论山西五台地区沉积变质型铁矿特征及成因机理——以张家堡铁矿为例

刘 莹

（山西省第一水文地质工程地质队，山西太原030000）

论山西五台地区沉积变质型铁矿特征及成因机理
——以张家堡铁矿为例

刘 莹*

（山西省第一水文地质工程地质队，山西太原030000）

沉积变质型铁矿是我省以及全国最重要的铁矿床类型，论述了张家堡铁矿的矿体特征和矿石质量，在此基础上结合前人研究成果，探讨了山西五台地区沉积变质型铁矿的演化、分布规律和成因模式。

五台；张家堡；沉积变质型铁矿；成因模式；演化

1 概述

沉积变质型铁矿是世界上最重要的铁矿类型，中国沉积变质型铁矿查明资源储量可占铁矿资源总量的48%（肖克炎等，2011）。华北克拉通是我国铁矿资源的重要分布区，其中山西的探明储量居全国第四，是重要的铁矿资源产地，而我省最为主要的铁矿类型即为沉积变质型（即鞍山式），占总储量的91.81%。这类铁矿年代古老（赋存于早前寒武纪变质岩中）、分布广泛、储量相对集中，主要由石英（燧石）和氧化铁矿物（磁铁矿、赤铁矿等）组成，通常具有典型的条带状构造，由条带状铁建造（BIF）变质改造而成，具有“大、贫、浅、易”的特点，即矿床的规模大、含铁量低，以易选磁铁矿为主，矿层厚度大，出露地表或近地表，易于开采。主要分布在五台—恒山、娄烦—岚县和黎城—左权一带（何青，2004），而张仙堡铁矿就是五台—恒山矿带的中型铁矿。

2 矿区地质概况

张仙堡铁矿位于山西省忻州市代县县城南东，张仙堡村南西约1km处，北侧有县级公路，京原铁路、108国道也从其北部代县县城通过。

矿区大地构造位于吕梁—太行断块，五台山块隆，恒山—五台山穹状隆起之南西部。它的北及西面与滹沱新裂陷接壤。

矿区内主要出露有上太古界五台超群石咀群文溪组（Ar1w）含铁岩段、下元古滹沱超群四集庄组（Pt1s）及新生界第四系（Q）。

文溪组（Ar1w）含铁岩段：广泛分布于矿区，由粗粒绢云石英片岩、绿泥片岩，夹少量斜长角闪岩、磁铁石英岩、钙质绿泥片岩、千枚状板岩等组成。该段为主要含矿岩系。

滹沱超群四集庄组（Pt1s）：分布在矿区外西南部，主要由变质砾岩、变质长英砂岩组成。本组与文溪段呈角度不整合接触。

第四系：矿区内分布较广，主要分布在沟谷及山坡上。由残坡积物及黄土组成。

矿区总的褶皱构造为刘家庄—韩家湾倒转背斜。背斜位于矿区中部，为一紧闭的同斜倒转背斜，轴向近东西向，轴面倾向北，倾角70°～80°，枢纽东部翘起，向西倾伏。核部为绢云石英片岩、绿泥片岩、角闪岩、大理岩等。在背斜北翼向北为一向斜，其轴向NE80°，轴面倾向NW，倾角60°～65°。

矿区变质作用强烈，变质岩广泛分布。本区变质岩属中—低级绿片岩相—角闪岩相的变质岩系。主要变质岩有绢云母石英片岩、黑云母石英片岩、斜长角闪片岩、云母片岩、绿泥片岩、磁铁石英岩及少量变粒岩。

3 矿体地质及围岩

3.1 矿体特征

张仙堡铁矿赋存于太古界五台超群石咀群文溪组含铁岩段地层中，全区内共发现有11条铁矿体，其中主要矿体为1、5、7号矿体。其余均为盲矿体。主要矿体介绍如下：

1号矿体：位于矿区的中部，为本矿区的主矿体。矿体形态为一轴向近东西向背斜，两翼倾向分别为北和南，倾角70°～80°，背斜核部矿体明显加厚。矿体由东向西倾伏，倾伏角约45°。现有工程控制长度约480m，平均宽度63.67m，平均视厚20.60m，SFe的平均品位为27.07%。矿体赋存标高1205～1630m，最大延深360m，矿体最小埋深0～280m。

