عموماً انباشتگي آهن حاصل فرايند ماگمايي و يا اسكارن حاصل از ماگماي بازالتي است و گونه هاي رسوبي آن در كنار حوضه هاي رسوبي انباشته مي‌شوند. بطور کلی انواع كانسارهاي آهن بدين شرح هستند:

   - كانسار آهن رسوبي
   - کانسارهاي آهن نواري لايه اي (Banded Iron Formation) BIF
   - کانسارهاي آهن رسوبي نوع االيتي سنگ آهني
   - کانسار هاي آهن رسوبي مردابي حاوي لايه هاي زغالي
   - کانسارهاي ماگمايي مافيک و اولترامافيک لايه اي
   - کانسارهاي اسکارني
   - کانسارهاي تراوشي
   - کانسارهاي دگرگون زاد
   - کانسار آتشفشاني – رسوبي
   - کانسار آتشفشاني

حال به بررسی کانسار های آهن و نحوه تشکیل و بوجود آمدن آنها می پردازیم :

- كانسار آهن رسوبي :

کانسارهاي آهن رسوبي وابسته به سازندهاي رسوبي لايه لايه به سن پرکامبرين بوده و 90% ذخيره آهن دنيا را شامل مي شوند. به دليل اهميت اين کانسارها در فرآوري آهن در جهان، بررسيهاي فراواني روي آن انجام شده است اما در ذخاير ايران يا وجود ندارد و يا کم اهميت است.

در کانسارهاي رسوبي شيميايي، مواد به صورت يونهاي ساده يا کمپلکس توسط آب حمل مي شوند و در حوضه هاي رسوبي بر اثر تغيير PH , Eh و غلظت آب موجب ته نشيني اين مواد مي شوند.

رفتار ژئوشيميايي آهن در محيط هاي رسوبي توسط قوانين گلدشميت توجيه مي شود :

شرايط اکسيدي باعث ته نشيني آهن و شرايط احيايي باعث انحلال آهن مي شود و نیز شرايط اسيدي باعث انحلال آهن و شرايط قليايي باعث ته نشيني آهن مي شود.

آهن موجود در کانسارهاي رسوبي شيميايي از دو منبع تأمين مي شوند :
1.از هوازدگي کاني هاي مافيک موجود در قاره ها

2.فعاليت هاي آتش فشاني

کانسارهاي آهن رسوبي عبارتند از :

کانسارهاي آهن نواري

کانسارهاي االيتي آهن

کانسارهاي آهن مردابي

کانسارهاي آهن نواري لايه اي Banded Iron Formation ( BIF )

نهشته هاي سازندهای آهن نواري يكي از بزرگترين ذخاير معدني را مي سازد كه در سرزمين هاي مختلف علاوه بر BIF به نامهاي ديگري از جمله ايتابيريت (Itabirite)، جاسپيليت (Jaspillite)، كوارتزيت هماتيت دار و اسپيكولاريت (Specularite) نيز شناخته مي شوند.این کانسار ( BIF ) شامل انواع :

تاكونيت Taconite:

كانسار آهن نواري كه عمدتاً حاوي مگنتيت + سيليكات هاي آهن+ چرت ± هماتيت ± سيدريت مي باشد.

ايتابيريت Itabirite:

كانسار آهن نواري حاوي نوارهاي چرت يا ژاسپر در اثر دگرگوني به دانه هاي كوارتز قابل رؤيت تبلور يافته و آهن به صورت لايه هاي نازك هماتيت و مگنتيت حضور دارند (ادوارز و اتكينسون ۱۹۸۶)

ژاسپيليت Jaspilite:

سنگ آهني كه حاوي نوارهايي از ژاسپر با رنگ قرمز روشن يا نوارهايي از هماتيت سياه تشكيل شده است. اين نهشته ها به فرم واحدهاي چينه شناسي با ضخامت صدها متر و با گسترش جانبي صد تا هزاران كيلومتر به وقوع مي پيوندد. از ويژگي آنها :

-لايه بندي ظريف ازحدود ۳-۵/۰ سانتي متر ضخامت و حتي در مقياس ميلي متر ي و يا كسري از ميليمتر.

