胡興優(yōu)　江飛　梁敏　李振隆

摘要：河北省灤南縣鐵礦從20世紀70年代開始投入勘查，截止到2011年在-900～-1 150 m標高以上已探明資源量10.52億 t，為冀東一處特大型鐵礦。該鐵礦賦存于新太古代灤縣巖群中，為沉積變質(zhì)改造型礦床，單層礦體厚度及延伸大、產(chǎn)狀穩(wěn)定，深部及外圍仍有較大的找礦前景。針對以往勘查和研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合區(qū)域鐵礦成礦地質(zhì)特征，對其鐵礦成礦條件進行了概括，并對深部找礦前景進行了初步研究。

關(guān)鍵詞：沉積變質(zhì)型鐵礦床;成礦條件;深部找礦;灤南鐵礦

中圖分類號：P612;P618.31 文獻標識碼：A 文章編號：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

河北省灤南縣鐵礦勘查始于20世紀70年代，2009年完成了詳查，2010～2011年中國冶金地質(zhì)總局第一地質(zhì)勘查院等單位投入勘探，控制標高-900 m，最低控制標高-1 150 m，估算總資源量10.52億t，礦石全鐵平均品位34.77%，磁性鐵平均品位28.86%。研究者針對該礦床形成的原因、形成的時期以及后期巖斑發(fā)生的蝕變現(xiàn)場，開展了相應(yīng)的研究分析[1-3]，根據(jù)已有勘查成果，重點描述了成礦需滿足的要求，并為今后開展和進行找礦工作，提供了一定的方向，以期為今后勘查提供一些參考。

1區(qū)域地質(zhì)背景

灤南縣鐵礦處于華北陸塊區(qū)東部，膠遼古陸塊與晉冀古陸塊之遷西陸核的接觸部位。

地表可以觀察到的地層結(jié)構(gòu)形式為雙層。最底層為新太古界灤縣巖群，頂層含有的巖石地層十分豐富，其中最豐富的是中-上元古界長城系、薊縣系、青白口系等。冀東地區(qū)的礦層位十分的多，而灤縣巖群則是最大之一，賦存有司家營、馬城特大型和長凝、青龍山等大型鐵礦。巖群主要分為上、中、下3個部分，巖群下部主要分布著斜長角閃巖以及斜長角閃片麻巖[4]。其中，夾雜著黑云變粒巖，部分的薄層則分布著淺粒巖;巖群中部黑云變粒巖和斜長角閃巖則十分的豐富，2種巖石相互交錯;巖群上部則主要是黑云變粒巖，在其之間則存在大量的磁鐵石英巖以及斜長角閃巖等，在司家營一帶含量十分的豐富。灤縣巖群下部原巖主要含有基性火山巖，中部主要是火山碎屑巖，這種巖石屬于堿性巖石;同時還含有一定的半黏土質(zhì)粉砂巖。原巖的上部則是凝灰質(zhì)粉砂巖和硅鐵，由于受到環(huán)境的影響，原巖時常會出現(xiàn)一定程度的碳酸鹽巖沉積，還會發(fā)生角閃巖相形態(tài)的變質(zhì)，最后形成一個上下融通的火山-沉積旋回[5]。

為更深入了解灤南縣鐵礦的分布情況，選用（10×10）km的方格網(wǎng)，繪制了如圖1所示的鐵礦地質(zhì)區(qū)域簡圖。

由圖1可以看出，Q所在區(qū)域為第4系，為寒武系，bl為青白口系，Chg為長城系高于莊組，Chd為長城系大洪峪組，Ars為新太古代灤縣巖群三門店巖組（即陽山巖組）。M13表示航磁異常（1/50 000）編號;“—”表示磁異常正等值線;“——”表示磁異常負等值線，異常值單位用“×100 nT”表示;“---”表示隱伏斷裂;F表示灤縣-昌黎斷裂;F表示青龍河深斷裂;F表示長凝大斷裂;F表示固安-昌黎深大斷裂。大號●圖標表示大型鐵礦;中號●圖標表示中型鐵礦;小號●圖標表示小型鐵礦。

