0 引言

海南石碌铁矿床位于海南省西部昌江县石碌镇南约 3 km 的金牛岭山麓，经纬度坐标为 109° 01'00″～109°05'45″E，19°11'30″～19°15'00″N，是中国为数不多的大规模富铁矿石的重要基地之一。石碌铁矿是多因复成的火山热液沉积-变质型矿床 （许德如等，2009），所探明的铁矿石资源量累计4.17 亿 t。自 20世纪 50年代开展勘探和开采以来，国内许多学者和单位对石碌铁矿区的矿床地质、矿床成矿模式、找矿预测等做过大量研究（陈国达等， 1977；中国科学院华南富铁科学研究队，1986；张仁杰等，1990；侯威等，1992；许德如等，2007），一致认为铁矿体呈层状产于青白口纪石碌群第六层中，层控作用十分明显，属沉积成因，后期经变质作用而形成大型的富铁矿床。但由于石碌铁矿床成矿地质条件比较复杂，矿床地质特殊，30 多年来石碌铁矿的找矿工作仍未取得突破。

近年来，国家和矿山企业投入资金进行了接替资源勘查，笔者通过勘查实践和综合前人的资料分析，在石碌矿区北部三棱山矿段发现了三棱山向斜构造，并经钻探证实该向斜槽部存在厚大矿体，其找矿潜力巨大。通过研究三棱山矿段的地质、物探、围岩蚀变等地质特征，提升了对控矿因素和矿床成因的认识，为今后在该矿区深部找矿工作的持续推进验证了可行的找矿方向，对于解决老矿山深部找隐伏矿，具有实际参考和借鉴的价值。

1 区域地质概况

海南岛是中国东南陆缘海域中最大岛屿，以琼州海峡与华南大陆相连。大地构造位置位于太平洋板块、印度—澳大利亚板块和欧亚板块三叉结合部位，受太平洋构造和特提斯构造域两大地球动力学系统明显控制。以南部九所—陵水断裂为界，海南岛可划分为属于华南褶皱系的岛北五指山褶皱带和属于南海地台的岛南微板块（汪啸风等， 1991a）。石碌铁矿床就位于五指山褶皱带的西段。

区域出露的地层主要有长城系抱板群、青白口系石碌群、震旦系石灰顶组、下志留统空列村组、下石炭统南好组、上石炭统青天峡组、下二叠统峨查组、上二叠统鹅顶组、南龙组等。区域侵入岩分布广泛，主要出露中元古代片麻状花岗岩及片麻状混合花岗闪长岩、晚二叠世黑云母二长花岗岩、早三叠世及晚三叠世黑云母正长花岗岩、中三叠世黑云母二长花岗岩等（肖勇等，2010；杨泓等，2018）。区域构造主要发育东西向的昌江—琼海构造带、北西西向的褶皱构造及北西向、北东向和近南北向断裂构造。由于多期次的构造活动和变质-岩浆改造，石碌矿区及外围形成了主要由东西向构造-岩浆带和北东向构造-岩浆带交接复合而成的构造格局 （汪啸风等，1991a，1991b；海南省地质调查院，2017） （图1）。

1—上二叠统南龙组；2—上二叠统鹅顶组；3—下二叠统峨查组；4—上石炭统青天峡组；5—下石炭统南好组；6—下志留统空列村组；7—新元古界石碌群；8—中元古界峨文岭组；9—中元古界戈枕村组；10—晚白垩世花岗斑岩；11—晚白垩世黑云母正长花岗岩；12—晚侏罗世黑云母正长花岗岩；13—晚三叠世二长花岗岩；14—晚三叠世正长花岗岩；15—中二叠世二长花岗岩；16—早二叠世二长花岗岩；17—早二叠世花岗闪长岩；18—中元古代二长花岗岩；19—岩脉；20—深大断裂；21—推测及实测断层；22—三棱山矿段范围

2 三棱山矿段地质特征

2.1 地层

三棱山矿段出露的地层主要有：新元古界下部石碌群和震旦系石灰顶组、下石炭统南好组。其中，新元古界下部石碌群是矿区铁钴铜矿主要赋存层位。石碌群按岩性又可分为6层：第六层（Pt ¹ ₃ s⁶），岩性为白云质结晶灰岩、白云岩、炭质板岩、二透岩，富赤铁矿、铜钴矿；第五层（Pt ¹ ₃ s ⁵），岩性为绢云片岩夹石英绢云片岩；第四层（Pt ¹ ₃ s ⁴），岩性为石英岩及石英片岩；第三层（Pt ¹ ₃ s ³ ），岩性为石英绢云片岩夹绢云片岩；第二层（Pt ¹ ₃ s ²），岩性为石英绢云片岩夹绢云片岩；第一层（Pt ¹ ₃ s ¹ ），岩性为斑点红柱石绢云片岩与绢云石英片岩互层（图2）。

