基于地质特征对铁矿成矿条件及深部预测的研究

2022-07-19胡兴优江飞梁敏李振隆

粘接 2022年7期

胡兴优　江飞　梁敏　李振隆

摘要：河北省滦南县铁矿从20世纪70年代开始投入勘查，截止到2011年在-900～-1 150 m标高以上已探明资源量10.52亿 t，为冀东一处特大型铁矿。该铁矿赋存于新太古代滦县岩群中，为沉积变质改造型矿床，单层矿体厚度及延伸大、产状稳定，深部及外围仍有较大的找矿前景。针对以往勘查和研究的基础上，结合区域铁矿成矿地质特征，对其铁矿成矿条件进行了概括，并对深部找矿前景进行了初步研究。

关键词：沉积变质型铁矿床;成矿条件;深部找矿;滦南铁矿

中图分类号：P612;P618.31 文献标识码：A 文章编号：1001-5922（2022）07-0147-05

Study on metallogenic conditions and deep prediction of ironore based on geological characteristics

HU Xingyou， JIANG Fei， LIANG Min， LI Zhenlong

（MCC No. 1Urban Safety and Underground Space Research Institute Co.， Ltd.， Qinhuangdao 066000， Hebei China）

Abstract：The Luannan Iron Mine in Hebei Province has been investigating since the 1 970 s. As of 2011， it has proven resources of 1.052 billion tons above the elevation of -900 to -1 150 m. It is a large iron ore in eastern Hebei， occured in the Luanxian rock group of the Neoarchean. It is a sedimentary metamorphic reformed deposit. The single-layer ore body has a large thickness and extension with stable occurrence. There are still great prospects in the deep and the periphery. Based on the previous exploration and research， this paper summarizes the mineralization conditions of the iron ore in combination with the regional iron ore-forming geological characteristics， and conducts a preliminary study on the prospects of deep ore prospecting.

Key words：sedimentary metamorphic iron deposit; metallogenic conditions; deep prospecting; Luannan Iron Mine

河北省滦南县铁矿勘查始于20世纪70年代，2009年完成了详查，2010～2011年中国冶金地质总局第一地质勘查院等单位投入勘探，控制标高-900 m，最低控制标高-1 150 m，估算总资源量10.52亿t，矿石全铁平均品位34.77%，磁性铁平均品位28.86%。研究者针对该矿床形成的原因、形成的时期以及后期岩斑发生的蚀变现场，开展了相应的研究分析[1-3]，根据已有勘查成果，重点描述了成矿需满足的要求，并为今后开展和进行找矿工作，提供了一定的方向，以期为今后勘查提供一些参考。

1区域地质背景

滦南县铁矿处于华北陆块区东部，胶辽古陆块与晋冀古陆块之迁西陆核的接触部位。

地表可以观察到的地层结构形式为双层。最底层为新太古界滦县岩群，顶层含有的岩石地层十分丰富，其中最丰富的是中-上元古界长城系、蓟县系、青白口系等。冀东地区的矿层位十分的多，而滦县岩群则是最大之一，赋存有司家营、马城特大型和长凝、青龙山等大型铁矿。岩群主要分为上、中、下3个部分，岩群下部主要分布着斜长角闪岩以及斜长角闪片麻岩[4]。其中，夹杂着黑云变粒岩，部分的薄层则分布着浅粒岩;岩群中部黑云变粒岩和斜长角闪岩则十分的丰富，2种岩石相互交错;岩群上部则主要是黑云变粒岩，在其之间则存在大量的磁铁石英岩以及斜长角闪岩等，在司家营一带含量十分的丰富。滦县岩群下部原岩主要含有基性火山岩，中部主要是火山碎屑岩，这种岩石属于碱性岩石;同时还含有一定的半黏土质粉砂岩。原岩的上部则是凝灰质粉砂岩和硅铁，由于受到环境的影响，原岩时常会出现一定程度的碳酸盐岩沉积，还会发生角闪岩相形态的变质，最后形成一个上下融通的火山-沉积旋回[5]。

为更深入了解滦南县铁矿的分布情况，选用（10×10）km的方格网，绘制了如图1所示的铁矿地质区域简图。

由图1可以看出，Q所在区域为第4系，为寒武系，bl为青白口系，Chg为长城系高于庄组，Chd为长城系大洪峪组，Ars为新太古代滦县岩群三门店岩组（即阳山岩组）。M13表示航磁异常（1/50 000）编号;“—”表示磁异常正等值线;“——”表示磁异常负等值线，异常值单位用“×100 nT”表示;“---”表示隱伏断裂;F表示滦县-昌黎断裂;F表示青龙河深断裂;F表示长凝大断裂;F表示固安-昌黎深大断裂。大号●图标表示大型铁矿;中号●图标表示中型铁矿;小号●图标表示小型铁矿。

