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0 引言
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冀东地区是中国重要的沉积变质型铁矿资源基地之一(李厚民等,2012;赵立群等,2020;高新宇等;2022),探明铁矿石储量约占全国铁矿储量的 10%,且还有巨大找矿潜力(李厚民,2012;沈保丰, 2012)。区内前寒武纪变质地层广泛分布,且不同时代地层中均有沉积变质型铁矿产出,已发现了司家营、石人沟、柞栏杖子等多个大型、超大型铁矿床以及众多的中小型铁矿床。但近年来国内铁矿石自给保障程度仅为 10%~20%,且有逐年下降的趋势,后备资源不足的问题愈发突出(崔伟等,2022)。因此,加强区内铁矿成矿规律研究和找矿勘查工作,对缓解冀东地区铁矿资源紧张具有重要的现实意义。湾杖子铁矿床位于河北省青龙满族自治县青龙镇湾杖子村附近,是冀东沉积变质型铁矿矿集区北东部的一处重要的沉积变质型铁矿床,矿区中心地理坐标东经 118°57'12″,北纬 40°26'33″。1960 年以来,多家地勘单位在区内开展了铁矿、石墨矿勘查和评价工作,取得了较好的找矿成果。然而,对该矿床的成矿条件、成矿规律和矿床成因等方面的研究工作却十分滞后,迄今为止未见公开报道,在一定程度上制约了该区深部和外围的进一步找矿工作。据此,本文在前人工作的基础上,结合笔者在本区的找矿勘查实践,对湾杖子铁矿床成矿地质背景、矿床地质特征进行研究,分析和总结该矿床的成矿规律、主要控矿因素和矿床成因,对深化认识湾杖子铁矿床成矿规律、矿床成因以及寻找新的铁矿资源具有一定的借鉴意义。
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1 区域地质背景
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湾杖子铁矿大地构造位置上处于中朝准地台 (Ⅰ2)—燕山台褶带(Ⅱ2 2)—马兰峪复式背斜(Ⅲ2 7) —遵化穹褶束(Ⅳ2 25)的东部,属冀东地区青龙—宽城铁矿成矿区带(钱祥麟等,1985)。
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区域上出露地层由老至新有新太古界湾杖子岩组(Ar3w)、三门店岩组(Ar3s)和褚杖子组(Ar3c),中元古界长城系大红峪组(Chd)、高于庄组(Chg)以及新生界第四系(Q)(图1)。湾杖子岩组(Ar3w)和三门店岩组(Ar3s)属于遵化岩群,是一套高角闪岩相的变质沉积组合,地层总体走向 NE,倾向 NW,是冀东地区重要含铁矿层位之一(徐璐平和朱卫平,2012;崔伟等,2022),前人测得遵化岩群的同位素年龄大多在 2800~2500 Ma(Geng et al.,2006;Zhang et al.,2012)。其中,湾杖子岩组(Ar3w)岩石组合主要为斜长角闪岩、角闪斜长片麻岩,顶部夹薄层磁铁石英岩,与上覆三门店岩组呈整合接触,其原岩是中基性火山熔岩、火山碎屑岩建造,夹有硅铁质建造及碳酸质泥岩;三门店岩组(Ar3s)岩石组合以细粒黑云斜长变粒岩为主,底部夹较多斜长角闪岩、石榴黑云斜长变粒岩及磁铁石英岩,其原岩是火山碎屑岩为主的沉积建造,夹部分泥岩和硅铁质建造。褚杖子组(Ar3c)属于朱杖子岩群,岩性以黑云斜长变粒岩为主夹角闪斜长变粒岩,为一套绿片岩相—低角闪岩相的变火山-碎屑岩,形成时代为 2500 Ma 左右(齐鸿烈等,1999;孙会一,2010;陈靖等,2015;常青松等,2019),原岩为杂砂岩或火山碎屑岩夹泥质岩的沉积建造。大红峪组(Chd)和高于庄组(Chg),角度不整合于新太古界变质基底之上,大红峪组(Chd)岩性为细粒—中粒(长石)石英砂岩,夹(泥)页岩,高于庄组(Chg)岩性以白云岩为主,夹砂岩、页岩和砾岩。
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区域构造以断裂为主,其次为韧性剪切带(图1)。断裂构造走向主要为NE向,其次为NNE向、近 SN 向和 NNW 向,性质多为高角度的正断层。韧性剪切带走向NE向,倾向NW,宽几米至几十米,长数千米至十几千米。
