河北易县于城铁矿地质特征、成矿规律及成因分析

邢东雪，张 胜，王 齐，王凯垒，辛志伟

河北省铁矿资源丰富，按矿床成因主要分为沉积变质型、矽卡岩型、晚期岩浆岩型。沉积变质型铁矿主要与太古宙和古元古界的含铁硅酸盐建造及区域变质作用和后期混合岩化作用中的去硅作用有关；矽卡岩型铁矿主要受燕山期中酸性岩体和新元古界及早古生界浅海沉积碳酸盐岩间的接触带控制；晚期岩浆岩型铁矿主要受吕梁期的超基性岩体控制，为岩浆晚期熔融作用所形成。

于城铁矿区位于河北省易县与涞源县两县接壤地带，燕山期王安镇杂岩体北接触带，属岩体侵位于中元古界白云岩地层形成的矽卡岩型铁矿床，矿体规模属中型。矿区中心地理坐标：东经114°53′09″、北纬39°16′42″。累计查明控制及推断铁矿石资源量1500万吨，是河北省内铁矿资源重要产出地之一。本文通过该区找矿工作经验和已有成果资料，对该区成矿地质条件进行分析研究，总结成矿规律、并对矿床成因、控矿因素及找矿标志进行探讨。

1 区域地质背景

区域地层自新太古界至新生界均有分布，由老到新为：新太古界元坊岩组、板峪口岩组、金刚库岩组；中-新元古界长城系高于庄组、 蓟县系雾迷山组、铁岭组；古生界寒武系馒头组、张夏组、崮山组，晚寒武-早奥陶系炒米店组、冶里组、亮甲山组；中生界髫髻山组、新生界古近系灵山组，第四系马兰组、松散堆积物。其中蓟县系雾迷山组为本区赋矿地层。

区域构造主要为断裂构造，次为褶皱构造。断裂构造受区域中北部上黄旗—乌龙沟深断裂影响，构造轴线以北北东向为主，以脆性变形为主，具多期次、多方位、长期性活动。褶皱构造以支家庄—大湾褶皱为主，该褶皱由两个向斜、一个背斜组成，轴面走向10°～20°，岩浆侵位于高于庄组和雾迷山组形成拆离滑脱构造形成褶皱构造。

区域位于王安镇岩体北部，岩浆活动频繁，分布广泛，岩浆活动主要为燕山期，为早白垩世侵入岩、中侏罗世侵入岩，以中

酸性岩为主，侵入岩呈岩株和岩墙产出，少量为脉岩。

2 矿体地质

2.1 矿体特征

矿区内铁矿体赋存于褶皱构造带接触部位，围岩主要为燕山期中细粒花岗闪长岩和蓟县系雾迷山组白云岩。区内共圈定矿体1条，分布于2-18线之间，总体走向北西—南东，呈不规则的倒置“喇叭”状隐伏产出。赋存标高1078m-260m，深部受1000m、958m、930m、878m、830m、780m、760m、720m共8个水平中段和ZK803、ZK738、ZK1003、ZK1402、ZK4118共5个钻孔控制，最大倾斜延伸约1100m，铁矿体平均品位TFe38.43%，矿体规模属中型。

2.2 矿石质量

（1）矿石物质组成。矿石物质组成主要由矿石矿物和脉石矿物组成，矿石矿物主要为磁铁矿，并含少量闪锌矿、黄铜矿、黄铁矿和磁黄铁矿等，脉石矿物以透辉石、蛇纹石、金云母为主，石榴子石、透闪石、滑石等次之。

图1 磁铁矿（Mag）呈半自形-它形-自形晶粒状分布在脉石矿物间

（2）矿石化学成分。根据样品分析结果，矿石的主要有用组分为铁。样品组合分析结果显示伴生有用组分为钴，伴生有害组分为硫，造渣组分为钙、镁、硅、铝、钾、钠的氧化物。

铁主要赋存于磁性铁中，少量赋存于硫铁矿、赤铁矿、菱铁矿、硅酸铁中。伴生有用组分只有钴元素达到伴生组分评价指标要求，品位0.021～0.023%，平均品位0.022%。伴生有害组分为硫，主要赋存于黄铁矿中，含量为1.66～2.53%，平均含量2.02%。造渣组分主要为CaO、MgO 、SiO2、Al2O3、K2O、Na2O，根据化学全分析结果，CaO含量为7.95～8.28%，平均含量8.11%。MgO含量26.62～27.89%，平均含量27.26%。SiO2含量24.65～25.81%，平均含量25.23%。Al2O3含量0.81～0.92%，平均含量0.86%。K2O含量0.205～0.319%，平均含量0.262%。Na2O含 量0.113～0.242%，平 均 含 量0.177%。CaO+MgO/ SiO2+Al2O3比值为1.36，属碱性矿石。

