甘肃省肃南县镜铁山矿黑沟矿区找矿前景浅析

2021-12-24王作刚罗天风岳海龙

中国金属通报 2021年19期

王作刚，罗天风，岳海龙

（甘肃省地质矿产勘查开发局第四地质矿产勘查院，甘肃酒泉 735000）

黑沟矿区地位于北祁连加里东造山带西段，行政区划隶属肃南县县管辖。区内工作程度较高，1956年—1958年甘肃省地质局镜铁山地质队对黑沟矿区进行了勘探工作，求得B+C1+C2级铁矿石储量15528.01万t ，后甘肃省地质矿产勘查开发局第四地质矿产勘查院分别于2009年、2019年进行了资源储量核实工作，截至目前区内保铁矿石有资源量不足1亿吨。为满足酒钢集团生产需求，2020年矿区生产规模扩大为450万吨/年，矿石可服务年限仅为20年左右，因此矿山深部、边部及外围找矿是增加资源储量，延长矿山服务年限的重要途径。笔者是在充分挖掘、研究前人成果资料的基础上，结合实地工作经验，对矿区具有较好找矿前景地段进行分析、研究，希望能对矿山增加资源储量，延长矿山服务年限有所帮助[1]。

1 区域地质背景

勘查区大地构造位置位于秦祁昆造山系、北祁连弧盆系、走廊南山岛弧（三级构造单元），属柳沟峡—九个青羊元古宙、加里东期Cu、Fe、Au、Pb、Zn、W、Mo（Cr）成矿带。区域上地层出露较齐全，岩浆活动频繁，构造活动强烈，其中北西—南东向的区域性断裂控制了区内地层、岩浆岩的展布。区域地层属秦祁昆地层区、祁连—北秦岭地层分区、北祁连地层小区。出露地层较为齐全，总体呈北西—南东向展布。主要地层有太古宇—古元古界北大河岩群（ArPtB）、中元古界长城系朱龙关群熬油沟组（Cha）、桦树沟组（）及南白水河组（Chn）、蓟县系托莱南山群花儿地组（Jxh）、新元古界青白口系龚岔群五个山组（Qbw）、奥陶系阴沟群(OY)、泥盆系沙流水组(Ds)、石炭系臭牛沟组()和羊虎沟组(Cy)、白垩系新民堡群下沟组（Kx）和第四系砂砾石层（Qhal）。

2 矿区地质特征

2.1 地层

黑沟矿区位于北祁连山加里东褶皱带西段，矿区范围内出露地层为第四系松散堆积及中元古界长城系朱龙关群桦树沟组。桦树沟组大致以黑沟山梁为轴，构成一个向斜褶皱。根据岩石成分特征，其应为浅海相粉砂质粘土相应的变质产物，岩石变质程度很浅，为绢云母绿泥石相，由于重结晶作用很弱，还仍保留着原来岩石的成分和结构。岩性组合主要为钙质千枚岩、灰绿色千枚岩、铁矿层、灰黑的千枚岩及石英岩等。

2.2 构造

矿区大地构造位置处于祁连山褶皱系，北祁连加里东褶皱带西段的桦树沟—斑赛尔山复背斜中，北与阿拉善地块和阿拉善南缘加里东褶皱带相接，南与中祁连隆起带毗邻。矿区构造发育，褶皱、断层及各种小型面状、线状构造在矿区均有分布[2,3]。

2.2.1 褶皱

黑沟矿区位于桦树沟—斑赛尔山复背斜核部，矿区地层构成一向斜褶皱构造，呈北西—南东向展布，属桦树沟—斑赛尔山复背斜的次级褶皱，其褶皱轴大致和黑沟梁吻合，褶皱长轴走向为330°，东西长约1.6km，南北宽约300m。向斜微呈倒转，北翼50°~60°南倾，南翼约以80°~85°向南倒转，褶皱的轴面为直立或微南倾；向斜轴由两端向中部倾没，圈闭成一槽式构造。另外，矿区内小型褶皱相当发育，特别是在相对塑性的岩石中多见。该类褶皱往往使地层重复出现，并引起地层宽度加大。这种小褶皱常表现为不协调褶皱，具有层间滑动的特点，在其核部是脉岩充填的有利部位。经测量统计，小褶皱轴面倾向一般为330°~350°，即其轴面走向与矿区主褶皱构造基本一致。

