五峰县龙角坝铁矿区磁性铁矿层的发现及其地质意义

秦元奎，姚敬劬

(中南冶金地质研究所，湖北宜昌 443003)

五峰县龙角坝铁矿区磁性铁矿层的发现及其地质意义

秦元奎，姚敬劬

(中南冶金地质研究所，湖北宜昌 443003)

五峰县龙角坝铁矿是鄂西四大宁乡式铁矿之一。据当时地质勘查确定，矿区主矿层属宁乡式铁矿第4矿层 (Fe4)，其中上矿层为褐铁矿鲕绿泥石矿层，下矿层为鲕状赤铁矿层。经最近调研，发现下矿层实际上为磁性铁矿层，矿石由大量磁铁矿和赤铁矿、菱铁矿、鲕绿泥石等组成，矿层具有很强的磁性。这一发现改变了对龙角坝铁矿的认识，也动摇了对鄂西宁乡式铁矿物质组成的理念;对今后的地质勘查和工业利用将产生重要影响。

龙角坝铁矿;磁性铁矿层;地质意义

0 引言

五峰龙角坝铁矿是鄂西四大宁乡式铁矿之一［1］，已提交铁矿资源储量1.39亿t，预测远景资源量3亿t［2］。据1959年地质勘查确定，矿区主矿层为宁乡式铁矿的第4矿层(Fe4)，其中上矿层为褐铁矿鲕绿泥石矿层，下矿层为豆状鲕状赤铁矿层。2009年—2011年本所几次对该矿区进行野外调研和采样测试，发现下矿层实际为磁性铁矿层，矿石由磁铁矿、赤铁矿、菱铁矿、鲕绿泥石组成，磁铁矿的含量达17.28% ～35.53%。矿层具有很强的磁性，能吸住磁铁，使罗盘失灵。这一发现改变了对龙角坝铁矿层性质的认识，也动摇了对鄂西宁乡式铁矿物质组成的认识［2，3］;并对今后宁乡式铁矿的勘查和工业利用有着重要影响。

1 矿区地质特征

矿区位于五峰县城北西西方向直距31 km处，距牛庄乡3 km。矿区包括灯草坝、龙角坝、九里坪、罗强岩等矿段，东西长18 km，南北宽1.4 ～6.4 km，面积约50 km2(图1)。

图1 龙角坝铁矿地质图Fig.1 Geological sketch map of Longjiaoba iron deposit

区内出露地层有志留系、泥盆系、石炭系、二叠系和三叠系等。泥盆系上统黄家磴组和写经寺组为含矿地层。黄家磴组由砂质页岩与石英砂岩互层构成，写经寺组下部由厚层石英砂岩和页岩构成，上部为泥质灰岩、页岩和粉砂岩。

矿区的主体构造由北东方向的九里坪背斜、赵家磴向斜、灯草坝背斜相互交替构成，背斜的核部为志留系地层，向斜的核部为三叠系地层褶皱。两翼均由泥盆系、石炭系及二叠系地层组成。铁矿层产于翼部泥盆系地层中，褶皱构造控制了矿层的展布。主要断裂有龙角坝、长河坪、锅厂、周家河等正断层和金山坪、罗家岩等逆断层，均为成矿后断裂，错断含矿岩系和矿层。

矿区共有铁矿4层，分别赋存在上泥盆统黄家磴组中部、上部和写经寺组的下部和上部，相应命名为Fe1、Fe2、Fe3、Fe4矿层［4］。其中 Fe1、Fe2矿层不稳定，工业意义小。Fe3矿层不连续，规模小，仅在罗强岩、九里坪等地段发育较好，厚1.55～2.95 m，局部具有工业价值。Fe4是主矿层，赋存在写经寺组上部，矿层沿九里坪背斜和灯草坝背斜两翼呈带状分布，沿走向长18 km。含矿岩系厚5～11.25 m，由上矿层和下矿层构成，矿层厚分别为0.42～4.7 m和0～6 m，资源储量为 1.21 亿 t，占全区的 87.14%。

矿区矿石平均品位为TFe40.95%，含SiO212.26%，S 0.139%，P 0.796%。矿石品级可分为贫矿与一般富矿两类，贫矿TFe品位≥37.85%，资源储量1.05亿t;一般富矿 TFe品位≥53.29%，资源储量2 648.9万t。

2 磁性铁矿层地质特征

2.1 矿层层序

磁性铁矿层即Fe4矿层的下矿层，矿层呈黑红色，鲕状或致密块状构造，具有强磁性，能吸住磁铁，使罗盘失灵。该层原被定为豆状、鲕状赤铁矿层，在矿石中仅鉴定出赤铁矿、褐铁矿、水针铁矿、绿泥石等矿物，未鉴定出磁铁矿。

