邢台西部石榴子石矿地质特征及成矿规律

王志刚，齐新国，李博文，王 政

(中国建筑材料工业地质勘查中心河北总队，河北 保定 071051)

石榴子石作为铝硅酸盐矿物，在自然界中有多种类质同象系列矿物[1]。特别是铁铝榴石，硬度大、熔点高、化学性质稳定、抗腐蚀性强，被广泛用于研磨材料，如：研磨光学仪器、电子元件、玻璃和陶瓷制品，抛光软金属制作的零件，清洁机械运输设备表面的油污，磨削打光木器家俱、橡胶、皮革、塑料等产品[2]。用于建设机场跑道、高速公路防滑路面和制造高铁水泥及喷砂、过滤等行业。

邢台西部的石榴子石矿产资源丰富，矿石含矿率也较高，但做过地质勘查的只有尧字沟及草峪两处，工作程度较低。有必要对整个邢台市西部的石榴子石矿进行地质找矿评价。本次通过1 ∶5 万矿产地质测量辅以遥感解译及1 ∶1 万地质填图，基本查明太古界赞皇群放甲铺组下段(Arf1)和红鹤组上段(Arh2)两个石榴子石含矿层，圈定岳沟找矿靶区1 处，圈出10 个石榴子石矿体；圈定找矿潜力较大的张安北、谈话—小河成矿远景区2 处；总结了石榴子石矿床特征，初步探讨了石榴子石矿成矿地质条件和成矿规律，对今后石榴子石矿找矿工作具有一定的参考意义。

1 区域地质概况

所处一级大地构造单元为柴达木—华北板块，二级构造单元为华北陆块，三级构造单元为冀西—冀南微陆块，四级构造单元为白岸—衡水构造带及冀南断块[3]。新太古代中期的赞皇岩群构成本区的变质基底，盖层主要为元古代长城纪碎屑岩、碳酸盐岩建造，古生代寒武纪、奥陶纪碎屑岩、碳酸盐岩建造及新生代地层。邢台西部属于太行山南段Fe-煤-铝土矿-石膏成矿带，赞皇隆起硫镍菱镁矿重晶石石榴子石成矿区[4]。石榴子石含矿层位分布于冀南断块的太古界赞皇群放甲铺组下段及白岸—衡水构造带的赞皇群红鹤组上段。石榴子石成矿作用和大地构造演化阶段密切相关，成矿期为新太古代区域变质成矿期，构造旋回属阜平运动旋回，矿床类型为区域变质型，成矿作用发生于古陆核的第一增生期。典型矿床为尧子沟石榴子石矿、草峪—套垴石榴子石矿、岳沟石榴子石矿[5]。

2 成矿地质条件

2.1 地层特征

区内出露地层主要为太古界赞皇群放甲铺组、石城组、红鹤组、石家栏组，元古界长城系大红峪组，古生界寒武系及下奥陶统，新生界第四系等地层。赋矿地层为赞皇群放甲铺组、红鹤组。

(1)放甲铺组(Arf )：分为上、中、下三段。

下段(Arf1)为石榴子石含矿层。分布于工作区东部的小河、谈话、尧子沟、卫鲁、张安北、岳沟一带。已做过地质勘查工作的石榴子石矿床有“尧子沟石榴子石矿”、“卫鲁蓝晶石矿(伴生石榴子石矿)”、“岳沟石榴子石矿”，均为大中型矿床。岩性为黑云斜长片麻岩、黑云斜长变粒岩和角闪斜长片麻岩。夹斜长角闪岩透镜体、石榴角闪斜长片麻岩和石榴黑云斜长片麻岩，顶部普遍见石榴子石，厚度＞1 936m。

中段(Arf2)：主要为黑云斜长片麻岩和含角闪黑云斜长片麻岩，夹花岗片麻岩、黑云二长片麻岩和斜长角闪岩。中上部见磁铁角闪石英岩，厚2 519～2 719m。

上段(Arf3)：下部石榴斜长角闪岩、角闪大理岩以及含白云母斜长大理岩，底部见薄层石英岩，厚175m。中部为黑云斜长片麻岩，向北递变成黑云角闪斜长片麻岩或角闪片麻岩，厚83～103m。上部为白色粗晶大理岩夹白云母大理岩、黑云片岩和角闪片岩，产菱镁矿，厚30～50m。

