許英霞，張龍飛，李厚民，李立興，高孝敏，賈東鎖

(1.河北聯(lián)合大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院地質(zhì)系，河北唐山 063009； 2.中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所，國土資源部成礦作用與資源評價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100037； 3.河北省地礦局第二地質(zhì)大隊(duì)，河北唐山 063000)

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冀東司家營沉積變質(zhì)型鐵礦床找礦模型

許英霞1，張龍飛1，李厚民2，李立興2，高孝敏3，賈東鎖3

(1.河北聯(lián)合大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院地質(zhì)系，河北唐山 063009； 2.中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所，國土資源部成礦作用與資源評價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100037； 3.河北省地礦局第二地質(zhì)大隊(duì)，河北唐山 063000)

司家營鐵礦床是冀東地區(qū)典型的沉積變質(zhì)型鐵礦床，也是冀東地區(qū)最大的鐵礦床，累計(jì)探明資源量達(dá)32億噸。本文首先對司家營鐵礦的區(qū)域地質(zhì)、礦區(qū)地質(zhì)及控礦條件等進(jìn)行了系統(tǒng)總結(jié)，并結(jié)合前人對司家營鐵礦構(gòu)造背景、成礦時(shí)代、鐵礦成因及后期改造作用的研究，初步建立了司家營鐵礦的成礦模式。通過對司家營鐵礦的航磁、地磁異常特征、區(qū)域重力異常特征及可控源音頻大地電磁測深(CSAMT)剖面進(jìn)行解析和礦致異常信息的提取，認(rèn)為重磁法為主、電法為輔的地球物理方法在該地區(qū)可有效圈定礦集區(qū)。因此，本文在總結(jié)歸納司家營鐵礦礦床地質(zhì)控礦條件及地球物理特征的基礎(chǔ)上，建立了司家營鐵礦地質(zhì)-地球物理找礦模型。該模型的建立可為灤縣-灤南-昌黎地區(qū)進(jìn)一步開展沉積變質(zhì)型鐵礦的找礦工作提供理論依據(jù)。

沉積變質(zhì)型鐵礦床 找礦模型 成礦模式 司家營 冀東

Xu Ying-xia, Zhang Long-fei, Li Hou-min, Li Li-xing, Gao Xiao-min, Jia Dong-suo.The exploration model of the Sijiaying sedimentary metamorphic iron deposit in eastern Hebei Province, China[J].Geology and Exploration, 2015, 51(1):0023-0035.

0 引言

冀東司家營鐵礦是受晚太古界灤縣群司家營組變質(zhì)中酸性火山凝灰?guī)r-沉積巖建造控制的沉積變質(zhì)型鐵礦。歷經(jīng)多次勘查，其累計(jì)探明鐵礦資源量達(dá)32億噸，平均品位約30%①②。2009年河北省地礦局地質(zhì)二隊(duì)在司家營南區(qū)深部補(bǔ)充勘探中，在S22線ZK602鉆孔中發(fā)現(xiàn)了6層富鐵礦②，TFe>50%的鐵礦石儲量約500萬噸(許英霞等，2014)，引起了國內(nèi)眾多專家的關(guān)注。前人對司家營鐵礦的礦區(qū)地質(zhì)特征、成礦時(shí)代、變質(zhì)變形、礦床及富礦成因及地球物理特征等方面作了較深入的研究(沈其韓等，1981a，1981b；高吉鳳，1981；劉國惠，1981；李萬亨等，1983；金文山等，1985；李欣，2009；李文君等，2012；劉新娜，2012；常素彩等，2013；陳靖等，2014；許英霞等，2014；張?zhí)忑埖龋?014a，2014b)，但主要集中在司家營鐵礦地質(zhì)特征、控礦因素和重磁等特征方面，尚未有將地質(zhì)與物探相結(jié)合的研究。因此筆者在前人研究的基礎(chǔ)上，總結(jié)司家營鐵礦成礦地質(zhì)條件和控礦因素，建立司家營鐵礦成礦模式，并系統(tǒng)分析歸納司家營鐵礦重力、磁法、電磁法(CSAMT)等地球物理特征，建立地質(zhì)-地球物理找礦模型，以期為尋找該類型鐵礦及深部隱伏鐵礦預(yù)測提供參考。

1 區(qū)域地質(zhì)特征

司家營鐵礦位于中朝準(zhǔn)地臺-燕山臺褶帶-山海關(guān)抬拱西南邊緣，其西南為薊縣坳陷，南部為黃驊坳陷(圖1)。該區(qū)經(jīng)過了多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和變質(zhì)作用，褶皺和斷裂構(gòu)造發(fā)育。

區(qū)域上出露地層主要為雙層結(jié)構(gòu)。基底地層主要為新太古界灤縣巖群，蓋層地層包括中-上元古界長城系、薊縣系、青白口系，古生界寒武系、奧陶系、石炭系、二疊系，新生界第四系，其中灤縣巖群是冀東地區(qū)最重要的鐵礦賦礦層位之一。灤縣群分布于灤縣、青龍、盧龍一帶，在灤縣一帶最為典型，主要以低角閃巖相變粒巖為主，大體可分為三部分：下部以斜長角閃巖、斜長角閃片麻巖為主，夾黑云變粒巖、淺粒巖等薄層；中部主要為(角閃)黑云變粒巖和斜長角閃巖互層；上部則以黑云變粒巖為主，夾大量磁鐵石英巖及薄層斜長角閃巖等，主要分布在灤縣司家營至馬城一帶。灤縣巖群的原巖建造類型下部以基性火山巖為主，中部為偏堿性的火山碎屑巖和半粘土質(zhì)粉砂巖，上部以凝灰質(zhì)粉砂巖和硅鐵建造為主，局部出現(xiàn)碳酸鹽巖沉積，從下至上構(gòu)成一個(gè)火山-沉積旋回。

