Question

模型三 玢岩型铁矿床找矿模型

Answer 1

一、概 述

玢岩型铁矿是产在富钠质的辉石玄武安山玢岩 － 辉长闪长玢岩和闪长玢岩内或接触带中的铁矿床。典型矿床产于中国南京—芜湖地区的中生代陆相火山岩断陷盆地中，同偏碱性的玄武安山质岩浆的火成侵入活动有密切关系。玢岩铁矿成矿型式划分如表 1 所示。

表 1 玢岩型铁矿成矿型式划分

玢岩型铁矿床或成矿作用的核心理论是: 以中国宁芜铁矿为典型代表，其成矿作用的全过程与火山活动、火山作用全过程相关联，强调矿床的形成是火山活动过程中不同时期、不同阶段的产物; 矿床在空间上的定位与产出是以某一火山机构为中心，成群、配套出现。

玢岩型铁矿床的成矿理论，其内涵覆盖了宁芜、庐枞地区所有铁矿。因为宁芜、庐枞两盆地的成矿地质背景、火山活动时间，矿床特征都很相同。只要是与斑岩 ( 玢岩) 有关的铁矿，都可称玢岩型铁矿。

二、地 质 特 征

1. 构造背景

中国宁芜地区大地构造位于环太平洋外带，属扬子准地台下扬子台坳沿江拱断褶带的 NE 端，为NNE 向狭长形中生代断陷盆地，面积约 1600km2。盆地基底在原构造形变的基础上，从晚侏罗世到早白垩世经历了多旋回的火山、岩浆活动，使得其构造更加复杂多变，为成矿提供了得天独厚的条件。背斜和断裂为岩浆活动提供场所，两组断裂交会处控制了岩浆喷发中心和大中型铁矿的分布。

2. 地层

区域地层可分为两个基本岩系，即基底地层岩系和火山岩层系，两者为不整合接触。基底层系由三叠系和下、中侏罗统组成; 火山岩层系由上侏罗统至下、上白垩统火山岩组成。各岩系岩性详见表2。

表 2 中国宁芜区域地层

三叠系中统黄马青组下段和周冲村组 ( 庐枞地区为东马鞍山组) 是白象山式铁矿的赋存层位。但由东向西从白象山—龙山—杨庄—年陡赋矿层位有逐渐加深的趋势 ( 图 1) 。这是由岩体侵位高低所决定的，说明黄马青组下段与周冲村组 ( 东马鞍山组) 都是白象山式铁矿成矿的有利围岩。

黄马青组中上段 Fe 含量为 6% ～8%，下段为 3% ～4%，部分铁质可能经叠加改造成为铁矿体。

3. 构造

( 1) 褶皱构造

区域褶皱构造形成于印支晚期—燕山早期。凤凰山 － 姑山复背斜是区域褶皱构造的主体，其西毗邻宁芜复向斜。复背斜又由多个短轴复背斜组成，如凤凰山、曾庄 － 藏汉及钟姑背斜 ( 图 2 和图 3)等，是成矿的有利构造。各背斜中次级褶皱发育。由于受北西断裂破坏及第四系覆盖的影响，褶皱多出露不完整，或完全隐伏，后者是今后找矿的有利地段。褶皱整体方向为 25° ～40°。

( 2) 断裂构造

宁芜盆地断裂构造十分发育，主要为燕山晚期所继承的一系列纵向、横向和斜交断裂。两组断裂互相切割，具有规模大、切割深的特点，并组成 “菱形断块、格状格局”的断裂格架。由于多次的继承与发展，断块间的水平与垂直位移差异甚大。总体呈南北高、中间低、东高西低的趋势，中部与南、北落差达 600 ～700m，西部与东部落差达 800m 以上。因此，南、北白象山式矿床相对发育，中部多集中大型的凹山式铁矿。这是构造控岩控矿非常明显的特征。

图 1 中国宁芜地区钟姑铁矿田三叠系赋矿层位对比柱状图J1 － 2xn—象山 群; T3f—范 家 塘 组; T2h3—黄马青组上段页岩、砂页岩; T2h2—黄马青组中段紫红色含泥灰岩、砾岩、砂页岩; T2h1—黄马青组下段泥灰岩、砂页岩; T2z—周冲村组白云质泥灰岩和石膏层; δ—闪长岩; 黑色矩形为铁矿层

图 2 中国宁芜地区构造略图1—上白垩统—新近系; 2—上侏罗统—下白垩统; 3—中三叠统—侏罗系; 4—灰 岩; 5—闪长玢 岩; 6—向 斜; 7—背 斜;8—基底断裂; 9—长江挤压破碎带; 10—铁矿床; 11—航磁异常向上延拓 500m ΔT 等值线

