塞拉利昂唐克里里铁矿床地质特征及成因分析

张小笛

(山东金岭矿业股份有限公司,山东 淄博 255081)

0 引言

唐克里里铁矿为非洲第二大铁矿,分为上部氧化矿和下部原生矿,氧化矿资源量12.5亿吨,原生矿资源量达124亿吨[1]。由于该矿床储量特别巨大,开采技术条件较为简单,为建设特大型生产规模的铁矿石原料企业奠定了良好的基础[2]。唐克里里铁矿于2010年取得开采许可证,目前正在开采新比利矿区和玛兰帕矿区的上部高品位氧化矿,开采将由上往下,按序开采过渡层矿体和下部原生矿,通过研究矿区和矿体地质特征分析矿床不同部位的不同成因方式,对矿体中因不同成因导致的对采选矿造成较大影响的高含量Al2O3和SiO2做出分析,提高了对唐克里里矿区的认识。

1 区域地质概况

唐克里里铁矿位于非洲塞拉利昂(Sierra Leone)共和国北方省的西南部,地处塞拉利昂东北部苏拉山(Sula Mountain)一带,距本布纳镇(Bumbuna)约 10 km,距隆吉(Lungi)约 190 km,距离首都弗里敦(Freetown)附近的佩佩尔(Pepel)港口约 197 km,有铁路贯通[3](图1)。矿区高程200～880 m,呈现谷缓顶平的地貌特征,峡谷的最低点高程220～350 m,属于低山—丘陵区。矿区地处热带季风气候区,雨季为每年5—10月,旱季为每年11—12月至次年4月[4]。

图1 矿区交通位置图

塞拉利昂位于西非太古宙地块,出露的地层仅西部濒临大西洋为新生界砂石、砾石和风化红土残积,其余部分为太古宙地层及少量元古宙地层,太古宙岩性以花岗质片麻岩为主,局部有Kaisla组镁铁质片麻岩、Kamabui组绿岩建造和Marampon组副变质岩,其中Kamabui组绿岩建造是唐克里里铁矿的赋矿围岩,Marampa组副变质岩是Marampa铁矿的赋矿围岩[5]。

在塞拉利昂地块中,主要构造为NNW向,包括地层分布和褶皱走向。低角度推覆构造,走向NW,倾斜西,局部有一些剪切带。

太古宙岩石受到两次造山运动影响,较早的一次是Leonean(35亿年～29亿年)造山运动,较晚的是Liberian(29亿年～25亿年)造山运动[6]。

2 矿区地质特征

2.1 矿区地层

唐克里里铁矿区现已勘查出新比利(Simbili)、玛兰帕(Marampon)、南巴拉(Numbara)、卡萨佛尼(Kasafoni)四个矿段(图2)。铁矿区位于塞拉利昂东北部的苏拉(Sula)山区的Kamabui组绿岩带中,主要岩性自下而上为变超基性火山岩(绿泥岩-滑石片岩)、变基性火山岩(角闪岩)、石英岩和变沉积岩夹条带状铁岩[7]。

图2 唐克里里铁矿矿区平面图

新比利、玛兰帕和南巴拉矿段出露地层受唐克里里建造影响,由石英-云母片岩、云母-石英岩、变泥质沉积岩和薄层变凝灰岩互层组成。石英-云母片岩与泥质沉积岩之间为渐变关系。底部为石英-云母片岩,逐渐变为石英-云母片岩与泥质沉积岩及凝灰岩。不规则的石英脉和透镜状的石英集合体通常出现在石英-云母片岩中。这套岩体的下伏岩体为角闪石片岩、千枚岩夹玄武岩。