5号矿体：位于矿区的中部，背斜的北翼，呈单斜产出，倾向北，倾角80°～90°。由1600m中段露天采场控制，沿走向控制长度100m，沿倾向推测50m左右，经TC12-1揭露矿体平均视厚5.18m，SFe平均品位为28.79%。矿体赋存标高1550～1700m，矿体埋深0～50m。

7号矿体：位于矿区的中部偏西，背斜的北翼，呈单斜产出，倾向北，倾角70°左右。由探槽C1及PD10采矿坑道所控制，揭露矿体平均厚度2.95m，SFe平均品位为25.16%，沿走向推测长度200m，沿倾向推测60m。矿体赋存标高1515～1595m。矿体埋深0～80m。

3.2 矿体围岩和夹石

矿区内矿体的围岩主要为含铁石英岩、绿泥片岩及绢云石英片岩。其中，1、4号矿体顶底板均为含铁石英岩，2号矿体顶板为绿泥片岩，底板为含铁石英岩，3号矿体的顶板为含铁石英岩，底板为绢云石英片岩，其余矿体的顶底板岩性均为绿泥片岩。

1号矿体内矿体内见有一层厚6m的含铁石英岩夹石，沿倾向延长约55m，沿走向推测为100m，此外还有5层绿泥片岩夹层，其视厚度1.7～13.7m不等，沿倾向长25～250m；5、7号矿体中均见有一层绿泥片岩夹石，但规模很小；其余号矿体内无夹石。总之，夹石对矿体的完整性没有影响，完整性较好。

4 矿石质量

4.1 矿石物质组成及其特征

矿石矿物主要为磁铁矿，次为菱铁矿，并有少量黄铁矿、褐铁矿、黄铜矿。脉石矿物主要为石英，并有少量绿泥石、绢云母、角闪石、磷灰石等。矿石结构为中—细粒变晶结构，构造以条带状构造为主，次为条纹状，局部见有浸染状。主要矿物特征介绍如下。

4.1.1 主要矿石矿物

磁铁矿：平均含量21.17%，呈半自形—他形，中细粒结构。磁铁矿颗粒一般成条带，与石英、菱铁矿的条带构成黑白相间的条带或条纹；部分散布于石英及菱铁矿的颗粒间，偶见包裹于石英、菱铁矿中。

菱铁矿：平均含量5.22%，可见3种结构：呈他形粒状与石英齿状镶嵌；呈细粒状星散于岩石中；与石英混作脉状、小团块状，沿微小裂隙分布。前两种菱铁矿属沉积变质所成，后一种则为热液成因。

赤、褐铁矿：平均含量0.52%，多见于地表，常集结成条带或树枝状沿微裂隙充填或在磁铁矿边缘分布。

黄铁矿：平均含量0.23%，多自形，呈细—粗粒状星散于矿石中。

4.1.2 主要脉石矿物

石英：半自形—他形，细粒状相互紧密镶嵌，或与磁铁矿镶嵌，粒径0.4～0.6mm，平均含量43%～63%。

绿泥石：呈叶片状分散于矿石中，偶见与磁铁矿集合成条带。

4.2 矿石类型

矿石自然类型主要为含菱铁矿磁铁石英型、次为菱铁磁铁石英型、磁铁石英型，有时可见含角闪磁铁石英型。

参照鞍山黑色冶金矿山设计研究院编写的《山西省代县张仙堡铁矿方案设计》中mFe品位为21.43%，本次核查1号矿体TFe平均品位为29.33%，可知磁性铁占有率（mFe/TFe）为73.07%，小于85%，故工业品位为弱磁性铁贫铁矿石，需弱磁选。

