冀东沉积变质型铁矿成矿规律及找矿方向

崔 伟，董国明，郑思光，刘春来，刘 佳，公凡影

(1.河北省地矿局第二地质大队，河北唐山 063000；2.中国地质调查局发展研究中心，北京 100037)

0 引言

冀东地区是我国重要的铁矿资源基地之一(李厚民等，2012；赵立群等，2020)，该区域指山海关以西、蓟县以东、宽城-兴隆以南，燕山山脉东南侧的唐山市、秦皇岛市一带，是我国前寒武纪地层主要出露区之一。目前冀东地区钢铁产量约占全国的十分之一，但近年来铁矿石自给保障程度仅为10%～20%①，且有逐年下降的趋势。冀东铁矿资源丰富，截止2020年底，区内铁矿产地约219处，保有铁矿资源储量81.22亿吨，开采(包括在建)矿山设计生产能力约1.3亿吨/年，但开发利用程度高，后备资源储备不足的问题愈发突出。因此，开展冀东铁矿成矿规律研究和资源潜力分析，指导找矿实践，对缓解冀东地区铁矿资源危机，提高铁矿石自给保障程度具有重要的现实意义。

1 区域地质背景

冀东地区大地构造位置位于华北陆块北缘中段、冀中-冀东微陆块北东部。该区地壳经历了古、中太古代陆核孕育、新太古代初始克拉通化、古元古代克拉通结晶基底形成、中-新元古代大陆裂陷(或裂谷)以及古生代的稳定地台盖层沉积和中生代燕山陆内造山作用等演化过程(沈保丰等，2006)。区内具备工业意义的铁矿床均属沉积变质型，赋存在太古宇变质地层(岩系)中。20世纪70～80年代中期孙大中等(1984)、钱祥麟等(1985)、河北省地质矿产局(1989)等大致按照构造-变质作用-年龄统一体作为划分原则，一般将冀东变质岩四分建群，朱杖子群归入下元古界；20世纪80年代后期至90年代初期变质岩研究的主要进展之一是从变质体中识别出变质深成侵入体；20世纪90年代以来运用新技术、新方法开展了1:5万区调、1:25万区调修测及多项科研工作，变质岩系不同程度地被解体为表壳岩和变质深成侵入体，同时获得了大量高精度同位素测年数据。河北省区域地质矿产调查研究所(2017)系统总结以往成果，将冀东变质地层六分(图1)，同河北省地质矿产局(1989)四分比较，主要变化为原变质岩系不同程度地被解体为表壳岩和变质深成侵入体，原迁西群分解为曹庄岩组和迁西岩群，朱杖子岩群归入新太古代晚期等，其划分沿革详见表1，时代、变质建造特征见表2，冀东变质地层(岩系)由老至新简述如下：

图1 冀东地区区域地质简图(据河北省区域地质矿产调查研究所，2017)

表1 冀东地区太古宇-古元古界变质地层划分沿革表

表2 冀东地区变质地层变质建造特征

2 成矿规律

2.1 成矿时间分布规律

太古宙-古元古代时期，地壳很薄，来自地幔的基性-超基性岩浆大面积喷发于广袤的海洋中。地球形成的早期(太古宙-古元古代)大气圈和水圈均处于缺氧环境中，海底基性火山岩中大量的铁质以二价铁的形式溶解在海水中，形成富含铁质的海水。在25亿年左右，地球发生第一次大氧化事件(Global Oxygen Event,GOE)，海水中溶解的二价铁被氧化成三价铁，由于溶解度的降低而在海底发生沉淀并形成条带状铁建造(BIF)(Bekker et al.,2010；Konhauser et al.,2017)。后经区域变质改造，形成中国的鞍山式沉积变质型铁矿床(李厚民等，2012；张招崇等，2021)。冀东沉积变质型铁矿形成于中太古代和新太古代，其主要成矿期为新太古代早期和中期。

2.2 成矿空间分带规律

冀东地区沉积变质型铁矿分布广泛，综合地层、构造、含矿岩系、原岩建造、矿体分布、矿石类型及航磁异常等特征，可将全区划分为遵化迁西、青龙宽城、迁安、滦县滦南及朱杖子5个主要成矿区带(图1)。其中迁安、滦县滦南2个成矿区带大中型矿产地集中分布，保有资源储量占冀东地区的86%(表3)。

