張小笛

(山東金嶺礦業(yè)股份有限公司,山東 淄博 255081)

0 引言

唐克里里鐵礦為非洲第二大鐵礦,分為上部氧化礦和下部原生礦,氧化礦資源量12.5億噸,原生礦資源量達(dá)124億噸[1]。由于該礦床儲(chǔ)量特別巨大,開(kāi)采技術(shù)條件較為簡(jiǎn)單,為建設(shè)特大型生產(chǎn)規(guī)模的鐵礦石原料企業(yè)奠定了良好的基礎(chǔ)[2]。唐克里里鐵礦于2010年取得開(kāi)采許可證,目前正在開(kāi)采新比利礦區(qū)和瑪蘭帕礦區(qū)的上部高品位氧化礦,開(kāi)采將由上往下,按序開(kāi)采過(guò)渡層礦體和下部原生礦,通過(guò)研究礦區(qū)和礦體地質(zhì)特征分析礦床不同部位的不同成因方式,對(duì)礦體中因不同成因?qū)е碌膶?duì)采選礦造成較大影響的高含量Al2O3和SiO2做出分析,提高了對(duì)唐克里里礦區(qū)的認(rèn)識(shí)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

唐克里里鐵礦位于非洲塞拉利昂(Sierra Leone)共和國(guó)北方省的西南部,地處塞拉利昂東北部蘇拉山(Sula Mountain)一帶,距本布納鎮(zhèn)(Bumbuna)約 10 km,距隆吉(Lungi)約 190 km,距離首都弗里敦(Freetown)附近的佩佩爾(Pepel)港口約 197 km,有鐵路貫通[3](圖1)。礦區(qū)高程200～880 m,呈現(xiàn)谷緩頂平的地貌特征,峽谷的最低點(diǎn)高程220～350 m,屬于低山—丘陵區(qū)。礦區(qū)地處熱帶季風(fēng)氣候區(qū),雨季為每年5—10月,旱季為每年11—12月至次年4月[4]。

圖1 礦區(qū)交通位置圖

塞拉利昂位于西非太古宙地塊,出露的地層僅西部瀕臨大西洋為新生界砂石、礫石和風(fēng)化紅土殘積,其余部分為太古宙地層及少量元古宙地層,太古宙巖性以花崗質(zhì)片麻巖為主,局部有Kaisla組鎂鐵質(zhì)片麻巖、Kamabui組綠巖建造和Marampon組副變質(zhì)巖,其中Kamabui組綠巖建造是唐克里里鐵礦的賦礦圍巖,Marampa組副變質(zhì)巖是Marampa鐵礦的賦礦圍巖[5]。

在塞拉利昂地塊中,主要構(gòu)造為NNW向,包括地層分布和褶皺走向。低角度推覆構(gòu)造,走向NW,傾斜西,局部有一些剪切帶。

太古宙巖石受到兩次造山運(yùn)動(dòng)影響,較早的一次是Leonean(35億年～29億年)造山運(yùn)動(dòng),較晚的是Liberian(29億年～25億年)造山運(yùn)動(dòng)[6]。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 礦區(qū)地層

唐克里里鐵礦區(qū)現(xiàn)已勘查出新比利(Simbili)、瑪蘭帕(Marampon)、南巴拉(Numbara)、卡薩佛尼(Kasafoni)四個(gè)礦段(圖2)。鐵礦區(qū)位于塞拉利昂東北部的蘇拉(Sula)山區(qū)的Kamabui組綠巖帶中,主要巖性自下而上為變超基性火山巖(綠泥巖-滑石片巖)、變基性火山巖(角閃巖)、石英巖和變沉積巖夾條帶狀鐵巖[7]。

圖2 唐克里里鐵礦礦區(qū)平面圖

新比利、瑪蘭帕和南巴拉礦段出露地層受唐克里里建造影響,由石英-云母片巖、云母-石英巖、變泥質(zhì)沉積巖和薄層變凝灰?guī)r互層組成。石英-云母片巖與泥質(zhì)沉積巖之間為漸變關(guān)系。底部為石英-云母片巖,逐漸變?yōu)槭?云母片巖與泥質(zhì)沉積巖及凝灰?guī)r。不規(guī)則的石英脈和透鏡狀的石英集合體通常出現(xiàn)在石英-云母片巖中。這套巖體的下伏巖體為角閃石片巖、千枚巖夾玄武巖。

條帶狀磁鐵礦圍巖為唐克里里建造變沉積巖和變沉積火山巖,地層走向NE,傾向NW。唐克里里建造被角閃巖和其他鎂鐵質(zhì)侵入。

2.2 礦區(qū)構(gòu)造

礦區(qū)發(fā)育一組NE走向南傾向的褶皺,為 Leonean 造山過(guò)程中的NW—SE向擠壓形成的,其變質(zhì)的火山—沉積序列進(jìn)一步受到NE—NNW向線(xiàn)性斷裂的擾動(dòng)。