( 3) 遥感特征

遥感影像呈明显环状构造特征。有多处连环和环套环图像，如凹山、钟姑、梅山地区。这种遥感图像特征可直接解释为火山机构和矿床成带成群的特征，可作为间接找矿的标志; 如用以配合磁重异常，可作为直接找矿标志。其次，环状、放射状图像也有多处反映，显示了火山岩地区特有的遥感特征。

( 4) 火山构造

宁芜地区的火山机构，由于后期的破坏和第四系覆盖，大多发育不完整，多为破火山口。较为完整的只有娘娘山。姑山、凹山、梅山等破火山口，其火山锥体仍大致存在; 姑山、凹山等环状、放射状裂隙系统仍保留较好; 火山管道大多已被岩体及矿体充填。因此，火山中心及其环状、放射状裂隙系统是很好的容浆、容矿构造，并以此为中心形成矿床的 “成群、配套、三层楼”产出特征。

4. 岩浆岩

本区岩浆岩均为燕山晚期晚侏罗世 － 早白垩世产物。中生代是岩浆活动的活跃期，至少经历了 4期喷发 － 侵入活动。根据相对应的岩石化学成分相同或相近推测，岩浆岩均为同一岩浆源、同一活动时期形成的不同阶段的一套岩浆杂岩，它们与内生矿床直接有关。

( 1) 火山岩

区内中生代火山岩浆多次喷发，活动十分激烈。晚侏罗世末随燕山运动早期活动的加剧，出现了第一次大规模的中性—中碱性岩浆喷发，形成了 “龙王山组”粗安质岩系地层 ( 龙王山旋回) ，年龄为 137 ～127Ma; 其后经过短暂的相对稳定时期，又开始了第二次大规模的中性-碱性岩浆喷发活动，形成早白垩世 “大王山组”安山岩、粗安岩系列地层 ( 大王山旋回) ，年龄在 125 ～115Ma 之间; 之后，继承性喷发活动有所减弱，只在局部 ( 盆地中南部) 地区发生了规模较小的第三次喷发 ( 姑山旋回) ，年龄在 105 ～95Ma 之间; 其后火山活动接近收尾，仅在盆地中部娘娘山地区发生了第四次喷发，组成了碱性粗面岩 － 响岩的 “娘娘山旋回”，年龄在 93 ～83Ma 之间。

图 3 中国宁芜地区钟姑铁矿田基岩地质图

( 2) 侵入岩

从航磁资料逐层上延和最近的 CR 法、CSAMT 剖面测量的结果推测，宁芜地区深部存在一个巨大的中 － 基性闪长岩类侵入体 ( 岩浆房) ，其中心位置位于江苏陆郎镇一带，向上中心逐渐位移到霍里南，并分离出霍里、钟姑、芜湖北三大岩体。目前最深钻孔 1400m 仍未打穿闪长岩，推测霍里—马鞍山地区岩体源深约 3. 4km。岩浆房的岩浆源又沿着构造薄弱地区侵入和喷发，局部沿岩溶地层贯入，形成了 “岩床”。浅部形成岩浆带和与之相对应的线性局部磁异常带 ( 群) 。岩床之上常呈岩枝、岩墙、岩瘤产出，与矿化关系密切。与 4 次火山喷发相对应的岩浆侵入活动至少有 4 期。第一期在龙王山旋回晚期，主要为中基性的辉石闪长岩类，与铁矿关系密切; 第二期在大王山旋回晚期阶段，主要为中性—中偏酸性的闪长岩类，分布较广，是宁芜地区主成矿期; 第三期在姑山旋回末，主要为中酸性—酸性的石英闪长岩 － 花岗岩类，与铁矿成矿无关系，但与铜、金矿关系较密切; 第四期在娘娘山旋回之后，为酸性—碱性岩类的霞石正长岩，与金铜成矿有一定的关系。其后多为脉岩产出。

根据 12 个含矿岩体分析，平均 SiO2含量为 56. 67%，Na2O + K2O 为 6. 33% ，且 Na2O∶ K2O ＞ 2，FeO 3% ～ 4% ; 石英一般 ＜ 5% ，角闪石辉石 3% ～ 7% ，副矿物为 1% ± ，与中国闪长岩、戴里闪长岩接近，唯碱质偏高，铁、硅偏低。

