引用本文
雷义均, 李勇, 姚华舟, 王建雄, 刘国庆, 李闫华, 张彦伟, 王芳, 艾哈迈德#cod#x000b7;哈伦#cod#x000b7;埃尔汤. 苏丹东部地区BIF型铁矿和CID型铁矿的发现及其找矿意义[J].中国地质调查, 2014,1(1): 38-45.
LEI Yi-jun, LI Yong, YAO Hua-zhou, WANG Jian-xiong, LIU Guo-qing, LI Yan-hua, ZHANG Yan-wei, WANG Fang, Ahmed HaronElTom. Discovery of BIF Iron Ores and CID Iron Oresin Eastern Sudan and Its Prospecting Significance[J].Geological Survey of China, 2014,1(1): 38-45.
  
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苏丹东部地区BIF型铁矿和CID型铁矿的发现及其找矿意义
雷义均1, 李勇1, 姚华舟1, 王建雄1, 刘国庆1, 李闫华1, 张彦伟2, 王芳3, 艾哈迈德·哈伦·埃尔汤4
1.中国地质调查局武汉地质调查中心,湖北 武汉 430205
2.天津华北地质勘查局,天津 300170
3.湖北省地质实验研究所,湖北 武汉 430034
4.苏丹共和国矿产部地质局,苏丹 喀土穆

作者简介: 雷义均(1965—),男,教授级高级工程师,主要从事地质矿产调查与研究工作。Email:yc502lyjun@aliyun.com。

收稿日期: 2014-08-17
基金资助: 中国地质调查局国外矿产资源风险勘查基金项目(编码:科[2012]A1-08)
摘要

在苏丹东部地区新元古代地层中,新发现的BIF铁矿是与火山岩密切相关的Algoma型铁矿,矿石品位TFe 37.78%,对进一步研究努比亚地盾的形成时代和古地理环境有一定的参考意义。苏丹79区块发现的含铁石英砂岩,呈北东向带状分布, 角度不整合于努比亚地盾之上,通过与西澳CID型铁矿对比,存在交错层理和底砾岩等明显的再生沉积特征,矿石品位TFe 31.91%~39.33%;通过对BIF型铁矿、CID型铁矿和努比亚杂砂岩三者部分元素及氧化物含量的分析对比,以及控矿地质因素分析, CID型铁矿是由BIF铁矿风化剥蚀后搬运沉积于附近古河道内;苏丹努比亚地盾区CID型铁矿的发现,为今后找矿工作提供了新目标,具有十分重要的找矿意义。

关键词: BIF型铁矿; CID型铁矿; 努比亚砂岩; 努比亚地盾; 苏丹
中图分类号:P611.3 文献标志码:A 文章编号:2095-8706(2014)01-0061-08
Discovery of BIF Iron Ores and CID Iron Oresin Eastern Sudan and Its Prospecting Significance
LEI Yi-jun1, LI Yong1, YAO Hua-zhou1, WANG Jian-xiong1, LIU Guo-qing1, LI Yan-hua1, ZHANG Yan-wei2, WANG Fang3, Ahmed HaronElTom4
1. Wuhan Geological Survey Center, CGS,Wuhan, Hubei province 430205, China
2.Tianjin North China Geological Exploration Bureau, Tianjin 300170, China
3.Hubei Geological Research Laboratory, Wuhan,Hubei 430034, China
4. Republic of Sudan Geological Bureau of Ministry of Minerals, , Khartoum, Sudan
Abstract

A BIF iron deposit newly discovered in the Neoproterozoic stratum of Eastern Sudan is an Algoma type iron deposit having close connection with volcanic rocks. The ore grade is TFe37.78%. This is referential for further studies into the forming age and paleogeographic setting of the Nubian Shield. The ferriferous quartz sandstone found in Block 79 occurs NE in a zonal matrix andoverlies the Nubian Shield with an angular unconformity. Comparison with the CID iron deposits in Western Australia,there is obvious characteristics of redeposition like cross-bedding and basal conglomerateand the ore grade is TFe31.91~39.33%. Comparative analysis of partial element and oxide contents in BIF iron ores, CID iron ores and the Nubian greywacke and investigation of the ore-controlling factors discovered that the CID iron ores are products of weathered or denudated BIF iron ores that were transported to and then deposited in the nearby paleochannels. The discovery of CID iron ores in the Nubian Shield area of Sudan offers a new target for future prospecting efforts and has very important prospecting significance.