瑪蘭帕和新比利礦段地層總體呈NE走向,傾向NW,在傾向上由緩向陡傾斜過(guò)渡。條帶狀磁鐵礦體平行于層理和片里面,根據(jù)地質(zhì)研究,礦體在唐克里里建造中作為一個(gè)整體褶皺形成,褶皺軸面向NW傾斜,這些褶皺的塊體巖石富含磁鐵礦-赤鐵礦-褐鐵礦-針鐵礦,形成NE走向的南巴拉、瑪蘭帕和新比利山體。

3 礦體特征

唐克里里鐵礦賦存于唐克里里建造中,該地層由石英云母片巖、云母石英片巖、變質(zhì)泥質(zhì)板巖和薄層變質(zhì)凝灰?guī)r互層組成。唐克里里建造沉積變質(zhì)巖和沉積火山巖即為鐵礦層,產(chǎn)狀為走向NE,傾向NW,淺部較緩,深部較陡。唐克里里建造被角閃巖和其他鎂鐵質(zhì)侵入巖侵入穿插,但從整體上看,磁鐵礦體賦存在 Kamabui 組綠巖建造的燧石質(zhì)含鐵層中,礦體規(guī)模巨大,產(chǎn)狀穩(wěn)定,礦石品位變化不大。

3.1 礦體在傾向上的地質(zhì)特征

唐克里里礦區(qū)有兩種類(lèi)型礦石,一種是上部氧化礦體,另一種是下部原生磁鐵礦。根據(jù)礦體賦存狀態(tài)、埋藏深度關(guān)系,礦石品位、產(chǎn)品方案等因素,將上部氧化礦體細(xì)劃分為兩層,即頂部赤鐵礦(DSO)和混合礦過(guò)渡層(圖3)。

圖3 新比利礦區(qū)三維礦體模型剖面(上部氧化礦礦帽,下部原生磁鐵礦)

3.1.1 上部氧化礦(Oxidized Cap)

氧化帽的地質(zhì)分層是通過(guò)對(duì)鉆孔數(shù)據(jù)庫(kù)的統(tǒng)計(jì)分析并按照礦化作用邊界來(lái)確定的,氧化程度依照逐層向下自然富集的規(guī)律,從剖面上看,從表面的高度蝕變和材料富集向原始的條帶狀磁鐵礦原生帶過(guò)渡。富集過(guò)程使得SiO2含量自下而上逐漸降低,同時(shí)全鐵品位逐漸升高,導(dǎo)致磁鐵礦(Fe3O4)轉(zhuǎn)化為赤鐵礦(Fe2O3)[8]。

頂部赤鐵礦(DSO): 氧化帽的地質(zhì)分層是通過(guò)對(duì)鉆孔數(shù)據(jù)庫(kù)的統(tǒng)計(jì)分析并按照礦化作用邊界來(lái)確定的,氧化程度依照逐層向下自然富集的規(guī)律,從剖面上看,從表面的高度蝕變和材料富集向原始的條帶狀磁鐵礦原生帶過(guò)渡。富集過(guò)程使得SiO2含量自下而上逐漸降低,同時(shí)全鐵品位逐漸升高,導(dǎo)致磁鐵礦(Fe3O4)轉(zhuǎn)化為赤鐵礦(Fe2O3)[9]。DSO礦體位于礦床的地表,主要由赤鐵礦組成,伴有針鐵礦、褐鐵礦,偶見(jiàn)少量磁鐵礦,最大層厚約65 m,TFe品位大于53.5%的可作為直運(yùn)礦開(kāi)采[10]。

中間混合礦過(guò)渡層:中間混合礦過(guò)渡層也是氧化礦的一部分,位于高品位赤鐵礦和BIF之間,依據(jù)地質(zhì)報(bào)告,該層礦石Fe品位在26.5%～53.5%之間?？臻g位置關(guān)系大致為層狀分布,依次為上部赤鐵帽、上層腐泥巖、下層腐泥巖、磁鐵礦腐泥巖;高鋁礦賦存在山坡處。

3.1.2 下部原生磁鐵礦

礦體主要為磁鐵礦與石英條帶互層(圖4),由于礦體成層出現(xiàn),礦石Fe品位變化在20%～40%之間,礦體整體連續(xù),礦石與圍巖界線(xiàn)清楚[11]。唐克里里鐵礦區(qū)現(xiàn)已控制四大磁鐵礦體,走向SW—NE,依次為新比利、瑪蘭帕、南巴拉和卡薩佛尼。

圖4 條帶狀含鐵建造

3.2 礦體走向上的特征

唐克里里鐵礦礦體走向SW—NE,自南向北分為四個(gè)礦段,依次為新比利、瑪蘭帕、南巴拉和卡薩佛尼。

新比利(Simbili)礦段: 該礦段長(zhǎng)3.6 km,礦體實(shí)際厚度達(dá)600 m,控制斜深超1100 m,礦體分布較連續(xù),走向NE,傾向NW,頂部赤鐵礦TFe平均品位超過(guò)55%。