基地巖石由于地球的內(nèi)動力會發(fā)生一定的地質(zhì)改變，出現(xiàn)變形和變位，斷裂構(gòu)造發(fā)育。北部是東西向的油榨鎮(zhèn)-盧龍-下寨大斷裂和灤縣-昌黎隱伏斷裂;中部是北東向青龍河深斷裂;南部依次是東西向長凝大斷裂和固安-昌黎深大斷裂。不同方向、不同級次的斷裂具有長期活動的特點，直接影響和控制基底巖石的分布范圍及埋藏深度等一系列演化過程。

部分巖漿巖不具備發(fā)育條件，這種巖漿巖主要是燕山期中酸性脈巖，同時還包含少數(shù)的中基性脈巖。

冀東地區(qū)沉積變質(zhì)鐵礦含鐵建造劃分主要有以下幾類：只含火山巖系類、火山巖系中含有部分沉積巖類、含有火山巖系和沉積巖系類以及沉積巖系中含有火山巖類[6]。司家營、馬城等鐵礦（司家營式）含鐵建造屬第3種類型，即同時含有2種巖石的硅鐵建造，主要分布在灤縣、昌黎境內(nèi)。大中型鐵礦主要分布在灤河以西，組成司家營-馬城-長凝鐵礦帶（司馬長礦帶）;灤河以東處于陽山復(fù)背斜區(qū)，以中小型鐵礦為主。

2礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1地層

灤南縣鐵礦位于灤河沖積平原區(qū)，第4系厚50～180 m，基底巖石隱伏于第4系下，局部出現(xiàn)長城系等蓋層巖石。

基巖地層為新太古代灤縣巖群陽山巖組（或司家營組，即原稱單塔子群白廟子組），巖石種類繁多，根據(jù)不同的形態(tài)、不同巖石的類別組成新的巖石類型，其中變粒巖的類型為黑云、黑云角閃。大部分的巖石是由角閃石、斜長石以及其他礦物組成，最常見的比如斜長角閃巖以及角閃斜長片麻巖。各巖石層之間經(jīng)常會出現(xiàn)巖化現(xiàn)象，主要是因為層隙中的沉積物沒有及時固化，就會逐漸轉(zhuǎn)化為巖石，最后形成各種混合巖及混合的花崗巖，變質(zhì)巖的本質(zhì)屬于未完全固化的沉積物，所以多以殘留體進行呈現(xiàn)。

2.2構(gòu)造

在劃定的找礦范圍內(nèi)，發(fā)現(xiàn)礦體及地層構(gòu)造的方向多以南北為主，并向西方呈現(xiàn)一定程度的傾斜。從不同方向觀察礦體的構(gòu)造是不同的，比如從北向南觀察時，礦體從北向南明顯呈現(xiàn)出如波浪狀式的變化，由于這種現(xiàn)場我們認為不同的走向會出現(xiàn)差異較大的開闊型褶皺構(gòu)造。向形核部礦體比較厚，傾斜延伸大;背形脊部礦體較薄，傾斜延伸較小。礦區(qū)南部是東西向長凝斷裂，礦體內(nèi)經(jīng)常會發(fā)生斷裂，F(xiàn)1和F2為主要發(fā)生斷裂地帶，斷裂會對礦體產(chǎn)生嚴重的影響。F1可以作為區(qū)分南北礦帶的標志;F2被輝綠巖脈充填。鐵礦地質(zhì)平面圖如圖2所示。

由圖2可以看到，βμ表示富含輝綠巖的區(qū)域;V表示對礦體進行的編號;F1表示對斷層進行的編號;47表示對勘探線進行的編號;M1-1表示對地面異常進行的編號;G1～G5表示對萬剩余重力異常進行的編號;“—”表示正異常;“——”表示負異常。為了描述清晰，將等值線間隔設(shè)置為10 m/s。

