邢臺西部石榴子石礦地質(zhì)特征及成礦規(guī)律

王志剛，齊新國，李博文，王 政

(中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心河北總隊，河北 保定 071051)

石榴子石作為鋁硅酸鹽礦物，在自然界中有多種類質(zhì)同象系列礦物[1]。特別是鐵鋁榴石，硬度大、熔點高、化學性質(zhì)穩(wěn)定、抗腐蝕性強，被廣泛用于研磨材料，如：研磨光學儀器、電子元件、玻璃和陶瓷制品，拋光軟金屬制作的零件，清潔機械運輸設備表面的油污，磨削打光木器家俱、橡膠、皮革、塑料等產(chǎn)品[2]。用于建設機場跑道、高速公路防滑路面和制造高鐵水泥及噴砂、過濾等行業(yè)。

邢臺西部的石榴子石礦產(chǎn)資源豐富，礦石含礦率也較高，但做過地質(zhì)勘查的只有堯字溝及草峪兩處，工作程度較低。有必要對整個邢臺市西部的石榴子石礦進行地質(zhì)找礦評價。本次通過1 ∶5 萬礦產(chǎn)地質(zhì)測量輔以遙感解譯及1 ∶1 萬地質(zhì)填圖，基本查明太古界贊皇群放甲鋪組下段(Arf1)和紅鶴組上段(Arh2)兩個石榴子石含礦層，圈定岳溝找礦靶區(qū)1 處，圈出10 個石榴子石礦體；圈定找礦潛力較大的張安北、談話—小河成礦遠景區(qū)2 處；總結(jié)了石榴子石礦床特征，初步探討了石榴子石礦成礦地質(zhì)條件和成礦規(guī)律，對今后石榴子石礦找礦工作具有一定的參考意義。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

所處一級大地構(gòu)造單元為柴達木—華北板塊，二級構(gòu)造單元為華北陸塊，三級構(gòu)造單元為冀西—冀南微陸塊，四級構(gòu)造單元為白岸—衡水構(gòu)造帶及冀南斷塊[3]。新太古代中期的贊皇巖群構(gòu)成本區(qū)的變質(zhì)基底，蓋層主要為元古代長城紀碎屑巖、碳酸鹽巖建造，古生代寒武紀、奧陶紀碎屑巖、碳酸鹽巖建造及新生代地層。邢臺西部屬于太行山南段Fe-煤-鋁土礦-石膏成礦帶，贊皇隆起硫鎳菱鎂礦重晶石石榴子石成礦區(qū)[4]。石榴子石含礦層位分布于冀南斷塊的太古界贊皇群放甲鋪組下段及白岸—衡水構(gòu)造帶的贊皇群紅鶴組上段。石榴子石成礦作用和大地構(gòu)造演化階段密切相關(guān)，成礦期為新太古代區(qū)域變質(zhì)成礦期，構(gòu)造旋回屬阜平運動旋回，礦床類型為區(qū)域變質(zhì)型，成礦作用發(fā)生于古陸核的第一增生期。典型礦床為堯子溝石榴子石礦、草峪—套垴石榴子石礦、岳溝石榴子石礦[5]。

2 成礦地質(zhì)條件

2.1 地層特征

區(qū)內(nèi)出露地層主要為太古界贊皇群放甲鋪組、石城組、紅鶴組、石家欄組，元古界長城系大紅峪組，古生界寒武系及下奧陶統(tǒng)，新生界第四系等地層。賦礦地層為贊皇群放甲鋪組、紅鶴組。

(1)放甲鋪組(Arf )：分為上、中、下三段。

下段(Arf1)為石榴子石含礦層。分布于工作區(qū)東部的小河、談話、堯子溝、衛(wèi)魯、張安北、岳溝一帶。已做過地質(zhì)勘查工作的石榴子石礦床有“堯子溝石榴子石礦”、“衛(wèi)魯藍晶石礦(伴生石榴子石礦)”、“岳溝石榴子石礦”，均為大中型礦床。巖性為黑云斜長片麻巖、黑云斜長變粒巖和角閃斜長片麻巖。夾斜長角閃巖透鏡體、石榴角閃斜長片麻巖和石榴黑云斜長片麻巖，頂部普遍見石榴子石，厚度＞1 936m。