（3）矿石结构、构造。矿石结构以自形-半自形粒状结构为主。矿石构造以致密块状、浸染状构造为主，次为条带状、角砾状和斑杂状构造。

（4）矿石类型。矿床为接触交代型矽卡岩铁矿，地表无矿体出露，属隐伏矿，因此矿石自然类型属原生磁铁矿石。

（5）矿体围岩与夹石。矿体位于矽卡岩带内。在空间上花岗闪长岩与成矿关系密切，花岗闪长岩局部蚀变为緑帘石化，花岗闪长岩与雾迷山组二段地层接触带为矿体赋存地段，花岗闪长岩为矿区内矿体底板，顶板主要为雾迷山组二段白云岩。矿体内不存在夹石。

3 成矿地质条件分析

3.1 成矿地质条件

矿区出露地层主要为中元古界蓟县系雾迷山组、新太古界元坊岩组。

矿体主要赋存于中元古界蓟县系雾迷山组地层中，该地层为一套浅海相碳酸盐建造，其南部及西部被燕山期侵入岩包围，地层产状变化较大，整体倾向SE，倾角45°～85°；局部倾向SW，倾角30°～50°。该地层自下而上分为2个岩性段。一段为灰白-白色厚层状燧石条带白云岩，含有较多的燧石条带与燧石结核和团块，局部夹有粉红色厚层状白云岩、含砂砾白云岩。二段为灰白色厚层-巨厚层状、燧石条带状白云岩，中部夹有两层深灰色沥青质白云岩，岩石多具蛇纹石化、大理岩化。

3.2 构造控制作用

矿区大地构造位置位于中朝准地台山西断隆五台台拱蔚县凹褶束与燕山台褶带军都山岩浆岩带大河南抬斜断块的接合部位，涞源杂岩体中腰东缘，乌龙沟—上黄旗深断裂带南缘。

矿区雾迷山组白云岩呈不规则状顶垂体赋存在燕山早期岩浆岩上部，除东南部与新太古界阜平群片麻岩呈断层接触外，其余三面均被燕山早期岩浆岩所包围，形成典型的顶垂体，其内部及与岩浆岩接触部位发育明显的褶皱构造及接触带构造，它们的赋存部位和空间展布特点与区域构造线方向具一致性。

褶皱构造：整个顶垂体为一倒转复背斜，枢纽向南西倾没，轴面走向为北东向，向北变为北北东向，沿轴部有花岗闪长岩侵入。背斜两翼地层整体产状均为走向NNE，倾向SE，由于受F1逆断层影响，岩层倾角一般为45°～85°。在倒转背斜内部，特别是正常翼产生了一系列复式背向斜，但规模较小，其方向与主体褶皱方向一致，彼此平行排列。

断裂构造：区内断裂构造表现为一系列北北东向大致平行的高角度正、逆断层，主要为成矿前的断裂，在主干断裂的次一级断裂中控制了矿体形成和脉岩的侵入；次为成矿后断裂，不太发育，沿早期断裂再次活动，它破坏了矿体的完整性。在褶皱形成的同时，伴有层间裂隙的产生，区内较为多见。

侵入接触带构造：白云岩顶垂体与花岗闪长岩或石英二长闪长岩直接接触，形成区内广泛而复杂的构造接触带。其限定了白云岩顶垂体的范围，以及其与花岗闪长岩的接触界线在不同部位的形态、产状，同时也控制了矽卡岩带、矿体的空间分布规律。因此，接触带构造即是岩浆晚期和期后热液运移的通道，又是热液活动与成矿物质沉淀的有利空间。

根据接触带不同部位和形成方式，矿区内分成南接触带与底部接触带。

（1）南接触带：是矿区内主要成矿接触带，形态复杂，近地表处花岗闪长岩超覆于白云岩之上，使接触界面向196°方向倾斜，倾角30°～70°，地层产状近于垂直接触面，表现为侵入接触，向下逐渐转向北东倾斜。在岩体由南向北，由陡变缓的转折部位，形成岩凹，是成矿有利部位，厚大铁矿体多赋存于此。此带继续延伸过渡为底接触带。

