論山西五臺(tái)地區(qū)沉積變質(zhì)型鐵礦特征及成因機(jī)理
——以張家堡鐵礦為例

劉 瑩

（山西省第一水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊(duì)，山西太原030000）

論山西五臺(tái)地區(qū)沉積變質(zhì)型鐵礦特征及成因機(jī)理
——以張家堡鐵礦為例

劉 瑩*

（山西省第一水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊(duì)，山西太原030000）

沉積變質(zhì)型鐵礦是我省以及全國最重要的鐵礦床類型，論述了張家堡鐵礦的礦體特征和礦石質(zhì)量，在此基礎(chǔ)上結(jié)合前人研究成果，探討了山西五臺(tái)地區(qū)沉積變質(zhì)型鐵礦的演化、分布規(guī)律和成因模式。

五臺(tái)；張家堡；沉積變質(zhì)型鐵礦；成因模式；演化

1 概述

沉積變質(zhì)型鐵礦是世界上最重要的鐵礦類型，中國沉積變質(zhì)型鐵礦查明資源儲(chǔ)量可占鐵礦資源總量的48%（肖克炎等，2011）。華北克拉通是我國鐵礦資源的重要分布區(qū)，其中山西的探明儲(chǔ)量居全國第四，是重要的鐵礦資源產(chǎn)地，而我省最為主要的鐵礦類型即為沉積變質(zhì)型（即鞍山式），占總儲(chǔ)量的91.81%。這類鐵礦年代古老（賦存于早前寒武紀(jì)變質(zhì)巖中）、分布廣泛、儲(chǔ)量相對集中，主要由石英（燧石）和氧化鐵礦物（磁鐵礦、赤鐵礦等）組成，通常具有典型的條帶狀構(gòu)造，由條帶狀鐵建造（BIF）變質(zhì)改造而成，具有“大、貧、淺、易”的特點(diǎn)，即礦床的規(guī)模大、含鐵量低，以易選磁鐵礦為主，礦層厚度大，出露地表或近地表，易于開采。主要分布在五臺(tái)—恒山、婁煩—嵐縣和黎城—左權(quán)一帶（何青，2004），而張仙堡鐵礦就是五臺(tái)—恒山礦帶的中型鐵礦。

2 礦區(qū)地質(zhì)概況

張仙堡鐵礦位于山西省忻州市代縣縣城南東，張仙堡村南西約1km處，北側(cè)有縣級(jí)公路，京原鐵路、108國道也從其北部代縣縣城通過。

礦區(qū)大地構(gòu)造位于呂梁—太行斷塊，五臺(tái)山塊隆，恒山—五臺(tái)山穹狀隆起之南西部。它的北及西面與滹沱新裂陷接壤。

礦區(qū)內(nèi)主要出露有上太古界五臺(tái)超群石咀群文溪組（Ar1w）含鐵巖段、下元古滹沱超群四集莊組（Pt1s）及新生界第四系（Q）。

文溪組（Ar1w）含鐵巖段：廣泛分布于礦區(qū)，由粗粒絹云石英片巖、綠泥片巖，夾少量斜長角閃巖、磁鐵石英巖、鈣質(zhì)綠泥片巖、千枚狀板巖等組成。該段為主要含礦巖系。

滹沱超群四集莊組（Pt1s）：分布在礦區(qū)外西南部，主要由變質(zhì)礫巖、變質(zhì)長英砂巖組成。本組與文溪段呈角度不整合接觸。

第四系：礦區(qū)內(nèi)分布較廣，主要分布在溝谷及山坡上。由殘坡積物及黃土組成。

礦區(qū)總的褶皺構(gòu)造為劉家莊—韓家灣倒轉(zhuǎn)背斜。背斜位于礦區(qū)中部，為一緊閉的同斜倒轉(zhuǎn)背斜，軸向近東西向，軸面傾向北，傾角70°～80°，樞紐東部翹起，向西傾伏。核部為絹云石英片巖、綠泥片巖、角閃巖、大理巖等。在背斜北翼向北為一向斜，其軸向NE80°，軸面傾向NW，傾角60°～65°。

礦區(qū)變質(zhì)作用強(qiáng)烈，變質(zhì)巖廣泛分布。本區(qū)變質(zhì)巖屬中—低級(jí)綠片巖相—角閃巖相的變質(zhì)巖系。主要變質(zhì)巖有絹云母石英片巖、黑云母石英片巖、斜長角閃片巖、云母片巖、綠泥片巖、磁鐵石英巖及少量變粒巖。

3 礦體地質(zhì)及圍巖

3.1 礦體特征

張仙堡鐵礦賦存于太古界五臺(tái)超群石咀群文溪組含鐵巖段地層中，全區(qū)內(nèi)共發(fā)現(xiàn)有11條鐵礦體，其中主要礦體為1、5、7號(hào)礦體。其余均為盲礦體。主要礦體介紹如下：

