深度分析澳洲资源量最大的皮尔巴拉地区矿床
【皮尔巴拉地区的铁矿石】澳大利亚作为世界上铁矿石资源最为丰富的国家之一，所有的州都有铁矿床产出，但 90% 的铁矿石资源量和产量都来自西澳洲皮尔巴拉克拉通 ( Pilbara craton) 的哈默斯利省( Hamersley Province) ，澳大利亚资源量超过10亿吨的18处铁矿均产在这里，这里也是世界上主要铁矿区域之一 ( Jaques et al．，2002; JairethandHuleatt，2010) ，其铁矿石资源总量估计有 400 亿吨( Morris and Kneeshaw，2011) 。近年来在西澳伊尔岗克拉通( YilagarnCraton) 也发现了一些铁矿床，但是规模和品位都不及皮尔巴拉地区的铁矿。
皮尔巴拉地区的铁矿以赤铁矿为主，磁铁矿很少。相比较而言，伊尔岗克拉通上铁矿石的磁铁矿含量较高，被认为是与更高级的区域变质作用有关( Morris and Kneeshaw，2011) 。
【三种矿床类型】皮尔巴拉地区的铁矿有三种类型，分别是: ①赋存在条带状含铁建造 ( Banded Iron Formation，BIF) 中的层状铁矿床( bedded iron deposit，BID) ，矿石中的矿物主要为赤铁矿和赤铁矿—针铁矿; ②产在古河道中的河道型铁矿床( channel iron deposit，CID) ，矿石中的矿物主要为针铁矿—赤铁矿，③主要由 BID 受侵蚀崩塌或冲积形成的碎屑型铁矿床( detrital iron deposit，DID) ，量少，矿石中的矿物主要为赤铁矿—针铁矿 ( Ｒamanaidou et al．，2003;Morris and Ｒamanaidou，2007) 。
BID 型铁矿通常品位高，规模大，是本区最为重要的矿床类型，其矿床成因尚存在争论，主要有三种观点，分别是表生—变质模式、同造山的热液模式和深成—表生模式。
CID 型铁矿由于其规模较大和容易开采，因此在西澳的铁矿石开采中占有很重要的地位，矿石以球粒状构造和富含铁化的木屑为主要特点。关于 CID 型矿床的成因，争议较大，观点甚多。一些学者认为 CID 型矿床的形成受特定条件( 包括气候、地表风化和地质背景) 的控制; 而有些学者则认为 CID 型矿床形成于一个富含有机酸的饱和地下水的加积河道内，与铁的原位溶解和再沉淀有关。矿化发生在古地下水—大气界面，因此受地下水位的控制。由于对铁矿的矿床成因没有形成统一的认识，因此对指导找矿产生了较大影响。
而对DID 型铁矿，尽管也是一种矿床类型，但是作为单一铁矿床产出的非常少，而且单个矿床规模小，从 200～ 1000 万吨，其资源总量大约只有 5 亿吨，年产量也仅有约 500 万吨，与皮尔巴拉地区每年 2 ～ 3 亿吨的铁矿石总产量相比，几乎可以忽略不计( Morris and Ramanaidou，2007) 。由于 DID 型铁矿成因相对简单，因此也很少有文章对其专门进行论述。
鉴于澳洲铁矿主要产于皮尔巴拉地区，而对铁矿床的研究也主要集中在这个地区，因此，可以说皮尔巴拉地区哈默斯利盆地铁矿床的研究现状基本上就代表了澳洲地区铁矿床的研究现状。
【皮尔巴拉地质背景】西澳皮尔巴拉克拉通被认为保存了世界上最为完整的太古宙岩石( 3. 51 ～2. 85Ga) ，由绿岩和花岗岩组成，其上被一套含有 BIF 的火山—沉积岩所覆盖( Ｒasmussen et al．，2005) 。这些 BIF 产于皮尔巴拉克拉通南部的哈默斯利盆地，它是一个长近 600 km，最宽处达 350 km 的长轴呈北西西向的一个椭圆形盆地，面积大约 15 万 km2。该盆地是由皮尔巴拉克拉通南部边缘在新太古代—古元古代时期伸展发育形成的( Tyler and Thorne，1990) 。盆地沉积环境为海相和河流相，沉积时间大约在 2775 ～ 1843Ma，主要岩性为硅质碎屑岩、BIF、白云岩、镁铁质和长英质火山岩。
