湖北巴东县刘家湾铁矿地质特征及成矿浅析

孙唯衡, 吴 鹏, 张 雷

(湖北省地质矿业开发有限责任公司,湖北 武汉 430022)

湖北巴东县刘家湾铁矿地质特征及成矿浅析

孙唯衡, 吴 鹏, 张 雷

(湖北省地质矿业开发有限责任公司,湖北 武汉 430022)

巴东县刘家湾铁矿属鄂西宁乡式铁矿,含矿层位为泥盆系上统黄家磴组(D3h)和写经寺组(D3x),其中写经寺组上段(D3x2)底部为主要矿层。对矿层地质特征及矿石组构进行了对比分析,对铁矿的成矿环境、铁质来源、成矿机制进行了讨论,指出该矿床沉积于滨海—浅海相古地理环境。

宁乡式铁矿;地质特征;成因;沉积环境

泥盆系宁乡式铁矿广泛分布于中国华南的鄂、湘、赣、川、滇、黔、桂及甘南等地区。赵一鸣等[1]依据铁矿分布情况和各矿床集中区矿床地质特征及其成矿地质环境的差异,大致划分出7个成矿区,廖士范等[2]根据古地理条件和沉积环境,也划分出7个成矿区,周家云等[3]在两种划分方案的基础上将宁乡式铁矿划分为表1所示8个成矿区。其中以鄂西—湘西北成矿区最重要,该成矿区宁乡式铁矿储量占全国宁乡式铁矿总储量的一半左右。各成矿区情况见表1。

表1 宁乡式铁矿各成矿区情况一览表

注:此表据赵一鸣等、周家云等修编。

在鄂西,宁乡式铁矿一般分布于长江以南的恩施土家族自治州和宜昌市范围。巴东县刘家湾铁矿地处恩施土家族苗族自治州东北部,构造剥蚀地貌,大地构造位置处于扬子准地台上扬子台坪八面山台褶带恩施台褶束中北部,位于鄂西—湘西北成矿区,属鄂西宁乡式铁矿。

1 巴东刘家湾铁矿矿床地质特征

巴东刘家湾铁矿所在鄂西地区受加里东运动影响,曾长期处于陆地环境,并遭受强烈剥蚀夷平作用,普遍缺失中志留世晚期—中泥盆世早期沉积地层,直至中泥盆世晚期,随海侵超越古陆,华南海域迅速扩大,开始接受陆表海沉积[4]。泥盆系是区内铁矿资源的赋存层位。

1.1 含矿地层特征

区内含鲕状赤铁矿的含矿层位均为泥盆系上统,有黄家磴组(D3h)和写经寺组上段(D3x2)两套含矿地层,上泥盆统写经寺组上段(D3x2)底部铁矿层对应区域上Fe3,上泥盆统黄家磴组(D3h)上部铁矿层对应区域上Fe2,分布如图1所示。

黄家磴组(D3h)以灰黄色、灰绿色细砂岩、砂质页岩及页岩为主,上部间夹两层呈中厚层(局部厚层)透镜体状鲕状赤铁矿。砂岩单层厚20～40 cm,中厚层状构造；区内该组层厚16.8～21.6 m。区域上岩性变化不大,总体趋势是从西向东砂岩逐渐增多增厚,表明陆源碎屑来源于东部地区[4-5]。

图1 巴东县刘家湾铁矿区地质简图Fig.1 Generalized geologic map of Liujiawan iron mine area in Badong county1.第四系全新统冲积层;2.三叠系下统大冶组;3.二叠系上统大隆组;4.二叠系上统吴家坪组;5.二叠系上统龙潭组;6.二叠系下统孤峰组;7.二叠系下统茅口组;8.二叠系下统栖霞组上段;9.二叠系下统栖霞组下段;10.二叠系下统梁山组;11.石炭系上统黄龙组;12.石炭系上统大埔组;13.石炭系下统金陵组和高骊山组;14.泥盆系上统写经寺组上段;15.铁矿层;16.主要铁矿层(Fe3);17.泥盆系上统写经寺组下段;18.次要铁矿层(Fe2);19.泥盆系上统黄家磴组;20.泥盆系中统云台观组;21.志留系下—中统纱帽组;22.整合界线;23.平行不整合界线;24.逆断层及产状;25.平移断层;26.施工钻孔及编号;27.勘探剖面及编号;28.勘查区范围。

写经寺组上段(D3x2)为深灰色、灰黑色页岩、粉砂质页岩粉砂岩及细砂岩,风化后呈黄绿色、灰黄色。砂岩单层厚10～20 cm,少量30～50 cm,薄层或中厚层状构造。其鲕状赤铁矿单矿层厚薄不等,一般由6～10个单矿层夹页岩及粉砂岩组成上、下两个单元,产出于写经寺组上段底部,为矿区主要矿层(对应区域上Fe3),见图2。

1.2 矿体(层)特征

矿体(层)可分主要矿层和次要矿层两部分:主要矿层赋存于上泥盆统写经寺组上段(D3x2)底部,对应区域上的Fe3矿层；次要矿层赋存于上泥盆统黄家磴组(D3h)上部,对应区域上的Fe2矿层。

