所属栏目：矿业论文范文发布时间：2011-02-25浏览量:326
副标题#e#摘要：和睦山铁矿床中的盐溶角砾岩，是三叠系中统周冲村组地层中的卣族盐类、石膏、石灰岩、菱铁矿等可溶物质在地下水的作用下发生溶解、迁移、流失的过程中，岩层经过盐溶角砾岩化形成的，成因上可以分为溶解式、垮塌式、底劈式和侵入式三大类。地层中的菱铁矿层在盐溶角砾岩的形成过程中发生了同步变化，后来又受到热力变质作用、热液变质作用等再改造，形成了铁矿床。
关键词：三叠系周冲村组；盐溶角砾岩；沉积菱铁矿层；和睦山铁矿床。
和睦山铁矿床是钟姑铁矿田内的一个中型矿床。矿区内角砾岩发育，分布面广。根据成因关系，可将矿区内的角砾岩分为四大类；由断裂构造作用形成的构造角砾岩，由沉积作用形成的同生角砾岩，由闪长玢岩岩浆侵入作用形成的侵入角砾岩，第四类是与三叠系地层密切相关的、成因上有争议的角砾岩，习惯上称之谓复成份角砾岩或冠以岩性限制词的角砾岩，笔者认为应属盐溶角砾岩的范畴。和睦山铁床的盐溶角砾岩曾经有人提及过，但未作详细论述。笔者在该矿区工作多年，现根据实际资料试就这一问题加以探讨。
盐溶角砾岩系指含可溶盐类的岩层受到地下水的溶蚀作用，盐类物质被溶解而流失，岩层发生坍塌破碎作用后形成的角砾岩。狭义的盐溶角砾岩系指卣族盐类溶解流失后形成的角砾岩石。大部分碳酸盐和硫酸盐等盐类矿物一般都能溶解于水而流失，因而也能形成盐溶角砾岩，但往往将它们称为岩溶角砾岩。本文所用“盐溶角砾岩”的概念系指广义而言，兼含二者。
一、 矿床地质概况
和睦山铁矿床位于宁芜裂谷盆地中南段之当姑复式背斜西翼偏南部位。矿区已揭露地层从新至老有：第四系全新统（Q3-4），侏罗系中下统象山群（J1-2），三叠系上统黄马青组
（T3h）,三叠系中统周冲村组（T2z）。
象山群地层由中~粗粒灰白色长石石英砂岩夹层间砾岩、砂砾岩（具同生角砾岩特征）、粉砂岩、底部为含砾石英粗砂岩组成，分布在矿区后观音山北及龙山一带。黄马青组地层可分为紫色层（上）和杂色层（下）两个岩性段。紫色层段（T3h2）由紫红色粉砂岩、粉砂质页岩、间夹细砂岩组成，其底部含钙质结核，是铁矿的次要赋存层位。杂色层段（T3h1）由紫红色、深灰色、黄绿色、灰绿色粉砂岩、粉砂质页岩、细砂岩及粉砂质粘土岩组成，底部为铁矿的主要赋存层位之一。由于盐溶角砾岩的影响，矿区内这两个岩性段很难划分开。紫色层段主要分布在后和睦山离矿体稍远的北偏东地段，杂色层段在后观音山21线CK362孔揭露较完整。黄马青组地层与上覆象山群地层呈假整合接触。周冲村组亦可分为钙镁层（上）和膏盐层（下）两个岩性段。钙镁层段（T2z2）由灰黑色钙质页岩、钙质粘土岩、钙质粉砂岩、黄褐色泥灰岩、白云质泥灰岩、大理岩等组成，因其含钙镁质高而习惯上称为钙镁层段。该层灰岩中溶洞发育，有些溶洞在地表已被揭露。该岩性段是铁矿体的主要赋存层位。膏盐层段（T2z1）由石膏夹粉砂岩、粉砂质页岩组成，是铁矿的重要赋存层位，矿区内仅CK362孔深部见到。周冲村组与上覆黄马青组呈整合接触。
区内岩浆岩以闪长玢岩为主，次为辉绿岩脉，局部见煌斑岩脉。闪长玢岩出露于前观音山、前和睦山及矿区西南部，呈岩株状产出，出露面积约4平方公里，与周冲村组、黄马青组呈侵入接触关系。此外，闪长玢岩岩脉十分发育，一直穿插至象山群地层。辉绿岩脉侵入较晚，穿插在岩体，矿体和围岩之中。
区内构造主要受和睦山闪长玢岩岩体顶拱影响，地层产状受岩体与围岩接触带控制。接触带由SE至NW呈弯曲的弧状，向NE倾斜。从后观音山至后和睦山，地层由向NE倾斜逐渐转向NNE倾斜，离岩体愈远岩层倾角愈缓。区内断裂构造较发育，以NNE向NWW向两组为主，但规模不大。
