遷安市蔡園西溝鐵礦地質特征

翟保良

(河北省地礦局第五地質大隊 唐山 063000)

1 區(qū)域地質特征

該區(qū)大地構造位置處于燕山臺褶帶(Ⅱ)馬蘭峪復式背斜(Ⅲ)遵化穹褶束(Ⅳ)的中南部遷安穹隆的西部邊緣褶皺帶中。

該區(qū)屬深變質巖區(qū),區(qū)域變質作用具有多期性,且相互疊加,再加上混合巖化作用的影響,使得本區(qū)變質巖相較復雜。

區(qū)內出露地層主要為中太古界遷西(巖)群三屯營組變質巖,其次為中元古界長城系常州溝組及第四系地層。其間經常出現(xiàn)磁鐵石英巖和輝石磁鐵石英巖,形成規(guī)模不等的礦體。

遷安礦區(qū)含礦變質巖系處在古遷安隆起的西緣,其形態(tài)為一向西突出的弧形構造帶。區(qū)內的基本褶皺形態(tài)呈同斜箱狀,復式背斜呈M 形,復式向斜呈W 形。而復式向斜內,控礦褶皺多為兩向斜一背斜組合,背斜脊狀凸起,向斜翼陡底平,許多大、中型鐵礦均聚集于向斜褶皺帶中,且礦體向深部均有較大延深。

2 礦區(qū)地質特征

2.1 地層

礦區(qū)出露地層主要為中太古界遷西(巖)群三屯營組變質巖,其次為第四系地層。

(1)中太古界遷西群三屯營組

巖性主要有紫蘇斜長片麻巖、黑云斜長片麻巖,夾磁鐵石英巖。由于受區(qū)域混合巖化作用,變質巖在成分、構造、結構等方面都發(fā)生了很大變化。按受混合巖化程度大小可分為混合花崗巖和混合質片麻巖。兩種巖類無明顯層位關系,且以后者為主。其片麻理走向10°～30°,傾向北西,傾角40°～70°,與區(qū)域構造線方向基本一致。

礦區(qū)內遷西群變質巖主要為三屯營組二段及三段第一層。

三屯營組二段(Ars2)： 巖石以黑云變粒巖、黑云淺粒巖、磁鐵石英巖組成。混合巖化作用形成混合花崗巖、混合片麻巖、黑云混合巖及黑云混合片麻巖層。

三屯營組三段第一層(Ars3-1)： 巖石以紫蘇黑云變粒巖、紫蘇麻粒巖夾磁鐵石英巖、黑云變粒巖及斜長角閃巖組成。混合巖化作用形成紫蘇黑云混合巖化片麻巖層,該層為礦床鐵礦體主要含礦層位。

(2)第四系

多分布在溝谷平地中,主要為亞砂土、亞粘土。河床中有粗砂及礫石,礫石磨圓度良好。

2.2 構造

區(qū)內構造復雜,但主要以褶皺構造和斷裂構造為主。

(1)褶皺構造

蔡園西溝鐵礦床整體受“孟家溝—北屯—蔡園西溝復式向斜”中的蔡園西溝復式向斜構造控制,主體褶皺構造以緊密倒轉為特點,斷裂構造韌性斷層呈帶狀展布為特征,由于兩者雙重作用,使礦床地層及礦體在平面上呈一向西突出的弧形展布,同時使礦體呈現(xiàn)牽引和拖拉現(xiàn)象(圖1)。

①主體褶皺構造—蔡園西溝復式向斜

鐵礦床復式向斜構造形態(tài)是經歷次勘探證實的,其中N1600-N1800線褶皺地段是可以對比的,該礦床主要含礦地層為Ars3-1,由各礦體在剖面上所表現(xiàn)的形態(tài)特征來體現(xiàn)。

圖1 蔡園西溝鐵礦床褶皺構造模式剖面圖(N1600線)

