崔 偉,董國(guó)明,高孝敏,劉春來(lái),鄭思光,鄭 新,曹瑞明

河北省地礦局第二地質(zhì)大隊(duì), 河北 唐山 063000

冀東是指河北省東部的唐山市、秦皇島市一帶,屬燕山山脈的東支南側(cè),是我國(guó)前寒武紀(jì)地層主要出露區(qū)之一,是我國(guó)鐵礦資源的重要基地之一。但地質(zhì)工作程度高、開(kāi)發(fā)利用強(qiáng)度大,面臨后備資源不足、開(kāi)發(fā)利用難度越來(lái)越大等問(wèn)題,近年該區(qū)鐵礦石自給保障程度只有10%～20%,且有逐年下降的趨勢(shì),不得不大量依賴進(jìn)口。司家營(yíng)鐵礦為冀東沉積變質(zhì)鐵礦典型礦床之一,深部找礦取得重大成果,總結(jié)其礦床特征、構(gòu)建勘查區(qū)找礦預(yù)測(cè)模型,并探討其資源潛力和進(jìn)一步找礦方向,對(duì)冀東鐵礦大中型礦山深部找礦具有重大的示范意義。

1 區(qū)域地質(zhì)特征

基底形成、中—新元古代大陸裂陷(或裂谷) 以及到古生代的穩(wěn)定地臺(tái)蓋層沉積和中生代燕山陸內(nèi)造山作用等地質(zhì)演化階段[1],形成了一大批鐵、金、煤等礦床。區(qū)內(nèi)具備工業(yè)意義的鐵礦床均屬沉積變質(zhì)型,賦存在6個(gè)太古宇變質(zhì)地層層位(巖系)中,綜合地層(原巖建造)、構(gòu)造、礦體及航磁異常等不同特征,將全區(qū)劃分為遵化遷西、青龍寬城、遷安、灤縣灤南及朱杖子5個(gè)主要成礦區(qū)帶[2](圖1),其中遷安、灤縣灤南2個(gè)成礦區(qū)帶大中型礦產(chǎn)地集中分布,保有資源儲(chǔ)量占冀東地區(qū)的86%,司家營(yíng)鐵礦位于灤縣灤南成礦區(qū)帶中。

2 礦區(qū)地質(zhì)概況

冀東大地構(gòu)造位于華北陸塊北緣中段、冀中—冀東微陸塊北東部。該區(qū)地殼經(jīng)歷了古、中太古代陸核孕育、新太古代初始克拉通化、古元古代克拉通結(jié)晶

2.1 地層

礦區(qū)大部被第四系松散層所覆蓋,厚0～300 m,具由北向南逐漸變厚的規(guī)律,北部廣泛分布有中上元古界長(zhǎng)城系蓋層。下伏地層為新太古界灤縣巖群陽(yáng)山巖組[4],為鐵礦體賦存層位,由一套變質(zhì)程度為角閃巖相的黑云斜長(zhǎng)變粒巖夾磁鐵石英巖建造組成,巖性以黑云斜長(zhǎng)變粒巖、磁(赤)鐵石英巖為主,夾綠泥石英片巖等,混合巖化作用強(qiáng)而普遍,礦體頂板大面積分布有片麻狀混合巖。

2.2 構(gòu)造

褶皺構(gòu)造:礦區(qū)含礦巖系總體呈走向近南北、西傾的單斜構(gòu)造,沿走向北端翹起、向南西傾伏。

斷裂構(gòu)造:不發(fā)育,破壞礦體連續(xù)性的主要有NNW、NEE向兩組斷裂。其中高坎—響嘡—李興莊斷層為礦區(qū)規(guī)模最大斷層,礦床深部沿走向被其錯(cuò)斷,為壓扭性逆斷層。斷層走向北北西,傾向南西西,傾角80°-86°,斷層垂直斷距250～300 m,斷層水平斷距205 m。

2.3 巖漿巖

礦區(qū)內(nèi)巖漿巖不甚發(fā)育,據(jù)鉆探工程揭露未見(jiàn)有大的侵入巖體,主見(jiàn)規(guī)模不大、遍及全區(qū)的偉晶巖脈和呈區(qū)段性分布的基性巖脈。