本次工作经对西淌、王家坳、沙河、龙角坝、宋家坡等点矿层剖面的调查，确定磁性铁矿层的层序结构见图2。

层序结构自下而上为：

①泥灰岩：灰白色、灰色泥灰岩，含微细泥质条带，中—薄层状。厚0.4～2 mm;

②黄色页岩：黄灰色、黄绿色页岩，不稳定。厚0.1 ～0.3 m;

③磁性铁矿层(Fe4下矿层)：黑红色，由磁铁矿、赤铁矿、菱铁矿、鲕绿泥石等组成，可见鲕状豆状构造、致密块状，具强磁性。厚0.8～3.5 m(图3);

图2 含矿岩系(Fe4)层序结构图Fig.2 Sequence of ore-bearing formation

④ 黄色、灰绿色页岩夹层。厚0.1～0.4 m;

⑤褐铁矿鲕绿泥石矿层(Fe4上矿层)：褐黑色，块状、多孔状矿石，由褐铁矿、鲕绿泥石等组成，孔洞中被黄色、橙色铁质泥质物充填。无磁性。厚0.42～4.7 m;

⑥碳质页岩：黑色碳质页岩，页理发育、松散、污手。厚1～5 m;

⑦砂页岩：由页岩夹砂岩组成。

磁性铁矿层在层序结构中的位置十分稳定，底板为泥灰岩和薄层页岩，上部为褐铁矿鲕绿泥石矿层，层次分明，标志明显，野外易于识别。

2.2 形态产状及规模

磁性铁矿层呈层状，围绕九里坪背斜和灯草坝背斜核部志留纪地层作环状分布，其产状与背斜翼部产状一致;北翼矿层倾向北北西，倾角40°～50°，南翼矿层倾向南南东，倾角20°～50°。目前地表剖面控制的长度为10 km以上，据民采坑道揭露，矿层延深在100 m以上，预测全矿区磁性铁矿石总资源储量可达5 000万 t。

3 磁性铁矿层矿石特征

3.1 矿物组成

据光薄片鉴定及电子探针分析，磁性铁矿层的矿物组成有：磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿、鲕绿泥石、黄铁矿、玉髓、方解石、粘土矿物等。取自龙角坝西淌样品的化学物相分析结果见表1。

图3 磁性铁矿层Fig.3 Magnetic iron ore bed

主要铁矿物的特征如下：

磁铁矿 矿石中的含量17.28% ～35.53%。在矿层中普遍产出，布满整个矿层，但含量有所变化。磁铁矿为自形半自形粒状，粒度0.01～0.10 mm，多稠密浸染于赤铁矿鲕粒之间(图4)。

图4 矿石中的磁铁矿Fig.4 Magnetite in ore

赤铁矿 含量1.10% ～34.35%，微晶隐晶结构，组成鲕粒，或散布于鲕粒之间与磁铁矿交互生长。赤铁矿分布不均匀，似与磁铁矿有互为消长关系，致使矿层颜色偏红(赤铁矿含量高)或偏黑(磁铁矿含量高)。

表1 矿石铁矿物相分析结果(%)Table 1 Analysis results of iron mineral phases in ores

菱铁矿 含量0.12% ～14.58%，不规则粒状，粒度0.05～0.1 mm，相互镶嵌，团块状、条带状产出，经风化被褐铁矿交代。

鲕绿泥石 含量4.50% ～7.57%，微细鳞片状组成鲕粒，或产于赤铁矿鲕粒中部。风化后被褐铁矿交代。

脉石矿物有石英、玉髓、方解石、粘土矿物等。

3.2 结构构造

矿物主要结构有针柱状微粒结晶结构(赤铁矿)、自形半自形细粒结晶结构(磁铁矿、菱铁矿)、鳞片状结晶结构(鲕绿泥石)等;主要构造有鲕(豆)状构造：赤铁矿、鲕绿泥石及玉髓，同心层状包裹组成直径0.2～2.0 mm的鲕粒、豆粒;块状构造：鲕粒豆粒紧密胶结，形成致密块状矿石。矿层未见明显层纹。

