湖北巴東縣劉家灣鐵礦地質特征及成礦淺析

孫唯衡, 吳 鵬, 張 雷

(湖北省地質礦業開發有限責任公司,湖北 武漢 430022)

湖北巴東縣劉家灣鐵礦地質特征及成礦淺析

孫唯衡, 吳 鵬, 張 雷

(湖北省地質礦業開發有限責任公司,湖北 武漢 430022)

巴東縣劉家灣鐵礦屬鄂西寧鄉式鐵礦,含礦層位為泥盆系上統黃家磴組(D3h)和寫經寺組(D3x),其中寫經寺組上段(D3x2)底部為主要礦層。對礦層地質特征及礦石組構進行了對比分析,對鐵礦的成礦環境、鐵質來源、成礦機制進行了討論,指出該礦床沉積于濱?！獪\海相古地理環境。

寧鄉式鐵礦;地質特征;成因;沉積環境

泥盆系寧鄉式鐵礦廣泛分布于中國華南的鄂、湘、贛、川、滇、黔、桂及甘南等地區。趙一鳴等[1]依據鐵礦分布情況和各礦床集中區礦床地質特征及其成礦地質環境的差異,大致劃分出7個成礦區,廖士范等[2]根據古地理條件和沉積環境,也劃分出7個成礦區,周家云等[3]在兩種劃分方案的基礎上將寧鄉式鐵礦劃分為表1所示8個成礦區。其中以鄂西—湘西北成礦區最重要,該成礦區寧鄉式鐵礦儲量占全國寧鄉式鐵礦總儲量的一半左右。各成礦區情況見表1。

表1 寧鄉式鐵礦各成礦區情況一覽表

注:此表據趙一鳴等、周家云等修編。

在鄂西,寧鄉式鐵礦一般分布于長江以南的恩施土家族自治州和宜昌市范圍。巴東縣劉家灣鐵礦地處恩施土家族苗族自治州東北部,構造剝蝕地貌,大地構造位置處于揚子準地臺上揚子臺坪八面山臺褶帶恩施臺褶束中北部,位于鄂西—湘西北成礦區,屬鄂西寧鄉式鐵礦。

1 巴東劉家灣鐵礦礦床地質特征

巴東劉家灣鐵礦所在鄂西地區受加里東運動影響,曾長期處于陸地環境,并遭受強烈剝蝕夷平作用,普遍缺失中志留世晚期—中泥盆世早期沉積地層,直至中泥盆世晚期,隨海侵超越古陸,華南海域迅速擴大,開始接受陸表海沉積[4]。泥盆系是區內鐵礦資源的賦存層位。

1.1 含礦地層特征

區內含鮞狀赤鐵礦的含礦層位均為泥盆系上統,有黃家磴組(D3h)和寫經寺組上段(D3x2)兩套含礦地層,上泥盆統寫經寺組上段(D3x2)底部鐵礦層對應區域上Fe3,上泥盆統黃家磴組(D3h)上部鐵礦層對應區域上Fe2,分布如圖1所示。

黃家磴組(D3h)以灰黃色、灰綠色細砂巖、砂質頁巖及頁巖為主,上部間夾兩層呈中厚層(局部厚層)透鏡體狀鮞狀赤鐵礦。砂巖單層厚20～40 cm,中厚層狀構造；區內該組層厚16.8～21.6 m。區域上巖性變化不大,總體趨勢是從西向東砂巖逐漸增多增厚,表明陸源碎屑來源于東部地區[4-5]。

