下司马铁矿与华北铁矿地质特征对比见表1。

表1

Tab.1

表1(Tab.1)

表1 下司马铁矿与华北典型铁矿地质特征对比 Tab.1 Geological characteristics comparison between Xiasima iron deposit and typical North China iron deposits 矿床名称 矿床类型 成矿时代/ Ga 构造 背景 赋矿 地层 赋矿围岩 变质程度 矿体 特征 矿石类型 矿石组构 矿石平均 品位/% 下司马铁矿 粒状铁 建造 1.80~1.25 浅海大陆架 亚东岩群 角闪片岩、云母片岩 高角闪岩相— 麻粒岩相 层状、透镜状 粒状磁铁矿、粒状磁黄铁矿 细粒结构, 片状或块状构造 62.73~89.91 宣龙铁矿[6] 沉积型 1.70 内陆盆地 长城系串岭沟组 石英砂岩、含铁砂岩、含砂质条带状页岩 低级区域变质作用 层状 鲕状赤铁矿矿石、肾状赤铁矿矿石 以它形粒状结构为主, 另有自形或半自形粒状结构, 鲕状、肾状和块状构造 赤铁矿43.92, 磁铁矿48.37 大栗子 铁矿[7, 8] 条带状铁建造(Superior型) 1.80~1.70 滨海— 浅海 老岭群大栗子组 千枚岩、砂岩和碳酸盐岩 低级区域变质作用 似层状或扁豆状 赤铁矿、磁铁矿、菱铁矿及混合型矿石 赤铁矿矿石具粒状、交代残余等结构, 环带状和块状构造; 菱铁矿矿石具粒状变晶结构, 块状、条纹状或结核状构造。 33.78~44.12 袁家村 铁矿[9, 10] 条带状铁建造(Superior型) 2.50 浅海大陆架 吕梁群袁家村组 绿泥片岩、镁铁闪石片岩、绢云母片岩等 绿片岩相— 低角闪岩相 层状或似层状 赤铁石英岩、磁铁石英岩 粒状变晶结构, 微条带— 中等条带状构造 33.24~36.60 司家营 铁矿[11] 条带状铁建造(Algoma型) 2.54~2.53 弧后盆地 滦县岩群 黑云变粒岩、斜长角闪岩 低角闪岩相 层状或似层状 磁铁石英岩、赤铁石英岩 贫矿为中细粒结构, 条带状构造; 富矿为中粗粒结构, 块状构造 30.08 弓长岭 铁矿[12, 13] 条带状铁建造(Algoma型) 2.70~2.50 岛弧 鞍山岩群茨沟组 斜长角闪岩、黑云变粒岩、片麻岩、大理岩 绿片岩相— 低角闪岩相 层状、似层状或扁豆状 磁铁石英岩、赤铁石英岩等 贫矿为条带状构造, 细粒结构; 富矿主要为块状构造, 细粒— 粗粒结构 37.66

表1 下司马铁矿与华北典型铁矿地质特征对比 Tab.1 Geological characteristics comparison between Xiasima iron deposit and typical North China iron deposits

亚东岩群是下司马铁矿的主要赋矿层位, 而在华北鞍本地区的鞍山岩群中产出有齐大山、大孤山、东鞍山、弓长岭、南芬、歪头山等一系列沉积变质型铁矿, 冀东的迁安岩群、滦县岩群也同样产出司家营、马城、水厂、石人沟、杏山等大型铁矿。亚东岩群上覆的聂拉木群(1.25~0.66 Ga)和下伏的印度库蒙的维克瑞塔群(1.80 Ga)的年龄将下司马铁矿的成矿年龄限定为1.80~1.25 Ga^[5], 接近于宣龙铁矿的成矿时代, 而鞍本、冀东矿集区含矿地层的形成时代主要为新太古代(表1)^[2]。

矿体产状通常与赋矿地层一致, 构造运动会对矿体的后期定位有较大影响, 如弓长岭铁矿的矿体多呈层状产出, 规模大、延深大的断裂和横向褶皱都是重要的富铁矿控矿构造^[14], 司家营铁矿的贫矿层内发育大规模富铁矿, 主要产自构造断裂交汇处附近热液蚀变强烈的位置^[11], 而断层错动可能导致下司马铁矿中段的矿体不连续, 使中段矿体的矿石品位升高。

