河北易縣于城鐵礦地質(zhì)特征、成礦規(guī)律及成因分析

邢東雪，張 勝，王 齊，王凱壘，辛志偉

河北省鐵礦資源豐富，按礦床成因主要分為沉積變質(zhì)型、矽卡巖型、晚期巖漿巖型。沉積變質(zhì)型鐵礦主要與太古宙和古元古界的含鐵硅酸鹽建造及區(qū)域變質(zhì)作用和后期混合巖化作用中的去硅作用有關(guān)；矽卡巖型鐵礦主要受燕山期中酸性巖體和新元古界及早古生界淺海沉積碳酸鹽巖間的接觸帶控制；晚期巖漿巖型鐵礦主要受呂梁期的超基性巖體控制，為巖漿晚期熔融作用所形成。

于城鐵礦區(qū)位于河北省易縣與淶源縣兩縣接壤地帶，燕山期王安鎮(zhèn)雜巖體北接觸帶，屬巖體侵位于中元古界白云巖地層形成的矽卡巖型鐵礦床，礦體規(guī)模屬中型。礦區(qū)中心地理坐標(biāo)：東經(jīng)114°53′09″、北緯39°16′42″。累計(jì)查明控制及推斷鐵礦石資源量1500萬噸，是河北省內(nèi)鐵礦資源重要產(chǎn)出地之一。本文通過該區(qū)找礦工作經(jīng)驗(yàn)和已有成果資料，對該區(qū)成礦地質(zhì)條件進(jìn)行分析研究，總結(jié)成礦規(guī)律、并對礦床成因、控礦因素及找礦標(biāo)志進(jìn)行探討。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

區(qū)域地層自新太古界至新生界均有分布，由老到新為：新太古界元坊巖組、板峪口巖組、金剛庫巖組；中-新元古界長城系高于莊組、 薊縣系霧迷山組、鐵嶺組；古生界寒武系饅頭組、張夏組、崮山組，晚寒武-早奧陶系炒米店組、冶里組、亮甲山組；中生界髫髻山組、新生界古近系靈山組，第四系馬蘭組、松散堆積物。其中薊縣系霧迷山組為本區(qū)賦礦地層。

區(qū)域構(gòu)造主要為斷裂構(gòu)造，次為褶皺構(gòu)造。斷裂構(gòu)造受區(qū)域中北部上黃旗—烏龍溝深斷裂影響，構(gòu)造軸線以北北東向?yàn)橹?，以脆性變形為主，具多期次、多方位、長期性活動(dòng)。褶皺構(gòu)造以支家莊—大灣褶皺為主，該褶皺由兩個(gè)向斜、一個(gè)背斜組成，軸面走向10°～20°，巖漿侵位于高于莊組和霧迷山組形成拆離滑脫構(gòu)造形成褶皺構(gòu)造。

區(qū)域位于王安鎮(zhèn)巖體北部，巖漿活動(dòng)頻繁，分布廣泛，巖漿活動(dòng)主要為燕山期，為早白堊世侵入巖、中侏羅世侵入巖，以中

酸性巖為主，侵入巖呈巖株和巖墻產(chǎn)出，少量為脈巖。

2 礦體地質(zhì)

2.1 礦體特征

礦區(qū)內(nèi)鐵礦體賦存于褶皺構(gòu)造帶接觸部位，圍巖主要為燕山期中細(xì)粒花崗閃長巖和薊縣系霧迷山組白云巖。區(qū)內(nèi)共圈定礦體1條，分布于2-18線之間，總體走向北西—南東，呈不規(guī)則的倒置“喇叭”狀隱伏產(chǎn)出。賦存標(biāo)高1078m-260m，深部受1000m、958m、930m、878m、830m、780m、760m、720m共8個(gè)水平中段和ZK803、ZK738、ZK1003、ZK1402、ZK4118共5個(gè)鉆孔控制，最大傾斜延伸約1100m，鐵礦體平均品位TFe38.43%，礦體規(guī)模屬中型。

2.2 礦石質(zhì)量

（1）礦石物質(zhì)組成。礦石物質(zhì)組成主要由礦石礦物和脈石礦物組成，礦石礦物主要為磁鐵礦，并含少量閃鋅礦、黃銅礦、黃鐵礦和磁黃鐵礦等，脈石礦物以透輝石、蛇紋石、金云母為主，石榴子石、透閃石、滑石等次之。