基地岩石由于地球的内动力会发生一定的地质改变，出现变形和变位，断裂构造发育。北部是东西向的油榨镇-卢龙-下寨大断裂和滦县-昌黎隐伏断裂;中部是北东向青龙河深断裂;南部依次是东西向长凝大断裂和固安-昌黎深大断裂。不同方向、不同级次的断裂具有长期活动的特点，直接影响和控制基底岩石的分布范围及埋藏深度等一系列演化过程。

部分岩浆岩不具备发育条件，这种岩浆岩主要是燕山期中酸性脉岩，同时还包含少数的中基性脉岩。

冀东地区沉积变质铁矿含铁建造划分主要有以下几类：只含火山岩系类、火山岩系中含有部分沉积岩类、含有火山岩系和沉积岩系类以及沉积岩系中含有火山岩类[6]。司家营、马城等铁矿（司家营式）含铁建造属第3种类型，即同时含有2种岩石的硅铁建造，主要分布在滦县、昌黎境内。大中型铁矿主要分布在滦河以西，组成司家营-马城-长凝铁矿带（司马长矿带）;滦河以东处于阳山复背斜区，以中小型铁矿为主。

2矿区地质特征

2.1地层

滦南县铁矿位于滦河冲积平原区，第4系厚50～180 m，基底岩石隐伏于第4系下，局部出现长城系等盖层岩石。

基岩地层为新太古代滦县岩群阳山岩组（或司家营组，即原称单塔子群白庙子组），岩石种类繁多，根据不同的形态、不同岩石的类别组成新的岩石类型，其中变粒岩的类型为黑云、黑云角闪。大部分的岩石是由角闪石、斜长石以及其他矿物组成，最常见的比如斜长角闪岩以及角闪斜长片麻岩。各岩石层之间经常会出现岩化现象，主要是因为层隙中的沉积物没有及时固化，就会逐渐转化为岩石，最后形成各种混合岩及混合的花岗岩，变质岩的本质属于未完全固化的沉积物，所以多以残留体进行呈现。

2.2构造

在划定的找矿范围内，发现矿体及地层构造的方向多以南北为主，并向西方呈现一定程度的倾斜。从不同方向观察矿体的构造是不同的，比如从北向南观察时，矿体从北向南明显呈现出如波浪状式的变化，由于这种现场我们认为不同的走向会出现差异较大的开阔型褶皱构造。向形核部矿体比较厚，倾斜延伸大;背形脊部矿体较薄，倾斜延伸较小。矿区南部是东西向长凝断裂，矿体内经常会发生断裂，F1和F2为主要发生断裂地带，断裂会对矿体产生严重的影响。F1可以作为区分南北矿带的标志;F2被辉绿岩脉充填。铁矿地质平面图如图2所示。

由图2可以看到，βμ表示富含辉绿岩的区域;V表示对矿体进行的编号;F1表示对断层进行的编号;47表示对勘探线进行的编号;M1-1表示对地面异常进行的编号;G1～G5表示对万剩余重力异常进行的编号;“—”表示正异常;“——”表示负异常。为了描述清晰，将等值线间隔设置为10 m/s。

2.3岩浆岩

岩浆岩占地壳总体积的一半多，尤为丰富，主要类型为辉绿岩、辉长岩。脉岩切穿矿体，但未造成矿体明显位移，亦无明显的热液蚀变和磁铁矿贫化或富集现象。

2.4矿床地质特征

矿带总长约6 km，呈近南北或北北西向展布。矿体数量较多共17条。矿体之间的距离在50～500 m，其分布特点从方向看是从北向南，并偏向于南方（见图2）;从纵向截面观察铁矿的分布特点呈起伏的波浪状（见图3），构成由向形、背形组成的复式褶皱，背形脊部变薄、间断;向形核部增厚、延伸大;横剖面上基本为单斜构造形态（见图4）。

多数的矿体由于各种外界原因经常暴露于基岩面，没裸露出来的多数为盲矿体。各矿体呈现出不同的形状，多以层状、透镜体状呈现，走向偏北向西或靠近南北方向，少数为从北向东移动，倾向于由北或由南向西，倾角为39°～56°。

