河南省新蔡縣練村大型磁鐵礦地質特征及成因

唐國勝，王浩霖，張雪艷

（河南省煤田地質局，河南 鄭州 450016）

前寒武紀沉積變質硅鐵建造鐵礦床是河南省鐵礦發(fā)育主要形式[1-2]。2014年底，新蔡縣練村鐵礦勘探工作完成，全礦區(qū)估算工業(yè)品位磁鐵礦石量（331）+（332）+（333）為27 211.72萬t，礦床TFe平均品位為27.59%，mFe為22.26%；低品位磁鐵礦石量（331）+（332）+（333）為19 226.91萬t，礦床TFe平均品位為24.90%，mFe為17.62%。礦床屬大型磁鐵礦礦床。礦區(qū)均為較厚第四系沉積覆蓋，礦體最小埋深約600 m，最大埋深約1 600 m。

1 區(qū)域地質背景

河南省新蔡縣練村鐵礦區(qū)大地構造位置為華北板塊南緣三門峽—新蔡隆起帶的東段，黑溝—羊冊斷裂北側，河南地層綜合分區(qū)華北平原分區(qū)豫東小區(qū)，新華夏系華北沉降帶的南緣，新蔡、息縣褶皺隆起帶上，發(fā)育著前震旦系、侏羅系、白堊系地層[3-4]。而前震旦系地層經受了多次地殼構造變動[5]，顯示著強烈的褶曲，產狀變化較大，局部傾角上部變陡達80°，或近于直立，而下部則平緩。區(qū)內有近南北和近東西向的斷裂切割了上述地層。地表為新生界覆蓋，且覆蓋層總體厚度在550～650 m，厚度較大，地表未見基巖露頭。

2 礦區(qū)地質特征

（1）地層。據(jù)鉆探資料，礦區(qū)主要發(fā)育新太古界太華巖群鐵山廟組、侏羅系、白堊系及新生代地層。新太古界太華巖群鐵山廟組（Art）沉積變質地層，巖石總體歸納為斜長角閃片麻巖、黑云斜長片麻巖、閃石類磁鐵礦層3種巖性，閃石類磁鐵礦層主要產在斜長角閃片麻巖與黑云斜長片麻巖中，呈互層狀產出，層間為漸變過渡關系。侏羅系地層不全，僅發(fā)育上侏羅統(tǒng)（J3），不整合于太華群之上，在練村以南二者呈斷層接觸。下部為紫紅色礫巖，上部為紫紅色砂質泥巖、泥巖、鈣質泥巖、泥灰?guī)r。與上部新生界地層呈角度不整合接觸。白堊系（K）分布在礦區(qū)東、北、西三面，巖性為一套夾有沉積碎屑巖的火山碎屑巖。古近系、新近系、第四系礦區(qū)普遍發(fā)育。第四系為一套河—湖相多旋回的松散沉積層，有的呈半固結狀。

（2）構造。①練村斷裂。練村鐵礦區(qū)位于區(qū)域性斷裂練村斷裂的北部，斷裂走向60°，向東至安徽省內，向西被關店—周黨斷裂所截，為順時針張扭性斷裂。受該構造的影響，區(qū)內巖層經歷了多期次的變質、變形作用，使區(qū)內的次級斷裂較為發(fā)育，由于該斷裂及其形成的次級斷裂均為隱伏構造，據(jù)物探及鉆探資料，該類斷層為壓扭性斷裂，斷層數(shù)量小、規(guī)模小、斷矩小，因而對地層、礦體的破壞錯動較小。②褶皺。礦區(qū)內并不發(fā)育較大類型的褶皺，僅在顯微尺度上有微褶皺形成。表現(xiàn)為局部巖層片麻理的褶區(qū)，石英脈的“鉤狀”彎曲，斜長石條帶及黑云母條帶的扭曲現(xiàn)象。但總體來講，礦區(qū)主要表現(xiàn)為南西傾斜的單斜層，傾角20°～35°，局部45°～60°。

（3）巖漿巖。礦區(qū)內侵入巖主要表現(xiàn)為脈巖，中細?；◢弾r、輝長巖、正長巖、黑云斜長花崗巖、黑云二長花崗巖、石英脈以細脈狀侵入于變質地層，總體呈透鏡狀和樹枝狀巖脈形態(tài)產出，對礦體的破壞微弱，原地層在巖漿巖中以俘虜體形態(tài)存在。研究發(fā)現(xiàn)巖漿巖與磁鐵礦床成因上沒有直接關系[6-7]。

3 礦床地質

3.1 礦體特征

主礦體空間分布如圖1所示。

圖1 主礦體空間分布示意Fig.1 Spatial distribution diagram of the main ore bodies

區(qū)內鐵礦體均賦存于晚太古代變質巖系中，分布受含礦巖系控制，呈層狀、似層狀產出，由于受褶皺及斷裂構造的影響，造成礦體在走向及傾向上不連續(xù)[8]。綜合比對顯示，平面上鐵礦體自右向左分成6個礦段，編號Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ，劃定主礦體12個，其中Ⅰ號礦段6個（Ⅰ-3、Ⅰ-4、Ⅰ-5、Ⅰ-6、Ⅰ-7、Ⅰ-8），Ⅱ號礦段5個（Ⅱ-3、Ⅱ-4、Ⅱ-5、Ⅱ-6、Ⅱ-7），Ⅳ號礦段1個（Ⅳ-3）。

