甘肃镜铁山矿床构造新认识

2013-08-17郭少丰刘新宇随新新费书民丁宁宁

地质与勘探 2013年1期

郭少丰，刘新宇，随新新，费书民，洪为，丁宁宁

(1.中国地质科学院矿产资源研究所，国土资源部成矿作用与资源评价重点实验室，北京 100037;2.河北省地质调查院，河北石家庄 050081;3.河北省地矿局第五地质大队，河北唐山 063004;4.河北省地矿局第二地质大队，河北唐山 063004)

镜铁山铁矿位于甘肃省肃南裕固族自治县祁青乡境内，天山和阴山大地块内(赵珍梅等，2011)，海拔2500～4500m，是我国西北地区重要的钢铁基地，目前保有铁矿石4亿吨。按规划“十二五”末达到1000万吨产能，预计还可开采20年左右，如没有接替资源，将直接影响酒钢集团的生存和西北地区的经济建设，故寻找接替资源愈加重要。

1 概述

镜铁山铁矿是1955年根据群众报矿而发现的(《中国矿床发现史·甘肃卷》，1996)，1956～1958年由西北地质局634队(后改称甘肃省地质局镜铁山地质队)①进行勘探，提交了桦树沟、黑沟矿区地质勘探报告①及外围矿区普查报告，铁矿远景储量达8亿多吨，奠定了甘肃省铁矿资源的基础。提交桦树沟矿区报告时，陈鑫等人认为镜铁山铁矿为火山热液沉积铁矿，命名为“镜铁山式铁矿床”，这是我国火山热液沉积铁矿床最早的论述。1974～1976年甘肃冶金地质勘探四队(现甘肃有色地质勘查局四队)对桦树沟西段Ⅱ矿体进行补充勘探，提出矿区西部是一向斜构造，使西部铁矿石储量有较大幅度增长。1982～1988年，冶金工业部西北地质勘查局五队对桦树沟铁矿床进行补充勘探，补勘过程中，在V矿体(现在认为是Ⅰ矿体西延)及其底板岩石中发现了已构成中型规模的铜矿床(图1)。铜矿体被认为与铁矿床共生，由此提出“上铁下铜”成矿模式，并引起矿山与地学界的高度重视(杨化洲等，1991;毛景文等，1997，2003;薛春纪等，1997;张连昌等，1997;刘华山等，1998;杨建民等，1999;姚养利，2000;高象新，2001;郭周平等，2010)。

关于镜铁山矿床成因，存在一些不同观点。其中具有代表性的有:

图1 镜铁山矿区地质图(据刘华山等，1998，修改)Fig.1 Geological map of the Jingtieshan mining area(after Liu et al.，1998)

(1)杨化洲等(1991)认为:镜铁山铁矿具有明显的沉积成矿作用特征，矿化主要是通过同生沉积而富集的。变质作用的意义主要是使已沉积的铁质重结晶而形成晶质的镜铁矿，包括成矿后的叠加改造，对矿化的进一步富集均未产生积极影响。根据矿石矿物、化学及元素成分的综合，导致对本区矿源的认识是既有火山喷发所携带的物质又有陆源供给的成分，结合矿石火山物质成分和结构，认为总体上本区矿床都是远火山源的，其成因类型是海相陆源－远火山源变质同生沉积铁矿床(简称变质沉积铁矿床)。

(2)毛景文等(2003)基于以下证据，认为镜铁山铁矿属于Sedex型矿床，即:① 镜铁山铁矿床形成于中晚元古代裂陷槽内(左国朝等，1997，2002;张招崇等，1998，2001)，矿体呈层状产于沉积岩中，其下伏岩层中火山活动的证据不充足;② 层状重晶石:空间上与铁矿紧密共生，在规模上构成大型重晶石矿床;③ 热液成因的层状碧玉;④ 地球化学特征:铁矿石以Fe、Mn、Ba含量高为特征，显示其为海底喷流沉积产物。

