豫北楊家莊外圍鐵礦床地質(zhì)特征及礦床成因分析

王春永

(河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第一地質(zhì)大隊(duì)，河南 鄭州 450016)

0 引 言

楊家莊外圍鐵礦床位于豫北安林地區(qū)，安林地區(qū)是我國(guó)華北地區(qū)重要的接觸交代型鐵礦基地，分布著李珍鐵礦、東冶鐵礦、楊家莊鐵礦等中小型鐵礦床(點(diǎn))50余處，成礦條件良好。本文在收集以往地質(zhì)、科研資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合該區(qū)開(kāi)展的鉆探、高精度磁測(cè)等勘查工作，對(duì)該礦區(qū)礦床地質(zhì)特征進(jìn)行了總結(jié)和稀土元素特征分析，對(duì)礦床成因進(jìn)行了分析探討，指出了本區(qū)的控礦因素和找礦標(biāo)志，以期對(duì)該區(qū)鐵的找礦工作有所啟發(fā)。

1 成礦地質(zhì)背景

楊家莊外圍鐵礦床位于林州市橫水鎮(zhèn)，大地構(gòu)造位置于華北板塊晉冀聯(lián)合陸塊中東部，太行山復(fù)式背斜南段(圖1)。區(qū)內(nèi)構(gòu)造發(fā)育，斷裂構(gòu)造主要有NE-NNE向、SN向和NW向3組，以NE向?yàn)橹?，褶皺?gòu)造局部發(fā)育[1]，區(qū)內(nèi)鐵礦主要受EW向隱伏基底斷裂與NNE向蓋層構(gòu)造的聯(lián)合控制[2]。巖漿巖活動(dòng)頻繁，成分復(fù)雜，從超基性巖至堿性巖皆有出露，其中以燕山期中性閃長(zhǎng)巖分布最廣，與安林地區(qū)鐵礦成礦關(guān)系最為密切，呈似層狀侵入于馬家溝組灰?guī)r，為邯邢式鐵礦的成礦母巖。

圖1 研究區(qū)的大地構(gòu)造位置(據(jù)李俊建等[3]，2005修改)

2 地球物理特征

2.1 區(qū)域航磁異常特征

1978～1979年，河南省地質(zhì)局航空物探隊(duì)在研究區(qū)開(kāi)展了1∶5萬(wàn)安陽(yáng)工區(qū)航磁測(cè)量工作，提交了《河南安陽(yáng)工區(qū)航空磁力測(cè)量成果報(bào)告》。根據(jù)1∶5萬(wàn)航磁資料分析，研究區(qū)總體為一平靜的負(fù)磁異常場(chǎng)。磁場(chǎng)強(qiáng)度一般為-50 nT至-250 nT之間，由北西向南東方向負(fù)值逐漸加大。在區(qū)域磁場(chǎng)背景上，局部異常明顯受地質(zhì)構(gòu)造，特別是北北東向構(gòu)造控制。根據(jù)地質(zhì)環(huán)境、區(qū)域磁場(chǎng)特征和局部異常的展布性質(zhì)，將安林鐵礦區(qū)航磁局部異常大致可以分為呈北北東向展布的兩個(gè)局部異常帶，二者正是燕山中晚期巖漿巖體和該類巖體與奧陶系馬家溝組灰?guī)r接觸形成的矽卡巖型鐵礦的反映。

2.2 地磁異常特征

2006～2009年河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局第一地質(zhì)調(diào)查隊(duì)在進(jìn)行1∶5萬(wàn)水冶鎮(zhèn)幅和林縣幅礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查時(shí)，開(kāi)展了1∶5萬(wàn)的地面高精度磁法掃面工作。由1∶5萬(wàn)高精度磁法測(cè)量成果可知，研究區(qū)內(nèi)正異常值為60 nT，但其北部伴生負(fù)值卻為80 nT，在負(fù)值區(qū)找到了鐵礦體。因此，負(fù)值超?，F(xiàn)象，是安林鐵礦區(qū)找尋鐵礦的有效標(biāo)志。

