河北承德亮甲台超贫钒钛磁铁矿床地质特征及成因

关利进 董红伟

(天津华北地质勘查总院)

近年来，我国铁矿石产量远远无法满足国内钢铁工业生产要求，每年需要大量进口富铁矿石，使得铁矿石进口量不断攀升，铁矿石对外依存度逐年增大。在该背景下，对以往未作为铁矿资源的含铁岩石(超贫磁铁矿)进一步开发利用，对于提高我国铁矿资源利用率，降低企业生产成本大有裨益。超贫磁铁矿一般指w(TFe)<20%的磁铁矿石，该类矿产资源在当前经济技术条件下，可通过不断改进选矿工艺获得品位较高的铁精矿[1]。河北超贫(钒钛)磁铁矿主要分布于承德地区，该地区的基性—超基性岩体中多赋存有超贫铁矿，其中w(TFe)为12%～20%，资源量达到45.37亿t[2-3]，亮甲台铁矿床即赋存于该类岩体中，其含矿性属于超贫钒钛磁铁矿范畴。为进一步开发利用亮甲台超贫钒钛磁铁矿，本研究结合相关地质工作成果，着重分析该矿床的地质特征，并对其成因进行厘定。

1 区域成矿地质背景

图1 承德亮甲台一带区域地质特征

区域地层分布因构造单元不同而异，总体特征是在古老的结晶基底上先后叠加了稳定盖层和活化盖层。前者大面积分布于隆起区，以迁西群中深变质岩为主要特征；后者分布于凹陷区。其中，中上元古界和古生界构成稳定盖层，中生界构成活化盖层。区域内变质铁矿床及各类钒钛磁铁矿床主要产于隆起区，矿床与基底地层及侵入其内部的基性—超基性岩有关。

区域构造活动强烈，构造形迹十分发育，总体特征为EW向古构造和NE向新构造相互叠加、改造形成“棋盘”式构造格架。EW向深大断裂控制了区域早期地史发展和成岩成矿活动。NE(NNE)向深大断裂控制了中生代以来的地质发展和燕山期岩浆活动。

区域岩浆活动以太古代、晚元生代—晚古生代海西期和中生代燕山期为主，太古代侵入岩以都山花岗岩体为代表，其外围发育有海西期基性及超基性岩体，而燕山期以围绕都山花岗岩体的斑状花岗岩为代表的酸性侵入岩较为发育，沿EW向呈串珠状分布，其侵入时代主要为中侏罗世，与复式背斜有同生关系。其中，海西期基性—超基性岩体与区域铁矿成矿关系密切。

2 矿区地质特征

2.1 地 层

亮甲台铁矿矿区出露地层简单，主要有太古界迁西群上亚群拉马沟组、中上元古界长城系常州沟组以及新生界第四系。拉马沟组沿长河呈NE向带状分布，有部分片麻岩呈残留体或顶垂体残存于角闪石岩体之上，片麻理产状主要为300°～350°∠50°～80°，长河东岸局部地段片麻理产状为90°～130°∠60°～80°。根据岩石颜色可大致分为浅色片麻岩和深色片麻岩，单层厚度较小，不易划分，前者主要岩性为花岗片麻岩及少量角闪斜长片麻岩(含长石多)；后者主要为斜长角闪岩、角闪斜长片麻岩、黑云斜长片麻岩及黑云角闪斜长片麻岩等。常州沟组分布于东川—篆字台—亮甲台西北侧，不整合于拉马沟组之上，呈单斜产出，岩性主要由肉红色、灰白色石英岩状砂岩、砂砾岩组成，局部夹粉砂岩。第四系主要为冲洪积和残坡积层。

2.2 构 造

矿区构造以断裂构造为主，NE向断裂尤为发育，主要表现为中上元古界和基底地层间的拆离断层F1，自西英沟—亮甲台向外连绵十余千米，产状为290°～320°∠60°～80°，断层性质为正断层，对区内矿体无破坏作用；另1组断裂沿东川—车道子河谷分布，受其影响，矿区北测河床抬高形成明显阶地。矿区次级断层主要有走向NE、NW、近SN向3组，一般规模小，多被后期正长岩脉及花岗岩脉充填。其中，F2断层位于2#～5#线(A-A′剖面)，走向330°，倾向不明，断层性质为右行平移断层，对区内Ⅰ#矿体有一定的破坏作用；F3断层位于大坑沟—半壁山山梁，走向70°，性质不明，错断辉石角闪石岩体(图2)。

