河北省灤縣常峪鐵礦礦床地質特征及成因研究

宋璽權，張 星，安亞濤，趙文藝，王 冬

1 工作區(qū)地質

區(qū)內鐵礦為鞍山式沉積變質型鐵礦床，處于冀東地區(qū)乃至國內著名的司馬長鐵礦成礦帶中。所處區(qū)域經(jīng)過了多期構造運動和變質作用，褶皺、斷裂構造發(fā)育。出露基巖以太古界變質巖和中、上元古界沉積巖為主，巖漿巖不發(fā)育。

區(qū)內礦產(chǎn)資源豐富，其中特大型鐵礦有司家營鐵礦（北區(qū)、南區(qū)）、馬城鐵礦和長凝鐵礦等。

礦區(qū)地質。

礦區(qū)位于山海關隆起的西南邊緣，司馬長復式向斜的次級構造司家營復式向斜的西北部。

地層。

區(qū)內鐵礦附存層位為太古界單塔子群白廟子組，上覆地層為第三系地層和第四系地層。

太古界單塔子群白廟子組是本區(qū)主要地層，主要為白廟子組三段。下部為黑云變粒巖為主，夾少量磁鐵石英巖；中部為磁鐵石英巖與變粒巖互層；上部為片麻巖、黑云變粒巖和角閃變粒巖為主夾少量磁鐵石英巖，經(jīng)受了較強的混合巖化作用。它是冀東重要的含礦層之一，也是本區(qū)含礦層位。

構造。

本區(qū)構造特點是區(qū)內以褶皺為主，而周圍被斷裂切割成一個近似方形的斷塊，褶皺和斷裂都具有多次疊加的特點。

（1）褶皺。礦區(qū)內褶皺構造共有兩期。

第一期褶皺：本期褶皺的形成時代為太古代，由于后期北北西斷層的影響，第一期褶皺形態(tài)比較復雜，區(qū)內褶皺從南向北為一向斜一背斜，樞紐走向近東西，軸面直立，因受北北西斷裂牽引，樞紐西端向北偏轉，4線以東斷層下盤，因受逆斷層影響，褶皺形態(tài)寬緩，呈一開闊的向斜，兩翼夾角10°以下。而4線以西為一向斜連一背斜，兩翼夾角為80°～90°在向斜的核部礦體加厚，如0線CK14鉆孔Ⅱ、Ⅲ-1號礦體；在向斜轉背斜的回轉翼上，礦體被拉薄甚至拉斷，如1線CK16鉆孔附近Ⅱ號礦體被拉薄，Ⅲ-1號礦體被拉斷。司家營鐵礦帶從北向南的波狀起伏和北端揚起應是早期近東西褶皺構造的有力說明。

第二期褶皺：即司家營復式向斜，其特征是形態(tài)復雜的緊密倒轉褶皺，走向近南北，軸面西傾。

區(qū)域上晚期構造運動比較強烈，總體軸向近南北，向西傾斜的緊密褶皺，它將早期構造行跡解體或掩蓋。而常峪鐵礦區(qū)處于被斷裂切割成的近似方形的斷塊，其特殊的地質環(huán)境使該期構造應力沿周邊斷裂迅速釋放，構造活動對其影響較弱，得以保留早期褶皺構造行跡，而晚期褶皺形態(tài)不明顯。

（2）斷層。礦區(qū)為一四面被斷層切割的斷塊，斷塊的北部和東部是下降盤，南部和西部是上升盤。主要斷裂有三組，近東西向（或北東東向）、北北西向、北北東向，前兩組構成斷塊邊界。北北東和北北西向為壓扭性逆斷層，近東西向一組為正或逆斷層，可能早期為張性，后期為扭性。

北北西向斷裂是區(qū)內最年輕的斷裂，形成時代為中生代，第四紀以來一直在活動。本組斷裂由常峪礦區(qū)向西平行排列多條，構成一組斷裂帶，常峪礦區(qū)夾在其中。

