河北遷安變質鐵礦床深部找礦突破及富礦成因探討

湯紹合

（首鋼地質勘查院地質研究所，北京100144）

河北遷安變質鐵礦床深部找礦突破及富礦成因探討

湯紹合

（首鋼地質勘查院地質研究所，北京100144）

通過2005年12月—2009年6月實施的全國危機礦山接替資源找礦項目，在河北省遷安鐵礦床的深部取得了重大的找礦突破，鉆孔見礦率達78．26%，新增鐵礦資源量2．43×109t，其中，杏山鐵礦C22線XZK0610孔和XZK0618孔均見到厚大礦體，全孔累計見礦進尺厚度分別為209．04m和169．41m。同時在XZK0610孔深915．84～970．33m處為富礦，富鐵礦體進尺長度54．49m，w（TFe）最高為59．56%，平均品位53．48%，富礦產于貧礦體中，呈層狀產出，貧礦體與富礦體呈互層狀，富鐵礦體與貧礦層屬同沉積－變質成因。

變質鐵礦；深部找礦突破；富礦成因；河北遷安

0 引言

鐵礦是戰略性礦產資源。我國自“十五”以來，鐵礦的新增探明儲量和保有儲量均呈下降之勢，近年我國鐵礦資源對外依存度約40%［1］。在我國各省（區、直轄市）的已探明鐵礦儲量中，河北省大致排名第二位，其中遷安地區是河北省重要的鐵礦基地之一。首鋼遷安礦山面臨著需要以新增鐵礦資源儲量確保持續發展的嚴峻形勢。

在2005年12月－2009年6月實施的全國危機礦山接替資源找礦項目“河北省遷安縣首鋼遷安鐵接替資源勘查”中，首鋼地質勘查院地質研究所在遷安鐵礦區的二馬和杏山地段開展了礦山外圍及深部鐵礦地質勘查工作，大致查明了2個勘查區范圍內鐵礦的地質情況和資源量，為首鋼新增鐵礦接替資源2．43×109t，并發現品位（TFe）大于50%的富鐵礦350×104t，獲得了顯著的經濟效益。而且，通過進一步研究富鐵礦的成因，可以豐富和發展富鐵礦體成因的相關理論，為貧礦層中勘查富礦提供依據。

1 遷安地區變質鐵礦地質概述

遷安地區位于華北地臺的遷安隆起，屬馬蘭峪—山海關復背斜的組成部分。遷安地區的太古宙變質鐵礦圍繞著遷安隆起的周邊分布。遷安隆起的面積約1 000km2，呈卵形產出，其基底巖層等深線顯示，在遷安市附近基底巖石的埋深最淺，向四周則依次變深；在其邊緣東西兩側分布著由太古宙遷西群含鐵變質巖系所組成的弧形褶皺帶。二馬鐵礦床位于西部褶皺帶的東部南段，杏山鐵礦床則位于西部褶皺帶的南端。

西部褶皺帶是遷安地區最重要的變質鐵礦成礦帶，由一系列復向斜帶和大石河緊密褶皺區構成。其南北兩端分別由EW向的黃金寨斷裂、曹莊斷裂與其他地質體分隔。中部近EW向的橫山斷裂則將西部成礦帶分為南北兩區，北區以柳河峪大斷裂為界分為東、西2個礦帶。二馬鐵礦床位于北區東礦帶的裴莊—二馬次向斜帶上，杏山鐵礦床位于南區的護國寺—杏山—黃柏峪復式向斜帶上（圖1）。

圖1 遷安鐵礦區褶皺（礦）帶展布圖Fig．1 Map showing distribution of fold（iron ore）belts in Qianan mining district

2 地面磁異常引領深部探礦趨向

在地球物理探礦方法中，磁法測量是勘查磁鐵礦床最為重要的技術方法之一。航空磁法和地面磁法圈定的磁異常是地下不同深度、不同規模磁性體的直接反映。本區含鐵建造的磁鐵礦礦體具有強磁性，特別是礦體產狀較陡時會引起強磁異常。區內鐵礦體主要由磁鐵礦組成，且其傾角大多＞45°，故磁法是本區勘查隱伏礦體的主要技術方法。對磁異常的合理解釋應該以鐵礦的地質認識為前提。