瑪蘭帕(Marampon)礦段: 該礦段礦床走向長(zhǎng)約1.9 km,實(shí)際厚度達(dá)到170 m,控制斜深超過(guò)1900 m,走向NE,傾向NW,產(chǎn)狀較緩。該條帶狀磁鐵礦床內(nèi)部存在閃長(zhǎng)巖體夾石。

南巴拉(Numbara)礦段: 該礦段礦床走向長(zhǎng)約6.4 km,走向NE,傾向NW,傾角較陡,總體低品位礦較多。礦體淺部較連續(xù),到深部中間出現(xiàn)夾石,將礦體分為兩塊,夾石在品位上較連續(xù)。

卡薩佛尼(Kasafoni)礦: 該礦段礦床分為東西兩部分,總走向長(zhǎng)度約為10 km,走向NE,傾向 NW,傾角較陡,內(nèi)有閃巖夾石。

4 礦石特征

4.1 礦石類(lèi)型

礦石自然類(lèi)型: 唐克里里礦床分為氧化赤鐵礦(頂部赤鐵礦、過(guò)渡層鐵礦)和原生條帶狀磁鐵礦兩種類(lèi)型。

過(guò)渡層鐵礦類(lèi)型: 根據(jù)礦石礦物組合及脈石礦物特征劃分為高品位赤鐵礦、低品位赤鐵礦、高磁性鐵赤鐵礦鐵礦型及高鋁赤鐵礦。

礦石工業(yè)類(lèi)型: 頂部赤鐵礦平均品位TFe超過(guò)53.5%的為直運(yùn)礦,可直接入爐,無(wú)需經(jīng)過(guò)選礦;平均品位TFe介于26.5%～53.5%之間的赤鐵礦及下部平均品位介于20%～40%之間的原生磁鐵礦,為需選鐵礦石。

4.2 礦石礦物成分

上部赤鐵礦: 主要礦物成分為赤鐵礦,還含有褐鐵礦及針鐵礦等,尚有Al、Si、P、Mg等其他組分,其中部分區(qū)段Al2O3含量較高。

中間過(guò)渡層鐵礦: 主要礦物成分為赤、針鐵礦,還含有黃鐵礦、磁鐵礦等,TFe平均品位為40.6%～52.7%,有害成分為P,但含量低,變化不大。

下部原生磁鐵礦: 主要礦物成分為磁鐵礦,Al2O3、SiO2含量均較高[13]。

5 礦床成因

唐克里里鐵礦床下部原生礦是一個(gè)大規(guī)模、低品位鐵礦床,其礦體形態(tài)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定,礦化連續(xù),礦石礦物以磁鐵礦為主,平均品位為30.2%,Al2O3、SiO2含量均較高,對(duì)采、選均造成一定的影響[14]。唐克里里項(xiàng)目的鐵礦化特征是磁鐵礦相帶狀鐵地層,由半泥質(zhì)至泥質(zhì)沉積物和石英云母片巖的薄層和交替層組成,由圖4巖心可以看出條帶狀構(gòu)造明顯,下部原生礦為典型的沉積變質(zhì)鐵礦床,即BIF型鐵礦[14](Banded Iron Formation:條帶狀含鐵建造)。

唐克里里上部氧化礦以“鐵帽”為特征賦存在原生礦上(圖3),是由BIF型鐵礦風(fēng)化形成的頂部赤鐵礦礦石,由上到下氧化程度越來(lái)越弱,上層氧化程度高,礦石具有塊狀構(gòu)造,表層礦石由于氧化質(zhì)地堅(jiān)硬,礦體內(nèi)部由于長(zhǎng)期雨水淋濾黏土富集,含量較高,為風(fēng)化淋濾型鐵礦床[15]。

綜上所述,唐克里里鐵礦原生礦為沉積變質(zhì)鐵礦床,上部原有的沉積變質(zhì)型鐵礦經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的雨水淋濾等氧化作用發(fā)生氧化,形成了高品位的氧化礦,這一部分為風(fēng)化淋濾型鐵礦床。

6 結(jié)論

(1)唐克里里鐵礦屬于超大型露天鐵礦,其礦化連續(xù),產(chǎn)狀穩(wěn)定,構(gòu)造簡(jiǎn)單,礦石類(lèi)型主要分為原生礦和氧化礦兩種類(lèi)型,原生礦含鐵量較低,氧化礦品位較高。

(2)上部氧化礦以鐵帽形式賦存于原生礦之上,是由原生礦由于長(zhǎng)期遭受雨水等風(fēng)化淋濾作用富集而形成,淋濾風(fēng)化后礦體中形成了較高品位的Al2O3夾層,是風(fēng)化淋濾型鐵礦床。

(3)下部原生礦是由沉積變質(zhì)作用形成,具有條帶狀含鐵建造,SiO2含量較高,為沉積變質(zhì)鐵礦床。