2.2.2 断层

矿区内断层较发育，共有大小断层十余条，可分为正断层和斜切断层两类，对矿体具一定的切割破坏。其中规模较大的为7~9线间和11线附近的两条斜切断层及1线西侧的两条正断层。

斜切断层：上述两条斜切断层属逆断层，特征相近，走向均为NEE，长约700m左右。前者倾向SE，倾角83°, 后者倾向NW，倾角88°。一般使矿层产生水平位移10m~75m，垂直断距不大。在断层面附近常有剧烈的牵引现象，破碎带一般不甚发育。这类断层的平移方向一般是东盘相对向北错动，错距向东增大；另外，此类断层一般延长不远，尖灭迅速。一般具有较大断距的断层，可以在数十米距离内迅速尖灭，或变为挠折，或分散尖灭而消失。

正断层：1线西侧的正断层为一主断层及一分支断层的组合，构成一楔状之断块。断块系一小铁矿体（2号矿体），在断块北东（上面）出露黑灰色千枚岩〔Ph(b)〕，断块的东西两边，与灰绿色千枚岩均为断层接触，推测小铁矿体原先应为主矿体的一部分。断层所在均为冲沟，产状不清楚，支断层的西边沟中为一斜向逆断层，分支断层往西部复合该断层之上。断层面倾角约78°，倾向北西。断层通过矿体向北东很快尖灭。该正断层西侧发育的另一条正断层长约1000m，走向北30°东，倾角76°，水平位移不大而垂直断距达120m。断层所在为一冲沟，破碎带宽度不清楚，根据沟宽和沟两边岩层的破碎情况来看，窄的不超过1m（在千枚岩内）。根据桦树沟矿区和黑沟矿区已有的开采资料证明，矿区内断层对矿石储量及矿床的开采影响较小。

2.2.3 面状及线状构造

矿区普遍发育层理、片理、褶劈理、膝折等小型面状构造，它们形成时间由早到晚由塑性到塑—脆性变形，表明是由相对较深到浅部层次的变形作用。

2.3 岩浆岩

矿区内的侵入岩有两种，一种为细粒石英闪长斑岩（π），另一种为中粒至粗粒的辉绿岩（λ），这些岩体具明显蚀变现象，和围岩接触界线清楚，平行或稍斜切岩层走向，有的斜切矿体，但对矿体破坏不大。

3 矿床地质特征

矿体特征：矿区内共圈定铁矿体21条，其中混合型铁矿体7条、铁质千枚岩型铁矿体6条、铁白云石型铁矿体8。Fe3g矿体为矿区主矿体，其余矿体为次要矿体，其中Fe1、 Fe2号矿体为笔者认为是矿区未来找矿突破的主要方向。

Fe3g矿体：呈厚层状，局部呈褶叠状，顶板围岩为黑灰色千枚岩，底板围岩为灰绿色千枚岩，矿体总体走向为北西向，东西延长1410m。矿体整体构造形态为一个闭合的向斜构造。按构造位置将矿体划分为两个矿带，即Ⅰ矿带（向斜北翼）、Ⅱ矿带（向斜南翼），其中Ⅰ矿带（向斜北翼）矿体倾向南西，倾角45°～65°，矿体厚7.61m～107.66m，平均厚67.58m，斜深230m～320m，Ⅱ矿带矿体（向斜南翼）倾角陡，一般为70°～ 80°部分近于直立，上部倒转倾向南西，下部转向北东倾斜；矿体厚28.34m～147.07m，平均厚70.12m，斜深100m～225m。该矿带构成向斜的褶皱轴由两端向中部倾没，构成浅槽形，其由西端至3线平均倾没角为16°，矿体自东端开始以35°向北西倾斜，往西逐渐变缓，至3线成12°。