下司马铁矿以粒状磁铁矿矿石为主, 不存在华北地区条带状铁建造(banded iron formation, BIF)中广泛发育的条带状磁铁石英岩, 矿石品位也普遍高于华北铁矿(表1)^[4]。按照赤铁矿的铁元素质量分数(70%)计算, 下司马铁矿中段的TFe矿石品位超过50%, 达到了富铁矿的工业品位。相较而言, 华北铁矿的品位较低, 仅宣龙铁矿的TFe平均品位为43.92%~48.37%, 多数沉积变质型铁矿的TFe平均品位约30%, 少数矿床发育一定规模的富铁矿, 如弓长岭铁矿和司家营铁矿的TFe品位分别为37.69%和30.08%^[14]。理论上与下司马铁矿同层位产出的沉积变质型铁矿具有相同的沉积环境和后期构造改造, 矿石品位整体较富。因此, 尽管目前西藏地区仅发现一处沉积变质型铁矿, 矿床规模较小, 但分布集中、矿石品位高等特点使得西藏地区沉积变质型铁矿的找矿工作有巨大潜力。

沉积变质型铁矿有BIF型(包括Algoma型、Superior型和Rapitan型)、粒状铁建造(granular iron formation, GIF)型等多个亚类, 不同亚类的成矿时代有一定差别^[15]。Algoma型铁矿主要在太古宙成矿, 如弓长岭铁矿和司家营铁矿; Superior型铁矿的成矿时代集中于古元古代, 如辽东翁泉沟硼铁矿和吉南大栗子铁矿。中元古代形成的铁矿成矿作用较为复杂, 如下司马铁矿和白云鄂博Fe-Nb-REE矿床, 在成矿后期都受到了强烈的改造作用^[11]。

下司马铁矿属于GIF型铁矿, 矿石以粒状磁铁矿为主, 形成于浅部动荡水体, 而华北的BIF型铁矿中的条带状矿石通常沉积于稳定水体。新太古代是BIF型铁矿的成矿高峰期^[12], 成矿作用一直持续到古元古代, 而中元古代的海洋氧化还原状态发生变化, 海水中的Fe²⁺亏损, 没有大型BIF型铁矿成矿的水体条件, 仅出现一些小型的矿床, 如祁连山西段的镜铁山铁矿和燕辽裂谷带内下马岭组的富菱铁建造^{[17, 18]}。下司马铁矿的成矿时代为中元古代, 对应于全球GIF型铁矿的成矿时代^{[15, 19, 20]}。

通过华北铁矿的稀土元素平均值数据^{[11, 21, 22, 23, 24]}投图(图4), BIF型铁矿整体呈现轻稀土元素相对亏损, 重稀土元素相对富集的特征, 其中宣龙铁矿和嵩山铁矿的LREE和HREE分异较弱, 指示太古宙— 元古宙的海洋具有动态变化的氧化还原条件^[21]。华北BIF型铁矿的正Eu异常和正Y异常明显, Y/Ho值为32.43~32.75, 介于现代海水值(> 44)和球粒陨石值(26~28)之间, 表明海水和高温热液参与了成矿过程。沉积型和GIF型铁矿的Eu仅表现出微弱的正异常, 无明显正Y异常, Y/Ho值为23.70~25.03, 更接近上地壳和陆源沉积物, 受海水和高温热液影响较弱。在Pr-Ce判别图解(图4)中, 华北的沉积变质型铁矿和沉积型铁矿均不存在显著的负Ce异常, 指示这些铁矿都形成于低氧或缺氧的海相环境。

图4

Fig.4

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	图4 华北典型铁矿REE配分模式(左)与Pr-Ce判别图解(右)[11, 21, 22, 23, 24] 注: PAAS为澳大利亚后太古宙页岩标准化。Fig.4 REE distribution pattern (left) and Pr-Ce discrimination diagram (right) of typical iron deposits in North China[11, 21, 22, 23, 24]

GIF型铁矿作为BIF型铁矿与沉积型铁矿之间的过渡类型, 成因也介于两者之间^[15]。在中元古代, 部分盆地复苏的火山活动和风化的陆源物质共同为水体提供了Fe²⁺, Fe²⁺在浅海被氧化成Fe³⁺, 沉淀于相对动荡的浅海大陆架上, 加之硅酸盐含量低, 因此没有形成硅质脉石和条带状构造的矿石(图5)。但大陆架之下的大陆坡和海盆中常发育BIF型铁矿, 如北美的苏必利尔克拉、加拿大的环昂加瓦湖和澳大利亚西部的纳贝鲁盆地^[25], 指示藏南前震旦系的深部可能有发育BIF型铁矿的潜力。

图5

Fig.5

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	图5 沉积变质型铁矿成矿模式Fig.5 Metallogenic pattern of sedimentary metamorphic iron deposits