Keyword: BIF iron ore; CID iron ore; Nubian sandstone; Nubian Shield; Sudan

苏丹共和国的基础地质工作和研究程度总体上较低, 缺乏全国性的系统对比研究, 仅有的资料是国外勘探公司在小范围的找矿工作中局部性的总结。本项目主要工作是开展苏丹东部地区79区块1∶ 25万地质和地球化学调查, 其以找矿为目的。苏丹的矿业开发主要集中于贵金属和油气资源, 本项目组在努比亚地盾中新发现的白垩系古河道沉积的CID型铁矿, 是全球继西澳大利亚皮尔巴拉地区和哈萨克斯坦外的又一发现地, 虽然目前发现的地表规模不大, 地质工作程度低, 但提供了可进一步勘查的工作目标, 具有十分重要的找矿意义。

1 区域地质概况

苏丹大地构造单元主要由两部分组成, 以近南北向的Keraf-kabus-sekeer缝合带为界, 东边为努比亚地盾, 西边为撒哈拉克拉通(图1)。

撒哈拉克拉通为太古宙— 中元古代地壳, 以变质核杂岩为主, 变质核杂岩又强烈地遭受到发生于新元古代的泛非构造热事件的改造作用, 呈活化的前寒武纪基底岩系出露。太古宙地层主要出露于苏丹北部与埃及和利比亚交界一带, 主要为麻粒岩相片麻岩, 大多被显生宙沉积地层不整合覆盖, 以构造窗形式出露; 古中元古代主要由角闪岩相角闪片麻岩和角闪岩组成。

努比亚地盾出露区包括埃及东南部, 苏丹东部、厄里特立亚和埃塞俄比亚北部, 形成于新元古代岛弧和弧后增生过程, 由众多小的古地块拼接而成, 属泛非运动范畴(900~550 Ma)[1], 即新元古代至显生宙初通过一系列岩浆弧和微陆块的侧向增生形成。它们之间的缝合带由线状延伸的蛇绿岩带标示, 主要为低级变质的绿片岩相, 是一套火山沉积变质系列, 常称为绿片岩组合。绿片岩组合包括了安山岩、玄武岩、流纹岩、玻屑沉积以及变硬砂岩、大理岩和板岩。在努比亚地盾中已发现多个大型VMS型多金属矿床、韧性剪切带型金矿和脉状金矿床[2, 3, 4]。

撒哈拉克拉通和努比亚地盾, 后期由于在北东向中非断裂带频繁活动的作用下(图1), 中生代白垩纪在中非断裂带两侧基底地壳上发生裂谷沉降作用, 这些裂谷沉积盆地中存在丰富的油气资源[5, 6]。努比亚地盾之上局部也存在少量陆相碎屑沉积系列, 北部地区以中生代努比亚砂岩为主, 南部以古、新近纪至第四纪未固结的表生沉积物为主, 在苏丹与埃塞俄比亚和厄里特立亚的边界地带出露有古、新近纪喷出的玄武质火山岩。

图1 苏丹区域构造简图Fig.1 Regional tectonic sketch of Sudan
1.太古宙— 中元古代地壳; 2.新元古代地壳; 3.第四纪风成砂及局部中生代裂谷盆地、火山沉积物;
4.Keraf-Kabus-Sekeer缝合带; 5.苏丹79区块(工作区)

