河北省硫鐵礦成礦區帶劃分及成礦規律

王 婧，馬奎羽，溫延星

(河北省地質調查院,河北 石家莊 050081)

硫鐵礦是鐵的硫化物(黃鐵礦、白鐵礦和磁黃鐵礦)的礦物統稱。我國以硫鐵礦作為主要原料提取硫元素，制作硫酸和硫磺[1]。河北省硫鐵礦70%以上用于制酸，不足30%用于制造硫磺。

河北省開展硫鐵礦找礦工作較早，自20世紀50年代始，對興隆高板河黃鐵鉛鋅礦區進行普查，至1982年肯定了這一代表性硫鐵鉛鋅礦床的工業價值；70年代，在邯邢地區發現了與磁鐵礦共生的接觸交代型硫鐵礦；80年代，在杏樹臺地區進行詳查，確定了變成型礦床在全省的工業價值。經過60余年的地質勘查，取得了重大研究進展和豐碩的勘查成果[2-5]。但前人工作多集中于單一類型和單一礦床，鮮有以全省硫鐵礦為研究對象的綜合研究。

通過對河北省硫鐵礦的成礦作用、成因類型和時空分布特征等進行分析，總結Ⅳ級成礦亞帶成礦地質特征，以期對河北硫鐵礦勘查部署和開發利用提供參考。

1 資源分布特征

河北省硫鐵礦資源儲量列居全國第十九位[6]。已探明礦產地共有34處，中型8處，小型14處，礦點12處。截至2018年底，累計查明資源儲量7268.49萬t(礦石量)[7]。礦產地分布較廣，主要集中在興隆—平泉、張北—蔚縣—淶源、阜平—井陘、邯鄲—邢臺地區。全省硫鐵礦資源較豐富，地質勘查程度較高，但礦石品位偏低，含硫品位一般＜20%，大部分屬Ⅲ級品，近半數礦床未開發利用(表1、圖1)。

圖1 河北省硫鐵礦礦床成礦區帶分布圖

表1 河北省硫鐵礦礦產地一覽表

2 礦床成因類型

河北省硫鐵礦床分布廣，控礦因素多，成因類型復雜。不同的成礦條件形成不同的成因類型，可分為巖漿熱液型、斑巖型、陸相火山巖型、接觸交代型、變成型和化學沉積型6種類型[8]，其中以化學沉積型、接觸交代型為主(表2)。單獨的硫鐵礦礦床較少，常與多金屬礦共、伴生，共伴生元素有鐵、銅、鉛鋅礦和金、銀、鉬等；在沉積礦床中，常與煤、鋁土礦、耐火粘土等非金屬礦共生[9-10]。

表2 河北省硫鐵礦礦床成因類型一覽表

2.1 陸相火山巖型、巖漿熱液型、斑巖型

陸相火山巖型、巖漿熱液型及斑巖型礦床均位于燕山—遼西裂陷帶內，主要分布在張北—赤城、興隆—平泉一帶。硫鐵礦體主要賦存于古元古界紅旗營子巖群變質巖中，成礦與燕山期火山—巖漿侵入活動有關，含礦熱液沿圍巖裂隙滲濾交代充填，在成礦有利部位富集成礦。故該類硫鐵礦礦床分布受火山機構、侵入巖體及北東向斷裂構造共同控制。成礦時代為燕山期。礦床規模一般為小型及礦點，以張北縣石頭囫圇為代表。

2.2 接觸交代型

接觸交代型礦床主要位于Ⅲ級地質構造單元晉中南—邢臺沉降區(Pt2-T2)內，分布在邯邢地區和淶源等地。礦體賦存于石炭系本溪組、太原組、山西組煤系地層中，多為似層狀、透鏡狀，交代煤層產出。礦石礦物組成復雜，常與接觸交代型鐵礦、銅礦共生，金屬礦物一般為黃鐵礦、磁黃鐵礦、黃銅礦等。圍巖蝕變有矽卡巖化、鈉長石化、角巖化。成礦同燕山期中性雜巖體侵入有關。成礦時代為燕山期。礦床規模多為小型，以沙河市三王村為代表。

2.3 變成型

變成型硫鐵礦位于冀西—冀南微陸塊的阜平斷塊內，多數分布在內丘縣及阜平縣兩地，賦礦層位為阜平巖群元坊巖組、五臺巖群上堡巖組。礦體呈層狀透鏡狀產出，具硅化、黃鐵礦化及碳酸鹽化。礦石礦物為黃鐵礦、黃銅鐵礦和黃銅礦。成礦時代為新太古代。產地不多，以中型為主，代表性礦床為內丘縣杏樹臺。

