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2.5铁矿石勘探与地质
拉尔夫·w·马斯登
铁矿石:种类和分类
铁矿是一种具有一定铁含量和铁化合物的矿物，具有一定的物理特性和经济特性，是铁的直接来源。就铁矿来说，经济可行性是至关重要的，由于可用于商业开采的铁矿床的物理和化学参数有相当大的容许范围，因此，对其大小、品位或矿物组成不能定出明确的限制。地理位置、其他有竞争力的铁矿石来源、市场的规模、可采性、品位和或集中度，都对确定一个特定含铁矿床的经济可行性至关重要。
铁的含量在地球上非常丰富，大概占到地壳的5%，它是岩石中的常见成分，几乎随处可见。铁的氧化矿石通常是矿物赤铁矿,磁铁矿,或针铁矿,和少磁赤铁矿和纤铁矿。钛铁矿可能发生在一些矿石的容许极限的钛铁矿石。当达到足够的规模和等级,如米奇皮科滕区,安大略省,加拿大,菱铁矿(可能开采铁矿石，铁硫化物如黄铁矿、白铁矿,或磁黄铁矿是除贱金属和硫后的少量副产物铁矿石的来源，或可能是硫化物矿床露头区氧化铁的主要来源。硅酸铁矿物通常含有超过25%的二氧化硅，因此，铁一般不被认定为矿物，尽管它们可能是某些铁矿石的组成矿物，如在法国的磁铁矿和小矿石中。含铁硅酸盐矿物通常是铁的主要来源，存在于富铁岩石风化后产生的次生氧化物中，这些岩石形成残余型铁矿石。
铁矿石赋存于各种地质环境的矿床中，其形状、大小、来源千差万别，其特征也千差万别。在勘探、评价和研究方法中必须认识到铁矿石地质的多样性，从而遵循最佳的发现和开发体系。然而，在每一种矿石类型中，其地质、问题和赋存情况普遍相似，这为勘探、评价和开发规划提供了合理的依据。
表一是根据地质和商业因素的结合对铁矿石进行分类，将铁矿床分成具有类似关系和特征的群组。这个分类着重于地质和过程因素。对各矿种进行了概括性的描述，总结了在勘探、开发过程中所具有的重要特征。这些矿石的生产和评价。
表l.铁矿床的分类
A)前寒武纪含燧石的铁矿床
1.磁铁矿矿石角岩
2.碧玉铁质岩矿石
3.铁英岩矿石
4.菱铁矿矿石
B)铁矿石矿石
C)碎屑铁矿
二世岩浆矿床
基律纳型矿石
B)薄层磁铁矿矿床III接触交代矿
燧石铁组块状矿石
A)苏必利尔湖型矿石
B) 奥比比矿石
C) 康加和河台矿石;
D) 棕色矿石
E)红壤的矿石
沉积和交代沉积
前寒武纪燧石型铁矿床:是世界上最大、分布最广的铁矿床，与前寒武纪燧石型铁矿床有关。这些地层包括富硅层和富铁层，丰富的沉积和变质沉积岩，主要由燧石或细粒、中粒、粗粒的石英和铁矿物组成，如氧化物、碳酸盐或硅酸盐。有很多的文献都在探讨燧石铁形成的成因和产状，因此，这对世界具有非常重要的意义。很多的商业矿床都可以直接船运、出售矿石，选矿级矿石和选矿级铁矿石的形式出现。这些沉积或交代的含铁岩石在太古代和元古代的岩石中普遍存在于前寒武纪的地质体中，年代大于公元前1.8万年。此外，还发现了一些茉莉酸盐型矿床，其形成年龄为晚前-寒武纪/寒武纪。在太古宙的岩石中，燧石铁的形态与火山、火山成因和沉积带有关，从几米长、几厘米厚的沉积物到100米(328英尺)厚、几公里长的物体。太古宙矿床有明显的透镜状倾向。相比之下，元古代的铁元素在沉积盆地的岩石中广泛存在，形成厚度为50米(164英尺)至700米(2297英尺)以上、数百公里长的地层结构。元古界的铁质地层通常与碎屑岩、化学沉积岩或变质沉积岩有关，可能与火山岩有关，也可能与火山岩无关。燧石型铁地层主要由铁质矿物和硅质矿物组成，它们共同构成了岩石的90%以上。这些岩石呈带状和层状，富铁层和富硅层交替出现，厚度从1毫米(0.04英寸)到10厘米(4英寸)或更厚。铁的含量大约在15%到50%之间。一般公认的燧石铁形成的定义要求至少15%的铁含量。原始富铁硅质沉积物是在各种沉积环境中沉积的，从非常安静、不受干扰的条件到有相当大的波浪和水流作用的地区。大多数铁的沉积似乎是在相对较浅水里的山谷
