鞍山－本溪地區(qū)富鐵礦分布規(guī)律及成因探討

劉陸山，付海濤，劉忠元，冷文芳，武悅

遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局，遼寧沈陽 110032

鞍山－本溪地區(qū)富鐵礦分布規(guī)律及成因探討

劉陸山，付海濤，劉忠元，冷文芳，武悅

遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局，遼寧沈陽 110032

中國的“鞍山式”（沉積變質(zhì)型）鐵礦常以“大、貧”著稱，但鞍山－本溪地區(qū)許多鐵礦床中賦存有富鐵礦，其中弓長嶺鐵礦中的富鐵礦資源量超過億噸.通過對鞍本地區(qū)“鞍山式”鐵礦的分布特征、典型礦床富鐵礦體特征的研究，提出了本地區(qū)變質(zhì)改造形成的富鐵礦分布在一條東西長85 km、南北寬25 km范圍內(nèi)的認(rèn)識，并認(rèn)為中生代花崗巖可能也參與了部分礦區(qū)富鐵礦的形成過程.

鞍本地區(qū)；沉積變質(zhì)；富鐵礦；分布規(guī)律

0 前言

鞍山-本溪（以下簡稱鞍本）地區(qū)是我國重要的鐵礦產(chǎn)區(qū)，區(qū)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)的沉積變質(zhì)型鐵礦（即“鞍山式”鐵礦）總資源量已超過200×108t，約占全國鐵礦資源總量的1/3.通?！鞍吧绞健辫F礦以貧礦為主，平均品位30%左右，但其中的弓長嶺鐵礦卻是全國著名的富鐵礦床，已累計探明富鐵礦石資源量超過億噸，是國內(nèi)少有的幾個富鐵礦床之一.作者在開展“鞍本地區(qū)沉積變質(zhì)型鐵礦控礦條件及找礦模型研究”時發(fā)現(xiàn)，鞍本地區(qū)除弓長嶺鐵礦外，還有很多鐵礦床或多或少分布有富鐵礦體.眾多專家學(xué)者也就富鐵礦開展過研究工作，并取得了一些重要成果［1-10］.本文在前人研究成果基礎(chǔ)上，對區(qū)內(nèi)富鐵礦的空間分布規(guī)律進(jìn)行總結(jié)，并在成因方面進(jìn)行探討.本文所說富鐵礦均為與“鞍山式”鐵礦有關(guān)的富鐵礦.

1 研究區(qū)地質(zhì)及鞍山式鐵礦分布特征

研究區(qū)位于中朝準(zhǔn)地臺膠遼臺隆與華北斷拗的交接處，橫跨下遼河斷陷、鐵嶺-靖宇臺拱、太子河-渾江臺陷和營口-寬甸臺拱4個Ⅲ級大地構(gòu)造單元［11］.區(qū)內(nèi)出露有太古宇鞍山群、古元古界遼河群、新元古界、古生界、中生界及新生界第四系地層，斷裂及褶皺構(gòu)造發(fā)育，并分布有太古宙、古元古代和中生代3個時代的巖漿巖.

區(qū)內(nèi)鞍山群可分為5個巖組，自下而上分別為石棚子巖組、通什村巖組、茨溝巖組、大峪溝巖組和櫻桃園巖組，呈規(guī)模、大小不等的包體狀或孤島狀賦存于太古宙變質(zhì)深成巖中［11］，部分處于隱伏狀態(tài).鞍山群各巖組內(nèi)均有條帶狀含鐵建造分布，其中茨溝巖組和櫻桃園巖組是區(qū)內(nèi)“鞍山式”鐵礦的重要賦礦層位.

研究區(qū)內(nèi)礦產(chǎn)非常豐富，尤其是與太古宇有關(guān)的“鞍山式”鐵礦眾多.目前區(qū)內(nèi)查明的資源量大于百萬噸的大小鐵礦床已達(dá)50余個，按產(chǎn)出位置可大致分為兩個礦集區(qū)［12］，一是鞍山礦集區(qū)，二是本溪礦集區(qū)（圖1）.

