迁安市蔡园西沟铁矿地质特征

翟保良

(河北省地矿局第五地质大队 唐山 063000)

1 区域地质特征

该区大地构造位置处于燕山台褶带(Ⅱ)马兰峪复式背斜(Ⅲ)遵化穹褶束(Ⅳ)的中南部迁安穹隆的西部边缘褶皱带中。

该区属深变质岩区,区域变质作用具有多期性,且相互叠加,再加上混合岩化作用的影响,使得本区变质岩相较复杂。

区内出露地层主要为中太古界迁西(岩)群三屯营组变质岩,其次为中元古界长城系常州沟组及第四系地层。其间经常出现磁铁石英岩和辉石磁铁石英岩,形成规模不等的矿体。

迁安矿区含矿变质岩系处在古迁安隆起的西缘,其形态为一向西突出的弧形构造带。区内的基本褶皱形态呈同斜箱状,复式背斜呈M 形,复式向斜呈W 形。而复式向斜内,控矿褶皱多为两向斜一背斜组合,背斜脊状凸起,向斜翼陡底平,许多大、中型铁矿均聚集于向斜褶皱带中,且矿体向深部均有较大延深。

2 矿区地质特征

2.1 地层

矿区出露地层主要为中太古界迁西(岩)群三屯营组变质岩,其次为第四系地层。

(1)中太古界迁西群三屯营组

岩性主要有紫苏斜长片麻岩、黑云斜长片麻岩,夹磁铁石英岩。由于受区域混合岩化作用,变质岩在成分、构造、结构等方面都发生了很大变化。按受混合岩化程度大小可分为混合花岗岩和混合质片麻岩。两种岩类无明显层位关系,且以后者为主。其片麻理走向10°～30°,倾向北西,倾角40°～70°,与区域构造线方向基本一致。

矿区内迁西群变质岩主要为三屯营组二段及三段第一层。

三屯营组二段(Ars2)： 岩石以黑云变粒岩、黑云浅粒岩、磁铁石英岩组成。混合岩化作用形成混合花岗岩、混合片麻岩、黑云混合岩及黑云混合片麻岩层。

三屯营组三段第一层(Ars3-1)： 岩石以紫苏黑云变粒岩、紫苏麻粒岩夹磁铁石英岩、黑云变粒岩及斜长角闪岩组成。混合岩化作用形成紫苏黑云混合岩化片麻岩层,该层为矿床铁矿体主要含矿层位。

(2)第四系

多分布在沟谷平地中,主要为亚砂土、亚粘土。河床中有粗砂及砾石,砾石磨圆度良好。

2.2 构造

区内构造复杂,但主要以褶皱构造和断裂构造为主。

(1)褶皱构造

蔡园西沟铁矿床整体受“孟家沟—北屯—蔡园西沟复式向斜”中的蔡园西沟复式向斜构造控制,主体褶皱构造以紧密倒转为特点,断裂构造韧性断层呈带状展布为特征,由于两者双重作用,使矿床地层及矿体在平面上呈一向西突出的弧形展布,同时使矿体呈现牵引和拖拉现象(图1)。

①主体褶皱构造—蔡园西沟复式向斜

铁矿床复式向斜构造形态是经历次勘探证实的,其中N1600-N1800线褶皱地段是可以对比的,该矿床主要含矿地层为Ars3-1,由各矿体在剖面上所表现的形态特征来体现。

图1 蔡园西沟铁矿床褶皱构造模式剖面图(N1600线)

向斜皱褶较紧密,轴面总体走向为NE30°,倾向NW,倾角60°～70°间。因受韧性断层的影响,使向斜的局部位置遭受破坏,如翼部的矿体呈透镜体及扁豆体。

②次级褶皱构造

矿床复式向斜构造是由三个次级向斜及二个背斜组成,因受韧性断层带的影响,背斜皱褶表现十分紧密,也可以说是被韧性断层所代替。

西(上)部紧密倒转向斜： 向斜全长约550m,主要由Ⅰ号矿体及韧性断层带的围岩组成,位于矿床西部N1350-N1875线地段。向斜两端翘起,总体呈梭行。轴面走向近SN,倾向W,倾角70°～75°。

中(下)部倒转向斜： 向斜全长约1000m 左右,纵向上贯穿整个矿床,主要由Ⅱ号矿体组成。倒转翼稍陡65°～70°,正常翼稍缓50°～55°,轴面走向NE30°,倾向NW,倾角60°～65°。由于韧性断层的影响,倒转翼矿体局部呈透镜体及扁豆体,产状也相应变陡。