铁矿体呈似层状、透镜状产出。#p#副标题#e#矿体在空间上分为三个层群，即：黄马青组底部的矿体群为第一层群，周冲村组与闪长玢岩体接触带上的矿体群为第二层群，闪长玢岩体内的矿体群（主要分布在前观音山矿段）为第三层群。主矿体赋存于第二层群中，次要矿体赋存于第一、三层群及主矿体顶底板围岩之中，在黄马青组紫色层中有呈小透镜状产出的典型的沉积型赤铁矿体，离主矿体较远的顶板围岩中发现有铁质沿构造破碎带充填胶结而成的小矿体。
主矿体赋存在周冲村组地层与闪长玢岩体之接触带偏外带一侧，由一系列透镜状矿体互相连接呈似层状产出。一号主矿体分布在15～20线间,走向NW,向NE倾斜,倾角50°左右，走向延长约500米，倾斜延伸120～880米，垂直厚度3～107米，平均厚24米。二号主矿体分布在19～25线间，走向NWW，向NE倾斜，倾角30°左右，走向延长约600米，倾斜延伸177～352米，垂直厚度2～75米，平均厚16米。一、二号主矿体在19～19B线间平行重迭，一号在上，二号在下。主矿体中铁矿石的自然类型有：褐铁矿石、赤铁矿石、假象赤铁矿石、磁铁矿石，并大致按以上顺序由浅而深地分布。铁矿石的主要矿化类型组合为石英—方解石—赤铁矿组合和阳起石（透辉石）—金云母（磷灰石）—磁铁矿组合。矿石具层纹构造、角砾状构造和块状构造，在角砾状矿石中，铁矿物不仅以角砾出现，且可以胶结物出现。矿体围岩蚀变主要有矽卡岩化、碳酸盐化和岩体中的高岭土化。笔者认为，和睦山铁矿床系由沉积型菱铁矿层经各种后期改造作用形成的。
二、 盐溶角砾岩的地质特征
和睦山矿区的盐溶角砾岩分布范围广，角砾成份十分复杂，根据角砾成份的变化大致分类如表1。各类角砾岩在岩性上具有以下共同特点：（1）岩石具碎屑结构，角砾状构造。角砾大小不等，砾径一般为0.5～10cm，大者可达20～30cm，砂岩角砾和大理岩化灰岩角砾砾径较其它岩石角砾砾径大，推测钻孔中所见的夹于角砾岩中的完整岩心可能系钻取大岩块所得。角砾呈尖棱角状，无磨园现象，灰岩角砾的棱角上多见溶蚀现象。（2）角砾之间呈接触胶结和相嵌胶结状。角砾分布松散，间隙中有岩石碎屑、岩粉，方解石、重晶石、硅质、铁质等，胶结物呈充填胶结状。（3）角砾成份的变化多数呈渐变关系，与地层层序密切相关，即上覆岩层的角砾在下伏岩层的角砾中出现，厚岩层可以形成单一的角砾岩。（4）粉砂岩角砾和页岩角砾上保留有原岩的微细层理，显示出角砾是无规律掺杂的，但偶见相邻角砾岩性一致，根据角砾上的微细层理可以拼合成一个完整的大角砾。这说明它们原属一个整体，碎裂之后没有发生大的位移，即所谓就地裂开再行胶结。 
根据上述特征，可以将区内的盐溶角砾岩与其他成因类型的角砾岩区分开来。它与构造角砾岩的主要区别是：前者呈面型分布，无糜棱岩化等现象；后者往往呈线型分布或带状分布，且往往有糜棱岩化或压碎现象。它与侵入角砾岩的主要区别是：前者角砾呈接触胶结为主，胶结物为岩屑、岩粉、方解石、重晶石等；后者则以充填胶结为主，胶结物为岩浆岩。它与同生角砾岩的主要区别是：前者角砾成份变化有序，角砾排列则杂乱无章，角砾无磨园现象；后者角砾排列大致上有方向性，角砾上留有一定的磨园现象。