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区域岩浆主要有新太古代逃军山角闪二长片麻岩(Ar3Tgn)、小关庄角闪斜长片麻岩等(Ar3Xgn),中元古代蓟县纪马杖子独立单元二长花岗岩,中生代晚侏罗世水胡同独立单元钾长花岗岩(J3S)、杨杖子独立单元花岗斑岩(J2Y)以及早侏罗世南大山独立单元细中粒斑状钾长花岗岩(J1N)、蛇盘兔独立单元细中粒斑状二长花岗岩(J1S,图1)。
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区域矿产主要有铁矿床、金矿床、石墨矿床。如,柞栏杖子大型铁矿床,拉马沟、庙沟、浦杖子等中型铁矿床,三合店、土桥岭、厂房子等小型铁矿床 (张冲,2020);三家子中型金矿床,二拨子、苗杖子、半壁山等小型岩金矿床(王奉林等,2010);水泉沟、苇子沟等小型石墨矿床。
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2 矿床地质特征
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2.1 地层
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研究区内出露的地层有新太古界湾杖子岩组(Ar3w)、三门店岩组(Ar3s)以及新生界第四系全新统(Qhal+pl,图2)。前两者均为矿区内的赋铁矿地层,地层走向 20°~70°,倾向 NW,倾角 43°~70°。湾杖子岩组(Ar3w),为研究区的次要赋矿地层,岩性主要为角闪斜长片麻岩和磁铁石英岩,其中磁铁石英岩主要为分布在研究区西北部的XIII、XIV两条矿体。三门店岩组(Ar3s),为研究区的主要赋矿地层,岩性较复杂,主要为黑云变粒岩、角闪变粒岩、黑云角闪变粒岩、斜长角闪岩、含磁铁石英辉石岩、磁铁石英岩以及石墨斜长角闪岩,局部发育小型石墨矿体(图2),其中磁铁石英岩为研究区内的主要矿石。第四系全新统(Qhal+pl),主要为灰黄、黄褐色亚砂土、粉砂土,夹砂砾石、碎石透镜体,一般厚0~5m。
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2.2 构造
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研究区构造较简单,主要为走向 NE—NNE 向的断层和韧性剪切带,以及少量走向 NNW 的性质不明断层。此外,据Ⅷ、Ⅸ号矿体附近两条勘探线上钻孔揭露,局部可能发育北翼缓南翼陡的小型向斜构造,其轴线位于Ⅰc~Ⅳc 号石墨矿体附近(图2),走向 30°~40°,南翼位于Ⅸ号矿体南侧,北翼未出露。据1∶25万区域地质资料推测NE—NNE向断层为区域 NEE 向塔沟—青龙断层带的次级断裂构造,区域上该断层带断南、北倾向均有,倾角一般 75°~85°,带内脆-韧性变形组构显示断裂带发生过右行走滑。韧性剪切带的中部为糜棱岩带,向两侧变为脆性破碎带,糜棱岩面理走向 55°~75°,倾向 NW,倾角40°~85°,宽150~300 m。
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2.3 岩浆岩
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研究区内岩浆岩较少,主要为早侏罗世晚期肖营子岩体南大山独立单元,该岩体呈不规则状侵入新太古界三门店岩组变质岩地层中,岩性为细中粒斑状钾长花岗岩,前人采用全岩 K-Ar 法测得其形成年龄为186.8 Ma(张双增等,2000②)。此外,研究区内发育较多走向为 NE 向和 NW 向的闪长玢岩脉和辉绿岩脉。区内岩浆岩对矿体破坏不明显。
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2.4 矿体特征
