河北承德亮甲臺超貧釩鈦磁鐵礦床地質特征及成因

關利進 董紅偉

(天津華北地質勘查總院)

近年來，我國鐵礦石產量遠遠無法滿足國內鋼鐵工業(yè)生產要求，每年需要大量進口富鐵礦石，使得鐵礦石進口量不斷攀升，鐵礦石對外依存度逐年增大。在該背景下，對以往未作為鐵礦資源的含鐵巖石(超貧磁鐵礦)進一步開發(fā)利用，對于提高我國鐵礦資源利用率，降低企業(yè)生產成本大有裨益。超貧磁鐵礦一般指w(TFe)<20%的磁鐵礦石，該類礦產資源在當前經濟技術條件下，可通過不斷改進選礦工藝獲得品位較高的鐵精礦[1]。河北超貧(釩鈦)磁鐵礦主要分布于承德地區(qū)，該地區(qū)的基性—超基性巖體中多賦存有超貧鐵礦，其中w(TFe)為12%～20%，資源量達到45.37億t[2-3]，亮甲臺鐵礦床即賦存于該類巖體中，其含礦性屬于超貧釩鈦磁鐵礦范疇。為進一步開發(fā)利用亮甲臺超貧釩鈦磁鐵礦，本研究結合相關地質工作成果，著重分析該礦床的地質特征，并對其成因進行厘定。

1 區(qū)域成礦地質背景

圖1 承德亮甲臺一帶區(qū)域地質特征

區(qū)域地層分布因構造單元不同而異，總體特征是在古老的結晶基底上先后疊加了穩(wěn)定蓋層和活化蓋層。前者大面積分布于隆起區(qū)，以遷西群中深變質巖為主要特征；后者分布于凹陷區(qū)。其中，中上元古界和古生界構成穩(wěn)定蓋層，中生界構成活化蓋層。區(qū)域內變質鐵礦床及各類釩鈦磁鐵礦床主要產于隆起區(qū)，礦床與基底地層及侵入其內部的基性—超基性巖有關。

區(qū)域構造活動強烈，構造形跡十分發(fā)育，總體特征為EW向古構造和NE向新構造相互疊加、改造形成“棋盤”式構造格架。EW向深大斷裂控制了區(qū)域早期地史發(fā)展和成巖成礦活動。NE(NNE)向深大斷裂控制了中生代以來的地質發(fā)展和燕山期巖漿活動。

區(qū)域巖漿活動以太古代、晚元生代—晚古生代海西期和中生代燕山期為主，太古代侵入巖以都山花崗巖體為代表，其外圍發(fā)育有海西期基性及超基性巖體，而燕山期以圍繞都山花崗巖體的斑狀花崗巖為代表的酸性侵入巖較為發(fā)育，沿EW向呈串珠狀分布，其侵入時代主要為中侏羅世，與復式背斜有同生關系。其中，海西期基性—超基性巖體與區(qū)域鐵礦成礦關系密切。

2 礦區(qū)地質特征

2.1 地 層

亮甲臺鐵礦礦區(qū)出露地層簡單，主要有太古界遷西群上亞群拉馬溝組、中上元古界長城系常州溝組以及新生界第四系。拉馬溝組沿長河呈NE向帶狀分布，有部分片麻巖呈殘留體或頂垂體殘存于角閃石巖體之上，片麻理產狀主要為300°～350°∠50°～80°，長河東岸局部地段片麻理產狀為90°～130°∠60°～80°。根據巖石顏色可大致分為淺色片麻巖和深色片麻巖，單層厚度較小，不易劃分，前者主要巖性為花崗片麻巖及少量角閃斜長片麻巖(含長石多)；后者主要為斜長角閃巖、角閃斜長片麻巖、黑云斜長片麻巖及黑云角閃斜長片麻巖等。常州溝組分布于東川—篆字臺—亮甲臺西北側，不整合于拉馬溝組之上，呈單斜產出，巖性主要由肉紅色、灰白色石英巖狀砂巖、砂礫巖組成，局部夾粉砂巖。第四系主要為沖洪積和殘坡積層。

