鐵礦床形成與有機質(zhì)

鐵礦中菱鐵礦的分布和產(chǎn)狀，化學(xué)成分，組構(gòu)特征，碳氧同位素特征及與赤鐵礦的生成關(guān)系等的分析(劉敏，1996)，表明宣龍菱鐵礦的形成是成巖期有機質(zhì)對先成赤鐵礦還原的結(jié)果，沉積物中高鐵與低鐵的關(guān)系直接取決于起還原作用并能把高鐵轉(zhuǎn)化為低鐵的有機質(zhì)數(shù)量。人們已經(jīng)較普遍地認(rèn)為宣龍鐵礦中的赤鐵礦是菌藻微生物直接參與的結(jié)果(朱世興，1980;杜汝霖等，1992)。對含量僅次于赤鐵礦的礦石礦物菱鐵礦，早在20世紀(jì)50年代，汪本善和陳麗容就提出了“含有機質(zhì)的氧化鐵在還原條件下被改造而成菱鐵礦”的成因解釋;陳志明等(1983)在大量鏡下觀察的基礎(chǔ)上，認(rèn)為菱鐵礦是沉積赤鐵礦在成礦過程中被有機質(zhì)還原而成。劉敏(1996)對地質(zhì)與地球化學(xué)進(jìn)行了較全面的分析和研究后，認(rèn)為菱鐵礦是原生赤鐵礦在成巖階段被有機還原所形成的。一、礦床地質(zhì)概況礦區(qū)地層主要有太古界桑干群，中元古界長城系、薊縣系，上元古界青白口系及中、新生代地層。侵入巖主要以燕山期酸性巖為主，區(qū)內(nèi)局部地段受其影響，使赤鐵礦變?yōu)榇盆F礦，礦石變富。菱鐵礦主要賦存于中元古界長城系串嶺溝組，串嶺溝組一段為含礦巖系，厚0.6～6m，由赤鐵礦、菱鐵礦、含鐵砂巖、粉砂質(zhì)頁巖等組成。通常由3層或4層微生物鐵巖與含鐵石英砂巖、灰綠色伊利石石英砂巖和黑色碳質(zhì)粉砂巖交替互層組成。下礦層:主要為疊層石鐵巖，下部含核形石和凝塊石鐵巖，總厚度為0.25～2.0m。疊層石鐵巖常形成層礁，在大嶺堡有菱鐵礦核形石，頂部有菱鐵礦疊層石。在龐家堡也出現(xiàn)有下部為赤鐵礦疊層石，之上有菱鐵礦疊層石。中礦層:為粗核形石鐵巖，厚度為0.60～2.58m。在宣化煙筒山，其上部夾有凝塊石和疊層石鐵巖。在大嶺堡核形石粒度較大，可達(dá)10mm，并出現(xiàn)菱鐵礦核形石。上礦層:為細(xì)核形石鐵巖，厚度為0.42～1.65m。頂?shù)V層:與上礦層相接，為微晶或細(xì)晶菱鐵礦巖和核形石菱鐵礦層互層，厚度為0～0.35m。二、礦石類型及特征根據(jù)組成菱鐵礦的結(jié)構(gòu)構(gòu)造、礦物組分等特征，可以將宣龍地區(qū)的菱鐵礦劃分為幾種主要的礦石類型，包括疊層石菱鐵礦和核形石菱鐵礦等生物結(jié)構(gòu)類型，以及微晶菱鐵礦。疊層石菱鐵礦產(chǎn)于各種疊層石赤鐵礦的上部或頂部，與其下疊層石在形成上具有延續(xù)性。由柱體和充填物兩部分組成。核形石菱鐵礦主要分布在含鐵巖系的上部和頂部，處于核形石赤鐵礦向粉砂質(zhì)頁巖或頁巖的過渡帶，或者處于核形石赤鐵礦向泥晶、微晶菱鐵礦的過渡部位。粒屑成分主要由菱鐵礦核形粒組成。細(xì)微晶菱鐵礦主要分布在含鐵巖系的頂部或疊層石鐵巖與核形石鐵巖的夾層中，并經(jīng)常與核形石菱鐵礦呈漸變過渡關(guān)系。三、菱鐵礦產(chǎn)出狀況、基本結(jié)構(gòu)和成分特點菱鐵礦與赤鐵礦密切共生，甚至成層產(chǎn)出。