图2 亮甲台矿区地质特征

2.3 岩浆岩

矿区岩浆岩发育，呈岩基枝、岩脉状侵位于太古界迁西群上亚群拉马沟组中的深变质岩地层，岩石类型有辉石角闪石岩、闪长岩、花岗岩、正长岩，以超基性岩最为发育，呈岩枝状产出，酸性岩主要呈岩脉状产出，形成时间分别为海西期和燕山期。

辉石角闪石岩体呈枝状沿长河呈NE向展布，分布于柏树沟—半壁山—刘麻子沟—东川一带，断续延长约5 000 m，宽100～600 m，出露面积约1.4 km2。岩体与围岩接触界线明显，矿区南西部岩体总体走向约60°，倾向SE，北西边界倾角为56°～79°，局部近直立，南东边界第四系覆盖严重，倾向不明。矿区北东部岩体呈“Ⅴ”字型展布，接触面向内倾，总体走向约50°，48#～8#线(B-B′剖面)的南东边界倾角为53°～60°，北西边界倾角近直立；0#～23#线(B-B′剖面)的南东边界倾角为57°～71°，北西边界倾角为35°～48°。采区内还见有岩体上覆有变质岩，岩体内捕掳体发育，反映岩体处于浅剥蚀状态。该岩体形成于海西期，与邻区孤山子岩体一致，自南西向北东侵入，产状较陡，倾向SE。该岩体岩性为辉石角闪石岩，根据矿物粒度不同，可分为粗粒辉石角闪石岩(粒径大于5 mm)和中粒辉石角闪石岩(粒径为1～2 mm)。在矿区采集了16件岩石标本，经过较详细的肉眼鉴定，挑选出具有代表性的3件标本送实验室进行分析，并将所得结果投影于超铁镁质岩(深成岩)分类命名图上(图3)，可见其岩性主要为辉石角闪石岩。矿区超贫钒钛磁铁矿体即产于辉石角闪石岩体中，赋存状态严格受岩体控制。

图3 超镁铁质岩分类和命名

闪长岩体呈枝状分布于矿区中部、辉石角闪石岩体北西侧，2#～53#线(A-A′剖面)，出露长约600 m，宽10～120 m，面积约0.04 km2，沿辉石角闪石岩体北西边界侵入太古界迁西群上亚群拉马沟组地层，两者接触面较陡，倾向SW，岩石类型为暗色闪长岩、石英闪长岩、辉石石英闪长岩等。

矿区岩脉不甚发育，主要为闪长岩脉和规模较小的正长岩脉及花岗岩脉。闪长岩脉一般在辉石角闪石岩体的边部发育，局部在辉石角闪石岩体内见有粒度极细的细脉状闪长岩脉；正长岩脉及花岗岩脉一般沿矿区的小构造内发育。

3 矿床地质特征

3.1 矿体特征

矿区共圈出了Ⅰ#、Ⅱ#、Ⅲ#、Ⅳ#矿带4个，大小矿体7个，其中Ⅰ#、Ⅱ#矿带规模最大，为主矿带，分别圈出了2、3个矿体，Ⅲ#、Ⅳ#矿带规模小，各圈出了1个矿体(图2)。矿体赋存于辉石角闪石岩体内，其形态、规模、产状严格受海西期基性辉长岩体控制，局部受后期断裂构造改动会有所变化。矿体赋存标高为384.61～647.66 m，地表直接出露，矿体水平厚度为28.3～470.01 m。全区矿石平均品位：w(TFe)为15.00%、w(mFe)为6.69%。

Ⅰ-1#矿体为矿区规模最大的矿体，位于18#～69#线(A-A′剖面)，呈条带状展布，总体产状为112°～140°∠62°～79°，局部产状为140°∠34°～44°(A-A′剖面 29#、53#、61#线)，已控制的矿体长2 200 m，水平厚度为33.59～331.86 m，平均为166.25 m。矿体厚大地段赋存于10#～13#线(A-A′剖面)，仅在21#～29#线(A-A′剖面)分布有隐伏矿体，其余地段地表均有出露，出露标高为521.39～629.45 m，ZK0902钻孔控制的矿体最低标高为379.94 m，矿石mFe品位最高为23.83%，平均为6.69%。该矿体的形态、产状严格受岩体控制，F2断层对其有一定的错动，但对矿体连续性的影响较小。