3 礦體地質(zhì)概況

3.1 礦體的空間分布、規(guī)模、形態(tài)及產(chǎn)狀

司家營(yíng)鐵礦礦帶南北長(zhǎng)約12.5km,東西寬1～3.5 km,總體傾向西,傾角20°-50°。礦帶由自東向西呈平行帶狀排列的5個(gè)主要礦體組成,總厚度180～520 m左右,延深一般1 000～2 000 m。歷史上為便于工作,以平青大公路附近的S6線為界,將其劃分為南北兩區(qū)[5]。

司家營(yíng)鐵礦北區(qū)全長(zhǎng)4 km,最大寬度2 km(圖2),共劃分為四個(gè)礦體,由東向西依次編為Ⅰ～Ⅳ礦體,其中以Ⅲ礦體規(guī)模最大。Ⅲ礦體長(zhǎng)約2 800 m,分布標(biāo)高57～-1 288 m,礦體沿傾斜延深一般1 000～1 600 m,最大2 400 m;礦體一般厚度為100～200 m,最厚達(dá)300 m。礦體由多層礦組成,夾有多層厚度不等的夾石,沿走向傾斜有膨脹和分枝復(fù)合現(xiàn)象(圖3)。

圖2 司家營(yíng)鐵礦北區(qū)重磁異常(附礦體分布)圖Fig.2 The map of gravitatioval and magnetic anomalies (attached the ore body distribution) in the north district of Sijiaying

圖3 司家營(yíng)鐵礦北區(qū)N22勘探線剖面圖Fig.3 The profile of N22 prospecting line in the north district of Sijiaying

司家營(yíng)鐵礦南區(qū)礦帶南北長(zhǎng)約8.5 km,東西寬1～3.5 km,東為南礦段、西為大賈莊礦段。區(qū)內(nèi)共分布7個(gè)礦體,其中南礦段有2個(gè)礦體,大賈莊礦段有3個(gè)礦體,還有田疃、小坡2個(gè)小礦體(圖4)。南礦段Ⅰ礦體和大賈莊礦段(Ⅰ+Ⅱ)礦體為主礦體(圖5)。南礦段Ⅰ礦體,走向長(zhǎng)6200 m,礦體厚度和延深以S38線為界,差別較大,以北延深＞600 m、厚度80～220 m,以南延深＜600 m、厚度30～70 m。大賈莊礦段(Ⅰ+Ⅱ)礦體,走向長(zhǎng)7 150 m,延深1 500～2 200 m,礦體厚度以大22線為界,以北一般40～90 m,以南一般10～35 m。

圖4 司家營(yíng)鐵礦南區(qū)重磁異常(附礦體分布)圖Fig.4 The map of gravitatioval and magnetic anomalies(attached the ore body distribution) in the south district of Sijiaying

圖5 司家營(yíng)鐵礦南區(qū)S22勘探線剖面圖Fig.5 The profile of S22 prospecting line in the south district of Sijiaying

3.2 礦石質(zhì)量

按礦石礦物組成,礦石自然類(lèi)型主要為磁鐵石英巖,少量赤鐵石英巖,極少量陽(yáng)起(綠泥)磁鐵巖。貧礦脈石礦物以石英為主,其次為陽(yáng)起石、透閃石、普通角閃石、輝石;富礦脈石礦物主要為綠泥石、碳酸鹽、黑云母、角閃石,其次還有少量石英、磷灰石等。磁鐵礦呈它形—半自形粒狀結(jié)構(gòu),粒度一般0.04～0.15 mm;礦石的基本構(gòu)造特點(diǎn)為鐵礦物(包括角閃石類(lèi))和石英構(gòu)成黑白相間并互相平行的條紋條帶狀構(gòu)造。

礦石化學(xué)成分以硅、鐵為主,全區(qū)TFe平均品位29.88%,其它有益有害成分含量均很低。礦石中含鐵礦物以磁、赤鐵礦為主,硅酸鐵含量很少,一般在1%～3%,平均＜2%;碳酸鐵平均含量＜1%,硫化鐵平均含量＜0.75%。