2.2 構 造

礦區(qū)構造以斷裂構造為主，NE向斷裂尤為發(fā)育，主要表現(xiàn)為中上元古界和基底地層間的拆離斷層F1，自西英溝—亮甲臺向外連綿十余千米，產狀為290°～320°∠60°～80°，斷層性質為正斷層，對區(qū)內礦體無破壞作用；另1組斷裂沿東川—車道子河谷分布，受其影響，礦區(qū)北測河床抬高形成明顯階地。礦區(qū)次級斷層主要有走向NE、NW、近SN向3組，一般規(guī)模小，多被后期正長巖脈及花崗巖脈充填。其中，F(xiàn)2斷層位于2#～5#線(A-A′剖面)，走向330°，傾向不明，斷層性質為右行平移斷層，對區(qū)內Ⅰ#礦體有一定的破壞作用；F3斷層位于大坑溝—半壁山山梁，走向70°，性質不明，錯斷輝石角閃石巖體(圖2)。

圖2 亮甲臺礦區(qū)地質特征

2.3 巖漿巖

礦區(qū)巖漿巖發(fā)育，呈巖基枝、巖脈狀侵位于太古界遷西群上亞群拉馬溝組中的深變質巖地層，巖石類型有輝石角閃石巖、閃長巖、花崗巖、正長巖，以超基性巖最為發(fā)育，呈巖枝狀產出，酸性巖主要呈巖脈狀產出，形成時間分別為海西期和燕山期。

輝石角閃石巖體呈枝狀沿長河呈NE向展布，分布于柏樹溝—半壁山—劉麻子溝—東川一帶，斷續(xù)延長約5 000 m，寬100～600 m，出露面積約1.4 km2。巖體與圍巖接觸界線明顯，礦區(qū)南西部巖體總體走向約60°，傾向SE，北西邊界傾角為56°～79°，局部近直立，南東邊界第四系覆蓋嚴重，傾向不明。礦區(qū)北東部巖體呈“Ⅴ”字型展布，接觸面向內傾，總體走向約50°，48#～8#線(B-B′剖面)的南東邊界傾角為53°～60°，北西邊界傾角近直立；0#～23#線(B-B′剖面)的南東邊界傾角為57°～71°，北西邊界傾角為35°～48°。采區(qū)內還見有巖體上覆有變質巖，巖體內捕擄體發(fā)育，反映巖體處于淺剝蝕狀態(tài)。該巖體形成于海西期，與鄰區(qū)孤山子巖體一致，自南西向北東侵入，產狀較陡，傾向SE。該巖體巖性為輝石角閃石巖，根據礦物粒度不同，可分為粗粒輝石角閃石巖(粒徑大于5 mm)和中粒輝石角閃石巖(粒徑為1～2 mm)。在礦區(qū)采集了16件巖石標本，經過較詳細的肉眼鑒定，挑選出具有代表性的3件標本送實驗室進行分析，并將所得結果投影于超鐵鎂質巖(深成巖)分類命名圖上(圖3)，可見其巖性主要為輝石角閃石巖。礦區(qū)超貧釩鈦磁鐵礦體即產于輝石角閃石巖體中，賦存狀態(tài)嚴格受巖體控制。

圖3 超鎂鐵質巖分類和命名

閃長巖體呈枝狀分布于礦區(qū)中部、輝石角閃石巖體北西側，2#～53#線(A-A′剖面)，出露長約600 m，寬10～120 m，面積約0.04 km2，沿輝石角閃石巖體北西邊界侵入太古界遷西群上亞群拉馬溝組地層，兩者接觸面較陡，傾向SW，巖石類型為暗色閃長巖、石英閃長巖、輝石石英閃長巖等。

礦區(qū)巖脈不甚發(fā)育，主要為閃長巖脈和規(guī)模較小的正長巖脈及花崗巖脈。閃長巖脈一般在輝石角閃石巖體的邊部發(fā)育，局部在輝石角閃石巖體內見有粒度極細的細脈狀閃長巖脈；正長巖脈及花崗巖脈一般沿礦區(qū)的小構造內發(fā)育。

