深度分析澳洲资源量最大的皮尔巴拉地区矿床(2)

2018-12-10 15:38

哈默斯利省地区岩浆活动相对较弱,出露的侵入岩主要为一些基性岩脉。另外,在新太古代—古元古代的地层中也有一些火山岩分布。

【西澳皮尔巴拉地区BID 型矿床】西澳皮尔巴拉地区的 BID 型铁矿主要产在哈默斯利盆地的南部,并且绝大多数产在布罗克曼含铁建造( Brockman Iron Formation) 分布区,少量产在马拉曼巴含铁建造( Marra Mamba Iron Formation) 分布区,与这些 BIF 地层关系非常密切。

BID 型矿床又可以进一步细分为两种不同的矿石类型: 即中生代—古新世由表生作用形成的假像赤铁矿—针铁矿( martite-goethite,缩写 M-G) 矿石和大约 2. 0Ga 形成的高品位的假像赤铁矿—微板状赤铁矿( martite-microplaty hematite,缩写M-mplH)矿石( Morris and Kneeshaw,2011) 。表生作用形成的 M-G 矿石在澳大利亚以外并不常见,而MmplH矿石则是世界范围内主要的铁矿石资源。

Morris and Kneeshaw( 2011) 总结了 BID 型矿床具有如下特点: ①规模: 单个矿床的铁矿石( 品位>64% ) 储量从几千吨到30 亿吨,沿走向延伸可达7 km甚至更多,宽达 4 km,通常在不到 1m 的范围内就可以从矿石( >55% Fe) 突变到 BIF( < 30% Fe) ; ②矿石的纯度: 矿石以三价铁氧化物为主,还有少量残余的铝/硅质成分,外来成分极其罕见; ③矿石的氧化状态: 尽管有一些规模较小的矿床以磁铁矿为主,还有一些是磁铁矿和赤铁矿,但是世界范围内的铁矿石主要是由氧化的赤铁矿或赤铁矿—针铁矿组成。尽管它们具有氧化特征,但是通常它们都延伸到大气能够影响到的深度之下,而且浅部矿石与深部矿石在矿物组成上没有明显的区别; ④地层细节的保存: 矿石中常见原岩层理,从厚层理到微层理。

皮尔巴拉地区典型的 BID 型铁矿包括: 世界上最大的露天铁矿山———鲸背山( Mt. Whaleback) 、汤姆普拉尔斯山( Mt. Tom Price )和帕拉伯杜-查纳( Paraburdoo-Channar) 、哈默斯利( Hamersley) 、西安吉拉斯( West Angelas) 、采矿区 C( Mining Area C) 、吉姆布勒巴( Jimblebar) 、霍普当斯( Hope Downs) 、所罗门( Solomon) 、迪普达尔·简( Deepdale J) 、巴尔毛拉尔南部( Balmoral Southern) 、巴尔毛拉尔中部( Balmoral Central) 、开普兰姆伯特 ( Cape Lambert ) 、帕杜( Pardoo) 和圣诞小溪( Christmas Creek) 等大型铁矿床。

【BID 型矿床成因】最初,哈默斯利省的这些 BID 型铁矿床都被认为是表生成因,与古近纪的风化作用有关( Macleod,1966) 。后来,由于对矿石矿物学、BIF 以及整个哈默斯利省地质历史的详细研究,对这一古近纪成矿时代和表生成因结论提出了疑问,King( 1989) 认为是同生成因,而 Tyler and Thorne( 1990) 和 Powell 等( 1999)认为完全是深成成因,Kneeshaw( 1975) 认为是深成模式但是有后期的表生作用叠加。

总的来说,大致有三种不同的模式来解释哈默斯利省铁矿床的成因,分别是表生—变质模式、同造山的热液模式和深成—表生模式,下面分别予以介绍。

【表生—变质模式】基于对哈默斯利区域铁矿床的长期研究,Morris( 1985) 曾提出了一个被广泛接受的表生—变质成矿模型,建立了 M-G 矿石的表生模式( supergene model)和 M-mplH矿石的表生—变质模式