4 地球物理特征

4.1 巖(礦)石磁性與密度

礦區(qū)內(nèi)所開(kāi)展的巖(礦)石磁參數(shù)與密度值測(cè)定結(jié)果列于表1[4]。區(qū)內(nèi)磁鐵石英巖與圍巖之間有極為明顯的磁性差異,密度差一般為0.6 g/cm3左右。另?yè)?jù)在礦體露頭采集的66塊定向標(biāo)本,本區(qū)礦石常見(jiàn)的剩磁垂直分量?jī)H為感磁垂直分量的0%～10%,方向近于水平,方位基本為正北,與礦體走向一致。

表1 巖(礦)石磁參數(shù)、密度測(cè)定統(tǒng)計(jì)表Table 1 The statistics of ore magnetic parameters and density

4.2 地磁異常

1/1萬(wàn)地磁異常總體呈南北向條帶狀分布(圖2、圖4),北側(cè)伴生明顯負(fù)異常,在N26及N10線附近由于礦體出露地表,分別出現(xiàn)9 000 nT和12 000 nT的峰值。地磁異常以正異常為主,強(qiáng)度高、梯度大,異常高值區(qū)基本與鐵礦礦頭地表投影位置相吻合;負(fù)異常在N6線—大22線間礦體西側(cè)明顯,且在大0線—大22線間表現(xiàn)為負(fù)極值明顯的寬緩變化特點(diǎn)。

4.3 重力異常

1/5萬(wàn)剩余重力異常(3×3 km窗口)大致分為東、中、西三個(gè),以帶狀呈近南北向展布(圖2、圖4)。

東部重力異常與北區(qū)和南區(qū)南礦段鐵礦體引起的地磁異常對(duì)應(yīng)。中部的重力異常主要分布在南區(qū)大賈莊礦段大2—大22線間,規(guī)模較小,與該區(qū)段地磁異常負(fù)值區(qū)對(duì)應(yīng)。西部的重力異常主要分布在南區(qū)大賈莊礦段大22線—大62線間,與該區(qū)段礦體西側(cè)低緩地磁異常對(duì)應(yīng)。

4.4 重磁異常的推斷解釋

通過(guò)化極處理得到該地區(qū)磁性體存在一定的斜磁化現(xiàn)象,但近于順層磁化;通過(guò)向上延拓推測(cè)地下磁性體的地球物理模型為無(wú)限延伸薄板[5]。同時(shí)定向標(biāo)本顯示,本區(qū)礦石常見(jiàn)的剩磁垂直分量?jī)H為感磁垂直分量的0%～10%,礦石剩磁強(qiáng)度的方向與礦體走向一致,說(shuō)明當(dāng)初礦體受地磁場(chǎng)的感應(yīng)而磁化的方向是平行礦體走向的,這個(gè)現(xiàn)象與消磁作用的結(jié)論是一致的。據(jù)以上推理:當(dāng)?shù)V體向下延深很大時(shí),感磁方向?qū)⑴c礦體層面平行,即順層磁化;當(dāng)?shù)V體向下延深不大時(shí),礦體的磁化方向?qū)⑴c層面有一夾角,此時(shí)將出現(xiàn)負(fù)值。即礦體延深側(cè)無(wú)負(fù)異常,礦體延深較大;礦體延深側(cè)有低緩且具明顯極值的負(fù)異常應(yīng)引起注意,為厚大礦體突然尖滅引起,其尖滅邊界大致在負(fù)極值附近。上述推斷,與歷次勘查驗(yàn)證結(jié)果基本是一致的。特別是南區(qū)大賈莊礦段大0線—大22線地磁異常負(fù)值區(qū),經(jīng)勘查新增4.6億噸,占南區(qū)新增總量的56%。