2 矿区地质特征

苏丹的地层命名是按照不同的工作区单独进行的, 缺乏全国性或区域性的系统对比研究和总结, 因此, 苏丹79区块岩石地层仅以岩性进行分类。区内主要岩石为新元古代努比亚地盾组成部分的片岩类(常称为绿片岩组合), 为低级变质的绿片岩相, 主要为绿泥石、绿帘石、阳起石组成的绿片岩, 由基性火山岩变质蚀变而成; 绢云母石英片岩、含碳绢云母石英片岩, 由酸性火山岩或泥砂质页岩变质而成。即该套变质岩的组成可能是一套双峰式火山岩(图2)。该套岩石广义上也常称为绿岩带。

图2 苏丹79区块(部分)地质简图Fig.2 Geological sketch of Block 79(partial)
1.新元古代片岩类; 2.新元古代条带状磁铁(赤铁)石英岩; 3.新元古代同-后构造期花岗闪长岩; 4.新元古代同-后构造期二长花岗岩; 5.白垩纪含铁石英砂岩; 6.第三纪含橄榄石玄武岩; 7.第四纪风成砂; 8.断层; 9.倾伏背斜; 10.片理产状; 11.层理产状; 12.角度不整合接触界线

侵入岩为泛非构造同-后构造期侵位的二长花岗岩体和花岗闪长岩体, 岩体与片岩的接触带上存在烘烤蚀变现象, 岩体的边部也存在弱片理化现象, 岩体是通过顶侵作用侵入片岩之中, 形成背斜或穹隆构造。

喷出岩为古近纪、新近纪含橄榄石玄武岩, 呈孤立残丘状出露于第四纪覆盖区中, 在第四系深切割的沟壁纵剖面上也有少量发现, 大部被第四系覆盖。该喷出岩与工作区东部的东非大裂谷活动有关。

岩脉(墙)分布较多的为石英脉(其中部分脉体有金矿化现象, 含金0.16× 10-6~0.30× 10-6)、(含电气石)花岗伟晶岩脉、细晶岩脉和辉绿玢岩墙。其中石英脉与新元古代后期的造山作用有关, 花岗伟晶岩脉和细晶岩脉与花岗岩体的侵入作用有关, 辉绿玢岩墙则与古近纪、新近纪喷出的基性火山岩有关。

沉积岩除大面积分布的第四纪风成砂、河漫滩沉积物外, 围绕片岩类的东南边断续分布有白垩纪含铁石英砂岩, 角度不整合于绿岩带之上, 经区域对比, 含铁石英砂岩形成与中非断裂带活动有关, 系白垩纪局部裂谷沉积的产物。

区内构造形式相对简单, 区内片岩片理方向基本为北东东向。由于地层和岩浆岩形成时间跨度大, 存在多个角度不整合面, 白垩纪含铁石英砂岩角度不整合接触于新元古代片岩之上, 古近纪、新近纪火山岩角度不整合接触于白垩纪含铁石英砂岩之上(图3)。

图3 苏丹79区块地质剖面图Fig.3 Geological Section-map of Block 79
1.新元古代绿片岩、绢云母石英片岩; 2.新元古代含碳绢云母石英片岩; 3.新元古代条带状磁铁(赤铁)石英岩; 4.二长花岗岩; 5.辉绿玢岩脉; 6.含电气石白云母花岗伟晶岩; 7.白垩纪含铁石英砂岩(CID铁矿); 8.古近纪、新近纪含橄榄石玄武岩; 9.第四纪风成砂及雨洪季冲积物

3 BIF型铁矿和CID型铁矿地质特征及其关联分析
3.1 BIF铁矿地质特征

条带状磁铁石英岩与绢云母石英片岩为互层产出, 该层总厚度在走向上有变化, 在6~22 m之间, 每处由3~8层不等的条带状磁铁石英岩组成, 条带状磁铁石英岩单层厚0.35~2.50 m。条带状磁铁石英岩矿物组成为:石英60%, 针铁矿37%, 磁铁矿3%, 石英呈它形粒状, 磁铁矿呈半自形— 它形粒状, 粒度0.04~0.4 mm, 大部分已氧化为针铁矿, 针铁矿呈半自形粒状, 磁铁矿与石英不均匀分布构成条带状构造(图4, 图5)。矿石含TFe 37.78%(表1)。

