江西贛中鐵礦“紅綢帶”式鐵礦體形態(tài)成因及其找礦預(yù)測

陳正樂, 張 青, 韓鳳彬, 陳柏林, 孫 岳, 王學(xué)平,潘家永, 沈 滔, 伍俊杰

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江西贛中鐵礦“紅綢帶”式鐵礦體形態(tài)成因及其找礦預(yù)測

陳正樂1, 2, 張 青1, 韓鳳彬1, 陳柏林1, 孫 岳1, 王學(xué)平3,潘家永2, 沈 滔2, 伍俊杰2

(1.中國地質(zhì)科學(xué)院 地質(zhì)力學(xué)研究所, 北京 100081; 2.東華理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院, 江西 南昌 330013; 3.贛西地質(zhì)調(diào)查大隊(duì), 江西 南昌 330201)

江西贛中新余鐵礦是我國重要的鐵礦類型之一, 產(chǎn)于震旦紀(jì)火山-沉積淺變質(zhì)巖系硅鐵建造中。鐵礦體普遍呈現(xiàn)“紅綢帶”式形態(tài), 前人認(rèn)為是多期次褶皺疊加的結(jié)果。本文通過野外調(diào)查, 在整個鐵礦區(qū)發(fā)現(xiàn), 區(qū)域透入性的拉伸線理、A型褶曲十分發(fā)育, 局部地段甚至出現(xiàn)鞘褶皺; 系統(tǒng)測量表明, 區(qū)域拉伸線理、A型褶皺的脊線走向穩(wěn)定在295°～320°之間, 傾角一般小于 25°。推測贛中鐵礦經(jīng)歷了強(qiáng)烈的塑性流變, “紅綢帶”式鐵礦體是塑性流變, 而非多期褶皺疊加變形的結(jié)果; 整個鐵礦區(qū)的原始形態(tài)應(yīng)是一個鼻端向南封閉的巨形鞘褶皺, 但變形期后不均勻的構(gòu)造抬升和剝蝕, 導(dǎo)致了不同鐵礦區(qū)現(xiàn)今地表出露了原始形態(tài)的不同部位。結(jié)合褶皺構(gòu)造對鐵成礦物質(zhì)的控制作用和礦區(qū)的地層出露狀態(tài)分析, 認(rèn)為大陂-陂頭、寨口-太平山-良山一帶皆處于鞘褶皺的前緣部位, 具有尋找富大厚礦體的找礦前景, 松山-楊家橋處于鞘褶皺的西翼, 平剖面上都發(fā)育小型鞘褶皺和紅綢帶式重疊礦體, 因而也具有良好的找礦前景。

紅綢帶; 塑性流變; 鞘褶皺; 找礦預(yù)測; 贛中鐵礦

0 引 言

江西新余鐵礦是我國重要的鐵礦類型之一, 也是我國最年輕的硅鐵建造型鐵礦之一。該礦自1957年發(fā)現(xiàn)至今, 已經(jīng)先后在良山、太平山、大陂等地發(fā)現(xiàn)30余處大、中型礦床, 累計查明鐵礦資源儲量達(dá)7億噸, 是江西最重要的鋼鐵原料基地。

新余鐵礦的含礦層為一套具類復(fù)理石建造特征的火山–碎屑沉積(湯加富等, 1987 )。對于地層的時代, 雖有爭論, 并歷經(jīng)多次變更(江西地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1964, 1984), 但地層單元的時代歸屬并無根本變化, 普遍認(rèn)為屬震旦系(或者南華系, 江西地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1964, 1984)(圖1)。對于新余鐵礦成因, 雖也有陸源侵蝕沉積變質(zhì)、遠(yuǎn)火山–沉積變質(zhì)及變質(zhì)火山–沉積成因等不同觀點(diǎn), 總體上可以歸類于沉積–變質(zhì)型鐵礦(余志慶等, 1989; 曾書明等, 2011;胡立等, 2013), 認(rèn)為含礦層在沉積成巖之后, 經(jīng)歷了中低級區(qū)域變質(zhì)作用(余志慶等, 1989; 王曉穎等, 2013)。

新余礦區(qū)的鐵礦體普遍呈現(xiàn)“紅綢帶”腸狀彎曲形態(tài), 因而引起了構(gòu)造地質(zhì)學(xué)家的高度關(guān)注。前人研究結(jié)果, 普遍認(rèn)為本區(qū)變形以復(fù)合褶皺為特征;并基于褶皺的復(fù)合與疊加, 推測該區(qū)至少經(jīng)歷了四期以上的變形, “紅綢帶”式鐵礦體形態(tài)系多期次褶皺疊加的結(jié)果(許溫復(fù)和王仁根, 1983; 湯加富, 1983, 1985; 謝自谷等, 1986; 戴元裕, 1986, 1989; 余志慶等, 1989; 湯加富等, 1991; 曾書明等, 2010, 2011;姚琪等, 2012; 肖光榮和姚琪, 2013), 鐵礦層的產(chǎn)狀、形態(tài)主要受褶皺構(gòu)造的控制: 褶皺緊閉、重折、疊加部位, 礦層增厚; 褶皺開闊或褶皺不發(fā)育地段礦層就薄, 局部出現(xiàn)無礦“天窗”(曾書明等, 2010, 2011; 姚琪等, 2012; 肖光榮和姚琪, 2013)。

