河南省舞鋼市鐵礦地質特征及深部找礦研究
李懷乾 劉中傑
(河南省有色金屬地質礦產局第四地質大隊)
舞鋼市鐵礦分布在舞鋼市的中北部。自 1956 ～1981 年的 25 年間，在該區開展了規模宏大的地質找礦工作，經過勘探的主要礦區有 6 個，其分別為: 鐵山礦區; 經山寺礦區; 趙案莊礦區; 下曹余莊礦區; 崗廟劉礦區; 尚廟礦區。工程控制面積約 21.4 km2，提交資源儲量 6.4 億 t，約占河南省鐵礦總資源儲量的 70% 。由於受當時開采技術條件的限制，找礦深度僅限制在 500 m 左右。自 20 世紀 80年代以來，由於受找礦形勢及其他因素的影響，該區的地質找礦工作幾乎處於停頓狀態。隨著對鐵礦資源需求量的不斷加大，地表及近地表鐵礦得到了有效的勘查和強力開發，地質找礦目標不得不鎖定在找礦難度較大的深部盲礦體上。根據舞鋼市鐵礦成礦地質條件及物探磁異常，該區仍有較大的找礦潛力。
壹、地質背景
圖1 研究區地質圖
研究區位於華北板塊南部邊緣，馬超營-拐河-確山斷裂的北側，魯山背孜-西平出山蓋層背斜的東端，是太華群最東部出露區 (圖 1)。在晚太古代及早元古代先後發生了規模較大基性火山及中基性火山活動，並形成兩類型鐵礦，即趙案莊型鐵礦和鐵山廟型鐵礦。在中生代碰撞造山作用過程中，發生自南而北的陸內俯沖 (陳衍景，2001)。研究區就處在馬超營斷裂以北的俯沖帶上，在次級構造作用下，產生F6斷裂，地層發生自南向北自下而上的推動作用，使含礦地層由深到淺，局部暴露地表，形成目前的構造格局和礦體分布形態。
二、地質特征
(壹)地層
研究區與礦體分布相關的地層自下而上為:新太古界趙案莊群(Ar3)、古元古界太華群(Pt1)的鐵山廟組(Pt11)、楊樹灣組(Pt21)、唐山溝組(Pt31)，中元古界汝陽群雲夢山組(Pt2y)。
1.新太古界趙案莊群(Ar3)
趙案莊群出露面積很小。分為3個段。下段主要由紫紅色及綠灰色的鐵榴更長角閃片麻巖、鐵榴角閃片麻巖組成，為礦帶底板巖層，是礦區的重要標誌層，鉆探厚度10～20m。中段主要為灰綠色及灰色中粒芝麻點狀更長角閃片麻巖及條帶狀更長角閃片麻巖，蛇紋石磷鐵礦、磁鐵蛇紋巖、金雲母片巖、透輝更長片麻巖等巖石組成。鉆探厚度70～110m，是礦區的重要含礦巖段，磁鐵礦體產於該巖段下部。下段主要由肉紅、灰白色條帶狀混合巖、均質混合巖、混合花崗巖組成，間夾混合巖化較輕的角閃片麻巖，自下而上混合巖化程度逐漸增高。呈不規則狀態分布於透輝更長角閃片麻巖段之上。東部該層厚20m。西部王道行礦床該段平均厚132m，最大厚度583m，表明礦層由東向西增厚。源巖為壹套以拉斑玄武巖為主的基性火山巖和火山沈積巖建造，夾有超鎂鐵巖(部分為科馬提巖)和少量泥灰巖。趙案莊群的層序相當於壹個綠巖的中上部。用U-Pb趙案莊型鐵礦石中的磷灰石，獲得2580Ma(胡受奚，1988)的變質年齡，說明其形成於26億前的太古代，其下被斷層所截未見底，其上部被太華群鐵山廟組所不整合覆蓋。
2.古元古界太華群(Pt1)
自下而上劃分為鐵山廟組、楊樹灣組和唐山溝組。
(1)鐵山廟組(Pt11)。出露於鐵古坑、鐵山廟、經山寺等地，以其底部的淺粒巖與下伏趙案莊群分開。巖性可分為3段，下段為含礫長石石英巖、底礫巖或火山角礫巖，厚度大於500m。中段自下而上分為4個巖性層，總厚度大於1000m。壹層為花崗質條帶狀混合巖:以條帶狀混合巖為主，夾均質混合巖或混合花崗巖，下部為鐵鋁榴片麻巖，內產厚層含少量Ni、Cr等磁鐵蛇紋巖礦層位。厚度大於500m。二層為含鐵鋁榴更長片麻巖:頂為白雲石大理巖，下以更長角閃片麻巖為主，夾綠泥雲母片巖和混合巖化巖石，全層以含星散狀鐵鋁榴石為特征。