西澳大利亚布罗克曼组的峡谷段在大面积上有一个非常精细的、微层状的未受干扰的地层，表明沉积条件非常安静。与之形成对比的是明尼苏达州梅萨比山脉两组的一些地层带具有粒状结构、透镜状、波状层，层间由卵石状、团块状、碎屑状或交错层状。局部的铁层与火山岩、或火山成因沉积物、或粗细不一的碎屑沉积物密切相间，在一些相当局限的地区，通常是局部地区，含有薄层间层的钙质碳酸盐沉积物。在这些矿床的勘探、开发、生产和评价中，了解含铁地层沉积环境的潜在变化性是很重要的。
在大多数地区，所有的铁层都是由成岩作用和变质作用从原始沉积物中改变而来的。关于原始矿物的性质、铁和硅的来源以及沉积的条件，一直存在着争论。原始沉积物的特征、矿物学特征、层理特征以及铁和硅在成层或层中偏析的程度似乎对目前的矿物学和铁和硅的分布有相当大的影响。包括变形和变质作用在内的沉积后期历史引入了重要的变量，这些变量影响着燧石铁层矿床的潜在经济价值和商业可行性。结构的重要性是显而易见的，因为岩石结构的复杂性可能决定了某一矿床的可用吨位和可开采性。高质量,集中形成30米(100英尺)的厚度相对平坦的倾斜和暴露在一个相当大的区域可能是经济价值,而含铁建造相同的质量急剧倾斜甚至罢工几公里的长度会没有任何值作为铁矿石资源。
含铁建筑的变质历史也可能是确定的重大潜在价值的石英质含铁建造的铁矿石,在变质矿物学,岩石的纹理,粒度可以明显改变,大大提高或降低其可能的商业价值。商业石英质含铁建造矿石是由铁氧化物与燧石或石英和铁相关矿物质而许多初级含铁建筑沉积物可能是主要由碳酸铁或铁硅酸盐矿物与一个非常细粒度和亲密的交往或——中间细粒度的石英质石英。通过变质,主要碳酸盐和硅酸盐的可能改变磁铁矿,石英、铁硅酸盐和晶粒尺寸,包括由此产生的氧化物矿物,增加大小,允许解放磨铁的矿物,因此将一个不值钱的石头变成一个潜在的矿石。铁地层被发现在许多通过麻粒岩的低绿片岩相变质阶段从充满二氧化碳硅酸盐岩石的岩性,含少量伴生碳酸盐和硅铁矿物的富磁铁矿质岩石，含大量磁性石英的岩石，含少量硅铁的磁铁矿-赤铁矿质石英岩石，以及含少量赤铁矿-石英岩。变质铁形成类型广泛，与多种围岩有关。铁矿形成的微观研究对确定矿物学和矿物间的结构关系特别重要。这一资料特别需要用于评价燧石铁矿床的集中品位。这些研究既要精细又要精细。
含燧石的铁形成矿石包括前寒武纪的铁形成矿床，可开采和浓缩以产生矿石级产品。这些浓缩级铁矿石在美国、加拿大、苏联、瑞典、挪威、塔斯马尼亚和中国进行大规模开采和加工，因此越来越重要。一种具有工业品质、选矿等级的燧石型铁形成矿的基本特征是氧化铁矿物的存在，这种矿物经过研磨后将产生足够的高品位精矿，使经济上可行的操作成为可能。目前在商业植物中开采和富集的铁形成有几种岩性类型。
这些铁的形成类型可以方便地分为磁铁矿塔克石矿、茉莉酸盐矿或伊塔碧岩矿。由于矿石被三种不同的选矿系统所富集，因此根据含铁岩相和适用的选矿系统对矿石进行了分类。每种矿石类型将被描述;对其研究、发生、评价和加工的重要因素进行了讨论;以及对其勘探、开发和评价提出的可行方法。