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湾杖子铁矿区目前已发现铁矿体十余条,研究区累计查明资源量已达中型矿床规模,矿体主要赋存于三门店岩组中,其次为湾杖子岩组,除Ⅻ、XIV号矿体为隐伏矿体外,其余矿体均出露地表。其中, Ⅴ、Ⅷ、Ⅸ号矿体规模大,连续性好,形态稳定,为研究区的主矿体,其余为次要矿体(图2)。区内矿体形态较复杂,大部分矿体呈透镜状,少数呈似层状,矿体沿走向和倾向多具有膨缩、尖灭再现的现象。平面上矿体在走向上呈右行斜列式排列,在倾向上呈现上下多层近平行叠置,且沿走向和倾向上均具有舒缓波状的特点(图2、图3)。矿体产状与地层产状基本一致,走向 NE 20°~72°,除Ⅷ号、Ⅸ号矿体南侧局部受构造影响倾向 SE 外,其他矿体均倾向 NW,倾角 29°~74°。矿体其他主要特征详见表1。根据观察露天采坑,矿体可分为强风化带、弱风化带和原生带,经过多年开采,区内矿体已经开采至原生带。
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图1 研究区大地构造位置图(a,据石苏东等,2023修改)及区域地质图(b,据宫贯乾等,2013①修改)
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1—第四系;2—长城系高于庄组;3—长城系大红峪组;4—新太古界晚期褚杖子组;5—新太古界三门店岩组;6—新太古界湾杖子岩组;7—水胡同独立单元;8—杨杖子独立单元;9—南大山独立单元;10—蛇盘兔独立单元;11—蓟县纪马杖子独立单元;12—新太古代逃军山角闪二长片麻岩;13—新太古代小关庄角闪斜长片麻岩;14—花岗斑岩脉;15—正长斑岩脉;16—二长闪长玢岩脉;17—闪长岩/玢岩脉;18—实测地质界线/沉积不整合界线;19—太古代绿片岩相韧性变形带/性质不明断层;20—实测正/逆断层及产状;21—片麻理/层理产状;22—湾杖子铁矿区范围
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图2 湾杖子铁矿区地质简图(据宫贯乾等,2013①修改)
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1—第四系;2—新太古界三门店岩组;3—新太古界湾杖子岩组;4—早侏罗世南大山独立单元;5—闪长玢岩脉;6—辉绿岩脉;7—石墨矿体及编号;8—铁矿体及编号;9—性质不明断层/韧性剪切带;10—推测向斜轴线;11—片理/片麻理产状;12—矿体产状;13—勘探线及编号;14—钻孔及编号
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3 矿石特征
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3.1 矿物组成与结构构造
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矿石矿物主要为磁铁矿,其次为少量赤铁矿和褐铁矿;脉石矿物主要为石英、辉石、角闪石等。磁铁矿含量一般为15%~30%,半自形—他形粒状变晶结构,粒径通常为 0.1~2. 0 mm,集合体多数呈相对似条纹、条带状分布,构成 2~5 mm 的暗色条纹,少量呈分散状分布在石英条纹中,风化带及破碎带中常见磁铁矿的边部及表面裂纹处被赤铁矿、褐铁矿交代,交代后的磁铁矿呈孤岛状残留或假像赤铁矿;赤铁矿,常与磁铁矿共生在一起,呈细小纤维状分布在磁铁矿边部或呈网脉状穿插在磁铁矿表面裂纹中;石英含量65%~70%,多呈他形粒状,粒径一般为0.2~2. 0 mm,具有轻微波状、带状消光,集合体多呈条带状分布,构成矿石的浅色条纹,条纹宽度一般为0.5~2. 0 mm。
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矿石结构主要为半自形—他形粒状变晶结构,少部分为交代残余结构、粒状镶嵌结构;矿石构造主要为条纹状—条带状构造(图4)。条纹状—条带状构造依其纹理的宽度,分为条纹状构造火和条带状构造。条纹状构造区内分布最广泛,石英条纹宽度一般1~3 mm,磁铁矿条纹宽度一般1 mm左右,矿物粒度一般在0.1~0.3 mm,矿石品位相对较高。条带状构造区内不常见,石英条带宽度大于 5mm,磁铁矿条带宽度一般2 mm左右,矿石品位相对较低。