本文主要以野外調(diào)查和觀測為基礎(chǔ), 結(jié)合前人的資料分析, 對新余鐵礦區(qū)“紅綢帶”式鐵礦體的成因提出了新的認(rèn)識, 并以此為依據(jù)分析了新余鐵礦的區(qū)域找礦方向, 指出了尋找富大厚礦體的遠(yuǎn)景區(qū)段。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

新余鐵礦田處于揚(yáng)子板塊和華夏板塊拼接帶南側(cè)南華加里東造山帶北緣武功山–北武夷隆起帶內(nèi),位于武功山隆起東段萍鄉(xiāng)–廣豐深斷裂帶南側(cè)。鐵礦區(qū)主要發(fā)育于神山倒轉(zhuǎn)背斜南翼(圖1)。

礦區(qū)內(nèi)出露地層主要為新元古界, 包括青白口系和南華系, 南北邊部零星出露寒武系、泥盆系、白堊系–新近系、第四系。青白口系神山組和庫里組,主要為一套深變質(zhì)巖系, 由灰綠色絹云千枚巖和斑點(diǎn)狀黑云絹云砂質(zhì)千枚巖等組成。南華系包括下統(tǒng)上施組和上統(tǒng)楊家橋群(曾書明等, 2010, 2011; 姚琪等, 2012; 肖光榮和姚琪, 2013)。上施組上部為灰綠色綠泥絹云千枚巖、絹云千枚巖, 下部為厚層狀二云變質(zhì)砂巖夾含炭絹云千枚巖。楊家橋群包括大沙江組、下坊組和古家組。大沙江組上部為綠灰色變質(zhì)砂巖、綠灰色含磁鐵綠泥絹云千枚巖、含礫綠泥絹云千枚巖(標(biāo)志層之一), 次石墨質(zhì)千枚巖夾含錳灰?guī)r(宋志瑞, 1996)。下坊組為主要含礦層系, 可分為上、中、下 3段, 上段包括含磁鐵綠泥石千枚巖,有時為沉凝灰?guī)r, 絹云母綠泥石千枚巖、白云質(zhì)石英質(zhì)大理巖、次石墨質(zhì)千枚巖、含變礫沉凝灰?guī)r; 中段為主鐵礦層, 下部為條帶狀磁鐵鏡鐵石英巖, 中部為磁鐵石英巖、鏡鐵石英巖, 上部以綠泥磁鐵石英巖為主; 下段為含磁鐵絹云母千枚巖、碳酸鹽質(zhì)假礫巖, 斷續(xù)出現(xiàn)含磁鐵石英巖。古家組為含礫凝灰質(zhì)千枚巖、凝灰質(zhì)砂巖。

神山倒轉(zhuǎn)復(fù)背斜為礦田主體構(gòu)造。背斜軸向近東西, 向西傾伏, 向南倒轉(zhuǎn)。背斜南翼以井頭為界,東部地層為倒轉(zhuǎn)層序, 西部地層為正常層序。背斜核部出露青白口系庫里組、南華系下統(tǒng)上施組, 南翼及其西部轉(zhuǎn)折端, 出露南華系, 控制著含鐵巖系的展布; 北翼由于斷層或沉積覆蓋, 震旦系少有出露。區(qū)內(nèi)除褶皺外, 尚有一系列斷裂構(gòu)造, 其中以北北西向與北東向兩組最為發(fā)育, 表現(xiàn)為對含礦巖組及其礦層在走向、傾向上的連續(xù)性破壞。

區(qū)內(nèi)主要的巖體有西部的加里東期山莊巖體和東部的加里東期城上復(fù)合花崗巖體, 兩巖體皆呈巖基侵入震旦系上部地層中, 其內(nèi)皆有燕山早期的花崗巖侵位(圖1)。

區(qū)內(nèi)含礦層系普遍經(jīng)歷了區(qū)域變質(zhì)作用, 經(jīng)歷了綠片巖相低級變質(zhì), 主要發(fā)育板巖、千枚巖, 局部地段由于巖體熱作用, 使變質(zhì)等級上升為中級變質(zhì),導(dǎo)致云母片巖的形成。巖石主要呈片狀、千枚狀構(gòu)造, 鱗片變晶結(jié)構(gòu), 花崗鱗片變晶結(jié)構(gòu)。變質(zhì)作用促使原鐵礦賦礦地層中火山-沉積形成的鐵礦物或鐵氧化物發(fā)生重結(jié)晶, 形成磁鐵礦。

2 鐵礦體的形態(tài)特征

受神山背斜構(gòu)造的控制, 以井頭礦區(qū)為界, 以西各礦區(qū)地層總體上為正常層序, 傾向南西–西, 傾角20°～70°。以東各個礦區(qū)地層為倒轉(zhuǎn)層序, 向北倒轉(zhuǎn), 傾向北–北西–北東, 傾角 20°～45° (曾書明等, 2011)。