东部倒转向斜： 向斜全长约450 m 左右,主要由Ⅲ号矿体组成,位于矿床东部N1200-N1700线间,向斜两端翘起,并很紧密,但目前由于柳河峪断层的韧性剪切作用使向斜北端抬高,南段相对降低。轴面走向NE35°左右,倾向NW,倾角65°～70°,由于断层剪切拖拉作用影响,使矿体呈多层状及扁豆状。

西部倒转背斜： 该背斜位于西部、中部向斜之间,且西部中部向斜与其并列平行。背斜轴面倾向NW300°,倾角70°左右,翼部由Ⅰ号及Ⅱ号矿体组成,核部由韧性断层带内的压碎岩组成。

东部倒转背斜： 背斜位于中部、东部向斜之间,轴面倾向NW305°,倾角65°左右。西翼由断层带内的压碎岩组成,局部由Ⅱ号矿体组成,东翼由Ⅲ号矿体组成,核部被FK1断层带东边界切割。

(2)断裂构造

矿床断裂构造发育,并以古老的韧性断层为主,规模较大。后期脆性断裂次之,规模很小。韧性断层深部韧性特征明显,地表及浅部以脆性变形为主,其结构具有双层模式的特点(图2)。

经对资料综合研究认为,与矿床紧密相关并起影响和控制作用的断裂带为FK1、FK6。

①FK1—韧性断层带

出露长度达2000m,宽度73～180m 不等。该断裂带南起N1100 线以南,一直延伸至北屯南N2900线附近。出露长度达2000m,宽度150～180 m 不等。断层带总体走向NE30°,倾向NW,倾角60°～88°不等。该断裂带表现韧性压兼扭的力学性质。矿床Ⅰ号矿体南段及Ⅱ号矿体受其严格控制,虽然由应力差、塑性差及边界条件的差异出现了一些扭动但位移不大,对矿体有一定的影响及破坏作用。局部地段铁矿呈透镜状、扁豆状,偶见铁矿呈角砾岩、压碎岩及粗糜棱岩。

②FK6—韧性断层带

该断层带在N1600线以南与FK1复合在一起并受其切割,特征明显,南起N1300线,北经Ⅰ号矿体北端至尖山矿体,长达1350 m,宽度20～220 m不等。走向近SN,倾向W,倾角80°～87°,该断裂总体上表现压兼扭的力学性质。断裂带由地质点和N1300-N1875线的地表工程及深部工程控制,Ⅰ号矿体北段矿体受其严格控制,对矿体起一定的影响和破坏作用。其中,Ⅰ号矿体在N1500线以北发生扭动,Ⅰ、Ⅱ号矿体局部地段呈透镜状及扁豆状,少见铁矿呈角砾及压碎状。

③其他韧性断层带

本区韧性断层带较多,其他断层带特征详见表1。

图2 蔡园西沟铁矿床断裂构造模式平面图

2.3 岩浆岩

矿区内无大的岩浆岩体出露,只分布有数量不多、规模较小的岩脉产出。

(1)橄榄辉长岩脉

地表沿N1700 线分布,验证钻孔为CK50、CK64、CK63。岩脉走向40°～57°,倾向NW,倾角80°,厚度5～15m,仅在N1700线切穿矿体。岩石呈灰黑色,块状构造,呈球状风化。矿物成分主要为斜长石、普通辉石、紫苏辉石、橄榄石及微量磁黄铁矿、黄铁矿、磁铁矿。

(2)煌斑岩

出现于N1600 线附近,长度短,厚度2～3 m。煌斑岩呈深灰绿色,中粗粒结构,块状构造,由长石、辉石、角闪石、黑云母及微量金属矿物组成。

(3)伟晶岩脉

分布广泛,规模较小,一般斜切片麻理方向,岩脉倾角陡,常在80°以上,对矿体破坏性不大。岩石为浅肉红色,粗粒结构,伟晶构造,主要矿物成分为钾长石、石英及少量角闪石、赤铁矿。

表1 次要断层特征一览表

3 矿体地质特征

3.1 矿体规模及产状

矿区内共有5条矿体,分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ号矿。矿体规模不一,特征见表2。

表2 矿体规模产状一览表

(1)Ⅰ号矿体

主要分布于N1300—WN1900 线之间,全长560m,平均厚度35 m。ⅠFK1n 延深250 m,ⅠFK1w 延深270 m。均延深较浅,基本赋存在-100m标高以上。矿体在剖面上总体为一紧密倒转向斜构造形态,核部岩层多为矿层夹层。平面上呈一扁豆体,因受FK1和FK6韧性断层的影响,局部地段拉伸变薄,转折加厚及扭动弯曲现象明显。矿体总体走向近SN,总体倾向西,倾角65°～75°(表3)。