厚度10～90m。三層為條帶狀石英輝石磁鐵礦:自下至上分D1—D4四個可采層位，屬厚度較大的多層狀礦體。礦石以條帶狀石英輝石磁鐵礦和塊狀輝石磁鐵礦為主，古侵蝕面附近為假象赤鐵礦，中夾大理巖、輝石巖、含鐵石英巖及更長角閃片麻巖。厚度11～268m。四層為大理巖夾更長片麻巖:以蛇紋白雲石大理巖或粗粒大理巖為主，夾更長及角閃片麻巖、輝石巖或金雲片巖。厚度2～47m。上段為混合巖段，條帶狀構造明顯，厚約500m。總之，鐵山廟組為中—高級角閃巖相，混合巖化強烈，自下而上源巖組合為基性-中基性火山巖、為沈積巖-矽鐵建造，可與綠巖帶建造相對比;用鉀氬法獲得變質年齡為19.5億年，鐵山廟組應形成於2600～2350Ma(胡受奚，1988)，為第二期綠巖帶建造，總厚約為2000m。
(2)楊樹灣組(Pt21)。主要出露在葉縣辛店楊樹灣，與下伏鐵山廟組呈斷層或整合接觸(可能屬平行不整合)。主要為含石墨的片麻巖、次透輝石巖，並以石墨的出現與下伏地層分開，本組地層變質程度達角閃巖相，混合巖化壹般不明顯;源巖為正常的海相碎屑巖-矽質泥質-碳酸巖沈積建造;同位素年齡小於2350Ma(胡受奚，1988)，與上覆唐山溝組呈整合接觸，總厚260m。
(3)唐山溝組(Pt31)。出露在葉縣辛店。主要為長英質淺粒巖與斜長角閃片麻巖互層，局部為鐵鋁榴石-矽線石片麻巖及長石石英巖，局部見韻律構造。特征礦物為矽線石，變質程度達中-高級角閃巖相，局部混合巖化。源巖為淺海碎屑-粘土沈積巖，夾少量中酸性火山凝灰巖，與下伏楊樹灣組的區別在於它含矽線石而不含石墨，為中元古界熊耳群火山巖不整合覆蓋。總厚大於780m。
3.中元古界雲夢山組(Pt2y)
不完整厚度300m以上。由於巖漿侵入活動和構造錯動，使地表露頭的層序極為零亂和不完整，斷續分布在西部的老金山、尚廟寨和東部的小梁山等地。常見巖性以厚層石英巖為主，間夾肝紅色、綠色頁巖。但視為通常的重要標誌層的底部“底礫巖”和安山玢巖，僅在山孟崗北坡和尚廟寨山脊零星看到，其下伏的不整合面未見到。地面出露界限推斷與礦床變質巖系多呈斷層接觸關系。
(二)構造
由於研究區第四系覆蓋嚴重，地質構造難以視別。從推斷和控制的斷層來看，北部構造較為簡單，南部較為復雜，主要構造線與區域構造基本壹致，呈北西西向，其中F6斷層控制了北部的趙案莊地層及礦體的分布。地層產狀整體南西傾。依據工程控制結果，不同地段，地質構造有很大的差異。
趙案莊礦區地層為壹組大致東西向的背、向斜連續復式構造，有3個背斜和2個向斜構造組成，其分別為:王道行背斜構造;曾莊向斜構造;趙案莊背斜構造;虎狼窪向斜構造;老柴莊背斜。褶曲構造表現出明顯的不對性，兩側兩個背斜北陡南緩，中間的背向斜北緩南陡，傾角15°～40°。趙案莊礦區斷裂構造較為復雜，除F6斷層外，還存在規模不等的5條斷裂。
下曹礦區褶皺不發育，僅出現地層的局部波狀彎曲，呈單斜層分布。斷裂構造不太發育，除F6斷層外尚未發現大的斷裂構造，出現小規模的斷層有3條。
鐵山廟和崗廟劉礦區處在同壹成礦帶上，構造復雜程度壹般，地層表現為單斜構造，走向113°～133°，南傾，傾角25°～50°。鐵山廟礦區有6條小規模斷層，崗廟劉礦區有2條小規模斷層，其控制了礦體的分布。
(三)巖漿巖
研究區內與礦體有關的巖體除丁家崗正長巖巖體以巖株產出外，其他巖體均以巖脈產出。
丁家崗正長巖巖體分布在經山寺礦區，該巖體構成礦床西部和西南部的自然邊界。巖體相變較大。在礦床附近常見巖石有;輝石正長巖、黑雲正長巖、輝閃正長巖等。
巖脈密集分布，多數以巖墻產出，規模不等。巖體對礦體無貧化或富集的交代混染作用。它主要表現在對礦體的破壞作用。巖脈水平切穿礦體，嚴重處將礦體切割為平行條塊狀，但未發現導致巖墻兩側礦體的相對錯動位移現象。