圖1 磁鐵礦（Mag）呈半自形-它形-自形晶粒狀分布在脈石礦物間

（2）礦石化學(xué)成分。根據(jù)樣品分析結(jié)果，礦石的主要有用組分為鐵。樣品組合分析結(jié)果顯示伴生有用組分為鈷，伴生有害組分為硫，造渣組分為鈣、鎂、硅、鋁、鉀、鈉的氧化物。

鐵主要賦存于磁性鐵中，少量賦存于硫鐵礦、赤鐵礦、菱鐵礦、硅酸鐵中。伴生有用組分只有鈷元素達(dá)到伴生組分評價(jià)指標(biāo)要求，品位0.021～0.023%，平均品位0.022%。伴生有害組分為硫，主要賦存于黃鐵礦中，含量為1.66～2.53%，平均含量2.02%。造渣組分主要為CaO、MgO 、SiO2、Al2O3、K2O、Na2O，根據(jù)化學(xué)全分析結(jié)果，CaO含量為7.95～8.28%，平均含量8.11%。MgO含量26.62～27.89%，平均含量27.26%。SiO2含量24.65～25.81%，平均含量25.23%。Al2O3含量0.81～0.92%，平均含量0.86%。K2O含量0.205～0.319%，平均含量0.262%。Na2O含 量0.113～0.242%，平 均 含 量0.177%。CaO+MgO/ SiO2+Al2O3比值為1.36，屬堿性礦石。

（3）礦石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造。礦石結(jié)構(gòu)以自形-半自形粒狀結(jié)構(gòu)為主。礦石構(gòu)造以致密塊狀、浸染狀構(gòu)造為主，次為條帶狀、角礫狀和斑雜狀構(gòu)造。

（4）礦石類型。礦床為接觸交代型矽卡巖鐵礦，地表無礦體出露，屬隱伏礦，因此礦石自然類型屬原生磁鐵礦石。

（5）礦體圍巖與夾石。礦體位于矽卡巖帶內(nèi)。在空間上花崗閃長巖與成礦關(guān)系密切，花崗閃長巖局部蝕變?yōu)榫v簾石化，花崗閃長巖與霧迷山組二段地層接觸帶為礦體賦存地段，花崗閃長巖為礦區(qū)內(nèi)礦體底板，頂板主要為霧迷山組二段白云巖。礦體內(nèi)不存在夾石。

3 成礦地質(zhì)條件分析

3.1 成礦地質(zhì)條件

礦區(qū)出露地層主要為中元古界薊縣系霧迷山組、新太古界元坊巖組。

礦體主要賦存于中元古界薊縣系霧迷山組地層中，該地層為一套淺海相碳酸鹽建造，其南部及西部被燕山期侵入巖包圍，地層產(chǎn)狀變化較大，整體傾向SE，傾角45°～85°；局部傾向SW，傾角30°～50°。該地層自下而上分為2個(gè)巖性段。一段為灰白-白色厚層狀燧石條帶白云巖，含有較多的燧石條帶與燧石結(jié)核和團(tuán)塊，局部夾有粉紅色厚層狀白云巖、含砂礫白云巖。二段為灰白色厚層-巨厚層狀、燧石條帶狀白云巖，中部夾有兩層深灰色瀝青質(zhì)白云巖，巖石多具蛇紋石化、大理巖化。

3.2 構(gòu)造控制作用

礦區(qū)大地構(gòu)造位置位于中朝準(zhǔn)地臺(tái)山西斷隆五臺(tái)臺(tái)拱蔚縣凹褶束與燕山臺(tái)褶帶軍都山巖漿巖帶大河南抬斜斷塊的接合部位，淶源雜巖體中腰東緣，烏龍溝—上黃旗深斷裂帶南緣。

礦區(qū)霧迷山組白云巖呈不規(guī)則狀頂垂體賦存在燕山早期巖漿巖上部，除東南部與新太古界阜平群片麻巖呈斷層接觸外，其余三面均被燕山早期巖漿巖所包圍，形成典型的頂垂體，其內(nèi)部及與巖漿巖接觸部位發(fā)育明顯的褶皺構(gòu)造及接觸帶構(gòu)造，它們的賦存部位和空間展布特點(diǎn)與區(qū)域構(gòu)造線方向具一致性。

褶皺構(gòu)造：整個(gè)頂垂體為一倒轉(zhuǎn)復(fù)背斜，樞紐向南西傾沒，軸面走向?yàn)楸睎|向，向北變?yōu)楸北睎|向，沿軸部有花崗閃長巖侵入。背斜兩翼地層整體產(chǎn)狀均為走向NNE，傾向SE，由于受F1逆斷層影響，巖層傾角一般為45°～85°。在倒轉(zhuǎn)背斜內(nèi)部，特別是正常翼產(chǎn)生了一系列復(fù)式背向斜，但規(guī)模較小，其方向與主體褶皺方向一致，彼此平行排列。