( supergenemetamorphic model) 。Morris( 1985) 和 Morris and

Kneeshaw( 2011) 认为最初在 2 ± 0. 2Ga 在哈默斯利省发生了 BIF 的表生富集,这些 M-G 矿石形成于古元古代大气能够到达的位置,受季节性氧化的电化学反应在 BIF 母岩( 阴极) 的渗流带通过导电的磁铁矿层到深部反应带( 阳极) ,硅质和碳酸盐被古元古代风化面下的靠近地表的大气降水淋滤掉。这些 M-G矿石在元古宙约 80 ~ 100℃的区域变质作用/成岩作用过程中,在局部热液环境中从基质针铁矿中形成微板状赤铁矿( mplH) ,并从残余的针铁矿中形成MmplH矿石。在白垩纪—古新世由于暴露和侵蚀,发生了表生富集,形成了第二期的 M-G 矿石,受到地下水的淋滤和侵蚀,带走了大量残余的针铁矿,留下了低磷的赤铁矿矿石,形成了 Mt.Whaleback 和Mt.Tom Price 矿床中不含针铁矿的M-mplH矿石。而在Paraburdoo矿床中的M-mplH—针铁矿矿石中,残余的针铁矿很常见,说明该矿床是近期才暴露出来,没有受到表生作用的改造。

但是,Goode( 2012) 认为,哈默斯利盆地富含针铁矿的矿体可能与中生代晚期—古近纪地表下的深层风化作用有关。在这个模型中,微板状赤铁矿( mplH) 的形成包括两个阶段,①在古元古代风化面之下靠近地表的地下水通过电化学反应使得 BIF 发生表生富集,形成假像赤铁矿—针铁矿,②深达5km 的埋藏变质作用使得假像赤铁矿—针铁矿变成微板状赤铁矿( Harmsworth et al.,1990) ,并在中生代的表生作用下,使得BIF( 35% TFe) 变成高品位的铁矿石( >65% TFe)。( after Morris and Kneeshaw,2011)

根据Morris and Kneeshaw ( 2011) 提出的这个模式,假像赤铁矿—针铁矿是在哈默斯利群和图利克里克群沉积之后由于地下水循环形成的,并在此之后埋藏在维鲁群下部接受变质作用,从而形成微板状赤铁矿矿石。但是,在维鲁群底部砾岩层中发现了微板状赤铁矿碎屑颗粒,使得表生模式遇到了挑战,因为没有证据表明,在图利克里克群和维鲁群沉积岩之间,有厚达 5km 的岩石被剥蚀掉。相反,盆地分析表明( Powell et al.,1999) ,维鲁群下部与波尔吉达组和图利克里克群都是沉积在同一前陆盆地,以致一些微板状赤铁矿矿体是在奥夫萨尔米亚造山运动期间形成的。在纽曼地区,靠近与 D2同期或稍后形成的赤铁矿—石英脉,赤铁矿直接交代了含磁铁矿—石英的BIF,这说明流体运移和矿化是与奥夫

萨尔米亚期构造事件同时发生的,Powell 等( 1999) 等因此提出了同造山热液成因模式。而Lascelles( 2012a) 认为,这些高品位的 M-G 铁矿床的铁矿石里没有指示曾经含有硅质条带,因此可能本来就不含硅质条带,所以也就不存在这些硅质条带被表生作用淋滤掉。Morris and Kneeshaw( 2012) 反驳认为,Paraburdoo砾岩中的沉积针铁矿可能是最近风化形成的,而不是古元古代,并且这些砾岩甚至有可能是有矿业公司在早期填图时搞错了,而把它放在了 Mount McGrath 组里面。

【同造山热液模型】Powell 等( 1999) 用同造山热液模型( synorogenic hydrothermal model) 来解释 BID 矿床的成因,认为富含赤铁矿的矿石不是形成于埋藏变质作用,而是由早古元古宙造山作用期间氧化的热液流体( > 200 –400℃) 和还原的 BIF 反应的结果。他们认为,不仅哈默斯利盆地南缘的富含赤铁矿的矿石形成于大约2450 ~2200 Ma 的奥夫萨尔米亚造山运动,而且还认为 M-G 矿石也可能是微板状赤铁矿矿石的低温变体,并且形成在远离造山前


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