2.2 构造

断裂构造主要分布有东西向昌江—琼海断裂带、北北东向断裂、南北向断裂、北东向戈枕断裂等。由于在晋宁期受昌江—琼海断裂的右旋运动作用，该复式向斜北西端扬起、收敛，向东南倾伏开阔，自北而南，主要由三棱山向斜、鸡心岭背斜、北一向斜、红房山背斜、石灰顶向斜、枫树下背斜等次级褶皱组成（图3），控矿作用明显，是石碌铁铜钴多金属矿的控矿构造。

2.3 岩浆岩

矿段内岩浆活动整体不强烈。矿段北部保秀岭一带为二叠纪中细粒黑云母二长花岗闪长岩侵入，侵入规模不大。区段内部存在各类花岗斑岩、辉绿玢岩等岩脉分布，这些岩脉均为沿后期断裂灌入形成，地表宽度及延深均较小。

2.4 变质作用

整个石碌矿区内地层经历了多类型的变质和热液蚀变作用，主要包括区域变质作用、（热）动力变质作用、热接触变质作用和热液蚀变作用（杨坚等，2020）。其中，三棱山矿段接触变质作用主要表现近花岗岩（脉）接触带的石碌群第三、第五层围岩中出现红柱石和电气石等矿物、第六层部分赤铁矿体转变为磁铁矿、岩体中黑云母矿物增多及少量石榴石和透辉石矿物出现；区域变质作用和动力变质作用在矿段内发育广泛，表现为（低）绿片岩相的片岩、千枚岩、变石英砂岩和鳞片变晶结构的赤铁矿，但对矿段内成矿影响最大的是热液蚀变作用。

1—下石炭统南好组；2—震旦系石灰顶组；3—新元古界下部石碌群第六层；4—中细粒花岗岩；5—花岗斑岩；6—二长花岗岩；7—锰铁矿体； 8—铁矿体；9—向斜轴；10—背斜轴；11—逆断层及编号；12—正断层及编号；13—性质不明断层；14—实测地质界线；15—推测地质界线；16— 实测平行不整合地质界线；17—实测不整合地质界线；18—推测不整合地质界线

2.5 地球物理特征

从可控源音频大地电磁法（CSAMT）的异常来看，与构造应力场分析十分吻合，异常带北西侧宽，逐渐向南东收窄。另外，异常带还具有上宽下窄的特点。此低阻异常带特征的平面位置与剖面位置与石碌复式向斜表现特征极为吻合（孙林柱，2018； 苏士星等，2022；喻忠鸿等，2023），所以在可控源音频大地电磁法（CSAMT）大方向上反映了石碌复式向斜的位置、范围、空间形态等特征，尤其是清晰显示了北东向的主向斜轴（图4、图5）。

3 矿体地质特征

3.1 矿体产出特征

三棱山矿段的矿体主要产于石碌群第六层的透辉石透闪石岩及变质石英砂岩、石英砂岩中，铁矿体与后者的关系尤为密切，在铁矿体的上下盘无一例外地存在一层厚薄不等的石英砂岩或铁质石英砂岩、硅质岩、铁质千枚岩等，在第六层中也有少量规模较小的铁矿体存在，但仅在其顶部，且属于贫矿，成矿的层控因素明显（图6、图7）。

3.2 矿体规模形态

矿体总体呈北东东走向，沿走向实际控制长度约 1090 m，倾向水平投影宽度 138～785 m，矿体赋存标高 293～-718 m，高差达 1011 m。钻孔见铁矿层 1 层～7 层。矿层累计厚度 2.64～138.63 m，平均厚度 48.07 m，厚度变化系数为 73.75%；矿体 TFe 品位20.2%～67.10%，平均TFe品位43.51%，品位变化系数为 61.82%，可见剖面间品位变化不大，但也存在小范围内的高—低—高—低的趋势；矿体空间形态上：沿走向厚度总体呈厚—薄—厚—薄—厚—薄趋势变化，沿倾向总的变化特点是三棱山向斜北西翼矿体较厚，而且从矿体露头向南东延伸厚度较稳定。矿体总体呈板状、透镜状，与围岩整合接触并同步褶皱。矿体总体走向北东东，倾向在向斜北西翼为南东，倾角 30°～50°，在向斜槽部产状较平缓，向斜槽部部分钻孔见矿情况见表1。