第一種微晶菱鐵礦層，通過對不同礦區(qū)薄片的詳細(xì)觀察，發(fā)現(xiàn)盡管它們的交代程度不同，但都具有典型的交代現(xiàn)象，菱鐵礦為泥晶-微晶他形粒狀，在其顆粒上有保留有明顯的赤鐵礦殘留體;第二種是產(chǎn)在疊層石或核形石中的菱鐵礦，菱鐵礦交代赤鐵礦現(xiàn)象非常普遍，表明菱鐵礦幾乎都是成巖期的產(chǎn)物。核形石中的菱鐵礦幾乎都是成巖期的產(chǎn)物。核形石中的菱鐵礦在基質(zhì)或沿同心紋層、核心發(fā)生交代，核心由不規(guī)則的細(xì)微晶菱鐵礦組成，并保存赤鐵礦殘留體;同心紋層有的交代不徹底，菱鐵礦沿同心紋層方向上呈斑團(tuán)塊或細(xì)紋狀斷續(xù)分布，有的穿切或截斷同心紋層，有的同心紋層及核心部位幾乎全被菱鐵礦所替代，赤鐵礦僅殘留極薄的外殼，個別還見有沿各種裂紋充填的菱鐵礦，在柱間充填物以及基本層中發(fā)生交代，其方式與核形石中相似，如在基本層中見有菱鐵礦穿切或破壞赤鐵礦紋層。不管菱鐵礦呈何種狀態(tài)分布，其基本結(jié)構(gòu)只有兩種:纖狀結(jié)構(gòu)和粒狀結(jié)構(gòu)，后者最普遍?？偟膩砜矗|(zhì)中的菱鐵礦(包括層狀菱鐵礦)含Mg+Mn+Ca較高，為3.67%，而藻體中菱鐵礦相對Mg+Mn+Ca含量較少，在0.73%。這與有機質(zhì)含量以及交代作用早晚有關(guān)，因為藻體中含有更豐富的有機質(zhì)，因此可以提供足夠量的Fe2+，而基質(zhì)(膠結(jié)物)中則有機質(zhì)含量相對較少。四、菱鐵礦形成的有機作用及成因討論1.鐵礦中的有機質(zhì)分布特征菱鐵礦產(chǎn)于一套海相碎屑巖向泥質(zhì)巖過渡的海侵巖系中，與泥質(zhì)巖(粉砂質(zhì)頁巖)、赤鐵礦關(guān)系密切。從含礦巖系中有機碳分布背景來看，含鐵巖系中有機碳含量總的是很低，為0.03%～0.89%，平均為0.12%。有機碳含量最高者為礦層頂板的黑色粉砂質(zhì)頁巖，為1.89%，其次為菱鐵礦，含量約為0.11%，礦層底板最高可到0.13%。赤鐵礦中有機含量最低在0.04%～0.05%之間，該有機碳含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于頁巖(頁巖平均有機碳為0.99%)和碳酸鹽(碳酸鹽有機碳平均為0.33%)。從含礦巖系剖面上有機碳分布特點來看，有機碳與礦層中的鐵含量呈明顯的反相關(guān)。即有機碳在層底板要高于礦石中。由前所述菱鐵礦與赤鐵礦密切共生，礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造為菌藻疊層石(核形石)，目前又發(fā)現(xiàn)了可靠的菌藻微生物化石，它們都已赤鐵礦化，說明當(dāng)時微生物活動很旺盛，現(xiàn)在測出的低有機碳含量，則是有機質(zhì)經(jīng)過氧化降解所致，并非是原始生物或有機質(zhì)的真實反映。因此，這些數(shù)據(jù)一方面反映了原生礦石中有機質(zhì)或生物的強度;另一方面反映了在成巖過程中有機質(zhì)的消耗程度，上述特征表明生物對成礦元素的預(yù)富集及成礦過程中有機質(zhì)對成礦元素還原的體現(xiàn)。