經山寺礦區有50余條巖脈。脈寬數米至數十米，膨大、窄縮以致中斷、尖滅現象都較常見，脈壁較平整無蝕變混雜。壹般延長400～800m，最長達2000m，延伸較大，未得到完全控制。以正長斑巖、輝石正長斑巖、石英正長斑巖、石英鈉長斑巖脈為主。
趙案莊礦區有5條巖脈。脈寬5～100m不等，延長500～1600m。巖性為細粒閃長巖。
下曹礦區巖漿巖不發育，據鉆探資料，僅見長英質細脈，閃長巖細脈，脈寬0.25～0.8m，對礦體無破壞作用。
鐵山礦區內已發現巖墻20條，巖墻寬2～60m不等，延長150～300m，有兩條分別達1050m及1600m，控制傾斜延伸120～800m。巖性為細粒閃長巖。
崗廟劉礦區內巖漿巖不甚發育，附近出現的巖漿巖分為兩類，即為閃長玢巖和正長斑巖。脈寬數米至數十米，壹般延長400～800m，最長達2000m。
三、礦體地質特征
研究區分為兩種礦石類型，其礦體地質特征有壹定的差異。
(壹)趙案莊型鐵礦礦體地質特征
含礦層總厚度大，夾石層較多較厚，礦體呈多層狀。總厚11～268m以上，礦區平均80～108m。單工程可采礦體單層數2～12層，平均6層。全礦床可采礦體垂直分布單層數達20層之多。單層礦體厚1.06～31.68m，平均5.91～6.58m。累計可采厚度4.54～33.22m，平均25.42m。平均含礦率25.67%。礦體長900～2000m，寬200～800m。礦組總體形態為似層狀至巨大透鏡狀。礦體產狀與地層壹致。不同礦段氧化深度有所不同，壹般深30～40m，最深達51.26m。礦物成分，金屬礦物主要有磁鐵礦、赤鐵礦;微量有黃鐵礦、褐鐵礦、赤鐵礦、鉻鐵礦、黃銅礦、自然銅、自然鉛、自然鋅。非金屬礦物:主要有鈣鐵輝石、紫蘇輝石、石英、方解石、白雲石、透輝石;次要有藍閃石、纖閃石、普通角閃石、蛇紋石石棉、透閃石、葉蛇紋石、綠泥石、綠簾石、石榴子石、滑石、黑雲母、金雲母、更長石、微斜長石;微量有橄欖石、磷灰石、榍石、螢石。礦床平均品位TFe25.81%～29.15%，樣段極端最高品位達TFe50.05%。礦石結構主要為中、細粒半自形與自形變晶結構。礦石主要為條帶狀構造和塊狀構造兩種。礦石的自然類型:①按構造和脈石礦物分為:條帶狀礦石。主要有條帶狀石英磁鐵礦、條帶狀石英輝石磁鐵礦、條痕狀二輝磁鐵礦;次要的有條痕狀石英二輝磁鐵礦、條帶狀方解石輝石磁鐵礦。塊狀礦石。主要有輝石磁鐵礦、二輝磁鐵礦;次要的有蝕變二輝磁鐵礦、石榴石輝石磁鐵礦。②按生成條件為:沈積變質鐵礦。
(二)鐵山廟型鐵礦礦體地質特征
含礦層厚度11～268m，平均80m，工業可采礦體大體集中分布於4個層位。礦體的總體特點，屬於厚度較大，層數較多、礦化連續程度較高。礦體厚度3.15～66.70m。單層連續厚度最大達30.9m，單層平均厚6.58m。礦體產狀與地層產狀壹致。氧化帶至半氧化帶界限的垂直距離，壹般80～120m。礦物成分，金屬礦物主要有磁鐵礦、赤鐵礦，微量有褐鐵礦、黃鐵礦、黃銅礦。非金屬礦物主要有石英、單斜輝石，次要有玉髓、角閃石、方解石、白雲石、透閃石、斜方輝石，微量有綠泥石、黑雲母、滑石、絹雲母、方柱石、重晶石、磷灰石。礦石結構為半自形細至中粒變晶結構。礦石構造為塊狀構造，條帶狀構造。礦石品位TFe29.15%。礦石的自然類型:①按脈石礦物分為:輝石磁鐵礦、石英輝石磁鐵礦和石英赤鐵礦;②按組構分為:條帶狀礦石和塊狀礦石;③按生成條件分為:沈積變質鐵礦。
四、地球物理特征
(壹)異常分類
據研究區的磁法測量結果，可引起磁性的巖礦石分為如下3類。
1.礦異常