表3 冀东地区铁矿成矿区带

遵化迁西成矿区带，属隆起区(马兰峪复背斜核部)，呈线性构造形态，片麻理走向具弧形弯曲，南侧倾向正西，向北渐转变为倾向北西。遵化岩群广泛分布，东南角分布有迁西岩群，发育火山岩系-硅铁建造。铁矿产地分布广泛，矿床规模以中、小型为主，个别为大型。矿石类型有磁铁石英岩型、角闪磁铁石英岩型、辉石磁铁石英岩型。矿石构造以条纹条带状、片麻状为主，矿石结构为中粗粒和粗粒。TFe含量一般25%～37%，平均含量为30.37%。典型矿床遵化石人沟铁矿，矿石SiO2含量一般48%～54%，TFe2O3含量一般37%～45%，Al2O3含量一般0.91%～3.15%(杨秀清等，2014)。航磁异常表现为由许多规模不大的扁豆状、小椭圆状异常组成窄长条带，成带分布，相互平行，密集排列，每个异常带均呈向西突出的弧形。

青龙宽城成矿区带，位于都山岩体的两侧，遵化岩群广泛分布，发育火山岩系-硅铁建造。片麻理走向北东，倾向北西。铁矿产地分布比较零星，矿床规模以中、小型为主。矿石特征与遵化迁西成矿区带一致，TFe含量一般30%～35%，平均含量为31.02%。典型矿床宽城豆子沟铁矿，矿石SiO2含量一般48%～58%，TFe2O3含量一般36%～43%，Al2O3含量一般0.58%～4.59%(杨秀清等，2014)。航磁异常范围较小，形态不同，连续性差，沿着一些范围较大的低缓异常外围成带分布。

迁安成矿区带，属隆起和凹陷的交接地区(迁安隆起西缘和南缘)。迁安隆起南缘褶皱带走向以东西向及北西向为主，西缘褶皱带走向以北东向及北西向为主，呈向西突出的弧形带，由一系列次级复式向形组成，具有由北向南倾伏的特点。迁西岩群广泛分布，发育含沉积岩的火山岩系-硅铁建造，西南角分布有曹庄岩组。铁矿产地密集，矿床规模以大、中型为主。矿石类型有磁铁石英岩型、角闪磁铁石英岩型、辉石磁铁石英岩型。矿石构造以条纹状和条带状为主，少量片麻状和块状，矿石结构为中粗粒。TFe含量一般25%～36%，平均含量为29.16%。典型矿床迁安水厂铁矿，矿石SiO2含量一般49%～58%，TFe2O3含量一般36%～46%，Al2O3含量一般0.14%～3.25%(杨秀清等，2014)。北部航磁异常表现为一系列北东走向的条带状，强度大，梯度陡，正负相伴；向南航磁异常走向逐渐过渡到北北西向、近东西，航磁异常形态逐渐过渡到长轴状、近等轴状，伴生负异常急剧减少，梯度变缓。

滦县滦南成矿区带，属隆起和凹陷的交接地区(山海关隆起西缘)，山海关隆起西缘褶皱带以近南北向为主，为延伸较长、线性较好的褶皱区，由一系列次级复式背形、向形组成，具有由北向南倾伏的特点。地表大多被第四系覆盖，下伏基岩为滦县岩群，发育火山岩系-沉积岩系-硅铁建造。铁矿产地集中分布于南部，矿床规模以大、中型为主。矿石类型有磁铁石英岩型和角闪磁铁石英岩型，矿石构造以条纹状为主，其次为条带状，矿石结构为中细粒。TFe含量一般25%～40%，平均含量为31.84%。典型矿床滦县司家营铁矿，矿石SiO2含量一般48%～56%，TFe2O3含量一般39%～50%，Al2O3含量一般0.41%～2.48%(杨秀清等，2014)。航磁异常形态规则，轮廓清晰，走向南北，强度大，梯度陡。

朱杖子成矿区带，地层以朱杖子岩群为主，东南部分布有双山子岩群，发育含火山岩的沉积岩系-硅铁建造。片麻理走向北北东，倾向北北西。铁矿产地分布零星，矿床规模大、中、小型均有。矿石类型有磁铁石英岩型和闪石磁铁石英岩型，矿石构造以条纹状、条带状为主，矿石结构为中细粒或细粒。TFe含量一般25%～35%，平均含量为28.90%。典型矿床青龙榨栏杖子铁矿，矿石SiO2含量一般33%～55%，TFe2O3含量一般35%～59%，Al2O3含量一般0.84%～1.11%(杨秀清等，2014)。航磁异常呈狭长条状，也有椭圆状，走向近南北或北东，梯度较陡，强度不高。

2.3 含铁建造、变质变形空间分带规律

沉积变质型铁矿，其成因经历了沉积和变质改造两个阶段(李厚民等，2012)。沉积期形成含铁建造，是控矿的根本条件；变质变形期为沉积变质型铁矿的重要形成期，变质过程近于等化学反应(陈靖等，2014)，变质程度升高有利于矿物粒度变粗，提高矿石可选性，褶皱构造控制矿体形态。