中段(Arf2)：主要為黑云斜長片麻巖和含角閃黑云斜長片麻巖，夾花崗片麻巖、黑云二長片麻巖和斜長角閃巖。中上部見磁鐵角閃石英巖，厚2 519～2 719m。

上段(Arf3)：下部石榴斜長角閃巖、角閃大理巖以及含白云母斜長大理巖，底部見薄層石英巖，厚175m。中部為黑云斜長片麻巖，向北遞變成黑云角閃斜長片麻巖或角閃片麻巖，厚83～103m。上部為白色粗晶大理巖夾白云母大理巖、黑云片巖和角閃片巖，產(chǎn)菱鎂礦，厚30～50m。

(2)紅鶴組(Arh)：分為上下兩段。

下段(Arh1)：巖性為黑云片巖、角閃片巖、二云石英片巖，黑云斜長片麻巖，角閃斜長片麻巖及石榴斜長角閃巖夾數(shù)層大理巖，厚度513m。

上段(Arh2)分布于西部草峪、套垴一帶，做過地質(zhì)勘查工作的石榴子石礦床為“草峪—套垴石榴子石礦”，為大中型礦床。巖性為暗綠色角閃片巖、斜長角閃巖，夾白云母石英片巖、白云母石英巖和薄層大理巖、石榴黑云片巖。中部巖石中石榴子石含量較高，為石榴子石礦的含礦層位，厚度113m。

2.2 巖漿巖特征

侵入巖構(gòu)造單元屬新太古代—中三疊世華北陸塊構(gòu)造巖漿巖區(qū)(ⅢA)，冀西—冀南巖漿巖帶，冀南巖漿巖亞帶[3]。侵入巖形成時代有新太古代、古元古代、中生代。太古代及古元古代侵入巖以基性、中酸性、酸性侵入巖為主，與石榴子石成礦關(guān)系密切。區(qū)內(nèi)無較大巖漿巖，僅在松家坡—杜家臺一帶見1條煌斑巖脈，李家莊西部見6 條煌斑巖脈。

2.3 構(gòu)造特征

本區(qū)經(jīng)歷了三次褶皺運動，即太古代末的阜平運動，下元古代的呂梁運動，中生代的燕山運動。一次大規(guī)模的斷裂下陷活動，喜馬拉雅運動[6]。形成了本區(qū)現(xiàn)有的構(gòu)造格局。本區(qū)主要以斷裂構(gòu)造為主，褶皺構(gòu)造僅有侯家莊向斜，位于將軍墓以北，軸向北北西，組成地層為石家欄組，向北被甘淘河群所覆蓋，向南至將軍墓一帶轉(zhuǎn)折、揚起。局部次級小褶曲比較發(fā)育，褶曲只改變礦體形態(tài)，無破壞作用。斷裂以北西和北東向兩組較發(fā)育，局部偶見橫向斷裂，斷裂以正斷層為主，傾角大，有較寬的破碎帶。斷裂造成局部礦體錯位或缺失，對礦體起破壞作用。

2.4 變質(zhì)作用

新太古代中期，本區(qū)在擠壓機制下的火山島弧—弧間盆地環(huán)境下形成了富鋁的泥砂質(zhì)巖、碳酸鹽巖和基性—中酸性火山巖。阜平運動使原巖發(fā)生麻粒巖—角閃巖相的中高溫中低壓區(qū)域變質(zhì)作用，變質(zhì)溫度達550～800℃，對應的壓力值為0.4～1.0GPa。形成了贊皇群含石榴子石的變粒巖、片麻巖、片巖、斜長角閃巖及大理巖等各類區(qū)域變質(zhì)巖，隨后又經(jīng)歷了新太古代晚期的五臺運動、古元古代的呂梁運動的疊加改造，以及至少兩次的混合巖化作用，使石榴子石晶體不斷增大，最終形成石榴子石含礦層。

