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沉积变质型铁矿向斜(形)控矿模式的形成与实践

作者:管理员发布时间:2023-04-25浏览次数:点击 834 次

沉积变质型铁矿是指前震旦纪沉积的条带状含铁建造经区域变质作用改造形成的铁矿床。

该类铁矿是我国最重要的铁矿类型,其查明铁矿石资源量占全国铁矿资源总量的55%,我国11个特大型铁矿中8个是沉积变质型铁矿。沉积变质型铁矿主要为磁铁矿矿石,易采易选,是我国铁矿生产和供应的主体,是利用率最高、开采规模最大的铁矿类型,也是最具找矿潜力的铁矿类型。在所有铁矿类型中,沉积变质型铁矿的勘查、开发及资源潜力一直处于主导地位,中国如此,全球亦如此。

因此,沉积变质型铁矿的成矿理论、控矿规律、成矿预测技术等制约找矿突破的关键要素,一直备受地质工作者关注。我国沉积变质型铁矿向斜(形)构造控矿理论的创新、赋矿规律的认识,到地质物探综合找矿预测模型的建立、完善和广泛应用,经历了实践—认识—再实践—再认识循环往复的复杂过程,这一重大地质科技创新成果对我国铁矿资源量大幅增长起到了巨大的促进作用。

一、向斜(形)构造控矿的发现

沉积变质型铁矿所处的前震旦纪沉积变质地层,其岩石类型主要为片岩、片麻岩、磁铁石英岩,是没有时代信息的哑地层,也没有反映地层关系的标志层。加之上世纪五六十年我国前震旦变质基底地区区域地质调查工作程度极低,因此,对地层倾向大多近乎一致的古老变质岩,地质工作者普遍认为矿区构造为单斜构造,铁矿层之间的关系为上下关系,铁矿控矿构造为单斜构造。

但经过解放初期全国铁矿勘查大规模投入,发现了个别向斜构造控矿的案例:如山西尖山铁矿,通过地质填图,在地表圈出一个向斜和一个背斜,铁矿层分布于尖山向斜内,1959年通过钻探完整圈出向斜控制的铁矿体,并在向斜轴部发现233米的厚大铁矿层。经太原钢铁矿公司504队王浩铨、山西省冶金地质勘探公司李傅德、余中平等进一步工作,累计探获3.5亿吨的大型矿床。

又如北京密云沙厂铁矿,地表存在分布不连续的三条铁矿带,五十年代末北京地质局卢惠华等提交的《沙厂铁矿床地质勘探报告书》,根据地表铁矿层倾向不一致,否定了前人单斜构造观点,提出Ⅱ、Ⅲ矿带组成紧密褶皱构造控矿的认识,在Ⅱ、Ⅲ矿带之间的低缓磁异常验证为矿致异常的基础上,经系统钻探揭露,查明了区内的褶皱构造,铁矿层完整地展现出向斜(形)构造形态特征。使得该区新增铁矿资源量5000万吨。

上述两个矿区的勘查结果显示了向斜控矿的基本特点,尽管仅仅是个例,但为区域上进一步认识前震旦纪基底构造特征、总结沉积变质型铁矿的赋矿规律打开了一个新的窗口。

二、向斜(形)成矿模式的建立

1973年11月,首钢勘探队刘煦在“全国前寒武纪沉积变质铁矿地质科技协作会议”上发表了题为“河北省迁安铁矿地质特征”的论文,首次明确指出:“前震旦系的主要褶皱形式是以一系列复杂的线状紧密褶皱为主,而不是过去所认为的简单单斜构造”,并率先建立了水厂南山、北山向斜(形)构造模型及矿区、矿床褶皱构造模式。

1975年10月,刘煦主笔编制提交了《水厂铁矿床扩建地质勘探施工设计书》,先后由冶金地质会战指挥部一队和首钢勘探公司施工,1978年金世翔、刘振亚等提交了《首钢迁安铁矿区水厂铁矿床二期地质勘探总结报告》,基本证实了向斜(形)构造模型。

1982年11月,卢浩钊否定“三向两背”的认识,提出“统一大向斜(形)”(即复式向斜)模型,并在1983~1986年,首次对水厂南段姑子山矿体及磁异常进行验证,证明水厂铁矿存在上、中、下三层矿。其后,继续向北探索,证实统一大向斜(形)(即复式向斜)槽部存在厚大矿体。至此为本矿区“单斜-向斜(形)”构造认识变化的漫长过程划上了一个圆满的句号,该区累计探明铁矿石资源量9亿吨,成为翼东地区大型铁矿资源基地。

经过冶金地质老一辈的不断努力,从70年代初,北京密云沙厂铁矿和迁安水厂铁矿总结出向斜(形)构造控矿理论,到70年代后期,沉积变质型铁矿向斜(形)构造控矿模式已被地质界广泛接受并运用。同时磁法勘探由过去把沉积变质型铁矿简单归结为磁性板状体,呈单斜产出,转向研究向斜(形)产状铁矿磁异常特征及理论模型,打开了沉积变质铁矿磁异常推断解释的新局面,找矿效果明显,铁矿资源量大幅度增长。

