宁芜盆地白象山铁矿床地质特征及成因分析

邸思维, 范 裕, 张乐骏, 马 良, 钱 兵

(合肥工业大学资源与环境工程学院,安徽合肥 230009)

宁芜盆地白象山铁矿床地质特征及成因分析

邸思维, 范 裕, 张乐骏, 马 良, 钱 兵

(合肥工业大学资源与环境工程学院,安徽合肥 230009)

白象山式铁矿床位于宁芜中生代断陷盆地南段,属于宁芜地区玢岩型铁矿中凤凰山式铁矿床。该矿床的主矿体呈似层状,产于闪长岩体和黄马青组砂页岩接触带部位。赋矿围岩发生强烈的角岩化、钠长石化、金云母化、黑云母化、碳酸盐化,矿石矿物主要为磁铁矿、假象赤铁矿、菱铁矿,脉石矿物主要有钠长石、石榴子石、阳起石、磷灰石、金云母、石英、碳酸盐等。矿床形成划分为热液期和表生期。热液期又可分为气成高温阶段和中低温热液阶段。通过对该矿床地质特征和控矿因素的研究,认为白象山铁矿床属于玢岩型铁矿中的矽卡岩型矿床。

铁矿床;闪长岩体;白象山;矽卡岩型矿床

宁芜地区蕴藏着丰富的铁矿资源,20世纪70年代,众多学者对其进行了系统的研究,并提出“玢岩铁矿”成矿模式[1-5]。白象山铁矿床属于宁芜地区玢岩型铁矿中凤凰山式铁矿床。该矿床位于宁芜火山岩盆地南段,马鞍山市当涂县境内,是南段钟姑铁矿田规模最大、最有代表性的一个矿床。燕山期的闪长岩、辉长闪长岩为成矿的侵入岩,与矿区褶皱和断裂密切相关,黄马青组下段杂色岩段为赋矿地层。该矿床主矿体成似层状和透镜状,产于闪长岩体与黄马青组砂页岩接触带部位。本文在前人矿区勘查工作成果的基础上,对白象山铁矿床的地质特征进行了系统的总结和分析,划分了成矿阶段,分析了矿床形成的区域构造背景和控矿因素,并探讨了矿床成因。

1 成矿地质背景

白象山铁矿床在区域上处于宁芜中生代火山岩盆地南段,如图1所示。矿床产于次级穹窿构造轴部、闪长岩体突出部位和黄马青组砂页岩的接触带附近,以交代黄马青组下部砂页岩、灰岩及青龙群上部灰岩成矿为主,如图1、图2所示。图1、图2根据文献[6],有修改。

1.1 地 层

矿区出露地层(图1)由老至新依次为三叠系中统黄马青组(T2 h)、侏罗系中下统象山群(J1-2xn)、白垩系下统上火山岩组(K12)、第四系坡冲积层(Q)。其中黄马青组地层可分为上、下2段,下段富Ca、M g质的泥灰岩和砂页岩与铁矿化有关,矿体呈似层状、透镜状产出,基本与地层产状一致。

图1 白象山铁矿床位置与地质图

图2 白象山铁矿床5线剖面图

1.2 构 造

区内褶皱包括:①位于矿区中部的白象山背斜,走向北北东,轴面东倾,呈波状向北倾伏,核部为黄马青组,两翼为象山群。该背斜为矿区的主要控矿和容矿构造。②位于白象山背斜与钟山之间的白象山-钟山间向斜,以及白象山背斜以东的阴山向斜[3]。

矿区内断裂构造发育,分为纵向断裂构造和横向断裂构造,如图1所示。纵向断裂构造中的船山底断裂破碎带和西部断裂带是主要的赋矿断裂带,前者出露在近背斜轴部,走向近南北,倾向南东,主要由黄马青组砂页岩角砾组成,后者走向NWW,倾向西。横向断裂构造主要是青山街-豹子山断裂破碎带,位于矿区南部,形成稍晚[3]。

1.3 岩浆岩

矿区内岩浆岩主要为燕山晚期的闪长岩、闪长玢岩和后期的辉绿岩脉及细晶岩脉(图1)。闪长岩体呈突出的岩株状,岩石呈灰色,斑状结构,块状构造,岩石的矿物成分主要为中-更长石,占85%～90%;次要成分有钠长石、少量单斜辉石(＜10%),还有少量普通角闪石、拉长石及微斜长石;副矿物有磷灰石及磁铁矿(一般1%～3%,高者达3%～5%),与铁矿成矿密切相关,辉绿岩脉及细晶岩脉穿插在矿体、闪长岩体和围岩中,破坏矿体[6]。

2 矿床地质特征

2.1 矿体特征

主矿体位于闪长岩和砂页岩接触带部位的内带-正带,形态主要受背斜控制,横向呈平缓拱形,产状同围岩基本一致,如图2所示。矿体呈似层状,局部有膨大。空间上从围岩向接触带按热力变质程度不同,分为3个亚带:镜铁矿化亚带、含镜铁矿结核的磁铁矿-钠长石角岩化亚带以及磁铁矿-钠长石角岩亚带。小矿体主要有10个,储量占总储量的1.1%,9个在主矿体上盘,1个在主矿体下盘[6]。

