间分布特征看,恢复为一个向东倾伏的背形,能更好地解释地层、矿体产状及背形东部倾伏端的地层产状及厚度变化现象。

故可以看出:褶皱构造是直接控制本区变质层控铁硼矿的重要控矿条件。

结合地磁异常分布情况分析,褶皱核部并无磁异常,可能是一段中铁矿层被剥蚀殆尽的结果。

本区矿石的矿物成份简单,磁铁矿是本区最主要的工业矿物,按其
赋存状态,分为粒晶状、脉状、次生尘点状和假象磁铁矿四种。

脉石矿物有透闪石、金云母、蛇纹石、石英等,局部见少-微量副矿物黄铁矿、磁黄铁矿、硼镁铁矿、磷灰石等。

围岩蚀变主要有蛇纹石化、绿泥石化、绢云母化、碳酸盐化及硅化,其中矿体的直接围岩金云透闪岩中蚀变主要有蛇纹石化、绿泥石化、绢云母化,间接围岩黑云变粒岩、角闪变粒岩中蚀变主要有碳酸盐化、硅化。

结构构造主要有粒状变晶结构和交代结构,稠密浸染状构造,次为条带状构造和块状、准块状构造。

矿石自然类型主要为磁铁矿-透闪石型,局部有磁铁矿-蛇纹石型和磁铁矿-硼镁铁矿型,皆属原生磁铁矿石,工业类型属需选矿的磁性铁矿石。

矿床成因确定为火山沉积变质-超变质热液迭生层控矿床。

2.1 矿床成因分析
1)大约在距今20亿年,辽东地区发生了辽河运动主幕的造山运动。

使本区优地槽型火山-沉积建造发生强烈的区域变质变型。

区域变质程度达绿片岩相-绿帘角闪岩相,形成了变粒岩类、浅粒岩类、片麻岩类、片岩类、大理岩类等一套变质杂岩。

在不同的岩类和地层中,赋存有不同的层控矿产。

该区矿床产于下元古界辽河群里尔峪组含铁硼变质岩系中。

它经过漫长的地质年代及多期次的变形变质作用,原岩许多特征基本已消失殆尽。

通过原岩恢复(据区调研究成果),富镁碳酸盐岩为化学沉积成因,各种变、浅粒岩均为火山沉积成因。

说明含铁硼岩系是在古裂谷中形成的以海相火山沉积为主夹有正常沉积物的火山沉积含矿变质建造。

2)在这套岩系中,与铁共生的硼元素丰度高,一般高出克拉克值10～20倍,特别是富镁硅酸盐岩、富镁碳酸盐岩含硼量更高,说明成矿物质铁和硼等与这套岩系是同源的产物。

3)矿体不但受层位控制,更明显地受岩性控制。

矿体赋存于磁铁蛇纹岩或金云透闪岩中,说明磁铁蛇纹岩和金云透闪石是铁矿的控矿母岩和直接围岩。

4)在原岩建造上,含铁、硼岩系原岩为一套富钠富铁、硼的酸性火山喷发岩系列,属早元古宙优地槽建造。

通过前人对铁、硼矿体与围岩(火山岩)在地质构造位置,铁、硼元素的分布,微量元素含量及稳定同位素的研究,二者皆具一致性和相近性。

说明铁、硼元素来自地壳深部,并与火山岩(围岩)具有同源同生的特征。

说明铁矿的产出受辽河群火山-沉积建造系列的下部火山沉积建造控制。

原始建造构成了铁硼矿成矿的基础物质条件。

5)该区铁矿来源于地壳深部,受控于早元古宙优地槽含矿火山沉积建造的控制,达到初始就位。

经后期区域变质作用,形成了含硼铁的镁硅酸盐岩-富镁碳酸盐岩含矿变质建造。

在变质-变形作用过程中,铁组分发生了活化迁移及变质重就位,铸成了现今我们所能观察到的铁矿体。

可以说,铁矿是经过多期多阶段形成的特征明显的层控矿床。

综上所述,矿床形成过程为:元古代早期的辽东-吉南古裂谷内火山活动频繁,形成了富含铁、硼元素的火山沉积原始矿层和矿源层。

经后期区域变质作用、变质热液迭加改造、褶皱迭加改造等多期富集改造作用,使矿源层中部分铁、硼元素迁移聚集在有利空间(主要为原始矿层)形成现今的铁矿床。

故本矿床成因确定为火山沉积变质-超变质热液迭生层控矿床。

3 成矿模式分析
通过对矿床的地质特征及矿床成因探讨,本矿床找矿标志可归纳为:
1)下元古界辽河群里尔峪岩组下部一套含铁硼岩系是铁、硼矿的矿源层,具有明显的层控特征,是找寻铁、硼矿的前提条件。

2)本区铁矿蕴矿母岩是金云透闪岩和磁铁蛇纹岩、蛇纹石化大理岩。

具有岩控特征。

矿体规模与金云透闪岩和蛇纹岩厚度间具有正相关性。

3)金云母岩、透闪石岩等蚀变岩往往分布于蛇纹岩或蛇纹石化大理岩的两侧和尖灭端。

4)矿体位于具似层状特征的条痕状角闪花岗岩(r12)附近。

特别是由它围成的“港湾区”往往最利于成矿。

5)辽河构造层中背斜褶皱构造的转折端是找寻铁、硼矿的有利构
造部位。

尤其是在褶皱轴转弯处,更容易形成较厚大的重就位矿体。

6)早元古代条痕状角闪花岗岩附近正地形中的凹地、鞍部等往往是地貌找矿标志。

7)具有航磁和地磁异常,具有化探酸溶硼异常是寻找此类铁、硼矿的物、化探标志。

参考文献
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