向斜皺褶較緊密,軸面總體走向為NE30°,傾向NW,傾角60°～70°間。因受韌性斷層的影響,使向斜的局部位置遭受破壞,如翼部的礦體呈透鏡體及扁豆體。

②次級褶皺構造

礦床復式向斜構造是由三個次級向斜及二個背斜組成,因受韌性斷層帶的影響,背斜皺褶表現(xiàn)十分緊密,也可以說是被韌性斷層所代替。

西(上)部緊密倒轉向斜： 向斜全長約550m,主要由Ⅰ號礦體及韌性斷層帶的圍巖組成,位于礦床西部N1350-N1875線地段。向斜兩端翹起,總體呈梭行。軸面走向近SN,傾向W,傾角70°～75°。

中(下)部倒轉向斜： 向斜全長約1000m 左右,縱向上貫穿整個礦床,主要由Ⅱ號礦體組成。倒轉翼稍陡65°～70°,正常翼稍緩50°～55°,軸面走向NE30°,傾向NW,傾角60°～65°。由于韌性斷層的影響,倒轉翼礦體局部呈透鏡體及扁豆體,產狀也相應變陡。

東部倒轉向斜： 向斜全長約450 m 左右,主要由Ⅲ號礦體組成,位于礦床東部N1200-N1700線間,向斜兩端翹起,并很緊密,但目前由于柳河峪斷層的韌性剪切作用使向斜北端抬高,南段相對降低。軸面走向NE35°左右,傾向NW,傾角65°～70°,由于斷層剪切拖拉作用影響,使礦體呈多層狀及扁豆狀。

西部倒轉背斜： 該背斜位于西部、中部向斜之間,且西部中部向斜與其并列平行。背斜軸面傾向NW300°,傾角70°左右,翼部由Ⅰ號及Ⅱ號礦體組成,核部由韌性斷層帶內的壓碎巖組成。

東部倒轉背斜： 背斜位于中部、東部向斜之間,軸面傾向NW305°,傾角65°左右。西翼由斷層帶內的壓碎巖組成,局部由Ⅱ號礦體組成,東翼由Ⅲ號礦體組成,核部被FK1斷層帶東邊界切割。

(2)斷裂構造

礦床斷裂構造發(fā)育,并以古老的韌性斷層為主,規(guī)模較大。后期脆性斷裂次之,規(guī)模很小。韌性斷層深部韌性特征明顯,地表及淺部以脆性變形為主,其結構具有雙層模式的特點(圖2)。

經對資料綜合研究認為,與礦床緊密相關并起影響和控制作用的斷裂帶為FK1、FK6。

①FK1—韌性斷層帶

出露長度達2000m,寬度73～180m 不等。該斷裂帶南起N1100 線以南,一直延伸至北屯南N2900線附近。出露長度達2000m,寬度150～180 m 不等。斷層帶總體走向NE30°,傾向NW,傾角60°～88°不等。該斷裂帶表現(xiàn)韌性壓兼扭的力學性質。礦床Ⅰ號礦體南段及Ⅱ號礦體受其嚴格控制,雖然由應力差、塑性差及邊界條件的差異出現(xiàn)了一些扭動但位移不大,對礦體有一定的影響及破壞作用。局部地段鐵礦呈透鏡狀、扁豆狀,偶見鐵礦呈角礫巖、壓碎巖及粗糜棱巖。

②FK6—韌性斷層帶

該斷層帶在N1600線以南與FK1復合在一起并受其切割,特征明顯,南起N1300線,北經Ⅰ號礦體北端至尖山礦體,長達1350 m,寬度20～220 m不等。走向近SN,傾向W,傾角80°～87°,該斷裂總體上表現(xiàn)壓兼扭的力學性質。斷裂帶由地質點和N1300-N1875線的地表工程及深部工程控制,Ⅰ號礦體北段礦體受其嚴格控制,對礦體起一定的影響和破壞作用。其中,Ⅰ號礦體在N1500線以北發(fā)生扭動,Ⅰ、Ⅱ號礦體局部地段呈透鏡狀及扁豆狀,少見鐵礦呈角礫及壓碎狀。

