淺析馬達加斯加鉻鐵礦主要地質特征

李 林

(廣東省有色金屬地質局 水文地質隊,廣東 廣州 510800)

鉻鐵礦是馬達加斯加的主要礦產品之一,主要分布于馬達加斯加中北部地區,鉻鐵礦產于綠巖帶和蛇綠混雜巖帶鎂鐵—超鎂鐵質雜巖體中,礦床類型屬巖漿分凝型?，F已發現礦產地25處,其鉻鐵礦的產地主要是國營鉻礦公司新、老兩大采場，勘查工作主要由法國公司完成,在Anderimena等礦區查明資源儲量近300萬t;近年來,中國礦業企業和地勘單位也涉足鉻鐵礦的勘查,在Bemancvika礦區估算資源量600余萬噸,取得了較好找礦效果。老采場前期由法國人開采,獨立后馬達加斯加接管,目前由馬達加斯加礦業公司經營,露天采礦坑垂直深度已超230 m,開采時間近60年,Anderimena礦區因資源枯竭于2007年閉坑,現開采的Bemancvika礦區年產量約10萬t[1-2]。

1 馬達加斯加區域地質概況

馬達加斯加中東部基本都被前寒武紀和早古生代的變質巖和巖漿巖覆蓋,稱為Malagasy地殼,主要由太古界和晚元古界巖石組成,在泛非洲構造運動期間受到改造(圖1)。前寒武系包括早太古代的地殼殘余(>3 000 Ma)和廣泛的晚元古代混合巖,在600～800 Ma前岡瓦那大陸形成時[3-4],強烈的構造活動使之高度變質。同位素證據表明,在馬達加斯加中部和北部存在真正的太古代克拉通。

1.1 區域地層

整個馬達加斯加島除西部被顯生宙沉積覆蓋、周邊有新生代的沉積外,大部分地區都為前寒武變質巖系覆蓋,約占馬達加斯加島70%的地域。前寒武系按照巖性及變質程度可分為太古界深變質巖系,太古界—新元古界混合巖系及中—新元古界淺變質巖系。顯生宙地層分布于馬達加斯加島的周邊,主要有石炭系、侏羅系、白堊系等顯生宙地層。馬達加斯加的鉻礦成礦主要與前寒武巖系有關。

圖1 馬達加斯加前寒武系基底地質圖Fig.1 Basement geological map of the Precambrian in Madagascar

1.2 區域變質作用和巖漿活動

馬達加斯加島經歷了7個大的巖漿活動時期,在多期次構造運動和構造變形中,大量花崗巖—閃長巖及基性—超基性巖侵入到太古界變質巖中。變質作用主要有兩個時期:一是斯威士蘭系沉積之前的構造運動,多種變質作用的疊加改造使太古界巖系產生深度變質;二是晚元古代后的構造運動600～800 Ma前岡瓦納大陸形成時,強烈的構造運動使之高度變質,在泛非洲構造運動期間受到改造。

1.3 區域構造演化與礦產

在岡瓦那時期,馬達加斯加島與現在的南美洲大陸、非洲大陸、印度古陸、南極洲大陸、澳大利亞大陸共同組成岡瓦納聯合古陸。白堊紀,海底擴張和大陸漂移使得岡瓦那大陸完全分裂成現在的各個大陸,馬達加斯加卡魯期盆地是在東西岡瓦那擴張裂解過程中生成的。馬達加斯加在岡瓦納聯合古陸中,是與現在的東南部非洲相接壤,馬達加斯加島太古代克拉通和非洲東南部(津巴布韋—南非)的克拉通曾經連在一起,在岡瓦那期間共同組成非洲泛克拉通。

區內礦產資源豐富,現已發現礦種十幾種,其中金屬礦種有金、銅、鎳、鈷、鐵、錳、氧化鈾、鉛、錫和鉑族元素等;主要非金屬礦有石墨、寶石、高嶺土等。優勢礦種主要為與基性—超基性巖與關的石墨、云母、鉻礦、鎳礦和鉑族元素等。Ankazotaolama-Andriamena巖盆的基性巖和超基性巖中還富含鉑族元素(鉑Pt、鈀Pd、銠Rh、鋨Os、銥Ir、釕Ru)。前人資料表明:Ankazotaolama-Andriamena巖盆中的基性、超基性巖中產出鉑族金屬礦物,礦床的Pt/Pd比值較高,Rh顯著富集,達到工業品位。富含鉑族元素的鉻礦巖體只出現在基性—超基性雜巖體上部的鉻礦層位。從資料上看,偉晶輝石巖墻與富Pt鉻鐵巖關系密切。

