吉林官地和朝鮮茂山硅鐵建造對(duì)比研究

劉金龍，孫豐月，吳 瓊，周永恒，劉 凱，沈 鑫，劉國(guó)棟

(1.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局沈陽(yáng)地質(zhì)調(diào)查中心，遼寧 沈陽(yáng) 110034；2.吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130061；3.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所國(guó)土資源部成礦作用與資源評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100037)

吉林和龍官地鐵礦位于吉林長(zhǎng)白山北東段，是和龍?zhí)糯F成礦帶重要礦床，大地構(gòu)造位于華北板塊與海西晚期褶皺系接觸過渡帶地臺(tái)一側(cè)，太古宙和龍-冠帽地體內(nèi)部[1-2]。2003年底吉林省礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量表顯示全區(qū)資源儲(chǔ)量(2S22)鐵礦石量559.3×104t。朝鮮茂山鐵礦位于朝鮮咸境北道茂山郡內(nèi)，位于冠帽峰構(gòu)造帶北西側(cè)，經(jīng)歷前震旦紀(jì)破壞，并被晚古生代與中生代時(shí)期褶皺運(yùn)動(dòng)錯(cuò)動(dòng)。該鐵礦已探明的工業(yè)儲(chǔ)量30億t，遠(yuǎn)景儲(chǔ)量50億t，朝鮮茂山鐵礦儲(chǔ)量堪稱亞洲之首[3]。和龍地區(qū)官地鐵礦和朝鮮北部的茂山鐵礦均位于遼-吉-朝活動(dòng)帶北側(cè)[4]，與我國(guó)吉林省延邊自治州和龍縣隔江相望，二者均為BIF型鐵礦床，但規(guī)模差異懸殊。鑒于此，本文將二者做為典型礦床研究，并討論二者異同，旨在為和龍地區(qū)尋找同類型鐵礦床提供思路。

1 官地鐵礦地質(zhì)特征

1.1 礦區(qū)地質(zhì)

礦區(qū)地層主要為新太古代三道溝組的中段和下段。中段出露礦區(qū)西部，可分為上下兩段，上部巖性主要以斜長(zhǎng)角閃巖、角閃斜長(zhǎng)片麻巖為主，下部巖性主要為斜長(zhǎng)角閃巖、黑云變粒巖、角閃斜長(zhǎng)片麻巖、淺粒巖為主，并含薄層狀磁鐵石英巖。上段出露礦區(qū)東部，該段下部巖性主要為條帶狀二云石英片巖、黑云變粒巖、絹云石英片巖、黑云斜長(zhǎng)片麻巖為主，為含礦主要層位；向上角閃質(zhì)增多，主要為斜長(zhǎng)角閃巖、角閃斜長(zhǎng)片麻巖和綠泥片巖；至頂部巖性又以黑云斜長(zhǎng)變粒巖和淺粒巖為主。喜山期新近系玄武巖出露在礦區(qū)西部，巖性為橄欖玄武巖。第四系地層主要為沖積物及黏土等。

礦區(qū)構(gòu)造包括斷裂和褶皺：礦區(qū)構(gòu)造主要為北西、北東向，其中北東向破壞礦體，走向約55°。三道溝組地層在礦區(qū)西北部以單斜形式產(chǎn)出，并發(fā)育有少量褶皺和層間破碎帶。巖漿活動(dòng)以燕山期花崗質(zhì)巖石為主(圖1)。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)略圖(資料來源：圖1(a)文獻(xiàn)[5]；圖1(b)文獻(xiàn)[4]；圖1(c)文獻(xiàn)[6])

1.2 礦床地質(zhì)

礦床主要產(chǎn)于三道溝組上段下部，區(qū)內(nèi)斷續(xù)出現(xiàn)15處鐵礦體群。礦體形態(tài)復(fù)雜，多呈層狀、似層狀、扁豆?fàn)町a(chǎn)出。磁鐵石英巖多賦存于斜長(zhǎng)角閃巖或斜長(zhǎng)角閃片麻巖內(nèi)(圖2)，圍巖含SiO2較高，兩側(cè)，斜長(zhǎng)角閃巖、斜長(zhǎng)角閃片麻巖、石英片巖等顏色較老牛溝礦區(qū)均較淺。