Ⅱ-1#矿体位于24#～23#线(B-B′剖面)，呈条带状展布，总体走向50°，矿体南东边界倾向NW，西边界倾向SE，呈“Ⅴ”字形，24#～8#线南东边界倾角为79°～87°，北西边界倾角为62°～71°。0#～23#线(B-B′剖面)区域南东边界倾角为51°～69°，北西边界倾角为34°～46°，局部产状为140°∠68°(B-B′剖面0#线)。已控制的矿体长1 200 m，水平厚度为191.4～470. 01 m，平均为301.74 m，出露标高为569.82～647.66 m，ZKⅣ-01钻孔控制的矿体最低标高为384.61 m，矿石mFe品位最高为30.78%，平均为4.96%。该矿体的形态、产状严格受岩体控制，连续性好。

矿区已圈定的其余矿体的特征参数如表1所示。

表1 矿体特征参数

3.2 矿石特征

3.2.1 矿石矿物组分

亮甲台铁矿床的矿石矿物主要为磁铁矿，次为黄铁矿、黄铜矿、钛铁矿，脉石矿物主要为角闪石、辉石、斜长石、石英等。矿石中磁铁矿的含量与脉石矿物角闪石、长石、石英等含量成负相关关系，即磁铁矿含量较多时角闪石则相应减少，长石和石英也减少或不含上述矿物；辉石含量与磁铁矿含量成正相关关系。

(1)磁铁矿。含量为4%～20%，最高可达35%；多呈自形—半自形晶，少数为他形晶；粒径大小不一，一般为0.12～0.56 mm，最小为0.045 mm，最大为1.50 mm；半自形—自形晶者粒度较大，他形晶者粒细，颗粒中裂纹不发育，偶见磁铁矿矿物颗粒中有钛铁矿固溶体分离物；分布无方向性，一般呈浸染状嵌布于角闪石等脉石矿物中或其间隙内。

(2)黄铁矿。含量小于3%，呈他形晶，局部见其沿磁铁矿微裂隙穿插或沿磁铁矿边部分布，粒度较细。

(3)黄铜矿。含量小于1%，呈他形细粒状，零星分布于岩石中。

(4)钛铁矿。含量为1%～5%，呈片状、板状，一般与磁铁矿构成连晶，很少呈单晶矿物出现。

(5)钒铁矿。以类质同象形态存在于磁铁矿中。

(6)角闪石。呈长柱状，含量为52%～79%，具钠黝帘石化、绿帘石化、绿泥石化等。

(7)斜长石。含量为2%～4%，个别达到24%，具钠黝帘石化、绢云母化。

(8)石英。含量为2%～4%。

(9)磷灰石。含量为1%～4%，呈自形粒状嵌于角闪石中，偶含单斜辉石。

3.2.2 矿石化学组分

矿石中主要的化学组分为SiO2、Fe2O3、CaO、MgO及Al2O3。有用组分为铁，共(伴)生有益组分主要为TiO2、V2O5，有害组分主要为P2O5、SO3，其他组分含量较低。矿石中共(伴)生有益组分为TiO2、V2O5、有害组分P、S的含量与磁性铁的含量存在一定相关关系，随着矿石中磁性铁含量的增加，有益组分TiO2、V2O5的含量有所增加，有害组分S的含量略有增加，而有害组分P的含量则随着磁性铁含量的增加而减少。矿区w(mFe)≥6%的矿石中TiO2、V2O5、P、S的平均含量分别为2.04%、0.131%、0.37%、0.214%；w(mFe)为4%～6%的矿石中TiO2、V2O5、P、S的平均含量分别为1.95%、0.116%、0.558%、0.194%。参考《铁锰铬矿地质勘查规范》(DZ/T 0200—2002)对伴生组分(TiO2、V2O5、P、S)含量的相关要求(TiO2、V2O5、P、S含量分别为5%、0.15%～0.20%、1%～2%、2%～4%)，可知矿区矿石中TiO2、V2O5、P、S含量偏低，P、S作为有害组分含量未超标，TiO2、V2O5作为有益组分，尽管含量较低，但考虑到贫铁矿的特点，可通过选别后进行利用。