和睦山矿区盐溶角砾岩在空间分布上有如下特点：（1）围岩与闪长玢岩岩体接触带附近盐溶角砾岩特别发育，离岩体愈远愈不发育，且出现正常岩层。断裂构造发育的地段，盐溶角砾岩也相应发育，如后观音山至前观音山之间地段，且出现铁质胶结的盐溶角砾岩，并可形成铁矿体。（2）角砾成份相同或相近的角砾岩在空间上形成“角砾岩层”，这种角砾岩层的厚度极不稳定，连续性较差，但它与地层层序相对应。（3）下伏岩层形成的角砾岩可以“底劈式”上升到#p#副标题#e#上覆岩层之中。如23线剖面上有灰岩角砾岩进入到上部黄马青组砂页岩中，形成“灰岩角砾岩底辟”。另外，也发现有角砾岩分布在正常岩层层间，且成份迥异，有如“顺层侵入”的现象，21线CK362孔中灰岩角砾岩的上下岩层均为正常岩层。个别地方发现上覆岩层中的巨大岩块嵌在下伏岩层碎块之中，如16线与17线之间地表揭露，有一块粗粒长石石英砂岩嵌在破碎的黄马青组砂页岩中，露出部分的长轴约10余米，从岩性上看应属于象山群地层的岩石。上述这些分布特征只有从盐溶角砾岩的成因上才能给予合理的解释。
三、 盐溶角砾岩的成因探讨
探讨矿区盐溶角砾岩的成因主要涉及三个问题：其一，地层是否存在可溶盐类物质；其二，在地质发展过程中是否出现过可溶盐类物质溶解和流失的条件；其三，盐溶角砾岩的岩性特征和分布特征是否为其形成过程中的必然产物。现就以上问题展开讨论。
（一）关于可溶盐类物质
如前述“矿床地质概况”介绍，三叠系周冲村组地层中有大量的可溶于水的盐类物质，这是毫无疑议的。据矿物成份来看，主要的可溶盐类物质有石膏[CaSO4．2H2O]、硬石膏[CaSO4]、灰岩[CaCO3]中之等等，可能存在过的盐类物质主要是卣族盐类，如NaCl、KCl、MgCl2等，菱铁矿[FeCO3]亦可溶于水。后两种物质是否存在过，这是一个有争议的问题。
据孙万铨、霍秀峰等人的资料，他们认为长江中下游一带的三叠系地层中是有卣族盐类的，指出和睦山矿区的周冲村组（原青龙群）地层中存在过卣族盐。笔者从周冲村组属泻湖相沉积的角度同意他们的这一推断，实际工作中也发现了一些可资证实的依据。例如，和睦山南3公里的年陡矿区施工的CK808孔，在钻进到周冲村组地层后，从孔深386.67米到456.71米间遇到溶洞5个，溶洞高0.3～6.94米不等，其中有3个溶洞在膏盐层中，2个在粉砂岩和灰岩互层中。从钻孔岩心观察，石膏层保存完好，所以溶洞中流失的物质很可能是NaCl等卣族盐类，因为NaCl等较之石膏更易遇水溶解而流失。
周冲村组、黄马青组地层中是否有沉积型的菱铁矿层？笔者认为是有的。（1）长江中下游地区在三叠纪时代处在由海相沉积到陆相沉积的过渡阶段，黄马青组杂色层段属海陆交替相沉积，周冲村组属典型的海湾泻湖相沉积。就整个钟姑铁矿田的层状和似层状铁矿体的产出部位来看，多数赋存在粉砂岩与页岩、页岩与白云质泥灰岩之间以及石膏层的粉砂岩与钙质页岩之间。这种产出条件与菱铁矿的沉积化学相是一致的。（2）层纹状构造在铁矿石的构造中具有普遍性，铁矿石中发现有由赤铁矿与方解石、泥质物交互出现而形成的斜交层理。这些现象与围岩中的微细层理和斜交层理是一致的，只不过因围岩含铁量低而达不到工业品位而已。矿石中的这种构造说明它保留了原始的沉积特征。（3）以钟姑铁矿田内的白象山矿床为例，黄马青组砂页岩的平均值为11.49,矿体的平均值为11.33,两者十分接近，且两者在8～15‰的区间内重迭部分很多，这说明成矿物质来源于同生沉积为主。①白象山铁矿床的矿体赋存层位与和睦山铁矿床的矿体赋存层位相当。（4）菱铁矿在矿田内普遍存在。南京大学阮惠础等对白象山矿床的研究中发现，层纹状铁矿石中菱铁矿以1～2mm的微细层产出，与地层微细层理一致，属沉积形成之富铁碳酸盐。在矿田内，曹港铁矿床CK6孔中于353.60米处见有一层以菱铁矿为胶结物的中粒砂岩；在年陡CK1孔远离岩体接触带的新鲜黄马青组细砂岩中，菱铁矿呈基质胶结物出现；在芜湖齐落山铁矿黄马青组地层中发现有菱铁矿。