斷裂構(gòu)造：區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造表現(xiàn)為一系列北北東向大致平行的高角度正、逆斷層，主要為成礦前的斷裂，在主干斷裂的次一級斷裂中控制了礦體形成和脈巖的侵入；次為成礦后斷裂，不太發(fā)育，沿早期斷裂再次活動(dòng)，它破壞了礦體的完整性。在褶皺形成的同時(shí)，伴有層間裂隙的產(chǎn)生，區(qū)內(nèi)較為多見。

侵入接觸帶構(gòu)造：白云巖頂垂體與花崗閃長巖或石英二長閃長巖直接接觸，形成區(qū)內(nèi)廣泛而復(fù)雜的構(gòu)造接觸帶。其限定了白云巖頂垂體的范圍，以及其與花崗閃長巖的接觸界線在不同部位的形態(tài)、產(chǎn)狀，同時(shí)也控制了矽卡巖帶、礦體的空間分布規(guī)律。因此，接觸帶構(gòu)造即是巖漿晚期和期后熱液運(yùn)移的通道，又是熱液活動(dòng)與成礦物質(zhì)沉淀的有利空間。

根據(jù)接觸帶不同部位和形成方式，礦區(qū)內(nèi)分成南接觸帶與底部接觸帶。

（1）南接觸帶：是礦區(qū)內(nèi)主要成礦接觸帶，形態(tài)復(fù)雜，近地表處花崗閃長巖超覆于白云巖之上，使接觸界面向196°方向傾斜，傾角30°～70°，地層產(chǎn)狀近于垂直接觸面，表現(xiàn)為侵入接觸，向下逐漸轉(zhuǎn)向北東傾斜。在巖體由南向北，由陡變緩的轉(zhuǎn)折部位，形成巖凹，是成礦有利部位，厚大鐵礦體多賦存于此。此帶繼續(xù)延伸過渡為底接觸帶。

（2）底接觸帶：是巖漿巖侵入體與白云巖頂垂體底面接觸（兜底）部分，分布面積廣，產(chǎn)狀形態(tài)變化大。總體呈北西高，南東低的不規(guī)則波狀分布，以20°～40°的角度向南東傾斜，南東部邊緣變陡，甚至反向。由于巖漿巖侵入體在局部呈巖枝、巖舌或巖凸?fàn)钋秩雵鷰r中，使其形態(tài)更趨復(fù)雜。巖體的隆起凹入，造成底接觸帶形狀起伏高低不平，由數(shù)個(gè)巖凸、巖凹組成的構(gòu)造特點(diǎn)，其對礦體形成據(jù)供了有利條件。

3.3 巖漿巖為成礦提供重要物質(zhì)來源

礦區(qū)內(nèi)巖漿巖廣泛分布于西、南部呈“半島狀”包圍白云巖頂垂體，屬淶源雜巖體的一部分。主要為燕山早期侵入巖，巖石類型主要為中細(xì)?；◢忛W長巖，中細(xì)粒狀半自形花崗結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，巖石主要礦物成分為斜長石、鉀長石、石英、黑云母、角閃石等。其巖石化學(xué)特征屬鈣堿性系列，鈉質(zhì)、鐵質(zhì)含量高，從空間分布來看，礦體均與花崗閃長巖緊密相關(guān)，不但為成礦提供了物質(zhì)來源，而且?guī)r漿巖的交代作用，對鐵礦的形成創(chuàng)造了有利條件。

如表1所示，區(qū)內(nèi)花崗閃長巖SiO2，平均 69.53%， K2O 平均 4.71%， Na2O 4.09%，其化學(xué)成分以富堿K2O+ Na2O=8.8%， K2O＞ Na2O 為特征。其堿度指數(shù) AR=2.85～4.12，平均 3.27，在賴特的堿硅關(guān)系圖上投影于堿性巖區(qū)，相當(dāng)于皮科克的鈣堿性巖；里特曼指數(shù)δ=2.46～3.65＜4（亦屬鈣堿性巖），戈蒂尼指數(shù)τ= 21.10～41.7，在 lgδ- lgτ圖上投影于造山帶火山巖區(qū)，與區(qū)域巖漿巖特征一致。

表1 花崗閃長巖主量元素含量表

與中國巖漿巖類平均化學(xué)成分中花崗閃長巖相比，區(qū)內(nèi)花崗閃長巖 SiO2稍偏低， CaO、Na2O、 K2O 基本相近， Fe2O3、 FeO、 MgO大大高于花崗巖類平均化學(xué)成分,顯示出矽卡巖型Fe、Cu礦的有利成礦條件。