3 礦床地質特征

3.1 礦體特征

礦區(qū)共圈出了Ⅰ#、Ⅱ#、Ⅲ#、Ⅳ#礦帶4個，大小礦體7個，其中Ⅰ#、Ⅱ#礦帶規(guī)模最大，為主礦帶，分別圈出了2、3個礦體，Ⅲ#、Ⅳ#礦帶規(guī)模小，各圈出了1個礦體(圖2)。礦體賦存于輝石角閃石巖體內，其形態(tài)、規(guī)模、產狀嚴格受海西期基性輝長巖體控制，局部受后期斷裂構造改動會有所變化。礦體賦存標高為384.61～647.66 m，地表直接出露，礦體水平厚度為28.3～470.01 m。全區(qū)礦石平均品位：w(TFe)為15.00%、w(mFe)為6.69%。

Ⅰ-1#礦體為礦區(qū)規(guī)模最大的礦體，位于18#～69#線(A-A′剖面)，呈條帶狀展布，總體產狀為112°～140°∠62°～79°，局部產狀為140°∠34°～44°(A-A′剖面 29#、53#、61#線)，已控制的礦體長2 200 m，水平厚度為33.59～331.86 m，平均為166.25 m。礦體厚大地段賦存于10#～13#線(A-A′剖面)，僅在21#～29#線(A-A′剖面)分布有隱伏礦體，其余地段地表均有出露，出露標高為521.39～629.45 m，ZK0902鉆孔控制的礦體最低標高為379.94 m，礦石mFe品位最高為23.83%，平均為6.69%。該礦體的形態(tài)、產狀嚴格受巖體控制，F(xiàn)2斷層對其有一定的錯動，但對礦體連續(xù)性的影響較小。

Ⅱ-1#礦體位于24#～23#線(B-B′剖面)，呈條帶狀展布，總體走向50°，礦體南東邊界傾向NW，西邊界傾向SE，呈“Ⅴ”字形，24#～8#線南東邊界傾角為79°～87°，北西邊界傾角為62°～71°。0#～23#線(B-B′剖面)區(qū)域南東邊界傾角為51°～69°，北西邊界傾角為34°～46°，局部產狀為140°∠68°(B-B′剖面0#線)。已控制的礦體長1 200 m，水平厚度為191.4～470. 01 m，平均為301.74 m，出露標高為569.82～647.66 m，ZKⅣ-01鉆孔控制的礦體最低標高為384.61 m，礦石mFe品位最高為30.78%，平均為4.96%。該礦體的形態(tài)、產狀嚴格受巖體控制，連續(xù)性好。

礦區(qū)已圈定的其余礦體的特征參數(shù)如表1所示。

表1 礦體特征參數(shù)

3.2 礦石特征

3.2.1 礦石礦物組分

亮甲臺鐵礦床的礦石礦物主要為磁鐵礦，次為黃鐵礦、黃銅礦、鈦鐵礦，脈石礦物主要為角閃石、輝石、斜長石、石英等。礦石中磁鐵礦的含量與脈石礦物角閃石、長石、石英等含量成負相關關系，即磁鐵礦含量較多時角閃石則相應減少，長石和石英也減少或不含上述礦物；輝石含量與磁鐵礦含量成正相關關系。

(1)磁鐵礦。含量為4%～20%，最高可達35%；多呈自形—半自形晶，少數(shù)為他形晶；粒徑大小不一，一般為0.12～0.56 mm，最小為0.045 mm，最大為1.50 mm；半自形—自形晶者粒度較大，他形晶者粒細，顆粒中裂紋不發(fā)育，偶見磁鐵礦礦物顆粒中有鈦鐵礦固溶體分離物；分布無方向性，一般呈浸染狀嵌布于角閃石等脈石礦物中或其間隙內。