與此對應(yīng), 受褶皺和地層產(chǎn)狀控制的鐵礦體形態(tài)在不同地段差異明顯。

在西北段的社陂–源里一帶, 含礦層總體呈NEE–近EW走向, 傾向NNW, 傾角中等, 僅發(fā)育有一層鐵礦體, 層間褶皺不發(fā)育。

西部的江下、長富地區(qū), 含礦層走向變化大, 鐵礦體尤其是硅質(zhì)條帶, 普遍發(fā)育腸狀彎曲。在松山一帶, 總體為一走向 NNW-SSE, 傾向 SW, 傾角50°～70°, 形態(tài)較復(fù)雜的單斜構(gòu)造。次級褶皺發(fā)育,從北西向南東褶皺構(gòu)造有由簡單到復(fù)雜、淺繁深簡的變化規(guī)律。從井頭往東至巴丘一帶, 含礦層普遍倒轉(zhuǎn), 鐵礦層往往出現(xiàn)“手掌狀”、“蛇曲”狀。

楊家橋–大陂–陂頭–金溪等地段, 地層產(chǎn)狀從NW走向轉(zhuǎn)變?yōu)镹E至近EW走向, 含礦層從正常層序轉(zhuǎn)變?yōu)榈罐D(zhuǎn)層序, 并出現(xiàn)多次正常–倒轉(zhuǎn)來回重復(fù)(圖2)。

圖1 贛中鐵礦區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造簡圖Fig.1 Simplified geological map of the Xinyu iron deposit in the central Jiangxi province

圖2 楊家橋礦區(qū)鐵礦體剖面形態(tài)Fig.2 Orebody distribution in the exploration profiles at the Yangjiaqiao mining area

下坊–寨口–太平山–良山一帶, 地層總體上倒轉(zhuǎn)。在下坊–寨口一帶, 地層走向大致呈NE-SW向,傾向NW, 傾角10°～35°; 在太平山–良山一帶, 地層走向 NW-SE, 傾向 NE-SW, 傾角 20°～30°; 總體上構(gòu)成黃虎背形向斜。在這兩個地區(qū), 鐵礦體形態(tài)極為復(fù)雜, 在露頭和剖面上可見鐵礦層, 尤其是硅質(zhì)條帶, 出現(xiàn)腸狀彎曲, 鐵礦體厚度增大; 在鉆孔中,礦層一般重復(fù)多次, 沿傾向和走向上, 都呈“Z”、“S”字形、疊“S”形、臺階狀、蘑菇狀、囊狀和透鏡狀等形態(tài)(圖2、3)。

總之, 除西北部的社陂一帶鐵礦體形態(tài)相對較為簡單外, 在其他區(qū)段鐵礦體及其兩側(cè)的含礦圍巖,尤其是石英條帶, 沿傾向和走向上, 都出現(xiàn)“Z”、“S”字形、彎曲透鏡狀等形態(tài), 在剖面(圖2、3)和露頭(圖4)尺度上, 都呈現(xiàn)“紅綢帶”式腸狀彎曲的形態(tài)(戴元裕, 1986; 余志慶等, 1989; 曾書明等, 2011; 肖光榮和姚琪, 2013), 據(jù)此將贛中地區(qū)這種“紅綢帶”式形態(tài)的鐵礦稱之為“新余式鐵礦”(戴元裕, 1986; 余志慶等, 1989)。

3 鐵礦體的構(gòu)造變形特征

作者野外調(diào)查和觀測發(fā)現(xiàn), 在整個新余鐵礦區(qū),發(fā)育了一系列塑性變形構(gòu)造, 包括透入性的拉伸線理、A型褶曲, 甚至發(fā)育鞘褶皺等。

3.1 拉伸線理和桿狀構(gòu)造

圖3 太平山–良山礦區(qū)鐵礦體剖面形態(tài)(據(jù)曾書明等, 2011)Fig.3 Orebody distribution in the exploration profiles at the Taipingshan-Liangshan mining area

圖4 長溪礦區(qū)下坊組磁鐵石英巖中“紅綢帶”式鐵礦體(SL表示拉伸線理)Fig.4 “Red-ribbon” style magnetite quartzite bands in the Changxi mining area

本區(qū)發(fā)育的拉伸線理主要由變質(zhì)千枚巖、細(xì)砂巖中的礦物或者黃鐵礦斑晶壓力影組成(圖5)。在楊家橋–長溪礦區(qū)灰綠色變質(zhì)細(xì)砂巖中, 還可以見到桿狀構(gòu)造(圖 5c); 在鐵礦體之下含礫綠泥絹云千枚巖中的長英質(zhì)礫石(少量為碳酸鹽礫石), 普遍被拉長成條帶狀, 從而形成桿狀構(gòu)造。根據(jù)吉磊(1995)的統(tǒng)計分析, 整個礦區(qū)拉長石英礫石的長短軸比最大可達(dá) 10∶1(吉磊, 1995)。在長溪、陂頭礦區(qū), 還可見到拉伸線理中發(fā)育膝折帶(圖 5c), 顯示出多期次構(gòu)造變形的疊加。