（2）底接触带：是岩浆岩侵入体与白云岩顶垂体底面接触（兜底）部分，分布面积广，产状形态变化大。总体呈北西高，南东低的不规则波状分布，以20°～40°的角度向南东倾斜，南东部边缘变陡，甚至反向。由于岩浆岩侵入体在局部呈岩枝、岩舌或岩凸状侵入围岩中，使其形态更趋复杂。岩体的隆起凹入，造成底接触带形状起伏高低不平，由数个岩凸、岩凹组成的构造特点，其对矿体形成据供了有利条件。

3.3 岩浆岩为成矿提供重要物质来源

矿区内岩浆岩广泛分布于西、南部呈“半岛状”包围白云岩顶垂体，属涞源杂岩体的一部分。主要为燕山早期侵入岩，岩石类型主要为中细粒花岗闪长岩，中细粒状半自形花岗结构，块状构造，岩石主要矿物成分为斜长石、钾长石、石英、黑云母、角闪石等。其岩石化学特征属钙碱性系列，钠质、铁质含量高，从空间分布来看，矿体均与花岗闪长岩紧密相关，不但为成矿提供了物质来源，而且岩浆岩的交代作用，对铁矿的形成创造了有利条件。

如表1所示，区内花岗闪长岩SiO2，平均 69.53%， K2O 平均 4.71%， Na2O 4.09%，其化学成分以富碱K2O+ Na2O=8.8%， K2O＞ Na2O 为特征。其碱度指数 AR=2.85～4.12，平均 3.27，在赖特的碱硅关系图上投影于碱性岩区，相当于皮科克的钙碱性岩；里特曼指数δ=2.46～3.65＜4（亦属钙碱性岩），戈蒂尼指数τ= 21.10～41.7，在 lgδ- lgτ图上投影于造山带火山岩区，与区域岩浆岩特征一致。

表1 花岗闪长岩主量元素含量表

与中国岩浆岩类平均化学成分中花岗闪长岩相比，区内花岗闪长岩 SiO2稍偏低， CaO、Na2O、 K2O 基本相近， Fe2O3、 FeO、 MgO大大高于花岗岩类平均化学成分,显示出矽卡岩型Fe、Cu矿的有利成矿条件。

如表2所示，花岗闪长岩与维氏酸性岩类中花岗岩比较，Cu、Pb、Zn元素与之相一致； Cr、Ni 含量高达4倍； V高于维氏花岗岩2.5-4.5 倍； Co元素高于花岗岩而与中性闪长岩相近。显示了花岗闪长岩与区内铁及多金属矿床的密切关系。

表2 花岗闪长岩微量元素含量表

岩浆岩整体处于碰撞造山-碰撞后抬升的构造环境，并具有起源较深定位较浅的特点，是在拉伸的构造环境下被动定位的产物。矿区成矿母岩成因类型为 I 型，岩相学特征表现为角闪石含量相对较高，且其稀土元素含量及分馏富集特征也显示I型花岗岩特征。对比区域附近西侧相同成因类型的支家庄铁矿，其成矿母岩黑云母花岗岩因相对富集黑云母而在岩相学方面更具S型花岗岩特征，且相对于于成铁矿成矿母岩更具“过铝”特征，原岩成分中壳源物质贡献更大。以上特征表明矿区处于区域“接触交代矿床”密集产的有利部位，同时矿区成矿母岩的岩石化学、元素含量以及侵位方式等特殊性为于成铁矿的形成奠定了主要基础成矿条件。

空间上花岗闪长岩与成矿作用关系密切，并构成接触带岩浆岩主体，花岗闪长岩为该铁矿的成矿母岩。

4 矿床赋存地质规律

通过对于城铁矿区成矿地质背景和成矿地质条件分析研究，矿床赋存地质规律总结如下：

（1）赋矿地层：矿区内矿体主要赋存于中元古界雾迷山组二段地层中，矿体围岩主要为白云岩，属微含镁质白云岩，在与花岗闪长岩接触的有利环境下，易被交代，形成镁矽卡岩带，使含矿溶液酸度增高成为铁的沉淀剂，有利于磁铁矿的堆积。

（2）构造控矿：有利的构造条件是矿区成矿的重要因素之一，其中以褶皱及接触带构造最为明显，前者控制着矿体空间位置，后者控制着矿体形态、产状及规模。矿体生成于矿区倒转背斜倾末端，倒转背斜向南倾没于岩体中，呈不整合接触，在复杂的接触带中形成数个规模不等、形态不一的半岛状岩凹，构成最有利的成矿部位。