三、向斜(形)成矿模式与综合找矿模型的完善

2000年以来,中国冶金地质总局王永基在起草《铁、锰、铬矿地质规范》(DZ/T0200-2002)期间,在系统梳理、综合分析我国沉积变质型铁矿的地质勘查及科研成果的基础上,进一步深化了向斜(形)成矿模式及成矿机理的认识,并首次系统总结了向斜(形)控矿地质物探综合找矿模型。

向斜(形)成矿模式的基本特征:在向斜(形)两翼浅部往往是多层薄铁矿体,产状较陡,深部特别是向斜(形)核部铁矿层数减少,厚度增大,品位增高,形成厚大富矿体。这是在区域高温高压、塑性变形的变质作用及混合岩化作用下,原岩发生变质分异,其中各类矿物重新结晶、重新组合,铁质矿物因与硅铝质矿物比重差异大而发生重力分异,并向向斜(形)槽部聚集的结果。

向斜(形)控矿地质物探综合找矿模型:将铁矿带作为标志层,将地表断续分布的铁矿体沿走向圈出铁矿带,再将相邻铁矿带连成褶皱;若两翼为高磁异常,中间是较宽大的低缓磁异常(或重力异常),则中间为向斜(形),即铁矿体主要赋存部位;若中间不存在异常,则为背斜(形)。该模型进一步明确了铁矿成矿预测的基本路径。

四、找矿模型的应用与拓展

冶金地质工作者在铁矿向斜(形)控矿理论及找矿模型的指导下,重新研究以往工作过的矿区或磁异常,在河北冀东地区、辽宁鞍本地区、山西五台-吕梁地区和内蒙古中部地区取得了丰硕的找矿成果,特别是全国富铁矿会战以来,铁矿勘查取得突破性进展,为中国形成了四大铁矿资源基地做出了历史性贡献。

河北冀东地区:迁安铁矿区针对柳河峪、水厂-姑子山、孟家沟、北屯、杏山-脑峪门、宫店子-白马山等地的单斜状矿体或环状磁异常进行验证,证实已知平行矿体深部相连,轴部矿体加厚;同时证实一些环状、半环状磁异常,往往与向斜(形)褶皱有关,并在其深部找到向斜(形)状厚大矿体。通过工作,累计探明铁矿资源量达46.5亿吨。特别是值得一提的是:近十年中国冶金地质总局一局胥燕辉、江飞等运用向斜(形)成矿模式及地质物探综合找矿模型,对冀东地区马城、长凝一带磁异常重新认识及勘查,新增铁矿资源量20亿吨,其中马城铁矿为特大型铁矿,铁矿资源量由原来的13亿吨增加到25亿吨。

辽宁鞍本地区:发现或扩大了东鞍山、西鞍山、齐大山、弓长岭、贾家堡子、南芬、西大背、祁家沟、本溪马儿岭和独木等一系列大型铁矿床,实现了铁矿资源量急剧增长,同时否定了“混合岩吃矿”的认识,至80年代末,全区累计探明沉积变质型铁矿资源量100多亿吨。

山西五台-吕梁地区:通过与尖山向斜对比,结合磁异常特征,在袁家村、狐姑山、武家梁、白峪里、山碰、赵村均揭露了向斜(形)构造控制的矿体,至此该区探明铁矿资源量33亿吨。

内蒙古中部:内蒙白云鄂博西矿,在1978年姚培慧主持的冶金部河北邯郸设计审查会上,与会专家否定了内蒙古地质勘探公司提交的白云鄂博西矿的勘查方案,认为矿区是一个向斜(形)构造,应按向斜(形)控矿模式重新设计。同年白云地区冶金地质会战指挥部组织了内蒙古冶金地质勘探公司,华北冶金地质勘探公司、第一冶金地质勘探公司等12个单位,根据新设计对西矿中段7、8、9、10号矿体进行勘探,探明铁矿资源量7.5亿吨,铌矿(五氧化二铌)116万吨。白云鄂博西矿是一个主动运用沉积变质型铁矿向斜(形)控矿模式进行勘查的矿床。通过工作,使白云鄂博成为世界上著名的特大型铁、稀土、铌矿床,也是中国最主要的铁矿原料基地。

大量的铁矿勘查实践表明,向斜(形)控矿是沉积变质型铁矿的普遍规律,对沉积变质型铁矿勘查具有广泛而普遍的指导意义。同时一些勘查实例显示,向斜(形)控矿找矿预测模型也适用于与沉积有关的火山沉积、海相火山喷发沉积等类型铁矿床,其成矿时代也不仅仅限于前震旦纪。如寒武纪—奥陶纪石碌铁矿、泥盆纪蒙库铁矿,都是按照向斜(形)构造控矿进行勘探,实现铁矿石资源量的巨量增长。向斜(形)控矿理论实践,推动了国内铁矿勘查取得一个又一个找矿突破。迄今为止,利用向斜(形)控矿模式勘查获得的铁矿资源量达二百亿吨。

沉积变质型铁矿向斜(形)控矿是冶金地质多年来不断探索、反复验证总结的成矿模式,是几代冶金地质人积累的宝贵经验。过去为新中国钢铁工业原料基地的建设和发展发挥了巨大的作用,未来在铁矿勘查中还将继续发挥重大的指导作用。

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