2.2 矿石特征

(1)矿石类型及结构构造特征。磁铁矿矿石类型可分为浸染状、层纹状、块状、角砾状等4种,前2种是构成主矿体的主体;角砾状矿石主要分布在砂页岩的层间破碎带、接触带和断裂构造附近。常见的矿物组合为磷灰石-钠长石-磁铁矿-阳起石(透闪石)及金云母-磁铁矿组合。矿石矿物主要为磁铁矿、假象赤铁矿、菱铁矿,脉石矿物为钠长石、石榴子石、阳起石、磷灰石、金云母、石英、碳酸盐等。矿石主要为半自形-自形细粒结构,次为填隙、交代残余结构。常见一种亮钢灰色中细粒磁铁矿,伴有少量假象赤铁矿,与钠长石、磷灰石、石英、碳酸盐等组成条带,构成揉皱状构造或类卷曲层纹状构造。

(2)矿石化学成分。白象山铁矿床各种类型的矿石的化学成分主要为 Fe3O4、Fe2 O3、SiO2、Ag2O3、M gO 、K2O 、CaO 、Co 、Ga 、Ti、Ni、M n 。Fe主要赋存在磁铁矿、半假象-假象赤铁矿、赤铁矿、镜铁矿和菱铁矿中,矿区全铁平均品味为39.43%,单样可达到61.38%。矿石伴生有益组分Co、Ga、Ti、Ni及M n;Co以类质同相形式赋存于黄铁矿晶格中,平均质量分数0.008%;Ga呈均匀分布状态,一般质量分数为 0.001%～0.014%,与Fe略呈正相关[6]。

(3)围岩蚀变。本区围岩蚀变明显,矿体上盘为浅色蚀变,以高岭土化、绢云母化、钠长石化、碳酸盐化、硅化为主,矿体下盘为深色蚀变,以阳起石化、绿泥石化、金云母化、肉红色钠长石化及透闪石化为主。由上至下可分为钠长石-金云母化带、金云母-磷灰石-阳起石-磁铁矿带(矿体所在部位)和钠长石-金云母-硬石膏带。其中,阳起石-金云母亚带发育于矿体及其上下盘围岩,此带局部发育磁铁矿化、透闪石化、滑石化、绿泥石化、磷灰石化、黄铁矿化等,组成各种不同类型的铁矿石。

3 矿床成因分析

关于玢岩铁矿的成因有3种观点:矿浆或岩浆侵入说[1,2,7,8]、热液说[9-12]及矿浆-热液说[13,14]。本文结合白象山矿区的成矿期、成矿阶段的划分以及对控矿因素的分析来进行探讨。

3.1 成矿期、成矿阶段的划分

由矿床中矿石结构构造特征和各类矿石产出关系、各类矿物共生组合、穿切关系,对矿床的成矿阶段进行划分。

本区的矿床形成过程,可分为早期气成高温热液阶段、中低温热液阶段以及表生期。气成高温热液阶段,矿物组合为金云母-磷灰石-(石英)-磁铁矿、钠长石-磷灰石-磁铁矿、钠长石-金云母-磁铁矿、阳起石-金云母-磷灰石-磁铁矿等[3]。钠长石分布普遍,西部矿体中常见,多呈半自形-它形粒状,形成早于磁铁矿的主要成矿期。金云母常呈叶片状、片状集合体,生成时间与磁铁矿大致相同。石榴子石、磷灰石、透辉石、阳起石等典型矽卡岩型矿物与钠长石、磁铁矿、金云母共生。

中低温热液阶段,主要为赤铁矿、硫化物、石英和碳酸盐。赤铁矿、假象赤铁矿含量少,主要呈不规则交代作用,镜铁矿常呈脉状产出。黄铁矿自形、半自形、它形不规则粒状交代磁铁矿或浸染于脉石中。石英常呈石英-方解石细脉。方解石主要是热液阶段中期产物,呈它形细粒与磁铁矿、金云母磷灰石共生;另一部分为晚期低温低压形成,呈团块状和脉状,交代早期生成的蚀变岩。

表生期主要形成部分假象赤铁矿、褐铁矿、蛋白石、石髓、高岭土等。

3.2 控矿因素分析

不同成矿阶段矿物组合如图3所示。

(1)构造背景对成矿的影响。长江中下游成矿带处于华北板块、扬子板块和古太平洋板块相互作用的区域内[15,16],自印支晚期开始,南北两板块相向运动,古太平洋板块逐渐向北西方向俯冲,到中侏罗世晚期,燕山期地壳运动表现为强烈伸展作用,以断裂构造为主的活动,形成了10余个断陷型火山-沉积盆地。宁芜盆地就是其中一个。它主要受北北东向和北西向2组断裂控制,区域的深断裂是岩浆生成的重要因素和上升通道。