3 礦區(qū)地質(zhì)特征

3.1 地 層

區(qū)內(nèi)出露地層相對(duì)簡(jiǎn)單，主要為中奧陶統(tǒng)馬家溝組(O2m)及第四系(Q)。中奧陶統(tǒng)馬家溝組(O2m)從下而上可分為O2m3、O2m4、O2m5，主要的賦礦地層為第三巖性段O2m3的白云質(zhì)灰?guī)r、泥灰?guī)r為主、石灰?guī)r、局部呈角礫狀灰?guī)r。在靠近巖體部位已蝕變與成礦關(guān)系最為密切的大理巖或矽卡巖。

第四系(Q)分布于河溝及低洼地區(qū)，主要為耕植土、黃土、砂土等。

3.2 構(gòu) 造

區(qū)內(nèi)主要構(gòu)造由楊家莊—上臺(tái)主背斜，軸向120°左右，北翼陡，南翼緩，縱貫全區(qū)。前者延伸最長(zhǎng)，向東南延伸區(qū)外，傾沒(méi)在王家窯村東。這一背斜控制了全區(qū)的構(gòu)造形態(tài)。區(qū)內(nèi)主要斷裂有張家井?dāng)鄬樱呦騈NE，從張家井南到西溝南西，延伸長(zhǎng)度約3 700 m，傾向NWW，傾角約80°，斷距約20～30 m。張家井測(cè)區(qū)東南部分布有兩條NE向斷層。

2.3 巖漿巖

區(qū)內(nèi)巖漿巖包括超基性巖、中性巖和堿性巖，巖漿巖的產(chǎn)狀以順層侵入形成巖床為主，當(dāng)與圍巖接觸邊界復(fù)雜時(shí)，形成玫瑰花狀[4]。礦區(qū)附近發(fā)育有磊口—楊家莊燕山期閃長(zhǎng)巖體，與磁鐵礦的生成關(guān)系極為密切，為成礦母巖(圖2)。

圖2 研究區(qū)地質(zhì)及構(gòu)造簡(jiǎn)圖

4 礦床地質(zhì)特征

4.1 礦體賦存部位、形態(tài)及規(guī)模

礦體主要分布在研究區(qū)西部，經(jīng)探礦工程控制，共發(fā)現(xiàn)Ⅰ、Ⅱ號(hào)兩個(gè)鐵礦體，均產(chǎn)于O2m3灰?guī)r與閃長(zhǎng)巖的接觸帶中，礦體頂板為灰?guī)r或大理巖，底板為閃長(zhǎng)巖或矽卡巖。

Ⅰ號(hào)礦體：位于張家井村東，長(zhǎng)340 m，寬40～250 m，礦體傾向北西，傾角5°。賦存標(biāo)高378～386.84 m，礦體埋深15～33.36 m，礦體平均真厚度1.46 m，TFe平均品位40.60%，mFe平均品位33.39%，單工程礦體mFe/TFe為85%。

Ⅱ號(hào)礦體：位于前白壁村東，長(zhǎng)260 m，寬60～200 m，礦體傾向北西，傾角18°。礦體埋深38.32～42.94 m，賦存標(biāo)高351.19～355.81 m。礦體平均真厚度4.39 m， TFe平均品位39.89%，mFe平均品位34.68%，單工程礦體mFe/TFe為86%。

4.2 礦石特征

(1)礦石礦物成分：主要金屬礦物為磁鐵礦，次為黃鐵礦，主要脈石礦物為透輝石、透閃石、石榴石、方解石，另有少量的綠泥石等。

(2)礦石化學(xué)成分：通過(guò)采樣分析，TFe平均品位40.15%，mFe平均品位34.20%，ω(mFe)/ω(TFe)達(dá)85%，屬于磁性鐵礦石。礦石中有害雜質(zhì)為S、P，其中S含量一般為0.015%～8.97%，平均為1.95%。P含量為0.03%～0.11%，平均0.05%。

(3)礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造：結(jié)構(gòu)為細(xì)粒半自形—自形晶粒狀結(jié)構(gòu)，少為他形晶粒狀結(jié)構(gòu)；礦石構(gòu)造為條帶狀構(gòu)造(圖3)、致密塊狀構(gòu)造(圖4)和浸染狀構(gòu)造。

圖3 條帶狀磁鐵礦石

圖4 致密塊狀磁鐵礦(反光)

