0 引言

承德大庙一带磁铁矿床享誉全国，大庙斜长岩杂岩体是中国唯一典型的岩体型斜长岩杂岩体（翟裕生，1965），位于华北克拉通北缘（解广轰，1980），赋存有丰富的 Fe-Ti-P 矿床，自 1929 年王曰伦、孙健初先生发现至今，历经多轮次的勘探，发现了多个中—大型的钒钛磁铁－铁磷矿床和磷矿床，并建立了著名的大庙式铁矿模式（程裕淇，1953；江福凯和李兰桂，1957；江福凯，1958）。该地区的岩浆型铁矿因侵入岩类型、侵入时代、成矿作用的不同，主要分为与大庙斜长岩体有关的直凝型、贯入型、分凝型式钒钛磁铁矿和铁磷矿，典型矿床有大庙铁矿床、黑山铁矿床、大乌苏南沟铁矿床、罗锅子沟铁磷矿床、头沟铁磷矿床；与超基性岩体有关的岩浆晚期分异式钒钛磁铁矿，典型矿床为张营子铁矿床； 与超基性岩体有关的超贫钒钛磁铁矿，典型矿床有铁马超贫钒钛磁铁矿床。自 2002 年开始的新一轮勘探，在大庙矿区的深部和外围开展了找矿勘探工作，新增加大量铁矿资源量，显示出具有较好的找矿前景（孙静等，2009a）。截止目前大庙一带已查明钒钛磁铁矿资源储量近 10 亿 t；超贫钒钛磁铁矿保有资源储量约30亿 t。并且通过近期的勘查发现除已知的铁、钒、钛、磷之外，该类型矿床还共伴有较大储量规模的国家急需矿产钴，其战略意义重大。一直以来对本区仅是在成矿理论和找矿预测方面有少量研究，而针对该区地球物理成矿特征的研究极少。在上述矿床勘查过程中，对该区航磁和地磁异常的分析及反演推断解释为本区域找矿工作提供了重要的地球物理依据，发挥了关键性作用。研究本区的钒钛磁铁矿磁异常特征，对指导今后本区乃至全国此类型的矿床找矿具有很好的借鉴意义。

1 研究区地质概况

研究区位于华北地台北缘燕山台褶带内之大庙穹断束（Ⅳ级）大地构造单元中。受红石砬—大庙—娘娘庙深断裂控制，赋存传统的大庙式贯入型或分凝式钒钛磁铁矿的大庙基性杂岩体（图1）。

区内主要出露新太古界变质表壳岩系及古元古界变质深成岩类，侏罗系分布工作区东西向的独立的断陷盆地内，岩性以火山岩、火山碎屑岩为主； 第四系分布于山涧洼地、山麓边缘缓坡及河床沟谷之中，主要沉积物为洪坡积、洪冲积及冲积层。构造以东西向深断裂为主，北界为丰宁—隆化东西向深断裂带，南与古北口—承德—平泉深断裂相距25 km。红石砬—大庙—娘娘庙东西向深断裂横贯本区的中间部位。区内岩浆岩活动强烈，自太古代至中生代各个地质时期均有不同特征的火山—岩浆侵入活动，形成了不同类型的岩浆岩，从超基性— 基性—中型—酸性到偏碱性岩类均有分布。其生成方式由中深—浅成—大面积的火山喷发，形成了岩基、岩株、岩墙、岩枝及岩脉等不同形态。岩浆活动在时间上具有多期性，在空间上具有明显的方向性和分带性。与钒钛磁铁矿有关的岩浆活动，是中、晚元古代时期，沿红石砬—大庙—娘娘庙深断裂产有大庙基性杂岩体。

2 大庙一带矿床概况

2.1 大庙式钒钛磁铁矿

大庙斜长杂岩体位于华北地台北缘，燕山台褶带与内蒙地轴的交接地带，属台褶带边缘的断裂隆起区大庙穹断束（Ⅳ级）构造单元中，由斜长岩和苏长岩两类同源不同期岩石组成，二者呈侵入关系，以斜长岩为主体，苏长岩是成矿母岩。在侵入斜长岩的过程中高密度含矿流体形成苏长岩中的脉状矿体，含矿稀岩浆或流体将可以发生一定的分异作用，产生上磷下铁的矿石类型。矿石中有益组分为 MTe、TiO₂、V₂O₅、Co、Ni 等，MTe 品位一般在 15%～30%，致密块状矿石 MTe 品位可达 40% 以上。近年在该区取得较好找矿成果的项目有黑山铁矿接替资源勘查、黑山铁矿东大洼矿段深部普查、大乌苏南沟铁矿普查（图1）。2023年地质四队实施的隆化县大乌苏南沟矿区8～16线钒钛磁铁矿普查再次实现找矿新突破。