如表2所示，花崗閃長巖與維氏酸性巖類中花崗巖比較，Cu、Pb、Zn元素與之相一致； Cr、Ni 含量高達(dá)4倍； V高于維氏花崗巖2.5-4.5 倍； Co元素高于花崗巖而與中性閃長巖相近。顯示了花崗閃長巖與區(qū)內(nèi)鐵及多金屬礦床的密切關(guān)系。

表2 花崗閃長巖微量元素含量表

巖漿巖整體處于碰撞造山-碰撞后抬升的構(gòu)造環(huán)境，并具有起源較深定位較淺的特點(diǎn)，是在拉伸的構(gòu)造環(huán)境下被動(dòng)定位的產(chǎn)物。礦區(qū)成礦母巖成因類型為 I 型，巖相學(xué)特征表現(xiàn)為角閃石含量相對較高，且其稀土元素含量及分餾富集特征也顯示I型花崗巖特征。對比區(qū)域附近西側(cè)相同成因類型的支家莊鐵礦，其成礦母巖黑云母花崗巖因相對富集黑云母而在巖相學(xué)方面更具S型花崗巖特征，且相對于于成鐵礦成礦母巖更具“過鋁”特征，原巖成分中殼源物質(zhì)貢獻(xiàn)更大。以上特征表明礦區(qū)處于區(qū)域“接觸交代礦床”密集產(chǎn)的有利部位，同時(shí)礦區(qū)成礦母巖的巖石化學(xué)、元素含量以及侵位方式等特殊性為于成鐵礦的形成奠定了主要基礎(chǔ)成礦條件。

空間上花崗閃長巖與成礦作用關(guān)系密切，并構(gòu)成接觸帶巖漿巖主體，花崗閃長巖為該鐵礦的成礦母巖。

4 礦床賦存地質(zhì)規(guī)律

通過對于城鐵礦區(qū)成礦地質(zhì)背景和成礦地質(zhì)條件分析研究，礦床賦存地質(zhì)規(guī)律總結(jié)如下：

（1）賦礦地層：礦區(qū)內(nèi)礦體主要賦存于中元古界霧迷山組二段地層中，礦體圍巖主要為白云巖，屬微含鎂質(zhì)白云巖，在與花崗閃長巖接觸的有利環(huán)境下，易被交代，形成鎂矽卡巖帶，使含礦溶液酸度增高成為鐵的沉淀劑，有利于磁鐵礦的堆積。

（2）構(gòu)造控礦：有利的構(gòu)造條件是礦區(qū)成礦的重要因素之一，其中以褶皺及接觸帶構(gòu)造最為明顯，前者控制著礦體空間位置，后者控制著礦體形態(tài)、產(chǎn)狀及規(guī)模。礦體生成于礦區(qū)倒轉(zhuǎn)背斜傾末端，倒轉(zhuǎn)背斜向南傾沒于巖體中，呈不整合接觸，在復(fù)雜的接觸帶中形成數(shù)個(gè)規(guī)模不等、形態(tài)不一的半島狀巖凹，構(gòu)成最有利的成礦部位。

（3）成礦作用與巖漿活動(dòng)相互依存：巖漿熱液是成礦物質(zhì)的主要來源，區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)帶來了大量的成礦流體，為成礦提供熱能和物質(zhì)來源。

5 礦床成因、控礦因素及找礦標(biāo)志

5.1 礦床成因

本區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造屬上黃旗—烏龍溝深大斷裂次級構(gòu)造，沿深大斷裂及次級構(gòu)造燕山期巖漿侵入活躍，巖漿后期熱液交代圍巖形成鐵礦床。

因此分析礦區(qū)內(nèi)巖石、礦物組合、蝕變類型特征，本礦床屬典型的早期接觸交代（矽卡巖）型磁鐵礦床，礦體主要產(chǎn)于接觸帶附近，礦區(qū)內(nèi)蝕變作用有兩類：一為巖漿上升侵位過程中，以自身熱能對圍巖霧迷山組白云巖頂垂體發(fā)生的熱接觸變質(zhì)作用；另一類是巖漿侵位后，巖漿晚期高溫氣化-熱液和巖漿期后殘余熱液先后沿接觸帶發(fā)生氣化-熱液經(jīng)交代作用而產(chǎn)生內(nèi)、外蝕變帶并伴隨成礦作用。礦床內(nèi)的白云質(zhì)大理巖或大理巖化白云巖是熱液接觸變質(zhì)作用的產(chǎn)物。熱液蝕變巖石及鐵、銅、鋅等金屬元素的硫化物及氧化物組合則是巖漿晚期高溫氣化-熱液與巖漿期后殘余熱液多期次多階段活動(dòng)，并發(fā)生熱液交代蝕變作用的結(jié)果。