2．1 二馬鐵礦床地面磁異常釋義

二馬鐵礦床位于東礦帶的東部南段，整個礦床全長2 000m，依據礦體特征和賦礦層位的單斜構造特點，二馬鐵礦床可分為北段、中段和南段3部分。北段位于N1200線—N200線間，礦體平均厚度為40．7m，探明最大延伸為250m，走向30°，傾向NW，傾角30°～65°，礦體地表陡而深部變緩；中段位于N200線—S150線間，向下延深至S500線，平均厚度37．02m，走向20°～30°，傾向NW，傾角20°～80°；南段位于S150線—S1150線間，礦體平均厚度18．22m，走向30°～40°，傾向NW，傾角40°。推測鐵礦體越過S1150線后仍有存在，向南可延伸到S1800線。

由剩余磁異常平面圖（圖2）解釋可知，二馬礦體在S1150線以南仍有延伸。宮店子—二馬鐵礦帶扣除已探明鐵礦體后仍有剩余磁異常。二馬礦體的東西兩側存在范圍較大的剩余磁異常。剩余磁異常不僅寬度大，且異常軸走向與礦體走向一致，說明其是礦致異常。推斷礦體向深部有較大的延伸。

2．2 杏山鐵礦床地面磁異常釋義

杏山鐵礦床地表有露頭礦體，NE向斷裂錯切了杏山向斜構造。向斜樞紐總體走向約為350°，向S傾伏，傾伏角40°左右，軸面傾向SW，傾角75°左右；向斜東翼傾向SW，傾角50°～56°；西翼傾向SEE，傾角60°～65°。整個向斜向北揚起，向南傾伏。杏山鐵礦地表低緩磁異常形態和規模見圖3。

杏山鐵礦地表的低緩異常習慣上稱為杏山—腦峪門異常，在1∶10 000遷安礦區磁異常平面圖上顯示出它是南區乃至全礦區范圍最大的異常，由800nT圈定面積＞3km2，為一個北西端伴有負異常帽子，由SE走向向EW方向轉的倒“U”字形態，顯示礦體形態為向斜構造的特征。由于杏山礦體有露頭，故北西端的磁異常強度大、梯度陡；而腦峪門段異常除了地表有些小礦體之外，大部分異常是深部礦體的反映。雖然以往在近地表至中等深度（－600m左右）的鉆孔見到了一些厚度不大的礦體，但反演的結果抵消不了地面如此強大的剩余磁異常。以往曾對該異常進行剩余異常的研究，得到一個強度達3 000nT的EW走向的剩余異常，說明異常向南部深部仍有厚大礦體存在，這與杏山鐵礦體向S傾伏的特點是一致的。

圖2 宮店子－二馬礦帶勘探后期剩余磁異常平面圖Fig．2 Residual anomly Plan in late stage of iron ore exploration at Gongdianzi－Erma iron ore belt

圖3 杏山鐵礦床地面磁異常平面圖Fig．3 Plan of ground magnetic anomly at Xingshan iron deposit

3 深部探礦突破及其意義

根據全國危機礦山接替資源找礦項目管理辦公室下達的任務書，2006年3月開始，首鋼地質勘查院地質研究所實施勘查的河北省遷安縣首鋼遷安鐵礦接替資源勘查項目，在遷安鐵礦區的二馬和杏山地段開展了礦山外圍及深部鐵礦地質勘查工作，目的是大致查明2個勘查區范圍內鐵礦的地質情況和資源量，為首鋼接替資源的進一步勘查工作奠定基礎。

