海南石碌鐵礦床控礦因素分析

楊 堅，林志錦，張九鉉

（海南礦業(yè)股份有限公司，海南 昌江 572725）

1 礦床地質(zhì)概況

海南石碌鐵礦是我國最為知名的超大型優(yōu)質(zhì)富鐵礦床之一，位于華南褶皺系五指山褶皺帶的西部，近東西向昌汀一瓊海大斷裂與北東向戈枕斷裂交匯于此。地理坐標：東經(jīng)109°01′00″～109°05′45″，北緯19°11′30″～19°15′00″，面積44.75km2(許德如等，2009)（見圖1）。

圖1 海南地質(zhì)簡圖

前人對石碌礦區(qū)礦床成因進行了大量的研究，主要為：(1)礦山的高溫熱液接觸帶，主要以石碌鐵礦是矽卡巖型礦床;(2)火山沉積，主要礦物質(zhì)來源于火山，并與火山噴發(fā)相關;(3)基巖沉積、變質(zhì)熱改造，主要是指的是礦床在沉積后所形成，會經(jīng)受區(qū)域變質(zhì)作用下的大規(guī)模巖漿入侵，從而形成熱液影響，改造了礦體面貌，使其具有熱液礦床的特點;(4)熱鹵水成礦主要從獨立的火山作用，從而形成熱鹵水沉積;(5)火山沉積-變質(zhì)說，認為石碌鐵礦是個火山熱液沉積礦床，但經(jīng)受了變質(zhì)作用的改造(孫劍等，2014)。根據(jù)野外實地踏勘和系統(tǒng)的樣品收集，認為石碌鐵礦床的成因類型屬于受褶皺控制的多因復成的火山熱液沉積-變質(zhì)礦床。

礦區(qū)地層以青白口系石碌群為主，按巖性自下而上又可分為六層，1-5層位無礦巖系，其中第六層為主要的含礦巖系，第六層下段為是重要的含鈷、銅巖性段，該段無鐵礦化；第六層中段為主要含鐵礦巖系；賦礦圍巖為塊狀兩透巖、鐵（炭）質(zhì)千枚巖、條帶狀二透巖、二透巖化白云巖組成。第六層上段和石碌群上覆地層震旦系石灰頂組為次要含鐵巖系，上覆地層震旦系石灰頂組與青白口系石碌群呈假整合接觸關系（圖2）。礦區(qū)的南、北和西部均被巖漿活動強烈的侵入巖所環(huán)繞，巖性為斑狀/似斑狀(角閃)黑云母二長花崗巖、花崗閃長巖。石碌礦區(qū)經(jīng)歷了多類型的變質(zhì)和熱液蝕變作用，主要包括區(qū)域變質(zhì)作用、(熱)動力變質(zhì)作用、熱接觸變質(zhì)作用和熱液蝕變作用。

圖2 含礦巖系柱狀圖

圖3 石碌鐵礦區(qū)地質(zhì)略圖

礦區(qū)的褶皺構(gòu)造，總體表現(xiàn)為軸向北西—南東、北西揚起收斂、南東傾伏開闊的復式向斜。自北往南由三棱山向斜、雞心嶺背斜、北一主體向斜、紅房山背斜、石灰頂向斜組成。北一主體向斜，以及其兩側(cè)的次級背斜、向斜，明顯地控制著礦體的賦存形態(tài)、產(chǎn)狀與厚度變化。

礦區(qū)的斷裂構(gòu)造，總體表現(xiàn)為與褶皺同時形成的斷裂和成礦后的斷裂比較發(fā)育，伴隨褶皺而存在的斷裂構(gòu)造也較發(fā)育，計有NW～NNW、NEE～EW及NNE～近SN向三組。礦區(qū)內(nèi)節(jié)理裂隙發(fā)育廣泛，大小展布方向不一（見圖2）。