2.2 超基性岩型钒钛磁铁矿

超基性岩型钒钛磁铁矿典型矿床为张营子钒钛磁铁矿，该矿床位于承德县张营村北，属岩浆晚期分异式矿床，从成因类型上不同于承德地区典型的大庙式铁矿（河北省地矿局，2000）。大庙式铁矿矿床赋存在斜长岩和辉长岩这类基性岩中，矿体与围岩界线清晰，矿石品位较高，MTe 含量 15%～30%，富含钒、钛、钴等有益组分。张营子铁矿赋存在辉石岩中，与大庙式铁矿相比，该类型的岩石基性程度更高，矿石品位 MTe 含量 15%～20%，富含钒、铜、钪、钴有益组分与大庙式铁矿不同。与承德地区典型的超贫钒钛磁铁矿成引类型相近，但磁铁矿赋存岩相不同，超贫钒钛磁铁矿多赋存于角闪石岩、辉石角闪岩中；另外和超贫钒钛磁铁矿最大区别在于矿石品位，后者 MTe 含量 6%～10%，张营子铁矿 MTe 含量 15%～20%。综上所述，张营子铁矿是区别于大庙式钒钛磁铁矿和超贫钒钛磁铁矿的岩浆晚期分异式含钒、铜和钪的磁铁矿床。

2.3 超贫钒钛磁铁矿

区内与超贫钒钛磁铁矿生成关系密切的超基性岩沿区域断裂展布，分布在下官营—大庙—娘娘庙断裂带一带，由东向西有娘娘庙、上台子、头沟、高寺台、马剑子沟、铁马和团榆树等处，分布大小不等的超基性岩体总计百余个，各岩体大多有超贫钒钛磁铁矿产出，且规模较大。超贫钒钛磁铁矿矿石类型以辉石角闪石岩型为主，矿石中有益组分为 MTe、TiO₂、V₂O₅、P₂O₅；MTe 品位一般为 6%～12%。

Ⅰ—内蒙—大兴安岭地槽；Ⅱ—内蒙地轴；Ⅲ—燕山台褶带；Ⅳ—山西断隆；①—康保—围场深断裂带；②—尚义—平泉深断裂带；③—丰宁— 隆化深断裂带；④—墙子路—董家口深断裂带；⑤—红石砬—大庙深断裂带；⑥—紫金关—大海坨断裂带；⑦—太行山东缘断裂带；⑧—密云—喜峰口断裂带；⑨—张北—沽源断裂带；⑩—上营—抬头营断裂带

3 大庙一带钒钛磁铁矿航磁异常特征

3.1 岩矿石磁参数特征

大庙—黑山一带磁测区内岩浆岩主要岩性为基斜长岩岩类和苏长岩类组成的杂岩体，杂岩体沿大庙—娘娘庙深断裂北侧侵入于太古宇单塔子群，面积约 90 km²。斜长岩占杂岩体总面积的 80%，苏长岩侵入时间晚于斜长岩，并且普遍具含钒钛的铁磷矿化，是区内重要的成矿母岩（图2）。在斜长杂岩体西侧哈叭沁—官地—龙王庙一带有多个超基性岩枝侵入，岩体为角闪岩、辉闪岩，该类岩浆岩是区内辉闪石型铁磷矿、超贫钒钛磁铁矿的成矿母岩。按感应磁化强度与剩余磁强度代数和，将区内岩、矿石分成强、中、弱磁性岩岩类（焦新华和吴燕冈，2009；苏巧云等，2011），见表1。

强磁性岩矿石类包括钒钛磁铁矿、铁磷矿、辉石角闪岩、含铁绿泥石化斜长岩。该岩矿石磁化率大于 10000×10^-6 4лSI。其中钒钛磁铁矿磁性最强，磁化率常见值 79500×10^-6 4лSI，磁化强度 Jo 达 16500×10-3 A/m。当该种矿石出露或接近地表，可观测地万余nT的磁异常正值，并异常较为规则。其他3种岩性在接近地表可观测到几千至万余尼纳特的正值锯齿状跳跃异常（关有国和李洪普，2009）。