本次接替資源勘查工作共完成鉆探施工37 291．95m／42孔，見礦率為78．26%。杏山C22線的XZK0610孔和XZK0618孔均見到厚大礦體，全孔累計見礦進尺厚度分別為209．04m和169．41 m。其中，XZK0610孔深915．84～970．33m處為富礦，進尺厚度54．49m，w（TFe）品位最高59．56%，平均品位53．48%，這是遷安地區乃至全國條帶狀變質鐵礦中勘查富礦的重大突破，不僅具有顯著的經濟效益，而且豐富和發展了富鐵礦體成因的相關理論，為在貧鐵礦層中勘查富礦提供了依據；二馬S1400線EZK0608孔605．83～732．64m見礦進尺35．96m，證實二馬礦體延伸至－600m標高仍然存在，揭示礦床外圍及深部找礦潛力很大。經過3．5年度的勘查，本項目初步估算預期新增333鐵礦資源量（礦石量）：杏山1．43×109t（全礦平均品位w（TFe）＝33%）；二馬1．21×109t（全礦平均品位w（TFe）＝28%）。

遷安地區含鐵變質建造的變質深度達麻粒巖相，而變形作用強烈且復雜，對同生鐵礦層的再造十分顯著。研究本區鐵礦層的控礦構造樣式歷來倍受重視。本次勘查研究成果提出2種不同的控礦構造樣式。其一是單斜構造控礦樣式，見于二馬鐵礦床。實施本項目設計中，認為二馬鐵礦床為“倒轉向斜”控礦樣式。但鉆探見礦孔證實，鐵礦層仍為單斜樣式向深部延伸，而且預期求獲的鐵礦資源量大于設計時的預測。其二是向斜構造控礦樣式，見于杏山鐵礦床。該礦床的施工設計認為屬向斜控礦構造。深部探礦初步查明，其為一翼（SW翼）陡立的歪斜向斜構造樣式。正確認識區內變質鐵礦層的控礦構造樣式，對普查找礦和深部探礦均有重要的指導作用。

4 深部富鐵礦體及成因

遷安地區的變質鐵礦以品位較低的貧礦石為主，已知貧鐵礦層中的富鐵礦（w（TFe）＞45%）規模甚少，以往的勘探報告有厚度為0．06～17．66m，平均厚度4．68m，品位w（TFe）＝47．07%～60%，平均品位51%的記錄［2］。本項目發現的富鐵礦體厚度及w（TFe）平均品位均高于以往的記錄，是迄今為止遷安地區發現的最厚的富鐵礦層（圖4，圖5）。

4．1 富鐵礦體地質特征

富鐵礦體呈多層狀賦存在貧鐵礦層中，兩者產狀一致，并呈過渡關系，與富礦體直接接觸的頂板、底板貧礦石的品位較高（w（TFe）分別為35．48%和42．75%）；富鐵礦中夾有貧礦層（w（TFe）＝22．89%），底板貧礦層中亦含富礦層（w（TFe）＝48．64%），而且不乏w（TFe）＞40%的準富礦層，頂板貧礦層中亦見w（TFe）＝41．51%的準富礦層。總之，富礦體與貧礦體呈互層產出，厚大富礦體頂、底板貧礦層的w（TFe）明顯高于區內不含富礦體的貧礦層。

圖4 遷安鐵礦（杏山區）勘查范圍及工程布置平面圖Fig．4 Plan of extent and workings layout of Xingshan prospecting area in Qianan iron mine

圖5 遷安鐵礦杏山C22勘探線見礦剖面圖Fig．5 Profile showing iron ore layers hit at line C22in Qianan iron mine

富鐵礦體的累計視厚度54．49m，品位w（TFe）＝49．4%～59．56%，12件樣品的平均品位為53．48%，這一數值與本區以往地勘報告中的薄層富鐵礦的平均品位基本一致。遷安地區以往查明的貧鐵礦的品位w（TFe）＝25%～30%，主體位于淺部－中部，而XZK0618號孔礦層中49件樣品的品位w（TFe）＝20．81%～44．55%，平均34．26%，最高品位w（TFe）＝44．55%，品位＞30%者有33件，占樣品總數（49件）的67．3%。