2 控礦因素分析

礦床在地殼中的形成和分布是由很多條件所控制，構(gòu)造、巖漿、地層、巖相等因素都對礦床的形成和分布起著不同的影響作用。對于不同成因的礦床來說，各種控制因素所起的作用是不同的。因此，研究成礦控制，對于進行成礦預測，找礦勘探和礦床評價，都有重要意義(袁見齊等， 1984)。

2.1 地層對成礦的控制

前人研究認為花崗巖的Rb—Sr全巖等時線年齡和鋯石U—Pb年齡為320～183Ma（余金杰等，2012），為燕山期、印支-海西期產(chǎn)物。對石碌群第六層鐵礦主礦層鐵礦石用Sm-Nd法測定全巖等時線年齡為841±20Ma，本年齡與鐵礦層頂板白云巖、白云質(zhì)大理巖夾炭質(zhì)板巖中發(fā)現(xiàn)宏觀藻化石Chuaria（查爾藻）-Tawuia（塔烏藻）生物群表示的時代完全吻合，屬新元古生代青白口紀（汪嘯風等，1992年，海南島地質(zhì)（一）地質(zhì)古生物，地質(zhì)出版社）。石碌礦區(qū)周圍的花崗巖侵入與礦體的形成不在同一時期，是在礦體形成之后才侵入，與礦體的形成沒有直接聯(lián)系，燕山期、印支-海西期巖漿未能給礦體提供成礦物質(zhì)來源。

石祿礦區(qū)鐵礦床形成時古地理環(huán)境為高鹽度封閉半封閉的海盆地（余金杰等，2014），從原冶金934隊（1980）的實驗結(jié)果看，分別用均一法與爆裂法對含鐵石英巖和赤鐵礦中的石英碎屑測定溫度，其測溫數(shù)據(jù)為140℃～800℃，數(shù)據(jù)跳躍大，反映石英碎屑來源于形成溫度不同的母體，這是正常機械沉積的特征，而赤鐵礦中的石英測溫時爆裂聲極少，基本無氣液包裹體，說明赤鐵礦還兼有冷水膠體沉積特征。硫同位測量的結(jié)果也支持上述觀點：含礦巖系中鐵礦、鈷銅礦或近礦圍巖中的硫化物，均富集S34，且均正值，變化范圍寬，鐵礦體的S34從0.2～19.6‰，鈷銅礦體的S34為10.7～17.3‰，圍巖的S34為-3.8～20.9‰，而巖漿巖的S34為4.4～5.6‰，變化范圍小。可見地層及礦體的硫同位素組成基本一致，而與周圍的巖漿巖的硫同位素有明顯區(qū)別。從而反映鐵、鈷銅及圍巖中的硫來自海洋硫酸鹽，鐵礦石的鮞狀結(jié)構(gòu)也證明鐵礦床為沉積作用形成，成礦物質(zhì)來源海洋。礦體圍巖主要為透輝石透閃石巖，礦體產(chǎn)狀與圍巖層理面產(chǎn)狀基本一致，證明了礦體的形成和沉積作用具有密不可分的關系。

2.2 區(qū)域變質(zhì)作用對成礦的控制

石碌礦區(qū)經(jīng)歷了多類型的變質(zhì)和熱液蝕變作用，主要包括區(qū)域變質(zhì)作用、(熱)動力變質(zhì)作用、熱接觸變質(zhì)作用和熱液蝕變作用。其中對于成礦影響因素最大的是區(qū)域變質(zhì)作用，前人曾對石碌群中的千枚巖、絹云母片巖及透輝石透閃石巖和鐵礦石作了大量的Rb-Sr同位素分析，獲得四組Rb-Sr全巖等時線年齡，分別為541±13Ma，588±3.4Ma，555±21Ma，498±9.8Ma，樣品顯然經(jīng)歷了區(qū)域變質(zhì)作用，所得數(shù)據(jù)只能反映樣品經(jīng)區(qū)域變質(zhì)而重新均一化的時間，石碌群區(qū)域變質(zhì)年齡形成于加里東期(張仁杰等，1992)。礦區(qū)內(nèi)鐵礦石的鱗片變晶結(jié)構(gòu)、變斑狀結(jié)構(gòu)且排列方向與區(qū)域構(gòu)造線一致；磁鐵礦的假象赤鐵礦普遍存在；與鐵礦、鈷銅礦關系密切的透輝石透閃石巖廣泛分布，不受接觸帶控制；礦層及圍巖中發(fā)育一些切穿巖層的石英重晶石脈、磁鐵礦細脈、含鈷磁黃鐵礦脈等等都在證明區(qū)域變質(zhì)作用對成礦的影響，加里東運動時期石碌礦區(qū)發(fā)生的區(qū)域變質(zhì)作用，使得原先沉積的巖層去硅脫硫，赤鐵礦進一步富集。