和睦山矿床的岩矿鉴定中发现矿石中有少量菱铁矿和胶状黄铁矿。以上发现说明，三叠系地层中是完全可能沉积菱铁矿层的。此外，矿田内各矿床中广泛分布的角砾状铁矿石只有用菱铁矿的盐溶角砾岩化来解释其成因才合理，围岩中广泛发育的碳#p#副标题#e#酸盐化只有用菱铁矿分解成CO2、[HCO3]—引起才趋合理。从以上分析，可以推断黄马青组与周冲村组地层中沉积过菱铁矿层，因此笔者建议在远离岩体的上述地层中注意寻找菱铁矿。
（二）关于可溶盐类物质溶解和流失的条件
可溶盐类物质的溶解和流失必须具备两个基本条件：其一，要有大量的溶剂—地下水；其二，要有地下水活动的空间。上述的两个必要条件是由本区的构造运动和岩浆侵入活动提供的。燕山运动晚期在本区表现十分活跃，这由现存的构造形迹清楚地反映出来了。构造运动在矿区形成了若干破碎带、断层及广泛发育的节理裂隙，这些空间使地表水很容易向下渗透，并给地下水的活动提供了广泛的场所。区内断裂构造发育的程度与盐溶角砾岩的发育程度是一致的，这一点也就不难理解了。闪长玢岩岩浆的侵入作用也是伴随着构造运动进行的，岩浆的顶拱作用、岩体的冷凝收缩都可以引起上覆围岩的破碎和坍塌，因而也同样给地下水的活动提供了空间。岩浆侵入活动必然带来大量的热液（后和睦山发现有温泉活动产物），岩浆本身的热能必然使由地表进入的地下水加热，它们均是可溶盐类物质的最佳溶剂。矿区内靠近接触带盐溶角砾岩特别发育，这说明岩浆侵入活动对盐溶角砾岩的形成作用重大。由此可见，矿区的地质作用对形成盐溶角砾岩是十分有利的。
（三）关于盐溶角砾岩的形成机理
一般说来，盐溶角砾岩的形成大致经历了三个阶段，即：可溶盐类物质的溶解与流失，上覆岩层的垮塌、破碎，角砾、碎屑胶结成岩。孙万铨等对盐溶角砾岩的成因作过较为详细的论述，笔者依据自己的观察研究，根据矿区内盐溶角砾岩在地层中的产出条件和赋存状态，从成因上将其分为三类，即：溶解式盐溶角砾岩，垮塌式盐溶角砾岩，“底劈式”盐溶角砾岩和“侵入式”盐溶角砾岩。现在分别探讨这三类盐溶角砾岩的形成机理。
1、溶解式盐溶角砾岩的形成机理
周冲村组地层中的石膏、硬石膏以及卣族盐类等是化学沉积作用的产物。这些盐类岩层常与粉砂岩、粘土岩、白云质泥灰岩、白云岩等组成互层。在成岩过程中，石膏可以转化成硬石膏[CaSO4 2H2O→CaSO4+H2O]（加热、加压）,石膏脱水后使原岩体积收缩，由于收缩不匀，易使岩层破碎成脱水角砾岩。当有地下水活动时，硬石膏亦可转化成石膏[CaSO4+2H2O→CaSO4 2H2O]（减压）,硬石膏的水化使岩层体积膨胀，理论值可增加64.9%，因而能形成结晶角砾岩。笔者在相邻的龙山铁矿床CK412孔岩心中发现有典型的脱水角砾岩，如图8所示。当上述脱水角砾岩和结晶角砾岩中的石膏和硬石膏被地下水溶解流失后，其中的粉砂岩、粘土岩、白云质灰岩、白云岩的角砾由方解石、重晶石等胶结，即形成溶解式盐溶角砾岩。矿区内的复成份灰岩角砾岩、复成份大理岩角砾岩及部分层间角砾岩可能属于这一类型。
2、垮塌式盐溶角砾岩的形成机理
周冲村组地层中的可溶盐类物质被地下水溶解流失后形成卡斯特溶洞，如前述及的年陡CK808孔所见溶洞，矿区内CK392、CK375、CK268等7个钻孔中见到大小溶洞13个，洞高0.20～1.17米。可溶岩层流失后，其顶板岩层因重力作用而垮塌破碎，如果遇到地震等构造作用，顶板岩层的垮塌将加速进行。垮塌后的岩块、碎屑经过胶结后形成垮塌式盐溶角砾岩。矿区内的多数盐溶角砾岩可能都属于这一类型。由于在垮塌过程中上覆岩层碎屑掺和到下伏岩层碎屑中，因而形成了大量的复成份角砾岩。由于岩层垮塌的过程依自下而上的顺序进行，且不同部位垮塌的速度不同，因而垮塌式盐溶角砾岩在角砾成份上保留了原岩层的相对层序，可以构成“角砾岩层”，其厚度变化很大，连续性亦差。