哈默斯利盆地中沉积的最古老地层为福特斯库群( Fortescue Group，沉积时间为 2775 ～ 2600Ma) ，不整合覆盖在皮尔巴拉克拉通基底岩石之上，岩性主要为基性熔岩、科马提岩、长英质火山岩、凝灰岩和泥岩，沉积厚度超过 4500m。其上整合沉积的是哈默斯利群( Hamersley Group) ，主要岩性为 BIF、碳酸盐岩、页岩和酸性火山岩。这套岩层是哈默斯利地区铁矿的主要赋矿层位，出露面积超过 60000 km 2( Morris，1980) ，沉积时间为 2600 ～ 2450Ma ( Barley et al．，1992，1997; Trendall et al．，1998; Brown et al．，2004; Morris and Kneeshaw，2011) ，沉积厚度约 2400m，其中含铁建造( BIF) 的沉积厚度约为 1145m，约占整个地层厚度的 48%。这些 BIF 中铁的含量大约在 30% 左右。哈默斯利群有 3 套含铁建造，BID 型铁矿主要产于马拉曼巴含铁建造( Marra Mamba Iron Formation)和布洛克曼含铁建造( Brockman Iron Formation) 中，其沉积厚度分别为 230m 和 620m。
在哈默斯利群上面的是整合沉积的图里克里克群( Turee Creek Group，沉积时间为2450～2300Ma) ，其主要岩性为页岩、砂岩、粉砂岩、砾岩和碳酸盐岩，沉积厚度大约为5000m。上述这三个群地层共同组成了布鲁斯山超群( Mt．Bruce Supergroup)，沉积岩总厚度近13. 5 km。
这套地层记录了盆地的发育从最初的裂谷到稳定的台地阶段，再到最后由于构造活动不断增强从而形成一些浅水沉积( Tyler and Thorne，1990) 。在布鲁斯山超群上面不整合沉积了维鲁群，它记录了由陆地浅海向深水沉积的变化，构造环境从活动大陆边缘向前陆盆地的转变( Tyler and Thorne，1990) 。
哈默斯利盆地的 BIF 是由微晶状硅质岩和铁氧化物组成的细纹层状化学沉积物于 2. 60 ～ 2. 45Ga 沉积在一个缓慢沉降的大陆边缘( Morris，1985; Barley et al．，1997) 。沉积作用发生在一个大型的构造—岩浆事件期间，BIF中的Fe
和Si是在一个或多个大型海底热液活动增强期间由富含Fe和Si的低氧海水逐渐上涌到大陆架沉淀形成的( Barley et al．，1997) 。
盆地沉积学与锆石年代学研究表明，福特斯库群和哈默斯利群上部沉积速率较快，而哈默斯利群中部沉积速率相对较慢，反应早期盆地快速沉降的特点，到了后期盆地沉降速率发生较大变化。对不同岩性的沉积速率研究表明，哈默斯利群中 BIF、碳酸盐和页岩的沉积速率具有较大差别，其平均沉积速率分别为: 约 180 m/Ma、12 m/Ma 和 5 m/Ma( Trendall et al．，2004)，因此，总的来说，BIF 是在盆地快速沉降期间沉积形成的。
哈默斯利省的区域构造特征是北部变形弱，南部变形强。哈默斯利省北部的沉积岩地层基本未受变质，向南缓倾( 倾角只有几度) ; 靠近中部为一些走向北至北西的开阔褶皱，地层缓倾斜; 靠近南部边缘，地层中等到强烈褶皱并局部倒转，是铁矿床的主要产地( Harmsworth et al．，1990; Brown et al．，2004) 。区域地层大致经历了 5 期变形，从D1到D5 ( Brown et al．，2004; Powell and Martin，1996; Ronaszecki，1992) 。
早期变形( D1 ) 可能与成岩作用有关，形成一些中等规模的张性构造，没有明显的地层重复或者缺失，推测发生在 2450 Ma 之后不久( 哈默斯利群沉积结束) 。
第二期变形为奥夫萨尔米亚造山运动( Ophthalmia orogeny) ( D2 ) ，开始于皮尔巴拉和伊尔岗克拉通之间的南北向汇聚，发生于约 2439 ～ 2209 Ma 之间( Trendall et al．，1998) 。
第三期变形( D3 ) 持续了大约400 Ma，至少包括两期事件，一期是隆起和剥蚀事件，另外一期是褶皱事件。
第四期变形为卡普里考恩造山运动( Capricorn orogeny) ( D4 ) ，大约发生在 1700～1650 Ma，是伊尔岗和皮尔巴拉克拉通斜向碰撞的结果( Tyler and Thorne，1990) 。
第五期变形，紧接着在卡普里考恩造山运动之后，区域上发生了右旋断裂和局部的褶皱( D5 ) 。由奥夫萨尔米亚造山运动产生的区域变质作用在哈默斯利省北部的变质程度最低( 葡萄石—绿纤石相) ，向南变质程度逐渐增加，达到绿片岩相( Smith et al．，1982) 。