3.2 礦石質量

（1）礦石物質組成。礦石中礦物成分大約有23種。礦石礦物主要為磁鐵礦（氧化帶中則為假象、半假象赤鐵礦），脈石礦物主要有石英，見表1。

表1 礦石礦物Tab.1 List of ore minerals

磁鐵礦是礦石中主要的有用礦物，粒度小于0.2 mm，變化較大，分布特征如圖2所示。

圖2 磁鐵礦粒度分布直方圖Fig.2 Distribution histograms of the magnetite particle sizes

顯微鏡觀察（圖3）顯示礦石中磁鐵礦主要呈條帶狀分布。其多具有半自形粒狀晶形，與脈石礦物接觸較平直，有利于其單體解離。少量磁鐵礦與黃鐵礦等含量礦物關系緊密，可能會對其選礦有一定影響。

（2）礦石化學成分。礦石的化學成分比較簡單，除主要成分鐵外，伴生組分甚微，光譜全分析結果未發(fā)現(xiàn)有綜合利用價值元素，有害組分含量也很低。磁鐵礦的賦存巖石類型進行了鐵物相分析，分析結果（表2）。統(tǒng)計表明：區(qū)內主要是磁性鐵礦石，極少弱磁性鐵礦石，說明區(qū)內以磁性鐵為主，其他類型極少。礦石中的化學組分主要為TFe和SiO2，據(jù)礦石多項化學分析結果（表3），兩者之和各類礦石中均占70%以上，一般在75%左右。礦石中含少量石榴石等高鋁礦物，Al2O3含量較低，CaO、MgO含量較少，TiO2、MnO、S、P2O5等含量較低，造渣成分主要為SiO2、MgO、CaO、Al2O3、K2O、Na2O，各礦體含量差異不大。

圖3 顯微觀測磁鐵礦特征Fig.3 Microscopic observation of magnetite characteristics

表2 鐵物相分析結果Tab.2 Iron phase analysis results %

（3）礦石類型及結構構造。本區(qū)主要礦石自然類型以角閃石英巖型磁鐵礦為主，其次為斜長角閃巖型。兩者占本區(qū)礦石類型的90%以上。礦石的結構主要為柱粒狀變晶結構，鱗片粒狀變晶結構，粒狀變晶結構，其次為纖維狀變晶結構，次為交代結構、壓碎結構，少量包含結構、膠狀結構等。粒度主要為0.05～0.25 mm，部分大于0.5 mm和小于0.05 mm。

表3 多項化學樣品分析結果Tab.3 Multiple chemical sample analysis results %

礦石構造主要為條帶狀和浸染狀構造，二者常復合在一起或呈相互過渡關系，少量片狀構造、塊狀構造、斑點狀構造。①條帶狀構造：以細紋—條紋狀為主，細條痕—條痕狀次之，淺色條帶以石英為主，黑色條帶以鐵礦物為主，其帶內礦物粒度相對較粗，二者常交替或重疊，為該區(qū)礦石礦物最主要構造類型；②浸染狀構造：以稠密浸染狀（鐵礦物含量在20%～30%）構造為主，稀疏浸染狀（鐵礦物含量小于20%）構造次之。局部硫化物和碳酸鹽礦物呈星點狀分布于礦石中。

3.3 礦體頂?shù)装鍑鷰r及夾石

鐵礦體均賦存于太古界太華巖群鐵山嶺巖組沉積變質巖中，且大致呈似層狀近東西向展布。礦體頂、底板巖石主要為斜長角閃片麻巖、黑云斜長片麻巖，與礦體呈漸變接觸關系，無截然界限，部分頂板圍巖為侏羅系紫紅色礫巖、泥巖、泥質粉砂巖。

礦體夾石主要為小于邊界品位的含鐵角閃石英巖、黑云母片巖、斜長角閃片麻巖、黑云斜長片麻巖、含磁鐵礦（石榴）斜長角閃巖及鉀長花崗巖脈、正長巖脈等，夾石厚度不等。

4 成因探討

認為礦床成因為海底火山噴流—變質改造而形成的沉積變質硅鐵建造鐵礦床，主要受地層因素控制，為成礦的物質基礎，后期區(qū)域變質作用呈催化作用，構造及巖漿巖對成礦作用無直接聯(lián)系[9-10]。

（1）地層因素。礦床大地構造位置為華北板塊新太古代陸核，沉積期板塊內構造活動較頻繁，基性、中酸性海底火山及其伴生的富硅、鐵氣液噴發(fā)活動頻繁，條帶狀鐵建造多沉積于陸架淺海，也可形成于深水盆地，成礦后含鐵建造經歷了不同程度的區(qū)域變質及混合巖化作用。

礦床賦存于新太古界太華巖群鐵山嶺巖組上段，原巖主要為海相基性及中酸性火山碎屑巖、碳酸鹽巖與含鐵建造。礦體主要呈似層狀，少數(shù)為透鏡狀，呈多層狀出現(xiàn)，層位穩(wěn)定，與上下巖層呈明顯整合接觸關系，受一定層位控制，鏡下顯微觀測顯示石英磁鐵礦薄層呈相間排列、互為條帶，條帶較為平直且為原生沉積成因。鈦、鋁、錳特征元素含量低，與沉積變質鐵礦平均值一致。

（2）變質作用。礦區(qū)變質作用為區(qū)域變質作用，礦床成因為前變質作用的產物，即原巖轉換為礦層。原巖在區(qū)域作用過程中發(fā)生重結晶，有時發(fā)生分異聚集作用而成礦。礦石的結構主要為柱粒狀、鱗片粒狀變晶結構，其特征為全晶質，晶形多為半自形—他形，片、柱狀礦物伸長較大，粒狀礦物也普遍伸長，呈定向排列，石英波狀消光尤為發(fā)育；次為交代結構、壓碎結構、重結晶結構。礦石構造主要為條帶狀和浸染狀構造、片狀構造、塊狀構造。