在陂頭礦區(qū), 還可以見到由A型褶皺脊線組成的窗棱構(gòu)造。

3.2 A型褶皺、鞘褶皺

在新余礦區(qū), 褶皺構(gòu)造十分發(fā)育。野外觀測發(fā)現(xiàn), 無論鐵礦體如何反復(fù)出現(xiàn)腸狀彎曲, 呈現(xiàn)“Z”、“S”型褶曲形態(tài), 或呈現(xiàn)“紅綢帶”式形態(tài), 在露頭范圍內(nèi),含礦層面上發(fā)育的拉伸線理非常穩(wěn)定, 平行于褶皺的軸面, 往往也是褶曲脊線的方向, 因此這種褶曲皆為A型褶皺(Ramsay, 1979; Hudlestonand Lan, 1993), 即褶皺的長軸方向與線理平行(圖4, 5b, 5e, 5f )。

此外, 前人在新余礦區(qū)普遍發(fā)現(xiàn)了礦區(qū)尺度的NWW方向的次級褶皺(曾書明等, 2010, 2011; 姚琪等, 2012; 肖光榮和姚琪, 2013), 被認(rèn)為是晚期變形疊加的證據(jù)。以寨口–良山為例, 野外實(shí)測和分析發(fā)現(xiàn), 該區(qū)有多個 NW-NWW走向的背斜和向斜構(gòu)造相間發(fā)育(圖6), 被認(rèn)為是晚期的褶皺構(gòu)造。根據(jù)前人的統(tǒng)計分析資料發(fā)現(xiàn), 這些褶皺的脊線, 包括黃虎背形向斜在內(nèi), 其方向也基本穩(wěn)定在 290°～320°之間, 尤其是在黃虎背形向斜的NE翼部, 雖然地層倒轉(zhuǎn), 走向 NW, 傾向 NE, 但是其褶皺脊線仍與黃虎背形向斜的NW翼(下坊–寨口)發(fā)育的褶皺構(gòu)造的脊線平行。結(jié)合拉伸線理方向的測定, 可以確定這些稍大一些的, 剖面尺度的褶皺也應(yīng)是 A型褶皺(Hudlestonand Lan, 1993)。

在楊家橋、洋陂礦區(qū)的露頭上, 在磁鐵石英巖中, 除普遍發(fā)育的 A型褶曲外, 還可見到典型的鞘褶皺(Ramsay, 1979; Hudleston, 1989; Cobboldd and Quinquis, 1980; Carreras et al., 2005)。褶皺形態(tài)與劍鞘相似, 有時也呈餅狀、舌狀(圖5e, 5f, 5g, 5h)。在垂直于褶皺長軸剖面上的形態(tài)以封閉的同心圓狀或眼球狀為典型特征, 也有呈半封閉的 ?型, 面理上發(fā)育明顯的拉伸線理, 線理長軸平行于褶皺的長軸方向。在楊家橋礦區(qū)(圖5e), 往往是長英質(zhì)條帶出現(xiàn)腸狀彎曲, 呈現(xiàn)“紅綢帶”式形態(tài), 并發(fā)育封閉的條帶; 在洋陂礦區(qū), 在垂直褶皺軸的切面上, 可以觀測到封閉的條帶往往為硅質(zhì)條帶, 出現(xiàn)彎曲狀或同心圓狀彎曲封閉現(xiàn)象, 環(huán)狀中心往往出現(xiàn)塊狀磁鐵礦體, 呈現(xiàn)厚大的富礦體(圖5g, 5h)。系統(tǒng)觀測發(fā)現(xiàn),鞘褶曲的鼻端(封閉端)指向南東, 線理方向與鞘褶曲中心跡線方向平行。

前人在楊家橋礦區(qū), 勘探發(fā)現(xiàn)并定義了一系列的褶皺構(gòu)造, 如耳狀褶皺、大型錐狀褶皺、管狀褶皺(圖 7), 發(fā)現(xiàn)這些褶皺的軸面近似平行, 脊線趨向一致, 皆為 NWW-SEE走向, 具有相似的脊線交角和有規(guī)律的空間方位(許溫復(fù)和王仁根, 1983; 周建廷等, 2007), 很可能就是區(qū)域尺度的鞘褶皺。