1號(hào)礦體：位于礦區(qū)的中部，為本礦區(qū)的主礦體。礦體形態(tài)為一軸向近東西向背斜，兩翼傾向分別為北和南，傾角70°～80°，背斜核部礦體明顯加厚。礦體由東向西傾伏，傾伏角約45°。現(xiàn)有工程控制長度約480m，平均寬度63.67m，平均視厚20.60m，SFe的平均品位為27.07%。礦體賦存標(biāo)高1205～1630m，最大延深360m，礦體最小埋深0～280m。

5號(hào)礦體：位于礦區(qū)的中部，背斜的北翼，呈單斜產(chǎn)出，傾向北，傾角80°～90°。由1600m中段露天采場控制，沿走向控制長度100m，沿傾向推測50m左右，經(jīng)TC12-1揭露礦體平均視厚5.18m，SFe平均品位為28.79%。礦體賦存標(biāo)高1550～1700m，礦體埋深0～50m。

7號(hào)礦體：位于礦區(qū)的中部偏西，背斜的北翼，呈單斜產(chǎn)出，傾向北，傾角70°左右。由探槽C1及PD10采礦坑道所控制，揭露礦體平均厚度2.95m，SFe平均品位為25.16%，沿走向推測長度200m，沿傾向推測60m。礦體賦存標(biāo)高1515～1595m。礦體埋深0～80m。

3.2 礦體圍巖和夾石

礦區(qū)內(nèi)礦體的圍巖主要為含鐵石英巖、綠泥片巖及絹云石英片巖。其中，1、4號(hào)礦體頂?shù)装寰鶠楹F石英巖，2號(hào)礦體頂板為綠泥片巖，底板為含鐵石英巖，3號(hào)礦體的頂板為含鐵石英巖，底板為絹云石英片巖，其余礦體的頂?shù)装鍘r性均為綠泥片巖。

1號(hào)礦體內(nèi)礦體內(nèi)見有一層厚6m的含鐵石英巖夾石，沿傾向延長約55m，沿走向推測為100m，此外還有5層綠泥片巖夾層，其視厚度1.7～13.7m不等，沿傾向長25～250m；5、7號(hào)礦體中均見有一層綠泥片巖夾石，但規(guī)模很??；其余號(hào)礦體內(nèi)無夾石?？傊?，夾石對礦體的完整性沒有影響，完整性較好。

4 礦石質(zhì)量

4.1 礦石物質(zhì)組成及其特征

礦石礦物主要為磁鐵礦，次為菱鐵礦，并有少量黃鐵礦、褐鐵礦、黃銅礦。脈石礦物主要為石英，并有少量綠泥石、絹云母、角閃石、磷灰石等。礦石結(jié)構(gòu)為中—細(xì)粒變晶結(jié)構(gòu)，構(gòu)造以條帶狀構(gòu)造為主，次為條紋狀，局部見有浸染狀。主要礦物特征介紹如下。

4.1.1 主要礦石礦物

磁鐵礦：平均含量21.17%，呈半自形—他形，中細(xì)粒結(jié)構(gòu)。磁鐵礦顆粒一般成條帶，與石英、菱鐵礦的條帶構(gòu)成黑白相間的條帶或條紋；部分散布于石英及菱鐵礦的顆粒間，偶見包裹于石英、菱鐵礦中。

菱鐵礦：平均含量5.22%，可見3種結(jié)構(gòu)：呈他形粒狀與石英齒狀鑲嵌；呈細(xì)粒狀星散于巖石中；與石英混作脈狀、小團(tuán)塊狀，沿微小裂隙分布。前兩種菱鐵礦屬沉積變質(zhì)所成，后一種則為熱液成因。

赤、褐鐵礦：平均含量0.52%，多見于地表，常集結(jié)成條帶或樹枝狀沿微裂隙充填或在磁鐵礦邊緣分布。

黃鐵礦：平均含量0.23%，多自形，呈細(xì)—粗粒狀星散于礦石中。

4.1.2 主要脈石礦物

石英：半自形—他形，細(xì)粒狀相互緊密鑲嵌，或與磁鐵礦鑲嵌，粒徑0.4～0.6mm，平均含量43%～63%。

綠泥石：呈葉片狀分散于礦石中，偶見與磁鐵礦集合成條帶。

4.2 礦石類型

礦石自然類型主要為含菱鐵礦磁鐵石英型、次為菱鐵磁鐵石英型、磁鐵石英型，有時(shí)可見含角閃磁鐵石英型。

參照鞍山黑色冶金礦山設(shè)計(jì)研究院編寫的《山西省代縣張仙堡鐵礦方案設(shè)計(jì)》中mFe品位為21.43%，本次核查1號(hào)礦體TFe平均品位為29.33%，可知磁性鐵占有率（mFe/TFe）為73.07%，小于85%，故工業(yè)品位為弱磁性鐵貧鐵礦石，需弱磁選。

