海南石碌铁矿深部找矿取得新突破

从20世纪50年代起，先后有多个地质勘探单位和科研院所来石碌矿区及近外围开展大量的地质勘查和科学研究工作，同时，石碌铁矿也连续大规模开采50多年。尽管如此，对石碌铁矿床的成因及主要控矿因素的认识至今尚未取得一致，主要有以下几种成因见解:①高温热液接触交代(中南410队，1957);②沉积变质(海南地质大队，1964);③沉积变质热液改造(冶金934队，1980);④渗流热卤水沉积(冯建良等，1992);⑤远火山沉积(罗年华，1992);⑥韧性剪切构造带控制(侯威，1982、2007);⑦变质核杂岩构造(即伸展构造)成岩成矿-控矿模式(许德如等，2008)等等。各种成矿论点都有一定论据和证据，众说纷纭，至今尚不能统一认识。与不同成因认识相适应，形成了诸多不同的成矿控制因素的主张。如对铁矿的主要控制因素，有的认为铁矿与岩浆岩有关，有的认为关系不大;对于地质构造与成矿的关系，多数认为铁矿受褶皱构造控制，但也有人认为主要受韧性剪切带控制;也有的认为铁矿的形成主要受原始沉积环境的制约等。

根据海南省资源环境调查院接替资源补充勘查以及近几年来在石碌地区开展地质研究所获取的各种资料进行综合分析，认为矿床主要受层位(石碌群第6层)、岩性(二透岩或角闪石质铁英岩、白云质岩或白云质铁英岩)、构造(复式向斜、层间剪切滑脱带、构造面理)和不同岩性界面等严格控制，石碌铁矿床的成因类型属于多因复成的火山热液沉积-变质矿床。其依据是:

1)矿体特征

(1)从宏观上看，矿体赋存于石碌群第6层特定的岩性中，与透辉石透闪石岩具明显的成生关系。矿体均呈层状、似层状与围岩整合接触并同步褶皱，矿体规模与同构造应力扩张区(张性区)存在明显的正相关关系(图4.5)，铁矿体集中产于石碌群第6层中、下层位中，而铜、钴矿则相当稳定的分布在石碌群第6层的下部，且沿特定层位分布稳定，连续性好。

图4.5　石碌矿区北一矿段铁矿体与钴铜矿体垂直空间关系

(注:铁矿体和钴铜矿体两者显示同揉皱变形特征)

(2)从微观上看，铁矿石多呈块状、条带状、层带状等构造和鳞片状、鲕状、变余粉砂状、角砾状、砂状胶结等结构。这种矿石结构构造具有明显的同生沉积特点。

(3)从含矿岩系的物质组分看，区内主要见有:①硅质岩类(硅质岩、石英岩、碧玉岩、磁(赤)铁石英岩、同生角砾状硅质岩等);②碳酸盐岩类(白云岩、铁白云岩、同生角砾状碳酸盐岩等);③矽卡岩岩类(透辉石透闪石岩、钙铁-钙铝榴石岩等);④硫酸盐岩类(石膏、含石膏白云岩、硬石膏和沙泥岩);⑤赤(磁)铁岩类(细粒赤(磁)铁岩、细粒-微粒赤(磁)铁岩等)等，为典型的海底热水喷流沉积岩组合，反映了热泉沉积相(块状硅质岩、重晶石硅质岩)、高温喷流沉积相(透辉石透闪石岩、细粒赤(磁)铁岩)及火山喷流沉积相(条带状硅质岩、铁锰质碳酸盐岩)等热水沉积岩石。属于一套含钙镁质、铁质、泥砂质、硅质和硫酸盐(石膏或重晶石)组合的典型的火山沉积岩系。成因上与古海底喷流沉积矿床存在直接或间接的联系。

(4)从含矿层位的岩石、矿物组合特征看，主要由条带状透辉石透闪石岩、含铁千枚岩、铁质石英岩、粉砂岩、硅质岩、赤铁矿、含铁的纹层状透辉石透闪石岩等组成。常见细粉砂岩与赤铁矿呈条带相间出现，表现沉积韵律的特征。综合这些地层的岩石组合特点，可将本区分为板岩-千枚岩-片岩类、大理岩-白云岩类、变质砂岩-石英岩类。三类岩类都明显可见原始沉积层理，变余砂状和变余泥状结构。

2)变质作用

从含矿岩系变质矿物及蚀变类型的分布看，矿床也具有较明显的变质特征。其变质作用分为区域变质和接触变质两类，以区域变质作用为主。主要表现在:(www.xing528.com)

(1)区域变质作用特征:铁矿石的鳞片变晶结构、变斑状结构且排列方向与区域构造线一致;磁铁矿的假象赤铁矿普遍存在;与铁矿、钴铜矿关系密切的透辉石透闪石岩广泛分布，不受接触带控制;矿层及围岩中发育一些切穿岩层的石英重晶石脉、磁铁矿细脉、含钴磁黄铁矿脉等等。

(2)接触变质作用特征:在接触带及断裂构造发育处，多见红柱石、堇青石、石榴子石、阳起石、绿泥石、蛇纹石等热液变质矿物及各种角岩并有后期的磁铁矿、镜铁矿化等。

从上述可见，虽然局部地方存在有热变质和热液交代接触变质作用，形成一些石榴子石矽卡岩等类岩石，但是热液交代接触变质作用各种与岩浆作用(中、基性→酸性)有关的元素组合，在石碌矿区石碌群含矿岩系及铁矿石中没有明显的显示，它缺乏一套中酸性岩浆伴随的成矿元素组合(氟、氯、硼、锡、钨、稀有、稀土元素等)，也没有中基性岩浆的特征元素(如钛、钒)，可见石碌铁矿区局部的热液交代接触变质作用与全矿区的区域变质作用相比是次要的。虽然石碌地区青白口系古老岩块的周边多为时代较新的岩浆岩所环抱，但厚大富铁矿体并不直接产于接触带上，接触变质作用及其规模不大，接触变质作用为成矿的次要因素，而区域变质应是铁矿成矿的主导因素。