主要矿层一般由6～10个单矿层组成,分布于本区中北部,自西而东连续稳定出露(见图1、图3),矿体呈层状产出,总体倾向170°,倾角15°～42°,沿走向出露长度2 900 m,钻孔最大控制延伸580 m。矿层底板有两种:①写经寺组上段(D3x2)底部的页岩,细砂岩或粉砂岩；②写经寺组下段(D3x1)泥灰岩、泥质条带灰岩。

图2 主要矿层(Fe3)示意图 (写经寺组上段底部,D3x2)Fig.2 Schematic diagram of main seam

矿层顶板为写经寺组上段(D3x2)的页岩、粉砂质页岩、粉砂岩及细砂岩等组合。

次要矿层一般由1～3个鲕状赤铁矿的自然单矿层组成,在区内露头及钻孔岩心中主要发现3处(见图1、图3)。该矿层呈透镜体状产出于粉砂岩、页岩中,产状与岩层产状及主要矿层产状一致(见图4),地表出露长度为80～180 m,厚度变化较大,在ZK403中厚达1.61 m,ZK801中厚1.51 m,而ZK001和ZK1001中仅为0.25 m。矿层顶板为黄家磴组(D3h)页岩、石英粉砂岩及粉砂岩,或为写经寺组下段(D3x1)泥灰岩；底板为黄家磴组(D3h)页岩及粉砂岩。地表露头局部(刘家湾东北处)见两个自然单矿层,上、下自然单矿层厚度分别为0.20～0.30 m、0.20～0.65 m,累计厚度为0.40～0.90 m。

图3 刘家湾铁矿区泥盆系上统写经寺组及赤铁矿层横向对比图Fig.3 Transverse contrast diagram of Xiejingsi formation and hematite beds1.页岩;2.粉砂质页岩;3.粉砂岩;4.泥灰岩;5.白云岩;6.赤铁矿层。

图4 4-4′勘探线剖面图

1.3 矿石组成成分

圈定工业矿体中铁矿石品位30.50%～49.90%,平均39.46%。主要矿石矿物有鲕状赤铁矿,其次为菱铁矿、褐铁矿等。脉石矿物有鲕绿泥石、石英、黄铁矿、绿高岭石、胶磷矿、粘土矿物等。其中含铁矿物占70%以上。化学组成:TFe 29.50%～51.20%,平均39.41%；S 0.028%～3.34%,平均0.63%；P 0.52%～1.05%,平均0.73%。

1.4 矿石结构构造

矿石结构为鲕粒结构,鲕粒呈圆形、椭圆形、不规则圆形,有明显被压扁、拉长的特征；鲕粒具同心圆构造,粒径在0.2～0.8 mm。矿石构造为块状构造,呈致密块状,近地表或溶洞附近的矿石受氧化、褐铁矿化作用,常呈土状、多孔矿渣状构造。矿石自然类型主要为鲕状赤铁矿石,其次为褐铁矿石。矿石工业类型为高磷、低硫中品位自熔性铁石。

2 巴东刘家湾铁矿成矿浅析

2.1 成矿环境分析

鄂西宁乡式铁矿矿层的发育,在空间上受地壳沉降幅度和岩相古地理条件控制。同时同地地壳沉降幅度和沉积物质补偿控制着含矿层位在成矿期的沉积厚度,沉降幅度大,物质供给愈充足,含矿层愈厚；而岩相古地理条件则控制含矿层是否部分或全部发育为矿层[6-7]。

从图2可知主要矿层(Fe3)鲕状赤铁矿中鲕粒大小在沉积序列中有明显的变化,向上层厚变薄,鲕粒变细,呈正粒序层理,表明受控于波浪水流作用；含矿岩系中发育平行层理和波状层理,而主要矿层中有陆源细碎屑和海相生物碎片,且化石碎片多有不同程度机械磨损,反映了动荡的浅水沉积环境。分析区内含矿岩系沉积环境为滨岸海滩—浅海陆棚相古地理环境。

2.2 铁质来源分析

绝大多数学者认为铁质来源于古陆[8],从图3不难看出,研究区主要铁矿赋存层位由南西向北东逐步升高,而这正好与该含矿层成岩期海侵方向完全一致[9],而铁矿层的层数和厚度整体上也有逐渐递增的趋势,即愈接近古陆物源供给区,铁质来源愈充足,从侧面佐证了铁质来源于古陆。

关于铁质迁移富集方式有两种代表性观点:一种认为,铁质由临近古陆供给主要以胶体方式进入海盆[6,10]；另一种认为铁质主要是由河流以溶液方式带入海域。周家云等统计鄂西—湘西北成矿区宁乡式铁矿总储量多达22.8亿t(含表外储量),而该成矿区中主体部分为鄂西成矿区,反映出鄂西地区铁矿成岩期进入海域盆地的铁质数量应远大于该储量值主体部分。胶体不稳定性导致其长距离迁移困难,而溶液中铁质的溶解度有限,因而铁质迁移应是以多种方式进行,其中以海水推进过程中的岸蚀作用、海侵过程中的淹没侵蚀为主,以颗粒、胶体、溶液状态迁移富集后在盆地中转变为以溶液状态为主,在高能水动力作用下被鲕粒吸附富集沉积,形成鲕粒赤铁矿后以颗粒状态进行迁移富集。

