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河北省迁安市金山铁矿矿床成因探讨

发表时间：2021/6/10 来源：《城市建设》2021年5月作者：牛文学

[导读] 金山铁矿大地构造位于华北地台（Ⅰ）燕山台褶带（Ⅱ）马兰峪复背斜（Ⅲ）遵化穹褶束（Ⅳ）迁安穹窿西北部。区内出露地层主要有太古界迁西群，中元古界长城系、蓟县系，古生界寒武系；构造以断裂构造为主；区内岩浆岩活动较为强烈，即有两期：吕梁期和燕山期。根据矿区成矿地质特征，结合矿石矿物组合特点，认为金山铁矿床属于海底火山喷发沉积变质成因。

北京市通州区中冶一局城市安全与地下空间研究院有限公司牛文学 101100

摘要：金山铁矿大地构造位于华北地台（Ⅰ）燕山台褶带（Ⅱ）马兰峪复背斜（Ⅲ）遵化穹褶束（Ⅳ）迁安穹窿西北部。区内出露地层主要有太古界迁西群，中元古界长城系、蓟县系，古生界寒武系；构造以断裂构造为主；区内岩浆岩活动较为强烈，即有两期：吕梁期和燕山期。根据矿区成矿地质特征，结合矿石矿物组合特点，认为金山铁矿床属于海底火山喷发沉积变质成因。
关键词：金山铁矿矿区变质作用和混合岩化作用矿石矿物组合特点矿床成因
        1、矿区地质
        1.1地层
        矿区出露地层主要是三屯营组一段及第四系。
        三屯营组一段：岩性为混合岩、角闪斜长片麻岩、磁铁石英岩。岩石受混合岩化变质作用较强，局部形成混合岩化花岗岩、钾长花岗伟晶岩。
        地层总体走向北东～近南北，倾向南西～西，倾角60～70°，局部达80°以上。
        1.2构造
        金山铁矿区向斜构造为一倒转向斜，其轴线走向为50-60°轴面倾向北西，倾角一般为45 -55°。北西翼倾角60-80°，南东翼倾角15-25°。该向斜在矿区北东端稍显收拢，向上翘起，而南西端明显倾伏，略显撒开，并沿走向呈舒缓波状展布。
        1.3变质作用和混合岩化作用
        （1）变质矿物及共生组合
        本区变质矿物种类较多，主要有辉石、角闪石、斜长石、石榴石、黑云母、磁铁矿、石英等。副矿物有磷灰石、锆英石等。
        （2）变质相和变质作用
        通过分析研究，可知在角闪片麻岩、斜长角闪岩、黑云母变粒岩中，普通闪石普遍出现，斜长石一般为更-中长石，表明了角闪石相的存在。在辉石岩、辉石磁铁石英岩、黑云斜长片麻岩、紫苏黑云斜长片麻岩中紫苏辉石、透辉石、基性斜长石、棕色黑云母、石榴石等常出现说明麻粒岩相的存在。
        （3）混合岩化作用
        据野外观察，按混合杂岩矿物成分和产状，可分两期：早期以斜长混合岩化作用为主，形成灰色---浅灰色岩石。其发生于区域上早期的升级变质作用之后，为同褶皱期的产物，以順层交代为主。混合岩化受褶皱的控制，在向斜的轴部---混合岩化的中心部位出现花岗岩，两翼依次出现混合岩、黑云母混合岩。晚期以钾长混合岩化作用为主，伟晶成分显著，形成肉红色岩石。
        （4）变质作用及混合岩化作用与成矿的关系
        ①变质作用与成矿的关系：矿区变质岩石组合为黑云斜长片麻岩，紫苏黑云形成片麻岩、角闪斜长片麻岩及辉石磁铁石英岩。其变质相为高级角闪岩相和麻粒岩相，说明矿区经历了高级区域变质作用。这种变质作用可使沉淀在火山-----沉积岩石中的Fe(OH)3胶体脱水氧化还原变质形成磁铁矿或与钙、镁、锰、铝等元素结合形成镁铁闪石、铁闪石、紫苏辉石、透辉石等铁镁硅酸盐矿物。在原始沉积铁质丰富，钙、镁、锰、铝杂质少的部位，原始沉积的硅、铁质则变质形成条纹条带状磁铁石英岩，仅含少量的辉石、角闪石；而在上述杂质含量较多的部位，即变质形成磁铁角闪岩、磁铁辉石岩、斜长角闪岩、磁铁辉石石英岩等夹石，使矿体贫化，在铁质及杂质元素均很少的部位，仅能形成含铁石英岩或石英岩。
        ②混合岩化作用对铁矿的影响:混合岩化作用对铁矿的影响是多方面的，在本矿区主要表现为贫化和破坏作用，以及重结晶作用，富化作用不明显。当长英质脉体沿磁铁石英岩的条纹条带順层注入时，不但增加了非矿物质的比例，而且使部分磁铁矿的铁质被交代，随混合岩化热液进入围岩，造成贫化。如混合岩化磁铁石英岩与其相邻的未混合岩化的磁铁石英岩相比，品位降低约5％。在混合岩化过程中释放出的热力可使磁铁矿重结晶，增大颗粒度，有利于分选，在局部地段，混合岩化热液也可造成轻微的富集。
        2、矿床地质特征
        2.1矿体特征
        金山铁矿为小型贫铁矿床，为西峡口----宫店子、二马矿带的一部分，其主要赋存与三屯营组二段下部含矿岩系中。在矿区磁铁石英岩岀露长度约450米，岀露最大宽度30米。