(4)礦石類型：按組成礦石的主要鐵礦物，礦石的自然類型為磁鐵礦石；按全鐵(TFe)品位劃分，礦石的工業(yè)類型為需選礦石。

4.3 圍巖蝕變

圍巖蝕變種類繁多，主要有矽卡巖化、大理巖化、碳酸鹽化、綠簾石化及綠泥石化等。矽卡巖化與成礦關(guān)系極為密切。

矽卡巖化：主要有透輝石矽卡巖和石榴石矽卡巖兩種。前者為淺綠色至暗綠色，主要由透輝石、透閃石、綠簾石、綠泥石等礦物組成，常為條帶狀，與成礦關(guān)系極為密切，常見(jiàn)于礦層之下；后者灰褐色，多位于礦體的邊部或礦體之上，與成礦有關(guān)但不如前者密切，常含礦但品位很低。

大理巖化：與成礦有一定的關(guān)系，但不密切。當(dāng)大理巖中有黑色方解石存在或在接觸帶附近有粉末狀大理巖存在時(shí)，則可能與成礦有關(guān)。

碳酸鹽化：一般在火成巖的淺部或矽卡巖外圍，其礦物成分隨圍巖成分及生成的溫度、壓力不同而異。

綠簾石化、綠泥石化：是近礦圍巖蝕變由交代透輝石、斜長(zhǎng)石、角閃石而成，當(dāng)矽卡巖中綠簾石、綠泥石發(fā)育時(shí)，也可作為找礦的標(biāo)志之一。

5 控礦因素及找礦標(biāo)志

5.1 控礦因素

5.1.1 構(gòu)造控礦

安林地區(qū)已知鐵礦礦田和礦體的分布主要受EW向隱伏基底斷裂與NNE向蓋層構(gòu)造的聯(lián)合控制。其中褶皺構(gòu)造對(duì)礦床有明顯的控制作用，礦區(qū)內(nèi)侵入體接觸帶構(gòu)造則對(duì)礦體的產(chǎn)狀、規(guī)模、形態(tài)等起重要控制作用，層間滑脫面是礦質(zhì)沉淀的有利空間。

5.1.2 巖漿巖控礦

本區(qū)巖漿活動(dòng)頻繁，燕山期中性閃長(zhǎng)巖分布廣泛，呈似層狀侵入于馬家溝組灰?guī)r，具高堿富鈉特征[5]，與鐵礦成礦關(guān)系最為密切，為礦床的形成提供了物質(zhì)來(lái)源。

5.1.3 巖性控礦

據(jù)統(tǒng)計(jì)，安林地區(qū)鐵礦床(點(diǎn))均賦存于O2m3中。本礦區(qū)的礦體產(chǎn)于馬家溝組灰?guī)r第三巖性段O2m3與蝕變閃長(zhǎng)巖體接觸帶中。矽卡巖和礦體的生成及其物質(zhì)化學(xué)成分一定程度上受質(zhì)純的灰?guī)r控制，而不純的泥質(zhì)灰?guī)r或白云巖夾層，對(duì)下部礦液的聚集起到了屏障封閉作用，巖性控礦明顯。

5.2 找礦標(biāo)志

(1)鐵礦主要賦存于 O2m3灰?guī)r與閃長(zhǎng)巖的接觸部位，特別是下接觸帶底板是深部找礦的潛力部位；

(2)矽卡巖化中伴隨有較強(qiáng)的綠泥石化、綠簾石化蝕變是主要的直接找礦標(biāo)志；

(3)區(qū)域上強(qiáng)或弱的航磁異常是該區(qū)的找礦標(biāo)志之一；

(4)地面磁異常低緩或負(fù)值超?，F(xiàn)象是該區(qū)尋找鐵礦的有效標(biāo)志。

6 稀土元素特征

本次在楊家莊礦區(qū)采集了巖體、灰?guī)r和礦石樣品進(jìn)行了微量元素地球化學(xué)分析，結(jié)果見(jiàn)表1[6]。從表1看出，巖體中稀土總量最高，在101.35×10-6～135.90×10-6之間，灰?guī)r中最低，在7×10-6～15.69×10-6之間，磁鐵礦石除YJZ-36樣品較低(4.3×10-6)外，其余含量在16.81×10-6～81.96×10-6，介于巖體與灰?guī)r之間(圖5)，反映了接觸交代鐵礦石微量元素來(lái)源于二者之間。

