巴西卡拉加斯铁矿区发展前景分析

卡拉加斯铁矿位于巴西北部的帕拉州（Para），亚马孙克拉通东南部，欣古河和托坎廷斯河之间，地理坐标：南纬5°50′—6°35′，西经49°30′—52°0′，矿区东西长100km，宽50km，面积5000km2，区内分布的铁矿众多，储量超过200×108 t，以北岭、南岭为主体，东岭和南费里斯岭次之。卡拉加斯地区的铁矿以品质好、品位高著称，是目前世界上巨型富铁成矿区之一。

（一）大地构造背景

卡拉加斯铁矿区位于巴西太古宙亚马孙克拉通东南部边缘，其东邻托坎廷斯-巴西利亚褶皱带和马拉尼昂盆地，南部与里奥玛丽亚似花岗岩绿岩地体相接，西部被广泛分布的元古宙地层覆盖，北部被中元古代和新生代沉积岩覆盖。铁成矿区内有2个太古宙构造单元：北部伊塔卡尤纳斯构造省和南部里奥玛丽亚似花岗岩-绿岩地体，铁矿床主要赋存在靠近北部的伊塔卡尤纳斯成矿带。

该区在太古代和元古代时期，先后经历了4次与成矿作用有关的地质事件：一是高温韧性变形期，主要是对基底岩石（2.8Ga）组成造成影响；二是火山岩的喷出、侵入和铁成矿期（帕拉群）以及随后遭受的低级变质作用影响（2.76Ga）；三是卡拉加斯和欣森托（Cinzento）碰撞走滑断层体系的发展时期，发育正断层，有岩体侵入（2.6Ga）；四是花岗质深成岩和岩墙群的侵入期（1.9Ga）。卡拉加斯和欣森托碰撞走滑体系的发展在形成卡拉加斯富铁矿过程中起了决定性作用，其不但改变了岩性（如增加了孔隙度），同时该构造活动也增加了热液流动的通道，使铁质沿着断层带再次富集。

（二）区域与矿床地质

1.区域地质

（1）区域地层。卡拉加斯铁矿区前寒武纪地层出露广泛，以太古宙地层分布最广，其次为古、中元古界地层，盆地边缘及中部则为时代较新的中元古界后期和晚古生界地层。

新太古代早期兴谷杂岩：广泛分布在卡拉加斯地区，是该区的结晶基底，由混合花岗岩-片麻岩组成，包括超镁铁质变辉长岩、辉石岩、闪长岩和变质（枕状）玄武岩及钙质变石英岩及富镁铁闪石、富硫和富锰的变沉积岩、大理岩和石墨片岩的火山-沉积岩系，呈不规则的带状分布。卡拉加斯南部的里奥玛丽亚地区的科马提岩、拉斑玄武岩及长英质火山岩、沉积岩等组成的绿岩组合，是兴谷杂岩的一部分，也是亚马孙太古宙陆核的基底岩石。

新太古代晚期伊塔卡尤纳斯超群：为卡拉加斯地区的褶皱基底，由萨罗博群（Igarape Salobo）、波露卡群（Igarape Pojuca）、帕拉群（Grao Para）和巴伊亚群（Igarape Bahia）组成，为火山-沉积岩序列，受多期变质作用影响，形成由南低绿片岩相向北到角闪岩/麻粒岩相变质递增带。低变质的帕拉群火山岩含铁建造广泛发育，赋存有多个大型铁矿体，如北岭、南岭等矿床。

新太古代晚期里奥弗雷斯克组/阿瓦斯克拉拉斯群：为浅海-河流相沉积的砂岩和粉砂岩，不整合覆盖于之前的地层及岩石之上，在东部的阿拉瓜亚（Araguaia）地区被早古生代的沉积地层不整合覆盖。

（2）区域岩浆岩。卡拉加斯地区经历了多期不同组分的岩浆的侵入作用：新太古代早期侵入岩以具有韧性剪切条带的英云闪长岩-奥长花岗岩-花岗闪长岩为特点；新太古代晚期的侵入岩主要有紫苏花岗岩、花岗闪长岩、云英闪长岩及铁镁质-超铁镁质等杂岩；古元古代侵入岩有超基性岩、碱性岩和伟晶岩，中酸性岩主要有花岗岩、石英二长岩、花岗闪长岩、云英闪长岩等；新元古代伴随强烈的褶皱，产生了大量的同褶皱期花岗岩和伟晶岩，并沿区域褶皱构造线呈线性延伸。整个古生代该区都较平静，只是在中生代—新生代有一些超基性和碱性碳酸岩侵入。

（3）区域构造。区内断裂构造发育，主体构造线方向为北西向，发育北东—北东东向断裂，褶皱构造比较简单，多呈向邻近陆台倒转的单向褶皱构造形式。

伊塔卡尤纳斯超群和其上覆岩系发育有东西—北北西向的卡拉加斯和欣森托断层系（图10-4），在新太古代和新元古代时期，岩层受挤压、拉伸作用发生构造变形；而巴西利亚造山旋回使该区发生大规模褶皱和构造叠加作用，断层系具有走滑性质。

