地质通报  2020, Vol. 39 Issue (5): 746-754  
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张伟波, 刘翼飞, 王丰翔, 陈秀法, 何学洲, 于瑞. 芬兰科密铬铁矿床研究新进展[J]. 地质通报, 2020, 39(5): 746-754.
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Zhang W B, Liu Y F, Wang F X, Chen X F, He X Z, Yu R. New progress of the research on the Kemi chromitite deposit in Finland[J]. Geological Bulletin of China, 2020, 39(5): 746-754.
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基金项目

中国地质调查局项目《"一带一路"资源与环境信息采集及产品开发》(编号:DD20190455)

作者简介

张伟波(1987-), 男, 在读博士生, 工程师, 从事境外地质矿产研究。E-mail:zhangwb2007@163.com

通讯作者

刘翼飞(1981-),男,博士,高级工程师,从事矿床地质和矿床地球化学研究。E-mail:lyfsky@126.com

文章历史

收稿日期: 2019-01-18
修订日期: 2019-04-06
芬兰科密铬铁矿床研究新进展
张伟波1,2, 刘翼飞1, 王丰翔1,3, 陈秀法2, 何学洲2, 于瑞2    
1. 中国地质科学院矿产资源研究所/自然资源部成矿作用与资源评价重点实验室, 北京 100037;
2. 中国地质调查局发展研究中心, 北京 100037;
3. 河北地质大学, 河北 石家庄 050031
摘要: 芬兰科密铬铁矿床是欧洲规模最大的铬铁矿床。对该矿床的地质背景、矿床特征、矿床成因及找矿标志进行了总结。结果表明,该矿床与古元古代层状超镁铁质杂岩体具有密切的时空分布关系,杂岩体内的铬铁矿床具典型的层状堆积特征,矿层延伸稳定。由于Cr/Fe值较低,该矿床矿石品位在世界同类矿床中属偏低水平。同位素年代学证据表明,其形成于古元古代早期(2.44 Ga),是由卡累利阿造山作用诱发多期次岩浆侵入活动并与新太古代基底岩层发生混染作用形成的。科密铬铁矿床属于层状铬铁矿床,其地质特征与中国目前已发现的豆荚状或似层状铬铁矿床存在一定区别。
关键词: 科密    铬铁矿床    地质特征    找矿标志    芬兰    
New progress of the research on the Kemi chromitite deposit in Finland
ZHANG Weibo1,2, LIU Yifei1, WANG Fengxiang1,3, CHEN Xiufa2, HE Xuezhou2, YU Rui2    
1. Institute of Mineral Resources, CAGS/Key Laboratory of Metallogeny and Mineral Assessment, MNR, Beijing 100037, China;
2. Development Research Center, China Geological Survey, Beijing 100037, China;
3. Hebei University of Geosciences, Shijiazhuang 050031, Hebei, China
Abstract: The Kemi deposit is the largest chromite deposit in Europe.The authors have summarized its geological setting, orebody features, ore genesis and ore indicators in this paper.The deposit is hosted by early Proterozoic Kemi layered complex, which strikes northeastward along the Svecokarelidic Perapohja schist belt.The chromite deposit in the complex has typical layered accumulation characteristics and the ore layers extend steadily.Due to the low Cr/Fe ratio in ore, its grade belongs to low level among similar ore deposits in the world.Isotopic geochronology evidence suggests that the mineralization age is 2.44 Ga, indicating that the metallogenesis of chromitite deposit occurred in early Paleoproterozoic.During the Karelia orogeny, the chromitite was deposited when the input of magma into the Kemi intrusion was contaminated by salic material from the underlying basement complex.This magma was mixed with the fresh input of primitive magma, resulting in chromite saturation.The chromite crystals were formed during mixing in a plume.The Kemi deposit is a layered type chromitite deposit, and its geological features are different from features of podiform type or stratoid type chromite deposits discovered in China.
Key words: Kemi    chromitite deposit    geological features    ore indicators    Finland    