2.3巖漿巖

巖漿巖占地殼總體積的一半多，尤為豐富，主要類型為輝綠巖、輝長巖。脈巖切穿礦體，但未造成礦體明顯位移，亦無明顯的熱液蝕變和磁鐵礦貧化或富集現(xiàn)象。

2.4礦床地質(zhì)特征

礦帶總長約6 km，呈近南北或北北西向展布。礦體數(shù)量較多共17條。礦體之間的距離在50～500 m，其分布特點從方向看是從北向南，并偏向于南方（見圖2）;從縱向截面觀察鐵礦的分布特點呈起伏的波浪狀（見圖3），構(gòu)成由向形、背形組成的復(fù)式褶皺，背形脊部變薄、間斷;向形核部增厚、延伸大;橫剖面上基本為單斜構(gòu)造形態(tài)（見圖4）。

多數(shù)的礦體由于各種外界原因經(jīng)常暴露于基巖面，沒裸露出來的多數(shù)為盲礦體。各礦體呈現(xiàn)出不同的形狀，多以層狀、透鏡體狀呈現(xiàn)，走向偏北向西或靠近南北方向，少數(shù)為從北向東移動，傾向于由北或由南向西，傾角為39°～56°。

從圖4可以看出，鐵礦中含有大量的礦體，占總資源的80%以上。礦體的全長為1 210～2 100 m，厚度為36.35～127.56 m，延伸長度為880～1 650 m。礦體具有一定的厚度，穩(wěn)定且不間斷，分布均勻。礦體由鐵礦層組成，并以單層或多層的方式，在礦體較薄的區(qū)域中夾石居多，且隨著走向分支不斷的變薄直至尖滅，并常伴隨著膨脹收縮;在礦體的最底層多分布規(guī)則板狀體，呈現(xiàn)出不斷靠攏的趨勢。

礦體頂?shù)装鍑鷰r主要為黑云變粒巖、角閃變粒巖、黑云斜長片麻巖、斜長角閃巖、含石榴石黑云石英巖、含石榴石閃石巖、綠泥片巖、絹云石英片巖等。由于混合巖化作用大多已形成混合巖、黑云（角閃）混合片麻巖、黑云（角閃）混合花崗巖，原巖大多呈殘留體出現(xiàn)。這可以清楚的看出圍巖與礦體的分界，只有部分分界呈過渡態(tài)。

礦石由多種礦物組成，含量最多的為磁鐵礦。全鐵含量占比超過30%，磁性鐵含量占比略低于30%。脈石礦物以石英為主，其次為透閃石、陽起石、普通角閃石，有時見少量透輝石、紫蘇輝石、白云石、蛇紋石、石墨。礦石結(jié)構(gòu)有許多種，有晶粒狀變晶，有條紋、條帶形以及浸染形。在浸染狀礦石中含有較多的透閃石和碳酸鹽礦物，鏡下見碳酸鹽交代透閃石，表明礦石受熱液改造，其含量占比一般在35%以上。礦石類型主要是閃石磁鐵石英巖型，其次為磁鐵石英巖型。

氧化礦主要分布在近基巖面，少量分布在斷裂及裂隙發(fā)育處，規(guī)模較小、分布零星，占總資源量3%以下。

3成礦條件分析

沉積變質(zhì)鐵礦形成于BIF后期，先經(jīng)過了礦物質(zhì)的沉積。然后受到變質(zhì)變形的作用[4-5]，混合巖化、花崗巖侵位等改造兩大階段，屬沉積-變質(zhì)-改造型鐵礦。

3.1新太古代硅鐵建造

馬城鐵礦鋯石測定年齡為2.5～2.6 Ga[7]，與鄰區(qū)司家營鐵礦的測定結(jié)果相一致，大致能判斷該礦形成于新太古代末期。華北古大陸各陸塊的運動形成時期就是新太古代;而馬城鐵礦處于遷西陸塊與膠遼陸塊的拼貼帶，2個陸塊相互碰撞造成火山運動，從而產(chǎn)生大量礦物質(zhì)。