圖1 灤縣一帶區(qū)域地質(zhì)圖Fig.1 Regional Geological map of Luanxian area 1-灤縣巖群(Ar3L)；2-長城系(Ch)；3-薊縣系(Jx)；4-青白口系(Qn)；5-寒武系()；6-奧陶系(O)；7-第四系(Q)；8- 鐵礦體；9-斷層；10-倒轉(zhuǎn)背斜；11-倒轉(zhuǎn)向斜1-Luxian group(Ar3L)；2-Changcheng system(Ch)；3-Jixian system(Jx)；4-Qingbaikou system (Qn)；5-Cambrian ()；6-Or dovician (O)；7-Quaternary(Q)；8-iron ore body；9-fault；10-overturned anticline；11-overturned syncline

區(qū)內(nèi)基底構(gòu)造以褶皺構(gòu)造為主，基本構(gòu)造格局自東向西由近南北向的陽山復(fù)背斜、司馬復(fù)向斜構(gòu)成。該褶皺帶規(guī)模較大，控制著“司馬長”地區(qū)主要沉積變質(zhì)鐵礦床的形態(tài)、空間分布、規(guī)模和產(chǎn)狀(張?zhí)忑垼?014a)。司馬復(fù)向斜自東向西由馬城復(fù)向斜、新河復(fù)背斜、司家營復(fù)向斜、大馬莊復(fù)背斜、高官營-李夏莊復(fù)向斜五個(gè)次級同斜褶皺組成。褶皺軸走向?yàn)槟媳毕蚧虮北蔽飨?，局部北北東向，軸面西傾，樞紐呈波狀起伏，總體向南傾伏。

斷裂構(gòu)造按走向不同可分為NNE、NNW、NEE向。NNE走向的青龍河斷裂是大地構(gòu)造三級構(gòu)造單元馬蘭峪復(fù)式背斜和山海關(guān)抬拱的劃分界線；NWW走向的冷口斷裂為區(qū)域性構(gòu)造單元的劃分界線；NEE走向的倴城斷裂是固安-昌黎大斷裂的東段，為大地構(gòu)造二級構(gòu)造單元燕山臺褶帶和華北斷拗的劃分界線。此外還有其他次級斷裂，如NNE走向的巖山斷裂、任各莊斷裂，NNW走向的響嘡斷裂、坨子頭斷裂，近EW走向的長凝斷裂等。上述斷裂構(gòu)造具有長期活動(dòng)的特點(diǎn)，對該區(qū)域鐵礦具有控制作用(張?zhí)忑垼?014a)。

區(qū)域巖漿巖不發(fā)育，主要為燕山期形成的中酸性巖體和一些脈巖，少量穿切礦體的中基性脈巖。

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 地層

礦區(qū)幾乎全部被第四系所覆蓋，一般厚度80～120m，由北向南逐漸變厚。礦區(qū)下伏基巖地層屬上太古界灤縣群司家營組，由黑云變粒巖和磁鐵石英巖建造、少量斜長角閃巖等組成。司家營詳勘報(bào)告以云母石英巖為標(biāo)志層，將礦區(qū)的變質(zhì)巖劃分為司家營組兩段①：司家營組一段(Ar3S1)和司家營組二段(Ar3S2)。在礦區(qū)整體為一同斜背斜構(gòu)造觀點(diǎn)的基礎(chǔ)上，對變質(zhì)巖系建立地層層序如下：司家營組一段(Ar3S1)以黑云變粒巖為主，少量斜長角閃巖，上部夾薄層磁鐵石英巖；司家營組二段(Ar3S2)為礦區(qū)主要礦體賦存層位，底部為云母石英巖，下部以黑云變粒巖與磁鐵石英巖互層，均較薄，局部可見綠泥石化磁鐵石英巖(富鐵礦)，中間為磁鐵石英巖，夾黑云變粒巖、角閃綠泥片巖等；上部為黑云變粒巖。另外在礦區(qū)北部有中元古界長城系大紅峪組地層出露。

2.2 構(gòu)造

礦體及地層總體走向近南北，中部略向東凸出，沿傾斜傾角東陡西緩，上陡下緩。由礦體顯示的總體構(gòu)造格局為西傾的單斜形態(tài)，局部出現(xiàn)平緩背形，在礦體內(nèi)部發(fā)育緊閉褶皺。礦區(qū)斷裂構(gòu)造較發(fā)育，按斷裂構(gòu)造發(fā)育程度和礦體形態(tài)特征可劃分為東、西兩個(gè)構(gòu)造分區(qū)，與礦區(qū)礦段劃分一致。斷裂構(gòu)造在大賈莊礦段相對較為發(fā)育，而司家營南礦段礦體較完整，基本沒有被斷層破壞。斷裂構(gòu)造按走向有NNW、NNE兩組，較大的斷層主要有四條，F(xiàn)12、F13為NNW走向，位于大賈莊礦段0線附近至大7線南，F(xiàn)12延長約900m，F(xiàn)13延長約600m，兩條斷層平行延伸，東傾，傾角70°～78°。斷層性質(zhì)為張性，錯(cuò)斷了大(Ⅰ+Ⅱ)礦體S26線以北上部并使之分為三段，斷層上盤礦體下落。F13垂直斷距約20 m，F(xiàn)12垂直斷距122～255 m。F9、F10為NNE走向斷層，兩條斷層平行延伸，西傾。F9斷層延伸長約250 m，傾角80°，為正斷層，斷距約70 m左右，僅在S26線有鉆孔揭露。F10表現(xiàn)為逆斷層，傾角63°～72°，自大7線南延至大18線以南，長約1200 m，垂直斷距50～140 m。兩條斷層錯(cuò)斷了大7～大10之間大(Ⅰ+Ⅱ)礦體的礦頭，并在S26線形成地塹式構(gòu)造。