从原冶金934队(1980)的实验结果看，分别用均一法与爆裂法对含铁石英岩和赤铁矿中的石英碎屑测定温度，其测温数据为140～800℃，数据跳跃大，反映石英碎屑来源于形成温度不同的母体，这是正常机械沉积的特征，而赤铁矿中的石英测温时爆裂声极少，基本无气液包裹体，说明赤铁矿还兼有冷水胶体沉积特征。另外，对矿区南、北及西部大片花岗岩用同位素K-Aγ法测年龄，数据为184 Ma～207 Ma，用Rb-Sγ法测年龄数据为187 Ma～249 Ma，属于海西-印支期产物;对矿区东部的花岗斑岩用K-Aγ法测年龄数据为128 Ma～129 Ma，属燕山期。显然，这些岩浆岩均在铁、钴、铜形成以后才侵入，对矿体的生成没有直接成因联系，只起到后期破坏或改造的作用。硫同位测量的结果也支持上述观点:含矿岩系中铁矿、钴铜矿或近矿围岩中的硫化物，均富集S34，且均正值，变化范围宽，铁矿体的δS34从0.2‰～19.6‰，钴铜矿体的δS34为10.7‰～17.3‰，围岩的δS34为-3.8‰～20.9‰，而岩浆岩的δS34为4.4‰～5.6‰，变化范围小。可见地层及矿体的硫同位素组成基本一致，而与周围的岩浆岩的硫同位素有明显区别。从而反映铁、钴铜及围岩中的硫来自海洋硫酸盐，是外生沉积成矿的证据之一。

3)成岩成矿时代

成岩年龄:对石碌群第6层铁矿主矿层铁矿石用Sm-Nd法测定全岩等时线年龄为841±20 Ma，本年龄与铁矿层顶板白云岩、白云质大理岩夹炭质板岩中发现宏观藻化石Chuaria(查尔藻)-Tawuia(塔乌藻)生物群表示的时代完全吻合，属新元古生代青白口纪。华南富铁科研队(1986)曾获得石碌群第4层、第6层及顶部石灰顶组砂岩的锆石U-Pb上交点年龄为1325 Ma左右。通过对石碌群第6层的透辉透闪石岩样品中选出的9颗锆石进行了阴极发光制约下的SHRIMP U-Pb定年，结果表明，显示U-Pb年龄吻和到近于吻和(图4.6b)，普遍具有前寒武纪古中元古-早新元古放射铅成分。207Pb/206Pb年龄变化于894±25 Ma～1889±25 Ma之间。锆石微区分析还显示U丰度具有非常大的变化范围(47～582 ppm)，可能与锆石连续增长有关。206Pb/238U年龄范围在958.1±26.6 Ma～1825.4±49.6 Ma之间。由此推测，石碌群沉积上限可能在约960 Ma，而沉积下限在约1300 Ma，石碌群、至少是第6层源区岩可能主要是抱板群火山-碎屑沉积岩，其次为中元古代花岗质岩，或者与之同期的其他火成岩。

区域变质年龄:对石碌群第6层黑色炭质板岩中采样测定获得Rb-Sr全岩等时线年龄为459±13 Ma，在透辉石透闪石岩采样测定获得Rb-Sr等时线年龄711±45 Ma，以上年龄为成岩后的变质年龄，与海南地区的下古生代地层普遍受到区域变质作用的加里东期基本一致。

动力变质年龄:为查明沉积物来源、成矿物质的来源及其演化特征，掌握石碌铁矿床成矿物质富集规律，对石碌矿区赋矿围岩二透岩和白云岩全岩、以及含石榴石条带的贫铁矿石的Rb-Sr、Sm-Nd同位素进行了分析，在假设不同的成矿和成岩年龄下计算Sr同位素初始值［(87Sr/86Sr)i、εSr(t)］的情况下，当采用213 Ma来计算二透岩Sr同位素初始值［(87Sr/86Sr)i、εSr(t)］时，反映了二透岩Sr同位素组成受后期变质影响较大。因此，可以推测石碌铁矿床至少经历了二次成矿作用事件，一个可能为加里东期(大于或等于850 Ma～1000 Ma，)，反映主区域变质作用时期;另一个可能为印支～海西运动(213 Ma±)，反映主动力变质时期(图4.6)。图4.7表明，白云岩原岩形成年龄大于850 Ma～1000 Ma、二透岩成岩或变质年龄可能为213 Ma。在147Sm/144Nd vs.143Nd/144Nd和87Rb/86Sr vs.87Sr/86Sr图解上(图4.8b)，富铁矿石和赋矿围岩均具有较好的正相关关系，反映它们来源于一个相对均一的源区，而贫铁矿石显然具有不同的源区而远离这一相关曲线。石碌群当时的沉积环境应处于浅海区的大陆边缘一侧，这与二透岩和矿石均具有Ce的正异常或弱的正异常相一致(许德如，2008)，反映石碌群沉积于大陆边缘盆地或裂解的弧后盆地(Armstrong et al.，1999)，并接受大陆边缘沉积。

图4.6　石碌群二透岩样品SL3代表性锆石阴极发光图像(a)和锆石SHRIMP U-Pb一致曲线图(b)

(所标年龄均为Pb-Pb数据，测试单位为中国科学院广州地球化学研究所)