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其围岩均遭受了不同程度的混合岩化作用，但磁铁石英岩保存尚好，且与围岩呈整合接触，界线清楚。
        2.2矿石矿物成分及特征
        矿石矿物成分比较简单，金属矿物主要是铁的氧化物，少量为硫化物，碳酸盐矿物；非金属矿物主要是硅酸盐矿物及石英。
        矿石构造主要是条纹、条带状片麻岩状，局部少量矿石具块状构造。矿石通常以其中一种构造为主，而伴生其它构造。如细纹构造磁铁石英岩常伴生有条纹状构造。主要矿石矿物磁铁矿一般为它形粒状变晶结构。
        2.3矿石化学成分
        矿石化学成分较简单，主要化学成分为铁、和二氧化硅，占矿石的86.47％；其次为三氧化二铝、氧化镁、氧化钙等其他元素极其微量。
        2.4矿石类型
        金山铁矿矿石工业类型为磁铁石英岩型贫铁矿石。按矿石中铁矿物及辉石含量分为：磁铁石英岩型；辉石磁铁石英岩型。按脉石成分及含量分：条纹状磁铁石英岩型；条纹状辉石磁铁石英岩；片麻状磁铁石英岩。
        2.5矿体围岩和夹石
        矿体顶底板围岩以混合花岗岩、条痕状混合岩、含磁铁石英岩，局部亦见有少量条带状混合岩，在深部钻孔中见少量黑云斜长片麻岩残留体。各矿体顶底板围岩与矿体接触界线清楚，产状基本一致，呈整合突变接触，但在局部地段，也可见到混合花岗岩吞蚀、穿插矿床矿层的现象，有时甚至很强烈，造成局部地段矿体产状的紊乱。
        3、矿床成因探讨
        根据矿区成矿地质特征，结合矿石矿物组合特点，认为金山铁矿床属于海底火山喷发沉积变质成因，依据是：
        1、磁铁石英岩形态为层状、似层状、透镜状，与围岩呈整合接触关系，产状一致，界限清楚延伸比较稳定，为沉积矿床的标志。但是由于褶皱作用，混合岩化，形态较复杂。
        2、矿石化学成分单一，主要组分为铁和二氧化硅，平均占总成分的88%左右，其次三氧化二铝、氧化钙、氧化镁、氧化锰平均占10%左右，硫、磷很低。矿石主要有益组分铁分布均匀，变化不大。基于这样的化学成分，形成的铁矿石可成分也较单一。其中磁铁矿及石英88%左右以上，其次为少量辉石（紫苏辉石、透辉石）、角闪石、黑云母、石榴石、黄铁矿等。矿石中条纹条带及片麻状构造明显，这些都显示了高级沉积分异的特点。
        3、矿区不仅经历了高级的区域变质作用，变质程度达到了麻粒粒岩相；而且还经历了超变质作用，混合杂岩发育。在上述岩石和磁铁石英岩中，常见有辉石岩、辉石斜长角闪岩、角闪岩等原火山岩的透镜体和残留体。在磁铁石英岩的上下盘有时还可见到粘土岩的变质产物---石榴云斜长片麻岩残留体。这些也说明矿区火山、沉积变质作用的存在。
        4、从成因矿物学的观点出发，一般代表正变质的标型矿物紫苏辉石在矿区各类中分布。
        根据吴辉良等关于冀东地区含铁建造及原岩恢复资料，认为迁安地区三屯营组变质岩系是由基性---中酸性的火山岩（拉斑玄武岩、安山岩、英安岩）、火山碎屑岩、薄层状粘土岩质变质而成。
        综上所述，认为金山铁矿为海底火山喷发沉积变质铁矿床。该铁矿床的形成过程大致经历了以下三个阶段：
        （1）沉积变质期：在海底强烈地火山喷发时期，火山热液中大量的铁、硅质以及由大量的火山熔岩、凝灰岩、火山碎屑岩等经海水溶蚀分解所提供的大量铁、硅质，在海水的作用下，分别形成Fe(OH)3和Si(OH)4胶体（可能裹夹有一定量的Mg、Ca、Mn、AI等杂质），在某种条件下迁移、搬运、沉淀，形成铁硅质沉积建造。由于沉淀时铁、硅质浓度的不同，海水中盐分及硫等因素的影响不同，造成沉淀速度的不同而形成硅、铁条纹带。后经成岩阶段，Fe(OH)3脱水变质为磁铁矿；再经区域变质作用，Fe203还原成磁铁矿并进一步重结晶。同时胶体的硅质也渐变为碧玉、石英。各种杂质与铁质结合，形成辉石、角闪石等。最终形成条纹条带状磁铁石英岩或辉石磁铁石英岩。
        （2）热液迭加、改造期：矿区混合岩化作用普遍，对磁铁石英岩的影响是多方面的，在铁矿的不同构造部位起着重结晶、吞蚀、穿插、贫化等不同作用。
混合岩化晚期，碳酸盐化作用发育，岩节理、裂隙产出大量的网脉状、细脉状方解石，
        （3）表生期：在漫长的地质历史中，矿体在地表经历了剥蚀、风化淋滤、氧化作用，使矿石中的磁铁矿、金属硫化物、铁硅酸盐矿物部分地形成半假象赤铁矿、褐铁矿。