(2)黃鐵礦。含量小于3%，呈他形晶，局部見其沿磁鐵礦微裂隙穿插或沿磁鐵礦邊部分布，粒度較細。

(3)黃銅礦。含量小于1%，呈他形細粒狀，零星分布于巖石中。

(4)鈦鐵礦。含量為1%～5%，呈片狀、板狀，一般與磁鐵礦構成連晶，很少呈單晶礦物出現(xiàn)。

(5)釩鐵礦。以類質同象形態(tài)存在于磁鐵礦中。

(6)角閃石。呈長柱狀，含量為52%～79%，具鈉黝簾石化、綠簾石化、綠泥石化等。

(7)斜長石。含量為2%～4%，個別達到24%，具鈉黝簾石化、絹云母化。

(8)石英。含量為2%～4%。

(9)磷灰石。含量為1%～4%，呈自形粒狀嵌于角閃石中，偶含單斜輝石。

3.2.2 礦石化學組分

礦石中主要的化學組分為SiO2、Fe2O3、CaO、MgO及Al2O3。有用組分為鐵，共(伴)生有益組分主要為TiO2、V2O5，有害組分主要為P2O5、SO3，其他組分含量較低。礦石中共(伴)生有益組分為TiO2、V2O5、有害組分P、S的含量與磁性鐵的含量存在一定相關關系，隨著礦石中磁性鐵含量的增加，有益組分TiO2、V2O5的含量有所增加，有害組分S的含量略有增加，而有害組分P的含量則隨著磁性鐵含量的增加而減少。礦區(qū)w(mFe)≥6%的礦石中TiO2、V2O5、P、S的平均含量分別為2.04%、0.131%、0.37%、0.214%；w(mFe)為4%～6%的礦石中TiO2、V2O5、P、S的平均含量分別為1.95%、0.116%、0.558%、0.194%。參考《鐵錳鉻礦地質勘查規(guī)范》(DZ/T 0200—2002)對伴生組分(TiO2、V2O5、P、S)含量的相關要求(TiO2、V2O5、P、S含量分別為5%、0.15%～0.20%、1%～2%、2%～4%)，可知礦區(qū)礦石中TiO2、V2O5、P、S含量偏低，P、S作為有害組分含量未超標，TiO2、V2O5作為有益組分，盡管含量較低，但考慮到貧鐵礦的特點，可通過選別后進行利用。

經過對礦區(qū)礦石進行取樣分析可知，礦石w(SiO2)為33.94%～39.20%(<45%)，全堿含量為1.22%～2.45%，里特曼指數(shù)為-0.29～-0.84(<1.8)，故認為礦石屬超基性鈣性鐵礦石。由礦石物相分析結果可知：鐵主要呈磁性鐵、硅酸鐵、碳酸鐵、氧化鐵及硫化鐵的形式賦存于礦石中，其中，w(mFe)為2.83%～13.31%，平均為7.15%，占TFe含量的比例為48.44%；硅酸鐵含量為3.34%～5.60%，平均為4.50%，占TFe含量的比例為30.49%；氧化鐵含量為1.28%～3.63%，平均為2.36%，占TFe含量的比例為15.99%；碳酸鐵、硫化鐵含量較低，在TFe含量中所占比例較小。

3.2.3 礦石結構、構造

礦區(qū)礦石結構主要為自形—半自形晶粒狀結構，次為他形晶粒狀結構、假象結構、環(huán)邊結構。礦石中的磁鐵礦、黃鐵礦、鈦鐵礦等礦物以完好或部分完好的晶形產出，形成自形—半自形晶結構。礦石中的少量磁鐵礦、黃鐵礦、黃銅礦、鈦鐵礦等以不規(guī)則狀產出，不具有任何完好晶面，形成他形晶結構。黃鐵礦局部被纖鐵礦、針鐵礦沿周邊交代形成環(huán)邊結構。黃鐵礦被針鐵礦和纖鐵礦沿邊部交代，有的全部替代呈黃鐵礦假象。

礦石構造主要為星散浸染狀—稀疏浸染狀—稠密浸染狀構造。礦石中的磁鐵礦以粗細不等的粒狀及集合體嵌布于角閃石等脈石礦物中或其間隙內，且無定向排列，從而形成浸染狀構造[4]。

3.2.4 礦石類型

根據礦石內主要的脈石礦物種類，可將礦石劃分為輝石角閃石巖型、暗色閃長巖型、石英閃長巖型、輝石石英閃長巖型4類。根據礦石氧化程度，可將礦石劃分為氧化礦、混合礦、原生礦3類。其中，氧化礦一般分布于地表或地表以下5 m范圍內，受地下潛水面及巖石節(jié)理裂隙發(fā)育程度等因素影響，一般陽坡厚度相對較小，陰坡厚度相對較大，風化礦褪色明顯，顏色常為灰綠色、黃褐色，結構疏松，松散系數(shù)大，呈松散砂狀、土狀及塊狀；原生礦主要分布于地表20 m以下，顏色灰綠色、灰黑色，結構致密，硬度大，松散系數(shù)小，呈致密塊狀；混合礦分布范圍及性質介于氧化礦和原生礦之間。礦區(qū)礦石工業(yè)類型屬需選鐵礦石，根據磁性鐵(mFe)對全鐵(TFe)的占有率(w(mFe)/w(TFe)≤85%)，可知區(qū)內礦石為弱磁性鐵礦石。