2.3 巖漿巖

礦區(qū)侵入體較少，但發(fā)育偉晶巖脈及輝長輝綠巖脈。偉晶巖在礦區(qū)老地層內(nèi)廣泛分布，一般呈脈狀，順層產(chǎn)出，少數(shù)呈透鏡狀，厚度一般5 m以內(nèi)。根據(jù)礦物成分及顏色的不同，分為紅色偉晶巖和灰白色偉晶巖，均屬混合熱液成因。紅色偉晶巖形成較晚，穿插灰白色偉晶巖。灰白色偉晶巖主要為石英、鈉長石、少量黑云母、白云母等組成。與白色偉晶巖相比，紅色偉晶巖含有更多的鉀長石，結(jié)晶顆粒更大，兩者對礦體有輕微破壞作用。變質(zhì)輝長輝綠巖脈在礦區(qū)分布較廣，主要分布在南礦段和大賈莊礦段西部及南部，黑綠色，變余輝長(輝綠)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要為基性斜長石和角閃石組成，蝕變礦物主要為綠泥石、綠簾石和鈉長石，對礦體有一定破壞作用。此外，礦區(qū)還有少量花崗玢巖、煌斑巖、石英脈等，數(shù)量較少且規(guī)模小。

2.4 礦體特征

司家營鐵礦可分為南北兩區(qū)，北區(qū)出露有少量的鐵礦露頭，以隱伏礦為主，南區(qū)由南礦段和大賈莊礦段組成，全部為隱伏礦體，全長10.5 km(見圖2)。

北區(qū)由4個(gè)礦體組成：Ⅰ號礦體為層狀，單斜產(chǎn)出，在北區(qū)長約2 km，是該礦最大的礦體(向南延伸至南礦區(qū)，總長約8.5 km)。Ⅱ號礦體為似層狀或紡錘狀，長度大約1 km，位于Ⅰ號礦體西側(cè)。Ⅲ號礦體為多層礦體組成，長約3 km，礦該體較厚，一般厚100～200 m，最大厚度可達(dá)300 m(圖3)，該礦體延深較大，400～600 m，有的地段斜深800～1200 m，厚度仍很穩(wěn)定，并有越向深部越趨完整的趨勢，這種厚大礦體的形成主要由于褶皺所致，Ⅲ號礦體本身就是一個(gè)緊密的倒轉(zhuǎn)向斜構(gòu)造。Ⅳ號礦體長約1.5 km，位于Ⅲ號礦體西側(cè)。礦體直接被中元古代地層不整合覆蓋，局部地段礦體被剝蝕。

司家營鐵礦南區(qū)礦體全長8.5 km，寬1～2 km，由大賈莊礦段和南礦段組成。主要分布五個(gè)礦體，大賈莊礦段3個(gè)礦體，南礦段2個(gè)礦體。大賈莊礦段(Ⅰ+Ⅱ)礦體和南礦段Ⅰ礦體為主礦體。

南礦段：Ⅰ礦體位于礦區(qū)東側(cè)，是北區(qū)Ⅰ礦體的南延，是南區(qū)規(guī)模最大礦體，約6 km，呈層狀，西傾，由多層礦體組成。Ⅱ礦體位于Ⅰ礦體西北部，長約2 km，礦體產(chǎn)狀、形態(tài)、埋深等與Ⅰ礦體相似。

圖2 冀東司家營鐵礦床礦區(qū)地質(zhì)圖Fig.2 Geological map of Sijiaying iron deposit in eastern Hebei province 1-第四系；2-長城系大紅峪組；3-上太古界；4-鐵礦體；5-斷層；6-倒轉(zhuǎn)背斜和倒轉(zhuǎn)向斜1-Quaternary system；2-Changcheng system Dahongyu Formation; 3-Archaeozic Erathem；4-iron ore body；5-fault；6-overturned anticline and overturned syncline

Ⅰ礦體和Ⅱ礦體埋深受第四系厚度控制，由北向南有逐漸加深趨勢，一般埋深50～120m。

大賈莊礦段：(Ⅰ+Ⅱ)礦體為大賈莊礦段最大的礦體，斷續(xù)長約6.5 km，西傾。南段礦體位于大24線南側(cè)，礦體長約4.2 km，傾向北西，礦體由多層鐵礦組成。北段礦體位于礦區(qū)中北部西側(cè)，長約2.3 km，埋深較大，礦體由多層組成，呈層狀或似層狀。礦體走向由北向南的變化為：NW→SN→SW，整體呈向東凸出的弧形。礦體總體傾向西。Ⅲ、Ⅳ號礦體規(guī)模較小且形態(tài)較復(fù)雜。

圖3 冀東司家營鐵礦床N22勘探線剖面圖Fig.3 Profile map of N22 line in Sijiaying iron deposit in eastern HeBei province 1-第四系(Q)；2-大紅峪組(Chd)；3-灤縣巖群；4-鐵礦體；5 -輝綠巖脈；6-礦體編號；7-鉆孔位置及編號1-Quaternary(Q)；2-Dahongyu Formation；3-Luanxian group；4-iron ore body；5-doleritic veins；6-ore body number；7-drillhole po sition and number