圖1 巴東縣劉家灣鐵礦區地質簡圖Fig.1 Generalized geologic map of Liujiawan iron mine area in Badong county1.第四系全新統沖積層;2.三疊系下統大冶組;3.二疊系上統大隆組;4.二疊系上統吳家坪組;5.二疊系上統龍潭組;6.二疊系下統孤峰組;7.二疊系下統茅口組;8.二疊系下統棲霞組上段;9.二疊系下統棲霞組下段;10.二疊系下統梁山組;11.石炭系上統黃龍組;12.石炭系上統大埔組;13.石炭系下統金陵組和高驪山組;14.泥盆系上統寫經寺組上段;15.鐵礦層;16.主要鐵礦層(Fe3);17.泥盆系上統寫經寺組下段;18.次要鐵礦層(Fe2);19.泥盆系上統黃家磴組;20.泥盆系中統云臺觀組;21.志留系下—中統紗帽組;22.整合界線;23.平行不整合界線;24.逆斷層及產狀;25.平移斷層;26.施工鉆孔及編號;27.勘探剖面及編號;28.勘查區范圍。

寫經寺組上段(D3x2)為深灰色、灰黑色頁巖、粉砂質頁巖粉砂巖及細砂巖,風化后呈黃綠色、灰黃色。砂巖單層厚10～20 cm,少量30～50 cm,薄層或中厚層狀構造。其鮞狀赤鐵礦單礦層厚薄不等,一般由6～10個單礦層夾頁巖及粉砂巖組成上、下兩個單元,產出于寫經寺組上段底部,為礦區主要礦層(對應區域上Fe3),見圖2。

1.2 礦體(層)特征

礦體(層)可分主要礦層和次要礦層兩部分:主要礦層賦存于上泥盆統寫經寺組上段(D3x2)底部,對應區域上的Fe3礦層；次要礦層賦存于上泥盆統黃家磴組(D3h)上部,對應區域上的Fe2礦層。

主要礦層一般由6～10個單礦層組成,分布于本區中北部,自西而東連續穩定出露(見圖1、圖3),礦體呈層狀產出,總體傾向170°,傾角15°～42°,沿走向出露長度2 900 m,鉆孔最大控制延伸580 m。礦層底板有兩種:①寫經寺組上段(D3x2)底部的頁巖,細砂巖或粉砂巖；②寫經寺組下段(D3x1)泥灰巖、泥質條帶灰巖。

圖2 主要礦層(Fe3)示意圖 (寫經寺組上段底部,D3x2)Fig.2 Schematic diagram of main seam

礦層頂板為寫經寺組上段(D3x2)的頁巖、粉砂質頁巖、粉砂巖及細砂巖等組合。

次要礦層一般由1～3個鮞狀赤鐵礦的自然單礦層組成,在區內露頭及鉆孔巖心中主要發現3處(見圖1、圖3)。該礦層呈透鏡體狀產出于粉砂巖、頁巖中,產狀與巖層產狀及主要礦層產狀一致(見圖4),地表出露長度為80～180 m,厚度變化較大,在ZK403中厚達1.61 m,ZK801中厚1.51 m,而ZK001和ZK1001中僅為0.25 m。礦層頂板為黃家磴組(D3h)頁巖、石英粉砂巖及粉砂巖,或為寫經寺組下段(D3x1)泥灰巖；底板為黃家磴組(D3h)頁巖及粉砂巖。地表露頭局部(劉家灣東北處)見兩個自然單礦層,上、下自然單礦層厚度分別為0.20～0.30 m、0.20～0.65 m,累計厚度為0.40～0.90 m。

圖3 劉家灣鐵礦區泥盆系上統寫經寺組及赤鐵礦層橫向對比圖Fig.3 Transverse contrast diagram of Xiejingsi formation and hematite beds1.頁巖;2.粉砂質頁巖;3.粉砂巖;4.泥灰巖;5.白云巖;6.赤鐵礦層。

圖4 4-4′勘探線剖面圖

1.3 礦石組成成分

圈定工業礦體中鐵礦石品位30.50%～49.90%,平均39.46%。主要礦石礦物有鮞狀赤鐵礦,其次為菱鐵礦、褐鐵礦等。脈石礦物有鮞綠泥石、石英、黃鐵礦、綠高嶺石、膠磷礦、粘土礦物等。其中含鐵礦物占70%以上?；瘜W組成:TFe 29.50%～51.20%,平均39.41%；S 0.028%～3.34%,平均0.63%；P 0.52%～1.05%,平均0.73%。