鐵礦石做氯仿提取及干酪根分離，飽和烴氣相色譜分析顯示，它們的OEP值介于0.80～1.17，趨近或略大于1，輕碳多，重碳少，碳數(shù)范圍在14～33之間，主峰碳數(shù)C16～C18，Pr/Ph幾乎都小于1，在0.73～1.15;干酪根紅外譜線具有特征的主吸收峰2920cm－1和2850cm－1，δ13C為－29.84‰～－28.35‰，所有上述有機地球化學(xué)特征都反映了礦石中有機質(zhì)的原始母質(zhì)來自低等藍(lán)綠藻和細(xì)菌。Pr/Ph小于1，又說明了明顯的還原成巖環(huán)境。2.菱鐵礦成因及討論通常認(rèn)為沉積有機質(zhì)δ13C為－30‰～－20‰(Hodgson，1968;Berger，1986)，大氣CO2的δ13C大約為－7‰，海相碳酸鹽沉積的δ13C為0。宣龍菱鐵礦的δ13C值(PDB)為－11.74‰～－9.01‰，推斷菱鐵礦礦石中重要的碳源主要來自沉積有機質(zhì)的降解，可視為生物成因的標(biāo)志。Walker(1984)測定了來自條帶狀鐵建造中菱鐵礦的碳同位素，并認(rèn)為在亞氧帶成巖環(huán)境中Fe3+被還原的同時，將輕碳(來自有機質(zhì))帶給了系統(tǒng)，結(jié)果δ13C值在－10‰左右。另外，在亞氧作用帶中，δ13C的值在－11‰～－9‰之間。結(jié)合菱鐵礦在剖面中的分布規(guī)律及鏡下觀察，表明本區(qū)菱鐵礦無疑是成巖期有機質(zhì)參與所至，也說明有機質(zhì)在菱鐵礦形成過程中起了重要的作用。根據(jù)菱鐵礦的產(chǎn)出狀況，如它們與赤鐵礦密切共生，常產(chǎn)于其上部或頂部，以多種方式交代赤鐵礦等現(xiàn)象，都表明菱鐵礦并不是同生的，而是成巖作用的結(jié)果。菱鐵礦的生成，必須有CO2和Fe2+，通常在氧化條件下，F(xiàn)e2+易氧化為Fe3+，因此，菱鐵礦的形成要求有一個弱還原的環(huán)境。菱鐵礦形成要求的特殊條件，菱鐵礦很可能是生長在一種低Eh值(－0.25～+0.35V)，硫化物活度為零，水循環(huán)嚴(yán)格受限制的環(huán)境里。宣龍鐵礦形成時的古地理為典型的潮濕-炎熱的氣候，它非常適宜于喜氧微生物的大量繁盛，從而為鐵礦的形成創(chuàng)造了一個合適的地質(zhì)背景。在成巖過程中，硫化物活度很低的地方，有機質(zhì)與沉淀的高鐵化合物之間的反應(yīng)，創(chuàng)造了有利于菱鐵礦生成的條件。進(jìn)入沉積物中的有機質(zhì)，經(jīng)微生物的催化、分解作用而殘留于沉積中的有機碳，還原沉積層中的Fe(OH)3而生成菱鐵礦，這一過程可用下列反應(yīng)式表示:特態(tài)礦物法及其在石油勘探中的應(yīng)用沉積物中高鐵和低鐵之間的關(guān)系直接取決于起還原作用并能把高鐵轉(zhuǎn)化為低鐵的有機質(zhì)的數(shù)量。而宣龍古海灣適宜的古地理環(huán)境對沉積物中的有機物含量和結(jié)構(gòu)以及成巖孔隙溶液的流動有影響，進(jìn)而對菱鐵礦形成、分布起著直接的控制作用。
備注：數(shù)據(jù)僅供參考，不作為投資依據(jù)。