将 12 个含矿岩体与第一、第二旋回火山岩进行对比，结果见表 3。

表 3 中国宁芜火成岩岩石碱钙指数、组合指数对比

注: 组合指数 ＞3. 3 为碱性系列， ＜3. 3 为钙性系列; 钙碱指数 ＞56 为钙性系列， ＜56 为碱性系列。

表 3 表明闪长岩与火山岩的钙碱指数与组合指数十分相近，说明它们是同源同根的产物，原始岩浆属碱钙性玄武岩浆系列并向钙碱系列过渡。

藏汉背斜寺山岩体为石英闪长岩，SiO2高达 67%，Na2O + K2O ＜ 2% ，Na2O∶ K2O ＜ 2，FeO 高达6% ～ 8% ，初步认为是不含矿 ( Fe) 岩体。所以宁芜地区大王山旋回之后，铁矿成矿几率很小。阳湖塘基性辉长岩地表正负磁异常明显、规则，经验证磁异常是由岩体引起，说明基性岩也不利成矿。

5. 矿床特征

玢岩铁矿主要特征有:

1) 以某一火山机构为中心 “成群”、“配套” 出现，并呈现带状展布。

2) 矿床定位受火山中心、两组断裂和交汇处岩体凹凸部位等构造控制。

3) 大中型矿床均有明显的蚀变分带，一般矿体上部及围岩均有钠化、高岭土化、黄铁矿化、硅化组成的浅色蚀变带，矿体 ( 带) 有由磁铁矿化、透辉石化、阳起石化、金云母化、磷灰石化组成的深色蚀变带; 隐伏矿床 ( 白象山式) 往往是上部角岩化、钠化、高岭土化、硅化组成的浅色蚀变带，中部为深色蚀变矿化带，下部 ( 岩体) 为钠化、高岭土化浅色蚀变带，常出现钠柱石、方柱石岩。深色蚀变带中的透辉石、阳起石常被磁铁矿交代，形成菊花状、树枝状、骨架状矿石，若交代了泥灰岩则为层纹状矿石，甚为普遍。

4) 大中型矿床一般都有明显的磁、重高同现，正负异常明显。

典型矿床的控矿因素、矿体形态产状、围岩蚀变、矿石结构构造、矿床成因与特征见表 4。

表 4 玢岩铁矿典型矿床特征

6. 包裹体及同位素特征

( 1) 包裹体

宁芜蚀变安山岩、块状磁铁矿、浸染状磁铁矿、蚀变闪长玢岩，其包裹体大致相同，以气体包裹体、液体包裹体为主; 前者气液比为 70% ～100%，后者为 10% ～40%。含子矿物多相包裹体、玻璃包裹体仅占少数。包裹体形状多为椭圆状，管状、长条状、六边形、不规则状也常见。包裹体特征也佐证了宁芜火山岩、浅成侵入体磁铁矿是同源不同阶段的产物。

根据各矿床磁铁矿包裹体测温 ( 均一法) ，宁芜铁矿主成矿期的温度范围较大，即为 240 ～600℃ 。值得一提的是梅山、姑山的玻璃包裹体温度为 1000℃ ，部分气体包裹体在 900℃ 时不爆 ( 均一法、淬火法) ，这与矿浆成矿理论相符。

( 2) 同位素

Rb － Sr 法和 K － Ar 法数据 表 明，宁芜 铁 矿成矿是 多 期 的，但 最 早 不 超 过 137Ma，最 晚 不 低于 93Ma。

据同位素年龄推测: 龙王山旋回在137 ～127 Ma，大王山旋回在125 ～115 Ma，姑山旋回在105 ～95 Ma，娘娘山旋回在 93 ～ 83 Ma。

三、矿床成因和找矿标志

1. 矿床成因

玢岩铁矿从岩浆期、伟晶期、气成高温期，直至中低温热液期均有成矿，但主成矿期在气成高温—中低温热液阶段。

在岩浆的演化中，对铁质的形成与析出起决定性作用的是 K、Na、Si、Ca。在岩浆演化中 K、Na和 Ca 是互相排斥的，是有序变化，而 K、Na、Ca 对 Si 的变化关系一般是无序的。所以岩浆演化的各阶段，K、Na 对 Ca 的变化 ( 有序) ，K、Na、Ca 对 Si 的变化 ( 无序) 就形成一个共同组合指数点，这个指数点就是铁质形成和析出的最佳时期。因此，从理论上讲，岩浆演化过程中，由于 K、Na、Ca、Si 有序和无序的变化，都有铁质析出的可能。K、Na 在整个演化过程中都存在，只不过是长石的牌号不同而已。