3.3 韌性變換斷層

在長溪礦區(qū), 還可見到一種特殊類型的斷層——韌性變換斷層(圖8)(Rich, 1934; Mueller and Talling, 1997)。

該段地層總體上呈 NE走向, 但其南西段向南東凸出, 地層倒轉(zhuǎn), 傾向 NW; 在北東段向北西凹入,地層傾向 SE, 但為正常層序。從南西段開始, 倒轉(zhuǎn)的含礦層向斷裂帶逐漸彎曲靠攏, 從 NE走向逐漸轉(zhuǎn)為 NW 走向, 但礦體仍斷續(xù)發(fā)育, 厚度變薄, 此后礦體再次逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)镹E走向, 變?yōu)檎有颉Ｔ诒蔽骱湍蠔|段, 含礦層“紅綢帶”式腸狀彎曲形態(tài)十分發(fā)育, 甚至可以出現(xiàn)鞘褶皺(圖4)。偏離斷層一定距離, 拉伸線理十分穩(wěn)定, 總體上呈 310°走向, 傾向 SE, 傾角 10°左右。推測該斷層的形成與成礦物質(zhì)的定向差異流動有關(guān): 速度快的部分向前突出,使含礦層從正常轉(zhuǎn)變?yōu)榈罐D(zhuǎn), 速度慢的地段保持正常的層序, 兩者之間含礦層“看似斷開實(shí)則連續(xù)”, 類似于一條斷層, 其總體走向與區(qū)域的拉伸線理方向(物質(zhì)流動方向)一致, 因而可稱之為韌性變換斷層。

在長溪–大陂–陂頭一帶礦區(qū), 這類斷層可能十分發(fā)育, 只是由于前期被“錯斷礦體”的假象所誤導(dǎo),將此類斷層界定為成礦期后斷層(曾書明等, 2010, 2011; 姚琪等, 2012; 肖光榮和姚琪, 2013)。

3.4 塑性變形的區(qū)域展布特征

在新余礦區(qū), 除在礦區(qū)北西端的社陂一帶, A型褶曲不發(fā)育外, 其他地區(qū) A型褶曲十分常見, 拉伸線理則在每個礦區(qū)普遍發(fā)育。初步的統(tǒng)計表明拉伸線理和A型褶皺脊線走向穩(wěn)定在295°～320°之間, 傾角較緩, 一般在5°～10°之間, 普遍小于25°, 以NW傾向?yàn)橹? 部分地段傾向SE(圖1)?？紤]到后期的構(gòu)造擾動, 特別是區(qū)內(nèi)南段“神山背斜”的南翼, 沿斷層的旋轉(zhuǎn)和后期斷層的疊加改造, 該線理的取向極為穩(wěn)定。鞘褶皺僅僅在楊家橋、長溪和陂頭等地區(qū)見到, 其他礦區(qū)未見。

值得一提的是, 野外調(diào)查時, 在含礦層位中并未見B型褶曲的發(fā)育。

圖7 楊家橋礦區(qū)的耳狀、錐狀褶皺構(gòu)造(據(jù)許溫復(fù)和王仁根, 1983)Fig.7 Ear-type and cone-type folds in the Yangjiaqiao mining area

4 “紅綢帶”式鐵礦體形態(tài)成因探討

4.1 區(qū)域變形樣式與“紅綢帶”式鐵礦體形態(tài)分析

長期以來, 普遍認(rèn)為新余礦區(qū)鐵礦體“紅綢帶”式形態(tài)是褶皺疊加變形的結(jié)果(湯加富, 1983; 戴元裕, 1986; 曾書明等, 2011; 肖光榮和姚琪, 2013),認(rèn)為研究區(qū)存在 3～4期不同方向褶皺變形的疊加,鐵礦體形態(tài)主要受褶皺構(gòu)造的控制: 褶皺緊閉、重折、疊加部位, 礦層增厚; 褶皺開闊或褶皺不發(fā)育地段礦層就薄, 局部出現(xiàn)無礦“天窗”(肖光榮和姚琪, 2013)。據(jù)此, 提出了“礦下找礦和尋找構(gòu)造有利部位相結(jié)合”的找礦模式, 并成功地在良山鐵礦區(qū)中深部接替資源勘查實(shí)踐中進(jìn)行運(yùn)用(曾書明等, 2010, 2011)。

然而, 新余礦區(qū)普遍發(fā)育的拉伸線理、A型褶皺和鞘褶皺等現(xiàn)象, 指示了研究區(qū)曾經(jīng)發(fā)生過強(qiáng)烈的塑性流變, 贛中鐵礦經(jīng)歷了強(qiáng)烈的塑性剪切變形,作者進(jìn)而推測“紅綢帶”式鐵礦體應(yīng)是塑性流變, 而非多期次褶皺疊加的結(jié)果。