从图4可以看出，铁矿中含有大量的矿体，占总资源的80%以上。矿体的全长为1 210～2 100 m，厚度为36.35～127.56 m，延伸长度为880～1 650 m。矿体具有一定的厚度，稳定且不间断，分布均匀。矿体由铁矿层组成，并以单层或多层的方式，在矿体较薄的区域中夹石居多，且随着走向分支不断的变薄直至尖灭，并常伴随着膨胀收缩;在矿体的最底层多分布规则板状体，呈现出不断靠拢的趋势。

矿体顶底板围岩主要为黑云变粒岩、角闪变粒岩、黑云斜长片麻岩、斜长角闪岩、含石榴石黑云石英岩、含石榴石闪石岩、绿泥片岩、绢云石英片岩等。由于混合岩化作用大多已形成混合岩、黑云（角闪）混合片麻岩、黑云（角闪）混合花岗岩，原岩大多呈残留体出现。这可以清楚的看出围岩与矿体的分界，只有部分分界呈过渡态。

矿石由多种矿物组成，含量最多的为磁铁矿。全铁含量占比超过30%，磁性铁含量占比略低于30%。脉石矿物以石英为主，其次为透闪石、阳起石、普通角闪石，有时见少量透辉石、紫苏辉石、白云石、蛇纹石、石墨。矿石结构有许多种，有晶粒状变晶，有条纹、条带形以及浸染形。在浸染状矿石中含有较多的透闪石和碳酸盐矿物，镜下见碳酸盐交代透闪石，表明矿石受热液改造，其含量占比一般在35%以上。矿石类型主要是闪石磁铁石英岩型，其次为磁铁石英岩型。

氧化矿主要分布在近基岩面，少量分布在断裂及裂隙发育处，规模较小、分布零星，占总资源量3%以下。

3成矿条件分析

沉积变质铁矿形成于BIF后期，先经过了矿物质的沉积。然后受到变质变形的作用[4-5]，混合岩化、花岗岩侵位等改造两大阶段，属沉积-变质-改造型铁矿。

3.1新太古代硅铁建造

马城铁矿锆石测定年龄为2.5～2.6 Ga[7]，与邻区司家营铁矿的测定结果相一致，大致能判断该矿形成于新太古代末期。华北古大陆各陆块的运动形成时期就是新太古代;而马城铁矿处于迁西陆块与胶辽陆块的拼贴带，2个陆块相互碰撞造成火山运动，从而产生大量矿物质。

滦县岩群主要由火山喷发的沉积岩构成，其中基性和中酸性火山岩在逐渐变成沉积岩的过程中就为成矿提供了有利空间条件[8]。马城铁矿含铁建造为火山岩与沉积岩并重的硅铁建造，矿的顶部和底板的岩石主要是以混合花岗岩为主，原岩中一般包含凝灰岩和基性熔岩;沉积岩一般包含半黏土岩和粉砂岩，也会含有少量的碳酸盐岩。矿体常产于斜长片麻岩、斜长角闪岩、角闪岩向长英变粒岩的过渡部位。说明含铁建造并非形成于海底火山活動的中心，而是在大陆架或者地势低洼的位置。由于海水中含有大量单质铁或者亚铁元素，而海水到达大陆架或者地势低洼的位置酸性变弱，所以矿物质间发生化学反应，亚铁逐渐变成氧化铁沉积在地下[8]。马城矿区部分3.3 Ga的碎屑锆石年龄反应陆源碎屑沉积可能源于迁西陆核，陆源物质或陆源水加入以及稳定的沉积环境有利于大规模稳定铁矿层的形成。

在矿区范围内可能存在着多个较小的火山沉积旋回或脉动式喷发活动产物以及多次上升流活动，不仅使矿石呈条带状构造;更长的周期可使含铁建造层具多层特征。马城Ⅴ号主矿体下盘出现产状相近的Ⅸ和Ⅹ号矿体（见图5），据目前的钻探验证和EH4探测结果，2大矿层相互独立，可能对应2次火山-沉积旋回。

新太古代硅铁建造是马城铁矿成矿的基础条件，火山岩与沉积岩并重的硅铁建造是形成大规模稳定矿层的重要因素。硅铁建造的多层特征或火山-沉积多旋回性是已知矿体深部和旁侧找矿预测的依据之一。

3.2变质作用

马城铁矿形成过程经历了多种岩石的变质作用和酸性液体的蚀变。变质作用使沉积的矿物质进行重新的组合，使隐晶和细粒结构转化为显晶和粗粒结构，从而逐渐形成马城铁矿。在这个形成过程中，硅铁建造层产生局部塑性变形和流动，在重力分异作用下向深部聚集，使深部矿体厚度增大，造成现存矿体浅部夹石多而深部出现聚拢的趋势。但矿床总体规模变化不大，而且保留了条纹、条带状构造。