4 磁性铁矿层成因分析

4.1 沉积环境特征

鄂西地区自中泥盆纪开始，形成了含铁的沉积盆地——鄂南盆地，该盆地是华南洋湘鄂海盆的北延部分。成矿盆地的中心部位在宜昌、恩施、五峰一带，发育了远滨相(浅海陆棚相)沉积，铁矿即赋存在其中。在晚泥盆世沉积形成过程中，海平面发生几次周期性的升降，分别形成了4个矿层。由于矿层形成时沉积环境的差异，使矿层的矿物共生组合有所不同，磁铁矿主要出现在还原环境中。

4.2 沉积水体氧化还原电位(Eh)和酸碱度(pH)条件

宁乡式铁矿为海相沉积铁矿，铁元素的富集沉淀服从铁在沉积作用中地球化学性质。铁的沉淀和形成的矿物组合取决于pH和Eh值，以及溶液中铁离子活度、二氧化碳逸度(fCO2)、硫逸度(fS2)等因素。这些因素相互制约和相互影响，决定了不同铁矿物沉淀的稳定域(图 5、6)。

图5 铁矿物相图(1)Fig.5 Facies map of iron minerals(1)

图6 铁矿物相图(2)Fig.6 Facies map of iron minerals(2)

本区铁矿中出现赤铁矿(Fe2O3)、磁铁矿(Fe3O4)、菱铁矿(FeCO3)、鲕绿泥石(二价铁的硅酸盐矿物)及黄铁矿等5种矿物相，其产出的物理化学条件各不相同。

赤铁矿 赤铁矿的稳定域最大，在碱性条件下即使Eh为负值也能出现，和菱铁矿、磁铁矿或鲕绿泥石达到相互平衡。

磁铁矿 由相图知，磁铁矿的稳定域范围为pH＞8.5，Eh= －0.2 ～ －0.6 v，在 pH ＞8.5，Eh= －0.2 ～－0.4 v时磁铁矿和赤铁矿达到平衡，两者共生;pH=9～10，Eh= －0.2 ～ －0.3 v时磁铁矿和菱铁矿平衡，可相互共生。

菱铁矿 稳定域范围有两个区域，一个为Eh=0～－0.3 v，pH=6.5 ～9.5;另一个为 Eh= －0.25 ～ －6 v，pH=6.5～10.5，本区菱铁矿与赤铁矿共生，故其稳定域应为前者。

鲕绿泥石 鲕绿泥石的稳定域范围为pH＞8.5，Eh= －0.25～ －0.8 v，可分别与赤铁矿、菱铁矿达到平衡。

黄铁矿 黄铁矿的稳定场范围pH=3.5～9，Eh=0.05～ －0.35 v，为还原条件下的产物，与菱铁矿有平衡关系。

本区磁性铁矿石中同时出现磁铁矿、赤铁矿、菱铁矿和鲕绿泥石，说明矿石形成时物理化学条件处于相图中的三相共结点附近(pH=9，Eh=－0.25 v)。

根据矿石中磁铁矿与赤铁矿的相互关系可以推测两者形成于沉积作用的不同阶段，赤铁矿主要是从水体中以化学沉积或胶体沉积的形式形成，而磁铁矿主要形成于成岩阶段。在赤铁矿形成后从松软沉积固结成矿石的成岩阶段，由于介质碱性程度提高和氧化还原电位的降低，导致部分铁质溶解又重新以磁铁矿的形式结晶出来，与赤铁矿达到新的平衡。

4.3 沉积地球化学相

铁在海盆中的沉积从边缘向深处沉积物的分布依次是碎屑岩、粘土岩、碳酸岩和有机岩，铁矿物也呈不同的相，依次为氧化物相、硅酸盐相、碳酸盐相和硫化物相。本次工作认为鄂西上泥盆统沉积地球化学相的演变不但表现在横向上，而且更大范围和更大层次表现在纵向上，即表现在随时间推移不同层序铁矿层的沉积地球化学相变化。Fe1-Fe4，形成时间由早到晚，沉积地球化学相也由氧化相转变为过渡相和还原相(表2)。

Fe1、Fe2、Fe3均属氧化相，主要铁矿物均为赤铁矿。特别是Fe3沉积时，沉积环境稳定，氧化相持续时间长，形成了厚大的鲕状赤铁矿层。自Fe4沉积开始，水体加深，环境氧化还原电位降低，沉积地球化学相由氧化相变成过渡相，形成了以磁铁矿和赤铁矿为主的磁性铁矿层。当Fe4上矿层形成时，已进入弱还原相，形成了鲕绿泥石菱铁矿矿层(经表生氧化后变成褐铁矿矿层)。Fe4的顶板为碳质页岩(有机岩)、为还原环境的产物，进一步证明了本区各层铁矿形成时地球化学相由氧化转变为还原的趋向。