灤縣巖群主要由火山噴發(fā)的沉積巖構(gòu)成，其中基性和中酸性火山巖在逐漸變成沉積巖的過程中就為成礦提供了有利空間條件[8]。馬城鐵礦含鐵建造為火山巖與沉積巖并重的硅鐵建造，礦的頂部和底板的巖石主要是以混合花崗巖為主，原巖中一般包含凝灰?guī)r和基性熔巖;沉積巖一般包含半黏土巖和粉砂巖，也會含有少量的碳酸鹽巖。礦體常產(chǎn)于斜長片麻巖、斜長角閃巖、角閃巖向長英變粒巖的過渡部位。說明含鐵建造并非形成于海底火山活動的中心，而是在大陸架或者地勢低洼的位置。由于海水中含有大量單質(zhì)鐵或者亞鐵元素，而海水到達大陸架或者地勢低洼的位置酸性變?nèi)酰缘V物質(zhì)間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，亞鐵逐漸變成氧化鐵沉積在地下[8]。馬城礦區(qū)部分3.3 Ga的碎屑鋯石年齡反應(yīng)陸源碎屑沉積可能源于遷西陸核，陸源物質(zhì)或陸源水加入以及穩(wěn)定的沉積環(huán)境有利于大規(guī)模穩(wěn)定鐵礦層的形成。

在礦區(qū)范圍內(nèi)可能存在著多個較小的火山沉積旋回或脈動式噴發(fā)活動產(chǎn)物以及多次上升流活動，不僅使礦石呈條帶狀構(gòu)造;更長的周期可使含鐵建造層具多層特征。馬城Ⅴ號主礦體下盤出現(xiàn)產(chǎn)狀相近的Ⅸ和Ⅹ號礦體（見圖5），據(jù)目前的鉆探驗證和EH4探測結(jié)果，2大礦層相互獨立，可能對應(yīng)2次火山-沉積旋回。

新太古代硅鐵建造是馬城鐵礦成礦的基礎(chǔ)條件，火山巖與沉積巖并重的硅鐵建造是形成大規(guī)模穩(wěn)定礦層的重要因素。硅鐵建造的多層特征或火山-沉積多旋回性是已知礦體深部和旁側(cè)找礦預(yù)測的依據(jù)之一。

3.2變質(zhì)作用

馬城鐵礦形成過程經(jīng)歷了多種巖石的變質(zhì)作用和酸性液體的蝕變。變質(zhì)作用使沉積的礦物質(zhì)進行重新的組合，使隱晶和細粒結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為顯晶和粗粒結(jié)構(gòu)，從而逐漸形成馬城鐵礦。在這個形成過程中，硅鐵建造層產(chǎn)生局部塑性變形和流動，在重力分異作用下向深部聚集，使深部礦體厚度增大，造成現(xiàn)存礦體淺部夾石多而深部出現(xiàn)聚攏的趨勢。但礦床總體規(guī)模變化不大，而且保留了條紋、條帶狀構(gòu)造。

3.3混合巖化作用

由于變質(zhì)作用造成了巖層的運動，所以混合巖和花崗質(zhì)相互侵位?；旌蠋r化作用比較強烈的地段，礦石顆粒普遍較粗，多在0.05～0.3 mm;而馬城西部的司家營礦區(qū)混合巖化較弱，礦石顆粒一般在0.03～0.15 mm。但一些強混合巖化區(qū)如陽山背斜區(qū)，變質(zhì)表殼巖或含鐵建造呈殘留體出現(xiàn)，長英質(zhì)巖漿以及熱液淋濾萃取可使鐵質(zhì)分散，因此混合巖化對鐵礦的改造作用具有多重性。

混合巖化是富鐵礦段形成的條件之一，在有利部位如深部混合巖化及熱液蝕變可形成富鐵礦段或交代熱液貧鐵礦。經(jīng)熱液蝕變的礦石品位較高，說明熱液活動有利于改造貧鐵礦成為富鐵礦。隨著深部鐵礦勘查和研究的進展，混合巖化和熱液蝕變作用將是深入研究的重點之一[9]。

3.4后期改造

后期改造發(fā)生在新太古代末——燕山期。

五臺運動主期（2.5 Ga左右）新太古代表殼巖遭受角閃巖相-綠片巖相變質(zhì)，并伴隨再生交代型混合巖化。隨區(qū)域變質(zhì)作用的發(fā)展產(chǎn)生了花崗質(zhì)巖漿巖侵位，在灤河以東不僅出現(xiàn)強混合巖化而且有太古代變質(zhì)深成巖侵入（如潘莊花崗巖）。而在司馬長礦帶除長凝出現(xiàn)新太古代花崗巖（鋯石年齡2.5 Ga）外，其他礦區(qū)未出現(xiàn)較大規(guī)模的太古代巖漿巖，這是大規(guī)模鐵礦得以保存的條件之一。