本區(qū)三個(gè)近南北向剩余重力異常中,東、中部重力異常為鐵礦體引起,西部重力異常存在多解性,東部剩余重力異常與地磁異常高值區(qū)及鐵礦體分布對(duì)應(yīng),且較好的反應(yīng)了礦體分布范圍的局部變化。如N14線高坎—響嘡—李興莊斷層附近無(wú)礦區(qū),N6線—大0線附近礦體沿傾斜方向的明顯收縮,但N30線附近較完整的重力異常與地磁異常在該處存在負(fù)異常不對(duì)應(yīng)。中部的規(guī)模較小重力異常對(duì)應(yīng)該區(qū)段地磁異常負(fù)值區(qū),深部礦體普遍具有變厚或品位變富的特點(diǎn)。西部重力異常對(duì)應(yīng)低緩地磁異常,區(qū)域上一般為局部基底隆起引起。但在該重力異常峰值東側(cè)大38線深部施工的ZK686的探礦孔初步表明,大38線深部礦體傾角由41°變緩為25°,礦體厚度由26.98 m增加到49.74 m,且在鉆孔底部見(jiàn)9.54 m品位較高的陽(yáng)起磁鐵巖,深部礦體厚度、品位均高于淺部。在第四系厚度、圍巖巖性均一致的情況下,該剩余重力異常亦有可能為深部鐵礦體引起(圖6)。綜上所述,該區(qū)規(guī)模巨大的鐵礦體呈現(xiàn)為重磁同源特征。

圖6 司家營(yíng)鐵礦南區(qū)大38勘探線剖面圖Fig.6 The profile of da 38 prospecting line in the south district of Sijiaying

5 找礦潛力分析

5.1 找礦預(yù)測(cè)模型

應(yīng)用勘查區(qū)找礦預(yù)測(cè)理論方法體系[6],通過(guò)綜合分析地質(zhì)、物探等資料并篩選、分類(lèi)和排序,建立了司家營(yíng)鐵礦找礦預(yù)測(cè)要素(模型)表(表 2)和找礦預(yù)測(cè)模型(圖7)。

圖7 司家營(yíng)鐵礦找礦預(yù)測(cè)模型圖Fig.7 The prediction model figure of prospecting of the Sijiaying iron deposit

表2 冀東司家營(yíng)鐵礦找礦預(yù)測(cè)要素表Table 2 The prediction factors of prospecting in eastern Hebei

5.2 找礦潛力分析

5.2.1 司家營(yíng)鐵礦北區(qū)

該區(qū)重磁異常主體已被工程控制(圖2),下一步找礦方向?yàn)樘竭吤?預(yù)測(cè)N30—N16線地段深部鐵礦石資源潛力仍在億噸以上[7],依據(jù)如下:

(1)本區(qū)礦體近于順層磁化,且“重磁同源”。N22—N16線斷層以西地磁異常為正異常區(qū),且疊加剩余重力異常,推斷礦帶延深較大;地磁異常在N30線存在明顯負(fù)異常,該負(fù)異常分割了尹峪—杜峪鐵礦和北區(qū)礦體;但重力異常反應(yīng)尹峪—杜峪鐵礦和北區(qū)礦體是一個(gè)整體,推斷N30線仍需探邊摸底。

(2)N30線后排孔見(jiàn)礦厚度為86 m,N22線后排孔見(jiàn)礦厚度約120 m,均無(wú)尖滅趨勢(shì),且磁測(cè)井顯示礦體向深部仍有延伸。N18線、N16線斷層以東Ⅲ礦體已尖滅,Ⅳ礦體存在沿傾斜不連續(xù)、尖滅再現(xiàn)的現(xiàn)象;2020年工作在N18勘探線深部施工ZKN18-10孔,見(jiàn)2層磁鐵石英巖礦,其中上層礦(Ⅳ礦體)真厚16.74 m,下層礦(Ⅲ礦體)真厚6.14 m,下層礦為尖滅再現(xiàn),且依據(jù)磁測(cè)井成果,在其下方約50 m處、孔西65 m處存在明顯旁側(cè)礦頭(圖8)。

圖8 司家營(yíng)鐵礦北區(qū)N18勘探線地質(zhì)物探綜合剖面圖Fig.8 Geology and geophysical integrated profile of N38 prospecting line in the north district of Sijiaying

