司家营铁矿区两期褶皱及控矿作用分析

邢文晋　马　芳　褚　亮

摘要: 通过司家营铁矿区地质构造的理论分析和实践验证,得出整个矿区的褶皱构造轮廓和构造形式。根据此理论,在2008年补勘中,铁矿石增加上亿吨储量,为经济的发展提供了更多的动力,并且对以后矿山生产开发具有重要意义。

Abstract: Through the theory analysis and practice prove of the Si Jiaying iron mines, this article can get the whole iron mines wrinkle structure and its styles. According to the theory, in the course of 2008s second explore, the content of iron mines increased to trillion, provide much power for our economic development and has essential meaning for mines development in the long run.

关键词:褶皱;控矿作用;司家营矿区

Key words: fold;effects of controlling ore;Sijiaying mining area

中图分类号:F416·1 文献标识码:A 文章编号:1006-4311(2009)10-0105-03

0引言

为了满足冀东钢铁基地对铁矿资源的需要,从上世纪70年代开始,冶金515队、地质八队、地质十五队等先后进行了大规模的普查勘探工作。截止1983年底,已投入钻探工作量,累计探明铁矿储量40多亿吨,为冀东钢铁工业的发展,提供了足够的矿产资源。

在普查勘探期间,地质科研单位和大专院校也纷纷加入,在司家营矿田区开展了科研工作。但由于岩石露头的局限,他们虽然也认为矿田有褶皱构造的存在,但对整个矿区的褶皱构造轮廓、构造形式还没有完整精辟的论述。我队拟编写矿区基岩构造地质图,对矿田褶皱、断裂构造进行了研究,探讨该矿控矿地质规律,对于铁矿储量的准确计算以及今后矿山生产开发、勘探具有重要的现实意义。

1地质背景

研究司家营地区的褶皱构造,首先需要分析冀东地区的地质构造单元,结合司家营矿区的地质特征,并通过某一明显地层特征确立该地区的地层分布,再结合矿体的表现形态,验证褶皱理论及控矿作用。

1.1 构造

司家营根据岩相和构造格局的不同,初步将冀东太古界变质岩系划分五个构造单元,即:遵化—迁西—迁安褶皱区、都山复背斜区、山海关隆起区、滦县—卢龙—抚宁褶皱区、青龙河凹陷区。

司家营铁矿区位于滦县—卢龙—抚宁褶皱区的西部,属于滦县—卢龙—抚宁褶皱区。司家营铁矿田构造可划分阳山复背斜和司家营向斜。它本身构成了Ⅲ级褶皱司贾复向斜,东与新滦河复背斜相接,西与大马庄复背斜相连。青龙河大断裂在矿田北侧通过,奔城—昌黎大断裂在矿田南缘,呈北东东向延伸,滦县—乐亭、高坎—李兴庄、高各庄—杜营,坨子头—大马庄、芝麻山—古马等一系列北西向断裂纵贯整个矿田。

1.2 地层

滦县司家营铁矿区,包括杜峪、尹峪、常峪、司家营(划分南北二个矿区),南北长达13公里,东西宽5公里,面积65平方公里。

矿区内除杜峪北山、蘑菇山和肖山、铁石山、池子山、狗头山有零星露头外,大部分被第四系覆盖。第四系深度北浅南深,北0~50m,南部40~200m。

矿区出露地层由北至南可划分三个组:

①架子山组:岩性以斜长角闪岩为主;

②阳山组:以含角闪黑云斜长变粒岩夹硅质石灰岩;

③司家营组:可划分两段,一段岩性以黑云变粒岩、硅质石英岩为司家营铁矿的含矿层位,二段岩性为石英岩、大理岩。

2标志层、地层层序的建立

2.1 标志层的确立

不言而喻,构造不清层序不明,层序不清构造也无法确认,地层层序和构造是密切相关的。然而,要恢复地质构造,“正确建立地层层序,必须确立一个或二个标志层”[1]。对司家营地区铁矿进行勘探,矿区期岩呈白色,有时带浅绿色,为细-中粒-中粗粒镶嵌变晶结构或残余砂状结构,残斜层状构造;基于云母石英岩上述特点,我们把云母石英岩作为铁矿的底板岩石,确定为司家营铁矿田的标志层。