凹山、姑山及梅山铁矿岩体中出现的伟晶 － 粗粒磁铁矿脉，可能是岩浆 ( 矿浆) － 伟晶期的产物，个别成矿温度高达 800℃以上。

宁芜研究项目编写小组 ( 1978) 提出了玢岩铁矿的三部八式成矿模式: ①产于火山岩中的铁矿床，包括火山沉积成因的龙旗山式、火山沉积成因经后期热液改造形成的竹园山式、火山岩中中低温热液充填成因的龙虎山式; ②产于次火山岩体 ( 辉石玄武安山玢岩 － 辉长闪长玢岩) 及其附近火山岩层中的铁矿床，包括高温气液交代 － 充填成因及矿浆充填成因的梅山式、脉状伟晶高温气液交代 －充填成因的凹山式、浸染状晚期岩浆到高温气液交代成因的陶村式; ③产于次火山岩体 ( 辉长闪长岩 － 辉长闪长玢岩) 与前火山岩系沉积岩接触带中的铁矿床，包括中 － 高温气液交代 － 充填成因的凤凰山式、高温矿浆充填成因的姑山式。图 4 示出了玢岩铁矿的理想模式图。

2. 找矿标志

( 1) 地质找矿标志

1) 地层标志: 黄马青组下段褪色、角岩化、硅化、钠化，钙质结核被铁质交代，往往是近矿的标志; 周冲村组出现角砾化，伴有透辉石化、阳起石化、磷灰石化、金云母化、黄铁矿化、磁铁矿化，是直接找矿的标志。

2) 侵入体标志: 浅成超浅成辉石闪长玢岩、闪长玢岩、安山玢岩等中偏基性—中性岩体是成矿母岩。特征是富钠、低铁、低硅。化学成分中定量指标是 SiO2＜ 58% ，Na2O + K2O ＞ 2% ，Na2O:K2O ＞ 2，富 V、Ti。中长石占 80% ～ 90% ，多有双晶和细而密的环带结构。

图 4 玢岩铁矿理想模式图( 引自宁芜研究项目编写小组，1978)

3) 地质构造标志: 短轴背斜，两组断裂交汇处。岩体隆、洼部位，层间界面，火山中心，接触带及内外带是控制大中型矿床的重要构造因素，也是找矿的间接标志。

4) 蚀变标志: 岩体的浅色蚀变中的深色蚀变、铁碧玉化、钠化、硅化、高岭土化是找矿的间接标志; 透辉石化、透闪石化、阳起石化、磷灰石化、金云母化、黄铁矿化是找矿的直接标志。

5) 玢岩铁矿空间分布规律

钟姑地区 800m 以深到 1500m 以浅为一巨大的岩床。800m 以上逐渐以岩瘤、岩枝、岩墙等形式贯入背斜轴部和断裂带中，形成手指状。白象山式矿床就产于手指间和凹兜间，深度从 300m 至1800m 不等。从南到北、从东到西矿化深度增加。岩床的底部有若干个管道与岩浆房相通，其余为下接触带，有望形成宁芜地区的第二成矿空间 ( 图 5) 。

( 2) 地球物理找矿标志

宁芜地区物探的重磁异常是重要的找矿标志，磁异常对寻找磁铁矿有极好的指示作用，重磁配合，区分矿与非矿效果更佳。

A. 直接地球物理找矿标志

1) 宁芜地区铁矿，多数是有磁性的铁矿，完全无磁性的甚少，因此铁矿床都有磁异常反应。磁异常形态规则，有一定的强度，其幅值大小不等，随着矿体埋深而变化，这种铁矿多为白象山式( 图 6) ; 磁异常形态复杂，正负异常相同，剖面异常成锯齿状，其幅值较大，有达数千至近万纳特，具这种异常的铁矿多为姑山式铁矿 ( 图 7) 。

2) 多数已知的铁矿床和与之有关的黄铁矿矿床一般均位于有区域磁异常存在的重力高边缘梯度带与局部磁 ( 重) 异常带上，不同类型的铁矿，普遍具有重磁异常同现或重合现象。

3) 面积较大的重力异常边部的膨胀扭曲部位，往往是赋矿的体现，若有磁异常与其伴生，则异常由矿体引起的可能性更大。

4) 磁异常的形状参数 n ＜ 1，则异常系岩体引起; n≥1，则异常系矿体引起。

5) 异常体的电导率 J ＞ 10A / m 时，则异常是铁矿引起的可能性更大。

6) 垂直断面上的磁异常，等值线收敛与发散奇点的多少，可以用来区分矿与非矿，曲线收敛且奇点多于 1 个，则异常多为矿体引起，反之为非矿异常。垂直梯度的变化 δE/δZ ＞6nT/m，则异常有可能是矿体引起。