1—下石炭统南好组；2—震旦系石灰顶组；3—新元古界下部石碌群第六层；4—中细粒花岗岩；5—花岗斑岩；6—辉绿玢岩；7—煌斑岩；8—霏细斑岩；9—二长花岗岩；10—锰铁矿体；11—铁矿体；12—向斜轴；13—背斜轴；14—逆断层及编号；15—正断层及编号；16—性质不明断层； 17—推测断层；18—实测地质界线；19—推测地质界线；20—实测平行不整合地质界线；21—实测不整合地质界线；22—推测不整合地质界线； 23—勘查线位置及编号；24—施工钻孔位置及编号；25—见矿孔；26—浅井位置及编号

1—下石炭统南好组第一层；2—新元古界下部石碌群第三段；3—新元古界下部石碌群第二段；4—新元古界下部石碌群第一段；5—新元古界下部石碌群第五层；6—铁矿体厚度（m）/TFe品位（%）；7—铁矿体；8—断层位置及编号；9—钻孔位置及编号

3.3 围岩蚀变

石碌矿床近矿围岩蚀变主要为二透岩化、阳起石化、石榴石化、绿帘石化等，特别是二透岩化，不仅与矿体有关，而且在陀烈组与石炭系白云质灰岩中，均有此蚀变矿物，视为多次蚀变结果。此外，还有黄铁矿化、黑云母化、绿泥石化、蛇纹石化、磁黄铁矿化、方铅矿化等。

本矿床经历了多类型、多期次的变质/蚀变作用，主要经历2个阶段：（1）沉积成矿阶段，这个时期形成的是贫矿床；（2）后期的热液改造阶段，热液沿断裂带上升，对先期形成的矿床进行改造，使石英等非金属矿物从贫矿体中析出而变成富矿。

3.4 矿石的组成成分特征及结构、构造

矿石的化学成分依矿体及矿石类型不同而不同，对铁矿石分别进行了光谱半定量全分析及化学全分析，结果表明，铁矿石产出层位不同，其化学组成基本相同（表2）。

（1）矿石结构：铁矿石的结构有细粒鳞片变晶结构、致密状结构、变余砂状—粉砂状结构、鲕状结构、斑点变晶结构以及硅质岩结构、角砾结构、压碎砂状胶结结构（图8）。

（2）矿石构造：铁矿石的构造有层带状构造、致密块状构造、片状构造、千枚状构造、条带状构造、鲕状构造、次生交错脉—网脉构造等。以致密块状构造、片状构造、条带状构造为主（张仁杰等， 1992）。

4 矿体成因及找矿方向

4.1 矿体成因分析

目前，石碌铁矿成因包括5种观点：高温热液接触交代、火山或火山-沉积、沉积变质-热液交代、卤水沉积-变质热液叠加和火山沉积-热动力变质（简称火山沉积-变质）。冯建良等（1981）根据石碌铁矿成因矿物学的研究结果认为，该矿床是沉积成因，与火山作用、热液活动关系不大，而可能与卤水渗透有关。喻茨玫和卢焕章（1980）则认为石碌铁矿床是海底火山沉积遭受了区域变质及后期热液交代而形成。王寒竹（1985）和张仁杰等（1992）也提出石碌铁矿系海相火山喷发成因的观点。许德如等（2007）观察到的二透岩中锆石形态和内部结构显示典型的碎屑沉积来源，又反映了远距离搬运，解释为石碌群可能主要来源于一个成熟的、多旋回火成岩地体。

a—鳞片状赤铁矿；b—具 3组片理 X、Y和 Z的赤铁矿石；c—细粒鳞片变晶结构的赤铁矿石；d—磁铁矿被赤铁矿交代；Hem—赤铁矿；Qz—石英；Mt—磁铁矿

笔者根据在三棱山矿段的野外观察，铁矿体产于透辉石透闪石中，呈板状，层控作用明显，属沉积成因这一点是没有争议的，但是单就沉积而言，要形成如此大规模，品位如此之高的矿床是不太可能的，所以一定有另外的地质动力作用。钴铜矿体位于铁矿体的下部，与铁矿体同属石碌群第六层，产于白云岩中，受构造控制明显，且矿体产出的部位皆出现白云岩硅化现象，这与高温热液沿断裂带上升，与围岩接触交代作用有关，从矿石的结构构造和围岩的蚀变特征中也反映了这一点。在各种矿物里观察到了大量的、较大的流体包裹体，这是流体搬运成矿物质引起近矿围岩蚀变的有力证据。对三棱山矿段富铁矿石、贫铁矿石、二透岩中透明矿物石英、石榴子石、透闪石、透辉石内的包裹体进行了成分分析。石英中可见到流体包裹体、熔融-流体包裹体、流体-熔融包裹体和熔融包裹体。流体包裹体多为纺锤状和近球形，熔融包裹体多为他形。熔融-流体包裹体近球形，最大为17.0 μm，最小为 2.5 μm，炉体包裹体的 L∶V 为 4∶1~10∶1。石榴子石中熔融包裹体个体大小悬殊，最大者达98 μm，宽 0.5~5 μm，，最小者为1 μm×1 μm，一般以长5 μm×30 μm，宽 0.5~5 µm 居多。另外，富铁矿石氧同位素值 （δ¹⁸O_V-SMOW）集中在4.7‰~7.3‰，平均为5.55‰；贫铁矿石氧同位素值（δ¹⁸O_V-SMOW）集中在8.4‰~10.7‰、碳同位素值（δ¹³O_V-PDB）集中在-2.1‰~-4.5‰，平均值分别为9.52‰、-3.23‰；二透岩氧同位素值（δ¹⁸O_V-SMOW） 集中在 7.7‰~11.5‰、碳同位素值（δ¹³O_V-PDB）集中在-1.4‰~5.4‰，平均值分别为 9.89‰、-2.73‰；钴铜矿石 2 个样品的碳和氧同位素分别为-0.4‰ 和 12.5‰、-12.7‰ 和 11.7‰（许德如等，2009）。富铁矿石、贫矿石和二透岩所具有的均一的碳和氧同位素，暗示它们均来源一均一的源区。