盆地内部的断裂构造决定着次火山岩岩体的位置和顶部形态,并对成矿溶液运移和矿质沉淀起着重要控制作用。次火山岩的形成过程也是岩浆上升、冷却和收缩的过程,在接触带常形成较大的成矿空间[1]。

图3 不同成矿阶段矿物组合

(2)地层对成矿作用的控制。白象山铁矿床的形成与三叠系黄马青组围岩密切相关,黄马青组下段杂色岩段第1层,发育黄绿、灰绿色薄层状含钙镁质粉砂岩与粉砂质页岩互层,间夹1层白云质泥灰岩,厚度120～150m,正好是矿液运移的良好通道;第2层发育灰紫色厚层状粉砂岩、细砂岩,夹薄层暗紫色粉砂质页岩,不均匀地分布少量钙质结核,间夹2～4层厚5～80 cm富含铁质、钙质粉砂岩,有利于岩浆侵入时受岩浆热液作用发生交代作用,形成矽卡岩型矿床。

矿化早期,闪长玢岩广泛经受了钠长石化交代,范围极大,在该区闪长岩中,在中长石斑晶边部出现了钠长石净边,暗示在残余岩浆内钠质相当富集,钠质的交代作用也已经开始,大量的钠长石化出现在早期气成高温热液阶段[3]。在成矿流体中富集了 FeCl2 、K 、Ca、M g、A l、Si等,形成该矿区典型的矽卡岩矿物组合:石榴子石-透辉石-金云母,磷灰石-磁铁矿、透辉石-硬石膏-磁铁矿组合,以及石英-赤铁矿组合等矿物组合。铁矿体也正是发育在黄马青组与闪长玢岩接触带部位,呈似层状和透镜状分布。

(3)岩浆背景对成矿的控制。当白象山辉长闪长玢岩侵入于黄马青组砂页岩、周冲村组灰岩时,在接触带上产生了侵入接触破碎带,在沉积地层内产生层间破碎带,这些破碎带给矿液活动提供了良好的空间,控制了矽卡岩和矿化[1,3,17]的形成。白象山铁矿床具有典型的热液矿床特征,岩浆后期通过接触交代作用,作用在含Na、Ca、Mg的黄马青组砂页岩下部,发生接触变质,形成磁铁矿。含矿溶液一部分运移至黄马青组下段富铁砂页岩中,FeO同石膏反应生成黄铁矿,形成了磁铁矿和黄铁矿互层的层纹状-半层纹状矿石;或黄铁矿交代磁铁矿,形成浸染状磁铁矿矿石;FeO同Mg、Ca及粘土物质生成绿泥石、阳起石、透辉石等,形成较常见的层纹状矿石。

综上所述,白象山铁矿床形成于燕山期白象山岩体和三叠纪黄马青组地层的接触带,成矿与钙碱性系列的闪长岩、闪长玢岩关系密切,矽卡岩矿物发育。因此,白象山铁矿床是玢岩型铁矿家族中(凤凰山式)的矽卡岩型矿床。

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Geological characteristics and genesis of Baxiangshan iron deposit in Ningwu basin

DISi-wei, FAN Yu, ZHANG Le-jun, MA Liang, QIAN Bing

(School of Resources and Environmen tal Engineering,H efei University of Technology,Hefei230009,China)

Baixiangshan iron deposit is located in thesouthern partof Ningwu Mesozoic faulted basin.Itis classified as Fenghuangshan-type iron depositin themodel of Ningwu porphyritic type iron deposit.Main body of the Baixiangshan deposit is stratabound and hosted in the contact zone between the diorite intrusion and the Huangmaqing group sandstone interbeded with shale.Thewall-rock develops strong hornfels contact metamorphism aswellas phlogopite,albite,biotite,carbonatealterations.Theorem inerals aremagnetite,hematite,siderite,and the ganguemineralsare albite,garnet,actinolite,apatite,phlogopite,quartz,carbonate,etc.M ineralization isdivided into two periods:the hydrothermalperiod and the supergene period.The hydrothermal period can be furtherdivided into two stages:thehigh-temperature stageand the low-temperaturehydrothermalmineralization stage.Based on the researcheson geological characteristics and ore-controlling factors of the iron deposit,the Baixiangshan iron deposit is described as a skarn deposit,amember of the porphyritic type iron deposit family.

iron deposit;diorite;Baixiangshan;skarn deposit

P611.13

A

1003-5060(2011)01-0123-05

10.3969/j.issn.1003-5060.2011.01.029

2010-02-05;

2010-03-23

国家自然科学基金资助项目(40803015;40830426);安徽省公益性地质工作资助项目(2007-1;2005-51)和安徽省优秀青年科技基金资助项目(08040106907;04045063)

邸思维(1983-),男,安徽寿县人,合肥工业大学硕士生;

范 裕(1982-),男,安徽合肥人,博士,合肥工业大学副教授,硕士生导师.

(责任编辑 张淑艳)