礦體主要由磁鐵石英巖組成，包括綠泥角閃磁鐵石英巖、黑云母角閃磁鐵石英巖，磁鐵角閃片巖、磁鐵黑云母片巖及磁鐵角閃石巖等。礦石自然類型為條帶狀磁鐵石英巖礦石、磁鐵角閃石巖礦石。金屬礦物有磁鐵礦，含量為40%左右。其次為赤鐵礦，含量3%左右。褐鐵礦、黑錳礦、黃鐵礦、黃銅礦、閃鋅礦、磁黃鐵礦等含量甚少，最多不超過1%；硫化礦物含量總和一般為0.5%左右。礦石以中-細(xì)粒變晶結(jié)構(gòu)為主，其次為似斑狀變晶結(jié)構(gòu)、包含狀變晶結(jié)構(gòu)、壓碎結(jié)構(gòu)、交代結(jié)構(gòu)等。礦石以條帶狀及浸染狀構(gòu)造為主，其次是塊狀與片狀構(gòu)造。

成礦期可劃分為沉積期、變質(zhì)期和氧化期。沉積期所形成的礦物組合(燧石、鐵的氫氧化物、菱鎂礦、黏土礦物)已經(jīng)發(fā)生重結(jié)晶或者被后期礦物所交代，所形成的沉積構(gòu)造也被改造為鐵礦體中廣泛發(fā)育的條紋、條帶狀構(gòu)造；變質(zhì)期使成礦物質(zhì)分異，尤其硅鐵各自聚集而形成磁鐵礦和石英等；氧化期可能包括地表大氣氧化期和流體的氧化作用，形成赤鐵礦等。

圖2 官地鐵礦井下照片

2 茂山鐵礦地質(zhì)特征

2.1 礦區(qū)地質(zhì)

茂山鐵礦床產(chǎn)于茂山群中，該地層由各種片麻巖、大理巖、結(jié)晶片巖和角閃巖組成，含鐵石英巖和其中的角閃巖類相關(guān)(圖1(c))。

茂山群角閃巖類大部分含綠簾石、黑云母、有時(shí)是輝石等，此外還有夾黑云母-白云母片麻巖、白云質(zhì)大理巖、微粒石英巖、黑云母-白云母夕線石片巖的角閃巖，偶爾還有夾錳柘榴石與電氣石片麻巖的角閃巖。由這些角閃巖組成的變質(zhì)巖系向南西方向延伸，傾向北西，傾角40～80°。

礦區(qū)構(gòu)造有褶皺和斷裂兩種，斷裂走向NW和NNW，對(duì)礦體有一定破壞作用。巖漿作用有古生代花崗巖在礦區(qū)大面積分布，與茂山群地層呈侵入接觸。古生代花崗巖中石英含量為±10%，鈉長(zhǎng)石含量±40%，微斜長(zhǎng)石含量±43%，碳酸鹽礦物±5%。此外，還發(fā)育花崗巖、玢巖、偉晶花崗巖和煌斑巖脈等，部分脈巖切割礦體。

2.2 礦床地質(zhì)

該礦床分布在茂山161 km2范圍內(nèi)，礦體(含鐵石英巖)有兩層，沿走向延伸約10 km，厚達(dá)100 m，最厚可達(dá)250～300 m。鐵礦層常被逆斷層及脈巖切割，表現(xiàn)為帶狀，有時(shí)構(gòu)成復(fù)雜褶皺或呈塊狀出現(xiàn)(圖1(c))。

礦脈寬200～300 m，埋藏在海拔140～930 m的地層中(即地表以上300～430 m至地表以下360 m)，礦體走向近南北，向西傾斜約70°。共6個(gè)礦區(qū)，除5號(hào)礦區(qū)、6號(hào)礦區(qū)還未開發(fā)以外，其余4個(gè)礦區(qū)(即1號(hào)礦區(qū)、2號(hào)礦區(qū)、3號(hào)礦區(qū)和4號(hào)礦區(qū))都已形成規(guī)模，現(xiàn)年產(chǎn)礦石1 800萬～2 000萬t。就產(chǎn)量而言，1號(hào)礦區(qū)最大，約占礦石總產(chǎn)量50%，3號(hào)礦區(qū)和4號(hào)礦區(qū)次之，2號(hào)礦區(qū)最小[7]。5號(hào)礦區(qū)礦石還存在少量黃銅礦、黃鐵礦和磁黃鐵礦，金的含量最高可達(dá)2 g/t。