图4 BIF铁矿Fig.4 BIF iron ore

图5 BIF铁矿(镜下)Fig.5 BIF iron ore(microscopic)

表1 BIF型铁矿和CID型铁矿化学分析结果表 Table1 Chemical analysis results of BIF iron ores and CID iron ores

全球BIF含铁建造主要成矿期在太古宙— 古元古代, 至新元古代BIF含铁建造基本消失, 究其原因可能与古气候和环境的突然变化有关[7]。BIF

含铁建造根据沉积构造环境划分为Algoma和Superior两种类型[8, 9, 10], 两者在岩性组合及形成的构造环境上明显不同。Algoma型多形成于古太古代至中元古代, 形成于较深的海洋环境, 与海底火山热液活动密切相关, 几乎全部由条带状含铁建造组成, 在含铁建造中广泛分布火山岩, 特别是中基性火山岩, 形成于岛弧、弧后盆地或克拉通内部裂谷带构造环境; Superior型多形成于新太古代至古元古代, 形成于大陆架浅海环境, 与正常沉积的碳酸盐岩共生, 并伴生页岩、砾岩、燧石、角砾岩和泥质岩, 含极少量的火山岩, 以粒状含铁建造为主, 同时含有大量条带状含铁建造。

已有的报道表明苏丹的BIF仅发现于北方州, 产于古— 中元古代变沉积岩中, 含条带状铁矿变沉积岩组合大约厚100 m, 成矿带厚约20 m, 而在努比亚地盾新元古代地层中仅发现了火山热液裂隙充填型铁矿[11]。努比亚地盾由泛非运动在前期存在的Eburnian基底之上一系列岛弧逐渐增生形成的, 为一套火山沉积变质花岗绿岩地体, 起源于俯冲作用的岛弧环境[1]。苏丹79区块的BIF, 其形成的构造环境, 基性和酸性火山变质岩石组合, 以及仅存在条带状含铁建造类型的矿石, 初步说明其为Algoma型BIF铁矿。

3.2 CID型铁矿地质特征

CID铁矿总体上呈北东向带状展布, 角度不整合于基底绿片岩之上(图6)。由于第四系的覆盖, 走向上呈断续分布, 地表出露规模较大的有3处(图2), 其中出露面积最大的为中部和南部两处, 面积分别达6 km2和5 km2, 由于地表的剥蚀作用, 矿层厚0.5~10 m不等, 矿层可分为上、下两部分, 上部为高品位铁矿层, 下部为低品位铁矿层。

图6 CID铁矿层(深色)不整合于绿片岩(浅色)之上Fig.6 CID iron ore layer (dark) overlies green schist (light) in unconformity

上部矿层矿石矿物:石英55%, 针铁矿45%(图7), 矿石品位TFe 31.91%~39.33%(表1), 其中最北部出露的一处铁矿层含Au 0.21× 10-6, 含Mn 0.12%(图8), 该层厚0.5~9.7 m不等。石英呈次棱角状, 粒度存在两种类型, 一种为大小0.5~2.70 mm, 另一种为大小0.02~0.32 mm, 针铁矿以基质形式胶结石英颗粒, 矿层中局部见有交错层理, 具有沉积构造特征。

图7 CID型铁矿层上部高品位矿石镜下特征Fig.7 Microscopic features of high-grade ores overlying CID iron ore layer

图8 底砾岩Fig.8 Basal conglomerate

下部矿层矿石矿物:石英84%, 赤铁矿12%, 方解石2%, 长石2%, 电气石0.1%, 该层厚0.10~0.30 m, 局部含硅质砾石, 即底砾岩层(图8), 椭球状砾岩大小一般为2 cm× 3 cm, 少量达6 cm× 8 cm, 磨圆度良好。石英呈次圆状, 大小均一, 粒度一般为0.08~0.16 mm, 均匀分布; 胶结物为铁质, 赤铁矿呈红色尘土状, 充填于石英颗粒之间(图9)。下部矿层所含电气石, 可能来源于上游含电气石花岗伟晶岩脉或二长花岗岩体的剥蚀搬运。