达格尼特-磁铁矿塔克润土矿或塔克润土矿是一个术语，适用于铁的浓缩等级，经过精细研磨后，可以用磁选方法生产出高品质的船运产品。磁铁矿铁隧石是首选的术语，因为铁隧石这个术语起源于明尼苏达州的Mesabi山脉，它包括了所有类型的铁的形成，而不考虑矿物学或浓度的可能性。有些矿石经过磁选后，可能需要通过细筛或浮选进行提质，但主要的处理方法是采用磁选系统。主要矿石矿物为磁铁矿，其它大部分铁和脉石矿物被弃入尾矿。
磁铁矿是一种带状、层状的沉积或变质沉积岩，通常由磁铁矿、燧石或细至中粒石英组成，含有不同数量的铁硅酸盐矿物、含铁碳酸盐或其他铁氧化物。这些矿石包括相当范围的由铁形成的岩性岩石，其中主要的铁元素为磁铁矿。在梅萨比山脉，磁铁矿的矿物含量范围是由铁的变质等级决定的。城市铁矿地层变质阶次范围为该区西部和中部的绿片岩相、角闪岩相和东部的辉石相。绿片岩相磁铁矿塔克石由磁铁矿、燧石和细晶石英组成，含有不同数量的绿柱石、明尼苏达石、硅绿烷、菱铁矿、安开石、小绿泥石和绿辉石。角闪岩相铁隧石矿石由磁铁矿、细粒石英和不同数量的镁铁闪石-铁闪石、石英石、铁白云石和方解石组成。辉石相磁铁矿铁隧石矿石由中粒磁铁矿[0.1 - 3.0 mm (0.004 - 0.12 in.)]石英组成，含有不同数量的钙铁辉石、铁化合物 紫苏辉石、镁铁闪石-铁闪石、角闪石和铁橄榄石，含有少量的方解石、钠长石、钇铝石榴石。变质相之间存在着递变关系。在过渡区可发现一套复杂的磁铁矿塔克石类型岩性带，其范围可达1或2公里(0.6至1.2英里)以上。即使是梅萨比的磁铁
范围桥具有相当广泛的岩性类型，它们不包括这些矿石的所有可能的矿物相。例如，在俄罗斯库尔斯克地区的磁铁矿塔克石中有一种常见的绿色黑云母，在密歇根州帝国矿的磁铁矿塔克石矿石中有一种非常细的颗粒，含有磁铁矿、赤铁矿、石英、菱铁矿、方解石、绿辉石、雷贝克石、水闪石、和铁滑石。
在磁铁矿中观察到的共同特征是这些矿床的重要特征，包括以下几点。
1.大多数矿床以板状体的形式出现，其长度从1 000米到10 000公里不等，厚度从10米到几百米不等。在复杂的褶皱地区，单个矿床可能具有不同的形状，而且不是板状的。
2.所有的矿床都是磁性的，可以用磁性方法进行研究，但由于残余磁化，有时很难解释磁性信息。
3.在一定的地质条件下，重力法可以为塔克润土磁铁矿床的潜在规模和赋存提供有价值的信息。
4.磁铁矿风化使磁铁矿氧化为赤铁矿，有时氧化为针铁矿。在某些地区，氧化带可延伸至超过100米(328英尺)的深度。氧化情况可能是研究矿体时要考虑的一个重要因素。由于风化带通常在水平和垂直方向上都有不规则的图案，因此，可能需要对塔克润土磁铁矿床的地表带进行仔细的评价，以确定氧化物质和混合磁铁矿-赤铁矿-针铁矿物质的性质和数量。氧化带的研究通常需要钻孔，尽管可以使用测试坑、竖井、平硐和隧道。这些研究必须与仔细的取样和实验室检测相结合。
对塔克润土磁铁矿的勘探通常以400米(0.25英里)的线距离和较低的地形间隙的航空磁测开始。在进行磁测之前可能要进行地质填图，但如果已经有了磁测数据，填图通常更有效。地质填图通常伴随着对潜在有利地区的地面磁性测量，以便在选择钻孔位置时进行精确的磁性控制。摘要前寒武纪含铁地层中普遍存在残余磁化现象，这使得磁测结果的评价往往局限于磁性大润土赋存的物理边界，如位置、范围等。以及矿床的结构。磁力测量可以提供设计岩芯钻探程序所需的信息，该程序将对矿床进行取样。确定矿床的详细地质、品位、集中度和可采性，并对矿床进行经济评价。
