蒙古国伊罗河铁矿床地质特征及找矿标志

时间：2024-05-22

马红义，张林兵，于志龙，马雁飞，王利霞，黎红莉

(1.河南省地质矿产勘查开发局第二地质环境院，郑州 450053；2.河南省地质矿产勘查开发局第二地质环境调查院，郑州 451464)

0 引言

蒙古国位于我国北部，铁矿资源丰富，铁矿成因类型较齐全，有矽卡岩(接触交代)型、沉积变质型、火山沉积型、岩浆热液型等矿床。近年来，秦增刚、冯昌格、张璟、张莉莉等[1-4]对蒙古国内铁矿成矿地质特征进行了研究，江思宏等[5-6]对蒙古国内铜钼矿床成矿地质条件及成矿规律进行了分析。

伊罗河铁矿①②位于蒙古国北部色楞格省，矿区中心点地理坐标为E107°04′20″、N49°38′31″，该矿是近些年来地质勘查工作取得的重大进展。初步“探明+控制+推断”铁矿石资源量近10×108t，与其周边图木尔泰铁矿[7]、呼斯泰铁矿、图木尔陶勒盖铁矿、巴彦戈勒铁矿、扎赫查格乌拉铁矿等组成了呈NE向展布的铁矿带，受巴彦戈勒大断裂控制。整个铁矿带长约420 km。本文基于蒙古国伊罗县伊罗河矿区铁矿勘探工作，从地层岩性、构造、岩浆岩、矿石质量等特征及成因分析入手，总结出成矿规律，通过对比研究[8]为进一步开展境外铁矿找矿提供参考。

1 成矿地质背景

矿区位于蒙古北部褶皱系塔里亚特—色楞格褶皱带和蒙古阿木尔褶皱系的衔接地带。该褶皱带的南东侧为北肯特褶皱带，北西侧为色楞格火山岩带。两个褶皱系以伊罗河断层为分界。在蒙古国铁矿成矿区带划分上，属巴彦戈勒铁矿带，带内构造复杂，岩浆活动剧烈，矽卡岩型、热液型铁矿分布较多(图1)。

图1 蒙古国主要金属矿床分布图(据文献[4]，修编)Fig.1 Map showing distribution of metal deposits in Mongolia

区域地层主要为下寒武统达尔罕组。下部岩性为砂岩、页岩层，岩性以暗灰色薄板状砂岩、凝灰岩和砂岩为主，夹有安山玢岩、硅质岩、千枚状页岩等，厚度约2 km；上部岩性为砂岩、砾岩层，岩性以块状砂岩、砾岩为主，夹有暗灰色泥岩和千枚状页岩，厚度约2.2 km。两者呈断层接触，岩层内部构造复杂，褶皱断裂发育，具有浅-中等程度的变质作用。

伊罗河断层带是区域的主要断裂构造，其走向NEE，延长数十千米，沿构造带有大量中基性岩浆岩侵入，断层带上磁力异常显著，常见有铁矿床呈带状分布，说明断层切割深度较大，是重要的导矿、控矿构造。除区域性的断层外，可见到许多次级的NW向、NE向的小断层。

岩浆岩以华力西晚期侵入杂岩体为主，沿北东方向侵入达尔汗组中，岩体大小1～150 km2。依据岩石学特征分为两个侵入岩相，第一个侵入岩相为含碱质较高的辉长岩、石英闪长岩、闪长岩、花岗闪长岩和斜长花岗岩，第二个侵入岩相为淡色正长花岗岩。与岩体同期相伴的岩脉还有辉长岩、闪长岩、微晶闪长岩、闪长玢岩、辉绿玢岩等。

2 矿区地质特征

2.1 地层

矿区出露地层主要为达尔汗组中的变质砂岩、页岩、泥岩、板岩、片岩等变质岩系，以砂岩最为常见。由于后期花岗岩类、闪长岩类的侵入，岩石普遍角岩化、片理化、混合岩化，岩石变得坚硬，片理和条带发育。达尔汗组在矿区以向斜构造的形式分布，中部地层新，南北两侧地层老(图2)。

图2 伊罗河铁矿区地质简图Fig.1 Geological sketch of Yiluo river Fe deposit1.第四系；2.砂岩、砂砾岩；3.砾岩、砂砾岩、砂岩；4.砂岩、泥岩、页岩；5.砂岩、粉砂岩；6.华力西晚期花岗岩；7.华力西晚期辉长岩；8.铁矿体及编号；9.推测断层；10.向斜轴线；11.岩性界线；12.磁异常；13.探槽位置；14.钻孔位置；15.勘查线及编号