2.4 化學沉積型

化學沉積型是河北省硫鐵礦主要成因類型，主要分布在中元古代興隆沉積盆地、中元古代蔚縣沉積盆地、古生代井陘沉積盆地。賦礦層位有中元古界薊縣群高于莊組、待建系下馬嶺組及晚古生界石炭系本溪組。礦床規模較大，以中型為主。按成礦時代可分為中元古代高于莊期和下馬嶺期、晚石炭世本溪期三個成礦期。

(1)中元古代化學沉積型。

中元古代化學沉積型硫鐵礦床有兩個成礦期：薊縣紀高于莊期和待建紀下馬嶺期。前者礦產地集中分布在興隆沉積盆地，代表性礦床有興隆縣高板河，礦體產于薊縣群高于莊組地層中，與鎂質碳酸鹽、頁巖地層有關[11-12]，成礦模式見圖2；后者礦產地主要分布在蔚縣沉積盆地，代表性礦床有涿鹿縣蕎麥川，礦體產于待建系下馬嶺組地層底部，與角礫巖、泥灰巖、頁巖地層有關。二者分布皆受層位和巖性控制。

圖2 興隆縣高板河硫鐵礦礦床成礦模式圖

(2)晚石炭世化學沉積型。

晚石炭世硫鐵礦僅2處小型礦產地，分布在井陘盆地內。礦體產于石炭系本溪組含煤系地層底部，中奧陶馬家溝組灰巖古侵蝕面之上，與頁巖、粘土巖有關。成礦時代為晚石炭世本溪期。以井陘縣綿河灘為代表。

3 Ⅳ級成礦區(亞)帶分布特征

根據陳毓川、徐志剛等理論[13-16]，將河北省劃分為2個成礦省，4個成礦區帶，13個成礦亞帶。其中5個Ⅳ級成礦亞帶與硫鐵礦有關，以燕遼(坳陷、拉張)Cu-Mo-Pb-Zn-Ag-Au-Fe-Mn-煤成礦亞帶(Ⅲ-57-②)、太行Fe-Mn-鋁土礦—石膏—煤—煤層氣(Ⅲ-61-③)成礦亞帶最為重要(見圖1)。

3.1 華北陸塊北緣東段Fe-Cu-Mo-Pb-Zn-Ag-Mn-U-磷—煤—膨潤土成礦帶(Ⅲ-57)

華北陸塊隆起帶東段Fe-Au-Ag-Pb-Zn-Mo-U-磷—煤—膨潤土成礦亞帶(Ⅲ-57-①)：有礦產地4處，其中小型1處，礦點3處。礦床成因類型主要為巖漿熱液型。礦體圍巖為紅旗營子巖群變質巖及白堊系張家口組火山巖，受構造接觸帶控制。區內發育多處小巖株及次火山巖體，成礦與燕山期火山-巖漿侵入活動有關。

燕遼(坳陷、拉張)Cu-Mo-Pb-Zn-Ag-Au-Fe-Mn-煤成礦亞帶(Ⅲ-57-②)：有礦產地16處，其中中型4處，小型7處，礦點5處。礦床成因類型以化學沉積型為主，接觸交代型和巖漿熱液型次之。化學沉積型礦床主要位于蔚縣盆地、興隆盆地內，賦礦圍巖為中元古界薊縣群高于莊組白云巖、待建系下馬嶺組頁巖，成礦與濱淺海—潟湖沉積作用有關。接觸交代型礦床主要分布在大河南—懷來巖漿巖帶內，即王安鎮—大河南巖體周圍，受巖體與圍巖接觸帶控制，一般為接觸交代型銅鉬鉛鋅多金屬礦的共伴生礦產。巖漿熱液型礦床成礦母巖則為閃長玢巖或閃長巖脈。

馬蘭峪—綏中(次級隆起)Fe-Au-Pb-Zn成礦亞帶(Ⅲ-57-③)：有礦產地2處，其中小型和礦點各1處。礦床成因類型均為火山—巖漿熱液型。成礦受燕山期閃長巖體及斷裂控制，圍巖為寒武系饅頭組角巖(泥頁巖受巖漿熱變質作用角巖化)。

3.2 山西(斷隆)Fe-鋁土礦—石膏—煤—煤層氣成礦帶(Ⅲ-61)

垣山—五臺山Fe-金紅石成礦亞帶(Ⅲ-61-①)：有礦產地3處，包括中型1處，礦點2處。礦床成因類型以變成型為主，礦床位于阜平斷塊內，礦體賦存于新太古界五臺巖群板峪口組及上堡巖組片麻巖中，成礦與新太古代區域變質作用有關。