5 山西沉積變質(zhì)型鐵礦床成因及演化規(guī)律

沉積變質(zhì)型鐵礦是沉積或火山沉積鐵礦受區(qū)域變質(zhì)作用或混合巖化作用改造而形成的，主要為條帶狀鐵建造型鐵礦床?！皸l帶狀鐵建造指的是全鐵含量大于15%，具有由富鐵礦物（磁鐵礦、赤鐵礦等）和脈石礦物（以石英為主）組成的條帶狀（或者條紋狀）構(gòu)造的、富鐵化學(xué)沉積巖”（沈保豐等，2005）。李厚民將我國的沉積變質(zhì)型鐵礦具體細(xì)分為了鞍山式（相當(dāng)于algoma型）、袁家村式、大栗子式（二者相當(dāng)于superior型）、新余式（相當(dāng)于rapitan型）和翁泉溝式（李厚民，2012）。其中algoma型與海相火山作用關(guān)系密切，多產(chǎn)于大陸邊緣盆地或者島弧盆地，分布廣泛，是華北克拉通沉積變質(zhì)型鐵礦床的主要類型；superior型則與沉積作用有關(guān)，產(chǎn)于陸塊內(nèi)斷陷盆地或者坳拉槽盆地(沈保豐，2012)

5.1 沉積變質(zhì)型鐵礦的時(shí)空分布

沉積變質(zhì)型鐵礦的時(shí)空分布具有明顯特點(diǎn)，其成礦時(shí)代主要是前寒武紀(jì)太古代—古元古代，其空間分布與區(qū)內(nèi)地殼演化有關(guān)系密切。

太古代是華北克拉通沉積變質(zhì)型鐵礦床最重要的成礦期，大約80%的此類型鐵礦資源在這個(gè)時(shí)期形成(沈保豐等，2006)。古太古代—中太古代時(shí)期，華北古陸核火山—沉積盆地已形成了鐵礦床。新太古代則是中國條帶狀鐵礦床形成的鼎盛時(shí)期（張連昌等，2012），各個(gè)陸核通過陸陸碰撞和俯沖聚集，初始克拉通化，幾乎整個(gè)華北陸塊均分布，尤以鞍山—本溪、魯西、五臺(tái)一帶較為集中。

古元古代是第二個(gè)沉積變質(zhì)型鐵礦形成的重要時(shí)期，華北古陸開始裂解，出現(xiàn)了活動(dòng)大陸邊緣和被動(dòng)大陸邊緣或島弧的構(gòu)造環(huán)境(翟明國，2007)，在山西呂梁裂谷形成了袁家村等superior型超大型鐵礦床。中元古代，華北陸塊固結(jié)基底開始裂解，出現(xiàn)了裂谷、裂陷槽等，形成的礦床類型復(fù)雜多樣。中元古代后華北地臺(tái)趨于穩(wěn)定和抬升，沉積變質(zhì)鐵礦床相對較少。

5.2 沉積變質(zhì)型鐵礦的成因機(jī)理

沉積變質(zhì)型鐵礦由條帶狀鐵建造（BIF）變質(zhì)改造而成。目前對富鐵海水運(yùn)移、沉淀形成BIF大礦的機(jī)制主要有上升洋流和海底噴流2種，中國已探明的沉積變質(zhì)型鐵礦普遍為低品位礦石，是BIF在后期的變質(zhì)變形過程中進(jìn)一步改造形成的（程裕淇，1976；周世泰，1987）。根據(jù)李厚民等人（李厚民，2012）研究認(rèn)為，其成因經(jīng)歷了沉積和變質(zhì)改造2個(gè)階段，成因模式如下：

（1）中—新太古代，古陸殼很薄容易拉張形成海盆，形成富含鐵質(zhì)的幔源基性—超基性巖漿巖組成新生洋殼。該時(shí)期大氣缺氧，海水除上部水體外均缺氧。此時(shí)海水從新生洋殼中萃取了大量鐵質(zhì)，溶解于水體中。

（2）溶解了巨量Fe2+的海水在上升洋流等的作用下，運(yùn)移到潮線以下靜水環(huán)境的氧化—還原界面附近，被氧化為不溶于水的Fe3+，鐵質(zhì)大量沉淀成礦。由于上升洋流的活動(dòng)是周期性的，因此形成了條帶狀構(gòu)造。

（3）隨后發(fā)生了大面積區(qū)域變質(zhì)變形作用，BIF變?yōu)榫G片巖相—角閃巖相—麻粒巖相變質(zhì)巖，并發(fā)生了多期褶皺變形。

（4）之后發(fā)生了強(qiáng)烈混合巖化和花崗質(zhì)巖侵位，二長花崗片麻巖沿背斜軸部等構(gòu)造薄弱部位呈巖基狀大面積侵位，使變質(zhì)變形的BIF多呈以向斜（向形）為主的“浮島”狀分布于花崗質(zhì)巖中。

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P618.31

A

1004-5716(2015)11-0111-03

2014-11-27

劉瑩（1988-），女（漢族），新疆烏魯木齊人，助理工程師，現(xiàn)從事地質(zhì)災(zāi)害評估與地質(zhì)礦產(chǎn)技術(shù)工作。