總體看，貧礦體的全鐵品位自地表向深部有增高的趨勢。這不僅表現在XZK0610鉆孔的貧礦中，而且未見富礦體的XZK0618鉆孔的貧礦體亦然。

富礦體屬單孔揭示，同一勘探線（C22線）的XZK0618號鉆孔則未見富礦體，單樣品最高品位為準富礦（44．55%），而XZK0610北東側的XZK0611鉆孔沒有見到厚層貧礦及其中的富礦體。XZK0610揭示的富礦體被斷層錯斷。據此認為，富礦體的原始形態為透鏡體，目前所見大約是原礦體的1／2。

富礦體的礦物成分為金屬礦物和脈石礦物。金屬礦物主要為磁鐵礦，少量為假像赤鐵礦和黃鐵礦；脈石礦物以石英為主，次為鎂鐵閃石及輝石，少量碳酸鹽礦物。副礦物主要為磷灰石、鋯石等。

（1）磁鐵礦：呈他形－半自形粒狀集合體，多呈條帶狀分布。與鎂鐵閃石、輝石鑲嵌構成暗色條帶并呈細脈穿切和交代鎂鐵閃石和輝石晶體；或與石英犬牙交錯互相包裹鑲嵌組成淺色條帶，被石英包裹的磁鐵礦呈自形－半自形。磁鐵礦有含量為60%～80%。

（2）黃鐵礦：呈星點狀，他形粒狀，含量＜1%。分布在磁鐵礦中，交代磁鐵礦現象明顯。

（3）石英：呈他形粒狀，呈鋸齒狀互相鑲嵌，拉長定向排列，含量20%～40%。受混合巖化及構造的影響，石英顆粒有加粗現象。

（4）鎂鐵閃石：多為長柱狀，聚片雙晶發育；與磁鐵礦、輝石鑲嵌在一起組成暗色條帶。

（5）輝石：為透輝石和紫蘇輝石。透輝石呈短柱狀，灰綠色，C∧Ng＝38°～40°，多與紫蘇輝石共生，經常蝕變為綠泥石；紫蘇輝石呈短柱狀，褐色－紫紅色多色性為特征，也有變斑晶出現，常蝕變為黑云母和綠泥石。

富鐵礦體的礦石構造有2類：細粒富鐵礦石呈紋層狀構造；中粗粒富鐵礦石呈塊狀構造，局部可見重結晶加大，呈變斑晶特征。顯微鏡下顯示，從貧礦到富礦，礦石組構由條紋條帶狀過渡演化為中細粒變晶結構、粗粒變晶結構、致密團塊狀構造，原貧礦中的條紋條帶特征幾乎全部消失。

富鐵礦體的圍巖蝕變常見綠泥石化，呈分散狀分布于磁鐵礦體周邊，蝕變過程中游離出來的部分鐵質組分可能遷移并疊加于富礦體中。富鐵礦石中碳酸鹽化廣泛發育，主體呈顯微脈狀或顯微網脈穿切鐵礦物，應是富礦形成后熱液疊加的產物。此外，石英顯微脈穿切富礦石也較常見，但發育程度遠不如碳酸鹽脈。

杏山含鐵建造中的層狀斜長角閃巖和黑云母變粒巖的鋯石離子探針U－Pb年齡為25．2Ga，25．4 Ga①，應視為含鐵建造的成巖－成礦年齡。

4．2 富鐵礦體成礦條件分析

關于貧礦層條件。富鐵礦體與貧礦體呈互層狀產出，富鐵礦體產于相對厚度大和品位較高的貧礦體中，反映初始成礦物質富集的不均衡性。因此，沉積時品位較高的貧礦層應是形成富鐵礦體的重要基礎條件。

關于構造條件。新發現的富礦體主要產于陡立歪斜向斜構造的一翼。錢祥麟等［2］所稱冀東薄層富鐵礦受層間斷裂控制的現象在本次發現的富鐵礦體中未有顯現；前人總結的富礦體受褶皺構造轉折端或向斜軸部控制的情況也不明顯。所以，構造對富鐵礦體的控制作用還有待深入研究。