太行Fe-Mn-鋁土礦—石膏—煤—煤層氣(Ⅲ-61-③)成礦亞帶：有礦產地9處，包括中型3處，小型5處，礦點1處。成因類型有接觸交代型、變成型及化學沉積型。接觸交代型礦床主要分布邯邢地區，礦體賦存于石炭—二疊系煤系地層中，受煤層及巖性界面控制，順層及層間交代形成礦床。變成型僅杏樹臺硫鐵礦1處，礦體賦存于新太古界阜平巖群元坊巖組變質巖中。化學沉積型礦床分布于井陘盆地中，礦體賦存于中奧陶統碳酸鹽巖與本溪組底部的古風化殼上。

4 時空分布特征及成礦規律

4.1 時空分布特征

河北省硫鐵礦時空分布特點表現為成礦時間上的貫通性和空間分布上的廣泛性。即從新太古代、中元古代、古生代至中生代，所形成的硫鐵礦床遍及燕山-遼西裂陷帶及晉中南—冀西南沉降帶。以Ⅲ-57-②、Ⅲ-61-③成礦亞帶最為重要，成礦時代以薊縣紀、燕山期為主。時空分布特征見表3。

表3 河北省硫鐵礦時空分布表

4.2 成礦規律

(1)與巖漿作用有關的硫鐵礦床。

與巖漿作用有關的硫鐵礦床主要為陸相火山巖型、巖漿熱液型、接觸交代型、斑巖型4種類型。該類礦床形成于燕山期，伴隨大規模燕山構造運動所產生的強烈火山—巖漿活動，是包括硫鐵礦及其它內生多金屬礦產的源動力條件，其成礦活動亦往往構成共生成礦系列，硫鐵礦多與鐵、銅、鉛鋅、銀等組分共伴生，且表現為空間上的分帶性，單獨的硫鐵礦床較少。

較早的火山作用形成的硫鐵礦床，已知僅有赤城縣青羊溝、隆化縣西屯村和承德縣磴上三個礦點，均分布在冀北，是由火山噴發產生的含礦熱液沿火山巖層交代富集或充填附近構造裂隙成礦。在河北省各大斷陷火山盆地，特別是有中性熔巖(安山巖、英安巖、安山質粗面巖)分布區，與青磐巖化、次生石英巖化相伴的黃鐵礦化普遍發育，具很大的找礦潛力。

較晚的大規模巖漿活動形成的硫鐵礦床(包括成因相近的接觸交代型、巖漿熱液型、斑巖型)，主要分布于晉中南—邢臺沉降(坳陷)區，其中的武安盆地是著名的邯邢式鐵礦區，相應硫鐵礦的成礦性也較好，集中形成了沙河市三王村含鈷銅硫鐵礦、永年區臺口硫鐵礦兩個中型礦床，以及沙河市白澗鐵礦等三處小型共生礦床。其成因類型均為接觸交代型，成礦母巖主要為鈉化蝕變較強的閃長巖和閃長玢巖，圍巖為中奧陶統灰巖和石炭、二疊煤系地層；一般磁鐵礦體賦存于接觸面的矽卡巖帶中，硫鐵礦則沿接觸外帶的灰巖或煤系地層順層交代富集成礦。同類型尚有淶源縣浮圖峪銅鐵礦、懷來縣水口山磁黃鐵礦等五處小型礦床。巖漿熱液型和成因相近的斑巖型硫鐵礦床，僅平泉市永安硫鐵礦達中型規模，礦體受與東北向短軸背斜相互平行的斷裂構造控制，賦存于爆破角礫巖帶(1號礦體)和閃長玢巖脈(2號礦體)中，礦石礦物為黃鐵礦、磁黃鐵礦，少量黃銅礦、方鉛礦、閃鋅礦、硫砷礦、磁鐵礦，脈石礦物有長石、角閃石、云母、石英、方解石、磷灰石等；其脈石礦物成分與成礦母巖(閃長玢巖)造巖礦物組合一致，整個爆破角礫巖帶和閃長玢巖脈既為礦體，全巖礦化蝕變成礦。類似的有平泉市老杖子、興隆縣南雙洞西廠溝硫鐵礦等五處小型礦床；但其中張北縣石頭囫圇磁黃鐵礦，礦體賦存于紅旗營子群片麻巖層中，礦體成群出現、熱液活動強烈；礦石礦物為磁黃鐵礦、共伴生鋅銅，脈石礦物為透輝石、石榴子石、綠簾石、硅線石等，具典型高溫矽卡巖礦物組合特征；預示礦區深部具有尋找更大規模硫鐵及共伴生銅、鋅、鐵礦的潛力。總之，巖漿熱液型硫鐵礦成礦母巖以幔源型閃長巖、閃長玢巖為主，次為I型花崗閃長巖、花崗巖；同一礦床(或礦田)常與鐵、銅、鉬、鉛鋅礦共伴生，由巖體內帶至外帶，形成斑巖型—接觸交代型—熱液脈型的共生組合規律。