芬兰科密(Kemi)铬铁矿床位于拉普兰省中部,北极圈南侧,濒临波的尼亚湾最北端,芬兰北极圈南侧,中心地理坐标为北纬65.779°、东经24.736°。东南方向距芬兰城市奥卢(Oulu)市90 km。该矿床于1959年发现铬铁矿化现象,随后由芬兰地质调查局和奥托昆普公司(Outokumpu)展开勘探工作。1964年开始生产,目前由奥托昆普公司运营。该矿床是欧洲产出规模最大的铬铁矿床,芬兰也因其而成为世界第六大铬生产国[1]。迄今为止,在矿区范围内共圈定矿体十余条,探明矿石储量为3600×104 t,推测矿石资源量为8700×104t,Cr2O3的平均含量为26%[2-3]。矿山生产最早采取露采形式,自2001年起开始井采,而2006年后全部转入地下开采阶段。近年来科密矿山的矿石年产量一直维持在130×104 t左右[4],在芬兰经济和社会发展中发挥了重要作用。

目前世界上已发现的原生铬铁矿床主要有2种类型:层状铬铁矿和豆荚状铬铁矿,分别产于古老地台的层状镁铁-超镁铁质杂岩体和显生宙蛇绿岩中[5],此外还有似层状、风化壳型等类型。科密矿床属于层状铬铁矿床,该类矿床一般产出规模巨大,全球范围内此类代表性矿床除芬兰科密外,还包括南非的布什维尔德(Bushveld)、津巴布韦的大岩墙(Great Dyke)、美国蒙大拿州的斯蒂尔沃特(Stillwater)、印度奥里萨邦的苏金达河谷(Sukinda valley)等[6-13],这类铬铁矿床总储量占世界总储量的70%。铬铁矿是中国的短缺矿种,中国铬铁矿石基本依赖进口[14-15]。中国目前仅发现1处大型铬铁矿床和4处中型矿床,且具有工业价值的铬铁矿床以豆荚状类型为主,剩余可采储量严重不足,因此在中国寻找大型铬铁矿床的任务显得尤为重要。本文介绍科密铬铁矿床的地质特征和找矿标志,并与中国已探获的豆荚状、似层状型铬铁矿床对比,以期为中国境内的铬铁矿找矿勘查工作提供启示。

1 地质背景 1.1 科密侵入体地质特征

从大地构造位置看,科密铬矿床产出于芬诺斯堪迪亚(Fennoscandian)地盾的瑞典卡累利阿-帕拉波加(Karelian-Perapohja)片岩带内,在该地区发育20多个古元古代层状超镁铁质杂岩体,这些杂岩体赋存在太古宙花岗岩类杂岩体中,或与岩浆岩、碎屑沉积岩地层相接触。与科密铬铁矿床具有密切时空分布关系的科密层状镁铁质杂岩体就是其中之一(图 1)。

图 1 芬兰北部古元古代层状侵入体分布位置图(据参考文献[16]修改) Fig.1 Location of Early Proterozoic layered intrusions in northern Finland

科密杂岩体形成时代约为2.44 Ga,为古元古代多期岩浆活动的产物[17-21],在太古宙花岗岩基中呈透镜体状产出,长15 km,宽0.2~2 km(图 2)。地球物理资料显示,该侵入体呈漏斗状向下延伸超过2 km,倾向北西,倾角约70°,是由辉长岩堆积岩、辉石岩和橄榄岩堆积岩与铬铁矿堆积岩组成的镁铁-超镁铁岩块体。科密侵入体的基底由新太古代花岗岩组成,上部由比侵入岩体年轻的基性火山岩、次火山岩岩床及多源碎屑砾岩组成。上部接触带曾遭受侵蚀,顶部原始成岩层系中的堆积岩和可能存在过的花斑岩层都已被侵蚀掉。科密侵入体所在的地区在瑞典卡累利阿造山运动时期曾遭受低角闪岩相的变质作用。侵入体底部和上部的原始岩浆硅酸盐矿物已经完全蚀变为次生矿物,而在侵入体中部则保存原生矿物。尽管在同类岩石中的硅酸盐矿物已完全蚀变,在许多铬铁矿的核心部位却保存了其原始组构。铬铁矿未蚀变的核心部位通过显微镜很容易识别。蚀变岩蚀变较强烈,但很好地保留了堆晶结构,很多原生矿物仍然可以通过假晶确认,进而确定堆晶序列。