響嘡斷裂：為逆斷層。在礦區(qū)東部8線與10線間通過，為斷塊的東部邊界。該斷裂屬區(qū)域性斷裂，斷裂性狀、規(guī)模前已述及，不再贅述。沿斷層有輝綠巖脈貫入，輝綠巖脈完整、致密，脈寬約30m～50m，該斷裂使該區(qū)原本埋藏較深的礦體向北東斜沖，推覆于長城系大洪峪組之上。

平推斷層斷裂：分布于礦區(qū)西部7線～11線間，推測長大于600m，總體走向340°左右，北東傾，傾角80°左右。斷層上下盤有10m～20m的片理化帶。斷層位于礦體西部，南側被逆斷層所截，對礦體無明顯破壞作用。由9線CK56揭露，斷層帶由斷層角礫巖、斷層泥及上下盤片理化帶組成，擦痕鏡面明顯，并見有灰?guī)r透鏡體，擦痕近于水平，屬于平推斷層。該孔揭示斷層南西盤向南東移動，北東盤向北西向移動，水平位移80m。

逆斷層斷裂：規(guī)模較小，長500m左右，分布于礦區(qū)西部5線～11線間，位于平推斷層與逆斷層之間，總體走向320°左右，南西傾，傾角70°左右。由CK30、CK54揭露，斷層破碎范圍2m～10m，破碎強裂部位呈角礫狀、泥狀。斷層位于礦體西北部，它對礦體破壞作用較小。

北北東向斷裂有3處斷裂：

其1斷裂：斷裂由斷層角礫巖、斷層泥、片理化帶、碎裂巖帶組成，斷層鏡面擦痕、階步普遍可見。為壓扭性逆斷層。斷層破碎范圍一般5m～40m，最大為ZK2-2鉆孔達72.2m。主構造部位破碎較強，呈角礫狀、糜棱狀，一般2m～10m，并常見多層2cm～10cm厚的斷層泥，最低控制標高為ZK2-1鉆孔達-500m。破碎角礫成份與附近巖石基本相同，除泥質外后期物質不明顯，主要見礦部位角礫成份仍為破碎的磁鐵石英巖，品位無明顯變化。根據(jù)2、4、6三條勘探線上的礦體、巖層對應關系及巖芯上的構造痕跡，斷層上（西）盤向北東斜沖，水平斷距50m～100m，垂直斷距40m～100m，它對礦體的影響主要是錯斷了礦體，使礦體重疊加厚，如2線ZK2-2鉆孔Ⅱ號礦體上盤穿礦77.73m，下盤穿礦22.94m，累計穿礦厚100.67m。

其2斷裂：逆斷層，長約700m，北北東走向，南東傾，傾角65°左右，上盤向北東斜沖。平面上斷層呈北東轉北北東向，呈平緩弧狀彎曲，傾向南東，傾角55°～70°。由斷層角礫巖、糜棱巖、斷層泥及片理化帶、碎裂巖組成。斷層破碎范圍20m～40m，主構造部位破碎較強，呈角礫狀，并見少量泥狀物質。斷層擦痕、鏡面、階步普遍可見，屬壓扭性逆斷層，水平位移50m，垂直位移至少在300m以上，該斷層為常峪斷塊抬升起到了推波助瀾作用。

近東西向斷裂：

本組斷裂分布于礦區(qū)外，對礦體無破壞作用。

其3斷裂：為常峪北部斷塊邊界。斷層走向北東東，傾向南東。斷層下盤為長城系大洪峪組地層，上盤為黑云混合片麻巖。以水平運動為主，屬壓扭性逆斷層。

遷義莊斷層：東起司家營北區(qū)遷義莊，至常峪礦區(qū)南側，斷層總體走向北東75°，傾向北，傾角80°，由角礫巖、碎裂巖、斷層泥組成，構造帶水平寬至少在30m以上，為平移斷層，北盤向南西位移，南盤向北東位移。由于遠離礦體，本區(qū)無工程控制，該斷裂為常峪斷塊南部邊界。

巖漿巖。

區(qū)內無火山巖及大規(guī)模巖體，僅有一些中基～基性脈狀侵入體。

輝綠巖：灰綠色，輝綠結構，包含結構，由基性斜長石、普通輝石及少量磁鐵礦、石英組成，局部見黃鐵礦、黃銅礦。巖石普遍具絹云母化、碳酸鹽化、綠泥石化及硅化。該巖脈沿北北西向的響堂斷裂充填，厚度約30m～50m，巖體總體完整，節(jié)理裂隙不發(fā)育。