此外，礦區(qū)尚有多個(gè)零星小礦體，多為單工程控制，礦體一般厚度2～5 m。從這些礦體相距主礦體的位置分析，應(yīng)屬同一層位的薄層礦，但沿走向和傾斜不連續(xù)。

2.5 富鐵礦

區(qū)內(nèi)各礦體中基本上均可見到富礦，但規(guī)模都很小，基本為單孔控制。富鐵礦一般產(chǎn)在貧礦體中，可產(chǎn)于貧礦體的各部位，無明顯規(guī)律。貧礦和富礦兩者界線比較清楚，呈突變關(guān)系，但亦有少部分富礦與貧礦為漸變關(guān)系。根據(jù)對巖心的觀察，富鐵礦礦石呈塊狀，黑綠、黑、灰黑色，主要為磁鐵礦，脈石礦物為石英、鐵閃石、綠泥石和碳酸鹽礦物等(許英霞等，2014)。錢祥麟等(1985)根據(jù)富鐵礦的主要脈石礦物將富鐵礦劃分為：綠泥石型磁鐵富礦、碳酸鹽型磁鐵富礦、黑云母型磁鐵富礦和角閃石型磁鐵富礦四個(gè)類型。富鐵礦的磁鐵礦顆粒與貧鐵礦相比稍粗，強(qiáng)烈綠泥石化、碳酸鹽化，顯示出熱液交代作用，在富礦體的周圍有明顯的熱液蝕變，主要有綠泥石化、碳酸鹽化、黑云母化。另外在礦區(qū)斷裂帶及混合花崗巖與圍巖接觸部位也常見有相似蝕變發(fā)生。

2.6 礦石特征

司家營鐵礦礦石類型簡單，主要為磁鐵石英巖和少量赤鐵礦石英巖。磁鐵石英巖礦石礦物主要為磁鐵礦，少量赤鐵礦和假象赤鐵礦等；赤鐵石英巖礦石礦物主要為赤鐵礦、假象赤鐵礦，脈石礦物以石英為主，次為鐵閃石、陽起石以及少量普通角閃石等。石英含量一般為50%～60%，角閃石類含量約為5%～15%。礦石以他形-半自形結(jié)構(gòu)為主，以鐵礦物(含閃石類礦物)與石英構(gòu)成黑白相間且相互平行的條紋(條帶)為特征，分為細(xì)紋狀、條紋狀構(gòu)造(為主)和條帶狀構(gòu)造(次之)，三者多呈漸變接觸關(guān)系。全區(qū)礦石平均品位30.00%，其中赤鐵礦石31.18%，磁鐵礦石29.80%。礦區(qū)少量富鐵礦石呈致密塊狀、稠密浸染狀構(gòu)造，主要礦物為磁鐵礦(赤鐵礦)，石英等脈石礦物明顯減少，顆粒明顯較貧鐵礦粗，一般0.05～1 mm(圖4)。

圖4 司家營鐵礦床圍巖與礦石照片F(xiàn)ig.4 Photos of wall rocks and ores from the Sijiaying iron deposit a-混合花崗巖；b-黑云變粒巖；c-條帶狀磁鐵礦石; d-條紋狀 磁鐵礦石; e-條帶狀赤鐵礦石; f-塊狀磁鐵礦石a-migmatitc granite; b-biotite leptynite; c-banded magnetite ore; d-striped magnetite ore; e-banded hematite ore; f-massive magne tite ore

3 成礦模式

灤縣巖群司家營組是該礦床的賦礦地層，確定了圍巖的年齡就限定了司家營鐵礦的成礦時(shí)代。前人使用Rb-Sr、K-Ar法對司家營鐵礦進(jìn)行了部分工作，年齡均2500Ma左右，主要將其解釋為灤縣巖群區(qū)域變質(zhì)作用終結(jié)的時(shí)間(沈其韓等，1981b；錢祥麟等，1985；趙宗溥等，1993)。筆者利用SHRIMP鋯石U-Pb測年法，對采自與司家營鐵礦礦體頂?shù)装鍑鷰r侵入礦體中的鉀化花崗巖中的鋯石進(jìn)行測定，限定司家營鐵礦形成時(shí)代2537～2545Ma，為新太古代末期(未發(fā)表數(shù)據(jù))，這與冀東杏山、石人溝、水廠、馬蘭莊等鐵礦的年齡基本一致(丁文君，2010；孫會一等，2010；李延河等，2011；Zhangetal，2011；Zhangetal，2012；曲軍峰等，2013)。

綜合區(qū)域與礦區(qū)地層特點(diǎn)，灤縣巖群原巖含礦建造是典型的火山巖-沉積巖系-硅鐵建造，具有明顯的旋回性和韻律性，自下至上構(gòu)成一個(gè)明顯的火山旋回，司家營鐵礦的形成與太古代火山活動(dòng)有密切關(guān)系。華北克拉通的七個(gè)主要微陸塊在新太古代末期以陸-弧、弧-弧、陸-陸拼貼在一起(Zhaietal.，2000；翟明國,2010)，并伴隨大量海底火山活動(dòng)，帶來豐富鐵質(zhì)。張連昌等(2012)認(rèn)為華北克拉通新太古代晚期大多數(shù)BIF形成于島弧構(gòu)造環(huán)境，司家營鐵礦可能形成于火山活動(dòng)間歇期的弧后盆地沉積。