鉴于以上分析，笔者认为石碌铁矿与其下部的钴铜矿在成因上有着密切的联系，石碌铁矿的形成经历2个阶段，第一个是沉积成矿阶段，这个时期形成的是贫矿床，第二阶段是后期的热液改造阶段，热液沿断裂带上升，对先期形成的矿床进行改造，使石英等非金属矿物从贫矿体中析出而变成富矿，而下部的钴铜矿床就是第二阶段的产物，热液沿断裂带上升至现在的钴铜矿床部位后温度下降，大量钴铜矿物结晶析出，聚集成矿，少量继续上升至铁矿体赋存部位。矿床成因类型为多因复成的火山热液沉积-变质型矿床。

4.2 找矿方向

近年来，结合地质找矿理论和多年的勘查实践，针对石碌矿区实际，提出了新的找矿思路，采用大比例尺地质填图、地球物理解译、区域旋转构造应力场分析、槽探及钻探等多种手段和方法进行勘查和验证。例如，针对前人工作的不足，采用先进的找矿手段，首次在矿区运用高精度瞬变电磁法 （TEM）、可控源音频大地电磁法（CSAMT）和广域电磁法。结合高精度磁力平面和剖面测量、化探土壤测量及地质分析，在三棱山向斜构造区域（刘朝露等，2015）的基础上，重新圈定，划定找矿靶区。在靶区范围内布置92个钻孔，深度为500～1020 m，通过钻孔揭露矿体最厚达到 138.63 m（ZKN10a06）， TFe 平均品位 43.50%。到目前为止，三棱山矿段新增资源量达一亿多吨，取得了重大的找矿突破。建议今后的找矿方向如下：

（1）在三棱山矿段之东南方向，向斜构造开阔，矿体埋深较深，延伸未封闭，通过补充勘查，还会增加一定的铁矿资源量。

（2）前人认识石碌复式构造为自北而南，主要由鸡心岭背斜、北一向斜、红房山背斜、石灰顶向斜、枫树下背斜等次级褶皱组成。通过本文地球物理勘探成果和区域旋转构造应力场的分析，发现了存在三棱山向斜并经证实在向斜槽部存在厚大矿体，根据推测矿区南部可能存在枫树下—鸡心坳向斜，是下一步勘查的重点区域。

（3）本次工作在三棱山矿段发现的矿体埋深较深，前人在石碌矿区施工的大部分钻孔较浅，未打穿石碌群第六层，这些控制较浅的区域是下一步深部找矿最有利的地段。

5 结论

通过系统研究，较全面地认识了石碌铁矿三棱山矿段矿体的地质特征、矿体成因及主要控矿因素，矿床的成因类型属于多因复成的火山热液沉积-变质型矿床，矿体赋存于青白口系石碌群第六层，赋矿岩性为条带状透辉石透闪石，三棱山矿段的矿体主要受三棱山向斜构造控制。

新发现三棱山向斜及在向斜槽部见到厚而富的铁矿体。矿体控制长度 1090 m，宽度 138～785 m，赋存标高 293～-718 m，厚度平均 48.07 m，平均品位 43.50%，新增资源量一亿多吨，实现了重大的找矿突破。本研究工作由于条件所限，未对石碌复式向斜构造进一步研究，希望在今后工作予以加强和完善，实现新的找矿更大突破。

致谢  感谢原海南省地质矿产勘查开发局总工程师黄香定研究员和海南省地质局肖勇教授级高级工程师的指导和帮助，感谢海南省资源环境调查院刘朝露研究员在论文撰写中的帮助及审稿专家对文章提出的细致和中肯的建议。

参考文献