条带状磁铁矿围岩为唐克里里建造变沉积岩和变沉积火山岩,地层走向NE,倾向NW。唐克里里建造被角闪岩和其他镁铁质侵入。

2.2 矿区构造

矿区发育一组NE走向南倾向的褶皱,为 Leonean 造山过程中的NW—SE向挤压形成的,其变质的火山—沉积序列进一步受到NE—NNW向线性断裂的扰动。

玛兰帕和新比利矿段地层总体呈NE走向,倾向NW,在倾向上由缓向陡倾斜过渡。条带状磁铁矿体平行于层理和片里面,根据地质研究,矿体在唐克里里建造中作为一个整体褶皱形成,褶皱轴面向NW倾斜,这些褶皱的块体岩石富含磁铁矿-赤铁矿-褐铁矿-针铁矿,形成NE走向的南巴拉、玛兰帕和新比利山体。

3 矿体特征

唐克里里铁矿赋存于唐克里里建造中,该地层由石英云母片岩、云母石英片岩、变质泥质板岩和薄层变质凝灰岩互层组成。唐克里里建造沉积变质岩和沉积火山岩即为铁矿层,产状为走向NE,倾向NW,浅部较缓,深部较陡。唐克里里建造被角闪岩和其他镁铁质侵入岩侵入穿插,但从整体上看,磁铁矿体赋存在 Kamabui 组绿岩建造的燧石质含铁层中,矿体规模巨大,产状稳定,矿石品位变化不大。

3.1 矿体在倾向上的地质特征

唐克里里矿区有两种类型矿石,一种是上部氧化矿体,另一种是下部原生磁铁矿。根据矿体赋存状态、埋藏深度关系,矿石品位、产品方案等因素,将上部氧化矿体细划分为两层,即顶部赤铁矿(DSO)和混合矿过渡层(图3)。

图3 新比利矿区三维矿体模型剖面(上部氧化矿矿帽,下部原生磁铁矿)

3.1.1 上部氧化矿(Oxidized Cap)

氧化帽的地质分层是通过对钻孔数据库的统计分析并按照矿化作用边界来确定的,氧化程度依照逐层向下自然富集的规律,从剖面上看,从表面的高度蚀变和材料富集向原始的条带状磁铁矿原生带过渡。富集过程使得SiO2含量自下而上逐渐降低,同时全铁品位逐渐升高,导致磁铁矿(Fe3O4)转化为赤铁矿(Fe2O3)[8]。

顶部赤铁矿(DSO): 氧化帽的地质分层是通过对钻孔数据库的统计分析并按照矿化作用边界来确定的,氧化程度依照逐层向下自然富集的规律,从剖面上看,从表面的高度蚀变和材料富集向原始的条带状磁铁矿原生带过渡。富集过程使得SiO2含量自下而上逐渐降低,同时全铁品位逐渐升高,导致磁铁矿(Fe3O4)转化为赤铁矿(Fe2O3)[9]。DSO矿体位于矿床的地表,主要由赤铁矿组成,伴有针铁矿、褐铁矿,偶见少量磁铁矿,最大层厚约65 m,TFe品位大于53.5%的可作为直运矿开采[10]。

中间混合矿过渡层:中间混合矿过渡层也是氧化矿的一部分,位于高品位赤铁矿和BIF之间,依据地质报告,该层矿石Fe品位在26.5%～53.5%之间。空间位置关系大致为层状分布,依次为上部赤铁帽、上层腐泥岩、下层腐泥岩、磁铁矿腐泥岩;高铝矿赋存在山坡处。

3.1.2 下部原生磁铁矿

矿体主要为磁铁矿与石英条带互层(图4),由于矿体成层出现,矿石Fe品位变化在20%～40%之间,矿体整体连续,矿石与围岩界线清楚[11]。唐克里里铁矿区现已控制四大磁铁矿体,走向SW—NE,依次为新比利、玛兰帕、南巴拉和卡萨佛尼。

图4 条带状含铁建造

3.2 矿体走向上的特征

唐克里里铁矿矿体走向SW—NE,自南向北分为四个矿段,依次为新比利、玛兰帕、南巴拉和卡萨佛尼。

新比利(Simbili)矿段: 该矿段长3.6 km,矿体实际厚度达600 m,控制斜深超1100 m,矿体分布较连续,走向NE,倾向NW,顶部赤铁矿TFe平均品位超过55%。