3.3混合岩化作用

由于变质作用造成了岩层的运动，所以混合岩和花岗质相互侵位。混合岩化作用比较强烈的地段，矿石颗粒普遍较粗，多在0.05～0.3 mm;而马城西部的司家营矿区混合岩化较弱，矿石颗粒一般在0.03～0.15 mm。但一些强混合岩化区如阳山背斜区，变质表壳岩或含铁建造呈残留体出现，长英质岩浆以及热液淋滤萃取可使铁质分散，因此混合岩化对铁矿的改造作用具有多重性。

混合岩化是富铁矿段形成的条件之一，在有利部位如深部混合岩化及热液蚀变可形成富铁矿段或交代热液贫铁矿。经热液蚀变的矿石品位较高，说明热液活动有利于改造贫铁矿成为富铁矿。随着深部铁矿勘查和研究的进展，混合岩化和热液蚀变作用将是深入研究的重点之一[9]。

3.4后期改造

后期改造发生在新太古代末——燕山期。

五台运动主期（2.5 Ga左右）新太古代表壳岩遭受角闪岩相-绿片岩相变质，并伴随再生交代型混合岩化。随区域变质作用的发展产生了花岗质岩浆岩侵位，在滦河以东不仅出现强混合岩化而且有太古代变质深成岩侵入（如潘庄花岗岩）。而在司马长矿带除长凝出现新太古代花岗岩（锆石年龄2.5 Ga）外，其他矿区未出现较大规模的太古代岩浆岩，这是大规模铁矿得以保存的条件之一。

太古代之后，铁矿遭受了一定程度的改造作用，但其改造程度远小于太古代时期。司马长矿带所处区域的生代岩浆岩不发育，因此对铁矿的改造主要表现为剥蚀及断裂构造的影响和控制。同时还要长期遭受机械剥蚀风化和化学风化淋滤作用，浅部形成不同规模的氧化矿。断裂构造改造具有多重性，不仅破坏了矿层的走向和矿的连续性，还造成了基底地层局部抬升和下降，马城铁矿处于青龙河深断裂下盘，对大量矿体的保存比较有利。

4深部找矿探讨

深部找矿预测要从成矿条件入手，在总结成矿规律的基础上采用深部探测技术发现信息。

多层状产出是冀东沉积变质铁矿的重要特征之一，其机理与火山喷发沉积多旋回性或脉动式喷发、多次上升流活动等有关。已知矿体可能代表某一火山沉积旋回或成矿过程，其旁侧或深部可能存在另一成矿过程或存在另外的铁矿聚集层。不同矿层均经历了统一的改造过程，产状相近。

马城矿区39号勘探线通过EH4探测，断面上出现3个向形异常。Ⅴ号矿体位于上部向形异常的东翼偏上位置;Ⅸ、Ⅹ号矿体位于中部向形异常东翼偏上位置。在该剖面上，钻探已控制到Ⅴ号矿体的底部附近;而Ⅸ和Ⅹ号矿体在控制范围内的多层状明显，未出现聚拢趋势，其深部应出现聚拢或仍有比较大的延深规模。矿体形态有可能在深部出现变化，即可能变为不对称的褶皱形态。

图6滦南矿区39线EH4断面图，来源于中国科学院地质与地球物理研究所、中國冶金地质总局矿产资源研究院。

底部向形异常的意义有待于进一步研究，在2 500 m深度下的铁矿目标体在地面观测的重磁异常已不明显;但EH4探测结果为寻找铁矿第2富集带提供了初步信息。

中国冶金地质总局第一地质勘查院“河北遵化-长凝一带铁矿调查评价”项目，在位于39线北部的23线的位置打下1个深孔，在Ⅴ 号主矿体的下部（-1 800 m标高）见到2层厚大矿体[10]，即 ⅩⅥ、ⅩⅦ号矿体（图4）;深部预测远景在4亿t以上。据现有深部探测和少量深部钻孔结果，推测马城铁矿深部仍有比较大的找矿前景，通过深部赋矿构造的研究可进一步扩大矿床规模。

5结语

（1）马城铁矿经历了形成和改造2大阶段，新太古代滦县岩群火山岩系–沉积岩系–硅铁建造是马城铁矿成矿的基础条件。同时具备大规模矿体保存的地质构造条件;

（2）初步研究结果，马城铁矿仍具有较大的找矿前景，主要分布在已知矿体下盘以及深部，可能存在第2富集带，应加强深部赋矿构造和深部探测技术的应用。

【参考文献】

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