2.2 构造

除区域性的伊罗河断裂出露在矿体的西北部外，矿区内亦有断裂构造，呈NW-NE向展布，区内见5条，长350～800 m，分别切断区内多个矿体。断裂沿达尔汗组形成的向斜构造两翼发肓，走向60°～70°。断层具有剪切平移特征，在成矿前、成矿后均有活动。不同时期、不同方向的断层在矿区内非常发肓，往往使矿体形态复杂化。

2.3 岩浆岩

主要为华力西晚期花岗岩、闪长岩。大规模的花岗岩体出露于矿区北西部，闪长岩体出露于中矿段，辉长岩体出露于东矿段东部。矿区内达尔汗组中脉岩发肓，岩性有闪长岩、闪长玢岩、辉绿岩等。其中，微晶闪长岩、闪长玢岩岩脉最为常见且与矿体空间关系密切，它们常为矿体的上下盘或在矿体中间呈夹石出现，且含有浸染状磁铁矿化，品位达20%～25%。

中生代酸性岩脉偶见，岩性为流纹斑岩、花岗斑岩、石英斑岩等。

2.4 变质作用及围岩蚀变

矿区除第四系外，地层均遭受变质。区内变质岩具有纵向成层叠置、横向面式展开的变质格局，变质程度不深，沉积构造保存较好。

达尔汗岩系普遍遭受浅-中等程度的变质作用，形成变质砂岩、板岩、千枚岩、片岩等变质岩。沿构造带或矿体附近变质作用增强，岩石遭受更强烈的热力及动力作用，形成角岩、片岩、甚至是混合岩。岩石中劈理、片理、条带状构造发育，这些岩层构造与地层层理、断层产状基本一致，反映了应力方向。

在矿体或断层附近围岩蚀变作用强烈，蚀变类型有硅化、角岩化、矽卡岩化、绿帘石化、绿泥石化、黑云母化、方解石化等，其中角岩化、矽卡岩化与矿体关系最为密切。

3 矿床地质特征

3.1 矿体特征

按照矿体的空间分布位置，将伊罗河铁矿床分成南北2个矿带，分别位于向斜的南北两翼。北翼的北矿带又依据出露情况分为西矿段和东矿段，西矿段和东矿段总体方向一致，磁性异常是连续的，应为同一条矿化带。2个矿段相距约1 km，推测被NW向断层切断。

矿区共发现10个矿体，其中西矿段4个，东矿段4个，南矿段2个。各矿体特征见表1所述。

表1 伊罗河铁矿矿体特征Table 1 Characteristics of ore bodies of Yiluo river Fe deposit

本次研究区位于勘查区的东部(南矿段)，由2个矿体构成，分别为Ⅰ、Ⅱ号矿体，矿体呈似层状沿东西向分布。在伊罗河上游支流的萨尔高勒河流域北边界的山脊分水岭部位上均有露头出露。赋存于达尔汗—图木尔泰构造带向斜南翼的围岩中，走向近EW，倾向WN，倾角70°～82°。矿体长2200～2600 m，深度大于600 m，真厚度40～50 m，2个矿体在形态和构造特征方面有所不同。最大的Ⅰ号矿体正好在伊罗河向斜东南分支上，Ⅱ号矿体位于Ⅰ号矿体南约80 m处，两者呈雁列式排列。Ⅰ号矿体为单一脉状矿床，Ⅱ号矿体为复脉型矿床，沿走向分支复合、膨胀收缩现象Ⅱ号比Ⅰ号明显。

下面以Ⅰ号矿体为例，详述其矿体特征。

Ⅰ号矿体地表由100～200 m槽探工程(TC1-TC18)及生产过程中的台阶工程揭露，深部由ZK6401-8002、8101、8204、8401、8603、8604、8701、8701-E等钻孔沿矿体走向工程间距100～200 m控制(图3)。控制矿体长度2580 m(64～88勘查线之间)，深度一般为300～600 m，钻孔控制的最大斜深达700 m，根据物探资料显示，矿体在深部延伸较深。矿体走向65°～70°，矿体东部80勘查线由SE-NW受局部断层影响，走向转为40°，并且矿体在此发生膨胀拉伸，倾向NW，倾角70°～85°。矿体呈层状、似层状、大脉状，延伸较稳定，局部有分支复合现象。矿体厚度3.00～78.92 m，平均厚度42.57 m，厚度变化系数42%；原生矿石铁平均品位52.72%，品位变化系数16%，全部为富矿石。矿体厚度和品位变化不大，矿体的氧化带不深(为15～20 m)。氧化带产出较多的是假象赤铁-磁铁矿和磁铁矿，颜色从褐色到钢灰，中小颗粒，局部氧化程度加强，且浸染、富集有透辉石、阳起石、辉石、云母和蛇纹石等。