馬達加斯加克拉通內廣泛發育有片麻巖綠巖體,并伴有多期韌性剪切帶變形,伴隨花崗巖、閃長巖及基性、超基性巖侵入,是鉻、金、鎳、鉑族元素礦產的主要產出母巖。

2 礦區地質

2.1 礦區地層

馬達加斯加的主要鉻礦產地位于2號綠巖帶-Andriamena。根據前人已有工作成果,2號綠巖帶Andriamena屬于近南北向展布的Tsaratanana綠巖帶,變質程度為高角閃巖—麻粒巖相,變質作用由南向北有減弱的趨勢,變質作用的強弱伴隨有不同程度的混合巖化。本區主要出露地層為太古界變質巖系,巖性主要為黑云角閃片麻巖、石榴石片麻巖黑云角閃片麻巖、條帶狀—花崗混合巖、磁鐵石英巖、變輝長巖、滑石透閃片巖、綠泥石化綠簾石化蝕變巖。條帶狀混合巖化輝石(即蝕變輝石巖)局部夾滑石巖,是本區鉻鐵礦主要賦礦層位。

2.2 礦區構造

本區構造主要表現為在前寒武紀變質巖系中的緊密變形構造,形成同斜緊密褶曲構造,褶皺樞紐總體呈南北向展布。區內褶皺和斷裂構造與區域構造線總體走向一致,向斜軸部主要由片麻巖及混合巖組成,而背斜核部主要由基性巖和變基性巖組成。斷裂構造主要發育有北西向、北東向和北北東向三組斷裂,其中以北東向—北北東向斷裂形成時間較晚，規模較大。

2.3 礦區巖漿活動

區內巖漿巖是前寒武紀結晶基底的組成部分,出露主要巖性有玄武質熔巖、紫蘇花崗巖、二長花崗巖及基性—超基性巖體。玄武質熔巖呈似層狀覆蓋于花崗巖、混合巖及片麻巖之上,與下伏變質巖呈角度不整合接觸,主要分布于礦區西側。花崗巖包括紫蘇花崗巖、混合花崗巖和二長花崗巖,呈南北向條帶狀分布在礦區的東西兩側,二長花崗巖呈透鏡狀巖株形態分布在礦區北部的變質巖系中,大約形成于750～550 Ma?；詭r區內出露基性巖主要有輝長巖和蘇長巖,以輝長巖分布較廣,主要分布礦區中部,形成時間為2 500 Ma前。超基性巖體包括早期超基性巖體和后期超基性巖體。

3 鉻鐵礦的主要成礦特征及其控礦因素

3.1 礦床分布及礦體特征

鉻鐵礦主要位于2號綠巖帶的Ankazotaolama、Andriamena巖盆中,包括馬達加斯加國營鉻礦公司的Andriamena鉻礦床(國有鉻礦公司新采場)和Ankazotaolana、Bemanevika鉻礦床(國有鉻礦公司老采場)。綠巖帶呈近南北方向,寬約30 km,長近100 km。鉻鐵礦也呈南北向帶狀分布(圖2)。鉻鐵礦床類型為超基性流體巖漿經結晶分異作用堆積形成的阿爾卑斯型豆莢狀鉻礦床。

Anderimena礦區礦體長可達50～800 m,厚度1～15 m,Cr2O3平均品位30%～39%;Bemancvika礦區礦體長可達100～1 200 m,厚度2～25 m,Cr2O3平均品位19.73%～44.45%。走向長度>100 m的鉻礦體為豆莢狀、脈狀、似層狀和透鏡狀,礦體與圍巖界線一般很清晰,肉眼即可分出礦體與圍巖的明確界線。礦體產狀較穩定,構造對礦體的破壞不明顯;走向<100 m的鉻礦體為不規則透鏡狀、囊狀、餅狀、鍋底狀,礦體形態產狀變化相對較大。礦體大小與超基性巖正相關,超基性的橄欖巖、輝石巖規模越大形成的鉻鐵礦就越大(圖2)。鉻鐵礦體直接頂底板為滑石巖和透閃石巖,有時可能還有破碎帶中的其它巖性如混合巖、片麻巖、磁鐵石英巖甚至是片巖。有時橄欖巖為礦體的直接底板。近礦圍巖由礦體向外依次為:斜方輝石巖(橄欖巖)、輝長巖(蘇長巖)、片麻巖。