2.3 構(gòu)造對成礦的控制

成礦構(gòu)造背景是成礦要素之一，決定了成礦物質(zhì)來源、深度、礦床時空分布等特征，構(gòu)造與成礦的關系主要表現(xiàn)在兩個方面：一是成礦物質(zhì)的活化遷移提供通道，二是為成礦提供成礦空間。

褶皺構(gòu)造在熱液礦床的形成中起著重要作用。首先，在巖層的褶皺過程中，不同能力的巖層之間會存在相對滑移。在滑動過程中，層間剝離、層間破碎以及伴生的節(jié)理、斷層等不同類型、不同方向的小構(gòu)造為含礦熱液流體提供了運移通道。如果有礦物充填交代作用，也可形成層狀礦體。此外，褶皺的翻轉(zhuǎn)端、傾斜端、兩翼間的層間裂隙以及與斷裂構(gòu)造的交匯等部位都有利于成礦。石碌礦區(qū)礦體的產(chǎn)出形態(tài)為層狀、似層狀和透鏡狀，主要受北一軸向北西-南東向、局部倒轉(zhuǎn)、且向北西翹起和閉合而向東南傾伏和開闊的“北一”復式向斜控制，該復式向斜自北而南可三棱山向斜、雞心嶺背斜、北一向斜（中心）、紅房山背斜、石灰頂向斜、楓樹下背斜、楓樹下向斜等多個次級褶皺所組成。主礦體主要集中分布在北一向斜及三棱山次級向斜的槽部（北一復式向斜槽部）。而各個小礦體規(guī)模相對較小，厚度較薄，連續(xù)性較差，主要分布在北一復式向斜的兩翼，地表多有出露。礦區(qū)內(nèi)褶皺的規(guī)模越大，礦體規(guī)模也越大，在褶皺的有利成礦部位成礦，說明礦體受褶皺的控制。

礦區(qū)的斷裂構(gòu)造主要為與褶皺同期形成和成礦后形成的。從野外現(xiàn)場情況觀察礦體與圍巖的接觸關系為突變關系。礦巖交界處會伴隨著斷裂構(gòu)造的存在，方解石脈和石英脈會順著節(jié)理裂隙侵入到礦體中。各礦體所處的原始沉積環(huán)境、地質(zhì)構(gòu)造位置不同，成礦后受到后期斷裂及巖體、巖脈的破壞程度也不同。處于礦床中心部位的主礦體受后期構(gòu)造、巖脈的破壞相對較小，而處于礦床邊緣的各小礦體受到構(gòu)造、巖脈的破壞及巖體的影響程度相對較大。斷裂構(gòu)造破壞了礦體的形態(tài)和連續(xù)性。

3 結(jié)論

一是原生沉積構(gòu)造對成礦的控制，石碌群第六層總體是在淺海-瀉湖的環(huán)境下沉積的，原始的沉積環(huán)境和基底構(gòu)造對成巖、成礦起到基礎建造作用。二是褶皺構(gòu)造對成礦的控制，根據(jù)現(xiàn)有資料，石碌鐵礦均賦存在北一復式向斜范圍，其中富厚鐵礦主要賦存在各次級向斜槽部，而各次級背斜軸部的鐵礦多數(shù)貧薄。因此，褶皺構(gòu)造對成礦起到富集作用。三是后期斷裂構(gòu)造及沿其侵入的各種脈巖對成礦起到破壞和改造作用。