遷安市蔡園西溝鐵礦地質(zhì)特征

翟保良

(河北省地礦局第五地質(zhì)大隊(duì) 唐山 063000)

1 區(qū)域地質(zhì)特征

該區(qū)大地構(gòu)造位置處于燕山臺(tái)褶帶(Ⅱ)馬蘭峪復(fù)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(zhì)巖區(qū),區(qū)域變質(zhì)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(zhì)巖相較復(fù)雜。

區(qū)內(nèi)出露地層主要為中太古界遷西(巖)群三屯營(yíng)組變質(zhì)巖,其次為中元古界長(zhǎng)城系常州溝組及第四系地層。其間經(jīng)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(zhì)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(gòu)造帶。區(qū)內(nèi)的基本褶皺形態(tài)呈同斜箱狀,復(fù)式背斜呈M 形,復(fù)式向斜呈W 形。而復(fù)式向斜內(nèi),控礦褶皺多為兩向斜一背斜組合,背斜脊?fàn)钔蛊?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(zhì)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(yíng)組變質(zhì)巖,其次為第四系地層。

(1)中太古界遷西群三屯營(yíng)組

巖性主要有紫蘇斜長(zhǎng)片麻巖、黑云斜長(zhǎng)片麻巖,夾磁鐵石英巖。由于受區(qū)域混合巖化作用,變質(zhì)巖在成分、構(gòu)造、結(jié)構(gòu)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(zhì)片麻巖。兩種巖類無(wú)明顯層位關(guān)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(gòu)造線方向基本一致。

礦區(qū)內(nèi)遷西群變質(zhì)巖主要為三屯營(yíng)組二段及三段第一層。

三屯營(yíng)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(yíng)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(zhǎng)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(gòu)造

區(qū)內(nèi)構(gòu)造復(fù)雜,但主要以褶皺構(gòu)造和斷裂構(gòu)造為主。

(1)褶皺構(gòu)造

蔡園西溝鐵礦床整體受“孟家溝—北屯—蔡園西溝復(fù)式向斜”中的蔡園西溝復(fù)式向斜構(gòu)造控制,主體褶皺構(gòu)造以緊密倒轉(zhuǎn)為特點(diǎn),斷裂構(gòu)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(shí)使礦體呈現(xiàn)牽引和拖拉現(xiàn)象(圖1)。

①主體褶皺構(gòu)造—蔡園西溝復(fù)式向斜

鐵礦床復(fù)式向斜構(gòu)造形態(tài)是經(jīng)歷次勘探證實(shí)的,其中N1600-N1800線褶皺地段是可以對(duì)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(lái)體現(xiàn)。

圖1 蔡園西溝鐵礦床褶皺構(gòu)造模式剖面圖(N1600線)

向斜皺褶較緊密,軸面總體走向?yàn)镹E30°,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(jí)褶皺構(gòu)造

礦床復(fù)式向斜構(gòu)造是由三個(gè)次級(jí)向斜及二個(gè)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(shuō)是被韌性斷層所代替。

西(上)部緊密倒轉(zhuǎn)向斜： 向斜全長(zhǎng)約550m,主要由Ⅰ號(hào)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(zhuǎn)向斜： 向斜全長(zhǎng)約1000m 左右,縱向上貫穿整個(gè)礦床,主要由Ⅱ號(hào)礦體組成。倒轉(zhuǎn)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(zhuǎn)翼礦體局部呈透鏡體及扁豆體,產(chǎn)狀也相應(yīng)變陡。

東部倒轉(zhuǎn)向斜： 向斜全長(zhǎng)約450 m 左右,主要由Ⅲ號(hào)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(duì)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?fàn)睢?/p>

西部倒轉(zhuǎn)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(hào)及Ⅱ號(hào)礦體組成,核部由韌性斷層帶內(nèi)的壓碎巖組成。

東部倒轉(zhuǎn)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(nèi)的壓碎巖組成,局部由Ⅱ號(hào)礦體組成,東翼由Ⅲ號(hào)礦體組成,核部被FK1斷層帶東邊界切割。

(2)斷裂構(gòu)造

礦床斷裂構(gòu)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(jié)構(gòu)具有雙層模式的特點(diǎn)(圖2)。

經(jīng)對(duì)資料綜合研究認(rèn)為,與礦床緊密相關(guān)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(zhǎng)度達(dá)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(zhǎng)度達(dá)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(xué)性質(zhì)。礦床Ⅰ號(hào)礦體南段及Ⅱ號(hào)礦體受其嚴(yán)格控制,雖然由應(yīng)力差、塑性差及邊界條件的差異出現(xiàn)了一些扭動(dòng)但位移不大,對(duì)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?fàn)?偶見(jiàn)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(fù)合在一起并受其切割,特征明顯,南起N1300線,北經(jīng)Ⅰ號(hào)礦體北端至尖山礦體,長(zhǎng)達(dá)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(xué)性質(zhì)。斷裂帶由地質(zhì)點(diǎn)和N1300-N1875線的地表工程及深部工程控制,Ⅰ號(hào)礦體北段礦體受其嚴(yán)格控制,對(duì)礦體起一定的影響和破壞作用。其中,Ⅰ號(hào)礦體在N1500線以北發(fā)生扭動(dòng),Ⅰ、Ⅱ號(hào)礦體局部地段呈透鏡狀及扁豆?fàn)?少見(jiàn)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(jiàn)表1。