经过对矿区矿石进行取样分析可知，矿石w(SiO2)为33.94%～39.20%(<45%)，全碱含量为1.22%～2.45%，里特曼指数为-0.29～-0.84(<1.8)，故认为矿石属超基性钙性铁矿石。由矿石物相分析结果可知：铁主要呈磁性铁、硅酸铁、碳酸铁、氧化铁及硫化铁的形式赋存于矿石中，其中，w(mFe)为2.83%～13.31%，平均为7.15%，占TFe含量的比例为48.44%；硅酸铁含量为3.34%～5.60%，平均为4.50%，占TFe含量的比例为30.49%；氧化铁含量为1.28%～3.63%，平均为2.36%，占TFe含量的比例为15.99%；碳酸铁、硫化铁含量较低，在TFe含量中所占比例较小。

3.2.3 矿石结构、构造

矿区矿石结构主要为自形—半自形晶粒状结构，次为他形晶粒状结构、假象结构、环边结构。矿石中的磁铁矿、黄铁矿、钛铁矿等矿物以完好或部分完好的晶形产出，形成自形—半自形晶结构。矿石中的少量磁铁矿、黄铁矿、黄铜矿、钛铁矿等以不规则状产出，不具有任何完好晶面，形成他形晶结构。黄铁矿局部被纤铁矿、针铁矿沿周边交代形成环边结构。黄铁矿被针铁矿和纤铁矿沿边部交代，有的全部替代呈黄铁矿假象。

矿石构造主要为星散浸染状—稀疏浸染状—稠密浸染状构造。矿石中的磁铁矿以粗细不等的粒状及集合体嵌布于角闪石等脉石矿物中或其间隙内，且无定向排列，从而形成浸染状构造[4]。

3.2.4 矿石类型

根据矿石内主要的脉石矿物种类，可将矿石划分为辉石角闪石岩型、暗色闪长岩型、石英闪长岩型、辉石石英闪长岩型4类。根据矿石氧化程度，可将矿石划分为氧化矿、混合矿、原生矿3类。其中，氧化矿一般分布于地表或地表以下5 m范围内，受地下潜水面及岩石节理裂隙发育程度等因素影响，一般阳坡厚度相对较小，阴坡厚度相对较大，风化矿褪色明显，颜色常为灰绿色、黄褐色，结构疏松，松散系数大，呈松散砂状、土状及块状；原生矿主要分布于地表20 m以下，颜色灰绿色、灰黑色，结构致密，硬度大，松散系数小，呈致密块状；混合矿分布范围及性质介于氧化矿和原生矿之间。矿区矿石工业类型属需选铁矿石，根据磁性铁(mFe)对全铁(TFe)的占有率(w(mFe)/w(TFe)≤85%)，可知区内矿石为弱磁性铁矿石。

3.3 围岩特征

矿区磁铁矿体产于辉石角闪石岩体内，赋存状态严格受岩体控制。岩体既为成矿母岩(即矿源层)，又为近矿围岩(夹石)。围岩(夹石)与矿体由于岩浆结晶分异的不同，造成岩石中磁性铁含量有所变化，在磁铁矿相对富集的部位形成矿体。矿体内的脉岩多数厚度小于4 m而无法剔除，厚度大于 8 m 的夹石多属辉长岩和角闪石岩，因分异作用造成局部w(mFe)<4%时，可作为夹石剔除。此外，岩体中的捕虏体、顶垂体及岩体周边的岩性主要为角闪斜长片麻岩，也可作为围岩和夹石存在。

4 矿床成因及找矿标志

4.1 矿床成因

承德地区的钒钛磁铁矿床成矿与深断裂控制的基性—超基性岩体密切相关，主要有2种类型。一种类型是钒钛磁铁矿化的角闪石岩，属于岩浆晚期分异型铁矿床，如铁马哈叭沁超贫铁矿床，特征是岩体分异良好，但矿床规模较小，矿化较贫，呈带状分布于红石砬—大庙断裂带两侧，形成的构造环境为弧—陆碰撞后的伸展阶段，成矿时代为泥盆纪，含矿岩浆起源于富集的岩石圈地幔[5-7]；另一种类型为产于大庙斜长岩杂岩体中的岩浆晚期贯入型铁矿床，如黑山铁矿床，矿床规模较大，品位较富，岩体位于红石砬—大庙断裂带北侧，形成于板内裂谷环境，成矿时代为中元古代[8-13]，含矿岩浆起源于富集的岩石圈地幔[6,14]或古老的下地壳[15]。