③其他韌性斷層帶

本區(qū)韌性斷層帶較多,其他斷層帶特征詳見表1。

圖2 蔡園西溝鐵礦床斷裂構造模式平面圖

2.3 巖漿巖

礦區(qū)內無大的巖漿巖體出露,只分布有數(shù)量不多、規(guī)模較小的巖脈產出。

(1)橄欖輝長巖脈

地表沿N1700 線分布,驗證鉆孔為CK50、CK64、CK63。巖脈走向40°～57°,傾向NW,傾角80°,厚度5～15m,僅在N1700線切穿礦體。巖石呈灰黑色,塊狀構造,呈球狀風化。礦物成分主要為斜長石、普通輝石、紫蘇輝石、橄欖石及微量磁黃鐵礦、黃鐵礦、磁鐵礦。

(2)煌斑巖

出現(xiàn)于N1600 線附近,長度短,厚度2～3 m。煌斑巖呈深灰綠色,中粗粒結構,塊狀構造,由長石、輝石、角閃石、黑云母及微量金屬礦物組成。

(3)偉晶巖脈

分布廣泛,規(guī)模較小,一般斜切片麻理方向,巖脈傾角陡,常在80°以上,對礦體破壞性不大。巖石為淺肉紅色,粗粒結構,偉晶構造,主要礦物成分為鉀長石、石英及少量角閃石、赤鐵礦。

表1 次要斷層特征一覽表

3 礦體地質特征

3.1 礦體規(guī)模及產狀

礦區(qū)內共有5條礦體,分別為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ號礦。礦體規(guī)模不一,特征見表2。

表2 礦體規(guī)模產狀一覽表

(1)Ⅰ號礦體

主要分布于N1300—WN1900 線之間,全長560m,平均厚度35 m。ⅠFK1n 延深250 m,ⅠFK1w 延深270 m。均延深較淺,基本賦存在-100m標高以上。礦體在剖面上總體為一緊密倒轉向斜構造形態(tài),核部巖層多為礦層夾層。平面上呈一扁豆體,因受FK1和FK6韌性斷層的影響,局部地段拉伸變薄,轉折加厚及扭動彎曲現(xiàn)象明顯。礦體總體走向近SN,總體傾向西,傾角65°～75°(表3)。

(2)Ⅱ號礦體

該礦帶分為四個礦體,其中以Ⅱ-1 礦體規(guī)模最大(表4)。

Ⅱ-1 礦體： 主要分布于N1400—WN2100 線地段,全長750 m,平均厚度為31.3 m。為深部盲礦體,傾向延深較大,達-400m 標高。礦體在剖面上為一倒轉向斜構造形態(tài),在N1500—N1800線間呈多層狀,上部分枝撒開,下部合攏呈手掌形。礦體總體走向NE30°,傾向NW,傾角60°～65°,其中倒轉翼礦體較陡,局部達70°,正常翼礦體較緩為50°。

Ⅱ-2 礦體： 分布在N1600—N1800 線為復式向斜構造的倒轉翼,受FK1斷層影響,分離成為一個透鏡體。

Ⅱ-3礦體： 分布在WN2000線Ⅱ-1 礦體的頂部,呈孤立的小透鏡狀存在。

Ⅱ-4礦體： 分布在N1500線Ⅱ-1礦體上部,呈透鏡體。

表3 Ⅰ號礦體地質特征表

表4 Ⅱ號礦體地質特征表

(3)Ⅲ號礦體

主要分布于N1100—N1700 線之間,全長460 m,地表出露礦體長度390m,平均厚度21.9m。礦體自N1250線以北出露地表,南段逐漸潛伏延伸為近地表盲礦體,其下延最低標高為-411 m。礦體呈多層狀、扁豆狀產出,總體走向NE35°,傾向NW,傾角65°～70°。根據(jù)礦體為多層狀及各自的賦存特點,可分為四個小礦體。其中,Ⅲ-3礦體已采空,特征詳見表5。

