条带状铁质建造.docx

条带状铁建造研究最近进展概述形成于前寒武纪的沉积变质铁矿,因其矿石主要由硅质(碧玉、燧石、石英)和铁质(磁铁矿、赤铁矿)薄层组成,称为条带状铁建造(banded iron formations,简称BIFs)。BIFs最早形成于38亿年前，25亿年达到高峰，18亿年结束。BIFs中的铁矿床在世界铁矿床中是最重要的,分布十分广泛,遍布于世界各大洲（图1），有不少大型、特大型矿床,如北美的苏必利尔湖铁矿、俄罗斯的库尔斯克和克里沃罗格铁矿等,我国的鞍山铁矿、水厂铁矿等。该类型占世界铁矿总储量的60%,占富铁矿储量的70%。除了铁,BIFs中还含有较丰富的金、钴、铂族元素等。BIFs的底板岩石中常富含铜、金等元素。图1 世界条带状铁建造中富铁矿床分布示意图除此以外，BIFs是典型的无碎屑状岩屑化学沉积岩（前寒武纪海相环境下的化学沉积岩），是前寒武纪地球环境演化的重要地质载体，保存了前寒武纪海洋元素丰度，因此，研究前寒武纪的BIFs不仅有重要的理论意义,而且具有重要的经济意义。矿床类型根据矿床的形成时代及含矿建造的不同,将BIFs分为主要产于太古宙的阿尔戈马型(Algo-ma-type)和主要产于元古宙的苏必利尔型(Superi or-type)两类。阿尔戈马型BIFs主要与绿岩带中上部的火山碎屑岩相伴生,并靠近浊积岩组合。高温水-岩地球化学交换的标志很普遍,铁矿床离热液源很近,岛弧/弧后盆地或克拉通内部断裂带是阿尔戈马型BIFs的古构造环境。苏比利尔型BIFs多数与沉积建造有关,它们沉积在海进的相对浅海环境中,沉积环境为大陆架被动大陆边缘。就全球而言,苏必利尔型铁矿的规模及经济价值,远比阿尔戈马型铁矿重要得多。有些苏必利尔型BIFs达数百米厚;最大的苏比利尔型BIFs,延伸超过105km2,估计其原始Fe含量超过1013t。阿尔戈马型BIFs规模相对较小,延长小于10 km,厚度在10100 m。其原始Fe含量很少超过1010t。在我国,BIFs铁矿几乎都属阿尔戈马型。富铁矿矿体形态及其与铁质建造的关系条带状铁建造中的富铁矿床形态多种多样，除了层状、似层状外，还有透镜状、柱状和筒状。富矿石与铁建造的关系，既有过渡的，也有突变的，甚至超出了铁建造。巴西卡腊贾斯矿区N4E矿床位于地表以下几百米，硬质赤铁矿和软质赤铁矿向下渐变为富含碳酸盐岩的“矿胎”（图2A）。西澳哈默斯利铁矿区的Mt Tom Price矿床，平均含Fe65%的富铁矿石产于矿床最深部位，其与条带状铁建造呈突变接触（图2B）。在南非德巴齐姆比铁矿区，8个高品位的赤铁矿矿床都产在Penge铁建造的底部，甚至在条带状铁建造下面还延伸几百米（图2C）。乌克兰克里沃罗格地区的铁矿床，高品位的矿石可延伸到现在地表以下2000多米的深处，在条带状铁建造的下面还存在着垂直柱状和筒状矿体（图2D）。图2 A-巴西卡腊贾斯N4E矿床的700N横剖面；B-澳大利亚Mt Tom Price矿床13962E横剖面；C-南非德巴齐姆比的Donkerpoort West矿床的横剖面；D-乌克兰克里奥罗格Saksagan矿田的长剖面（H. Dalstra等，2004）区域构造-沉积环境尽管对BIFs的沉积环境和沉积机制尚存争议，但是从其在全球的广泛分布和沉积鼎盛时期局限于26.5-18.5亿年的特点，可以认为：1.BIFs是太古宙到古、中元古代岩石圈、水圈和大气圈富氧环境下沉积的；2.大洋热液系统提供了大量的铁物质；3.大洋有范围广阔的大陆架作为铁质建造的场所。条带状铁建造富铁矿床共同的特点是经受了多次地质构造事件，形成了复杂的褶皱系和断裂系，这些褶皱和断裂控制着富矿体的分布。