玛兰帕(Marampon)矿段: 该矿段矿床走向长约1.9 km,实际厚度达到170 m,控制斜深超过1900 m,走向NE,倾向NW,产状较缓。该条带状磁铁矿床内部存在闪长岩体夹石。

南巴拉(Numbara)矿段: 该矿段矿床走向长约6.4 km,走向NE,倾向NW,倾角较陡,总体低品位矿较多。矿体浅部较连续,到深部中间出现夹石,将矿体分为两块,夹石在品位上较连续。

卡萨佛尼(Kasafoni)矿: 该矿段矿床分为东西两部分,总走向长度约为10 km,走向NE,倾向 NW,倾角较陡,内有闪岩夹石。

4 矿石特征

4.1 矿石类型

矿石自然类型: 唐克里里矿床分为氧化赤铁矿(顶部赤铁矿、过渡层铁矿)和原生条带状磁铁矿两种类型。

过渡层铁矿类型: 根据矿石矿物组合及脉石矿物特征划分为高品位赤铁矿、低品位赤铁矿、高磁性铁赤铁矿铁矿型及高铝赤铁矿。

矿石工业类型: 顶部赤铁矿平均品位TFe超过53.5%的为直运矿,可直接入炉,无需经过选矿;平均品位TFe介于26.5%～53.5%之间的赤铁矿及下部平均品位介于20%～40%之间的原生磁铁矿,为需选铁矿石。

4.2 矿石矿物成分

上部赤铁矿: 主要矿物成分为赤铁矿,还含有褐铁矿及针铁矿等,尚有Al、Si、P、Mg等其他组分,其中部分区段Al2O3含量较高。

中间过渡层铁矿: 主要矿物成分为赤、针铁矿,还含有黄铁矿、磁铁矿等,TFe平均品位为40.6%～52.7%,有害成分为P,但含量低,变化不大。

下部原生磁铁矿: 主要矿物成分为磁铁矿,Al2O3、SiO2含量均较高[13]。

5 矿床成因

唐克里里铁矿床下部原生矿是一个大规模、低品位铁矿床,其矿体形态简单、稳定,矿化连续,矿石矿物以磁铁矿为主,平均品位为30.2%,Al2O3、SiO2含量均较高,对采、选均造成一定的影响[14]。唐克里里项目的铁矿化特征是磁铁矿相带状铁地层,由半泥质至泥质沉积物和石英云母片岩的薄层和交替层组成,由图4岩心可以看出条带状构造明显,下部原生矿为典型的沉积变质铁矿床,即BIF型铁矿[14](Banded Iron Formation:条带状含铁建造)。

唐克里里上部氧化矿以“铁帽”为特征赋存在原生矿上(图3),是由BIF型铁矿风化形成的顶部赤铁矿矿石,由上到下氧化程度越来越弱,上层氧化程度高,矿石具有块状构造,表层矿石由于氧化质地坚硬,矿体内部由于长期雨水淋滤黏土富集,含量较高,为风化淋滤型铁矿床[15]。

综上所述,唐克里里铁矿原生矿为沉积变质铁矿床,上部原有的沉积变质型铁矿经过长期的雨水淋滤等氧化作用发生氧化,形成了高品位的氧化矿,这一部分为风化淋滤型铁矿床。

6 结论

(1)唐克里里铁矿属于超大型露天铁矿,其矿化连续,产状稳定,构造简单,矿石类型主要分为原生矿和氧化矿两种类型,原生矿含铁量较低,氧化矿品位较高。

(2)上部氧化矿以铁帽形式赋存于原生矿之上,是由原生矿由于长期遭受雨水等风化淋滤作用富集而形成,淋滤风化后矿体中形成了较高品位的Al2O3夹层,是风化淋滤型铁矿床。

(3)下部原生矿是由沉积变质作用形成,具有条带状含铁建造,SiO2含量较高,为沉积变质铁矿床。