含铁石英岩矿-石英矿包括燧石型铁岩，由细-中-细粒、富赤铁矿层和燧石-细粒、含铁石英层交替组成，伴生有少量磁铁矿和其他铁矿。这些矿石的颜色通常为红至红褐色，并有钢灰色赤铁矿层。它们是与碎屑沉积、和/或火山成因沉积岩相联系的沉积或变质沉积岩。从太古宙到晚前寒武纪/寒武纪，石英含铁地层的地质年龄范围很广。含铁石英矿石，也称为密歇根碧玉矿石，最初是在洪堡矿的商业基础上生产
1954年和1956年在密歇根州马盖特山脉的共和矿山。精矿是通过精磨后的泡沫浮选来实现的。密歇根州的工业用茉莉酸盐矿石是晶体状的，有些矿石的赤铁矿是在约0.21 mm(65)的加工过程中析出的。细粒度的矿石尚未进行商业浓缩，但已对一些矿床进行了勘探，并对其效益进行了大量研究。可应用于茉莉酸盐矿石的勘查方法包括地质填图。航空和地面磁力测量，重力测量。石英含铁地层可能含有足够的磁铁矿，使其具有可识别的磁性特征，从而显示出矿床的一般大小、形状和范围。岩心钻探是确定矿床性质和取得样品进行分析和实验室浓度试验的主要后续方法。伊塔贝特、厄塔贝特矿石包括再结晶、燧石铁矿形成的工业矿床，通常由粒状石英、结晶赤铁矿和含有不同数量磁铁矿的马氏体组成。富氧化铁层与细至中、粗粒石英及或多或少伴生的硅铁矿物成层。颗粒大小从几毫米到几毫米不等。这些岩石的特征是粒状岩石，由于它们的结构，常被称为石英岩。其最常见的地质环境为麻粒岩相岩，通常包括花岗片麻岩。
加拿大魁北克省-拉布拉多地区的火湖、莱特山、瓦布希湖和拉布拉多市大量开采伊塔比里铁矿。魁北克省开采的第一个矿藏珍妮湖已经枯竭。钙钛矿矿石的组成多种多样，从结晶赤铁矿和粗晶石英中含有极少量的硅酸铁，到含有磁铁矿和赤铁矿的矿石中含有粒状石英夹层，或多或少含有作为角闪石或辉石的硅酸铁，以及少量方解石。在加拿大的魁北克-拉布拉多地区有广泛的伊塔碧岩型矿床。在巴西和委内瑞拉。类似的矿床在利比里亚和塞拉利昂、西非，也可能在该区域的其他地区，北至毛里塔尼亚，南至安哥拉。这些矿石的重要特征是矿物学简单，粒度中等至粗，易释放，集中简单。以重选法、磁选法和电选法为主要选矿方法，选矿出高品位产品。在魁北克。火湖和莱特山矿石的浓缩采用螺旋法，瓦布什矿采用重力法，其次是磁法或高强度电法。
含铁石英矿床通常是板状的，以与高级变质岩或片麻岩地相联系的地层结构出现。尽管矿床中可能只含有少量的磁铁矿，但磁性测量方法通常可以成功地用来补充和辅助地质填图，以显示潜在矿区的位置、范围和一般形状和大小。在魁北克-拉布拉多地区，磁性异常区与重要的赤铁矿-石英矿床有关，如珍妮湖、火湖和莱特山。在这个地区有足够的露头，可以合理地确定磁异常的原因。航空磁力测量可作为一种主要的勘探方法，在特别感兴趣的地区进行后续地面测量。奥氏地磁测量有助于显示潜在矿区范围。
矿石赋存程度、铁矿石形成物质的品位和可选性。磁铁矿含量较高的矿床一般对磁测的响应方式与塔克润土磁铁矿床的响应方式相似。
含燧石的铁地层矿石通常以表列的地层单元形式存在于沉积的层状铁构造中。在某些情况下整个形成可能是铁矿石,但在其他情况下只有特定的地层单位将有必要的
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