图 2 科密侵入体地质图(据参考文献[22]修改) Fig.2 Generalized geological map of the Kemi intrusion

科密杂岩体岩性组成复杂(图 3图版Ⅰ),由下到上岩性变化依次为:①最底部与花岗岩基底接触的部位是约10 cm厚的细粒超镁铁质岩,这些超镁铁质岩保留了原始结构,硅酸盐矿物完全重结晶,占全岩组分15%的铬铁矿则保留了粒径约0.5 mm的自形斑晶。②超镁铁质岩层上覆盖50~100 m厚的蚀变岩,其下部为古铜辉石-铬铁矿堆积岩,上部为橄榄石-铬铁矿±古铜辉石堆积岩,其间还存在多条0.5~1.5 m厚的铬铁岩夹层。③蚀变岩上为厚约60 m的主铬铁岩层,其堆晶矿物为铬铁矿和橄榄石,堆晶间隙矿物由嵌晶状古铜辉石和少量辉石组成。④主铬铁岩层之上覆盖有550 m厚的橄榄岩,其堆晶矿物为橄榄石、铬铁矿和少量古铜辉石。该堆积岩序列内包括15个厚度5~2.5 m的富铬铁矿层,其中最上一层位于主铬铁岩层之上370 m处。⑤距侵入体基底接触带之上700 m处是古铜辉石作为主要堆晶矿物的古铜辉岩层,层厚约100 m。⑥古铜辉岩层上为异剥岩层,层厚约200 m,主要堆晶矿物由古铜辉石变为辉石,此处已不见橄榄石和铬铁矿。⑦基底之上1000 m处,斜长石继辉石和古铜辉石之后成为主要堆晶矿物,层厚达800 m,层内主要为辉长苏长岩、淡色辉长岩及斜长岩互层等[23]

图 3 Elijiirvi矿体平面图及剖面图[23] Fig.3 Surface plan view and three cross sections of the Elijiirvi orebody
图版Ⅰ A.钠长花岗岩;B.糜棱质片岩;C.橄榄岩;D.铬铁岩;E.辉长岩;F.蛇纹岩
1.2 科密侵入体地球化学特征

在科密侵入体内富铬铁矿层出现频率很高。超镁铁质岩石中斜长石含量较高,在距离基底1000 m之上的位置含量骤然增多,根据其含量可将侵入体分为上、下两部分。

Alapieti等[23]对科密侵入体内氧化物含量特征研究后指出,接触带之上的辉岩和辉长岩堆积岩内的Al2O3含量大幅增加。MgO含量在向上直到橄榄岩堆积岩上部的岩体中相对稳定,再向上直到侵入体顶部的岩体中则持续下降。CaO含量在侵入体中由下向上逐步减少,而在辉石变为堆晶矿物的单斜辉石岩中急剧上升。Na2O含量在侵入体中自下而上始终稳步上升。K2O含量在上部的斜长岩中达到最高,在多条富铬铁矿层的其中一层中含量增加超过3%,该层位于主铬铁岩层之上,靠近主铬铁岩的位置。而紧邻其上5 cm厚富含铬铁层的La和Ce含量也很高,分别达到130×10-6和300×10-6,可能说明存在矿物钛铈钙矿,尽管该矿物目前还未在科密侵入体中发现[24-25]。科密侵入体中该富铬层中的Pd、Pt和Rh最大含量分别达到50×10-9、180×10-9和120×10-9。Cr在整个侵入体中含量都很高。富铬铁矿层中Cr含量一般超过20%,在橄榄岩和辉岩中Cr含量相对稳定,保持在0.2%~0.6%之间,在辉长岩堆积岩下部下降至0.1%。此外,只有在侵入体上部斜长岩堆积岩中Cr含量才低于600×10-6,在接近顶部时Cr含量重新超过600×10-6。Ni含量较稳定,在侵入体下部约为0.1%,在橄榄岩堆积岩向上至侵入体顶部之间的岩体中几乎呈直线下降。Zn含量在富铬铁矿层最高,在向顶部斜长岩过渡时则逐步降低,之后再次升高。Sr含量的变化与Na2O呈正相关,即从侵入体底部到顶部逐步上升。

1.3 区域矿产

芬兰北部地区古元古代层状侵入体星罗棋布(图 1),除科密侵入体中产出科密铬铁矿床外,其他层状侵入体内也赋存有多个不同的矿床(点)。例如克里斯玛(Koillismaa)杂岩体发现钒-铁-钛矿床和含低品位铂族元素的铜-镍矿床[22],科体莱恩(Koitelainen)、托尔尼奥(Tornio)和派尼卡特(Penikat)侵入体中含有低品位的铬铁矿,帕提莫(Portimo)杂岩体中赋存铂族元素矿床。近年研究发现,科密矿床中也存在铂族元素[26-27]