(2)红鹤组(Arh)：分为上下两段。

下段(Arh1)：岩性为黑云片岩、角闪片岩、二云石英片岩，黑云斜长片麻岩，角闪斜长片麻岩及石榴斜长角闪岩夹数层大理岩，厚度513m。

上段(Arh2)分布于西部草峪、套垴一带，做过地质勘查工作的石榴子石矿床为“草峪—套垴石榴子石矿”，为大中型矿床。岩性为暗绿色角闪片岩、斜长角闪岩，夹白云母石英片岩、白云母石英岩和薄层大理岩、石榴黑云片岩。中部岩石中石榴子石含量较高，为石榴子石矿的含矿层位，厚度113m。

2.2 岩浆岩特征

侵入岩构造单元属新太古代—中三叠世华北陆块构造岩浆岩区(ⅢA)，冀西—冀南岩浆岩带，冀南岩浆岩亚带[3]。侵入岩形成时代有新太古代、古元古代、中生代。太古代及古元古代侵入岩以基性、中酸性、酸性侵入岩为主，与石榴子石成矿关系密切。区内无较大岩浆岩，仅在松家坡—杜家台一带见1条煌斑岩脉，李家庄西部见6 条煌斑岩脉。

2.3 构造特征

本区经历了三次褶皱运动，即太古代末的阜平运动，下元古代的吕梁运动，中生代的燕山运动。一次大规模的断裂下陷活动，喜马拉雅运动[6]。形成了本区现有的构造格局。本区主要以断裂构造为主，褶皱构造仅有侯家庄向斜，位于将军墓以北，轴向北北西，组成地层为石家栏组，向北被甘淘河群所覆盖，向南至将军墓一带转折、扬起。局部次级小褶曲比较发育，褶曲只改变矿体形态，无破坏作用。断裂以北西和北东向两组较发育，局部偶见横向断裂，断裂以正断层为主，倾角大，有较宽的破碎带。断裂造成局部矿体错位或缺失，对矿体起破坏作用。

2.4 变质作用

新太古代中期，本区在挤压机制下的火山岛弧—弧间盆地环境下形成了富铝的泥砂质岩、碳酸盐岩和基性—中酸性火山岩。阜平运动使原岩发生麻粒岩—角闪岩相的中高温中低压区域变质作用，变质温度达550～800℃，对应的压力值为0.4～1.0GPa。形成了赞皇群含石榴子石的变粒岩、片麻岩、片岩、斜长角闪岩及大理岩等各类区域变质岩，随后又经历了新太古代晚期的五台运动、古元古代的吕梁运动的叠加改造，以及至少两次的混合岩化作用，使石榴子石晶体不断增大，最终形成石榴子石含矿层。

3 矿床地质特征

工作区内有两个含矿层(图1)。赞皇群红鹤组上段(Arh2)含矿层，分布于土门—大河一带，走向北东—南西，延伸22.73km，平均出露宽度0.67 km，面积15.23km2。含矿层主要由角闪片岩、斜长角闪岩，夹白云母石英片岩、白云母石英岩和薄层大理岩、石榴黑云片岩、石榴二云片岩构成。含矿层内主要有草峪—套垴石榴子石矿床和内丘县报子口、邢台县峡底两个矿点。赞皇群放甲铺组下段(Arf1)含矿层，分布于老树围—于家沟一带，走向北东—南西，延伸29.08km，平均出露宽度5.31km，面积154.4km2。含矿层主要由黑云斜长片麻岩、角闪斜长片麻岩、斜长角闪岩、石榴黑云斜长片麻岩、石榴角闪斜长片麻岩、石榴斜长角闪岩构成。含矿层内主要有尧子沟石榴子石矿和岳沟石榴子石矿以及卫鲁、谈话、温暖河、小河等矿点[7-8]。

3.1 矿体特征

草峪—套垴石榴子石矿，矿体赋存在太古界赞皇群红鹤组上段(Arh2)石榴二云片岩中，共有3 个矿体。K1 矿体分为K1-1、K1-2、K1-3 三部分，K2 矿体分布于草峪—峡底一带，K3 矿体分布于庵峪一带，总体走向近南北向。各矿体特征见表1。