鞍山礦集區(qū)包括西鞍山、東鞍山、黑石砬子、大孤山、齊大山、胡家廟子、祁家溝、張家灣、西大背、眼前山、陳臺溝、小嶺子等礦床，累計探明資源量大于80× 108t.本溪礦集區(qū)包括弓長嶺、大臺溝、思山嶺、南芬、北臺、賈家堡子、棉花堡子、歪頭山等鐵礦床，累計探明資源量大于100×108t.

區(qū)內(nèi)有9個資源量大于10×108t的特大型鐵礦，分布在東西長85 km、南北寬約25 km的區(qū)域內(nèi).這些礦床有的出露于地表，有的深埋于地表1000 m以下.礦體形態(tài)各異，有的平緩，有的陡立.礦體厚度從幾米至千米，延深幾百米至千米以上.礦床總體特點是規(guī)模大、品位低，TFe含量一般在25%～40%之間，平均30%左右.礦石以磁鐵礦為主，部分為赤鐵礦.

2 富鐵礦分布特征

“鞍山式”鐵礦是我國時代古老、分布廣泛的重要鐵礦床類型，具有“大、貧、淺、易”的特點［13］.提到此類礦床時，人們都會注意其“大、貧”的特點，而對其中的富鐵一般不太關(guān)注.根據(jù)前人資料，作者初步統(tǒng)計鞍本地區(qū)至少有10個鐵礦床中有富鐵礦體賦存（表1），其礦石品位為一般“鞍山式”鐵礦品位的1.5～2倍.

已發(fā)現(xiàn)的富鐵礦均賦存在貧鐵礦層內(nèi)部，呈團(tuán)塊狀、脈狀、似層狀，分布一般無固定層位，有時只是幾米大的孤立體［4］.有些富鐵礦體埋藏較淺或出露于地表，據(jù)《奉天通志》記載：“漢武帝時設(shè)置鐵官”，“遼太祖神冊間，曾于鞍山之北首山等處設(shè)置鐵冶”［18］.古人采冶的鐵礦應(yīng)以富鐵礦為主，且埋藏不深.

圖1 鞍本地區(qū)富鐵礦床分布圖Fig.1 Distribution of rich iron deposits in Anshan-Benxi region

表1 鞍本地區(qū)有富礦的鐵礦床一覽表Table 1 Iron deposits w ith rich orebodies in Anshan-Benxi region

據(jù)相關(guān)資料，齊大山鐵礦的櫻桃園及王家堡子礦區(qū)，1954～1958年累計探明富鐵礦1258×104t［18］；弓長嶺二礦區(qū)至1981年累計探明富鐵礦11445×104t，2012年新增富鐵礦7400多萬噸［19］；南芬鐵礦50×104t；歪頭山鐵礦至1982年累計探明富鐵礦工業(yè)儲量104× 104t［20］.其他礦床的富鐵礦或者未進(jìn)行單獨圈定或者可圈定的資源/儲量較小.

將含有富鐵礦的礦床展繪到研究區(qū)鐵礦床分布圖（圖1）上，可看出，除歪頭山鐵礦外，其他有富鐵賦存的鐵礦床均分布在一個近東西向展布的條帶狀區(qū)域內(nèi)，其東西長約85 km，南北寬約25 km，與區(qū)內(nèi)特大型鐵礦床分布范圍相吻合.且除歪頭山、大孤山和小嶺子鐵礦外，其余7個礦床均為資源量超過10×108t的特大型鐵礦床.總體來說，富鐵礦與礦床的資源總量具一定的正相關(guān)關(guān)系，即總礦石量大就有可能存在富鐵礦.