閃長玢巖：深灰綠色，斑狀結構，斑晶為中性斜長石、角閃石，后者多蝕變成綠泥石，基質由長石、角閃石及黑云母組成，有時見碳酸鹽長柱狀微晶，局部見少量石英、黃鐵礦。本類巖石厚度較小，僅礦區(qū)北部個別孔中見到。

2 本區(qū)構造演化

本區(qū)在上太古界早期沉積了鐵礦層后，晚期隨山海關古陸隆起形成了古陸。同時經(jīng)受了長期的區(qū)域變質作用、褶皺作用，形成了本區(qū)早期褶皺。

五臺、呂梁運動期間的區(qū)域動力背景在南北向持續(xù)應力控制之下，形成軸向近東西，軸面直立的開闊褶曲，司家營礦帶自南而北的波狀起伏和北端揚起應是本區(qū)早期東西向褶皺構造的有力說明。早期近南北向的持續(xù)應力活動形成早期褶皺并促進北北東向斷裂活動，同時伴有東西向斷裂發(fā)生。

元古代本區(qū)處于上升時期，經(jīng)受了長期剝蝕后，大洪峪期接受沉積。古生代再次隆起接受剝蝕，中生代燕山期伴隨華北地臺活化，遭受東西向持續(xù)應力作用形成近南北向緊密倒轉褶曲，并使早期東西向斷裂復活，具壓扭性質。

司家營礦體被揚起后，Ⅰ、Ⅱ號礦體大部分被剝蝕，Ⅲ、Ⅳ號礦體受東西向斷裂影響西移，當北北西向斷裂活動時將Ⅲ、Ⅳ號礦體的一部分推至常峪礦區(qū)位置。由于受北北西、北北東向斷裂的擠壓牽引改造，早期褶曲兩翼變陡，西部抬高并向北偏轉，隨之逆斷層斷裂活動的改造，使礦體形態(tài)發(fā)生變化。

由于常峪鐵礦區(qū)處在四面被斷裂所包圍，構造應力得以有效釋放，晚期褶皺形態(tài)不明顯。在多期褶皺和斷裂的共同作用下，使常峪鐵礦形成目前狀態(tài)：礦體總體以近東西向走向，北傾為主的相對寬緩的復式褶皺形態(tài)。

3 礦床特征

本區(qū)礦體由多層鐵礦層組成，夾石較多，礦層分支復合現(xiàn)象多見。由于褶皺及斷裂構造對礦層形態(tài)的改造，礦層形態(tài)比較復雜，呈近平行層狀或大透鏡狀，相鄰工程單層難以對應。根據(jù)礦層的空間位置和相對集中情況，將相對集中、總體對應較好的多層礦層或難以和其它礦層對應的單層礦層分別單獨圈為礦帶（礦體）。為便于敘述，以下統(tǒng)稱為礦體。

全區(qū)從上到下共分為十四個礦體，編號依次為Ⅰ-1～Ⅹ，其中Ⅰ-1、Ⅱ、Ⅲ-1號礦體為主礦體。礦體平均厚度6.29m～41.68m，礦體埋深70m～810m，其中主礦體埋深70m～76m，礦體賦存標高在-33m～-803m間，最大延深達621m。每個礦體都是由單層或多層鐵礦組成，夾石多，在逆斷層錯動造成重疊部位和褶皺核部礦體加厚，翼部變薄，尤其“向斜”轉“背斜”的中間翼，礦體常被拉斷。

區(qū)內鐵礦體賦存于四面受斷層控制的被抬升的斷塊中。受響嘡斷裂、北北東斷裂牽引和擠壓，平面上呈一近東西向北偏轉的錯落線狀產(chǎn)出。礦體東西兩端受響嘡斷裂、逆斷層影響，被截斷抬升揚起。礦體同時受走向近東西、軸面直立、東西兩端向北偏轉的一向一背的開闊復式褶皺控制。