-لايه بندي حاصل تناوب لايه هاي سيليسي (به فرم چرت) و لايه هايي از كاني هاي آهن (مانند هماتيت) مي باشد.

-درصد آلومينيوم اين نهشته هاي وابسته به زمان پركامبرين، كم بوده و تا حد يك درصد مي رسد.

كانسارهاي آهن نواري معمولاً به زمان پركامبرين تعلق دارد و در آن زمان با توجه به وجود اتمسفر غني از دي اكسيد كربن و فقير از اكسيژن، آهن مي تواند به صورت بي كربنات در يك محلول يوني حمل شده و در مقياس بزرگ تشكيل سازندهاي آهن نواري را نمايند. درصورتي كه آلومينيوم نمي تواند تركيب بي كربنات بسازد و از محلول يوني تفكيك مي گردد. با افزايش مقدار اكسيژن اتمسفر، تشكيل سازندهاي آهن نواري در مقياس بزرگ متوقف مي شود.

ذخاير شناخته شده آهن، نهشته هاي سازند آهن نواري مي باشد که 65% آن از نوع سوپريور و 25% از نوع آلگوما مي باشد. اين نوع تشکيلات در محدوده زماني پرکامبرين تشکيل شده اند.

تشکيلات آهن نواري تناوبي از کاني هاي اکسيدي – کربناته- سيليکاته آهن نازک لايه تا متوسط لايه با نوارهاي چرت و ژاسب مي باشند.

آهن در مجموع ۱۵% ترکيب شيميايي اين لايه ها را مي سازد و چنانچه اين مقدار به ۲۵ تا ۳۵ % برسد، اقتصادي خواهد بود. بر روي اين کانسارها پژوهش هاي بسياري انجام گرفته است و سن حدود ۲ ميليارد سال را براي آنها تعيين نموده اند.

گسترش سازند آهن نواري (BIF) در زمان آرکئن و پروتروزوئيک مي باشد که به علت نبود صفحات پايدار قاره اي ايجاد مي گردند.  تمامي محققين معتقدند كه BIF رسوبات شيميايي و بيوشيميايي هستند زيرا در آن اسفنج ها و جلبك هاي سبز و آبي شناسايي شده اند و مانند باكتريها رسوب دهنده آهن مي باشند. اين باكتريها پس از رشد تحت شرايط احيا، آهن را رسوب مي دهند.

جيمز (۱۹۵۴) چهار رخساره مهم در سازندهاي آهن نواري را قابل تشخيص دانست

: الف- رخساره اكسيدي:

اين رخساره ازمهمترين رخساره هاي BIF بوده و به نسبت فراواني اكسيدهاي آهن به ۲ زير رخساره هماتيت و مگنتيت تقسيم مي شود كه حد تدريجي نيز بين آن دو وجود دارد:

زير رخساره هماتيت :

اين رخساره داراي حداقل دگرساني و به شكل اسپكولاريت ريز دانه (سوزي شكل)، خاكستري تا آبي رنگ ظاهر مي شود و در بعضي نمونه ها بافت االيتي از خود نشان مي دهد كه نشانگر منشأ گرفتن آنها از محيط آبي كم عمق است. دراين زير رخساره، چرت به صورت نهان بلور تا بلورهاي رشد كرده مي تواند به همراه كربنات شركت داشته باشد.

زير رخساره مگنيتت :

لايه هاي مگنيتت به طور متناوب با لايه هاي چرت و كربنات همراه هستند. دراين رخساره كربنات از انواع كلسيت، دولوميت، آنكريت و سيدريت نيز يافت مي شوند و چرت به صورت بلورهاي ريزدانه تا موزائيكي كوارتز قابل مشاهده است. ميانگين آهن در اين رخساره بين ۳۵-%۳۰ متغير است كه با پرعيارسازي آن به روش مغناطيسي قابل بهره برداري است.