(2)與變質作用有關的硫鐵礦床。

與變質作用有關的硫鐵礦床為變成型，分布于冀西—冀南微陸塊之阜平斷塊的中部和南部，已知有兩處中型礦床和一處礦點。其中內丘縣杏樹臺硫鐵礦賦存于新太古界阜平巖群元坊巖組二段，巖石組合為斜長角閃巖、黑云角閃斜長片麻巖，夾白云質大理巖、磁鐵石英巖；原巖為一套海相環境沉積形成的陸源碎屑巖—碳酸鹽巖建造；變質相屬高角閃巖相—麻粒巖相。大川硫鐵礦賦存于新太古界五臺巖群上堡巖組，由黑云角閃斜長片麻巖、石英片巖、斜長角閃片巖、磁鐵石英巖組成；原巖為中性—中基性火山—沉積巖夾硅鐵建造；以低角閃巖相變質為主，后期有綠片巖相變質作用疊加。這些礦床的近礦圍巖均為黑云角閃斜長片麻巖和斜長角閃巖，硫鐵礦體嚴格受層位控制，伴隨有較強硅化、絹云母化和綠泥石化等圍巖蝕變，其中硅化與成礦關系密切。其成礦活動為海底基性—中基性火山噴發提供的豐富成礦物質，經區域變質作用進一步富集成礦。該類型硫鐵礦常共伴生磁鐵礦和銅、鋅、鈷、鎳等，規模較大、綜合工業價值高，是河北省最早勘查并開發利用的礦床類型。

(3)與沉積作用有關的硫鐵礦床。

與沉積作用有關的硫鐵礦床主要為化學沉積型，形成于蓋層發展階段，主要成礦期為薊縣紀高于莊期、待建紀下馬嶺期和晚石炭世本溪期。前者位于薊縣—唐山裂谷盆地偏北的興隆—高板河—寬城一線，在高于莊期為一系列東北向水下凹陷盆地之近濱海盆地相沉積環境；后兩者分別位于：宣化—易縣盆地中心的涿鹿—懷來一線，在下馬嶺期屬淺海陸棚潟湖相沉積環境；井陘海陸交互相沉積盆地中心一帶，在晚石炭世本溪期屬濱海海灣潟湖相沉積環境。這些伴隨蓋層發展所形成沉積型硫鐵礦床的特點是：同處封閉—半封閉系統，海水介質鹽度高、堿性強，促使早期因藻類和細菌大量繁殖而導致海水硫酸鹽的還原，使底部水底形成了含H2S的較強還原環境，大量的H2S與古陸剝蝕搬運來的金屬離子起反應、通過沉淀和膠體沉積的方式，形成了層紋狀、層狀、角礫狀、膠狀、浸染狀黃鐵礦及鉛鋅礦。這種受巖相古地理環境控制的專屬成礦規律，對于河北省已知老礦山的探邊找盲或新產地的找礦，具有現實指導意義。

5 結論

(1)河北省硫鐵礦床可劃分為巖漿熱液型、斑巖型、陸相火山巖型、接觸交代型、變成型、化學沉積型6種成因類型，其中以化學沉積型、接觸交代型最為重要。

(2)全省硫鐵礦有5個成礦期：新太古代，中元古代薊縣紀、待建紀，燕山期，石炭紀。薊縣紀和燕山期是2個非常重要的成礦期，資源儲量占比分別為43%和31%。主要賦礦層位為中元古界薊縣群高于莊組、古生界石炭—二疊系煤系地層。因此，中元古代沉積盆地和晚古生代沉積盆地是重要的找礦地段；燕山期中酸性巖漿巖帶也是重要找礦地段。

(3)與硫鐵礦有關的Ⅳ級成礦亞帶有5個，其中最重要的成礦亞帶為Ⅲ-57-②、Ⅲ-61-③兩個成礦亞帶，資源儲量占比分別為54%和39%。

(4)與巖漿作用有關的硫鐵礦常與鐵、銅、鉬、鉛鋅礦共伴生，由巖體內帶至外帶，形成斑巖型—接觸交代型—熱液脈型的共生組合規律，在找礦過程中加強綜合評價十分必要。此外，在冀西北的火山巖區普遍發育硅化、青磐巖化，伴有強烈的黃鐵礦化，如大河南三里棚、易縣大北莊等火山盆地，成礦條件有利，可作為找礦遠景區加強勘查。