中等磁性岩类包括含铁苏长岩、苏长岩、斜长角闪岩、闪长岩、安山岩、斜长角闪片麻岩等。该岩矿石磁化强度 Jo 在 2000×10^-3～6000×10^-3 A/m。此类岩石能产生500～2000 nT的异常。前3类岩石与岩浆型铁矿成矿关系密切，是区内的重要成矿母岩；后几种岩石为与矿无关的磁性岩石。弱磁性岩类包括混合花岗岩、凝灰角砾岩、斜长岩等。

3.2 大庙—娘娘庙一带航磁△T总体特征

根据冀东地区 1∶2.5万航空磁测成果将承德岩浆型铁矿分布较集中的大庙—娘娘庙一带划为隆化—承德—平泉复杂变化磁场区（I）和大庙—娘娘庙块状磁异常亚区（I₁）（图3）。该磁异常亚区磁异常以团块状异常或大小相间的环形异常为主，区内太古宙变质岩发育，它们是引起该区磁异常平缓升高因素之一。此外，区内大量发育古元古代变质花岗闪长岩、变质石英闪长岩等，它们磁性变化比较大，是引起中高幅值磁异常的主要因素。而区内的强磁异常主要由基性、超基性杂岩体以及不同品位的铁矿引起。

大庙—娘娘庙一带由西至东分布着铁马超贫钒钛磁铁矿床、大庙铁矿床、大乌苏南沟（M24）铁矿床、黑山铁矿床、张营子铁矿床、头沟铁磷矿床等多个大中型岩浆型铁矿床（图4），各矿床引起的航磁异常规模大、强度高，与围岩磁场强度差异较大（董杰等，2010）。

3.3 钒钛磁铁矿床航磁异常特征

3.3.1 黑山钒钛磁铁矿航磁异常

黑山钒钛磁铁矿位于承德县高寺台镇龙潭北沟至压青地一带，相对应的航磁异常为冀C-59-18a （图5），该异常位于正负变化背景场中，异常西侧分布团块状正异常，其他方向为负异常环绕，在剖面平面图上，异常表现为尖峰状正异常，曲线形态规则、尖锐，两翼对称，异常强度为 1932 nT，多条测线有明显反映；在航磁 △T 等值线图及航磁△T 化极等值线图上，异常表现为北东向不规则短轴椭圆状异常，等值线密集，规模约2.8 km×2.3 km；通过2242线正演拟合计算，引起异常的铁矿体处于元古宙斜长岩与花岗岩的接触带附近，矿体主体位于斜长岩体内，矿体规模较大，形态呈不规则囊状，矿体距地表最小埋深约700 m，最大视厚度1500 m左右（范正国等，2012）。

3.3.2 铁马超贫钒钛磁铁矿航磁异常带

由图6 可知，冀 C-59-17、冀 C-2010-43、冀 C-2010-70、冀 C-2010^-68、冀 C-2010-71、冀 C-2010-69 等异常在滦平县铁马沟门附近组成一个组合异常。该组合异常是冀东地区强度最高、规模最大的一个异常。异常呈北东东向展布，北侧伴生明显的负异常，△T_min=-927 nT。正异常总体上呈“鞋底状”，900 nT等值线圈闭长 8100 m，宽 3500 m。等值线南密北疏。其内 3760 nT等值线分为两个局部圈闭，即冀 C-59-17、冀 C-2010-72。冀 C-59-17 异常中心位于铁马沟门南西 1900 m 处，△T_max=6281 nT，磁场值居冀东地区之首；冀 C-2010-72 异常中心位于铁马沟门东 850 m 处，△T_max=4508 nT。航磁异常化极后仍为两个异常，极值向北位移 1000 m，异常仍呈北东东向展布，等值线南侧密集，北侧稀疏（张崇山等，2012^①）。由图6c 可知，剩余重力垂向一导异常呈似等轴状，有北东向拉伸的趋势，与△T化极后异常基本吻合（黄华等，2019）（图6）。

图7是JD164剖面磁测△T剖面图。由图可见，地面磁测△T剖面在650～880点之间表现为单峰异常特征，异常极值的北侧曲线有小幅度的跳跃，可能是地表采矿或地形变化所致。曲线南陡北缓，△ T_max=12833.67 nT。化极剖面曲线南陡北缓（张崇山等，2012^①）。

异常区内，中元古代铁马沟门辉橄岩岩体侵入于新太古代早期遵化岩群变质岩中，长 11100 m，宽 2800 m。岩体中包含多个大型超贫钒钛磁铁矿床，累计矿石资源量为大型。