矿体含矿率最高为32.19%(K1-1)，最低为19.34%(K2)，平均含矿率为22.95%[9]。石榴子石单矿物化学分析结果，SiO2平均含量45.48%；Al2O3平均含量17.67%；Fe2O3平均含量30.25%；TiO2平均含量0.92%；CaO 平均含量3.33%；Mn3O4平均含量0.40%；FeO 平均含量25.20%。SiO2+Al2O3+FeO ＞85%，石榴子石为铁铝榴石。石榴子石单矿物摩氏硬度最高为7.3，最低为6.7，平均摩氏硬度为6.94。

尧子沟石榴子石矿和岳沟石榴子石矿(图2、图3)，矿体赋存在放甲铺组下段(Arf1)地层中。尧子沟矿有12 个矿体，岳沟矿有10 个矿体。组成矿体的岩石分别为石榴黑云斜长片麻岩、石榴角闪斜长片麻岩、石榴斜长角闪岩。矿体多呈似层状或透镜状单斜产出，局部褶皱，产状受地层控制。矿体延 伸长 度100～1 555m，厚2.05～25.78m，平均含矿率10.39%～16.93%。石榴子石单矿物化学分析结果，SiO2平均含量40.89%，Al2O3平均含量17.52%，Fe2O3平均含量26.89%。两件样品的FeO分别为18.29%和19.63%，光谱分析结果Ca、Mn含量均低于Fe，石榴子石为铁铝榴石。石榴子石平均摩氏硬度6.68～7.51。

图1 工作区地质背景图

图2 岳沟石榴子石矿矿体分布图

本次圈出了两个成矿远景区，含矿层均为太古界放甲铺组下段(Arf1)，矿化体形态呈似层状。张安北成矿远景区位于岳沟靶区以南，卫鲁蓝晶石矿以北，面积约3.3km2，有多处石榴子石矿化现象，总体走向近南北，倾向275°，倾角45～51°，走向延伸长度100～200m， 厚度8～14m，石榴子石含矿率＞15%，矿石类型为石榴角闪斜长片麻岩型。谈话—小河成矿远景区位于尧子沟石榴子石矿以南，面积约22.5km2，谈话、温暖河、东寺、小河等地零星出露有多处石榴子石矿化点，总体走向北西—南东，倾向200～235°，倾角38～48°，走向断续延伸约200～2 000m， 厚度9.77～16.8m，石榴子石含矿率12.42%～16.12%，矿石类型为石榴角闪斜长片麻岩型和石榴斜长角闪岩型两种。预测两个成矿远景区资源潜力良好(表1)。

3.2 矿石类型

矿石自然类型共有四种，即石榴二云片岩、石榴斜长角闪岩、石榴黑云斜长片麻岩和石榴角闪斜长片麻岩[10]。

(1)石榴二云片岩。

分布在草峪—套垴石榴子石矿。矿石由变斑晶石榴子石和基质石英(20%～30%)、黑云母(5%～15%)、白云母(10%～20%)、斜长石(5%～10%)组成。黑云母、白云母集结成连续的线状与石英、斜长石相间定向排列。石榴子石变斑晶夹于其中，构成斑状中细粒状鳞片变晶结构，片状构造。石榴子石为铁铝榴石，含量10%～50%，等轴粒状，粒径3～7mm，最大可达12mm。具规则的多边形轮廓，颗粒内充有石英和其他矿物的包裹体，形成筛状结构。

(2)石榴斜长角闪岩。

在尧子沟石榴子石矿和岳沟石榴子石矿均有分布。矿石主要由角闪石、斜长石和石榴子石组成，各自集中分布，相间排列，略具定向性，构成柱粒状变晶结构，块状构造，石榴子石均匀地分布于矿石中(图4a)。尧子沟石榴子石矿的K1、K2、K3、K4、K5、K6、K8、K9、K11 矿体以及岳沟石榴子石矿的K5、K7、K8、K9 矿体都属此类型矿石。矿石主要矿物成分：斜长石20%～40%、角闪石40%～60%、石榴子石一般10%、石英5%～10%、黑云母3%～5%。副矿物为磷灰石和锆石，＜1%。石榴子石：为铁铝榴石，粒状，粒径0.3～6mm，具规则的多边形轮廓，大颗粒内充有石英、斜长石包体，形成筛状结构。