太古代之后，鐵礦遭受了一定程度的改造作用，但其改造程度遠小于太古代時期。司馬長礦帶所處區(qū)域的生代巖漿巖不發(fā)育，因此對鐵礦的改造主要表現(xiàn)為剝蝕及斷裂構(gòu)造的影響和控制。同時還要長期遭受機械剝蝕風(fēng)化和化學(xué)風(fēng)化淋濾作用，淺部形成不同規(guī)模的氧化礦。斷裂構(gòu)造改造具有多重性，不僅破壞了礦層的走向和礦的連續(xù)性，還造成了基底地層局部抬升和下降，馬城鐵礦處于青龍河深斷裂下盤，對大量礦體的保存比較有利。

4深部找礦探討

深部找礦預(yù)測要從成礦條件入手，在總結(jié)成礦規(guī)律的基礎(chǔ)上采用深部探測技術(shù)發(fā)現(xiàn)信息。

多層狀產(chǎn)出是冀東沉積變質(zhì)鐵礦的重要特征之一，其機理與火山噴發(fā)沉積多旋回性或脈動式噴發(fā)、多次上升流活動等有關(guān)。已知礦體可能代表某一火山沉積旋回或成礦過程，其旁側(cè)或深部可能存在另一成礦過程或存在另外的鐵礦聚集層。不同礦層均經(jīng)歷了統(tǒng)一的改造過程，產(chǎn)狀相近。

馬城礦區(qū)39號勘探線通過EH4探測，斷面上出現(xiàn)3個向形異常。Ⅴ號礦體位于上部向形異常的東翼偏上位置;Ⅸ、Ⅹ號礦體位于中部向形異常東翼偏上位置。在該剖面上，鉆探已控制到Ⅴ號礦體的底部附近;而Ⅸ和Ⅹ號礦體在控制范圍內(nèi)的多層狀明顯，未出現(xiàn)聚攏趨勢，其深部應(yīng)出現(xiàn)聚攏或仍有比較大的延深規(guī)模。礦體形態(tài)有可能在深部出現(xiàn)變化，即可能變?yōu)椴粚ΨQ的褶皺形態(tài)。

圖6灤南礦區(qū)39線EH4斷面圖，來源于中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所、中國冶金地質(zhì)總局礦產(chǎn)資源研究院。

底部向形異常的意義有待于進一步研究，在2 500 m深度下的鐵礦目標體在地面觀測的重磁異常已不明顯;但EH4探測結(jié)果為尋找鐵礦第2富集帶提供了初步信息。

中國冶金地質(zhì)總局第一地質(zhì)勘查院“河北遵化-長凝一帶鐵礦調(diào)查評價”項目，在位于39線北部的23線的位置打下1個深孔，在Ⅴ 號主礦體的下部（-1 800 m標高）見到2層厚大礦體[10]，即 ⅩⅥ、ⅩⅦ號礦體（圖4）;深部預(yù)測遠景在4億t以上。據(jù)現(xiàn)有深部探測和少量深部鉆孔結(jié)果，推測馬城鐵礦深部仍有比較大的找礦前景，通過深部賦礦構(gòu)造的研究可進一步擴大礦床規(guī)模。

5結(jié)語

（1）馬城鐵礦經(jīng)歷了形成和改造2大階段，新太古代灤縣巖群火山巖系–沉積巖系–硅鐵建造是馬城鐵礦成礦的基礎(chǔ)條件。同時具備大規(guī)模礦體保存的地質(zhì)構(gòu)造條件;

（2）初步研究結(jié)果，馬城鐵礦仍具有較大的找礦前景，主要分布在已知礦體下盤以及深部，可能存在第2富集帶，應(yīng)加強深部賦礦構(gòu)造和深部探測技術(shù)的應(yīng)用。

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