图3 伊罗河铁矿区84勘查线剖面图Fig.3 Section of line 84 in the deposit of Yiluo river Fe deposit

矿体顶底板围岩为千枚状页岩、粉砂岩、碎屑砂岩，距矿体上下盘2～7 m内岩层角岩化、片理化、混合岩化强烈，岩石变得坚硬，片理和条带极发育，矿体两侧岩层千枚状页岩和砂岩中w(TFe)值为6.34%～21.46%，大理岩中为9.83%，岩脉中为14.75%～39.34%。

3.2 矿石质量

(1)矿物成分

矿石中金属矿物主要有：φ(磁铁矿)=72.0%、φ(褐铁矿)=5.1%、φ(赤铁矿, 黄铁矿)=1.5%、φ(磁黄铁矿)=0.2%，少量钛铁矿、黄铜矿。脉石矿物主要为φ(透闪石)=12.1%，其次为φ(石英)=2.2%、φ(钾长石)=1.4%、φ(透辉石)=1.6%，以及少量的φ(磷灰石)=0.5%、φ(黑云母)=0.3%、φ(绿泥石)=1.3%等，φ(其它矿物)=1.8%。

(2)主要矿物特征

磁铁矿。磁铁矿是矿石中最主要的金属矿物，也是最重要的回收对象。颜色为深灰-钢灰色，中粗粒结构，致密块状构造，局部含有少量不均匀浸染状硫化铁、极少量硫化铜。磁铁矿主要呈粗粒半自形、它形晶粒状或粒状集合体的形式产出(图4a)；少量以细粒不规则状嵌布在脉石矿物中(图4b)。其中，部分磁铁矿的裂隙和颗粒间隙被褐铁矿充填交代，另有少量磁铁矿以包体形式嵌布在黄铁矿和褐铁矿中，有时可见磁铁矿中包裹有细粒的黄铁矿和细脉状的褐铁矿，偶尔可见磁铁矿中包裹有微细粒的磁黄铁矿和黄铜矿包体，包体粒度一般都小于0.010 mm。总之，矿石中的磁铁矿整体嵌布粒度较粗，与脉石矿物及其它硫化物的嵌布关系比较简单，所以粗磨即可使矿石中的磁铁矿单体解离比较充分。

褐铁矿。褐铁矿是矿石中重要的铁矿物之一，主要呈不规则状产出，常与磁铁矿共生在一起，有时可见其中包裹有细粒的磁铁矿包体(图4c)，其次以细脉状嵌布于脉石矿物和磁铁矿中(图4d)，有时可见褐铁矿充填于磁铁矿的颗粒间隙之中形成镶边结构，偶尔可见细粒不规则状褐铁矿以包体形式嵌布于磁铁矿中。矿石中的褐铁矿相对富集于矿石中的局部区域，嵌布粒度比磁铁矿较细，多介于0.020～0.417 mm之间，且与磁铁矿的嵌布关系比较密切，在粗磨的情况下可与磁铁矿一同进入到铁精矿中综合回收利用。

图4 铁矿显微照片Fig.4 Micrograph of the Fe orea.磁铁矿呈粒状集合体的形式产出(反光260×)；b.磁铁矿以细粒不规则状嵌布在脉石矿物中(反光260×)；c.褐铁矿与磁铁矿的嵌布关系(反光260×)；d.褐铁矿以细脉状嵌布于脉石矿物中(反光260×)

黄铁矿。黄铁矿是矿石中最主要的硫的独立矿物。黄铁矿主要呈它形晶粒状嵌布在脉石矿物中，其次可见与磁铁矿以及黄铜矿共生在一起，有时可见其中包裹有细粒的磁铁矿和黄铜矿颗粒，部分黄铁矿以包裹体形式嵌布于磁铁矿中，偶尔可见黄铁矿以细脉状嵌布于脉石矿物中。总之，矿石中的黄铁矿嵌布粒度较粗，多为0.043～0.833 mm，虽然其常与磁铁矿连生在一起，但二者的连生关系比较简单，易于解离，因此只需进行粗磨矿，就可以达到比较理想的单体解离效果。