4 利用磁异常实现大乌苏南沟铁矿找矿新突破

大乌苏南沟铁矿位于大庙斜长岩杂岩体西部， 1980—1982 年河北省地质局物探大队开展大庙— 黑山一带1∶1万磁法普查工作时将该区地磁异常编号为M24。

M24 地磁异常位于承德市大庙镇北梁村东，呈北东向稍长的三角形，长约 2.5 km，宽约 1.3 km（图8）。异常属多重垂向叠加异常，即有幅度为-580～+1300 nT 的低缓异常；又有幅度约+1260 nT 的区域正背场；以及浅部的已知的罗锅子沟、大乌苏沟铁矿体强异常。具三重垂向叠加特征。经曲化平和化极后，△Z 等值线在 900 nT 附近出现场强梯度跃变，将异常分成高值与相对低值两部分，大于900 nT 的高值异常等值线东侧稀疏，反映出磁性体东倾的特征（于长春等，2007）。经水平导数圈定的磁性体平面投影范围远大于地表已知的罗锅子沟、大乌苏沟铁磷矿床。通过对Ⅶ剖面进行牛顿插值法分离区域背景场，对低缓异常及浅部异常的解析计算，表现出磁性体具有较大宽度，显示南东倾特征。根据△Z-△H参量图呈椭园心形线判断，磁性体属有限延深但走向和延深都较大的厚板体。综合上述，推断M24异常为一个长约2.5 km，宽约1.3 km，走向北北东，倾向南东东，推断是由有效磁化强度7470× 10^－6 4лSI的苏长岩型贫磷铁矿和含铁绿泥石化斜长岩的磁场反映，并提出建议钻孔位置。

2006 实施两个查验钻孔，见矿 33 层，累计见矿真厚度 307.35 m，与原磁测普查推断的磁性体中心埋深1100 m的结论基本吻合次工作结束后，M24地磁异常正式名命为大乌苏南沟铁矿。经过 2006— 2011年勘查工作，大乌苏南沟铁矿提交工业品位钒钛磁铁矿达大型，实现找矿重大突破（图9）。

前期勘查工作在矿区南部 8线实施的 3个钻孔见矿欠佳，由此认为大乌苏南沟铁矿沿走向至 8 线基本尖灭。但根据对 M24磁异常特征的分析，认为在大乌苏南沟矿区8线及以南具形成大型钒钛磁铁矿的地球物理依据（卢焱等，2008）。利用1∶5000地磁新成果对 M24 地磁异常重新梳理，根据“由已知推未知”的原则，结合大乌苏南沟铁矿普查—详查的地质成果，确定以△T 下限值 1500 nT 圈定异常，新圈闭地磁异常面积 3.70 km²。较原 M24 异常向东、向南面积扩大了1.3 km²，其范围延长至32线（图10）。

2023年对大乌苏南沟矿区 8～16线普查 3个钻孔均见厚大钒钛磁铁矿（图11），实现了铁矿找矿新突破。物探磁法也再次发挥关键作用（思积勇等， 2021）。

a—冀C-1959-18a航磁△T剖面平面图；b—冀C-1959-18a航磁△T等直线图；c—冀C-1959-18a航磁△T化磁极等直线图；d—冀C-1959-18a 航磁地质图

a—铁马超基性岩体航磁△T等直线图；b—铁马超基性岩体航磁△T化磁极等直线图；c—铁马超基性岩体剩余重力等直线图；d—铁马超基性岩体地质图

5 大庙一带钒钛磁铁矿找矿方向展望

为保障国家战略性矿产资源安全，未来针对钒、钛、铁、钴、镍等战略性矿产找矿工作应继续围绕红石砬—大庙—娘娘庙深断裂及两侧的基性和超基性岩体来开展。以岩浆岩型铁矿成矿理论为指导，利用磁异常的特征分析、叠加异常分离、2.5D 反演推断是大庙一带寻找钒钛磁铁矿有效可行的方法手段。同时为提高 1000 m 以下深部找矿勘测精度，应充用利用物探新方法，加强重磁电综合找矿方法研究。

综合所述，通过对航磁、地磁的分析研究，结合成矿地质条件，在大庙一带扩大钒钛磁铁矿找矿成果地球物理依据充分，找矿远景广阔。

注释

① 张崇山，陈玉坤，王三民 .2012. 河北省山区 1∶25000 高精度航空磁测勘查冀东测区成果报告[R]. 河北省地质调查院.

参考文献