圖5 楊家莊礦區(qū)灰?guī)r、巖體、礦石稀土元素配分曲線(◇—灰?guī)r；△—巖體；□—礦石)

表1 楊家莊礦區(qū)灰?guī)r、閃長(zhǎng)巖體和礦石的稀土元素組成及相關(guān)參數(shù) ×10-6

7 礦床成因

7.1 成礦時(shí)代和物質(zhì)來(lái)源

據(jù)前輩對(duì)安林地區(qū)鐵礦床的測(cè)年研究，董建華等[8](2003)測(cè)得太行山花崗閃長(zhǎng)巖體鋯石U-Pb年齡為129～137 Ma。彭頭平等[9](2004)獲得東冶礦區(qū)內(nèi)閃長(zhǎng)巖的年齡主要集中在燕山期，SHRIMP鋯石年齡為125.9±0.9 Ma。該年齡代表了南太行山典型閃長(zhǎng)巖體的形成時(shí)代，也反映了本研究區(qū)矽卡巖型鐵礦床的成礦時(shí)代為燕山期。

從楊家莊礦區(qū)的巖礦石稀土配分曲線(圖5)可以看出，除YJZ-36樣品外，磁鐵礦石樣品的配分曲線與該區(qū)閃長(zhǎng)巖體的稀土配分曲線有較好的吻合，這說(shuō)明成礦作用與巖漿有關(guān)，巖體可能是鐵質(zhì)的主要來(lái)源，這一結(jié)論與陳艷等的研究相一致[10]。因此，本礦區(qū)鐵礦的物質(zhì)來(lái)源為深源巖漿。

7.2 礦床成因

該礦區(qū)鐵礦成因類型為與巖漿巖體時(shí)空分布具成因聯(lián)系的接觸交代型鐵礦。燕山期的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，在本區(qū)產(chǎn)生了褶皺以及與之平行的斷裂。超基性的角閃石巖和角閃長(zhǎng)巖首先沿破裂通道上升，與圍巖接觸后，除熱變質(zhì)作用外，局部尚可形成矽卡巖，但不見(jiàn)礦；隨著構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的繼續(xù)進(jìn)行，中性的閃長(zhǎng)巖體不斷地侵入，致使大理巖發(fā)生矽卡巖化，但一般不含礦。

續(xù) 表

巖漿期后的有用物質(zhì)，隨著氣體和熱水溶液的上升，發(fā)生交代作用，使形成的矽卡巖復(fù)雜化，磁鐵礦由此形成。而后又陸續(xù)生成透閃石、陽(yáng)起石、綠簾石、黃鐵礦、綠泥石、方解石等礦物?？梢?jiàn)熱液作用從高溫期一直延續(xù)到中低溫期。

中性巖漿侵入到碳酸巖層，伴隨巖漿分異作用，部分巖層被同化，析出了巖漿中的鐵質(zhì)，富含Na、Fe的流體在巖漿期后大量聚集，與圍巖發(fā)生交代作用形成鐵質(zhì)礦液，在碳酸鹽質(zhì)圍巖及侵入體頂部接觸帶內(nèi)形成接觸交代型鐵礦。

8 結(jié) 論

楊家莊外圍鐵礦床賦存于馬家溝組灰?guī)r與蝕變閃長(zhǎng)巖體解接觸帶中，圍巖蝕變形成大理巖、碳酸鹽化蝕變巖，閃長(zhǎng)巖體蝕變形成矽卡巖、綠簾、綠泥石化蝕變巖，為接觸交代矽卡巖型鐵礦，受構(gòu)造、巖漿巖和巖性控制，成礦物質(zhì)來(lái)源為深源巖漿。航磁異常、地表礦化及矽卡巖化伴隨綠泥石化等是主要的找礦標(biāo)志，含礦層位主要為O2m3灰?guī)r與閃長(zhǎng)巖的接觸部位，特別是下接觸帶底板是深部找礦的潛力部位。