ب‌-رخساره كربناته:

اين رخساره شامل ميان لايه هايي از چرت و سيدريت است كه بر حسب افزايش مگنتيت و پيريت به تدريج مي تواند به رخساره هاي اكسيدي و سولفيدي تبديل شود. سيدريت در اين رخساره بافت دانه اي (گرانولار) يا االيتي ندارد و به صورت گلهاي ريز در سطح زير عملكرد امواج (Below the level of wave action) انباشته مي شود.

ج‌-رخساره سيليكاته:

در اين رخساره كانيهاي سيليكاته آهن عموماً به همراه مگنتيتت، سيدريت و چرت به صورت ميان لايه هاي متناوب همراه مي باشند. كاني شناسي رخساره ها نشانگر مشابهت محيط تشكيل آنها با رخساره هاي اكسيدي و كربناته مي باشد.

كاني هاي سيليكاته اوليه آهن شامل:

گريناليت (Fe2+ , Fe3+ )5 6Si4O10(OH)8(greenalite)

شاموزيت(Mg, Fe)3Fe3 3+ (AlSi3)O10(OH)8(Chamosite)

گلوكونيت(K, Na)(Al, Fe 3+ , Mg)2(Al, Si)4O10(OH)2(Glauconite)

مينه سوتائيت(Mg, Fe)3Si4O10(OH)2 (Minesotaite)

استپوملانK(Fe2+, Fe3+,Al )10Si12 O30(OH)12 (Stilpnomelane)

وجود سيدريت در اين رخساره دلالت بر محيط احيايي دارد. فشار CO2 در اين رابطه بسيار مهم است زيرا با بالارفتن فشار CO2، رسوبگذاري سيدريت تسهيل مي شود. بهرحال در تمام رخساره هاي آهن نواري، رسوبگذاري سيليكاتهاي آهن كمتر شناخته شده است.  آهن در رخساره هاي كربناته و سيليكاته در حدود ۳۵-۲۵% مي باشدكه از ديدگاه اقتصادي بسيار پائين است و مشكلات بهره برداري ايجاد مي كند.

د- رخساره سولفيدي:

اين رخساره، سنگ هاي رسي كربن دار و پيريتي را شامل مي شود. لايه بندي نوار مانند ظريف داشته و حاوي مواد آلي و كربن در حد ۸-۷% مي باشد. سولفيد اصلي پيريت Fes2 مي باشدو آن قدر ريز دانه است كه فقط در سطوح صيقل يافته قابل تشخيص مي باشد و درصد آن به ۳۷% مي رسد. اگر درصد گوگرد اين رخساره زياد باشد، بهره برداري كانسنگ آهن را دچار اختلال مي نمايد. سازندهاي آهن نواري پركامبرين به ۲ گروه نوع آلگوما (Algoma type ) و نوع سوپريور (Superior type) تقسيم مي شود:

- نوع الگوما:

سازند آهن نواري نوع الگوما غالباً در آرکئن و ندرتاًٌ در فانروزوئيک کشف شده اند و از نوع سوپريور کوچکتر هستند.

منشأ آهن در اين تيپ مي تواند فعاليت آتشفشان زيردريايي باشد و مجموعه سنگهاي همراه آتشفشاني اسيدي تا حدواسط زيردريايي ماسه سنگ و گريواک مي باشد و در يک حوضه ژئوسنکلينالي (زمين ناوديسي) شکل مي گيرند. به علت ارتباط تنگاتنگ با سنگ هاي ولکانيکي احتمالاً منشأ ولکانيکي آنها دور از ذهن نيست. اين نوع سازند گاهي در حاشيه و با فاصله از ذخاير ماسيوسولفيد گزارش شده است.

در اين نوع سازند اکسيدها، کربنات ها و سولفيدهاي آهن با چرت و به صورت لايه اي يافت مي شوند. ميزان ذخيره آنها 11 تا 3000 ميليون تن با عيار 30 تا 65% مي باشد که اين ذخاير در مجموعه سنگ هاي گرينستون آرکئن در بخش سنگ هاي آتشفشاني متمرکز گرديده اند.