關于混合巖化或混合巖化熱液條件。區域混合巖化或混合巖化熱液對變質鐵礦的影響是存在的。杏山—護國寺—腦峪門一帶出露的大面積混合巖和混合片麻巖中仍然保留著數量不等、大小不一的麻粒巖、片麻巖、斜長角閃巖以及磁鐵石英巖殘留體，這些殘留體的長軸延伸方向與混合巖片麻理方向一致，反映了變質變形（即成巖成礦）后期存在著區域性的原地－半原地重熔巖漿活動，有助于沉積鐵礦層的重結晶和相對富集。

4．3 鐵質的來源

宮店子鐵礦和二郎廟鐵礦床中黃鐵礦的硫同位素δ（34S）分別為－0．9×10－3和＋1．0×10－3［2］，顯示幔源硫的特征。這2個礦床與杏山礦床的含鐵層位均為三屯營組。孟家溝鐵礦的含鐵層位位于三屯營組下部的太平寨組，該鐵礦中黃鐵礦的硫同位素δ（34S）＝＋0．4×10－3［2］，與前述2個礦床一致，硫源亦來自于上地幔。

遷安太平寨西南葦子峪一帶的二輝石巖和角閃二輝石巖中，夾有數個長10m，厚1～2m的透鏡狀含輝石磁鐵礦的富礦體，目估品位（TFe）達70%以上，推斷大量基性－超基性火山噴發是鐵質的主要來源［3］。遷安地區變質鐵礦磁鐵礦的氧同位素數據具塔式效應，眾值區間為＋2×10－3～＋7×10－3，峰值約為4×10－3［2］，與基性－超基性巖的δ（18O）（＋5．4×10－3～＋6．6×10－3）接近［3］。

區內變質鐵礦的富鐵條帶中多見細小的晶屑狀斜長石，貧鐵礦條帶中亦常見細小（0．005～0．01 mm）晶屑狀角閃石或輝石被包裹在石英中，它們均系火山碎屑物質；鐵礦石中普遍存在自形細粒（粒徑約0．01mm）磁鐵礦在石英中呈包裹體狀（他晶）產出，而且往往呈線狀平行排列，有可能是變質作用形成的定向組構［4］，但也不排除是殘留下來的某種沉積構造［5］。鐵礦石中石英的氧同位素δ（18O）＝10× 10－3～13×10－3，磁鐵礦的δ（18O）＝－2×10－3～4×10－3，可視為噴氣沉積成因［6］。遷安地區含鐵建造中含石墨變粒巖（27件）、石墨夕線斜長片麻巖（4件）中石墨的碳同位素δ（13C）＝－29．3×10－3～－17．6×10－3（圖7），峰值為－21×10－3，均值為－22×10－3［3］，顯示沉積成礦時有生物碳的參與。反映由基性－中基性火山噴發到正常沉積的多旋回沉積建造特征。

4．4 富鐵礦體的成因

遷安地區的變質鐵礦床形成于大陸邊緣活動帶海盆地的地球動力學環境，產于幔源巖漿強烈活動并有陸源沉積物和生物參與的火山盆地。礦體呈層狀產出，條紋、條帶狀礦石構造，含礦建造中含層狀有機碳等，顯示是原始沉積的產物。

圖6 遷安地區變質巖中石墨的δ（13CPDE）分布直方圖Fig．6 δ（13CPDE）histogram of graphite from metamarphic rocks in Qianan area

鑒于遷安地區的富鐵礦體產于貧礦體中，與貧礦體呈互層狀整合產出，貧礦體礦石中呈條紋狀或細條帶狀構造，因此塊狀的富鐵礦體與貧礦層均屬沉積成因。盡管富礦體在變質變形期受到疊加改造而使鐵礦品位產生富集，但其原始成因同貧鐵礦體是一致的。富鐵礦成因：厚層貧鐵礦和富鐵礦為同生沉積，同生沉積階段（大陸邊緣活動帶海盆地環境中，幔源巖漿強烈活動并有陸源沉積物和生物參與的火山噴發）局部鐵質富集，形成了富礦體的雛形，經過變質結晶、構造變形導致礦層的塑性流動，以及后期熱液疊加導致礦物重結晶，磁鐵礦變富。