7) 通过计算 lgJΔEmax的线性回归关系来区别矿与非矿，lgJ 是电导率 J 的对数，ΔEmax是电导率异常的极大值，其线性回归关系经验公式为: Y = a + bX = －2. 9 +1. 4X ( 式中，a 是斜线的截距; b 是斜率; Y 是第 X 个样本的 lgJΔEmax值，其多对应于 Y 的总体平均数的估量) 。当 X ＞4. 9，Y ＞4，J ＞10A / m 时，属强磁，由磁铁矿、假像赤铁矿引起; 当 3. 6 ＜ X ＜ 4. 2，2 ＞ Y ＞ 3，0. 1A / m ＜ J ＜ 1A / m时，属弱磁，由近矿围岩或火山岩引起; 当 X ＜ 3. 6，Y ＜ 2，J ＜ 0. 1A/m 时，由微弱或无磁沉积岩引起。

图 5 玢岩铁矿找矿模型图①龙旗山式; ②凹山式; ③姑山式; ④白象山式; ⑤梅山式

图 6 中国宁芜白象山铁矿床 5 线磁异常剖面图

图 7 中国宁芜姑山式铁矿床 0 线重磁异常剖面图

8) 重力归一化总梯度，其最大值大于 3. 06 时，异常多为矿体引起，而正梯度异常中心对应着矿体的重心位置，半极值的宽度对应着矿体水平方向的延伸。

9) 视磁化强度异常，若强度相当高，则多是磁性铁矿引起。

10) 电测深异常，矿体对应的是低阻，高阻与低阻间出现的梯度带异常，对应的往往是接触带与矿体。

B. 间接地球物理找矿标志

1) 重力高与重力低之间，平面上出现明显的梯度带，而且有一定的延伸，则反映的往往是断裂带或接触带。

2) 磁异常呈线状或串珠状分布，或者地磁航磁成线状的负异常，可以推测有断裂带存在。

3) 磁异常沿走向明显错位，错位往往是横向断裂的反映。

4) 有一定走向长度的重力高异常，往往对应着正向构造单元，如背斜或岩体隆起等，重力低对应着负向构造单元，如向斜凹陷等。

5) 频率测深等值线成直立或倾斜的线状分布，则异常往往是断层引起。

6) 线状磁异常产生原因，是断层中侵入的磁性岩体引起，孤立的磁异常中间梯度缓，边部梯度陡，并有一定强度的视磁化强度异常，则异常是岩体引起。

7) 磁异常大范围内较乱，异常有正有负，其场值高低不等，作上延数字处理后异常消失，则异常为火山岩引起; 若异常不消失，而其形状变规则，梯度变得圆滑，则异常为岩体引起。

8) 在一个大而低缓的磁异常边部，有成环状分布、走向变化的局部异常，对应的是岩体与围岩的接触带。

9) 环状、连环或环套环的遥感影像可指示出火山机构和成带成群的矿床。

( 3) 地球化学找矿标志

宁芜地区地球化学面上工作对找铁矿意义不大，所以没有系统做化探工作，仅在马鞍山东部丹博地区作过零星 1∶ 1 万岩石化探，局部有 Cu、Au 异常显示。

( 4) 主要勘查方法

首先通过 1∶ 1 万 ～1∶ 2000 的地质测量，全面、系统查清区内的地层、构造、岩浆岩的分布和特征，它们之间的关系，以及与成矿的关系，并通过地层学、岩石学、矿床学、矿物学、构造学等进而了解其成矿条件和矿化特征，评估找矿远景，为进一步工作提供科学依据。

在航测基础上，开展 1∶ 1 万 ～1∶ 5000 的高精度磁测扫面，确定异常形态与分布范围，为探矿工程布置提供依据。配合同比例尺磁测的重力测量，重磁同步，为进一步工作提供充分的科学依据。如工作区构造复杂、矿体埋藏较深，应做电、磁剖面测量、测深等工作。三分量磁电测井，是发现深部旁侧异常和矿体的有效方法。特别是物探异常验证钻孔，最好每孔都进行此项工作。加强深部找矿的综合技术方法的研究，包括地震、CR 法、激电测深等技术。

钻探是寻找隐伏矿体、查明矿体形态、产状的主要手段，也是验证各种异常的重要方法。随着新一轮和深部找矿的深入，钻探技术不断更新改进，钻探愈加显得重要。宁芜地区覆盖面大，要打开局面取得新的突破，没有钻探是绝对不可能的。

( 赵云佳 高道明 洪东良)