2 地质特征 2.1 矿体特征

科密铬铁矿床的富铬铁矿层与科密层状超镁铁质侵入体的基底接触带平行分布,平均倾角为70°,倾向北西。从科密镇向东北方向延伸至15 km外的凯尔维斯耶尔维(Kirvesjärvi)湖(图 2)。艾利耶尔维(Elijärvi)地区富铬铁矿层最厚,其厚度变化从几厘米到160 m。最具经济价值的富铬铁矿层分布于西部的艾利耶尔维矿体至东部的波加维亚(Pohjoisviia)矿体范围,这一区域的铬铁矿层平均厚度达到40 m,其中可供开采的矿体总长约1500 m,矿体被断层分割成若干段。铬矿化大都在科密层状镁铁质层状杂岩体内呈角砾状、浸染状和团块状产出。从含矿岩体的浅部到深部,矿体的产状依次为薄层状、似层状(团块状)和角砾状。

科密侵入体中部的铬铁岩层为一套厚层堆积岩,可分为3个结构各异的单元:从底部到顶部,分别为主铬铁岩单元,蚀变岩单元和顶层单元。层状杂岩体的最底部为与太古宙基底接触的糜棱质云母-绿泥石-碳酸盐片岩,厚度为5~50 m。主铬铁岩单元呈层状分布于杂岩体基底接触带上100~150 m范围内,平均厚度为40 m,其厚度变化范围较大,最薄处约几米,最厚处可达160 m。主铬铁岩单元顶部呈层状结构产出,下部则无层理且呈角砾状,同时夹有大量的不含矿超镁铁质块体。主铬铁岩层之上为富含铬铁矿薄层的蚀变超镁铁质岩层,该岩层以辉石岩为主,同时包含云母和碳酸盐矿物。部分富铬铁矿薄层延伸数十米,大部分含矿层则只有数米长,且含矿层被大量小断层切割,很难对其追索。顶层单元位于强蚀变超镁铁质岩层之上,为一套保存完好的橄榄岩堆积岩,厚约0.5 m,距侵入体基底约500 m,该单元中见少量铬铁矿薄层(图 3)[23]

2.2 矿石与矿物特征

科密铬铁矿床的矿石类型分为软矿石、硬矿石和斑状矿石3类。软矿石指以绿泥石和滑石作为脉石矿物的矿石,硬矿石指富含蛇纹石的矿石,斑状矿石则以含有由细粒铬铁矿组成的球状颗粒为特点。部分硬矿石、斑状矿石的碎屑常嵌入软矿石中。

矿石中的金属矿物包括铬铁矿、钛铁矿和磁铁矿,以及微量黄铜矿、黄铁矿和磁黄铁矿;脉石矿物有斜长石、橄榄石、角闪石、斜长石、蛇纹石、绿泥石、辉石、金云母、滑石、碳酸盐类矿物等。矿石中自形铬铁矿颗粒粒度变化较大,其中斑状矿石中铬铁矿颗粒最细,粒径多为数十微米,最大的铬铁矿颗粒的粒径超过了1 mm,平均粒径为0.2 mm。铬铁矿颗粒受碎裂作用影响明显,靠近断层区的颗粒受到的破坏尤为强烈。在浸染状的矿石中,铬铁矿颗粒局部沿边缘和裂隙蚀变。铬铁矿颗粒被磁性薄壳包裹,而在磁铁矿外壳和核心之间有一层薄的含低价铁的铬铁矿环带。另外,铬铁矿颗粒被蛇纹石交代的地方,表面通常见侵蚀现象。低品位矿石和浸染状矿石中局部可见蛇纹石和含滑石的橄榄石球形包体,脉石矿物中的绿泥石通常为含铬的淡紫色铬斜绿泥石。脉石矿物中还出现另一种较少见的铬硅酸盐-钙铬榴石,出现在靠近矿体上部接触带的位置。

矿体中含矿带破碎强烈,且裂隙通常被碳酸盐矿物或滑石充填,有时两者皆出现。在靠近主断层区的波加维亚矿体中存在大量碳酸盐充填碎裂带的现象,这些矿物通常为铬斜绿泥石、滑石和其他碳酸盐矿物。