3.3 圍巖特征

礦區(qū)磁鐵礦體產于輝石角閃石巖體內，賦存狀態(tài)嚴格受巖體控制。巖體既為成礦母巖(即礦源層)，又為近礦圍巖(夾石)。圍巖(夾石)與礦體由于巖漿結晶分異的不同，造成巖石中磁性鐵含量有所變化，在磁鐵礦相對富集的部位形成礦體。礦體內的脈巖多數(shù)厚度小于4 m而無法剔除，厚度大于 8 m 的夾石多屬輝長巖和角閃石巖，因分異作用造成局部w(mFe)<4%時，可作為夾石剔除。此外，巖體中的捕虜體、頂垂體及巖體周邊的巖性主要為角閃斜長片麻巖，也可作為圍巖和夾石存在。

4 礦床成因及找礦標志

4.1 礦床成因

承德地區(qū)的釩鈦磁鐵礦床成礦與深斷裂控制的基性—超基性巖體密切相關，主要有2種類型。一種類型是釩鈦磁鐵礦化的角閃石巖，屬于巖漿晚期分異型鐵礦床，如鐵馬哈叭沁超貧鐵礦床，特征是巖體分異良好，但礦床規(guī)模較小，礦化較貧，呈帶狀分布于紅石砬—大廟斷裂帶兩側，形成的構造環(huán)境為弧—陸碰撞后的伸展階段，成礦時代為泥盆紀，含礦巖漿起源于富集的巖石圈地幔[5-7]；另一種類型為產于大廟斜長巖雜巖體中的巖漿晚期貫入型鐵礦床，如黑山鐵礦床，礦床規(guī)模較大，品位較富，巖體位于紅石砬—大廟斷裂帶北側，形成于板內裂谷環(huán)境，成礦時代為中元古代[8-13]，含礦巖漿起源于富集的巖石圈地幔[6,14]或古老的下地殼[15]。

礦區(qū)大地構造位置處于華北板塊北緣燕山臺褶帶內，位于NE向密云—喜峰口大斷裂寬城縣孤山子次一級斷裂成礦構造帶上，發(fā)育有海西期基性—超基性巖體，柏樹溝—半壁山—劉麻子溝—東川一帶輝石角閃石巖體即為該期巖體，與鄰區(qū)孤山子巖體一致，該巖體自南西向北東侵入，產狀較陡，傾向SE，由于巖漿結晶分異的不同，造成磁鐵礦含量發(fā)生變化，磁性鐵含量較高的部位易形成礦體。區(qū)內磁鐵礦體即產于該類輝石角閃石巖體內，賦存狀態(tài)嚴格受巖體控制，巖體即為成礦母巖(即礦源層)。礦體多呈脈狀，基本上輝石角閃石巖體即為含釩鈦磁鐵礦體。礦石為半自形—不等粒粒狀結構，星散浸染狀—稀疏浸染狀—稠密浸染狀構造。礦石中礦石礦物主要為磁鐵礦，次為黃鐵礦、黃銅礦、鈦鐵礦；脈石礦物主要為角閃石、輝石、斜長石、石英等。礦石中w(mFe)為4.21%～36.92%，w(V2O5)為0.01%～0.17%。綜上分析，本研究認為礦區(qū)磁鐵礦床成因類型為海西期超基性巖漿晚期結晶分異型鐵礦床。

4.2 找礦標志

礦區(qū)內海西期形成的以輝石角閃石巖為主的超基性巖體，有一定規(guī)模和異常強度的磁異常以及風化產物及巖石中的含磁鐵礦物可作為找礦有利標志。

5 結 語

分析了河北承德亮甲臺超貧釩鈦磁鐵礦地質特征及成因，認為該礦床的成因類型為海西期超基性巖漿晚期結晶分異型鐵礦床，分析結果可為該礦區(qū)后續(xù)找礦勘探工作提供有益借鑒。

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