3 礦床地質(zhì)特征

工作區(qū)內(nèi)有兩個含礦層(圖1)。贊皇群紅鶴組上段(Arh2)含礦層，分布于土門—大河一帶，走向北東—南西，延伸22.73km，平均出露寬度0.67 km，面積15.23km2。含礦層主要由角閃片巖、斜長角閃巖，夾白云母石英片巖、白云母石英巖和薄層大理巖、石榴黑云片巖、石榴二云片巖構(gòu)成。含礦層內(nèi)主要有草峪—套垴石榴子石礦床和內(nèi)丘縣報子口、邢臺縣峽底兩個礦點。贊皇群放甲鋪組下段(Arf1)含礦層，分布于老樹圍—于家溝一帶，走向北東—南西，延伸29.08km，平均出露寬度5.31km，面積154.4km2。含礦層主要由黑云斜長片麻巖、角閃斜長片麻巖、斜長角閃巖、石榴黑云斜長片麻巖、石榴角閃斜長片麻巖、石榴斜長角閃巖構(gòu)成。含礦層內(nèi)主要有堯子溝石榴子石礦和岳溝石榴子石礦以及衛(wèi)魯、談話、溫暖河、小河等礦點[7-8]。

3.1 礦體特征

草峪—套垴石榴子石礦，礦體賦存在太古界贊皇群紅鶴組上段(Arh2)石榴二云片巖中，共有3 個礦體。K1 礦體分為K1-1、K1-2、K1-3 三部分，K2 礦體分布于草峪—峽底一帶，K3 礦體分布于庵峪一帶，總體走向近南北向。各礦體特征見表1。

礦體含礦率最高為32.19%(K1-1)，最低為19.34%(K2)，平均含礦率為22.95%[9]。石榴子石單礦物化學分析結(jié)果，SiO2平均含量45.48%；Al2O3平均含量17.67%；Fe2O3平均含量30.25%；TiO2平均含量0.92%；CaO 平均含量3.33%；Mn3O4平均含量0.40%；FeO 平均含量25.20%。SiO2+Al2O3+FeO ＞85%，石榴子石為鐵鋁榴石。石榴子石單礦物摩氏硬度最高為7.3，最低為6.7，平均摩氏硬度為6.94。

堯子溝石榴子石礦和岳溝石榴子石礦(圖2、圖3)，礦體賦存在放甲鋪組下段(Arf1)地層中。堯子溝礦有12 個礦體，岳溝礦有10 個礦體。組成礦體的巖石分別為石榴黑云斜長片麻巖、石榴角閃斜長片麻巖、石榴斜長角閃巖。礦體多呈似層狀或透鏡狀單斜產(chǎn)出，局部褶皺，產(chǎn)狀受地層控制。礦體延 伸長 度100～1 555m，厚2.05～25.78m，平均含礦率10.39%～16.93%。石榴子石單礦物化學分析結(jié)果，SiO2平均含量40.89%，Al2O3平均含量17.52%，F(xiàn)e2O3平均含量26.89%。兩件樣品的FeO分別為18.29%和19.63%，光譜分析結(jié)果Ca、Mn含量均低于Fe，石榴子石為鐵鋁榴石。石榴子石平均摩氏硬度6.68～7.51。