最近多位學(xué)者對司家營鐵礦成礦物質(zhì)來源及富鐵礦成因進(jìn)行了探討。司家營鐵礦不同類型礦石微量和稀土元素分配模式具有較好的一致性，不同類型礦石成礦物質(zhì)來源可能均來自于海底熱液與海水(李文君等，2012；許英霞等，2014)。關(guān)于司家營富鐵礦成因，不同學(xué)者均認(rèn)為其是受后期熱液蝕變形成(錢祥麟等，1985；李文君等，2012；陳靖等，2014；許英霞等，2014)。錢祥麟等(1985)認(rèn)為司家營富鐵礦是貧鐵礦在遭受后期混合巖化熱液，發(fā)生堿質(zhì)交代作用，去硅存鐵形成的，強(qiáng)調(diào)了混合巖化熱液的作用。許英霞等(2014)通過對司家營富鐵礦的產(chǎn)出特征、不同類型礦石手標(biāo)本和顯微特征的詳細(xì)研究，結(jié)合主微量元素分析，認(rèn)為司家營鐵礦在沉積時(shí)由于局部硅相對不飽和，形成一些富含鐵鎂質(zhì)的硅酸鹽礦物(角閃石、輝石等)，這類礦物更易遭受后期熱液蝕變，使鐵質(zhì)發(fā)生進(jìn)一步富集，形成富鐵礦，強(qiáng)調(diào)了原始沉積的控礦作用。陳靖等(2014)對司家營鐵礦進(jìn)行了流體包裹體研究，認(rèn)為熱液蝕變和韌性剪切期NaCl+H2O體系低溫流體是貧礦石發(fā)生去硅富鐵形成富礦的主要原因。

通過總結(jié)前人關(guān)于司家營鐵礦床區(qū)域地質(zhì)、礦床地質(zhì)、成礦時(shí)代、構(gòu)造背景、礦床成因、后期改造作用的研究，筆者初步討論了司家營鐵礦的成礦模式(圖5)：

(1) 條帶狀鐵礦的形成：晚太古代末期，洋殼較薄容易拉張裂開，遷懷陸塊與膠遼陸塊發(fā)生拼接作用，伴隨頻繁的海底火山活動(dòng)，大量鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)巖漿噴發(fā)到海底，形成基性洋殼。海底火山和海底熱泉噴出大量含Si、Fe的酸性熱液。此外,由于洋殼下部地幔巖漿的加熱，海水發(fā)生對流循環(huán)，從鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)洋殼中淋濾處Fe和Si等元素，使深部的海水溶解了巨量的Fe2+、Si。為司家營鐵礦的形成提供了充足的物質(zhì)基礎(chǔ)。此時(shí)地球整體氧含量較少，海洋中僅上部水體含氧，下部大部分水體缺氧(李厚民等，2012)。在火山活動(dòng)的間歇期，溶解了巨量Fe2+、Si的海水在上升流等的作用下上涌到大陸邊緣淺海陸棚或盆地時(shí)，由于下部缺氧水體和上部富氧水體混合，且海水由強(qiáng)酸性變?yōu)槿跛峄蛉鯄A性，二價(jià)鐵氧化成三價(jià)鐵發(fā)生沉淀，鐵質(zhì)，硅質(zhì)大量沉淀形成BIF。由于上升洋流的活動(dòng)是周期性的，因此形成了條帶狀構(gòu)造(李厚民等，2012)。

(2) 鐵礦圍巖：司家營鐵礦含礦原巖建造為火山巖-沉積巖系-硅鐵建造，圍巖主要為黑云變粒巖、黑云斜長變粒巖及斜長角閃巖。圍巖的原巖建造從下部到上部由基性火山巖、中酸性火山碎屑巖向沉積巖過渡，構(gòu)成一個(gè)火山-沉積旋回。但司家營鐵礦圍巖主要為中酸性火山碎屑巖-凝灰質(zhì)(粘土質(zhì))粉砂巖，其圍巖的形成與中酸性火山巖關(guān)系密切。

(3) 鐵礦的后期改造：司家營鐵礦沉積形成后不久便遭受了大面積的區(qū)域變質(zhì)作用，主要經(jīng)歷了低角閃巖相變質(zhì)作用(高吉鳳，1981；張龍飛等，2014)。在變質(zhì)變形過程中，原始沉積的含鐵硅質(zhì)巖的組分發(fā)生分異，鐵質(zhì)形成磁鐵礦，硅質(zhì)發(fā)生重結(jié)晶形成石英，并且礦物顆粒重結(jié)晶，顆粒變粗，形成有經(jīng)濟(jì)價(jià)值可開發(fā)利用的沉積變質(zhì)型鐵礦。隨著區(qū)域變質(zhì)作用的發(fā)展，混合巖化和花崗質(zhì)巖發(fā)生侵位，該期區(qū)域變質(zhì)變形和巖漿活動(dòng)既可以破壞原有礦床，也可以使鐵礦中的部分鐵質(zhì)進(jìn)一步重組富集，形成磁鐵富礦。太古代之后，司家營鐵礦遭受了一定的剝蝕，沉積覆蓋了長城系和薊縣系，在元古代、中生代又遭受了一定程度的變質(zhì)變形作用，但其對鐵礦的改造遠(yuǎn)小于太古宙時(shí)期。同時(shí)，后期斷裂構(gòu)造的發(fā)育改變了礦體的產(chǎn)狀和其連續(xù)性，對礦體有一定的破壞作用。