礦石為含鐵石英巖，含鐵礦物為磁鐵礦和少量赤鐵礦。其中含磁鐵礦的石英巖可細(xì)分為普通角閃石石英巖、陽(yáng)起石石英巖、斜方輝石石英巖和砂金石石英巖，還有少量角閃石-鐵鋁榴石石英巖及含綠簾石、鈉長(zhǎng)石和鉀長(zhǎng)石的石英巖。礦物含量為石英(38.3%)、磁鐵礦(29.6%)、黑云母(3.3%)、磷灰石(2.45%)、鈉陽(yáng)起石(4.3%)。

礦石的全鐵品位25%～60%，平均品位38%～39%。此外SiO2含量為32%～47%，Al2O3含量為0.5%～3%(個(gè)別達(dá)6%～10%)，CaO含量為1.2%～2.3%，MgO<1.5%，磷含量為0.2%～0.4%，錳含量為0.08%～0.3%，鈦含量<0.03%和痕量的Cu、Ni、V、Pb、Zn。

3 官地鐵礦床和茂山鐵礦床對(duì)比

茂山群是茂山鐵礦賦礦地層，本文通過其礦物組合及主量元素資料對(duì)其進(jìn)行原巖恢復(fù)[7]。茂山群主要巖性為斜長(zhǎng)角閃巖類，其次為二云母片麻巖、白云質(zhì)大理巖、細(xì)粒石英巖、磁鐵石英巖和二云母硅質(zhì)片巖。斜長(zhǎng)角閃巖主要礦物有斜長(zhǎng)石(30%～40%)、角閃石(25%～30%)、輝石(10%～15%)等，原巖與拉班玄武巖類似。黑云母片麻巖主要礦物有斜長(zhǎng)石(25%～30%)、微斜長(zhǎng)石(3%～25%)、石英(20%～25%)、黑云母(5%～20%)、白云母(1%～7%)，副礦物石榴石和硅線石(10%～15%)，原巖與中-酸性凝灰?guī)r和流紋巖-英安巖類似。磁鐵石英巖主要礦物有石英(35%～45%)、磁鐵礦(25%～55%)、赤鐵礦，副礦物為角閃石、輝石和石榴石。

茂山群幾種代表性的巖石地球化學(xué)組成見表1，跟典型的陸源碎屑對(duì)比Al2O3含量較低，MgO和CaO含量較高。主量元素原巖恢復(fù)圖解顯示(圖3和圖4)，茂山群原巖以火成巖為主，為拉斑質(zhì)英安巖-拉斑質(zhì)安山巖-拉斑玄武巖，巖石組合特征與吉南-遼北地區(qū)的表殼巖類似[10-12]。從最新的年齡資料來看(表2)，整個(gè)吉南-遼北(BIFs)和朝鮮茂山地區(qū)的表殼巖成巖年齡為新太古代末，變質(zhì)年齡為古元古代早期。

表1 茂山群部分巖石主量元素結(jié)果

資料來源：文獻(xiàn)[7]。

圖3 巖石SiO2-TiO2圖解(資料來源：文獻(xiàn)[8])

圖4 巖石的(FeOT+TiO2)-Al2O3-MgO三角圖(資料來源：文獻(xiàn)[9])

本文將官地鐵礦與茂山鐵礦主要特征整理并對(duì)比(表3)，發(fā)現(xiàn)兩者除在儲(chǔ)量上有明顯差異之外，其余方面均十分相似。推測(cè)兩者儲(chǔ)量差異巨大的原因可能是和龍地區(qū)中生代巖漿作用強(qiáng)烈[16]，對(duì)太古宙表殼巖破壞明顯，同時(shí)也破壞了大量的BIFs礦床。通過對(duì)官地鐵礦床礦化富集規(guī)律研究發(fā)現(xiàn)，后期的斷裂構(gòu)造使礦體發(fā)生錯(cuò)斷，破壞了礦體的連續(xù)性。而褶皺構(gòu)造有利于礦層的加厚，在平面和剖面上，褶皺轉(zhuǎn)折端往往發(fā)生加厚富集。

表2 吉南-遼北地區(qū)表殼巖年齡統(tǒng)計(jì)表

表3 官地鐵礦和茂山鐵礦對(duì)比表

4 結(jié) 論

1) 官地鐵礦和茂山鐵礦同屬阿爾戈馬型鐵礦床，沉積時(shí)間為新太古代，在古元古代早期發(fā)生變質(zhì)作用。

2) 兩個(gè)礦床除了在規(guī)模上有較大差異，其余方面均十分相似。

3) 今后工作中應(yīng)集中于表殼巖分布區(qū)，考慮斷裂錯(cuò)斷礦體和褶皺轉(zhuǎn)折處礦體的富集。

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