5.2.2 司家營(yíng)鐵礦南區(qū)

司家營(yíng)鐵礦南區(qū)各礦段礦體的分布、規(guī)模已控制,只有西部與低緩地磁異常對(duì)應(yīng)的剩余重力異常,應(yīng)進(jìn)一步研究為局部基底隆起引起或與大38線深部施工ZK686探礦孔顯示的深部礦體傾角變緩、礦體厚度變后、品位增高有關(guān)(圖6)。若為后者引起,可進(jìn)一步查明司家營(yíng)鐵礦體控礦構(gòu)造、成礦空間,同時(shí)具有重要的找礦意義。

6 結(jié)論

(1)司家營(yíng)鐵礦賦存層位為新太古界灤縣巖群陽(yáng)山巖組,其原巖屬火山巖—沉積巖系—硅鐵建造,含鐵巖系由一套變質(zhì)程度為角閃巖相的黑云斜長(zhǎng)變粒巖夾磁鐵石英巖組成。含鐵巖系頂板以片麻狀混合巖為主,對(duì)礦體無(wú)破壞作用,底板為黑云斜長(zhǎng)變粒巖,受輕微混合巖化作用。區(qū)域上礦床主要受背形和南北向斷裂構(gòu)造控制,經(jīng)受剝蝕后,礦體經(jīng)勘查證實(shí)為呈近南北走向,西傾的單斜構(gòu)造。工程控制已尖滅礦體深部多呈分枝尖滅,臨近尖滅時(shí)夾層增多,礦石品位降低,出現(xiàn)薄層磁鐵石英巖、變粒巖類(lèi)構(gòu)成的“韻律層”。

(2)通過(guò)化極處理得到該地區(qū)磁性體存在一定的斜磁化現(xiàn)象,但近于順層磁化;同時(shí)定向標(biāo)本顯示,本區(qū)礦石常見(jiàn)的剩磁垂直分量?jī)H為感磁垂直分量的0%～10%,礦石剩磁強(qiáng)度的方向與礦體走向一致。據(jù)此推理:礦體延深側(cè)無(wú)負(fù)異常,礦體延深較大;礦體延深側(cè)有低緩且具明顯極值的負(fù)異常應(yīng)引起注意,為厚大礦體突然尖滅引起,其尖滅邊界大致在負(fù)極值附近。司家營(yíng)鐵礦南區(qū)大賈莊礦段大0線—大22線地磁異常負(fù)值區(qū),經(jīng)勘查新增4.6億噸,占南區(qū)新增總量的56%。

(3)該區(qū)主要礦帶均呈現(xiàn)為重磁同源特征,剩余重力異常與地磁異常高值區(qū)及鐵礦體分布對(duì)應(yīng),且直觀反應(yīng)了礦體分布范圍的局部收縮變化。

(4)應(yīng)用勘查區(qū)找礦預(yù)測(cè)理論方法體系,通過(guò)綜合分析地質(zhì)、物探等資料并篩選、分類(lèi)和排序,建立了司家營(yíng)鐵礦找礦預(yù)測(cè)模型。其實(shí)質(zhì)屬“就礦找礦探邊摸底類(lèi)”,其找礦標(biāo)志為已知礦體分布范圍與重磁異常的對(duì)應(yīng)關(guān)系,即找礦預(yù)測(cè)方向?yàn)槭欠翊嬖谝阎V體分布范圍明顯未覆蓋的重磁異常區(qū)域。

(5)司家營(yíng)鐵礦北區(qū)重磁異常主體已被工程控制,進(jìn)一步找礦方向?yàn)樘竭吤?預(yù)測(cè)N30—N16線地段深部鐵礦石資源潛力仍在億噸以上。司家營(yíng)鐵礦南區(qū)各礦段礦體的分布、規(guī)模已控制,只有西部與低緩地磁異常對(duì)應(yīng)的剩余重力異常,應(yīng)進(jìn)一步研究為局部基底隆起引起或與大38線深部施工ZK686探礦孔顯示的深部礦體傾角變緩、礦體厚度變后、品位增高有關(guān)。