3 典型礦床富鐵礦體基本特征

3.1 齊大山鐵礦

齊大山鐵礦（包括胡家廟子鐵礦床）含鐵建造規(guī)模巨大，產(chǎn)狀穩(wěn)定.其平面上呈舒緩波狀，控制長5240 m，走向305～335°，地表傾向南西，由北向南逐漸變陡，并有倒轉(zhuǎn).北段厚100～350 m，中段厚130～210 m，南段厚200～350 m.控制傾斜延深近800 m.

該礦床內(nèi)的富鐵礦體分布于含鐵建造中北西向走向斷層與北東向橫斷層交會部位，剖面上呈“人”字型，其中平行走向斷層的富鐵礦體規(guī)模較大.平面上富鐵礦范圍較小，但側(cè)伏延深300～400 m以上.圍繞富鐵礦圍巖蝕變分帶較明顯，一般由磁鐵富礦向外為綠泥巖-絹云母石英巖［16］.富鐵礦石有磁鐵和赤鐵富礦兩種，前者呈黑色—鋼灰色，粒狀變晶結(jié)構(gòu)，致密塊狀構(gòu)造，主要礦物為磁鐵礦，石英次之，并見有少量閃石類礦物，局部見有散點狀黃鐵礦不均勻分布；后者呈暗紅色—鋼灰色，粒狀變晶結(jié)構(gòu)，致密塊狀構(gòu)造.礦物組成以赤鐵礦為主，假像赤鐵礦、石英次之.

3.2 南芬鐵礦

共有3層鐵礦體，傾向南西，傾角45°左右，主礦體是第三層礦.

礦區(qū)內(nèi)的第二層和第三層礦之中，有兩個呈柱狀產(chǎn)出的富鐵礦體［5］，平面上呈近橢圓形的扁豆體，厚10～30 m，走向延長100～150 m，傾向延伸700～800 m，也有資料介紹延深近千米［3］，產(chǎn)狀與周圍貧礦一致.礦石類型為陽起石（鎂鐵閃石）磁鐵石英巖、鎂鐵閃石磁鐵富礦，其中磁鐵礦顆粒大小為0.12～0.15 mm，約為貧礦的磁鐵礦顆粒（0.04～0.05 mm）的3倍.富鐵礦石比較疏松，在開采過程中有時呈粉末狀.

富鐵礦受晚期傾向褶皺控制，在其軸部形成柱狀礦體.

3.3 弓長嶺鐵礦

弓長嶺鐵礦是本區(qū)探明資源量最大的富鐵礦床.

礦區(qū)鐵礦層總長4800 m，延深大于1300 m，走向120～160°，傾向北東，傾角60～85°.礦區(qū)6個鐵礦層內(nèi)已探明138個富鐵礦體?中國地質(zhì)大學(xué)（北京）.遼寧省遼陽弓長嶺鐵礦富鐵礦成因及成礦模式研究報告.2008.，多呈似層狀，產(chǎn)狀基本與貧鐵礦層一致.其中RⅠ號礦體為礦區(qū)最大的富鐵礦體，呈似層狀，局部為復(fù)雜的脈狀，走向長2840 m，延深至-500 m以下，厚2～30 m，其儲量占富礦總儲量的58.5%，內(nèi)部有交代殘余的磁鐵石英巖及蝕變巖夾層；RⅡ號礦體為礦區(qū)第二大富鐵礦體，下部大，上部小，上薄下厚，走向長1550 m，厚5～30 m，在0～-100 m尖滅，其儲量占富礦總儲量的14.5%；RⅢ號富鐵礦體走向長720 m，厚3～26 m.

礦石自然類型分為磁鐵富礦和赤鐵富礦.磁鐵富礦呈黑色，致密塊狀，呈細(xì)粒或粗粒結(jié)構(gòu)，主要金屬礦物有磁鐵礦，偶見赤鐵礦，脈石礦物有石英、石榴石、鎂鐵閃石、綠泥石、方解石等，另外，還有極少量的石墨、黃鐵礦、黃銅礦、菱鐵礦等；赤鐵富礦呈鋼灰色，稍帶暗紅，致密塊狀，礦物組成主要為鏡鐵礦、石英，偶爾有白云母等.