از نظر محيط تکتونيکي اين سازند در جزاير قوسي و سنگ هاي کلاستيک عميق دريا تشکيل مي شوند.

ضخامت آهن اين سازند ۱/۰ تا ۱۰ متر و غالباً به شکل عدسي مي باشد.
بافت اين نوع سازند لاميناسيوني بوده و بافت االيتي و يا گرانولار در آنها يافت نمي شود. در اين سازند آنومالي Cu, Zn, Ni و کاني سازي Au ديده مي شود.

نوع الگوما از ديدگاه محيط تشكيل با توجه به ساختمان هاي رسوبي همراه با نظريات مختلفي روبروست

كه عبارتند از :

- آبهاي كم عمق فلات قاره

- حوضه هاي تبخيري كم عمق و جدا شده

- حوضه رسوبي در روي خطوط ساحلي

- حوضه هاي درون كراتون

نوع سوپريور:

نوع سوپريور از جمله بزرگترين ذخاير آهن رسوبي به شمار مي رود. اين ذخاير با سنگ هاي عمق کم و متوسط نظير: کوارتزيت، شيل و دولوميت همراه مي باشد.

معمولاً فاقد مواد آواري مي باشند. نوار بندي منظمي (Rhythmical banding) لايه هاي چرتي سرشار از آهن و فقير از آهن با ضخامت معمول يك سانتي متر تا يك متر سيماي غالب اين نوع BIF است. در اين نوع سازند BIF كوارتزيت و شيل هاي سياه كربن دار از نظر همبستگي چينه شناسي با كنگلومرا، دولوميت، چرت توده اي، برش چرتي و آرژيليت همراه هستند و به صورت دگرشيب بر روي پي سنگ هاي به شدت دگرگون شده، قرار گرفته اند و گسترش اين تيپ تا هزاران كيلومتر است. گاهي به وسيله محدوده تماس يك متر كوارتزيت، شيل و يا ماسه سنگ از پي سنگ جدا مي شود. يكي از ويژگي هاي اين تيپ اين است كه به راحتي مي توان قسمتهاي گوناگون آن را با هم مقايسه يا دنبال نمود.

به طور مثال در يك بخش ۵/۲ سانتي متر از Dales Gorge از گروه Hamersley Brockman در غرب استراليا در گستره 50000 كيلومتر مربع و يا واروهاي Varve‌ميكروسكوپي درون آن را مي توان تا ۳۰۰ كيلومتر دنبال نمود. سنگ هاي آتشفشاني در اين مجموعه گزارش نشده است.

در اين سازند رخساره هاي اکسيدي - کربناتي و سيليکاته و گاهي به طور محدود سولفيدهاي آهن همراه با چرت و به صورت لايه اي ( نازک لايه ) با بافت نواري ديده مي شود.

از نظر سني اين سازند در محدوده زماني ۸/۱ تا ۵/۲ ميليارد سال تشکيل شده اند. غالباً در اوايل پروتروزوئيک و به ميزان محدود در اواسط و اواخر پروتروزوئيک مي باشند. محيط تشکيل آنها در بخش پايدار سواحل قاره اي و حوضه هاي درون قاره اي است.

ميزان ذخيره آن غالباً از ۱۱ تا ۳۰۰۰ ميليون تن و گاهي تا ۲۵۰۰۰ ميليون تن و بيشتر وجود دارد. ضخامت آهن در اين سازند از چند متر تا ۱۰۰۰ متر بوده و به صورت لايه اي ديده مي شود. در اين سازند آنومالي Mn منگنز نيز ديده مي شود. عيار آهن ۳۰ تا ۴۰% و در حالت هاي هوازده تا ۶۰ % نيز مي رسد.

درياچه سوپريور-لابرادور در امريکاي جنوبي و حوضه هامونسکي در استراليا و ترانسوال افريقاي جنوبي مناطقي هستند که ذخاير آهن نوع سوپريور در آنها کشف شده است.

کاني شناسي نوع سوپريور و آلگوما :

چايمز (۱۹۵۴) براساس نوع کاني هاي آهن دار، کانسارهاي سوپريور و آلگوما را به چهار زون تقسيم کرده است  :

- زون اکسيد ها و هيدروکسيد هاي آهن

هماتيت، گوتيت و مگنتيت.