结合华北BIF型铁矿中富铁矿的研究成果, 本文认为有3个因素可能显著提高了下司马铁矿的矿石品位: ①原始沉积作用^[11], 矿体围岩主要是角闪片岩, 表明成矿过程中受到了一定规模的基性火山活动影响, 同时带来大量铁质, 使原始沉积的矿石品位更高, 如司家营铁矿就有原始沉积型富铁矿发育^[11]; ②去硅富铁^{[27, 28]}和铁质活化— 再沉淀^[29]机制, 即在喜马拉雅推覆构造的诱导下, 局部热点引发中酸性岩浆活动, 岩浆期之后的挥发性组分沿构造裂隙上升, 在含铁岩层中发生交代置换, 当氧逸度和pH值增大时, 高温碱性的热液将Si、Al淋滤出来, 留下铁质, 使岩层中的铁质进一步聚集, 形成富铁矿; ③下司马铁矿的变质程度达到高角闪岩相— 麻粒岩相, 强烈的区域变质作用可能使岩石发生脱水反应, 形成变质热液, 淋滤矿石中的脉石矿物, 致使铁矿进一步富集^{[24, 30]}。

沉积变质型铁矿主要赋存于前震旦系, 但不同于稳定的克拉通大陆, 西藏的高喜马拉雅成矿亚带是由陆块多次拼合而成, 前震旦系仅在藏南分布有聂拉木岩群和亚东岩群, 因此该类铁矿可能主要分布于西藏高喜马拉雅成矿亚带的南缘。本文认为下司马铁矿为浅海大陆架沉积的GIF型铁矿, 深部古大陆坡与海盆环境中可能发育有BIF型铁矿, 由于前震旦系被后期巨厚的沉积建造覆盖, 加大了找矿勘查的难度, 但仍有一定找矿潜力。例如: 在山南地区分布厚229.2 m的聂拉木岩群江东组, 由石英片岩、黑云母透辉二长变粒岩、斜长角闪岩夹磁铁矿透镜体等组成, 极有可能是铁建造的赋存层位。此外, 本文统计了高喜马拉雅成矿亚带聂拉木岩群和亚东岩群已开展区域调查的多处矿化点(表2), 均为沉积变质型铁矿, 未来可进一步开展综合普查评价。

表2

Tab.2

表2(Tab.2)

表2 西藏前震旦系铁矿矿化情况[4, 5] Tab.2 Iron mineralization in the Presinian system in Tibet[4, 5] 名称 产地 备注 塔村磁铁矿矿化点 聂拉木县塔村南1 km 民采 聂拉木县磁铁矿矿化点 聂拉木县城北1 km TFe含量52% 章东磁铁矿矿化点 聂拉木县章东南 TFe含量24% 亚东县阿桑桥磁铁矿矿化点 亚东县阿桑桥西 TFe含量48.78%, SFe含量46.64%

表2 西藏前震旦系铁矿矿化情况[4, 5] Tab.2 Iron mineralization in the Presinian system in Tibet[4, 5]

参考华北铁矿的勘查经验, 西藏的前震旦系应作为找矿的目标层位, 其中角闪片岩层更容易实现找矿突破。此外, 应该注意高喜马拉雅成矿亚带南缘的前震旦系中发育古风化壳型铁矿的位置, 铁建造出露地表后经风化作用, SiO₂被淋滤后带出风化壳, 铁质残留富集下来, 形成富铁的古风化壳矿床, 如澳大利亚哈默斯利成矿省、美国上湖矿集区, 巴西米纳斯吉拉斯成矿省^[31], 这类矿床不仅矿石品位高, 而且易采、易选。

西藏沉积变质型铁矿的矿石品位较高, 因此密度和磁性较高, 重磁异常显著, 但应注意围岩的基性组分干扰。GIF型铁矿的矿体深部可能有以赤铁矿为主的Superior型铁矿, 由于赤铁矿只有弱磁性, 深部找矿应该将重力异常作为主要指标, 弱磁异常区域若叠加高重力异常则找矿潜力巨大, 如司家营铁矿南区的西侧有较大重力异常, 但缺少相对应的地磁异常, 后续的钻探工作却找到了厚大的富矿体^[11]。

沉积变质型铁矿在成矿后期经历了强烈的构造运动, 这会影响矿体的最终定位, 辨别断裂性质、识别褶皱类型有助于推断矿体位置和寻找富矿, 如司家营铁矿向斜构造的复合部位矿体保存完整、矿石品位高, 区域上原有的矿体由于受司家营— 马城— 长凝倒转向形控制转变为单斜控矿^[32]; 白云鄂博铁矿的主矿和东矿之间受近EW向的逆— 平移断层控制向南移动, 打破了原有的主矿和东矿深部不相连的认识, 并且实现了找矿突破^[33]; 迁安铁矿的成矿区在向形聚敛构造之下发现了第三铁矿层。如果下司马的矿体中段存在NE向切割矿体的断层, 有可能成为下司马铁矿找到富矿的突破口。