(2)Ⅱ号矿体

该矿带分为四个矿体,其中以Ⅱ-1 矿体规模最大(表4)。

Ⅱ-1 矿体： 主要分布于N1400—WN2100 线地段,全长750 m,平均厚度为31.3 m。为深部盲矿体,倾向延深较大,达-400m 标高。矿体在剖面上为一倒转向斜构造形态,在N1500—N1800线间呈多层状,上部分枝撒开,下部合拢呈手掌形。矿体总体走向NE30°,倾向NW,倾角60°～65°,其中倒转翼矿体较陡,局部达70°,正常翼矿体较缓为50°。

Ⅱ-2 矿体： 分布在N1600—N1800 线为复式向斜构造的倒转翼,受FK1断层影响,分离成为一个透镜体。

Ⅱ-3矿体： 分布在WN2000线Ⅱ-1 矿体的顶部,呈孤立的小透镜状存在。

Ⅱ-4矿体： 分布在N1500线Ⅱ-1矿体上部,呈透镜体。

表3 Ⅰ号矿体地质特征表

表4 Ⅱ号矿体地质特征表

(3)Ⅲ号矿体

主要分布于N1100—N1700 线之间,全长460 m,地表出露矿体长度390m,平均厚度21.9m。矿体自N1250线以北出露地表,南段逐渐潜伏延伸为近地表盲矿体,其下延最低标高为-411 m。矿体呈多层状、扁豆状产出,总体走向NE35°,倾向NW,倾角65°～70°。根据矿体为多层状及各自的赋存特点,可分为四个小矿体。其中,Ⅲ-3矿体已采空,特征详见表5。

表5 Ⅲ号矿体地质特征表

(4)Ⅳ号矿体

主要分布于N1200线地段,矿体长约36m,平均厚度13m。矿体呈透镜状,下延不大,下延最低标高37m。走向NE30°,倾向NW,倾角60°左右。

(5)Ⅴ号矿体

主要分布在N1100线地段,矿体全长约90m,平均厚度11m。矿体呈透镜状,下延不大,下延最低标高为18 m。走向NE30°,倾向NW,倾角60°～65°。

3.2 矿石质量

(1)矿石矿物成分

矿石的矿物成分简单,金属矿物以磁铁矿为主,假像赤铁矿较少；非金属矿物以石英、紫苏辉石为主,少量普通辉石、角闪石、石榴石。

副矿物有黄铁矿、磷灰石等。此外,还有少量蚀变矿物。如,滑石、绿泥石、碳酸盐类矿物等。矿石结构比较简单,主要为粒状变晶结构,次要有镶嵌结构、似海绵陨铁结构、变余筛状结构等。矿石构造为条纹状构造、条带状构造、片麻状构造、块状构造。

(2)矿石化学成分

矿石中主要元素为Fe、Si、O,其次为Ca、Mg、Al。矿石中有益组分为铁,TFe品位多在20%～35%之间变化,TFe品位变化不大,基本是稳定的。S、P含量较低,均小于炼钢、炼铁用的铁矿中有害组分含量要求。

3.3 矿石类型

依矿物成分不同,可将矿石划分为三个类型。

(1)磁铁石英岩型

磁铁矿含量＞25%,暗色矿物＜5%,以石英为主。有条纹状、条带状、片麻状三种构造,矿体以条纹条带状构造为主。

(2)辉石磁铁石英岩型

磁铁矿含量＞25%,辉石含量在10%以上,为矿床矿石的主要类型。矿石呈黑色,中细粒结构,多呈条带状、条纹状构造。

(3)赤铁石英岩型

仅见于地表,分布分散,无一定规律。矿石深褐色,细粒致密结构,由石英、赤铁矿、褐铁矿组成,具条带或条纹构造,局部石英成压碎状。

4 矿床成因

铁矿体赋存在一套原岩为基性—中基性—酸性火山岩及富铁镁质、硅质岩和半粘土质的变质岩中,经受了麻粒岩相和角闪岩相二次变质作用,各类变质岩均遭受到了不同程度的混合岩化作用,铁矿的成因类型为火山—沉积变质铁矿。

5 结语

矿区内有多条断层及皱褶构造分布,有些规模较大的断层贯穿全区,断层厚度较大,断层带内呈泥状、角砾状,胶结差,围岩及矿体很不稳固,工程地质条件较差,在开拓、开采施工中要根据地质报告和施工中积累的资料提前做好突水、坍塌冒顶等防护。

日后工作中应加强地质编录工作,详细描述各岩性层,利用好岩矿鉴定手段,利用好磁测井资料,为岩性分层及对比提供充实的依据。

矿床N1600线-N2000线矿体工程控制不足,建议矿山在开采过程中进行巷道内或地表可进行施工的情况下进行深部生产性补充勘查工作。

采用坑道磁法测量仪,对开采深部矿体测量剩磁,推断深埋矿体,为矿床远景预测提供依据。