- زون کربنات هاي آهن

سيدريت و انکريت.

- زون سيليكاتهاي آهن

گريناليت ( نظير سرپانتين ) ( Mg,Fe)6Si4O10(OH)8مي نسوتيت (Fe3Si4O10(OH)2 ،
استيپنوملان K0/6 (Mg, Fe3+ , Fe2+)6(Si,Al)6( O,OH)22.

- زون سولفيدهاي آهن :

پيريت و پيروتيت.

ژئوشيمي نوع سوپريور و آلگوما:

ژئوشيمي عناصر اصلي نوع سوپريور و آلگوما تفاوت زيادي با هم ندارند. ميزان Al و P در نوع آلگوما بيشتر است. در نوع سوپريور ميزان Mn بيشتر است و گاهي موجب کاني سازي Mn مي شود. در نوع آلگوما ميزان V, Ni, Zn, Cu بيشتر از سوپريور است. ميزان متوسط Au در نوع سوپريور p.p.b 21= Au و در نوع آلگوما p.p.b 170= Au گزارش شده است. کانسارهاي طلاي آرکئن در مواردي با کاني سازي آهن نوع آلگوما همراه است. بالا بودن Zn, Cu در نوع آلگوما و ارتباط آن با سنگهاي آتشفشاني اسيد حدواسط زيردريايي موجب شده که بعضاً نوع آلگوما در مجاورت ماسيوسولفيدهاي Cu- Zn تشکيل شود.

منشأ و نحوه تشکيل:

منشأ آهن در کانسارهاي نوع آلگوما آتشفشانهاي زيردريايي ( سنگ هاي آتشفشاني و پيروکلاستيک اسيدي ) است، نظير آنچه امروزه در محيطهاي دريايي در محل آبهاي گرمابي تشکيل مي شود.

اين نوع کانسار در تعيين جغرافياي ديرين و تعيين مرز حوضه هاي آرکئن بکار مي روند. در خصوص نوع سوپريور به دليل محدوديت زماني و گسترش منطقه اي منشأ آهن مورد بحث بوده است.
منشأ آهن مي تواند  :

۱.منشأ آهن مربوط به خارج از محيط رسوبگذاري بوده و از طريق حمل توسط رودخانه از لاتريت هاي واقع در مناطق خشکي مي باشد ( منشأ بيروني)

۲.منشأ آهن به فعاليت آتشفشانهاي زيردريايي مربوط مي شود(منشأ دروني)

۳.آهن به صورت کلوئيدي و يا آواري حمل شده است. در مراحل اوليه هيدروکسيدهاي آهن تشکيل گرديده که در مراحل بعدي به هماتيت و يا ساير کانيهاي آهن تبديل شده اند

هماتيت به صورت مستقيم نمي تواند در شرايط سطح زمين ته نشين شود. با افزايش عمق و افزايش مواد آلي و کاهش Eh نسبت Fe+3/ Fe+2 در محلول بين رسوبات کاهش مي يابد و در نتيجه مگنتيت مي تواند تشکيل شود. ضمن کاهش Eh با افزايش عمق سيدريت و شاموزيت مي توانند تشکيل شوند.

کانسارهاي آهن رسوبي نوع االيتي (سنگ آهني):

کانسارهاي آهن نوع سنگ آهني به نوع اووليتي و يا براساس موقعيت مکاني به نام کلينتون (امريکاي شمالي) شناخته مي شوند. اين کانسارها در محدوده زماني فانروزوئيک تشکيل شده اند.