圖2 蔡園西溝鐵礦床斷裂構(gòu)造模式平面圖

2.3 巖漿巖

礦區(qū)內(nèi)無(wú)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(chǎn)出。

(1)橄欖輝長(zhǎng)巖脈

地表沿N1700 線分布,驗(yàn)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(gòu)造,呈球狀風(fēng)化。礦物成分主要為斜長(zhǎng)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(zhǎng)度短,厚度2～3 m。煌斑巖呈深灰綠色,中粗粒結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造,由長(zhǎng)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(duì)礦體破壞性不大。巖石為淺肉紅色,粗粒結(jié)構(gòu),偉晶構(gòu)造,主要礦物成分為鉀長(zhǎng)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(zhì)特征

3.1 礦體規(guī)模及產(chǎn)狀

礦區(qū)內(nèi)共有5條礦體,分別為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ號(hào)礦。礦體規(guī)模不一,特征見(jiàn)表2。

表2 礦體規(guī)模產(chǎn)狀一覽表

(1)Ⅰ號(hào)礦體

主要分布于N1300—WN1900 線之間,全長(zhǎng)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(biāo)高以上。礦體在剖面上總體為一緊密倒轉(zhuǎn)向斜構(gòu)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(zhuǎn)折加厚及扭動(dòng)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(hào)礦體

該礦帶分為四個(gè)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(zhǎng)750 m,平均厚度為31.3 m。為深部盲礦體,傾向延深較大,達(dá)-400m 標(biāo)高。礦體在剖面上為一倒轉(zhuǎn)向斜構(gòu)造形態(tài),在N1500—N1800線間呈多層狀,上部分枝撒開(kāi),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(zhuǎn)翼礦體較陡,局部達(dá)70°,正常翼礦體較緩為50°。

Ⅱ-2 礦體： 分布在N1600—N1800 線為復(fù)式向斜構(gòu)造的倒轉(zhuǎn)翼,受FK1斷層影響,分離成為一個(gè)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(hào)礦體地質(zhì)特征表

表4 Ⅱ號(hào)礦體地質(zhì)特征表

(3)Ⅲ號(hào)礦體

主要分布于N1100—N1700 線之間,全長(zhǎng)460 m,地表出露礦體長(zhǎng)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(biāo)高為-411 m。礦體呈多層狀、扁豆?fàn)町a(chǎn)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(diǎn),可分為四個(gè)小礦體。其中,Ⅲ-3礦體已采空,特征詳見(jiàn)表5。

表5 Ⅲ號(hào)礦體地質(zhì)特征表

(4)Ⅳ號(hào)礦體

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

(5)Ⅴ號(hào)礦體

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

3.2 礦石質(zhì)量

(1)礦石礦物成分

礦石的礦物成分簡(jiǎn)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(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單,主要為粒狀變晶結(jié)構(gòu),次要有鑲嵌結(jié)構(gòu)、似海綿隕鐵結(jié)構(gòu)、變余篩狀結(jié)構(gòu)等。礦石構(gòu)造為條紋狀構(gòu)造、條帶狀構(gòu)造、片麻狀構(gòu)造、塊狀構(gòu)造。

(2)礦石化學(xué)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(gè)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(gòu)造,礦體以條紋條帶狀構(gòu)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(xì)粒結(jié)構(gòu),多呈條帶狀、條紋狀構(gòu)造。

(3)赤鐵石英巖型

僅見(jiàn)于地表,分布分散,無(wú)一定規(guī)律。礦石深褐色,細(xì)粒致密結(jié)構(gòu),由石英、赤鐵礦、褐鐵礦組成,具條帶或條紋構(gòu)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(zhì)、硅質(zhì)巖和半粘土質(zhì)的變質(zhì)巖中,經(jīng)受了麻粒巖相和角閃巖相二次變質(zhì)作用,各類變質(zhì)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(zhì)鐵礦。

5 結(jié)語(yǔ)

礦區(qū)內(nèi)有多條斷層及皺褶構(gòu)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(nèi)呈泥狀、角礫狀,膠結(jié)差,圍巖及礦體很不穩(wěn)固,工程地質(zhì)條件較差,在開(kāi)拓、開(kāi)采施工中要根據(jù)地質(zhì)報(bào)告和施工中積累的資料提前做好突水、坍塌冒頂?shù)确雷o(hù)。

日后工作中應(yīng)加強(qiáng)地質(zhì)編錄工作,詳細(xì)描述各巖性層,利用好巖礦鑒定手段,利用好磁測(cè)井資料,為巖性分層及對(duì)比提供充實(shí)的依據(jù)。

礦床N1600線-N2000線礦體工程控制不足,建議礦山在開(kāi)采過(guò)程中進(jìn)行巷道內(nèi)或地表可進(jìn)行施工的情況下進(jìn)行深部生產(chǎn)性補(bǔ)充勘查工作。

采用坑道磁法測(cè)量?jī)x,對(duì)開(kāi)采深部礦體測(cè)量剩磁,推斷深埋礦體,為礦床遠(yuǎn)景預(yù)測(cè)提供依據(jù)。