(3)刘华山等(1998)认为是海底喷气沉积成因矿床。

镜铁山铁矿不仅储量大，类型特殊(主要由镜铁矿、碧玉构成硅铁建造)，更因在铁矿床中发现了具有中等规模的铜矿床而引起地学界及社会的高度关注。一些学者认为铜矿床是与铁矿床同生的沉积矿产(邬介人等，1994;薛春纪等，1995，1997;张连昌等，1997;刘华山等，1998;杨合群等，1999;);一些学者认为铜矿床与铁矿床非同生，而是后期形成的(黄永平等，1992;周涛发等，1996，1997，1999;姚养利，2000;赵东宏等，2001，2002，2003;毛景文等，2003;李生全，2003;徐卫东，2006;张兰英等，2008)。

2 矿床地质

镜铁山矿位于北祁连褶皱带桦树沟－班赛尔山复背斜核部，桦树沟矿区位于北大河西部，黑沟矿区位于东部，目前两个矿区铁矿石保有地质储量4亿吨，铁矿石主要由镜铁矿、菱铁矿、褐铁矿组成，矿山名称由此而来。

镜铁山铁矿体围岩主要为黑色千枚岩、绿色千枚岩、石英岩和碳酸盐岩。产于中元古代－新元古代镜铁山群地层中(毛景文等，1999)。镜铁山群为以陆源碎屑为主夹有白云质大理岩及铁矿层的浅海相沉积岩系，总厚度逾4000m。按岩性组合特征可分上下两个岩组。下岩组上部为灰－灰黑、灰绿色千枚岩与灰－灰黄色变质粉砂岩为主，夹镜铁矿－菱铁矿层及白云质大理岩，底部为中－厚层状石英岩，是著名的镜铁山式铁矿的赋存层位;上岩组是由灰－灰黑色灰岩、白云质灰岩和泥质灰岩、白云岩夹粉砂岩、板岩及砾岩透镜体所组成的巨厚碳酸盐岩系(毛景文等，2003)。铁矿石的矿物成分以镜铁矿、赤铁矿、菱铁矿为主，磁铁矿、黄铁矿、褐铁矿次之。据矿石中矿物组合及结构、构造特征，可将矿石划分为碧玉镜铁矿矿石、碧玉菱铁矿矿石、碧玉菱铁镜铁矿矿石、碧玉镜铁菱铁矿矿石、碧玉褐铁矿矿石等五种矿石类型(刘华山等，1998)。

2.1 桦树沟矿区

据矿山勘探资料①:矿区地层以铁矿层为标志构成一个较大型的复式向斜褶皱，其南翼又形成两个次级向斜和两个次级背斜。主向斜的向斜轴面走向300°～310°，轴面倾向 210°～220°，倾角 70°。枢纽向西倾伏，倾伏角10°～15°。两翼主要由钙质千枚岩、灰绿色千枚岩及铁矿层组成，灰黑色千枚岩分布于核部。两翼岩层产状变化较大，北东翼南倾，倾角50°～60°，局部直立;南西翼北倾，倾角 70°～80°，局部倒转，褶皱紧闭。

2.2 黑沟矿区

据矿山补充勘探报告②，黑沟矿体成厚层状，产于黑灰色千枚岩与灰绿色千枚之间，经受褶皱作用在矿区内出露两层，即I－II矿带(在矿区称为南翼、北翼)，构成闭合向斜构造，在向斜褶皱两翼尚具有次一级褶皱使得矿层在同一剖面上厚薄变化很大。矿层总的走向为北西－南东，东西延长1410 m，矿体最低点为3464 m。I矿带(向斜北翼)倾向南西，倾角45°～65°。II矿带(向斜南翼)倾角陡，倾角在70°～85°，部分近于直立，上部倒转倾向南西，下部转向北东倾斜。I矿带厚55～117 m，平均83 m，斜深230～320 m;II矿带厚55～155 m，平均105 m，斜深100～225 m。

3 本次工作新认识

笔者在镜铁山矿工作2年中，根据目前开采的现状和新的野外地质露头研究对比，揭示镜铁山矿并不是向斜，主要依据有:

(1)桦树沟矿区开采现状证明原勘探剖面向斜构造不正确。桦树沟矿区2520水平巷是镜铁山矿区目前最低的巷道，位于桦树沟矿区的东部，大体介于16～20勘探线之间。根据现有勘探成果，桦树沟矿区矿体最低点在6勘探线，标高为2210 m左右，而16线～20线位于6勘探线东部，矿体逐渐升高。按照16线勘探剖面，矿体最低点在2520 m左右(图2(a))，而2520水平实际开采巷道中，至少能见到二条铁矿脉和铜矿脉，其中一条铁铜矿脉(图2(b))产状35°∠55°，厚10 m 左右，正常推断，完全可以向下延深50 m以上，因此证明原勘探剖面矿体向斜最低点并非在2520 m。