2.3 刘家湾铁矿成矿机制探讨

鄂西地区在晚泥盆世时期为温暖潮湿的大陆气候,长期处于风化剥蚀状态,大量铁质被氧化还原形成含铁质风化壳,在海侵过程中,大量铁质通过岸蚀作用、淹没侵蚀以及河流搬运的方式,以颗粒、胶体、溶液状态带入鄂西陆表海中,并在海水中形成了过饱和的铁质溶液。滨岸相环境为高能量水域,具有强烈搅动作用,鲕粒核心(粉砂—细砂颗粒) 在水能的作用下滚动、翻转吸附铁质、泥质后发生沉积便形成了鲕粒赤铁矿,大量的赤铁矿鲕粒经过波浪和潮汐水流的再次搬运改造和富集,最终于滨岸海滩—浅海陆棚相环境成矿。

3 结论

(1) 区内鲕状赤铁矿含矿层位于泥盆系上统黄家磴组(D3h)和写经寺组上段(D3x2)两层位中。主要赋矿层为上泥盆统写经寺组上段(D3x2)底部(对应区域上Fe3),依据含矿层岩性及鲕状赤铁矿单层变化又可细分为上、下两个铁矿层单元；

(2) 主要矿层(Fe3)鲕状赤铁矿向上层厚变薄,鲕粒变细,呈正粒序层理,受控于波浪水流作用；含矿岩系中发育平行层理和波状层理,且化石碎片多有不同程度机械磨损,反映为动荡的浅水沉积环境,含矿岩系沉积环境为滨岸海滩—浅海陆棚相环境；

(3) 铁质以岸蚀作用、淹没侵蚀为主,以颗粒、胶体、溶液状态迁移后在盆地中转变为以溶液状态为主,在高能水动力作用条件下被鲕粒吸附沉积,形成鲕粒赤铁矿后以颗粒状态经波浪和潮汐水流再次搬运改造和富集,最终于滨岸海滩—浅海陆棚相环境沉积成矿。

[1] 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):350-362.

[2] 廖士范,魏梁鸿,刘成德,等.中国泥盆纪鲕状赤铁石沉积环境、成因[J].沉积学报,1993,11(1):93-101.

[3] 周家云,郑荣才,张裕书,等.华南泥盆纪古地理环境对宁乡式铁矿床时空分布、矿石特征的制约[J].地质科技情报,2009,28(1):93-98.

[4] 胡宁,徐安武.鄂西宁乡式铁矿分布层位岩相特征与成因探讨[J].地质找矿论丛,1998,13(1):40-47.

[5] 湖北省地质矿产局.湖北省岩石地层[M].武汉:中国地质大学出版社,1996.

[6] 傅家谟.鄂西宁乡式铁矿的形成和分布规律[J].地质科学,1959(4):109-115.

[7] 傅家谟.鄂西宁乡式铁矿的相与成因[J].地质学报,1961,41(2):112-130.

[8] 龚银杰,秦元奎,张鲲,等.湘西北宁乡式铁矿的成因与质量 [J].化工矿产地质,2010,32(3):143-148.

[9] 徐安武,胡宁,曾波夫.中扬子泥盆纪岩相古地理及有关矿产 [C]//《岩相古地理文集》编辑部.岩相古地理文集(7).北京:地质出版社,1992.

[10] 邱柱国.沉积铁矿床的成矿模式 [J].成都地质学院学报,1987,14(4):1-7.

(责任编辑：陈姣霞)

Geological Characteristics and Metallogenic Analysis of Liujiawan IronDeposit in Badong County，Hubei Province

SUN Weiheng, WU Peng, ZHANG Lei

(HubeiGeological&MiningExplorationCompany,Ltd.,Wuhan,Hubei430022)

The Liujiawan iron deposit in Badong county belongs to the Ningxiang-type iron deposit in western Hubei.It occurs in the transitional horizon in Huangjiadeng formation(D3h)and Xiejingsi formation(D3x)of the upper devonian system,especially the bottom of the upper Xiejingsi formation(D3x2).The article analyzes the seam’s geological characteristics and the ore fabrics,discusses the metallogenic environment,the source and minerogenetic mechanism for the iron ore,points out that the ore deposit sedimentates on the palaeogeographic environment of littoral- shallow seafacies.

The Ningxiang-type iron deposit; geological characteristics; genesis; depositional environment

2015-06-24;改回日期:2015-07-07

孙唯衡(1984-),男,工程师,硕士,矿业工程专业,从事矿产勘查工作。E-mail:10268512@qq.com

P618.31

A

1671-1211(2015)04-0387-04

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.201504005

数字出版网址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20150709.0918.001.html 数字出版日期:2015-07-09 09:18