5 幾點建議

（1）杏山鐵礦深部厚層鐵礦的發現對遷安礦區深部擴大找礦效果具有指導意義。例如，正在進行的白馬山鐵礦深部在已知礦體下面又發現了厚度超過200m的鐵礦層，且鉆孔見礦率達100%。建議用本次工作成果再次分析原有的勘查資料，進一步擴大鐵礦資源的突破口。

（2）經過40余年的開發，遷安礦區近地表的鐵礦體已經開采殆盡。結合本次深部找礦的新認識，對已有的磁異常應當進一步的解釋研究，建立本區的磁異常評價準則和定量計算模型，從而有效地指導遷安鐵礦資源的二次開發工作。

（3）利用遷安礦區50余年積累的大量鉆孔資料，在遷安礦區建立三維立體找礦數字模型，綜合預測深部礦體，對擴大遷安礦區的鐵礦資源量具有現實意義。

注釋：

① 徐文藝，湯紹合．遷安鐵礦區條帶狀含鐵建造的成礦模型與找礦模型綜合研究（科研報告）．北京：首鋼地質勘查院地質研究所，2007．

［1］ 周宏春，王瑞江，陳仁義，等．中國礦產資源形勢與對策研究［M］．北京：科學出版社，2005．

［2］ 錢祥麟，崔文光，王時麒，等．冀東前寒武紀鐵礦地質［M］．石家莊：河北科學技術出版，1985．

［3］ 蘭玉琦，施性明，李占德，等．冀東遷安太古代變質地質［M］．長春：吉林科學技術出版社，1990．

［4］ 程裕淇，趙一鳴，林文蔚．中國鐵礦床［M］∥中國礦床：中冊．北京：地質出版社，1994：386－479．

［5］ 張貽俠，葉挺松，閆鴻銓，等．冀東太古代地質及變質鐵礦［M］．北京：地質出版社，1986．

［6］ 沈其韓．華北地臺早前寒武紀條帶狀鐵英巖地質特征和形成的地質背景［C］∥華北地臺早前寒武紀地質研究論文集．北京：地質出版社，1998：1－32．

Breakthrough in exploration at depth of metamorphic iron deposit in Qian′an country，Hebei province and discussion on genesis of the rich ore

TANG Shao－he
（Institute of Geological Research，ShouGang Geological Exploration，Beijing100144，China）

A significant breakthrough was made in exploration at depth of Qianan metamorphic iron deposit during the execution of resource substitution exploration project of crisis mines．Drill holes were completed with iron ore－hit rate about 78%．Resource／reserve 233of 2．43×109t was newly located．Drill holes XZK0610and XZK0618at C22line in Xiangshan iron mine all encountered big and thick ore bodies and the accumulative thickness of ore layers hit in the two holes are 209．04mand 169．41mrespectively and rich iron ore is hit at interval 915．84－970．33min drill hole XZK0610．The rich iron ore penetration length is 54．49mand maximumw（TFe）is 59．56%，the average 53．48%．The rich iron ore layers are interbeded with the poor iron ore layers thus the rich and the poor are syn－sedimentary genetically．

metamorphic type iron ore；ore－searching breakthrough at depth；Genesis of rich iron ore；Qianan county；Hebei province

P611；P618．31

A

1001－1412（2012）03－0271－07

10．6053／j．issn．1001－1412．2012．03．002

2012－07－17； 改回日期： 2012－08－28； 責任編輯： 余和勇

全國危機礦山接替資源找礦項目（編號：200513001）資助。

湯紹合（1966－），男，教授級高級工程師，學士，主要從事地質礦產勘查與研究。通信地址：北京市石景山區，首鋼地質勘查院地質研究所；郵政編碼：100144；E－mail：tsh196606＠163．com