1.4 礦石結構構造

礦石結構為鮞粒結構,鮞粒呈圓形、橢圓形、不規則圓形,有明顯被壓扁、拉長的特征；鮞粒具同心圓構造,粒徑在0.2～0.8 mm。礦石構造為塊狀構造,呈致密塊狀,近地表或溶洞附近的礦石受氧化、褐鐵礦化作用,常呈土狀、多孔礦渣狀構造。礦石自然類型主要為鮞狀赤鐵礦石,其次為褐鐵礦石。礦石工業類型為高磷、低硫中品位自熔性鐵石。

2 巴東劉家灣鐵礦成礦淺析

2.1 成礦環境分析

鄂西寧鄉式鐵礦礦層的發育,在空間上受地殼沉降幅度和巖相古地理條件控制。同時同地地殼沉降幅度和沉積物質補償控制著含礦層位在成礦期的沉積厚度,沉降幅度大,物質供給愈充足,含礦層愈厚；而巖相古地理條件則控制含礦層是否部分或全部發育為礦層[6-7]。

從圖2可知主要礦層(Fe3)鮞狀赤鐵礦中鮞粒大小在沉積序列中有明顯的變化,向上層厚變薄,鮞粒變細,呈正粒序層理,表明受控于波浪水流作用；含礦巖系中發育平行層理和波狀層理,而主要礦層中有陸源細碎屑和海相生物碎片,且化石碎片多有不同程度機械磨損,反映了動蕩的淺水沉積環境。分析區內含礦巖系沉積環境為濱岸海灘—淺海陸棚相古地理環境。

2.2 鐵質來源分析

絕大多數學者認為鐵質來源于古陸[8],從圖3不難看出,研究區主要鐵礦賦存層位由南西向北東逐步升高,而這正好與該含礦層成巖期海侵方向完全一致[9],而鐵礦層的層數和厚度整體上也有逐漸遞增的趨勢,即愈接近古陸物源供給區,鐵質來源愈充足,從側面佐證了鐵質來源于古陸。

關于鐵質遷移富集方式有兩種代表性觀點:一種認為,鐵質由臨近古陸供給主要以膠體方式進入海盆[6,10]；另一種認為鐵質主要是由河流以溶液方式帶入海域。周家云等統計鄂西—湘西北成礦區寧鄉式鐵礦總儲量多達22.8億t(含表外儲量),而該成礦區中主體部分為鄂西成礦區,反映出鄂西地區鐵礦成巖期進入海域盆地的鐵質數量應遠大于該儲量值主體部分。膠體不穩定性導致其長距離遷移困難,而溶液中鐵質的溶解度有限,因而鐵質遷移應是以多種方式進行,其中以海水推進過程中的岸蝕作用、海侵過程中的淹沒侵蝕為主,以顆粒、膠體、溶液狀態遷移富集后在盆地中轉變為以溶液狀態為主,在高能水動力作用下被鮞粒吸附富集沉積,形成鮞粒赤鐵礦后以顆粒狀態進行遷移富集。

2.3 劉家灣鐵礦成礦機制探討

鄂西地區在晚泥盆世時期為溫暖潮濕的大陸氣候,長期處于風化剝蝕狀態,大量鐵質被氧化還原形成含鐵質風化殼,在海侵過程中,大量鐵質通過岸蝕作用、淹沒侵蝕以及河流搬運的方式,以顆粒、膠體、溶液狀態帶入鄂西陸表海中,并在海水中形成了過飽和的鐵質溶液。濱岸相環境為高能量水域,具有強烈攪動作用,鮞粒核心(粉砂—細砂顆粒) 在水能的作用下滾動、翻轉吸附鐵質、泥質后發生沉積便形成了鮞粒赤鐵礦,大量的赤鐵礦鮞粒經過波浪和潮汐水流的再次搬運改造和富集,最終于濱岸海灘—淺海陸棚相環境成礦。