贛中新余地區(qū)在鐵礦層沉積變質(zhì)之后發(fā)生了強(qiáng)烈的塑性變形, 發(fā)育了區(qū)域性的韌性剪切作用, 導(dǎo)致區(qū)域普遍發(fā)育了透入性的拉伸線理。由于巖石能干性的差異, 區(qū)域性的塑性剪切流動導(dǎo)致了不同巖性層出現(xiàn)變形差異: 相對于圍巖(千枚巖、板巖), 鐵礦層(磁鐵石英巖)呈相對剛性, 呈黏稠性流動, 發(fā)育腸狀揉曲, 形成了“紅綢帶”式形態(tài)(圖 2、3、4、5a); 強(qiáng)烈的定向差異流動和剪切, 在塑性流動體的前緣和側(cè)翼, 皆可以形成鞘褶皺(圖 5e, 5f, 5g, 5h)(Berthe and Brun, 1980)。相對而言, 不含磁鐵礦層的圍巖(主要為泥質(zhì)巖石)為相對均質(zhì)體, 而區(qū)域性的塑性變形分解在均質(zhì)體的內(nèi)部, 因此圍巖在塑性變形條件下, 可能出現(xiàn)近似均勻的塑性流變, 表現(xiàn)為變形不強(qiáng), 若有片狀礦物發(fā)育, 則可以形成拉伸線理; 但如果圍巖中見到石英脈或硅質(zhì)條帶, 則由于巖石能干性差異, 石英脈出現(xiàn)腸狀變形, 發(fā)育A型褶曲(圖5a, 5b); 含礦層之下的含礫石變質(zhì)千枚巖中的石英礫石, 則被塑性定向拉長, 形成桿狀構(gòu)造(圖 5c); 在大型 A型褶曲發(fā)育的地方, 其褶曲脊線還可以形成窗棱構(gòu)造。此外, 差異定向流動造成了含礦層出現(xiàn)南東方向凸出(地層倒轉(zhuǎn))和北西向的凹入(地層正常), 在凸出、凹入的轉(zhuǎn)折銜接部位則發(fā)育韌性變換斷層(圖8)。

根據(jù)新余礦區(qū)塑性流變構(gòu)造的區(qū)域發(fā)育特征,即不同位置的拉伸線理、A型褶曲的發(fā)育、地層的倒轉(zhuǎn)或者正常情況, 及其鞘褶皺的發(fā)育位置, 尤其鞘褶皺的鞘頭封閉方向等推測, 整個鐵礦區(qū)的原始形態(tài), 即所謂的“神山復(fù)式背斜”應(yīng)為一個總體流向南東的巨型鞘褶皺, 目前所見的礦區(qū)形態(tài)應(yīng)是塑性變形期后不均勻的構(gòu)造抬升和剝蝕的結(jié)果, 在不同鐵礦區(qū)現(xiàn)今存露了原始形態(tài)的不同部位, 呈現(xiàn)出不同的構(gòu)造形態(tài)。

4.2 變形時代探討

由于本區(qū)缺乏詳實(shí)可靠的年代學(xué)資料, 該塑性剪切變形構(gòu)造的年代目前還難以確定。在新余的東部太平山礦區(qū), 燕山期黑云母花崗閃長巖侵位于含鐵礦帶中; 在良山礦區(qū), 新余式鐵礦帶與“加里東期”花崗巖體也呈侵入接觸關(guān)系(圖 1), 接觸帶出現(xiàn)矽卡巖化疊加改造; 在新余礦區(qū)的西南部, 有加里東期的山莊花崗巖侵位于楊家橋群大沙江組之中。上述現(xiàn)象表明, 該期塑性變形應(yīng)發(fā)育在加里東期之前, 可能與華夏板塊加里東期匯聚機(jī)制下的南向推覆有關(guān)(曾書明等, 2011; 胡立等, 2013; 王曉穎等, 2013)。

新余礦區(qū)地處華南加里東褶皺帶或江南褶皺帶的東段(Shu and Charvet, 1996; 舒良樹等, 1998)。前人通過區(qū)域填圖和構(gòu)造解析, 在新余礦區(qū)識別出兩條韌性剪切帶(湯加富, 1985; 吉磊, 1995), 即北西部NW-SE走向的韌性剪切帶和南部近EW走向的韌性剪切帶, 認(rèn)為這些剪切帶與武功山變質(zhì)核雜巖系統(tǒng)有關(guān)(孫巖等, 1994; Faure et al., 1996; 舒良樹等, 1998; 劉細(xì)元和衷存堤, 2003; 樓法生等, 2005; 劉珺等, 2008; 林偉等, 2013)。近年來的大量研究表明,武功山變質(zhì)核雜巖(或巖漿穹窿)或許形成于中生代的陸內(nèi)減薄伸展過程。值得注意的是, 本區(qū)線理方向與武功山變質(zhì)核雜巖或片麻巖穹隆, 特別是其東翼的拉伸線理方向并不協(xié)調(diào)一致(孫巖等, 1994; Shu and Charvet, 1996; 舒良樹等, 1998)。因此, 本區(qū)塑性流變構(gòu)造的形成時代及其與武功山變質(zhì)核雜巖體系的關(guān)系仍屬未知。

圖8 長溪礦區(qū)韌性變換斷層Fig.8 Ductile transformation zone in the Changxi mining area

5 區(qū)域找礦方向

5.1 單層礦還是多層礦？

新余鐵礦屬沉積變質(zhì)鐵礦, 在剖面和露頭尺度上出現(xiàn)的多層礦是原始沉積作用形成的, 還是由于褶皺重復(fù)形成的, 早先一直存在著不同的認(rèn)識(謝自谷等, 1986)。周建廷等(2007)用地質(zhì)全息律來分析區(qū)域尺度與露頭尺度構(gòu)造的協(xié)調(diào)一致性, 認(rèn)為新余鐵礦田小構(gòu)造與大型構(gòu)造的褶皺變形規(guī)律, 表現(xiàn)在形態(tài)的相似性、方位的一致性, 地表露頭中礦體的褶皺構(gòu)造形態(tài)(小系統(tǒng)), 預(yù)示著剖面上出現(xiàn)的多層單層礦(大系統(tǒng))是由單礦層反復(fù)褶皺形成。