表2 鄂西各铁矿层沉积地球化学相Table 2 Sedimantry geochemistry facies of iron ore beds，West Hubei

5 磁性铁矿层发现的意义

(1)在矿床学方面，改变了对五峰龙角坝宁乡式大型铁矿床主矿层Fe4矿层性质的认识，同时也动摇了对鄂西宁乡式铁矿物质组成的认识。据全国宁乡式铁矿的研究，除了湘南大坪铁矿、湘东茶陵铁矿和赣西乌石山铁矿等由于受岩浆作用和变质作用的影响有磁铁矿产出外，其余矿床主要矿石类型均为鲕状赤铁矿。鄂西地区是中国宁乡式铁矿的最主要产区，自20世纪50年代以来，共勘查了四五十个矿床，均未发现磁性铁矿层。同时区内成矿后无岩浆活动或区域变质作用的影响，本次发现的同生磁铁矿无疑为鄂西宁乡式铁矿的研究提出了新的课题。

(2)在地质勘查方面，提示应全面开展寻找磁性铁矿层资源的调查评价。Fe4矿层在建始、巴东、长阳、五峰、秭归、宜昌等县市均有分布，在五峰龙角坝、建始太平口、巴东仙人岩和瓦屋场等矿区属主矿层，在巴东黑石板，建始官店，长阳火烧坪、青岗坪，秭归杨柳池，夷陵区官庄等铁矿区也均有产出。

在勘查方法上，应考虑采用航磁和地面磁法测量等物探方法，由于磁性铁矿层延长延深大，有一定的厚度，在航磁调查中应有所反映。通过地面磁法测量，确定磁性矿层的产状、形态和延伸，应能取得较好的效果。鄂西宁乡式铁矿区目前尚无航磁资料，建议有关部门在鄂西安排航磁项目，定能有新的发现。

(3)在矿石工艺矿物学和开发利用技术研究方面，应充分考虑到宁乡式铁矿中存在着这种具有一定规模的磁性矿石类型。以往的选冶试验基本上都以鲕状赤铁矿为对象［5］，今后应立项对磁性铁矿石进行研究。

(4)在矿业经济上，提出了宁乡式铁矿富矿的主要找矿方向。由于宁乡式铁矿总体品位较低，开发利用成本高，富矿的存在是铁矿开发能成为“经济的”关键之一［6］。磁性铁矿层铁品位普遍较高，一般TFe＞45%，部分矿石TFe＞50%，是目前民采主要对象。这种类型富矿的存在，为宁乡式铁矿的经济利用提供了一条新的途径。

［1］姚培慧.中国铁矿志［M］.北京：冶金出版社，1993.

［2］中南冶金地质研究所.我国宁乡式铁矿开发利用及其环境保护研究［R］.宜昌：中南冶金地质研究所，2009.

［3］姚敬劬.应重新规划开发宁乡式铁矿［J］.国土资源科技管理，2005，22(5)：13 －17.

［4］赵一鸣，毕承思.宁乡式沉积铁矿床的时空分布和演化［J］.矿床地质，2000，19(4)：350 －360.

［5］姚敬劬，张华成.宁乡式铁矿工艺矿物学特征及选矿效果预期［J］.资源环境与工程，2008，22(5)：481 －487.

［6］中南冶金地质研究所.鄂西宁乡式铁矿中富矿和自熔性矿的评价［R］.宜昌：中南冶金地质研究所，2009.

Discovery and Geological Implication of Magnetic Iron Ore Beds in Longjiaoba Iron Deposit，Wufeng County

QIN Yuankui，YAO Jingqu
(Central-South Institute of Geology and Metallurgy，Yichang，Hubei443003)

Longjiaoba iron deposit is one of the four great iron deposits of Ningxiang type，western Hubei.According to geological prospecting result，the main ore bed of the deposit belongs to the fourth bed(Fe4)of Ningxiang type.It is divided in two beds：the upper one is limonite and chamosite ore，the lower one is oolitic hematite ore.Through recent survey，it discovers that the lower bed is magnetic iron ore bed，consisting of major magnetite，hematite，siderite and chamosite，having strong magnetic.This discovery changes the understanding on Longjiaoba deposit，and shakes the concept about components of Ningxiang type iron deposit at western Hubei.It has important influence on geological prospect and utilization from now on.

Longjiaoba iron deposit;magnetic ore bed;geological implication

P618.31

A

1671－1211(2011)04－0299－05

2011－04－06;改回日期：2011－04－27

秦元奎 (1970－)，男，高级工程师，地质专业，从事地质勘查与研究工作。E－mail：qyk710@126.com

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