3 結論

(1) 區內鮞狀赤鐵礦含礦層位于泥盆系上統黃家磴組(D3h)和寫經寺組上段(D3x2)兩層位中。主要賦礦層為上泥盆統寫經寺組上段(D3x2)底部(對應區域上Fe3),依據含礦層巖性及鮞狀赤鐵礦單層變化又可細分為上、下兩個鐵礦層單元；

(2) 主要礦層(Fe3)鮞狀赤鐵礦向上層厚變薄,鮞粒變細,呈正粒序層理,受控于波浪水流作用；含礦巖系中發育平行層理和波狀層理,且化石碎片多有不同程度機械磨損,反映為動蕩的淺水沉積環境,含礦巖系沉積環境為濱岸海灘—淺海陸棚相環境；

(3) 鐵質以岸蝕作用、淹沒侵蝕為主,以顆粒、膠體、溶液狀態遷移后在盆地中轉變為以溶液狀態為主,在高能水動力作用條件下被鮞粒吸附沉積,形成鮞粒赤鐵礦后以顆粒狀態經波浪和潮汐水流再次搬運改造和富集,最終于濱岸海灘—淺海陸棚相環境沉積成礦。

[1] 趙一鳴,畢承思.寧鄉式沉積鐵礦床的時空分布和演化[J].礦床地質,2000,19(4):350-362.

[2] 廖士范,魏梁鴻,劉成德,等.中國泥盆紀鮞狀赤鐵石沉積環境、成因[J].沉積學報,1993,11(1):93-101.

[3] 周家云,鄭榮才,張裕書,等.華南泥盆紀古地理環境對寧鄉式鐵礦床時空分布、礦石特征的制約[J].地質科技情報,2009,28(1):93-98.

[4] 胡寧,徐安武.鄂西寧鄉式鐵礦分布層位巖相特征與成因探討[J].地質找礦論叢,1998,13(1):40-47.

[5] 湖北省地質礦產局.湖北省巖石地層[M].武漢:中國地質大學出版社,1996.

[6] 傅家謨.鄂西寧鄉式鐵礦的形成和分布規律[J].地質科學,1959(4):109-115.

[7] 傅家謨.鄂西寧鄉式鐵礦的相與成因[J].地質學報,1961,41(2):112-130.

[8] 龔銀杰,秦元奎,張鯤,等.湘西北寧鄉式鐵礦的成因與質量 [J].化工礦產地質,2010,32(3):143-148.

[9] 徐安武,胡寧,曾波夫.中揚子泥盆紀巖相古地理及有關礦產 [C]//《巖相古地理文集》編輯部.巖相古地理文集(7).北京:地質出版社,1992.

[10] 邱柱國.沉積鐵礦床的成礦模式 [J].成都地質學院學報,1987,14(4):1-7.

(責任編輯：陳姣霞)

Geological Characteristics and Metallogenic Analysis of Liujiawan IronDeposit in Badong County，Hubei Province

SUN Weiheng, WU Peng, ZHANG Lei

(HubeiGeological&MiningExplorationCompany,Ltd.,Wuhan,Hubei430022)

The Liujiawan iron deposit in Badong county belongs to the Ningxiang-type iron deposit in western Hubei.It occurs in the transitional horizon in Huangjiadeng formation(D3h)and Xiejingsi formation(D3x)of the upper devonian system,especially the bottom of the upper Xiejingsi formation(D3x2).The article analyzes the seam’s geological characteristics and the ore fabrics,discusses the metallogenic environment,the source and minerogenetic mechanism for the iron ore,points out that the ore deposit sedimentates on the palaeogeographic environment of littoral- shallow seafacies.

The Ningxiang-type iron deposit; geological characteristics; genesis; depositional environment

2015-06-24;改回日期:2015-07-07

孫唯衡(1984-),男,工程師,碩士,礦業工程專業,從事礦產勘查工作。E-mail:10268512@qq.com

P618.31

A

1671-1211(2015)04-0387-04

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.201504005

數字出版網址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20150709.0918.001.html 數字出版日期:2015-07-09 09:18