就作者前期初步的野外調(diào)查和現(xiàn)有的資料分析,野外所見的腸狀、“紅綢帶”式鐵礦體在野外露頭上是可以追蹤的, 發(fā)現(xiàn)系同一層磁鐵石英巖的腸狀彎曲, 或者鞘褶皺變形的結(jié)果(圖 4)。因此, 初步推測本區(qū)可能只有一層鐵礦體, 為單層礦, 但這并不排除在局部地段可能存在多層礦。

5.2 褶皺構(gòu)造與富大礦體

無論是多期次褶皺構(gòu)造的疊加變形還是塑性流變, 褶皺構(gòu)造仍是礦層厚度發(fā)生變化的關(guān)鍵因素,它對礦層厚度的影響具有雙重性, 即可使礦層增厚,也可使其拉薄。

在褶皺轉(zhuǎn)折端, 由于成礦物質(zhì)(鐵質(zhì))向褶皺的核部定向塑性流動(周永貴等, 2012), 從而容易形成核部厚大的礦體(圖 5g); 此外, 在區(qū)域性的褶皺核部, 無論是背形還是向形, 容易密集發(fā)育次級緊閉褶皺群, 進(jìn)一步促使礦層厚度的增大, 是一個儲礦的有利地段; 而在褶曲的翼部特別是規(guī)模較大, 次一級褶曲又不發(fā)育的大型褶曲的翼部, 礦層的厚度往往被拉薄甚至出現(xiàn)“天窗”。初步的統(tǒng)計表明, 在新余鐵礦區(qū), 轉(zhuǎn)折端和翼部巖層的厚度之比為 1∶1～4∶1,平均為3∶1(曾書明等, 2010, 2011)。

5.3 區(qū)域找礦遠(yuǎn)景分析

前述分析表明新余鐵礦區(qū)為一個大型的鞘褶皺,或者大型塑性流變地質(zhì)體, 考慮到后期的剝蝕情況,不同礦區(qū)找礦前景差異較大。

作為大型的鞘褶皺, 在前緣部位由于塑性流變疊加, 鐵礦體往往會出現(xiàn)多次的重復(fù), 鐵礦體的厚度加大, 品位變富, 因而往往是尋找厚大富鐵礦體的有利位置(周永貴等, 2012)。大陂–洋元–陂頭等礦區(qū)就位于向北開口鞘褶皺的前緣封閉(鞘頭)部位,寨口–太平山–良山一帶則可能處于向南開口的大型鞘褶皺前緣封閉回轉(zhuǎn)部位, 因而兩者都是尋找厚大富鐵礦的有利區(qū)域, 但稍有差別: 大陂-陂頭一帶,目前淺部地層為正常層序和倒轉(zhuǎn)層序交替出現(xiàn), 推測剝蝕可能正處于正常向倒轉(zhuǎn)變化部位, 因而為尋找厚大富礦體的首選地段; 下坊–寨口–太平山–良山一帶, 由于目前淺部含礦層為緩傾角倒轉(zhuǎn), 地表呈現(xiàn)一個“背形向斜”(黃虎背形向斜)的構(gòu)造樣式,指示了可能處于鞘褶皺鞘頭的倒轉(zhuǎn)部位, 其深部應(yīng)該存在回轉(zhuǎn)的正常翼, 因而深部找礦潛力巨大(圖 1中的I)。

井頭–巴丘一帶, 淺部為倒轉(zhuǎn)層序, 可能處于大型向北開口寬緩鞘褶皺前緣倒轉(zhuǎn)部位, 在深部有可能出現(xiàn)正常層序的鐵礦層。目前地表普遍出現(xiàn)塑性流變的“紅綢帶”式鐵礦體, 一層鐵礦體出現(xiàn)多次腸狀彎曲, 鐵礦體往往容易出現(xiàn)加厚現(xiàn)象, 目前地表找礦比較有利。松山-楊家橋一帶, 處于大型鞘褶皺的側(cè)向翼部, 區(qū)域性的拉伸線理十分發(fā)育, 發(fā)育“裙邊褶皺群”, 并有多個次級的鞘褶皺發(fā)育, 鐵礦層出現(xiàn)腸狀流變彎曲, 致使鐵礦體在露頭和剖面尺度均多重來回重復(fù)出現(xiàn), 并在局部地段發(fā)育富礦, 也具有較好的找礦前景(圖1中的Ⅱ)。

相對而言, 社陂–源里一帶, 處于塑性流變體的后緣, 構(gòu)造變形較弱, 香腸構(gòu)造發(fā)育程度遠(yuǎn)不如楊家橋、陂頭等處, 疊加礦體較少, 找礦前景不如前述地段(圖1中的Ⅲ)。