圖1 工作區(qū)地質(zhì)背景圖

圖2 岳溝石榴子石礦礦體分布圖

本次圈出了兩個成礦遠景區(qū)，含礦層均為太古界放甲鋪組下段(Arf1)，礦化體形態(tài)呈似層狀。張安北成礦遠景區(qū)位于岳溝靶區(qū)以南，衛(wèi)魯藍晶石礦以北，面積約3.3km2，有多處石榴子石礦化現(xiàn)象，總體走向近南北，傾向275°，傾角45～51°，走向延伸長度100～200m， 厚度8～14m，石榴子石含礦率＞15%，礦石類型為石榴角閃斜長片麻巖型。談話—小河成礦遠景區(qū)位于堯子溝石榴子石礦以南，面積約22.5km2，談話、溫暖河、東寺、小河等地零星出露有多處石榴子石礦化點，總體走向北西—南東，傾向200～235°，傾角38～48°，走向斷續(xù)延伸約200～2 000m， 厚度9.77～16.8m，石榴子石含礦率12.42%～16.12%，礦石類型為石榴角閃斜長片麻巖型和石榴斜長角閃巖型兩種。預測兩個成礦遠景區(qū)資源潛力良好(表1)。

3.2 礦石類型

礦石自然類型共有四種，即石榴二云片巖、石榴斜長角閃巖、石榴黑云斜長片麻巖和石榴角閃斜長片麻巖[10]。

(1)石榴二云片巖。

分布在草峪—套垴石榴子石礦。礦石由變斑晶石榴子石和基質(zhì)石英(20%～30%)、黑云母(5%～15%)、白云母(10%～20%)、斜長石(5%～10%)組成。黑云母、白云母集結(jié)成連續(xù)的線狀與石英、斜長石相間定向排列。石榴子石變斑晶夾于其中，構(gòu)成斑狀中細粒狀鱗片變晶結(jié)構(gòu)，片狀構(gòu)造。石榴子石為鐵鋁榴石，含量10%～50%，等軸粒狀，粒徑3～7mm，最大可達12mm。具規(guī)則的多邊形輪廓，顆粒內(nèi)充有石英和其他礦物的包裹體，形成篩狀結(jié)構(gòu)。

(2)石榴斜長角閃巖。

在堯子溝石榴子石礦和岳溝石榴子石礦均有分布。礦石主要由角閃石、斜長石和石榴子石組成，各自集中分布，相間排列，略具定向性，構(gòu)成柱粒狀變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，石榴子石均勻地分布于礦石中(圖4a)。堯子溝石榴子石礦的K1、K2、K3、K4、K5、K6、K8、K9、K11 礦體以及岳溝石榴子石礦的K5、K7、K8、K9 礦體都屬此類型礦石。礦石主要礦物成分：斜長石20%～40%、角閃石40%～60%、石榴子石一般10%、石英5%～10%、黑云母3%～5%。副礦物為磷灰石和鋯石，＜1%。石榴子石：為鐵鋁榴石，粒狀，粒徑0.3～6mm，具規(guī)則的多邊形輪廓，大顆粒內(nèi)充有石英、斜長石包體，形成篩狀結(jié)構(gòu)。

圖3 岳溝石榴子石礦8 勘查線剖面圖

(3)石榴黑云斜長片麻巖。

分布在堯子溝石榴子石礦K7、K10、K12 三個礦體中，主要礦物成分：斜長石30%～50%、石英10%～15%、黑云母20%～40%、石榴子石5%～10%。局部藍晶石10%～15%、鉀長石5%～10%。石榴子石為鐵鋁榴石，等軸粒狀，粒徑0.3～3mm，顆粒內(nèi)充有石英、赤鐵礦小晶體，具黑云母鑲邊。

(4)石榴角閃斜長片麻巖。

分布在岳溝石榴子石礦K1-K4、K6、K10 六個礦體中，礦石主要由斜長石、石英、角閃石、黑云母和石榴子石組成，片狀黑云母、板柱狀角閃石定向排列，與粒狀斜長石、石英構(gòu)成片麻狀構(gòu)造。斜長石30%～50%、石英10%～15%、黑云母10%～15%、角閃石15%～20%、石榴子石15%～20%。局部藍晶石5%、鉀長石5%～10%。石榴子石為鐵鋁榴石，等軸粒狀，粒徑0.3～5mm，顆粒內(nèi)充有石英、赤鐵礦小晶體，具黑云母鑲邊(圖4b)。