矿区大地构造位置处于华北板块北缘燕山台褶带内，位于NE向密云—喜峰口大断裂宽城县孤山子次一级断裂成矿构造带上，发育有海西期基性—超基性岩体，柏树沟—半壁山—刘麻子沟—东川一带辉石角闪石岩体即为该期岩体，与邻区孤山子岩体一致，该岩体自南西向北东侵入，产状较陡，倾向SE，由于岩浆结晶分异的不同，造成磁铁矿含量发生变化，磁性铁含量较高的部位易形成矿体。区内磁铁矿体即产于该类辉石角闪石岩体内，赋存状态严格受岩体控制，岩体即为成矿母岩(即矿源层)。矿体多呈脉状，基本上辉石角闪石岩体即为含钒钛磁铁矿体。矿石为半自形—不等粒粒状结构，星散浸染状—稀疏浸染状—稠密浸染状构造。矿石中矿石矿物主要为磁铁矿，次为黄铁矿、黄铜矿、钛铁矿；脉石矿物主要为角闪石、辉石、斜长石、石英等。矿石中w(mFe)为4.21%～36.92%，w(V2O5)为0.01%～0.17%。综上分析，本研究认为矿区磁铁矿床成因类型为海西期超基性岩浆晚期结晶分异型铁矿床。

4.2 找矿标志

矿区内海西期形成的以辉石角闪石岩为主的超基性岩体，有一定规模和异常强度的磁异常以及风化产物及岩石中的含磁铁矿物可作为找矿有利标志。

5 结 语

分析了河北承德亮甲台超贫钒钛磁铁矿地质特征及成因，认为该矿床的成因类型为海西期超基性岩浆晚期结晶分异型铁矿床，分析结果可为该矿区后续找矿勘探工作提供有益借鉴。

[1] 李中念，张振芳，严国栋.河北省超贫磁铁矿资源与开发利用分析[J].河北冶金，2006(3)：1-4.

[2] 谢承祥，张晓华，王少波，等.承德市超贫(钒钛)磁铁矿特征[J].矿床地质，2006(S)：487-490.

[3] 李厚民，王瑞江，肖克炎，等.中国超贫磁铁矿资源的特征、利用现状及勘查开发建议[J].地质通报，2009，28(1)：85-90.

[4] 王金良，刘立伟，杨秀花.悬浮式干选机在承德天宝矿业集团的应用[J].河北联合大学学报(自然科学版)：2015(5)：17-20.

[5] 倪志耀.冀北退变榴辉岩、易剥钙榴岩和变质橄榄岩及其地质意义[R].北京：中国科学院地质与地球物理研究所，2002.

[6] ZHANG S H,ZHAO Y,LIU X C,et al.Late Paleozoic to early Mesozoic mafic-ultra mafic complexes from the northern North China Block:constraints on the composition andevolution of the lithospheric mantle[J].Lithos,2009,113(1-4):229-246.

[7] 李立兴，李厚民，王德忠，等.河北承德铁马哈叭沁超贫铁矿床的成因与成矿时代[J].岩矿测试，2012，31(5)：898-905.

[8] 翟裕生.某斜长岩的岩石特征及成因[J].地质论评，1965，23(3)：186-194.

[9] 解广轰，王俊文.大庙斜长岩杂岩体侵位年龄的初步研究[J].地球化学，1988(1)：13-17.

[10] 胡世玲，王松山，桑海清.大庙斜长岩同位素地质年龄、稀土地球化学及其地质意义[J].地质科学，1990(4)：332-343.

[11] 赵太平，陈福坤，翟明国，等.河北大庙斜长岩杂岩体锆石U-Pb年龄及其地质意义[J].岩石学报，2004，20(3)：685-690.

[12] 任康绪，阎国翰，蔡剑辉，等.华北克拉通北部古—中元古代富碱侵入岩的Nd、Sr、Pb 同位素地球化学:岩石圈地幔富集的证据[J].岩石学报，2006，22(2)：377-386.

[13] 赵太平，陈 伟，卢 兵.斜长岩体中Fe-Ti-P矿床的特征与成因[J].地学前缘，2010，17(2)：106-117.

[14] 解广轰.大庙斜长岩和密云环斑花岗岩的岩石学和地球化学:兼论全球岩体型斜长岩和环斑花岗岩类的时空分布及其意义[M].北京：科学出版社，2005.

[15] ZHAO T P,CHEN W,ZHOU M F.Geochemical and Nd-Hf isotopic constraints on the origin of the～1.74 Ga Damiao anorthosite complex,North China Craton[J].Lithos,2009,113(3):673-690.