3、底劈式盐溶角砾岩和侵入式盐溶角砾岩的形成机理
膏盐层塑性较强，当它受到构造运动的应力作用时易发生塑状流动。这种塑状流动的结果可能#p#副标题#e#使膏盐层体在背斜轴部或岩层的薄弱部位刺穿上覆岩层而形成盐丘底劈，或可能沿层间软弱带被挤压而进入到其他岩层层间。当石膏盐层接近地表，硬石膏水化时，膏盐层体积膨胀，也可以形成盐丘底劈或挤入相邻岩层层间。膏盐层发生形变时，夹于其中的粉砂岩、白云岩、白云质泥灰岩等因刚性较强而破碎成角砾，可溶盐类物质溶解流失后角砾胶结成岩，在膏盐层的上覆地层中形成底劈式盐溶角砾岩，在相邻岩层层间则形成侵入式盐溶角砾岩。矿床23线黄马青组砂页岩中的复成份灰岩角砾可归属为底劈式盐溶角砾岩，黄马青组地层中的层间角砾岩应属于侵入式盐溶角砾岩。
四、 盐溶角砾岩与成矿的关系
按照和睦山铁矿床系由沉积型菱铁矿床经后期改造形成的观点，盐溶改造起到了巨大的作用。笔者认为，盐溶作用对沉积菱铁矿的改造主要表现为菱铁矿层的盐溶角砾岩化和菱铁矿的盐溶迁移两个方面。
当周冲村组地层发生盐溶角砾岩化作用时，赋存在黄马青组底部和周冲村组地层中的原始菱铁矿层也不可避免地发生同步变化。由于菱铁矿在水中的溶解度较之卣族盐类。石膏等要低得多，因而盐溶过程中菱铁矿易被保留下来。菱铁矿层在盐溶角砾岩化过程中完全可以按照溶解式、垮塌式、底劈式和侵入式三类盐溶角砾岩的形成机理而发生相应的改造。这种推断与矿体中存在着大量的角砾状铁矿石的事实是吻合的。菱铁矿层盐溶角砾岩化的结果，不仅改变了沉积菱铁矿层的空间位置和矿体形态，而且使原始矿石的结构构造受到了破坏。按照盐溶角砾岩化的规律，菱铁矿角砾层只能保持相对的层位，还有部分菱铁矿角砾进入上覆地层之中或相邻岩层层间，其原始的层状特征受到破坏，形成似层状或透镜状矿体。矿床勘探的结果表明，这种似层状矿体是由若干保持着一定连续性的透镜状矿体构成的。经过盐溶角砾岩化之后的矿石具有碎裂结构和角砾状构造，部分具微细层理的矿石中出现塑性流动构造。
菱铁矿是可以溶解于水的碳酸盐矿物，特别是在地下水中含有碳酸根离子时，其溶解度大为提高，如FeCO3+2H++[CO3]2—= Fe2++2[HCO3]—所示。溶解于水中的菱铁矿随着地下水流动，一部分在菱铁矿角砾间隙中沉淀为胶结物，一部分被地下水带至上覆围岩的破碎带或相邻岩层层间破碎带中沉淀下来成为充填的脉状矿体或其他形态的小矿体。菱铁矿溶于水后不仅可以发生迁移，而且在迁移的过程中可以与含CaCO3的围岩产生交代作用，如CaCO3+Fe2+→Ca2++FeCO3↓所示。这种交代作用在含灰岩角砾和泥灰岩角砾的菱铁矿角砾层中进行可使矿体进一步富集，或在灰岩和泥灰岩中形成新的矿体。由此可以推断，矿体顶板黄马青组和象山群岩层中沿破碎带产出的小矿体是由盐溶迁移作用形成的。
沉积型的菱铁矿层经过盐溶改造后，再加上岩浆侵入活动，使之进一步受到热力作用和热液活动的改造，使菱铁矿沿着菱铁矿—磁铁矿—赤铁矿—褐铁矿或菱铁矿—褐铁矿的过程演变，最终改造成为现代铁矿床。
主要参考文献
1. 孙万铨 膏盐层及盐溶角砾岩与某些接触交代型金属矿产关系的初步探讨《华东地质》1979年第1期
2. 霍秀峰等 关于苏南三叠系青龙群“角砾岩”的成因《华东地质》1979年第1期