4 成礦規(guī)律

4.1 成礦時代

新太古代中期，阜平運動使富鋁的泥砂質(zhì)原巖(粘土巖、頁巖、泥巖)碳酸鹽巖和基性—中酸性火山巖發(fā)生了強烈的變形作用及區(qū)域變質(zhì)作用，形成了贊皇群富含特征變質(zhì)礦物石榴子石的變粒巖、片麻巖、斜長角閃巖、片巖等各類區(qū)域變質(zhì)巖。后經(jīng)多次褶皺運動的疊加改造及混合巖化作用，使石榴子石進一步增大富集，形成了放甲鋪組下段和紅鶴組上段兩個石榴子石含礦層。

4.2 成礦環(huán)境

本區(qū)石榴子石礦主要賦存在太古界贊皇巖群放甲鋪巖組下段及紅鶴組上段石榴斜長角閃巖、石榴角閃斜長片麻巖、石榴黑云斜長片麻巖、石榴二云片巖中。斜長角閃巖呈層狀—似層狀，延長較穩(wěn)定，其原巖是火山碎屑巖或?qū)訝罨鸪蓭r；片麻巖出露面積大，具有較明顯的層狀特點，延伸穩(wěn)定。在大和莊、魏魯一帶，黑云變粒巖、片麻巖中常含石墨、矽線石、石榴石，或有藍晶石，顯示為富鋁碎屑沉積巖。綜合分析認為，贊皇巖群主要形成于擠壓機制下的火山島弧—弧間盆地構(gòu)造環(huán)境。

4.3 成礦物質(zhì)來源

石榴子石是富鋁的泥砂質(zhì)沉積巖、基性—中酸性火山巖在中深變質(zhì)作用條件下生成的一種變質(zhì)特征礦物，其生成溫度為600～700℃，壓力為0.2～1.0GPa，范圍較大[11]。石榴斜長角閃巖、石榴角閃斜長片麻巖、石榴黑云斜長片麻巖、石榴二云片巖系中深變質(zhì)作用的產(chǎn)物，石榴子石以鐵鋁榴石為主。

5 結(jié)論

5.1 成礦規(guī)律

(1)工作區(qū)石榴子石礦賦存于前寒武系中深變質(zhì)巖系中，賦礦地層為太古界含石榴子石的斜長角閃巖、片麻巖、二云片巖，變質(zhì)程度為麻粒巖相—角閃巖相，屬于區(qū)域變質(zhì)型石榴子石礦。

(2)石榴子石含礦層受區(qū)域地層控制，呈帶狀分布，局部小型褶皺發(fā)育。礦體呈似層狀、透鏡狀，長數(shù)十米至千余米，最長者達二千米，厚數(shù)米至二十余米，礦石品位12.11%～32.19%。

(3)石榴子石含礦建造形成于火山島弧—弧間盆地環(huán)境，變質(zhì)成礦期為新太古代中期(阜平期)。

(4)贊皇巖群放甲鋪組、紅鶴組是尋找石榴子石礦的重要層位。石榴斜長角閃巖、石榴角閃斜長片麻巖、石榴黑云斜長片麻巖、石榴二云片巖為直接找礦標志。

5.2 成礦預測

岳溝石榴子石找礦靶區(qū)，由于投入的資金及探礦工程較少，只對部分礦點或礦化點進行了工程揭露和控制，目前僅圈出10 個礦體。含礦層內(nèi)的其他礦點或礦化點尚沒有工程驗證，已經(jīng)圈出的礦體如K8、K9、K10 因第四系及林木覆蓋，其走向延伸可能更長一些。預測有較大的資源潛力。

張安北成礦遠景區(qū)位于靶區(qū)和堯子溝典型礦床之間，談話—小河成礦遠景區(qū)位于堯子溝典型礦床南部，二者與靶區(qū)和典型礦床屬于同一含礦層，遠景區(qū)內(nèi)分布有多個礦點或礦化點，均有個體開采歷史。張安北成礦遠景區(qū)和談話—小河成礦遠景區(qū)也具有一定的資源潛力。