礦體東端被響嘡斷裂截斷，并受逆斷裂影響，上盤抬升。受響嘡斷裂、逆斷層的牽引和擠壓，8線以東走向北北東漸轉為北東東向，逆斷層以西至5線呈近東西向，7線以西受逆斷層影響向北偏轉抬升，呈北西向產(chǎn)出。礦體走向兩端揚起，從縱切面圖上看似開闊的“U”字形展布。

總體看從南向北褶皺形態(tài)呈一向一背。南翼（北傾）礦體直接出露到基巖面，并受到剝蝕，中間翼（南傾）和北翼（北傾）礦體隱伏于基巖面之下，只在3線以西背斜少量露出基巖面。4線以東，礦體形態(tài)簡單，為一開闊向斜，南翼近基巖面處傾角較陡，50°～70°，北部及中部近于水平，隱伏于基巖面之下。2線以西，為一向斜連一背斜，南翼近基巖面處傾角較陡，礦體厚，中間翼礦體被拉薄，礦體向北延深大，形態(tài)呈一向一背。

4 礦體特征

I號礦體：

位于常峪鐵礦帶最上部，東部被響嘡斷裂截斷，西部尖滅于9線西。礦體沿走向、傾向連續(xù)性較差。依空間展布、形態(tài)及相互對應分為四個小礦體，其中Ⅰ-1號礦體最大。

I-1號礦體是三個主礦體中規(guī)模最小的一個，其資源儲量占總資源儲量的15.14%，位于最上部。東起響嘡斷裂，西尖滅于3線西，控制長660m，礦體沿走向、傾向連續(xù)性略差。呈似層狀、透鏡狀產(chǎn)出。礦體膨縮明顯，最大厚度位于2線CK25孔，為82.70m，最小厚度位于1線CK67孔2.23m，平均厚17.46m。厚度變化系數(shù)為86.03%，厚度變化系數(shù)中等。

礦體東西兩端抬起（8線以東）露出基巖面，中部凹下，賦存標高在-33m～-305m間，最大延深達621m，礦體頂板為混合片麻巖，底板為變粒巖夾混合花崗巖。

Ⅰ-2號礦體：分布于6線以東，西部尖滅于0線西，位于Ⅰ-1號礦體頂部，走向長320m。礦體賦存于-54m～-150m標高，呈扁豆狀，小透鏡體狀產(chǎn)出。礦體膨縮顯著，最大厚14.20m，最小厚2.56m，平均厚7.60m。

Ⅰ-3號礦體：分布于1線以東，尖滅于9線西，沿常峪鐵礦帶頂部分布，走向長446m，賦存于-60m～-210m標高，呈似層狀、扁豆狀產(chǎn)出，具膨縮現(xiàn)象，最大厚17.16m，最小厚2.09m，平均厚6.33m。

Ⅰ-4號礦體：位于向斜核部，緊靠Ⅰ-1號礦體上盤分布，由兩個單層礦組成。走向長43m，厚6.29m。

Ⅰ-2、3、4礦體資源量總和占總資源儲量的1.72%。

Ⅱ號礦體：

位于Ⅰ號鐵礦體下部，Ⅰ、Ⅱ號礦體最小間隔不足2m，一般間隔18m～40m，最大間隔95m。與Ⅰ、Ⅲ號礦體近平行產(chǎn)出，其資源儲量占總資源儲量的51.10%，是區(qū)內規(guī)模最大的礦體。東被響嘡斷裂所截，西尖滅于5線西，埋深76m，控制長747m，礦體沿走向、傾向連續(xù)性好，似層狀產(chǎn)出，礦體具明顯膨脹窄縮現(xiàn)象，南翼穩(wěn)定而較規(guī)整，倒轉翼明顯變薄，向斜核部明顯增厚。沿走向及傾斜厚度具一定變化。

礦體東西揚起，中間低凹，賦存標高-40m～-608m。0線附近延深最大，最大延深達728m，-600m標高仍末見尖滅，推測礦體向深部仍有一定延伸。夾石主要為變粒巖、混合巖、綠泥片巖及含磁鐵石英巖。變粒巖有黑云母變粒巖、角閃變粒巖及鉀長變粒巖，夾石形態(tài)與礦層一樣復雜，呈似層狀，豆莢狀，分支復合、膨縮顯著，厚度變化大。