3.4 大臺溝鐵礦

大臺溝鐵礦TFe大于40%的樣品占9.16%，但受勘查網(wǎng)度限制，礦區(qū)未圈富鐵礦體.根據(jù)最新成果，該礦床實際存在磁鐵富礦.以ZK1104鉆孔為例，全孔見礦660.45 m，有偽厚20 m的富礦（表2），換算成真厚約為13.12 m，175～184號10個樣品的mFe/TFe平均達(dá)88.8%，其中183號樣品mFe/TFe達(dá)96.1%，表明該富礦為磁鐵富礦.

表2 大臺溝鐵礦ZK 1104鉆孔部分樣品分析結(jié)果表Table 2 Analysis result of the samples from drillhole ZK1104 of Dataigou iron deposit

4 富鐵礦成因探討

4.1 前人觀點

關(guān)于鞍本地區(qū)富鐵礦的成因，歸納起來主要有以下一些觀點：同沉積成因［5-21］；熱液改造成因，熱液來源包括混合巖化熱液［1-16］、區(qū)域變質(zhì)熱液［10，22-23］、巖漿熱液［16］；菱鐵礦變質(zhì)成因［24-25］.

具有同沉積成因富鐵礦體的礦床代表有小房身、歪頭山等鐵礦床，典型代表是歪頭山鐵礦［5］，其富礦與貧礦之間，前者僅常量元素Fe2O3較高、SiO2較低，其他常量和微量元素基本一致.齊大山等鐵礦，其富鐵礦石中Na2O、Cu、Pb、Zn、Sr、Zr等混合巖的特征組分明顯增高，且與富鐵礦密切伴生的蝕變巖年齡與周邊混合巖化花崗巖的年齡基本一致，表明磁鐵富礦的形成與來自混合巖和/或（混合）花崗巖的熱液作用關(guān)系密切［16，26］.最近又有學(xué)者對弓長嶺二礦區(qū)富鐵礦進(jìn)行了研究［10］，認(rèn)為區(qū)域變質(zhì)作用是該礦區(qū)磁鐵富鐵礦形成的重要條件，磁鐵富礦的形成與磁鐵石英巖、圍巖和構(gòu)造密切相關(guān).磁鐵石英巖沉積間歇中沉積的含鋁的泥質(zhì)-粉砂質(zhì)物質(zhì)是該區(qū)磁鐵富礦形成的重要因素，它起到對磁鐵石英巖中帶出的硅消耗，并形成石榴石、綠泥石、黑云母等的作用.區(qū)域變質(zhì)作用為磁鐵富礦的形成提供了變質(zhì)熱液、儲礦空間、變質(zhì)熱液運移動力和礦物轉(zhuǎn)換所需的溫壓條件.

4.2 中生代巖漿巖參與富礦改造的可能性

通過開展“鞍本地區(qū)沉積變質(zhì)型鐵礦控礦條件及找礦模型研究”，發(fā)現(xiàn)本區(qū)含有富鐵礦體的鐵礦床大部分位于中生代花崗巖體附近.這些花崗巖體為一套花崗雜巖，其巖性以花崗巖、花崗閃長巖、似斑狀花崗巖、斜長花崗巖為主，有的出露于地表，有的呈隱伏狀態(tài)產(chǎn)出［27］.對出露的花崗巖體采集9件樣品進(jìn)行了稀土分析（表3），結(jié)果發(fā)現(xiàn)花崗巖8、9號2個樣品與弓長嶺磁鐵富礦2號樣品的稀土標(biāo)準(zhǔn)分布型式均為略顯右傾的近平直的曲線，形態(tài)極為相似（圖2）.