磁黄铁矿。磁黄铁矿也是重要的硫的独立矿物之一，但相对含量很低。磁黄铁矿主要呈微细粒不规则状以包裹体形式嵌布在磁铁矿中，包裹体粒度一般都在0.020 mm之下，偶尔可见少量的磁黄铁矿嵌布在黄铁矿和脉石矿物中。由于在选矿的过程中随磁铁矿一同进入铁精矿中，所以对铁精矿质量造成一定的影响。

脉石矿物是硅酸盐和碳酸盐，少量的磷灰石、电气石、锆石、锐钛矿，主要是以不均匀斑点形式出现，少数条带状或浸染状。脉石矿物中透闪石分布最为广泛，有时形成透闪石矽卡岩，成分是阳起石、角闪石、透闪石，少量的三斜辉石、透辉石等；绿泥石广泛发育，分布在磁铁矿和其它矿物晶体之间；石榴石和辉石类主要是钙铝榴石和透辉石；绿帘石存在于矿石中，含量变化大，形成颗粒状聚集体；长石主要是纳长石，与磁铁矿、石英、绿泥石相伴；石英在矿体中分布广泛，主要为隐晶质，脉体宽度达1～3 mm。

(3)矿石化学成分

矿石的主要化学成分：w(Fe)=56.97%、w(S)=0.65%、w(P)=0.087%、w(Al2O3)=1.02%、w(SiO2)=8.56%、w(CaO)=2.60%、w(MgO)=1.77%、w(K2O)=0.25%。表明矿石的铁品位较高(56.97%)及有害杂质元素S含量较高(0.65%)，而P含量较低。

光谱分析结果表明，矿石还含有如下伴生物质：w(Ga)=0.002%～0.03%，w(Mo)=0.001%～0.06%，w(Ni)=0.002%～0.03%，w(Pb)=0.001%～0.003%，w(Sr)=0.01%，w(V)=0.004%～0.03%。

矿石中铁的化学物相分析结果见表2。矿石中铁主要以磁铁矿形式存在，占总量的89.02%；以硫化铁形式存在的铁很低，其中磁黄铁矿中铁只占总量的0.25%，对磁铁矿精矿质量影响很小。

(4)矿石结构、构造

矿石结构主要为半自形中-粗粒状结构和它形粒状结构。矿石构造主要为致密块状，少数为条带状构造、细脉浸染状构造和角砾状构造。

(5)矿石自然类型

区内见有原生磁铁矿、半假象赤铁矿(弱氧化)2种矿石类型。原生磁铁矿在矿床中呈中粗粒状结构、块状构造，块状矿石品位较高，为富矿石，主要分布在西矿段和东矿段Ⅰ号矿体。半假象赤铁矿(弱氧化)主要分布在矿体的顶部，一般厚度0～20 m，品位在60%以上，是优质的铁矿石。

表2 矿石中铁的物相分析结果Table 2 Physical phase analysis of the Fe ore

3.3 矿石中磁铁矿的粒度组成及嵌布特征

2008年3月，矿业权人委托北京矿冶研究总院进行了选矿试验研究，结果表明，矿石中重要矿物磁铁矿的嵌布粒度在显微镜下用线段法进行了系统的测定，其结果见表3。

表3 矿石中磁铁矿嵌布粒度组成情况Table 3 Grain size composition of magnetite of the Fe ore

从表3中可以看出，矿石中的磁铁矿以粗、中粒产出为主，在+0.074 mm粒级中，磁铁矿的占有率达86.96%；而在-0.010 mm粒级中，磁铁矿的占有率仅为0.22%。只要进行粗磨矿，单体解离就会比较充分。

对磨矿细度为-0.074 mm粒级占44%的磨矿产品中磁铁矿的单体解离度进行了测定，结果表明：磁铁矿的单体解离度为73.4%，与褐铁矿连生体占12.3%，二者总计85.7%，与其它脉石矿物连生体占14.3%，可见当磁铁矿与其它脉石矿物解离比较充分时，大部分褐铁矿仍与磁铁矿连生，可一同被选入铁精矿综合回收利用，将有利于铁回收率的提高，这与矿石中磁铁矿的粒度特征及其与褐铁矿等的嵌布关系相一致。

3.4 成矿阶段划分

基于原生矿石为含硫化物的磁铁矿，该矿床应属接触-交代作用形成的铁矿床。根据磁铁矿的形成时间分为3期：早期磁铁矿与硅酸盐矿物同时形成，夹杂在硅酸盐矿物之间；中期磁铁矿出现在主成矿期，分布最广泛，形成矿体，磁铁矿晶体为0.2～1.0 mm的等轴型普通聚集体，在大的聚集体中有石英、长石、辉石残留颗粒，少量硫化物析出与磁铁矿化有关；晚期磁铁矿与硫化物有关，磁铁矿晶体颗粒达3～5 mm。