蛇纹石化橄榄石堆积岩和橄榄石-辉石堆积岩内原生橄榄石颗粒的分布受周围次生磁铁矿微粒和橄榄石解理控制。兰斯维亚(Lansiviia)和维安玛(Viianmaa)矿体中通常可见含滑石碳酸盐化的橄榄石颗粒,其周围存在由小铬铁矿晶体构成的环状纹理。

2.3 矿石元素化学特征

科密铬铁矿中的Cr2O3含量在世界范围内的同类矿床中属于偏低水平,主要是由于铬铁矿中的铬含量变化范围大,且矿石中铬铁矿分布不均匀, 同时矿石中还含有大量的围岩包体。矿石中Cr2O3平均含量仅有26%,略高于20%的边界品位,Cr/Fe平均值仅为1.53。Cr2O3含量最高,在40%~42%之间,此时的Cr/Fe值高达2.3~2.5。矿石平均品位局部有轻微的变化,西部马提莱恩(Matilainen)矿体的Cr/Fe值最低,而东部地区波加维亚、维安玛和贝鲁卡(Perukka)矿体的Cr/Fe值最高。矿石中的Mn含量为0.14%~0.20%,与Cr含量具有正相关性。Ti含量为0.1%~0.35%,具有高分散性,主要是由矿石中的榍石和金红石含量不均匀及铬铁矿中钛的出溶作用所致。科密铬铁岩的另一典型特征为钒品位很低,仅0.1%~0.2%。矿石中的Ni含量0.1%~0.14%,与Cr含量呈负相关。Mg和Fe含量变化的相关性较明显,Al含量的变化则很小。几乎所有铬铁矿中Cr含量都在32%~36%之间,平均含量34%[16]

2.4 成岩成矿时代

Manhes等[18]对采自艾利耶尔维杂岩体的橄榄岩、辉石岩、蛇纹岩等5件样品分别采用铅同位素定年的方法进行了年代学研究,获得的207Pb/204Pb-206Pb/204Pb数据构成很好的等时线。测试结果表明,艾利耶尔维杂岩体成岩年龄为2.44±0.16 Ga。Patchett等[17]采用锆石U-Pb测年法同样得出艾利耶尔维杂岩体的成岩年龄为2.44 Ga。Hanski等[19]通过锆石U-Pb测年法对科密侵入体中的辉长岩进行测试,得到的年龄数据为2432±6 Ma。以上几组年龄数据表明,科密杂岩体及铬铁矿床的成岩成矿时代为古元古代早期。

3 矿床成因

科密层状侵入体作为一个整体,可以简单地划分为超基性-辉长岩性-斜长岩性的岩体,而位于其东北方向20 km的派尼卡特侵入体则包括5个巨旋回,起因于该地区至少5次的新鲜岩浆注入[16]。同时派尼卡特侵入体有3个富集铂族元素的地区,但此类铂族元素富集区在科密侵入岩并未发现,仅在铬铁矿和硅质充填物中发现少量铂族元素小颗粒(1~2 μm)存在,但在主铬铁岩层和其他20余条厚1 cm~2.5 m的富铬层发现了异常高含量的Cr元素。

主铬铁岩层贯穿了侵入体全长范围,其厚度从几毫米到数十米不等,在侵入体中部最厚处甚至达到近百米,硅酸盐堆积岩在该处也最厚。如此厚的铬铁岩层是如何沉积的?Campbell等[28]计算得出,假设岩浆中Cr含量为800×10-6的Cr2O3,有50%在形成岩层时沉积下来,则每形成1 m厚的铬铁岩层需要1700 m厚的岩浆柱。科密侵入体中最厚处的铬铁岩层达到90 m,而整个侵入体的厚度却小于2000 m。这一现象使用Campbell等的模型无法解释[28]

关于科密铬铁矿床的成因,多数学者认为混染作用是导致科密矿床形成的主要因素[2, 16, 22, 29]。古—中元古代瑞典卡累利阿造山作用诱发大规模幔源岩浆活动,并且形成科密层状镁铁质-超镁铁质侵入岩,初始镁铁质岩浆多期次侵入活动及其对太古宙基底岩层的相互作用,导致铬铁矿沉淀堆积,形成大型铬铁矿床。