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3.2 化学成分
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根据研究区内 630 件矿石基本分析样品统计,各矿体 TFe、mFe 品位变化系数分别为 1. 06%~31.22%、1. 06%~39.30%,其中Ⅴ、Ⅷ、Ⅸ号3个主矿体的 TFe、mFe 品位变化系数分别为 2.23%~11.37%、1. 06%~11.30%,品位变化系数均<50%,表明各矿体矿化连续,品位变化均匀。研究区内 8 件矿石光谱分析样品统计表显示(表2),矿石其他伴生有益组分含量均未达到伴生矿产工业指标要求。研究区内 14 件样品组合分析结果统计表显示 (表3),矿石中伴生的有害组分主要是 SiO2,其平均含量为52.21%。矿石中S、P有害组分的平均含量分别为 0.10%、0. 05%,均低于有害组分最低含量要求。
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研究区内6件矿石样品化学全分析结果统计显示(表4),矿石主要由 SiO2和 TFe2O3组成,平均含量分别为 53.97%、30. 00%;其次为 Al2O3、CaO、MgO,平均含量分别为 3.98%、2.99%、1.92%;其余成分含量均小于 1. 00%。其中,指示陆源碎屑成份的 TiO2和Al2O3含量很低,暗示矿石中来自陆源的碎屑物质很少。
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3.3 矿石类型
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铁矿石的自然类型一般从矿石中矿石矿物、脉石矿物以及矿石的结构构造 3 个方面进行划分,划分依据不同,确定的矿石类型不相同。湾杖子铁矿矿石类型分别主要为磁铁型铁矿石、石英型铁矿石、条纹—条带状型铁矿石。
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图3 湾杖子铁矿区0线剖面图(据宫贯乾等,2013①修改)
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不同矿体 10 件矿石物相样品分析结果统计表显示(表5),矿石中的铁以磁性铁、硅酸铁、氧化铁、硫化铁、碳酸铁 5种形式存在。在 10件铁矿石物相样品中,共 8件样品的硅酸铁含量≥3%,9件样品的 siFe+sfFe+cFe≥3%,且 mFe/(TFe-siFe-sfFe-cFe)< 85%的样品有7件。因此,从选矿工艺要求看,研究区内铁矿石为需选弱磁性铁矿石。
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3.4 矿体围岩与夹石
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矿体与围岩呈整合接触,Ⅷ、XIII、XIV号铁矿体的顶、底板围岩为角闪斜长片麻岩,其余矿体的顶、底板围岩主要为斜长角闪岩,其次为斜长角闪变粒岩、角闪二长变粒岩、黑云角闪斜长变粒岩。夹石与矿体呈互层产出,岩性主要为角闪斜长片麻岩、斜长角闪岩。
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图4 湾杖子铁矿典型矿石宏观及与显微镜下照片
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a—条纹状构造矿石;b—条纹—条带状构造矿石;c—他形粒状磁铁矿,条纹状定向分布,边部及裂纹被赤铁矿及少量褐铁矿交代,少数全部被赤铁矿交代呈假像;d—磁铁矿他形—半自形粒状,条纹状、条带状定向分布,少量星散分布,部分被隐晶状褐铁矿交代,局部被赤铁矿交代 Mag—磁铁矿;Hem—赤铁矿;Lm—褐铁矿
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4 成矿规律
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4.1 矿体的形成时代