磁異常的第壹大特點是強度較大，雖然研究區礦體埋深、產狀等各有差異，但垂直場強極大值ΔZmax均可達700至數千γ。只有鐵山廟、崗廟劉由於氧化程度較深，磁性較弱，異常強度較低，但仍有異常反映。第二大特點是形態較規則，研究區礦體大部分被第四系覆蓋，就是出露礦體，上部均被氧化，磁性較弱，異常主要反映的是具有壹定規模的深部礦體，因此，異常較規則，特別是趙案莊型的礦異常尤為如此。第三大特點是異常多呈近等軸狀不連續的孤立異常，且不同方向各異，這說明礦體受後期復雜的構造錯動影響較大。第四大特點是異常中心正負值的範圍都較大，反映礦體產狀平緩，水平寬度較大。
2.閃長巖異常
閃長巖異常主要分布在研究區南部，宅莊—柴溝—尹集—酒店—李好莊壹帶，異常形態規則，近等軸狀，與礦異常類似，強度中等，壹般為300～1000γ。總的來看，閃長巖體的強度壹般比礦異常稍低，且主要產於中元古代地層中，這是與礦異常的主要區別。
3.安山巖異常
研究區安山巖巖體分布廣泛，且普遍含有少量的磁鐵礦，有的局部富集。安山巖引起的異常主要特征。從異常形態來看，主要分兩類，壹類分布於巫花崗—溝頭趙壹線的條帶狀異常，異常零亂，強度自西向東逐步減弱，這主要反映裂隙噴出及自西向東覆蓋逐步加厚的特征;另壹類是前藕池—曹集—小王莊以東。以致研究區東部廣大地區的低緩異常，其特點是形態規則，近等軸狀，範圍大，強度低，均為50～100γ。說明這個地區的安山巖層位穩定，厚度大，埋藏深。
王樓和崗廟劉這兩個礦異常，從異常特征看，很像安山巖異常。這可能是鐵礦較貧或氧化較深的緣故。因此朱蘭—鐵山廟以東的低值異常也可能為王樓或崗廟劉型的礦異常。
(二)異常分析
通過對以往磁法測量成果的整理，研究區內***圈出96個磁異常，其中有26個可能為礦致異常，其中5個異常經過了鉆孔驗證，並提交了勘探報告。現對5個重要異常進行重點分述。
1.趙案莊異常
該異常中心位於八臺鄉趙案莊。近東西走向，長2000余米，寬300～800m。強度壹般在300～1000γ，ΔZmax可過1500γ，北側伴生負值。形態規則，呈蝌蚪狀。該異常為研究區最好的礦異常，平均品位TFe39%～43%，並伴生多種有用元素。在未控制區，礦體向西可能有延伸，深度推斷在600m以下，有壹定的新的找礦空間。
2.王道行異常
該異常位於八臺鄉東1.5km處，長1200m，寬500m，強度壹般在300～400γ，ΔZmax=500γ，北側伴生負值。該異常是重要的礦異常，礦體薄層、多層及透鏡狀，最厚200余米，壹般3～5m，平均品位TFe37%，在未控制區，推測南側深部有存在礦體的可能。
3.余莊南異常
該異常位於下曹南800m。400γ等值線圈定異常，異常呈三角形，有兩個600γ的封閉圈，ΔZmax=776γ，東南與梁崗異常相接。為貧礦，平均品位TFe26%。在未控制區，推斷礦體南側深部有礦體存在的可能。
4.梁崗異常
該異常位於梁崗村東約400m。400γ等值線圈定異常，異常呈等軸狀，長約500m，強度壹般在600～1000γ，ΔZmax=1270γ。200γ等值線將該異常與下曹、余莊南連為壹體，說明3個異常的背景場是壹致的，可能深部礦體相連，為貧礦，平均品位TFe22%～25%。在未控制區，推測南西部有礦體存在的可能。
5.金山東坡—周灘異常
該異常位於冷崗西金山東坡—周灘壹帶，異常走向近南北，長2300m，寬250～700m，壹般強度為700～1000γ，ΔZmax=2000γ。以1000γ的等值線分成南北兩個峰值，形態規則，中間寬緩，無負值，似乎延深較大，為順層磁化的厚板狀體異常。該異常未進行工程驗證，推斷該異常為礦致異常。
6.其他異常