4 地球物理特征

4.1 主要巖(礦)石磁性及密度特征

司家營鐵礦礦體賦存空間與磁異常有直接關(guān)系。磁鐵石英巖的磁性最強(qiáng)，其磁化率達(dá)到3×10-2～15×10-2CGSM、剩余磁化強(qiáng)度達(dá)到5×10-2～4×10-2CGSM；它的磁性遠(yuǎn)高于本區(qū)賦礦層位太古界灤縣群司家營組(Ar2S)中的變粒巖、混合巖、片麻巖、輝長巖和輝綠巖等，也遠(yuǎn)高于本區(qū)廣泛分布的第四系沉積物。另外與鐵礦關(guān)系最密切的含鐵質(zhì)石英巖表現(xiàn)為高密度特征，密度均值均超過2.9 g/cm3， 礦石密度常見值在2.9～3.6 g/cm3之間，其中磁鐵石英巖的密度最大，密度均值為3.44 g/cm3；而近礦圍巖黑云變粒巖、黑云斜長片麻巖、花崗片麻巖、片麻狀混合巖等密度值均低于2.8 g/cm3，各類圍巖密度在2.6～2.8 g/cm3之間變化；磁鐵石英巖與圍巖的密度差可達(dá)0.2～0.8 g/cm3，礦石與圍巖有著明顯的密度差異。由此可以看出礦區(qū)內(nèi)礦石的磁化率、密度與圍巖的磁化率、密度相差很大，為礦區(qū)內(nèi)開展高精度磁測及重力測量提供了有利條件。

圖5 司家營鐵礦成礦模式示意圖Fig.5 Sketch showing exploration model for the Sijiaying iron deposit 1-氧； 2-鐵礦體；3-洋殼基性、超基性火山巖；4-粘土沉積及火山凝灰?guī)r夾基性火山巖1-oxygen;2-iron ore body;3-oceanic crust base, ultrabasic volcanic rocks;4-clay sedimentary and volcano tuff interbed ded with basic volcanic rocks

4.2 磁異常特征

在沉積變質(zhì)型磁鐵礦的找礦勘查中，磁法是一種重要的手段。該方法可通過航空磁測或地面磁法平面圖圈定重點(diǎn)找礦區(qū)域，尋找有明顯規(guī)律、強(qiáng)度較大、范圍廣和走向明顯的異常。

圖6為司家營礦區(qū)航磁、地磁異常圖。磁鐵礦一般處于磁異常的高值位置，通常高值中的高值和低值中的高值是找礦非常有利的部位。司家營磁異常位于灤縣-灤南異常區(qū)帶的北部，其東側(cè)為馬城異常帶，西部有高官營、李夏莊異常，經(jīng)勘查證明，異常由鐵礦引起。司家營磁異常呈南北向帶狀展布，異常最高值為3000nT以上，礦體向南傾伏，埋深加大。該區(qū)磁異常的極值較高、等值線較密集、正負(fù)異常相間分布，異常呈南北走向的條帶狀，與司家營礦區(qū)的走向一致。異常的極高值區(qū)基本為基巖面礦體露頭位置，圖6基本圈定了司家營礦體的走向及范圍。

表1 司家營鐵礦床主要巖(礦)石磁化率參數(shù)統(tǒng)計(jì)③

表2 司家營鐵礦床主要巖(礦)石密度參數(shù)統(tǒng)計(jì)③

圖7為司家營鐵礦床大賈莊礦體S22線重磁綜合剖面圖。通過解剖發(fā)現(xiàn)：該垂直磁場剖面圖有三個(gè)正異常，從左到右依次標(biāo)號為1、2、3，其中3號正異常峰值最大，1號異常次之，2號異常最??；3號異常不僅峰值大，而且相對于其他兩個(gè)異常區(qū)，曲線形態(tài)較為陡峭；三個(gè)異常的位置分別與下部礦體的位置相對應(yīng)，且峰值位置對應(yīng)與礦體最接近地面的位置。

4.3 重力特征

冀東地區(qū)鐵礦區(qū)(帶)的分布與強(qiáng)度或高或低的磁異常關(guān)系極為密切，同時(shí)也伴隨著局部重力異常，因此磁異常與局部重力異常疊加區(qū)域是尋找沉積變質(zhì)鐵礦的重要靶區(qū)，其強(qiáng)度與礦床規(guī)模及埋深有關(guān)。有些鐵礦區(qū)(帶)上無明顯重力異常顯示是由于資料比例尺太小，不能反映局部重力異常特征，但大比例尺的重力測量與磁測方法同時(shí)使用，可提高尋找鐵礦及鐵磁性礦產(chǎn)的效果(石姝華等，2011)。

圖6 司家營鐵礦區(qū)航磁異常(左)、地磁△Z異常圖(右)④Fig.6 Aeromagnetic anomaly(left) and geomagnetic anomaly(right) in Sijiaying iron deposit④ 1-第四系(Q)；2-長城系(Ch)；3-灤縣群(Ar3L)1-Quaternary(Q)；2-Changcheng system(Ch); 3-Luanxian group(Ar3L)

圖7 冀東司家營鐵礦床大賈莊礦體S22線重磁綜合剖面圖Fig.7 Profile of gravity and magnetic of S22 line of Dajiazhuang orebody in eastern HeBei province