5 山西沉积变质型铁矿床成因及演化规律

沉积变质型铁矿是沉积或火山沉积铁矿受区域变质作用或混合岩化作用改造而形成的，主要为条带状铁建造型铁矿床。“条带状铁建造指的是全铁含量大于15%，具有由富铁矿物（磁铁矿、赤铁矿等）和脉石矿物（以石英为主）组成的条带状（或者条纹状）构造的、富铁化学沉积岩”（沈保丰等，2005）。李厚民将我国的沉积变质型铁矿具体细分为了鞍山式（相当于algoma型）、袁家村式、大栗子式（二者相当于superior型）、新余式（相当于rapitan型）和翁泉沟式（李厚民，2012）。其中algoma型与海相火山作用关系密切，多产于大陆边缘盆地或者岛弧盆地，分布广泛，是华北克拉通沉积变质型铁矿床的主要类型；superior型则与沉积作用有关，产于陆块内断陷盆地或者坳拉槽盆地(沈保丰，2012)

5.1 沉积变质型铁矿的时空分布

沉积变质型铁矿的时空分布具有明显特点，其成矿时代主要是前寒武纪太古代—古元古代，其空间分布与区内地壳演化有关系密切。

太古代是华北克拉通沉积变质型铁矿床最重要的成矿期，大约80%的此类型铁矿资源在这个时期形成(沈保丰等，2006)。古太古代—中太古代时期，华北古陆核火山—沉积盆地已形成了铁矿床。新太古代则是中国条带状铁矿床形成的鼎盛时期（张连昌等，2012），各个陆核通过陆陆碰撞和俯冲聚集，初始克拉通化，几乎整个华北陆块均分布，尤以鞍山—本溪、鲁西、五台一带较为集中。

古元古代是第二个沉积变质型铁矿形成的重要时期，华北古陆开始裂解，出现了活动大陆边缘和被动大陆边缘或岛弧的构造环境(翟明国，2007)，在山西吕梁裂谷形成了袁家村等superior型超大型铁矿床。中元古代，华北陆块固结基底开始裂解，出现了裂谷、裂陷槽等，形成的矿床类型复杂多样。中元古代后华北地台趋于稳定和抬升，沉积变质铁矿床相对较少。

5.2 沉积变质型铁矿的成因机理

沉积变质型铁矿由条带状铁建造（BIF）变质改造而成。目前对富铁海水运移、沉淀形成BIF大矿的机制主要有上升洋流和海底喷流2种，中国已探明的沉积变质型铁矿普遍为低品位矿石，是BIF在后期的变质变形过程中进一步改造形成的（程裕淇，1976；周世泰，1987）。根据李厚民等人（李厚民，2012）研究认为，其成因经历了沉积和变质改造2个阶段，成因模式如下：

（1）中—新太古代，古陆壳很薄容易拉张形成海盆，形成富含铁质的幔源基性—超基性岩浆岩组成新生洋壳。该时期大气缺氧，海水除上部水体外均缺氧。此时海水从新生洋壳中萃取了大量铁质，溶解于水体中。

（2）溶解了巨量Fe2+的海水在上升洋流等的作用下，运移到潮线以下静水环境的氧化—还原界面附近，被氧化为不溶于水的Fe3+，铁质大量沉淀成矿。由于上升洋流的活动是周期性的，因此形成了条带状构造。

（3）随后发生了大面积区域变质变形作用，BIF变为绿片岩相—角闪岩相—麻粒岩相变质岩，并发生了多期褶皱变形。

（4）之后发生了强烈混合岩化和花岗质岩侵位，二长花岗片麻岩沿背斜轴部等构造薄弱部位呈岩基状大面积侵位，使变质变形的BIF多呈以向斜（向形）为主的“浮岛”状分布于花岗质岩中。

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P618.31

A

1004-5716(2015)11-0111-03

2014-11-27

刘莹（1988-），女（汉族），新疆乌鲁木齐人，助理工程师，现从事地质灾害评估与地质矿产技术工作。