2.2 矿区地层

根据标志层将司家营矿区划分如下地层层序:

司家营组一段(Ar2S1):下部以黑云斜长变粒岩为主,中夹斜长角闪岩和角闪变粒岩薄层,偶夹石榴黑云斜长变粒岩,上部为黑云斜长变粒岩,夹石英岩。

二段下部与一段以石英岩分界,分布在向斜核部,下部以薄层铁闪石石英岩类、黑云斜长变粒岩、钾长变粒岩互层,层厚10~25m。中部以中厚层、厚层、铁闪—阳起磁铁石英岩为主,厚20~40m。

通过对矿田含铁岩系特征的分析,和标志层的建立,认为“层间滑动褶皱实际具有的复杂形态及全方位特征”[2]。

3褶皱构造特征

3.1 南北向紧密同斜褶皱

通过矿田含铁岩系特征的认识和标志层的建立,其“层间滑动褶皱实际具有的复杂形态及全方位特征”[3],我们认为:司家营铁矿田东矿带与西矿带同属一层矿,结合矿体表现形态是褶皱的结果。一是在水平切面图上矿体分枝复合,二是勘探线剖面图上矿体分叉,说明褶皱转折普遍存在。在钻孔内岩心中轴夹角系统变化,地表和钻孔内岩性对称重复出现,如N12线ZK208孔,薄层磁铁石英分黑云斜长变粒岩互层重复出现二次,厚度30m左右,厚层磁铁石英完全出现2次,厚47m左右,构造了二向一背的复式向斜构造。在铁石山、和尚山、池子山、磨菇山等铁矿露头上侧转挤压现象既普遍又明显,甚至白云岩层合并或消失。而东矿带Ⅰ、Ⅱ号矿带和大贾庄矿带Ⅰ、Ⅱ号矿体,虽然相距很近,但矿体延深却相差悬殊,用沉积环境完整改变是难以解释的;这应是“层间滑动褶皱有名层间牵引、层间拖拽褶皱”。基于上述分析,我们认为,矿田紧密同斜褶皱的存在,难以置疑。

东矿带:Ⅰ、Ⅱ矿体构成了司家营复向斜。Ⅰ号在矿体由蘑菇山至S50线构成了二向一背的复向斜,S50—S70为单一的向斜构造,S66线表现为平卧;Ⅱ号矿体在N14以北合并;它们之间构造成一背斜构造。

西矿带:此区Ⅲ、Ⅳ号矿体,杜峪、尹峪、常峪矿体,南区大贾庄矿带Ⅰ、Ⅱ号矿体构成了在贾庄复向斜。只是由于后期东西向褶皱的影响,致使大贾庄复向斜不连续,矿体分布零星。除北区Ⅲ号矿体,常峪、尹峪矿区构造二向一背的复向斜外,其余均构成某一向斜;南区大贾庄矿层为Ⅰ号矿体在大22—大70线表现为单斜构造。

东西两矿带在N18以北合并,为司贾向斜的转折端,以南逐渐散开,它们之间为一背斜,即李兴庄—小刘庄背斜;紧密同斜褶皱,具有北强南弱的特点,褶皱轴走向近南北,而南区段的变化,轴倾向西,倾角35°~50°;枢纽波状起伏,但是总的趋势是向南倾伏,倾伏角10°~20°。

3.2 近东西向舒缓褶皱

在太古界变质岩系的薄层长城系地层中,有东西向开阔褶皱的存在,在水平切面图上矿体展布形态,背斜形成向西,向斜形成向东凸起的弧形,南北向紧密同斜褶皱轴走向有区层性变化。如:南区南矿层Ⅰ号矿体走向呈北北西—南北—北北东—北北西变化,大贾庄矿层矿体走向呈北西—北北西—南北—北北东—北东向变化。在纵剖面图上,矿体呈波状起伏,背斜表现为外倾,向斜表现为内倾,北区Ⅲ、Ⅳ号矿体在N22~N32线向深部倾角明显变缓,由40°~45°变为10°~20°。上述都反映出东西向舒缓褶皱的存在,由北至南依次为:贾营向斜,铁石山背斜,响堂向斜,大孟庄背斜。