Ⅲ號礦體：

分為Ⅲ-1、Ⅲ-2兩個礦體，以Ⅲ-1為主。

Ⅲ-1號礦體：礦體走向控制長626m，埋深76m，賦存于-40m～-660m標高。礦體規(guī)模僅次于Ⅱ號礦體，其資源儲量占資源儲量的31.05%。礦體沿走向較連續(xù)，沿傾斜連續(xù)性差。礦體由多層磁鐵石英巖組成，呈似層狀、大透鏡體狀產(chǎn)出。具膨脹窄縮，分枝復合現(xiàn)象等。

Ⅲ-2號礦體：位于7線為CK31孔單工程所控制的礦體。賦

存于-272m～-329m標高，由兩層磁鐵石英巖組成。呈小透鏡狀產(chǎn)出，礦體厚8.67m。

4.1 礦石質量

4.1.1 礦石物質組成

礦物成分簡單，礦石礦物主要為磁鐵礦，次為少量假像赤鐵礦（＜5%），赤鐵礦僅在個別地段如近基巖面、構造破碎處見到。脈石礦物以石英為主，其次為透閃石、陽起石，再次為角閃石、透輝石、黑云母、綠泥石、黃鐵礦，有時可見綠簾石、金紅石、碳酸鹽等。微量礦物磷灰石，個別鉆孔偶見少量黃銅礦、方鉛礦。

4.1.2 礦石的結構構造

礦石的結構：礦石基本為中細粒變晶結構，少量纖維粒狀變晶結構，鐵礦物粒度較細時和脈石礦物常具鑲嵌結構。磁鐵礦、假像赤鐵礦均以半自形、自形為主，次為它形粒狀。粒徑一般在0.05mm～0.3mm間，約占80%，少量小于0.05mm和大于0.3mm。脈石礦物中，石英它形粒狀，粒徑略大于磁鐵礦，而閃石類礦物粒度較大，一般在0.1mm～0.5mm間，小于0.1mm者少見，而大于0.5mm者則常見，晶形較好呈柱狀平行于層理分布。

礦石構造：主要為條紋-條帶狀構造，少量呈致密塊狀和片麻狀構造。在片麻狀礦石中，含有較多的透閃石和碳酸鹽礦物，顆粒一般較粗，鏡下見碳酸鹽交代透閃石，表明這種礦石受熱液作用改造，其品位一般較高，在30%以上。

4.1.3 礦石化學成分

據(jù)礦石多元素分析和化學全分析可知，組成礦石的主要元素為硅、鐵、氧，次為鋁、鎂、鈣及少量鈦、錳、鉀、鈉等，主要以氧化物形式存在。

4.2 礦石類型

礦石自然類型按脈石礦物成分可分為磁鐵石英巖型、透閃（陽起）磁鐵石英巖型、角閃磁鐵石英巖型。

4.3 礦體圍巖和夾石

（1）圍巖：礦體頂?shù)装鍑鷰r與礦體界線較清晰，其巖性主要為混合片麻巖、黑云變粒巖、角閃變粒巖、鉀長變粒巖、斜長片麻巖、混合花崗巖、混合巖、斜長角閃巖及（含磁鐵）石英巖。

（2）夾石：區(qū)內鐵礦體以似層狀磁鐵石英巖為主，總體夾石較多，但夾石不穩(wěn)定，礦層分支復合現(xiàn)象顯著，夾石呈透鏡狀或層狀，一般厚2m～10m。夾石復合、尖滅明顯。夾石以含鐵石英巖、角閃斜長片麻巖、黑云斜長片麻巖、黑云變粒巖、鉀長變粒巖、綠泥角閃片巖為主。上述含鐵石英巖常見夾薄層、細薄層黑云斜長片麻巖、黑云變粒巖、鉀長變粒巖，各類變質巖中亦常見細薄層、薄層含鐵或磁鐵石英巖。

5 礦床成因

本區(qū)鐵礦均為沉積-變質鐵礦，成礦物質來源主要為海底火山，沉積環(huán)境為淺海相，在火山活動的間歇期，水盆地中的硅鐵以膠體沉積方式沉積下來，形成鐵礦床。