(2)黑沟铁矿体为断层控矿。黑沟矿区目前是露天开采，分Ⅰ期和Ⅱ期两个采场，两个采场均表现出断层控矿的特点，以Ⅰ期采场更为显著(图3)。图3是Ⅰ期采场矿体北翼照片(位于黑沟矿区7勘探线附近)，矿体在3718水平明显变窄，厚1～3 m左右，呈透镜状，与围岩接触带发育擦痕和断层角砾，产状0°∠75°，向上、向下矿体明显变宽，宽处可达40～50 m，显示出典型的断层控矿特点。向斜构造一般由地层层控矿床形成，如果是断层控矿，则不可能形成向斜。

图2 桦树沟矿区16线勘探剖面图(a)和2520水平硐铁铜矿体(铁矿石为碧玉镜铁矿型，铜矿石为含铜铁碧玉岩型)照片(b)Fig 2 Geological profile along the prospecting line No.16(a)and field photo showing copper orebodies at 2520 adit(b)(the iron orebody is jasper specularite type;the copper orebody is copper-and iron-bearing jasper rock type)

(3)产生向斜的原因可能是误把节理当作千枚理，且作为地层产状。镜铁山矿构造复杂，节理、千枚理发育，而节理往往会同时形成两组共轭节理，并在该区密集分布(图4)。在造山过程中，不同方向的节理，因地形条件不同，受力不同，接触水、空气等外界条件不同，会产生差异风化;再加上该地区地处高原，风化严重，地表很难见到完整的岩石地层，因此会产生一个方向节理较明显，类似千枚理，而另一方向不明显的地质现象。如将类似千枚理的节理当做产状，则会产生向斜的错觉。如图4(a)中2显示为明显的共轭节理，两个方向，而1则看似千枚理，主要为一个方向。图4(b)中，1为目前地质资料作为千枚理的方向，2可能是被忽略的节理另一方向。

图3 黑沟矿区Ⅰ期采场北冀照片(镜头方向110°，(b)为放大照片)Fig.3 Photographes of the northern I stage mine in the Heigou mine area(View is 110°，(b)is an enlarged photograph)

图4 野外共轭节理((a)火车站东黑沟矿区上山路旁;(b)矿部南公路西侧)Fig.4 Field photos of conjuate joints.(a)near by the road up toward the hill east of railway station in the Heigou mining area;(b)west side of the road south of the ore district)

4 结论

综上所述，镜铁山矿以黑沟矿区为代表，具有典型断层控矿特点，桦树沟矿区也发育有至少两期铁成矿作用，后一期具有断层控矿，热液富集特点。如断层控矿，则向斜构造不成立，因向斜、背斜是由地层或层控矿床组成;桦树沟矿区2520水平硐实际开采现状也证实原部分勘探剖面向斜最低点不正确;造成向斜误导的主要原因可能是误把节理当作千枚理，两组共轭节理产状相向，则形成向斜假象。据此，我们推测镜铁山矿床不是向斜构造，而是以黑沟矿区为代表，主要为断层控矿，矿体有向下延伸的可能。

确定镜铁山矿床不是向斜构造，还有待进一步工程验证，如验证不是，将具有非常重要的意义:因镜铁山矿受向斜观点限制，自20世纪90年代至今，深部及外围找矿基本停滞，如验证镜铁山矿不是向斜，可以打开深部及外围找矿空间，深部有找矿重大突破的可能;如若深部探测到矿体，将对镜铁山矿床成因及祁连山地质演化史研究产生重要影响。

致谢野外工作期间得到了甘肃省国土资源厅科技处，甘肃省地调院，酒钢宏兴股份有限公司和镜铁山矿的大力支持，并与镜铁山矿地质队一起野外工作，在此一并表示感谢!

［注释］

① 甘肃省地质局镜铁山地质队.1958.甘肃省肃南峪固族自治县镜铁山铁矿桦树沟矿区地质勘探报告［R］.

② 伊文祥，张树春.2004.酒泉钢铁公司镜铁山铁矿黑沟矿区补充勘探地质报告.辽宁省第三地质大队［R］.

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