（4）区域变质作用。区内变质作用差异较大，从高级变质作用的麻粒岩相、超变质的混合岩化到角闪岩相、绿片岩相，中元古界还有非变质的地层单元。

2.矿区地质

卡拉加斯地区铁矿床均发育于一长近200km，宽约50km的北西西-南东东向的断裂带内，矿体受构造控制具有不同的产出形态，矿床赋存于新太古代伊塔卡尤纳斯超群下部的帕拉群中部火山岩-火山沉积岩系（卡拉加斯铁建造）中。

含铁建造为海底拉斑玄武质火山岩石，部分为响岩和粉砂岩，出现绿帘石化、绿泥石化和碳酸盐化蚀变。铁矿层在褶皱核部具显著增厚特点，矿层的展布总体上受北西西向的卡拉加斯复向斜制约，后期又受南北向褶皱叠加，矿体普遍存在早期塑性流变的同斜褶曲。

图10-4　巴西卡拉加斯地区Itacaiúnas成矿带主要矿床分布图（据曾勇等.2013）

1.早古生代Araguaia带；2.新太古代Rio Fresco组/Aguas Claras群；3.新太古代Itacaiúnas超群；4.新太古代兴谷杂岩；5.600Ma花岗岩；6.1.88Ga花岗岩；7.2.57Ga花岗岩；8.2.76～2.74Ga花岗岩；9.镁铁质-超镁铁质杂岩；10.花岗绿岩带杂岩体；11.沉积-变质型铁矿床；12.铁氧化物铜-金-稀土矿床；13.与花岗岩有关的铜-金-钨-锡矿床；14.脉状铜-金矿床；15.浅成低温热液型金-铅-磷矿床；16.沉积变质锰矿床；17.与超基性岩有关的铬-镍矿18.暂不明类型矿床；19.断裂构造；20.城镇(www.xing528.com)

图10-5　巴西卡拉加斯地区Norte N4铁矿床剖面图（据曾勇等.2013）

矿体的长度从数百米到数千米不等，厚度50～300m，规模巨大。铁矿床普遍经历了风化、淋滤和去硅富集过程，分3层（图10-5）：矿体上部为受强烈风化淋积作用后（局部为冲、坡积）形成的含铁角砾岩及蜂窝状铁帽，厚约20m，矿物为赤铁矿、针铁矿等；矿石含铁60%左右，由于含碱偏高（0.2%～0.45%），暂未利用；第二层为矿床的主体部分，厚度数十米至200m，延伸200～400m，与下部铁英岩界线明显。由赤铁矿组成，多小孔洞，矿石片理发育，片理面上可见小片状镜铁矿，磁铁矿含量较少，为赤铁矿的交代残余物。该层矿石含铁66%以上，是目前主要开采对象。矿层上、下盘之间基性火山岩受表生作用成为铝质黏土岩；第三层为深部的胚胎矿——铁英岩，由毫米级赤铁矿、石英（碧玉）互层组成，有少量磁铁矿，并见赤铁矿围绕其生长，本层铁英岩含铁35%～45%，目前尚未开发利用。

（三）控矿条件

1.含铁建造控矿

铁矿体赋存于新太古代伊塔卡尤纳斯超群下部的帕拉群中部火山岩-火山沉积岩系（卡拉加斯铁建造）中。

2.褶皱、断裂构造控矿

矿体受褶皱和断裂控制明显，北西西向的卡拉加斯复向斜及近东西向的卡拉加斯断裂和欣森托断裂系不仅控制铁矿体的空间展布，还控制矿体的形态。

3.变形变质作用控矿

含铁建造都遭受较强烈的变质和变形作用，从铁矿的产出层位看，铁矿的富集程度与构造剪切、变形、变质强度成正比，其对铁质活化、迁移和富集起积极作用。

此外热液蚀变作用对该区富铁矿的形成起到至关重要的作用。

（四）成矿模式与找矿标志

1.成矿模式

Figueiredo和Silva等（2013）通过对卡拉加斯地区含铁建造矿物学、地球化学及同位素分析等的研究，对该区富铁矿成因提出岩浆水-大气降水热液成矿模式（图10-6）：认为从低品位的碧玉铁英岩（母岩）到高品位赤铁矿的富集过程中有岩浆流体和大区降水的共同参与。流体富矿过程分为3个热液蚀变期：早期，在岩浆流体作用下，碧玉铁英岩中的硅被淋滤出来，同时出现方解石、石英、磁铁矿和硫化物的沉积；中期，在大气降水和岩浆流体共同作用下，继续以强烈脱硅为特征，形成多孔的碧玉条带，早期蚀变沉积的碳酸盐被溶解，磁铁矿被氧化成假象赤铁矿，微板状赤铁矿在石英晶洞中析出；晚期，在循环大气降水作用下，假象赤铁矿被氧化成自形赤铁矿晶簇团块。该模式不但很好地解释了成矿带内广泛分布的热液作用和具有特征性的构造（褶皱和断裂），而且对区内隐伏（深部）矿体的勘查也有重要指示作用。

图10-6　卡拉加斯地区北矿带铁矿的岩浆水-大气降水热液成矿模型（据姚春彦等.2014）

2.找矿标志

巴西卡拉加斯地区铁矿找矿模型如下，见表10-4。

表10-4　巴西卡拉加斯地区铁矿找矿模型