科密侵入体的剖面呈漏斗状且向北西倾伏(图 4),在侵入体中部的铬铁矿堆晶序列最厚,这里出现向下增厚的现象,岩浆管道可能在增厚部位的下方。根据Alapieti等[16]的推测,科密侵入体早期的演化起因于第一波进入岩浆房的岩浆引起的硅铝质下盘的熔融。侵入体最下部的堆积岩中含古铜辉岩,证明早期的混染作用促进了从橄榄石到斜方辉石的结晶(Ⅰ)。新鲜岩浆持续进入岩浆房,可能造成局部早期形成的基底物质熔融。新鲜岩浆与混染岩浆在岩浆房内混合,开始结晶形成橄榄石。由于物化条件的改变,岩浆出现橄榄石-铬铁矿的共结晶模式,在古铜辉石堆积岩之上形成橄榄石-铬铁矿堆积岩(Ⅱ)。之后新进入的岩浆中含有大量从下盘和岩浆通道带来的硅铝质捕虏体。其熔融后再次在岩浆房中造成显著的混染作用。科密侵入体进一步演化,新进入岩浆房的富铬原始岩浆与早期的混染流体混合使铬达到饱和,此时沉积形成主铬铁岩(Ⅲ)。根据Irvine[29]的模型,在主铬铁岩结晶之前,岩浆在橄榄石和铬铁矿共结晶模式中结晶形成橄榄石和少量铬铁矿。与此同时,硅铝质捕虏体熔融使流体中的硅质进一步富集。在这一阶段,新一轮的岩浆流进入混染流体。富硅物质流体的增加使岩浆的成分发生改变,此时仅铬铁矿发生结晶。在铬铁矿颗粒中发现的硅酸盐包体可作为支持Irvine[29]模型中提出的混染作用的证据,这些小包体在碱性岩中富集且明显具有被捕获的混染硅铝质熔融物的特征。根据Huppert等[30]提出的模型和实验室研究的结果,上文提到的新鲜岩浆流可以在混染流体中形成热流柱,铬铁矿在热流柱内混合期间发生结晶。Huppert等[30]的实验表明,部分晶体进入热流柱并在顶部流体层横向扩散。之后它们离开热流柱,在底部形成铬铁矿堆积岩堆,而在火山口周围优先堆积。这一模型同样解释了侵入体中部巨厚层主铬铁岩层的成因。甚至包括主铬铁岩中的滑动和断层结构在内的很多难以解释的现象都由于出现在火山口附近而变得符合常理。主铬铁岩堆积期间,流体的组成再次回到橄榄石和铬铁矿共结晶模式。主铬铁岩层200 m之上出现的片麻岩捕虏体,证明此时发生了微弱的混染作用,流体组分演化暂时以铬铁矿结晶为主,从而形成主铬铁岩层之上的更薄的富铬铁矿层(Ⅳ)。火山管可能继续向岩浆房供应岩浆,使此类捕虏体出现在如此高的地层中。而铬铁岩层之上的辉石中出现高含量的铬,同样是岩浆房中新鲜岩浆的持续注入造成的。在主铬铁岩层之下存在的一些铬铁岩层则是由硅铝质混染作用形成的。

图 4 科密铬铁矿床成矿模式图[16] Fig.4 Schematic cross section illustrating the deposition of the lower part of the Kemi intrusion

科密侵入体的上部和下部在瑞典卡累利阿造山运动时期发生了强烈的蚀变,形成水合次生矿物,包括蛇纹石、滑石、次闪石和绿泥石。蚀变岩中大量存在的碳酸盐矿物说明蚀变过程中有外部流体的参与。自由的Cr元素被绿泥石吸收形成铬斜绿泥石或低PH2O钙铬榴石。镁铁质硅酸盐矿物受到强烈的蚀变,而铬铁矿也受到部分蚀变,其中的Mg和Al被周围硅酸盐中的Fe交代,这可能是导致矿石中Cr/Fe值下降的原因,而科密铬铁矿床的这种特征降低了其矿石质量。