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通过前文叙述可知湾杖子铁矿床属于沉积变质型铁矿。前人的很多研究表明冀东地区的沉积变质型铁矿床为产在太古宙绿岩带中,与海底火山作用密切相关的阿尔戈马型(沈保丰,2012;张连昌等,2012;赵一鸣,2013),可以通过测定与沉积变质型铁矿共生变质火山-沉积岩的年龄来限定沉积变质型铁矿床的形成时代(万渝生等,2012)。湾杖子铁矿床赋存在新太古代遵化岩群的湾杖子岩组和三门店岩组变质火山-碎屑沉积岩中,随着高精度锆石原位定年技术的发展,近年来有文献报道了遵化岩群中与沉积变质型铁矿密切共生的变质岩中锆石的年龄,例如:石人沟铁矿的围岩遵化岩群角闪斜长片麻岩、斜长角闪岩的锆石 SIMS U-Pb 形成年龄为(2541±21)Ma,变质年龄为(2512±31)Ma (Zhang et al.,2012),遵化秋花峪、迁西小关庄侵入遵化岩群的变质深成岩中锆石 SHRIMP U-Pb 年龄分别为(2527±2)Ma、(2566±28)Ma(Geng et al., 2006)。根据以上区域上关于遵化岩群的年龄数据,结合本研究区与区域上铁矿床特征的对比,笔者推测湾杖子铁矿床主要形成于 2500 Ma 左右,其精确形成年龄还需进一步研究证实。
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4.2 矿体的空间分布
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湾杖子铁矿床矿体赋存于湾杖子岩组和三门店岩组的中上部,其形态和空间分布明显受控于这两组地层。平面上,区内矿体呈 NE—NNE 向的右行斜列式分布,沿走向具有舒缓波状的特点,各矿体之间相距较近,自NE向SW矿体条数增多。垂向上,区内矿体具有多层分布的特点,总体倾向 NW,倾角变化较大,单个矿体多呈透镜状产出,少数呈似层状或脉状,自NE向SW矿体埋深逐渐变大。目前工程控制的矿体厚度和品位比较稳定,矿体沿走向延伸长度远大于沿倾向延深,多数矿体近地表处厚度较大,向下延伸不远厚度急剧变小甚至尖灭,大多数矿体具有沿倾向突然尖灭、分支、复合和膨缩的特征。此外,通过多条勘探线剖面图对比发现,赋存于湾杖子岩组中的矿体厚度相对较大,但是沿走向和倾向延伸较短;产于三门店岩组中的矿体,相对较薄,但是沿走向和倾向延伸较长,厚度也较稳定。
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4.3 原岩建造对成矿的控制
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前人根据原始含铁建造中沉积岩和火山岩的比例将冀东沉积变质型铁矿的原岩建造划分为4种类型,分别为火山岩系—硅铁建造、含沉积岩的火山岩系—硅铁建造、火山岩系—沉积岩系—硅铁建造、含火山岩的沉积岩系—硅铁建造(张连昌等 2012;崔伟等,2022)。湾杖子矿区铁矿体产于三门店岩组和湾杖子岩组中,产于三门店岩组中的铁矿体围岩主要为斜长角闪岩和各类变粒岩,其原岩为以火山碎屑岩为主的沉积建造,其中夹有部分泥质岩和硅铁质建造(宋鸿林等,2004③);产于湾杖子岩组中的铁矿体围岩为角闪斜长片麻岩,其原岩为一套中基性火山熔岩、火山碎屑岩或沉火山碎屑岩的建造,并夹有部分的海相硅铁质建造及碳酸质泥岩 (宋鸿林等,2004③),从中可以看出湾杖子铁矿区两套岩石组合的原岩建造总体以火山岩为主,含少量的沉积岩,可与前人划分的冀东地区 4 类沉积变质型铁矿的原岩建造类型之“含沉积岩的火山岩系— 硅铁建造”相比,铁矿体通常位于由火山岩、火山碎屑岩向沉积岩过渡的部位。由于含沉积岩的火山岩系—硅铁建造的岩性、岩相在时空上变化比较大,且具有明显的韵律特征,所以形成本区同一套地层中发育的多层矿体,但是单层矿体厚度较薄,延伸较小。
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4.4 构造对成矿的控制