矿石中的硫化物主要为黄铁矿、钙质黄铁矿、磁黄铁矿、黄铜矿，少量的砷质黄铁矿、闪锌矿和辉钼矿。矿石中硫化物含量小于10%。硫化物存在的形式多为均匀分散的浸染状和细脉状。最常见的是黄铁矿和磁黄铁矿。矿石中的黄铁矿分为两期：早期黄铁矿与磁黄铁矿混合生长，呈浸染状被夹杂在磁铁矿晶粒间，单个晶体颗粒大小达到0.13～3 mm；晚期黄铁矿与磁黄铁矿和钙质黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿、辉钼矿共生。

4 成因初探

伊罗河铁矿床产于华力西晚期花岗岩类、闪长岩类侵入体与达尔汗组的外接触带，矿体受断裂构造控制，基于矿体产出特征、矿石组分及组构特点，应属于接触-交代作用形成的铁矿床(接触交代型铁矿床)，成矿时代属于早二叠世。可将该铁矿床的形成分为两个阶段，即岩浆侵入阶段和矿石成矿阶段。

(1)岩浆侵入阶段：华力西晚期花岗岩、石英闪长岩、闪长玢岩通过构造或裂隙侵入到寒武系达尔汗组中的碎屑岩和碳酸盐岩中，使接触带附近的围岩和岩脉产生了重结晶和角岩化作用，形成了大理岩、角岩和结晶片岩等，在混合岩化过程中，角岩化表现最强烈，在后期还伴随着镁和铁质的少量带入。

(2)铁的成矿阶段：岩浆侵入后期使围岩产生了活化和破碎，老的断裂和裂隙进一步扩大，同时又产生了新的断裂和裂隙构造，这些新老构造通道对于岩浆溶液的交代和成矿起到积极的作用，在高温条件下(600～800 ℃)，富含Fe、Mg、Cl、F、B、O2、CO2和水蒸气的岩浆溶液沿着通道扩散侵入，并和碳酸盐、硅酸盐、铝代硅酸盐及其它岩石发生强烈的交代作用，形成了各种蚀变矿物和铁矿石。根据岩浆岩的期次、矿石的矿物成分、化学成分等的不同，又可将成矿期细分为2期：

①成矿前期

成矿前期最早是含钠长石岩浆(辉绿岩、闪长岩、含钠玢岩)的喷出和结晶作用以及围岩的钠长石化，在以钠长玢岩为代表的岩浆岩的碱性交代作用下，由于钠和硅的渗入，导致围岩中大量的铁、钙、钾等组分的析出，其中的铁质成分则以磁铁矿形式部分富集到钠长玢岩中，另一部分呈浸染状重新回到围岩中，但都没有形成矿体，只是使围岩产生了一定的蚀变现象，蚀变矿物组合钠长石-方柱石-阳起石-磁铁矿。

在进一步的接触变质过程中，随着温度的逐渐降低，含钙、镁、亚铁离子的岩浆热液硅酸盐、碳酸盐发生交代作用，形成矽卡岩。在进一步的成矿过程中，大量的铝、铁、镁进入矽卡岩中，多余的硅、钙析出，随着铁的不断带入，其它组分都被析出，最终产生磁铁矿的富集。这一阶段最显著的特征是矽卡岩化，但由于又被其它蚀变矿物和磁铁矿所替代，所以保存的矽卡岩较少。

在温度的进一步降低过程中，矽卡岩的矿物组合越来越不稳定，除了被磁铁矿不断充填富集外，还产生了新的蚀变矿物组合绿帘石-钠长石-阳起石，同时产生大量的硫化物，硫和其中的铁、铜相互作用形成了第一代的黄铁矿、磁黄铁矿、黄铜矿等，此为铁矿石的主要成矿阶段。

②成矿后期

前期成矿作用结束以后，由于环境的变化和构造运动的影响，使矿体内部发生变化，富含二氧化硅、硫的热水溶液不断迁移进入矿体内部或接触带，在硫化物的作用下，首先形成磁黄铁矿，然后形成黄铁矿和石英脉，并形成细粒的磁铁矿，含有少量的闪锌矿。最后进入表生作用期，接近地表的矿体经历氧化和风化作用，产生弱氧化矿石，成分为假象赤铁矿-磁铁矿，脉石矿物组合为绿泥石-绿帘石-钠长石-阳起石。