图9 CID型铁矿层下部低品位矿石镜下特征Fig.9 Microscopic features of low-grade ores underlying CID iron ore layer

3.3 CID型铁矿控矿因素和成矿机理分析

从全球范围来看, 除了哈萨克斯坦曾报道发现CID型铁矿外[12], 其他所有CID型铁矿都产于西澳大利亚的皮尔巴拉地区, 而且皮尔巴拉地区的CID型铁矿比哈萨克斯坦的CID型铁矿规模要大, 品位也高。因此常将CID型铁矿称为皮尔巴拉地区一种独有的铁矿类型。CID型铁矿具有如下特点, 这些特点与矿床的成因密切相关[12, 13]:CID型铁矿产出的地质背景是地盾中的局部裂谷凹陷部位, 是以河道为边界的古河流沉积矿床, 目前发现的产出地稀少, 因此形成这种类型的矿床需要特殊的地质和地球化学条件, 如铁矿源层的存在, 有利的风化和保存条件, 特殊的气候条件等; CID型铁矿是原铁矿层经风化后再沉积的产物, 见不到残余的原岩石结构; 西澳的CID型铁矿石划分为似球粒、球粒、木化石和基质4部分; 西澳的CID型铁矿存在大量的保存完好的铁化木碎屑, 说明原位的碎屑交代作用强烈。

苏丹CID型铁矿未见报道, 但在局部发现的杂砂岩统称为“ 努比亚砂岩” [1], 主要矿物由石英、长石和黏土组成。通过对苏丹79区块中发现的BIF型铁矿、CID型铁矿及外围杂砂岩(位于工作区西南部, 与CID型铁矿处于同一条古河道上)的样品分析结果来看(表2), BIF型铁矿和CID型铁矿两者各元素和氧化物的含量十分接近; 而外围杂砂岩中的K2O、Na2O、Al2O3 、CaO、MgO和Ti含量是BIF型铁矿和CID型铁矿的数倍到数十倍; 相反, BIF型铁矿和CID型铁矿中Mn和P含量高出外围杂砂岩数倍到数十倍。说明BIF型铁矿和CID型铁矿具有相同的物质来源, 特别是磷和锰元素符合海底沉积来源的特征, 而杂砂岩中的钾、钠和钛元素则符合花岗岩风化剥蚀后再沉积的特征(图10)。

表2 BIF型铁矿、CID型铁矿和杂砂岩部分元素和氧化物分析结果 WB/% Table2 Partial element and oxide analysis results of BIF iron ores, CID iron ores and greywacke

图10 BIF型铁矿、CID型铁矿和外围杂砂岩部分元素和氧化物含量对比图Fig.10 Comparison partial element and oxide contents in BIF iron ores, CID iron ores and peripheral greywacke

从BIF型铁矿、CID型铁矿和外围杂砂岩地表分布来看, BIF型铁矿和CID型铁矿紧密伴随, 最大距离不超过20 km, 而外围杂砂岩的采样地点距离BIF型铁矿超过了50 km。同一条古河道中, 一些地段沉积物为杂砂岩, 另一些地段沉积物为含铁石英砂岩(CID型铁矿), 是因为沉积物的来源不同, 这种BIF型铁矿和CID型铁矿之间的空间紧密依存关系, 与西澳大利亚CID型铁矿的产出规律一致。CID型铁矿中的石英颗粒为自形— 半自形晶体, 磨圆度不高(图8, 图9), 说明沉积物在古河道中没有经过远距离的运移, 大部分沉积物是就近沉积或堆积的, 这与古河道为地盾局部裂谷凹陷形成的内流河性质有关。沉积物中均见不到残余的原岩结构, 则说明了原岩是经历了长时间地表风化淋滤作用后再沉积的, 风化淋滤作用与地盾长期暴露于地表有关。而西澳大利亚铁矿的研究表明, 地表风化淋滤作用则有利于Fe的二次富集[14]。