4 勘查历史及找矿标志

科密侵入岩在20世纪40年代已为人所熟知,但是由于其出露较少,赋存铬铁矿的基底部分,尤其是科密铬铁矿床一直未被发现,直到20世纪50年代当地在科密杂岩体上开凿了一条淡水渠,一名业余地质爱好者偶然在淡水渠底部拾获一块铬铁矿石,自此才引起官方关注,进而发现该世界级矿床。从1960年起,持续的勘探工作由奥托昆普在与芬兰政府保持联络的情况下主导开展。奥托昆普公司的勘探工作一直持续到1964年夏季末,进行的工作包括重力调查等地球物理学方法勘查、钻探,以及对岩心和矿石进行品位检测、选矿试验等。1966年,奥托昆普公司在完成矿山初步建设后,对科密矿山进行露天开采。科密矿床的发现和开发可作为寻找低品位铬铁矿床的很好的范例。

前人的大量研究结果表明,科密矿床是与古元古代层状杂岩体具有密切成因联系的铬铁矿床。该矿床的找矿标志大体可归纳如下。

(1) 区域地质找矿标志:芬诺斯堪迪亚太古宙地盾的古老绿片岩带变质作用强烈,分布有大量超镁铁质岩系,常有铬铁矿化,可作为寻找铬铁矿床的标志。

(2) 局部地质找矿标志:超镁铁质岩系岩性组合主要有橄榄岩-二辉岩-辉长岩-斜长岩,铬铁矿含矿层主要赋存在下部的橄榄岩中。

(3) 地球物理找矿标志:科密矿床的最初勘查工作主要借助地球物理(重力)手段,层状杂岩体通常显示为重力低值异常和磁、电高值异常,在区内可利用区域重力、磁法测量发现和圈定大型层状杂岩体和矿体。

(4) 岩石化学标志:杂岩体从底部到顶部Si、Ca、Al、Na含量呈逐渐增加趋势,Cr、Ni、Mg、Mn、Fe含量则逐步减少。

(5) 矿物组合标志:金属矿物组合为铬铁矿-钛铁矿-磁铁矿-黄铜矿-黄铁矿-磁黄铁矿,脉石矿物组合为斜长石-橄榄石-角闪石-斜长石-蛇纹石-辉石-金云母-钙铬榴石-滑石-碳酸盐类矿物。

5 科密矿床与中国铬铁矿床对比

科密式的超大型层状铬铁矿床在中国尚未有探获。中国已发现的铬铁矿床主要有2种类型,一类是蛇绿岩型豆荚状铬铁矿床,是中国最重要的铬铁矿类型,主要产出于显生宙以来的蛇绿岩带内,规模一般在大型以下,矿石质量好,品位高,具备极好的工业价值;另一类为似层状铬铁矿床,多产出在古老地台区或裂谷带附近基性-超基性岩体中,品位低、规模小,当前利用价值不高[5, 31],这2类矿床与层状铬铁矿特征具有明显的差别(表 1)。中国是铬铁矿资源极度短缺的国家,找矿的主攻类型应该是蛇绿岩型豆荚状铬铁矿,应加强在特提斯造山带、塔里木-华北地台北缘造山带等巨型缝合带内大型基性-超基性岩体的勘查工作。另外,在华北地台的裂谷边缘的超基性岩体内也常见有铬铁矿化,具备寻找层状铬铁矿床的潜力[33]

表 1 科密矿床与中国典型铬铁矿床特征对比[31-32] Table 1 Comparison of geological characteristics between the Kemi deposit and chromite deposits in China
6 结论

(1) 科密铬矿床产出于芬诺斯堪迪亚地盾的瑞典卡累利阿拉-帕拉波加片岩带内,形成时代为古元古代早期,与科密层状镁铁质杂岩体具有密切的时空分布关系。

(2) 科密铬铁矿床形成作用可能与古元古代卡累利阿造山作用诱发的大规模幔源岩浆活动有关。初始镁铁质岩浆多期次侵入活动,以及与太古宙基底岩层发生混染作用导致铬铁矿沉淀堆积,形成规模巨大的铬铁矿床。

(3) 中国目前探获的铬铁矿床主要为豆荚状铬铁矿,除罗布莎铬铁矿床外,其他皆为中小型矿床,而几个似层状铬铁矿床储量均较小。巨型缝合带内豆荚状铬铁矿床找矿潜力大,同时探索在华北地台裂谷边缘寻找层状铬铁矿床的可能。

致谢: 中国地质科学院矿产资源研究所赵元艺研究员为本文提供了大量的第一手资料,并对论文内容给出诸多宝贵的建议,本文初稿得到中国地质科学院矿产资源研究所盛继福研究员的审阅并提出了宝贵的意见, 在此一并表示衷心的感谢。

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