图3 岳沟石榴子石矿8 勘查线剖面图

(3)石榴黑云斜长片麻岩。

分布在尧子沟石榴子石矿K7、K10、K12 三个矿体中，主要矿物成分：斜长石30%～50%、石英10%～15%、黑云母20%～40%、石榴子石5%～10%。局部蓝晶石10%～15%、钾长石5%～10%。石榴子石为铁铝榴石，等轴粒状，粒径0.3～3mm，颗粒内充有石英、赤铁矿小晶体，具黑云母镶边。

(4)石榴角闪斜长片麻岩。

分布在岳沟石榴子石矿K1-K4、K6、K10 六个矿体中，矿石主要由斜长石、石英、角闪石、黑云母和石榴子石组成，片状黑云母、板柱状角闪石定向排列，与粒状斜长石、石英构成片麻状构造。斜长石30%～50%、石英10%～15%、黑云母10%～15%、角闪石15%～20%、石榴子石15%～20%。局部蓝晶石5%、钾长石5%～10%。石榴子石为铁铝榴石，等轴粒状，粒径0.3～5mm，颗粒内充有石英、赤铁矿小晶体，具黑云母镶边(图4b)。

4 成矿规律

4.1 成矿时代

新太古代中期，阜平运动使富铝的泥砂质原岩(粘土岩、页岩、泥岩)碳酸盐岩和基性—中酸性火山岩发生了强烈的变形作用及区域变质作用，形成了赞皇群富含特征变质矿物石榴子石的变粒岩、片麻岩、斜长角闪岩、片岩等各类区域变质岩。后经多次褶皱运动的叠加改造及混合岩化作用，使石榴子石进一步增大富集，形成了放甲铺组下段和红鹤组上段两个石榴子石含矿层。

4.2 成矿环境

本区石榴子石矿主要赋存在太古界赞皇岩群放甲铺岩组下段及红鹤组上段石榴斜长角闪岩、石榴角闪斜长片麻岩、石榴黑云斜长片麻岩、石榴二云片岩中。斜长角闪岩呈层状—似层状，延长较稳定，其原岩是火山碎屑岩或层状火成岩；片麻岩出露面积大，具有较明显的层状特点，延伸稳定。在大和庄、魏鲁一带，黑云变粒岩、片麻岩中常含石墨、矽线石、石榴石，或有蓝晶石，显示为富铝碎屑沉积岩。综合分析认为，赞皇岩群主要形成于挤压机制下的火山岛弧—弧间盆地构造环境。

4.3 成矿物质来源

石榴子石是富铝的泥砂质沉积岩、基性—中酸性火山岩在中深变质作用条件下生成的一种变质特征矿物，其生成温度为600～700℃，压力为0.2～1.0GPa，范围较大[11]。石榴斜长角闪岩、石榴角闪斜长片麻岩、石榴黑云斜长片麻岩、石榴二云片岩系中深变质作用的产物，石榴子石以铁铝榴石为主。

5 结论

5.1 成矿规律

(1)工作区石榴子石矿赋存于前寒武系中深变质岩系中，赋矿地层为太古界含石榴子石的斜长角闪岩、片麻岩、二云片岩，变质程度为麻粒岩相—角闪岩相，属于区域变质型石榴子石矿。

(2)石榴子石含矿层受区域地层控制，呈带状分布，局部小型褶皱发育。矿体呈似层状、透镜状，长数十米至千余米，最长者达二千米，厚数米至二十余米，矿石品位12.11%～32.19%。

(3)石榴子石含矿建造形成于火山岛弧—弧间盆地环境，变质成矿期为新太古代中期(阜平期)。

(4)赞皇岩群放甲铺组、红鹤组是寻找石榴子石矿的重要层位。石榴斜长角闪岩、石榴角闪斜长片麻岩、石榴黑云斜长片麻岩、石榴二云片岩为直接找矿标志。

5.2 成矿预测

岳沟石榴子石找矿靶区，由于投入的资金及探矿工程较少，只对部分矿点或矿化点进行了工程揭露和控制，目前仅圈出10 个矿体。含矿层内的其他矿点或矿化点尚没有工程验证，已经圈出的矿体如K8、K9、K10 因第四系及林木覆盖，其走向延伸可能更长一些。预测有较大的资源潜力。

张安北成矿远景区位于靶区和尧子沟典型矿床之间，谈话—小河成矿远景区位于尧子沟典型矿床南部，二者与靶区和典型矿床属于同一含矿层，远景区内分布有多个矿点或矿化点，均有个体开采历史。张安北成矿远景区和谈话—小河成矿远景区也具有一定的资源潜力。