苏丹79区块发现的含铁石英砂岩与西澳大利亚的CID型铁矿相比, 既有相似的特征, 也存在自身的特点, 具体特点总结如下:同时产在古老地盾中年轻的裂谷凹陷部位; 均存在BIF型铁矿和CID型铁矿紧密相伴的特点; 同为古河流沉积矿床, 局部地段底部还发现有底砾岩; 努比亚地盾中的矿石类型仅存在基质型, 即针铁矿(赤铁矿)以基质形式胶结石英颗粒, 未见球粒型和木化石型; 均未见到残余的岩石结构; 矿层中局部均见有交错层理等沉积构造。

结合努比亚地盾构造史, CID型铁矿的成矿过程如下:新元古代BIF型铁矿由海底火山沉积形成, 后经隆升形成地盾, 同-后构造期伴随花岗岩体的侵位, 形成背斜或穹隆构造, 导致BIF型铁矿层更大面积的暴露于地表(79区块中BIF型铁矿就处于背斜或穹隆的北翼, 而CID型铁矿则处于背斜或穹隆的南翼, 即背斜南翼的CID型铁矿可能由南翼原BIF型铁矿转化而成, 见图2, 图3); 寒武纪— 侏罗纪地盾长期处于稳定状态中, 地表经过长时间的风化淋滤作用, 铁矿进一步富集, 形成BIF型铁矿的残积和堆积层; 白垩纪由于区域性大断裂— — 中非大断裂的频繁活动, 局部形成被动裂谷进而演变成古河道; BIF型铁矿的残积和堆积层在雨水或重力作用下迁移沉积于附近的古河道之中; 白垩纪晚期— 古近纪、新近纪早期, 沉积于古河道中的铁矿经过地表氧化暴露后被古近纪、新近纪玄武质火山岩覆盖; 古近纪、新近纪晚期至今又被剥蚀暴露于地表, 形成现在的模样。因此, 该铁矿兼有古风化壳型铁矿特征。苏丹79区块的含铁石英砂岩与西澳大利亚的CID型铁矿在大地构造背景和产出特征方面均具有相似性。

4 找矿意义讨论

CID型铁矿的成矿过程目前分歧较大, 通过对西澳大利亚CID型铁矿的研究, 主要观点有[13]:①CID型铁矿是河道中的碧玉铁质岩碎屑交代去硅化形成的; ②主要是化学沉淀形成的沼铁矿; ③由BIF风化形成的含铁碎屑堆积的结果[15]; ④沼泽中含铁沉积物和少量碎屑一起沉积; ⑤矿石中的似球粒是土壤成因, 球粒是似球粒和木化石蚀变的结果等[16, 17], 从努比亚地盾中产出的CID型铁矿来看, 并没有见到有机质, 也没有见到球粒状矿石, 支持了“ 由BIF风化形成的含铁碎屑堆积的结果” 这一观点。

苏丹努比亚地盾中存在的白垩纪杂砂岩, 由于经历了特殊的构造演化和气候条件, 在局部存在铁矿质来源的条件下, 有可能形成CID型铁矿。因此, 加强对努比亚地盾中白垩纪杂砂岩的调查研究, 有可能找到规模更大的CID型铁矿, 同时也有必要对苏丹现存的所谓“ 年轻的红土” 和“ 地表氧化铁帽” 重新进行调查甄别, 其中的一部分也可能是CID型铁矿。总之, 苏丹努比亚地盾中CID型铁矿的发现, 是全球继西澳大利亚和哈萨克斯坦外的又一发现地, 虽然目前发现的铁矿石品位不高, 矿石的选冶性尚不清, 但考虑到铁矿被古近纪、新近纪火山岩和第四纪风成砂覆盖, 矿体规模和矿石品位有待于进一步勘查验证, 为今后的工作提供了新的找矿和研究目标, 具有十分重要的找矿意义。

致谢:贵刊审稿专家和武汉地质调查中心陈开旭研究员为本文提供了宝贵的修改意见, 在此表示衷心的感谢!

The authors have declared that no competing interests exist.

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