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湾杖子铁矿床位于马兰峪背斜东部,控制该矿床产出的主要构造类型是发育在基底变质岩中的区域性的断裂构造带和褶皱。区域上,生成于新太古代晚期的峪耳崖—青龙—汤道河 NE向构造带的次级构造控制,该构造控制区内形成了 NE 向延伸的片麻岩体、韧性剪切带以及 NE向的褶皱构造,同时也控制了湾杖矿区内铁矿带的总体展布。研究区内,控制矿体分布和保存的构造主要是后期形成的小型褶皱和断裂构造,据研究区内Ⅷ、Ⅸ号主矿体附近勘探线剖面图及其他多张剖面图的联合比对分析,推测研究区内可能发育一北翼缓、南翼陡的小型向斜构造,其轴线走向 30°~40°,枢纽向 SW 倾伏,区内矿体总体向 SW 倾伏的特点可能与此向斜构造关系密切。研究区内未发现明显破坏矿体的断裂构造,局部可能发育一些使矿体产状发生紊乱的小型断裂构造。
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4.5 变质作用对成矿的控制
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研究区赋矿地层湾杖子岩组和三门店岩组的变质程度较高,达到了角闪岩相—麻粒岩相,除因地表风化作用形成的少量表生赤铁矿石外,研究区内大部分矿石的矿物组合为石英+磁铁矿、石英+ 硅酸盐+磁铁矿这两种类型。其中,石英-铁氧化物矿石相的原生沉积矿物组合为隐晶质的燧石、碧玉或细粒的石英+细粒磁铁矿矿物组合,经过后期变质重结晶作用,隐晶质的燧石、碧玉或细粒的石英和磁铁矿形成粗粒的石英、粗粒磁铁矿,但石英和磁体矿相互之间并没有发生相互的变质反应,于是形成条纹—条带状构造的磁铁石英岩矿石。石英-硅酸盐-铁氧化物矿石相的原生沉积矿物组合主要为燧石或石英、含水铁硅酸盐、赤铁矿及磁铁矿,其中燧石或石英、磁铁矿及赤铁矿在后期变质重结晶过程中的演变基本上与石英-铁氧化物矿石相的变质作用相同,但含水硅酸盐先经过脱水作用形成闪石类矿物,然后随着变质程度的提高,闪石类矿物进而转变为辉石类矿物,最终形成区内的石英+硅酸盐(角闪石或辉石)+磁铁矿矿石。
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总体看来,湾杖子铁矿床属于石英-硅酸盐-铁氧化物矿石相的变质作用。变质作用对该铁矿的控制作用主要表现为对矿石矿物成分及结构构造的改变,即原始沉积矿物组合被改造为相应的变质矿物组合,隐晶—细粒结构经变质重结晶作用转变为显晶—粗粒结构,浅条纹和暗条纹之间矿物在变质作用过程中,未发生明显的变质反应,继而使条纹—条带状构造保存延续下来。
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5 矿床成因探讨
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如前文所述,湾杖子铁矿床为典型的沉积变质型铁矿床。关于沉积变质型铁矿床成因的研究重点包括铁质来源和Fe2+ 沉积机制两方面。铁质来源方面,目前认识尚不一致,主要有陆壳风化对海洋供给和海底火山喷发后热液活动两种主流的观点 (张连昌等,2012),近年来中国学者针对华北克拉通前寒武纪沉积变质型铁矿开展了大量的主量元素、微量元素、稀土元素、铁同位素、硫同位素、铅同位素研究工作(李志红等,2008;Zhang et al.,2011; 代堰锫等,2012;李文君等,2012;王跃和朱祥坤, 2012;陈靖等,2015;韩鑫,2017;蒋亚松等,2023),越来越多的研究者认为成矿物质主要来自海底火山活动带来的热液,陆壳碎屑物质对沉积变质型铁矿的贡献很少。Fe2+ 沉积机制方面,前人认为海洋中溶解的Fe2+ 主要通过生物和非生物两种机制转化沉淀。生物沉淀机制包括微生物光合作用产生的氧将 Fe2+ 氧化成 Fe3+ (Eigenbrode and Freeman, 2006)、微生物直接氧化机制(Canfield et al.,2018); 非生物沉淀主要包括热液与海水混合机制(Wang et al.,2009)、密度流机制(Pickard et al.,2004)、相分离机制(Foustoukos and Bekker,2008)、紫外线引起的氧化沉淀机制(Cairns-Smith,1978)及无机碳 (CO2或CH4)氧化沉淀机制(Thibon et al.,2019)。