圖2 馬達加斯加典型鉻鐵礦床剖面圖Fig.2 Profile of typical chromite deposits in Madagascar1.輝石巖;2.包裹體;3.富鉻鐵礦體;4.橄欖巖;5.脈巖;6.貧鉻鐵礦體。

3.2 礦石類型、礦物組合及礦石質量

本區第四系覆蓋嚴重,鉻鐵礦因為抗氧化抗風化能力強,所以本區未見到鉻礦體的氧化帶,在鉆孔中所見鉻鐵礦(化)體均為原生礦體(圖3),編錄中也未發現鉻的氧化礦,即使分布于第四系紅土中的堆積礦體也是原生鉻鐵礦礦體,并未形成氧化礦,因此礦石類型主要為原生鉻鐵礦。

礦石中礦物組合以鉻鐵礦為主,鎳黃鐵礦、磁鐵礦和金紅石次之。脈石礦物主要有滑石,次之有綠泥石、角閃石、蛇紋石、陽起石、透閃石和輝石等。

鉻鐵礦為均質體,透射光下為紅褐色—黑色,反射光下顯淡棕灰色,自形、半自形等軸粒狀,晶體粒度多在0.15～0.6 mm之間,晶粒內部普遍較為潔凈。總體來看,礦石中鉻鐵礦主要呈浸染狀產出,但根據浸染的密集程度又可進一步分為稠密浸染狀和中等稠密浸染狀兩種類型,個別礦塊中尚見少量晚期形成的鉻鐵礦呈微細脈狀、網脈狀分布在早期形成的鉻鐵礦基底中,其特征是反射率略高于早期鉻鐵礦,其形成可能與固溶體分離析出作用有關。

圖3 馬達加斯加典型鉻鐵礦床野外露頭Fig.3 Field outcrop of typical chromite deposits in Madagascar

3.3 主要控礦因素探討

結合Bemavo地區鉻礦床、Ankazotaolana-Bemanevika地區鉻礦床和本區Andriamena地區鉻礦床的勘探成果,總結區內鉻礦的控礦因素和產出規律為:

(1) 礦床類型為超基性流體巖漿經結晶分異作用堆積形成的阿爾卑斯型豆莢狀鉻礦床,鉻礦體呈似層狀、豆莢狀和不規則狀。

(2) 鉻礦體主要賦存于超基性巖體中心部位或其邊緣,含礦巖石為輝石巖和橄欖巖,礦體產狀與超基巖體產狀一致。礦體的形態、產狀及規模受控于其賦存的超基性巖體形態、產狀及規模。

(3) 鉻礦體直接頂底板為滑石巖和透閃石巖,有時橄欖巖為礦體的直接底板。近礦圍巖由礦體向外依次為:橄欖巖(輝石巖)、輝長巖(蘇長巖)、片麻巖—混合巖。

(4) 圍巖蝕變主要有蛇紋石化、滑石化、陽起石化和透閃石化,其中滑石化和透閃石化是該類型鉻礦的找礦標志。

4 結論

(1) 馬達加斯加屬于非洲克拉通組成部分,以寒武紀構造—巖漿—變質雜巖為主,廣泛發育有片麻巖綠巖體,伴有多期韌性剪切帶變形,伴隨有花崗巖—閃長巖、基性—超基性巖侵入,是鉻、金、鎳、鉑族元素礦產的主要產出母巖。

(2) 鉻鐵礦為超基性流體巖漿經結晶分異作用堆積形成的阿爾卑斯型豆莢狀鉻礦床,鉻礦體為豆莢狀、脈狀、似層狀和透鏡狀,鉻鐵礦大小與超基性巖的規模正相關。在國內超基性巖較少,鉻鐵礦露頭也少?？吹姐t鐵礦的露頭時不能按照常見礦種(如鐵礦、鉛鋅礦等)的露頭經驗對比。

(3) 圍巖蝕變主要有蛇紋石化、滑石化、陽起石化和透閃石化,其中滑石化和透閃石化是該類型鉻礦的找礦標志。

參考文獻：

[1] 黃國平,孫唯衡,陳冬明,等.馬達加斯加礦產勘查開發現狀及礦業投資環境[J].資源環境與工程,2015,29(4):442-448.

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