6 結(jié) 論

(1) 野外觀測發(fā)現(xiàn), 新余鐵礦區(qū)普遍發(fā)育了一系列塑性變形構(gòu)造, 包括透入性的拉伸線理、A型褶曲, 甚至發(fā)育鞘褶皺等, 指示研究區(qū)經(jīng)歷了一期強(qiáng)烈的塑性剪切變形;

(2) 贛中鐵礦“紅綢帶”式鐵礦體形態(tài)應(yīng)是塑性流變腸狀彎曲, 而非多期次褶皺疊加的結(jié)果;

(3) 新余鐵礦區(qū)為一個區(qū)域性的大型鞘褶皺,但后期的不均勻抬升剝蝕, 造成了不同礦區(qū)保留不同的原始鞘褶皺形態(tài); 大陂–洋元–陂頭和寨口–太平山–良山一帶等礦區(qū)為尋找富大厚鐵礦體的首選區(qū)段, 松山–楊家橋礦區(qū)處于鞘褶皺的西翼, 也具有良好的找礦前景。

致謝： 中國地質(zhì)大學(xué)(北京)劉俊來教授和南京大學(xué)解國愛教授在論文的審稿和修改過程中提出了寶貴的、建設(shè)性的意見和建議, 在此表示衷心感謝！

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Formation Mechanics of the “Red-ribbon” Style Iron Orebodies in the Xinyu Iron Deposit, Central Jiangxi Province and Implications on Ore-prospectings

CHEN Zhengle1, 2, ZHANG Qing1, HAN Fengbin1, CHEN Bailin1, SUN Yue1, WANG Xueping3, PAN Jiayong2, SHEN Tao2and WU Junjie2
(1. Institute of Geomechanics, CAGS, Beijing 100081, China; 2. Faculty of Earth Sciences, East China University of Technology, Nanchang 330013, Jiangxi, China; 3. Geological Investigation Team in Western Jiangxi Province, Nanchang 330201, Jiangxi, China)

The Xinyu iron deposit, located in central Jiangxi province, is one of the most important BIFs-type deposits in China. It is hosted in the Late Proterozoic volcanic-sedimentary rocks. Ore-bearing layers, especially quartz veins or bands in hosting rocks in most mining areas, are strongly deformed, showing complex Z-, S-type folds, and folded lens. As a result, the “red-ribbon” style folded iron-bodies are common. Multi-phases of deformation and folding were proposed to interpret the origin of the “red-ribbon”style ore-bodies, which suggests that they were produced by fold superimposition. Our field investigation revealed that regional penetrative mineral stretching lineation and A-type folds were well developed throughout the entire Xinyu iron deposit. Sheath folds were identified abundantly in the Yangjiaqiao, Pitou mining areas in the southern part of the Xinyu deposits. Systematic measurements indicated that the mineral stretching lineation and hinge lines of A-type fold varied from NW295° to NW320°, with plunging angles of less than 25°. The quartz-feldspar pebble, the so-called pseudo-pebble in metamorphic pebble-bearing siltstones was strongly elongated in the lineation direction. Thus, it is suggested that the Xinyu iron-ore deposits have experienced strongly regional plastic deformation subsequent to the sedimentation and metamorphism of BIFs. The ductile fabrics such as regional mineral stretching lineation, A-type folds and sheath folds, as well as the “red-ribbon” style of folded iron-ore-bodies, are regarded as the products of plastic deformation. It was also suggested that the original form of the Xinyu iron-ore deposit area could be a giant sheath fold, generated from differential southward viscous flow. Regional non-uniform tectonic uplifting and erosion after the plastic deformation resulted in varied preservation of the regional sheath fold, exhibiting various structure patterns in different mining areas at the surface. The Dapi-Pitou and Zhaikou-Taipingshan-Liangshan areas, both located in the front of the regional giant sheath fold, are favorable locus for ore-forming material (iron) to be settled through differential flow, forming large, thick, and high-grade ore bodies. And thus, they are the most favorable areas for ore prospecting. The Songshan-Yangjiaqiao mining area, which is located in the west limb of the large sheath fold with abundant ptygmatic folds and small sheath folds, is also a favorable ore prospecting area.

“red-ribbon” style of iron-ore-bodies; ductile deformation; sheath fold; ore-prospecting; iron deposits, central Jiangxi province

P542; P613

A

1001-1552(2016)02-0213-011

10.16539/j.ddgzyckx.2016.02.003

2015-03-23; 改回日期: 2015-07-13

項(xiàng)目資助: 國家自然科學(xué)基金(U1403292, 41472196)、國家科技支撐計劃項(xiàng)目(2015BAB0613-4)、公益性行業(yè)科研專項(xiàng)(201411024-3)和中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查工作項(xiàng)目(12120115033801, 1212011220936, 12120113105100)聯(lián)合資助。

陳正樂(1967–), 男, 研究員, 構(gòu)造地質(zhì)學(xué)專業(yè), 主要從事礦田構(gòu)造方面的科研工作。Email: chenzhengle@263.net