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从湾杖子铁矿矿石化学全分析结果统计表可以看出(表4),矿石主要由 SiO2和 TFe2O3组成,其次为 Al2O3、CaO、MgO,成分中能够指示陆源碎屑成分的 Al2O3(平均 3.98%)及 TiO2(平均 0.14%)含量很低,暗示湾杖子铁矿成矿物质中几乎没有陆源碎屑物质的参与,这一特征与冀东地区其它沉积变质型铁矿床相似,如青龙栅栏杖子铁矿、迁安水厂铁矿、遵化石人沟铁矿床等 15 个矿床(杨秀清等,2014),前人同时对这 15 个矿床铁矿石样品的稀土元素稀行了详细研究(姚通等,2014),研究表明这些矿床铁矿石成矿物质主要来源于海底高温热液和海水的混合溶液。综上,笔者认为湾杖子铁矿的成矿物质主要来自海底火山活动带来的高温热液。来自海底火山活动带来的高温含矿热液与海水相遇后,硅元素首先沉淀形成硅质条带,随着热液温度、压力的不断降低,pH、Eh 值逐渐升高,Fe2+ 被氧化成 Fe3+,最终以 Fe(OH)3的形式沉淀形成铁质条带,后经构造和变质作用的改造逐渐富集成具有工业开采价值的沉积变质型铁矿体。
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6 结论
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(1)湾杖子铁矿床为一赋存于新太古界遵化岩群湾杖子岩组和三门店岩组变质表壳岩中的中型沉积变质型铁矿床,矿床由十几条密集群带状分布的铁矿体组成。矿体总体走向 NE,倾向 NW,以透镜状、脉状为主,少量为似层状,沿走向和倾向具有明显的膨缩、尖灭再现特征。矿石主要由磁铁矿和石英组成,具有半自形—他形粒状变晶结构,条纹 —条带状构造,矿石类型为需选弱磁性铁矿石。
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(2)通过查阅和对比分析区域上产于遵化岩群中同类型铁矿床形成的锆石 U-Pb 年龄年龄,推测湾杖子铁矿床形成于2500 Ma左右。区内矿体的分布、产状主要受地层控制,断裂构造对矿体的影响不明显。区内矿体总体呈现出自 NE 向 SW 方向数量、规模、埋深逐渐变大的特征,推测可能受研究区疑似发育的一枢纽向SW倾伏的构造控制。
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(3)湾杖子铁矿床赋矿原岩为含沉积岩的火山岩系—硅铁建造,成矿物质主要来自海底火山活动带来的高温热液。在火山活动间隙期,随着沉积环境温度、pH、Eh等物理化学条件的改变,硅、铁质元素先后沉淀,形成原始条带状硅铁质建造,后期在多次构造和变质作用的强烈改造下,原始条带状硅铁质建造逐渐富集形成条纹状、条带状构造的磁铁矿体。
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致谢 两位匿名审稿人详细审阅了全文并提出了宝贵的建设性修改意见,使论文质量得以显著提高,在此表示衷心感谢。
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注释
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① 宫贯乾,赵岩,李瑞峰.2013. 河北省青龙满族自治县宏鑫铁矿整合区详查(及共生石墨矿勘查)报告[R]. 秦皇岛:秦皇岛华勘地质工程有限公司.
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② 张双增,李金和,梁国庆.2000. 河北省汤道河、青龙县、肖营子幅1∶50000区域地质调查报告[R]. 廊坊:河北省区域地质矿产调查研究所.
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③ 宋鸿林,张长厚,王根厚 .2004. 河北青龙县幅 1∶25 万区域地质调查报告[R]. 北京:中国地质大学(北京)地质调查研究院.