Fe1号矿体：受断层构造控制，矿体产出形态复杂。1号矿体赋存于灰绿色千枚岩中，矿层表面呈黑褐色，矿体出露长度为92.0m，厚度为32.80m，矿层北东端倾角较陡，产状，南西端倾角平缓，产状，整个矿体构成一平卧向斜褶皱，该铁矿体原先应是主矿体的西端部分，在断层西盘下落，受地形切割后所残留的部分。

Fe2号矿体北东与顶板围岩黑灰色千枚岩呈整合接触，东西两边与底板围岩灰绿色千枚岩均为断层接触，矿体总体走向为北北西向，受断层构造作用矿体呈不规则状产出，出露长度为88.0m，平均厚度为35.0m，产状为。该铁矿体原先应为主矿体的一部分，由于断层错动而分离。

4 找矿方向

4.1 成矿预测依据

2015年中国地质科学院矿产资源研究所在“镜铁山桦树沟矿局部地质研究项目”中划定了黑沟矿区铁矿预测靶区，与1线以西地表矿体露头相吻合，认为该段铁矿形成后经历了加里东早期的变形、变质作用，控制铁矿的褶皱由两期褶皱作用叠加形成，早期褶皱枢纽被再褶皱而有规律的波状起伏，从而形成错位或隐伏的铁矿体，在建立矿床模型后认为该区域具有较好的找矿前景。中国地质科学院矿产资源研究所2015年《镜铁山矿桦树沟矿局部地质研究项目成果报告》，对黑沟矿区圈定的铁矿成矿预测靶区其依据为：

依据一：斜跨褶皱规律应用。上文述及，矿体经历两期褶皱作用，属于斜跨褶皱，后期褶皱作用将早期褶皱枢纽折成有规律的波状起伏。据此推测，斜跨褶皱二次向斜位置未被地形剥蚀部分具有找铁矿潜力。

图1 铁矿斜跨褶皱二次向斜未被地形剥蚀部分示意图

依据二：矿床模型与断裂构造应用。根据矿床模型研究成果，铁矿的出现与第八层、第六层千枚岩标志层位关系密切，可以推断铁矿预测靶区。另外，黑沟矿区经历了复杂的断裂作用，可能将矿体错位，甚至形成盲矿体。在黑沟矿区铁矿向斜北西封闭端附近，发现铁矿体底部的第六层黄绿色千枚岩标志层露头。

依据三：发现铁矿露头。在发现的黑沟第六层黄绿色千枚岩标志层露头附近，出露两处铁矿露头，坐标分别为：（1）N39°18′56.5″，E97°57′33.5″和（2）N39°18′56.5″，E97°57′34.0″。第一处铁矿露头产状40°∠37°，露头厚度15米，底部与第六层黄绿色千枚岩接触，上被砖石覆盖，真实厚度不详。第二处铁矿体露头底部产状45°∠35°，向上矿层发生褶皱，变形较强，露头长度达80米。上述两个露头即为原勘探报告中的1、2号矿体。

根据以上依据，圈定的黑沟铁矿找矿靶区位于已知铁矿体向斜北西封闭端的西部附近。

2019年酒钢集团镜铁山矿项目团队多次对该区域进行了野外调查，矿体露头与前期工作反应相一致，分布于1线— -2线Fe3g矿体1线转折端以西，断续出露575m，宽度10m至91m， -2+50线至0线地表被渣土覆盖，矿体北段-1+50线至-2线走向60°，倾向南东，倾角近80°，转折端处倾向120°，倾角18°；南段-2线至1线走向155°~110°，倾角35°~43°。矿体品位25.45%~57.65%，顶、底板围岩均为灰绿色千枚岩。找矿前景较好。

4.2 预测矿体形态

结合2015年中国地质科学院矿产资源研究所在“镜铁山桦树沟矿局部地质研究项目”中划定的黑沟矿区铁矿预测靶区及2019年酒钢集团镜铁山矿项目团队多次对该区域进行了野外调查成果，笔者认为原勘探报告中圈定的1、2号矿体应为同一矿体，分布于1线— -2线Fe3g矿体1线转折端以西，推测其形态与Fe3g矿体西端褶皱一致，呈“V”字型展布。