表3 鞍本地區(qū)花崗巖樣品和弓長嶺富鐵礦稀土元素分析結(jié)果Table 3 REE results of the granite and rich iron ore samp les from Gongchangling deposit in Anshan-Benxi region

圖2 花崗巖與弓長嶺富鐵礦稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分模式圖（標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)來源Sun and McDonough,1989）Fig.2 The REE chondrite-normalized distribution patterns of granite and rich iron deposit in Gongchangling area（Standardization data from Sun and McDonough,1989）

采自三臺子和甬子峪巖體的8、9號樣品，雖然從地表看離弓長嶺鐵礦區(qū)的距離較遠(yuǎn)，但據(jù)重力資料解譯，弓長嶺鐵礦位于區(qū)內(nèi)一個規(guī)模較大且主要呈隱伏狀態(tài)存在的中生代巖體舌狀突出部位［27］，三臺子和甬子峪等地出露的花崗雜巖只是該隱伏巖體的一部分，實際上為同一巖體的不同部位.

此外本區(qū)其他花崗巖樣品Eu為負(fù)異常，而磁鐵礦Eu為正異常，只有圖2中的3個樣品Eu無明顯異常.

以上分析表明，中生代的花崗巖很可能參與了弓長嶺富鐵礦的形成或改造過程，有待于進(jìn)一步研究驗證.

5 結(jié)論

關(guān)于鞍本地區(qū)“鞍山式”鐵礦中的富鐵礦分布及成因，通過上述討論，可得出以下結(jié)論：

1）平面上，富鐵礦主要分布在研究區(qū)中部一條東西長約85 km，南北寬約25 km的帶狀區(qū)域內(nèi)，這條帶中間部位的弓長嶺鐵礦富礦資源/儲量最大，東西兩側(cè)雖然也有富礦，但資源量遠(yuǎn)小于中間的弓長嶺鐵礦.

2）剖面上，富礦體產(chǎn)狀各異，規(guī)模相差巨大，有的只有幾米長，有的可延長幾千米，有的延長大于延深，有的呈柱狀延深遠(yuǎn)大于延長.

3）研究區(qū)富鐵礦石既有赤鐵富礦，也有磁鐵富礦，磁鐵富礦量遠(yuǎn)大于赤鐵富礦量，所有的富鐵礦體均與貧礦產(chǎn)在相同的含礦層中.

4）富鐵礦成因既有原始沉積形成的，也有后期改造形成的，后期改造是富礦形成的主要原因.

5）參與富礦形成的熱液中，以區(qū)域變質(zhì)熱液為主.中生代的花崗巖等很可能參與了弓長嶺鐵礦富鐵礦的形成或改造過程.

致謝：研究工作得到了遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院李爾峰教授級高工和東北大學(xué)付建飛博士的支持，在此謹(jǐn)表謝意.

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DISTRIBUTION AND GENESIS OF HIGH-GRADE IRON ORE IN ANSHAN-BENXI REGION

LIU Lu-shan,FU Hai-tao,LIU Zhong-yuan,LENG Wen-fang,WU Yue

Liaoning Bureau of Geology and Mineral Exploration,Shenyang 110032,China

The Anshan type sedimentary-metamorphic iron deposit in China is famous for“being large and poor”.However, high-grade iron orebodies are hosted in many deposits in Anshan-Benxi region,among which the rich iron ore resources of Gongchangling deposit exceed one hundred million tons.With study on the distribution regularity and characteristics of typical high-grade iron orebodies,the authors recognize that the rich iron orebodies are formed by regional metamorphic reformation,distributed in the range of 85 km long from west to east and 25 km wide from north to south.The Mesozoic granites may also be involved in the formation of some rich iron orebodies.

Anshan-Benxi region;sedimentary-metamorphism;high-grade iron ore;distribution regularity

1671-1947（2015）04-0341-06

P618.31

A

2015－06－03；

2015-07-30.編輯：張哲．

國土資源部公益性行業(yè)科研專項（201111002-02）.

劉陸山（1963—），男，高級工程師，主要從事礦產(chǎn)勘查工作，通信地址遼寧省沈陽市皇姑區(qū)北陵大街29號，E-mail//liulushan@163.com