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参考文献
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Cairns-Smith A G. 1978. Precambrian solution photochemistry, inverse segregation, and banded iron formations[J]. Nature, 276: 807-808.
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Canfield D E, Zhang S C, Wang H J, Wang X M, Zhao W Z, Su J, Bjerrum C J, Haxen E R, Hammarlund E U. 2018. A Mesoproterozoic iron formation[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 115(17): 3895-3904.
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摘要
冀东地区是中国重要的沉积变质型铁矿资源地之一,随着开发程度的提高,当前面临着后备资源不足的问题,加强区内铁矿成矿规律研究,有助于寻找新的铁矿资源,进而缓解冀东地区铁矿后备资源紧张的局面。湾杖子铁矿床位于冀东地区的北东部,是一处中型铁矿床,矿体赋存于新太古界遵化岩群湾杖子岩组和三门店岩组变质岩中。本文在分析矿区以往勘查资料和笔者在本区勘查实践的基础上,总结了湾杖子铁矿床的成矿地质背景、矿床地质以及矿石特征,结合区域上前人研究成果,对该矿床的成矿规律和成因进行了初步研究。研究表明:湾杖子铁矿床为一典型的沉积变质型铁矿床,矿床由密集群带状分布的多条铁矿体组成,矿体形态以透镜状为主,沿走向和倾向具有明显的膨缩、尖灭再现现象。矿石主要由磁铁矿和石英组成,具有半自形—他形粒状变晶结构,条纹—条带状构造,矿石类型为需选弱磁性铁矿石。矿体的空间分布主要受地层控制,矿体总体有向南西倾伏的迹象,推测可能受控于枢纽向南西倾伏的向斜构造。成矿物质主要来自海底火山活动高温热液,沉积环境物理化学条件的改变导致硅质、铁质元素依次沉淀,形成原始条带状硅铁质建造,后经多次构造作用和变质改造形成条纹状、条带状铁矿石。研究成果可为认识湾杖子铁矿床成矿机制和指导该区铁矿找矿勘查提供参考。
Abstract
Eastern Hebei Province, which is one of the important sedimentary-metamorphic iron ore resources in China, holds significant reserves. With the improvement of development degree, it is facing the problem of insufficient reserve resources. Strengthening the study of iron ore metallogenic regularity in the area is helpful to find new iron ore resources, so as to alleviate the shortage of iron ore reserve resources of eastern Hebei Province. Wanzhangzi iron deposit is a medium-sized iron deposit located in the northeastern part of eastern Hebei Province. The ore body is hosted in the metamorphic rocks of Wanzhangzi Formation and Sanmendian Formation of the Neoarchean Zunhua rock group. Based on the analysis of the previous exploration data of the mining area and the author's exploration practice in this area, this paper summarizes the metallogenic geological background, deposit geology and ore characteristics of the Wanzhangzi iron deposit. Combined with the previous research results in the region, the metallogenic regularity and genesis of the deposit were preliminarily studied. The research shows that Wanzhangzi iron deposit is a typical sedimentary-metamorphic iron deposit, composing of several iron ore bodies distributed in dense groups. The ore body is mainly lenticular, with obvious expansion, contraction and pinch-out reproduction along the strike and tendency. The ore is mainly composed of magnetite and quartz, with semiautomorphic-allomorphic granular crystal structure, stripe-banded structure, Besides, the ore type is weakly magnetic iron ore. The spatial distribution of the ore body is mainly controlled by the ore stratum, manifested the sign of dipping to the southwest. It is speculated that it may be controlled by the synclinal structure of a hub that is suspected to be developed in the mining area. The ore-forming materials are mainly comes from the high-temperature hydrothermal fluid of submarine volcanic activity. The change of the physical and chemical conditions of the sedimentary environment leads to the precipitation of siliceous and iron elements in turn, forming the original banded siliceous iron formation. After undergoing multiple geological events of structural and metamorphic transformations, striped and banded iron ore is formed. The research results can provide reference for understanding the metallogenic mechanism of Wanzhangzi iron deposit and guiding the iron ore prospecting and exploration in this area.