巴西卡腊贾斯地区是个褶皱系，轴面倾向NWW，倾角平缓到中等，褶皱系为几条与轴面近于平行的走滑断层所切穿。SEE-NWW向的脆性-韧性卡腊贾斯剪切带和辛津托剪切带与东西向褶皱的轴面近于平行，巨型的Serra Norte矿床就发育在延伸10km长的背斜枢纽带中。大型的Serra Sul矿床发育在延伸数百到上千米的一些次级褶皱中（图3）。图3 巴西卡腊贾斯及周边地区区域构造示意图（C.A. Rosiere 等，2006）水平比例尺是近似的，垂直比例尺放大了实际枢纽倾斜为20-35W近年来的研究表明，条带状铁建造中的高品位赤铁矿矿床普遍发生了强烈的交代、淋滤作用，原始的燧石和碳酸盐岩条带在深成热液或盆地热卤水的作用下为赤铁矿和针铁矿所交代，或者富含磁铁矿的条带被氧化成假象赤铁矿和（或）被次生赤铁矿所取代。这种交代、淋滤作用使矿石中铁品位大大提高，形成了高品位富矿石。交代、淋滤过程中，围岩也发生了蚀变，出现了绿泥石化、滑石化、赤铁矿化。矿床成因长期以来，关于条带状铁建造富铁矿矿床的成因，一直有争论，主要有下列几种成因模式：1）同生说：认为产在铁质建造中的矿石是碎屑成因的，可能经过成岩富集，甚至经受过后来变质作用、火成活动或表生作用的改造，但最初富含磁铁矿的铁建造本质上是由同生作用提供的。2）表生说：认为矿石是残余富集，它是由现在或过去侵蚀面以下的地下水循环淋滤掉铁建造中的脉石矿物形成的。3）表生矿石埋藏变质说：认为老的假象赤铁矿-针铁矿表生矿石经受了成岩时的埋藏变质作用（约100），脱水作用将表生的针铁矿部分或全部转变成微板状赤铁矿。4）深成矿石表生改造说：该模式目前得到了广泛支持，经过对澳大利亚和巴西高品位赤铁矿的研究，认为深成热液将铁质建造提升为高品位的赤铁矿矿石，这种高品位矿石又为近代的表生作用所改造，品位进一步提升。 随着研究的深入，大量证据表明，条带状铁建造中的高品位赤铁矿矿床是多种作用相结合的产物。H. Dalstra等（2004）通过对卡腊贾斯、哈默斯利、克里奥罗格等高品位赤铁矿矿床的对比认为，这些矿床的形成是个连续的统一体，其“矿胎”中的矿物成分和围岩蚀变有一定的规律，反映了矿石形成时的深度和温度（图4）。图4 高品位赤铁矿矿床可能的成因及其“矿胎”的连续关系（H. Dalstra等，2004）最深的矿床（克里沃罗格）被解释为是在高温下形成的，在其“矿胎”中有磁铁矿-角闪石或磁铁矿-碳酸盐集合体，在其围岩中有黑硬绿泥石蚀变；中等深度的矿床（Mt Tom Price）在其“矿胎”中有磁铁矿-碳酸盐或赤铁矿-碳酸盐集合体，在其围岩中有绿泥石+滑石蚀变，并显示出深部有还原流体，也有氧化的大气水；最浅和最“冷”的矿床（卡腊贾斯）在其“矿胎”中有赤铁矿-白云石或赤铁矿-方解石集合体，在其围岩中有绿泥石+碳酸盐蚀变围岩蚀变：Ca=碳酸盐化，Chl=绿泥石化，Cum=黑硬绿泥石化，Tc=滑石化 总之，条带状铁建造在现代风化作用下可形成假象赤铁矿-针铁矿风化壳，但是意义最大的还是铁建造深部的高品位赤铁矿矿石，它们受热液（盆地卤水）作用和构造控制明显。这种矿石有时向深部延伸数百米，甚至数千米，规模巨大，是勘查的主要对象。参考文献：Rosiere C A, Rios F J. 2006. Specularitic iron ores and shear zones in the Quadrilatero Ferrifero District. Applied Earth Science ( Trans, Inst. Min. Metall. B), 11