（3）成矿作用与岩浆活动相互依存：岩浆热液是成矿物质的主要来源，区内岩浆活动带来了大量的成矿流体，为成矿提供热能和物质来源。

5 矿床成因、控矿因素及找矿标志

5.1 矿床成因

本区内断裂构造属上黄旗—乌龙沟深大断裂次级构造，沿深大断裂及次级构造燕山期岩浆侵入活跃，岩浆后期热液交代围岩形成铁矿床。

因此分析矿区内岩石、矿物组合、蚀变类型特征，本矿床属典型的早期接触交代（矽卡岩）型磁铁矿床，矿体主要产于接触带附近，矿区内蚀变作用有两类：一为岩浆上升侵位过程中，以自身热能对围岩雾迷山组白云岩顶垂体发生的热接触变质作用；另一类是岩浆侵位后，岩浆晚期高温气化-热液和岩浆期后残余热液先后沿接触带发生气化-热液经交代作用而产生内、外蚀变带并伴随成矿作用。矿床内的白云质大理岩或大理岩化白云岩是热液接触变质作用的产物。热液蚀变岩石及铁、铜、锌等金属元素的硫化物及氧化物组合则是岩浆晚期高温气化-热液与岩浆期后残余热液多期次多阶段活动，并发生热液交代蚀变作用的结果。

蚀变带可划分为内矽卡岩带、外矽卡岩带和热变质形成的大理岩化带。内矽卡岩带由花岗闪长岩经接触交代作用形成的蚀变带，主要发育石榴子石化、绿帘石化、符山石化等。外矽卡岩带蚀变以透辉石化、蛇纹石化、硅镁石化为主，并迭加有石榴子石化、绿帘石化、金云母化、透闪石～阳起石化等后期蚀变矿物。矿体主要产于岩体与白云岩接触带上或镁矽卡岩带内或镁矽卡岩带与大理岩化白云岩之间。

5.2 控矿因素

（1）构造因素：上黄旗—乌龙沟深大断裂及次级构造、褶皱构造为岩浆岩及岩浆后期含矿热液提供通道和赋矿空间，本区的断裂构造及褶皱构造均为次级构造。有利的构造条件是本区成矿的重要因素之一，其中以褶皱及接触带构造最为明显，前者控制着矿体空间位置，后者控制着矿体形态、产状及规模。矿体生成于矿区倒转背斜倾末端，倒转背斜向南倾没于岩体中，呈不整合接触，在复杂的接触带中形成数个规模不等、形态不一的半岛状岩凹，构成最有利的成矿部位。

（2）岩浆岩侵入因素：沿断裂带及次级构造侵入的花岗闪长岩为本区铁矿床的形成提供了热液和丰富的物质来源。

（3）围岩因素：成矿围岩为雾迷山组白云岩，CaO/MgO平均比值为1.42，属微含镁质白云岩，在与花岗闪长岩接触的有利环境下，易被交代，形成镁矽卡岩带，使含矿溶液酸度增高成为铁的沉淀剂，有利于磁铁矿的堆积。

5.3 找矿标志

（1）民采遗迹。

（2）复杂的接触带构造，内蚀变形成钠化带，外蚀变形成透辉石、蛇纹石镁矽卡岩带，为找矿重要标志之一。

（3）隐伏矿体引起地面磁异常也是重要找矿标志，矿体就是通过地磁异常发现的隐伏矿体。

6 结论

（1）于城铁矿区含矿地层主要为蓟县系雾迷山组，受乌龙沟—上黄旗深断裂带影响，矿区内接触带构造、褶皱构造为主要控矿构造，共圈定矿体1条，区内共圈定矿体1条，总体走向北西—南东，呈不规则的倒置“喇叭”状隐伏产出。赋存标高1078m-260m，矿体形态复杂，厚度变化较大，矿石化学成分稳定，矿体越往深部有增大增厚的趋势。

（2）燕山期花岗闪长岩为铁矿体成矿母岩，提供了重要的成矿物质来源及成矿热液活动；区内的接触带构造、褶皱构造、断裂构造为铁矿的形成提供了良好的赋矿空间。

（3）矿区内矿体主要赋存于雾迷山组二段地层中，赋矿地层单一、构造控矿明显，成矿物质来源单一。矿床属典型的早期矽卡岩型磁铁矿床，主要控矿因素为构造、岩浆岩及地层围岩，矿床成因为早期矽卡岩型磁铁矿床。