從布格異常圖(圖8)上看，磁性鐵礦主要分布在布格重力異常的梯級帶或異常扭曲處以及正負(fù)異常的交界或局部異常扭曲處(張亞東等，2012)。重力異常梯級帶或異常扭曲多與地質(zhì)構(gòu)造強(qiáng)烈變形密切相關(guān)，而正負(fù)異常交界所反映的局部構(gòu)造位置為局部隆起的邊緣部位(張亞東等，2012)，是司家營鐵礦床等沉積變質(zhì)型鐵礦床的成礦有利部位，也是航磁異常分布十分密集的部位。

圖8 冀東地區(qū)布格重力ΔgB異常平面圖 (簡化自張亞東等，2012)Fig.8 Bouguer gravity anomaly map of eastern Hebei Province (simplified from Zhang et al., 2012) 1-正重力異常；2-負(fù)重力異常1-positive gravity anomaly；2-negative gravity anomaly

圖9為遷安-灤縣地區(qū)上延2 km布格重力異常圖，主要有1、2、3、4四個(gè)重力勘查的高值異常區(qū)，分別位于唐山市區(qū)、遷安、灤縣東南與秦皇島四個(gè)區(qū)域，由前人資料知，這四個(gè)高值異常區(qū)其中1、3、4均與鞍山式沉積變質(zhì)型鐵礦有關(guān)。這些部位主要是變質(zhì)巖系分布區(qū)或基底隆起區(qū)的邊緣，是成礦的有利部位，沉積變質(zhì)型鐵礦主要密集分布在大面積的低緩正磁異常區(qū)，司家營鐵礦床就位于第3個(gè)高值異常區(qū)中。另外司家營鐵礦床大賈莊礦體S22線重磁綜合剖面圖(圖7)也反映出3個(gè)重力異常峰值，該峰值與磁異常峰值基本一致，都反映了礦體最接近地面的位置。

圖9 遷安-灤縣上延2 km布格重力異常圖及重點(diǎn)礦區(qū)Fig.9 Bouguer gravity anomaly map and key iron deposits of Qianan-Luanxian area after upward 2 km 1-重點(diǎn)礦區(qū)；2-重力異常區(qū)1-key mining area；2-gravity anomaly zone

4.4 電磁法(CSAMT)測深在司家營鐵礦的應(yīng)用

河北省地礦局第二地質(zhì)大隊(duì)利用V8地球物理系統(tǒng)和美國ZONGE 公司生產(chǎn)的GDP-32II電法工作站對司家營鐵礦進(jìn)行了電法勘查，其中一條勘測剖面位置為S22剖面(見圖2)。由S22勘探線可控源音頻大地電磁測深(CSAMT)視電阻率擬斷面圖(圖10)可見，除張疃村附近區(qū)段(5050點(diǎn)～5800點(diǎn))受人文干擾影響，視電阻率出現(xiàn)明顯畸變外，在其余區(qū)段視電阻率等值線在深度小于500 m時(shí)，基本呈水平層狀展布，自上而下大致可劃分為0～150m左右的視電阻率緩慢增加層、150～400m左右的快速增加帶和深度大于400 m時(shí)的緩慢變化帶等三個(gè)層位。淺部的緩慢增加層橫向連續(xù)性極好，反映出該層的組成成分和結(jié)構(gòu)沿縱向變化較小之特點(diǎn)，大致與區(qū)內(nèi)的第四系沉積物相對應(yīng)；中間的視電阻率快速增加帶是帶內(nèi)地層電性結(jié)構(gòu)發(fā)生突變的反映。由此可知該帶為第四系沉積物與下伏基巖的過渡帶，基巖面應(yīng)位于該帶的頂部；由該層向下，視電阻率變化逐步趨緩，為區(qū)內(nèi)下伏結(jié)晶基底中太古界變質(zhì)巖系的反映。

圖10 冀東司家營鐵礦床22線CSAMT視電阻率擬斷面圖③Fig.10 CSAMT apparent resistivity pseudo-section diagram of 22 line of Sijiang iron deposits in eastern Hebei Province③

將CSAMT 視電阻率擬斷面圖與其下方的S22勘探線剖面圖對比，鐵礦體均位于視電阻率的中阻區(qū)，且由西側(cè)的中阻逐漸向東側(cè)的高阻過度。視電阻率變化范圍較大，約500～1300 Ω·m，鐵礦體的上盤視電阻率變化較慢，下盤視電阻率急劇增高。因此鐵礦體位于中阻區(qū)，上盤視電阻率低于下盤，上盤視電阻率變化小，下盤視電阻率變化速率遠(yuǎn)大于上盤。

綜上所述，本區(qū)找礦標(biāo)志采用以重磁法為主、電法為輔的物探方法，可有效確定磁鐵礦礦集區(qū)位置，在條件有利時(shí)，甚至可確定礦體的形態(tài)、埋深和賦存狀態(tài)。