①响堂向斜:分布在矿区的北部,在N10~N34线间,由杜峪、尹峪、北区Ⅲ、Ⅳ号、常峪矿体构成,一个向东凸起的半园形。杜峪、尹峪矿体走向北西西,倾向南南西,倾角30°~45°;北区Ⅲ、Ⅳ号矿体走向北北东,倾向北西,倾角40°~45°,深部倾角变缓为10°~22°;常峪矿体走向北西西,倾向北北东,倾角10°~30°。响堂向斜轴向南80°,为不对称向斜,北翼陡倾角30°~45°,南翼缓倾角10°~30°。

②铁石山背斜:分布在N6~S16线间,由西矿带常峪矿体、小坡矿体、大贾庄矿Ⅰ、Ⅱ号矿层F11断裂以北部分构成了一个自西凸起的不连续的弧形;东矿带Ⅰ、Ⅱ号矿体向西凸起,弧形幅度小。北翼常峪矿体走向北西西,倾向北北东,倾角10°~30°;南翼小坡、大贾庄矿层Ⅰ、Ⅱ号矿体走向北西,倾向南西,倾角30°~50°。

③贾营向斜:分布在S16~S54线间,由东矿带Ⅰ、Ⅱ号矿体,西矿带大贾庄矿层Ⅰ、Ⅱ号矿体构成,呈现向东凸起的弧形,为不对称向斜,轴向北80°东,北翼陡倾角15°~35°,南翼缓倾角10°~20°。

④大孟庄背斜:分布在S50~S58线间,展布范围较小。东矿带Ⅰ、Ⅱ号矿体在S54线构成一个向西凸起的弧形,为不对称背斜,轴向北80°东,北翼延倾角32°,南翼缓,倾角15°。

北区Ⅰ、Ⅱ号矿体延深浅,而Ⅲ、Ⅳ矿体延深却很大,大贾庄矿Ⅰ号矿体和F11号断裂以南大双线以北,隐伏在变粒岩中,显示出东西向舒缓褶皱东端仰起,西端深倾。

4褶皱构造的控矿意义

“矿体的倾角、厚度及矿体顶板围岩稳固程度是采矿设计的依据,而褶皱构造严格控制着本矿区矿体形态,使矿体倾角、厚度及顶板围岩发生变化,矿山采矿工作按理也应跟着变化,否则可能带来损失。”[4]本区较大的磁异常,虽然都进行了地质勘探工作,但根据地区控矿规律,结合磁异常特征分析,我们认为再次寻找中型甚至亿吨以上的大型铁矿床是有希望的。

在以上所述司家营铁矿区中,近南北紧密同斜向斜,与等近东西向舒缓向斜的复合部位,是深部找矿的有利地层。如在南区N32至N4线间,磁异常值向西扩张,探矿工程一般已控制在-500m以上,控制矿体斜深1 000余m,但矿体仍未封闭,厚度几乎不减,其中N22线控矿工程控制-900m标高,控制斜深1 600m,见矿厚仍在150m,探矿工程正控制的矿体部位,距地面西部磁异常线还有一定距离,这充分说明,深部有一定规模的矿体存在。

西矿体大贾庄矿区Ⅰ号矿体,在F11断裂与大14线间矿体隐伏至变质岩中,控矿工程控制到-600m标高,矿体斜深已控制在900m,矿体仍未封闭,厚度反而加大,地面正常异常值向西扩张,也充分说明深部正面铁矿体存在。

1981年,司家营铁矿区详查勘探出23.5亿吨矿石储量,其中包括南区14.5亿吨,北区9.0亿吨。2008年补勘中又新勘探出2.57亿吨矿石储量。

参考文献:

[1]朱志澄:《构造地质学》[M];中国地质大学出版社,1999:53。

[2]龚剑飞、新余良:《铁矿区褶皱构造规律于生产实践初探》[J];《江西冶金》2008(1):20。

[3]易顺华、张先进、朱章显、余君鹏、李华亮:《层间滑动褶皱新见》[J];《地球科学:中国地质大学学报》2007(5):723。

[4]徐光洪、牛志军、陈辉明:《金沙江溪洛渡地区叠加褶皱及工程地质意义》[J];《中国地质调查局宜昌地质矿产研究所》2003(4):353。