除上述異常外，還有21個異常為礦致異常的可能性較大，以往工作中未對其進行驗證，其主要原因是礦體埋藏較深，異常強度普遍較低，形態復雜，可能影響因素較多。未來工作，該類異常是主攻目標之壹。
五、礦體的形成及成礦模式和找礦方向
(壹)礦體的形成及成礦模式
趙案莊群地層源巖為壹套以拉斑玄武巖為主的基性火山巖和火山沈積巖建造，夾有超鎂鐵巖(部分為科馬提巖)和少量泥灰巖。鐵山廟組源巖組合為基性-中基性火山巖、為沈積巖-矽鐵建造，可與綠巖帶建造相對比。上述兩組(群)地層所形成的兩類型鐵礦均為“火山沈積變質礦床”，是沒有爭議的地質工作者的***同認識。但其形成不會那麽簡單。地殼中基性巖Fe的平均含量為8.65%，中性巖(閃長巖)Fe的平均含量為5.85%(武漢地質學院地球化學教研室，1979)。研究區礦體的Fe的平均含量多數大於25%，火山的噴發與沈積不可能形成礦體。本研究區礦體的形成與火山噴發有關，現對其形成進行分析。
圖2 成礦模式示意圖
火山噴出物質在地表壹定範圍內幾乎不受地形的影響均勻撒落在地表，或以熔巖的型式在火山機構附近沈積下來。松散的火山物質在水動力作用下進行搬運，同時進行分選。較輕的礦物搬運到較遠的地方，較重的礦物搬運到較近的地方。從礦體及其圍巖成分分析，所形成的環境應是淺海環境。火山噴出物質應首先在陸地上就位，後在水動力作用下，從高處向低處運移(若火山物質落入海洋，且在波浪影響範圍之外沈積就不可能進行有效的分選)，後進入河道，繼續向遠方運移，在河道內是分選的重要階段，重礦物(主要是磁鐵礦)已達到壹定的富集程度，在河道內不斷地向前推進，最終進入海洋，運移和分選轉為潮汐作用，在海洋波浪影響之外基本穩定就位。沈積物質的穩定就位與地殼緩慢下降有關。完成壹次火山噴發—搬運分選—沈積旋回，如此過程壹次次地進行，地殼的壹次次下降，便形成多層礦體。從河道搬運到海洋中沈積，沈積層應呈扇形分布，這就建立起礦體的成礦模式(圖2)。從礦體的整體分布來看，原始礦體應是壹個面狀統壹體。
菲律賓壹火山1992年噴發，在100km2內，火山物厚度1～2m，目前地表火山物質不到厚度不到0.5m，在河道內已進行了有效的分選，磁鐵礦含量達到15%～20%。由此可見壹次的火山噴發—搬運分選—沈積旋回在100年內即可完成。
(二)找礦方向
礦體在海洋中就位後，又經歷了下沈、壓實、固結、成巖、變質過程，這是不容置疑的事實，不再多述。在中生代碰撞造山作用過程中，在構造作用下，地層沿F6斷層發生自南向北、自下而上的推動作用，使含礦地層由深到淺，局部暴露地表，與此同時，派生出壹系列的次級斷裂，並伴隨小規模的巖漿活動，使地層及礦體的完整性遭到破壞，局部礦體可能保留在F6斷層的底盤，造成礦體缺失，形成目前的構造格局和礦體分布形態。
在已進行勘查工作的6個礦區內，礦體邊界多數是以斷層或巖體為邊界，礦體的另壹部分並不知道分布在什麽地方，由於當時勘查深度的限制，礦體的深部延伸部分也沒有得到有效的控制。找礦方向首先選定在已知礦體邊部被斷層或巖體分割的另壹部分和已知礦體深部延伸部分。
研究區內***圈出96個磁異常，其中5個異常經過了鉆孔驗證，證實為礦致異常，並提交了資源儲量，但深部沒有得到控制，找礦方向與上述的找礦方向基本壹致，找礦工作應做到地質與物探的緊密結合。通過研究和篩選，還有21個磁異常可能為礦致異常，找礦方向第二個目標選定在該21個磁異常上。
總之，研究區有較大的鐵礦找礦潛力，應作為深部找礦的重要區帶。
參考文獻
陳衍景.2001.大陸動力學與成礦作用.北京:地震出版社.
胡受奚，林潛龍等.1988.華北與華南古板塊拼合帶地質和成礦.南京:南京大學出版社.
武漢地質學院地球化學教研室.1979.地球化學.北京:地質出版社.