5 司家營鐵礦地質(zhì)-地球物理找礦模型

通過對司家營沉積變質(zhì)巖型鐵礦床的系統(tǒng)研究，總結(jié)控制鐵礦及富鐵礦的層位、構(gòu)造、變質(zhì)變形和巖漿活動(dòng)等條件(層控性、時(shí)空性、構(gòu)造控礦、巖漿活動(dòng)、后期改造疊加)，結(jié)合在礦床成因和控礦條件研究中獲得的新認(rèn)識，對司家營鐵礦床的地球物理特征進(jìn)行解析及信息提取，最后歸納、總結(jié)和對比，建立了司家營沉積變質(zhì)型鐵礦地質(zhì)-地球物理找礦模型(表3)。司家營鐵礦床位于遷懷陸塊與膠遼陸塊的拼合帶，賦礦層位是新太古代灤縣群，其含礦原巖建造為火山巖-沉積巖系-硅鐵建造，從下至上構(gòu)成一個(gè)火山-沉積旋回，由基性火山巖、中酸性火山碎屑巖向沉積巖過渡，由火山巖到沉積巖的轉(zhuǎn)換過渡時(shí)期，是鐵礦最有利的成礦時(shí)期。經(jīng)后期強(qiáng)烈變質(zhì)變形作用的疊加，發(fā)生重結(jié)晶及鐵質(zhì)進(jìn)一步富集。礦區(qū)主要受南北向的司馬復(fù)向斜控制，并受區(qū)域NNW、NNE及NEE斷裂的控制。司家營鐵礦的礦石和圍巖的磁化率和密度差異明顯，因此具有較明顯的重力及磁異常特征。根據(jù)灤縣-灤南區(qū)域地質(zhì)特征及航磁、重力特征，在薊縣凹陷與山海關(guān)抬拱的交接部位及昌黎-固安大斷裂北部的指揮-大夫莊一帶的復(fù)向斜部位均為找礦的有利部位，司家營鐵礦地質(zhì)-地球物理找礦模型的建立將為該地區(qū)同類型鐵礦的勘探工作提供一定依據(jù)。

表3 冀東司家營沉積變質(zhì)型鐵礦地質(zhì)-地球物理找礦模型

6 結(jié)論

(1) 通過對前人關(guān)于司家營鐵礦床區(qū)域地質(zhì)、礦床地質(zhì)、成礦時(shí)代、構(gòu)造背景、礦床及富鐵礦成因、后期改造作用研究的總結(jié)，初步建立了司家營沉積變質(zhì)型鐵礦床的成礦模式。

(2) 對司家營鐵礦航磁、地磁異常特征，區(qū)域重力異常特征及可控源音頻大地電磁測深(CSAMT)剖面進(jìn)行解析和礦致異常信息提取，認(rèn)為本區(qū)鐵礦找礦以重磁法為主、電法為輔的物探方法可有效確定礦集區(qū)位置。

(3) 通過總結(jié)司家營鐵礦控礦地質(zhì)條件及地球物理特征建立了地質(zhì)-地球物理找礦模型，為灤縣-灤南-昌黎一帶進(jìn)一步尋找該類型鐵礦提供一定的理論依據(jù)。

[注釋]

① 河北省地質(zhì)局第十五地質(zhì)大隊(duì).1981.河北省灤縣司家營鐵礦南區(qū)詳細(xì)勘探地質(zhì)報(bào)告[R].

② 河北省地勘局第二地質(zhì)大隊(duì).2009.河北省灤縣司家營鐵礦南區(qū)深部補(bǔ)充勘查總結(jié)地質(zhì)報(bào)告[R].

③ 河北省地勘局第二地質(zhì)大隊(duì).2010.河北省灤縣司家營鐵礦普查綜合研究成果報(bào)告[R].

④ 河北省地質(zhì)調(diào)查院.2010.河北省鐵礦資源潛力評價(jià)單礦種評價(jià)成果報(bào)告[R].

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[附中文參考文獻(xiàn)]

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The Exploration Model of the Sijiaying Sedimentary Metamorphic Iron Deposit in Eastern Hebei Province

XU Ying-xia1,ZHANG Long-fei1, LI Hou-min2, Li Li-xing2, GAO Xiao-min3, JIA Dong-suo3

(1.DepartmentofGeology,MiningEngineeringCollege,HebeiUnitedUniversity,Tangshan，Hebei063009； 2.MLRKeyLaboratoryofMetallogenyandMineralAssessment,InstituteofMineralResources,ChineseAcademyofGeologicalSciences,Beijing100037; 3.No.2GeologicalBrigadeofHebeiGeologyandMineralExplorationBureau,Tangshan，Hebei063000)

The Sijiaying iron deposit is one of typical sedimentary metamorphic iron deposits and the biggest iron deposit in eastern Hebei Province. The proven resource of this deposit has been verified to a total of 3.2 billion tons. The data of regional geology, deposit geology and ore-controls in this area are summarized in this paper. Then combined with previous work on the tectonic background, metallogenic epoch, genetic types and late reformation, a metallogentic model for this deposit is constructed. Based on data of aeromagnetic, magnetic and gravity anomalies, coupled with the geological interpretation of CSAMT profiles and the extracted information of mineralization anomalies in the Sijiaying iron deposit, it is believed that the geophysical technology which consists of gravity and magnetic prospecting, supported by the electromagnetic prospecting as auxiliary, is an effective method to delineate ore-concentrating areas. Thus a geological-geophysical model is established for the Sijiaying iron deposit based on the summary of the metallogenic geological conditions and the physical characteristics of the region. This model can provide a theoretical basis for the prospecting work of sedimentary metamorphic iron deposits in the Luanxian-Luannan-Changli area.

sedimentary metamorphic iron deposit, exploration model, metallogenic model, Sijiaying

2014-03-14；[修改日期] 2014-08-23；[責(zé)任編輯]郝情情。

國土資源部公益性行業(yè)科研項(xiàng)目：冀東地區(qū)沉積變質(zhì)型鐵礦富礦控礦條件及科學(xué)基地研究(201111002-04)和地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查評價(jià)工作項(xiàng)目：遼冀地區(qū)沉積變質(zhì)型鐵礦控礦因素和勘查技術(shù)方法組合優(yōu)選聯(lián)合資助。

許英霞(1973年-)，女，博士，副教授，研究方向礦床礦物學(xué)。E-mail:xuyx516319@163.com。

P611

A

0495-5331(2015)01-0023-13