جريان آب رودخانه توانايي حمل مقاديري فراوان از آهن را دارد. در روند از جاي کنده شدن و يا حمل، فرآورده هاي آلي مي توانند نقشي بزرگ داشته باشند. اين گونه از ترکيبات و يا کمپلکس ها به صورت يک سُل عمل مي کنند و آنگاه که به آب يونيزه برخورد کنند، سُل هاي درشت آهن را بر جاي مي نهند. االيت ها در ترکيب گوناگونند و ماده آهن دار آنها مي تواند هماتيت، ليمونيت، سيدريت و شاموزيت باشد. مشهورترين کانسار االيتي جهان کانسار کلينتون است، که از شمال ايالت نيويورک بسوي جنوب رخنمون دارد. اين کانسار ها در مجموع انباشتگي هاي بزرگ و يا غني نمي سازند.

ويژگيهاي مهم کانسارهاي آهن نوع االيتي:

۱.وجود بافت االيتي به جاي لايه اي

۲.نبودن چرت به دليل محدود بودن سيليس و فعاليت موجودات دريايي

۳.مقادير جزئي مگنتيت

۴.وجود سيليکاتهاي آهن از نوع Al دار (شاموزيت و گلاکونيت)

۵.سولفيد (پيريت و مار کازيت) در صورت بالا بودن ارزش اقتصادي ندارد.

۶.مقدار کم Al در اکسيدها و هيدروکسيدهاي آهن يافت مي شود.

۷.نبود سنگهاي آتشفشاني

گريناليت در محيط آب دريايي پايدار است. در کانسارهاي نوع االيتي به دليل بالا بودن ميزان آلومينيوم رسوبات به جاي گريناليت، شاموزيت تشکيل شده است. ميزان سيليس محلول نيز کم بوده و به همين جهت نيز چرت تشکيل نشده است. در االيتها لايه هاي هماتيت، شاموزيت روي قطعات کوارتز و فسيل ها تشکيل شده اند.

شرايط مناسب براي تشکيل:

۱.عمق کم

۲.دماي بالا

۳. شرايط پيشروي آب دريا و با ميزان کم پسروي

شواهد عمق کم و منطقه ساحلي عبارتند از:

فسيل هاي مناطق ساحلي و کم عمق که به اکسيدهاي آهن تبديل شده اند.

قطعات چوب و دانه هاي گياهي که در محيط خشکي بوده اند به عنوان هسته االيتي قرار گرفته اند.

غالب بودن اکسيدهاي آهن

عمق تشکيل زير منطقه Subtidal و حداکثر تا عمق ۱۰۰ متر

الف- کانسارهاي کلينتون (امريکاي شمالي) :

از طبقات توده اي سنگ سيدريتي شاموزيت و هماتيت دار اووليتي تشكيل شده است. ميزان عيار آهن در اين نوع سازند %۵۰-۴۰ بوده و نسبت به BIF از مقدار AL و P‌ بيشتري برخوردار است. از نظر مورفولوژي به صورت عدسي شكل و توده اي و با ضخامت ۳-۲ متر است و هيچ گاه بزرگتر از 13 متر نيست. اين نوع سنگ آهن متعلق به محيط كم عمق آبي در امتداد حاشيه قاره ها و فلات قاره و در بخش كم عمق ژئوسنكلينال ها تشكيل مي گردد. سن اين سنگها از كامبرين تا دونين (سيلورين )مي باشد مانند كانسنگ Wabana در New Found Land در كانادا.

ب ژوراسيک: کانسارهاي مينت (فرانسه و بريتانيا) :

تيپ نوع مينيت فراوانترين سنگ آهن مي باشد و شامل شاموزيت اووليتي بوده و گاهي به همراه سيدريت و كلريت هاي آهن است. نوع مينت كاملاً اووليتي است و در درياهاي درون قاره اي، فلات قاره و درياچه ها يافت مي شود و مقدار CaO آن بالاست.

ميزان Fe‌ در اين نوع سازند در حدود ۳۰ % است، در حالي كه آهك به ميزان %۲۰-۵ و سيليس در حدود ۲۰% مي باشد. اين نوع سازند گستره اي فراوان در مزوزوئيك اروپا دارد مانند:

Midlands‌ در انگلستان، Lorraine لوكزامبورگ و Salzgitter در ساكسوني واقع در شمال اروپا.

 مطالب فوق برگرفته از کلاس درس اقتصادی دکتر دهقانی می باشد. با تشکر از ایشان.