蝕變帶可劃分為內(nèi)矽卡巖帶、外矽卡巖帶和熱變質(zhì)形成的大理巖化帶。內(nèi)矽卡巖帶由花崗閃長巖經(jīng)接觸交代作用形成的蝕變帶，主要發(fā)育石榴子石化、綠簾石化、符山石化等。外矽卡巖帶蝕變以透輝石化、蛇紋石化、硅鎂石化為主，并迭加有石榴子石化、綠簾石化、金云母化、透閃石～陽起石化等后期蝕變礦物。礦體主要產(chǎn)于巖體與白云巖接觸帶上或鎂矽卡巖帶內(nèi)或鎂矽卡巖帶與大理巖化白云巖之間。

5.2 控礦因素

（1）構(gòu)造因素：上黃旗—烏龍溝深大斷裂及次級構(gòu)造、褶皺構(gòu)造為巖漿巖及巖漿后期含礦熱液提供通道和賦礦空間，本區(qū)的斷裂構(gòu)造及褶皺構(gòu)造均為次級構(gòu)造。有利的構(gòu)造條件是本區(qū)成礦的重要因素之一，其中以褶皺及接觸帶構(gòu)造最為明顯，前者控制著礦體空間位置，后者控制著礦體形態(tài)、產(chǎn)狀及規(guī)模。礦體生成于礦區(qū)倒轉(zhuǎn)背斜傾末端，倒轉(zhuǎn)背斜向南傾沒于巖體中，呈不整合接觸，在復(fù)雜的接觸帶中形成數(shù)個(gè)規(guī)模不等、形態(tài)不一的半島狀巖凹，構(gòu)成最有利的成礦部位。

（2）巖漿巖侵入因素：沿?cái)嗔褞Ъ按渭墭?gòu)造侵入的花崗閃長巖為本區(qū)鐵礦床的形成提供了熱液和豐富的物質(zhì)來源。

（3）圍巖因素：成礦圍巖為霧迷山組白云巖，CaO/MgO平均比值為1.42，屬微含鎂質(zhì)白云巖，在與花崗閃長巖接觸的有利環(huán)境下，易被交代，形成鎂矽卡巖帶，使含礦溶液酸度增高成為鐵的沉淀劑，有利于磁鐵礦的堆積。

5.3 找礦標(biāo)志

（1）民采遺跡。

（2）復(fù)雜的接觸帶構(gòu)造，內(nèi)蝕變形成鈉化帶，外蝕變形成透輝石、蛇紋石鎂矽卡巖帶，為找礦重要標(biāo)志之一。

（3）隱伏礦體引起地面磁異常也是重要找礦標(biāo)志，礦體就是通過地磁異常發(fā)現(xiàn)的隱伏礦體。

6 結(jié)論

（1）于城鐵礦區(qū)含礦地層主要為薊縣系霧迷山組，受烏龍溝—上黃旗深斷裂帶影響，礦區(qū)內(nèi)接觸帶構(gòu)造、褶皺構(gòu)造為主要控礦構(gòu)造，共圈定礦體1條，區(qū)內(nèi)共圈定礦體1條，總體走向北西—南東，呈不規(guī)則的倒置“喇叭”狀隱伏產(chǎn)出。賦存標(biāo)高1078m-260m，礦體形態(tài)復(fù)雜，厚度變化較大，礦石化學(xué)成分穩(wěn)定，礦體越往深部有增大增厚的趨勢。

（2）燕山期花崗閃長巖為鐵礦體成礦母巖，提供了重要的成礦物質(zhì)來源及成礦熱液活動(dòng)；區(qū)內(nèi)的接觸帶構(gòu)造、褶皺構(gòu)造、斷裂構(gòu)造為鐵礦的形成提供了良好的賦礦空間。

（3）礦區(qū)內(nèi)礦體主要賦存于霧迷山組二段地層中，賦礦地層單一、構(gòu)造控礦明顯，成礦物質(zhì)來源單一。礦床屬典型的早期矽卡巖型磁鐵礦床，主要控礦因素為構(gòu)造、巖漿巖及地層圍巖，礦床成因?yàn)樵缙谖◣r型磁鐵礦床。