表5 Ⅲ號礦體地質特征表

(4)Ⅳ號礦體

主要分布于N1200線地段,礦體長約36m,平均厚度13m。礦體呈透鏡狀,下延不大,下延最低標高37m。走向NE30°,傾向NW,傾角60°左右。

(5)Ⅴ號礦體

主要分布在N1100線地段,礦體全長約90m,平均厚度11m。礦體呈透鏡狀,下延不大,下延最低標高為18 m。走向NE30°,傾向NW,傾角60°～65°。

3.2 礦石質量

(1)礦石礦物成分

礦石的礦物成分簡單,金屬礦物以磁鐵礦為主,假像赤鐵礦較少；非金屬礦物以石英、紫蘇輝石為主,少量普通輝石、角閃石、石榴石。

副礦物有黃鐵礦、磷灰石等。此外,還有少量蝕變礦物。如,滑石、綠泥石、碳酸鹽類礦物等。礦石結構比較簡單,主要為粒狀變晶結構,次要有鑲嵌結構、似海綿隕鐵結構、變余篩狀結構等。礦石構造為條紋狀構造、條帶狀構造、片麻狀構造、塊狀構造。

(2)礦石化學成分

礦石中主要元素為Fe、Si、O,其次為Ca、Mg、Al。礦石中有益組分為鐵,TFe品位多在20%～35%之間變化,TFe品位變化不大,基本是穩(wěn)定的。S、P含量較低,均小于煉鋼、煉鐵用的鐵礦中有害組分含量要求。

3.3 礦石類型

依礦物成分不同,可將礦石劃分為三個類型。

(1)磁鐵石英巖型

磁鐵礦含量＞25%,暗色礦物＜5%,以石英為主。有條紋狀、條帶狀、片麻狀三種構造,礦體以條紋條帶狀構造為主。

(2)輝石磁鐵石英巖型

磁鐵礦含量＞25%,輝石含量在10%以上,為礦床礦石的主要類型。礦石呈黑色,中細粒結構,多呈條帶狀、條紋狀構造。

(3)赤鐵石英巖型

僅見于地表,分布分散,無一定規(guī)律。礦石深褐色,細粒致密結構,由石英、赤鐵礦、褐鐵礦組成,具條帶或條紋構造,局部石英成壓碎狀。

4 礦床成因

鐵礦體賦存在一套原巖為基性—中基性—酸性火山巖及富鐵鎂質、硅質巖和半粘土質的變質巖中,經受了麻粒巖相和角閃巖相二次變質作用,各類變質巖均遭受到了不同程度的混合巖化作用,鐵礦的成因類型為火山—沉積變質鐵礦。

5 結語

礦區(qū)內有多條斷層及皺褶構造分布,有些規(guī)模較大的斷層貫穿全區(qū),斷層厚度較大,斷層帶內呈泥狀、角礫狀,膠結差,圍巖及礦體很不穩(wěn)固,工程地質條件較差,在開拓、開采施工中要根據(jù)地質報告和施工中積累的資料提前做好突水、坍塌冒頂?shù)确雷o。

日后工作中應加強地質編錄工作,詳細描述各巖性層,利用好巖礦鑒定手段,利用好磁測井資料,為巖性分層及對比提供充實的依據(jù)。

礦床N1600線-N2000線礦體工程控制不足,建議礦山在開采過程中進行巷道內或地表可進行施工的情況下進行深部生產性補充勘查工作。

采用坑道磁法測量儀,對開采深部礦體測量剩磁,推斷深埋礦體,為礦床遠景預測提供依據(jù)。