冀东沉积变质型铁矿的原始含铁建造根据火山岩和沉积岩的比例不同划分为4个类型，分别为火山岩系-硅铁建造、含沉积岩的火山岩系-硅铁建造、火山岩系-沉积岩系-硅铁建造和含火山岩的沉积岩系-硅铁建造(表2)。冀东地区遵化迁西、青龙宽城成矿区带，主要含矿地层遵化岩群发育第一类含铁建造，铁矿床分布广、规模小，铁矿矿产地数量、保有资源储量分别占冀东地区的60%、11%；迁安成矿区带含矿地层迁西岩群主要发育第二类含铁建造，铁矿层厚度较大、层位较稳定、规模大，铁矿矿产地数量、保有资源储量分别占冀东地区的23%、26%；滦县滦南成矿区带，含矿地层滦县岩群主要发育第三类含铁建造，铁矿层厚度大、层位稳定、规模巨大，铁矿矿产地数量、保有资源储量分别占冀东地区的12%、60%；朱杖子成矿区带，含矿地层朱杖子岩群、双山子岩群，发育第四类含铁建造，铁矿矿产地数量、保有资源储量分别占冀东地区的3%、2%。每一类建造中都发育了富铁沉积层位，且具有多层的特点，但发育的强度和规模具有显著差异，基本规律是随着火山岩的减少、沉积岩的增多，矿层沉积的规模越来越大，特别是由火山岩向沉积岩的转换过渡时期，最有利于铁矿沉积(钱祥麟等，1985)。

冀东地区遵化迁西、青龙宽城、迁安成矿区带，主要含矿地层遵化岩群、迁西岩群变质程度达到高角闪岩相-麻粒岩相，矿石粒度为中粗粒、粗粒，矿石可选性好；滦县滦南成矿区带，含矿地层滦县岩群变质程度为角闪岩相-高角闪岩相，矿石粒度为中细粒，可选性相对较差，但仍属于易选矿石；朱杖子成矿区带，含矿地层朱杖子岩群、双山子岩群变质程度为绿片岩相-角闪岩相，矿石粒度一般为中细粒或细粒，且普遍含硅酸铁较高，品位相对较低，矿石可选性差。

强烈褶皱是冀东地区基底构造的突出特点，褶皱轴的方向基本为南北向，轴面向西倾，褶皱枢纽总的趋势是向南倾伏，对沉积变质型铁矿的空间形态有明显的控制作用。迁安成矿区带表现为向形聚敛构造控矿的特征，矿带由多层矿体组成，转折端矿体厚度加大，两翼拉断变薄，多呈透镜状。其他成矿区带由于断层的破坏，新太古代变质深成岩的大面积侵入、后期构造的叠加等，褶皱形态通常支离破碎，难于识别；矿区尺度多呈现为单斜构造(褶皱的一翼)，具矿体露头或近地表相对厚大，深部分枝尖灭特征，但在平面上和剖面上都呈现着不同尺度的波状起伏和褶皱。

2.4 控矿构造规律

隆起与凹陷对冀东区域性矿带分布有明显的控制作用。隆起地段长期受剥蚀，易造成含矿岩系和矿体的风化剥蚀，矿层不容易保存，如滦县滦南成矿区带东部的山海关隆起，只有庙沟、榆关两个中型矿床和几个小型矿床，迁安隆起中心部位只有一些零星的小矿。凹陷地区矿层易保存，但往往盖层厚、埋深大，不利于勘查与开发，如滦县滦南成矿区带南部的滦南-乐亭凹陷区。隆起和凹陷的交接地区，如迁安隆起西缘(迁安成矿区带)和山海关隆起西缘(滦县滦南成矿区带)，盖层薄，矿体埋藏浅或出露地表，剥蚀程度较低，矿层保存较好，是已知铁矿聚集最多的地带。

断裂构造对矿体的控制作用表现为破坏矿体完整性的一面和保护矿层免遭剥蚀的一面。冀东地区变质基底经过多次构造运动的叠加作用，形成了复杂的断裂系统，其中以近东西向、北北东向、北北西向断裂系最为发育。这些复杂的断裂系统整体上对铁矿层具有显著的破坏作用，使完整连续的层状矿体被错断而形成许多断块，在迁安成矿区带表现最为明显。断裂构造也可以对矿体形成保护作用，在滦县滦南成矿区带表现最为明显，其东部位于大巫岚-卢龙区域断裂下降盘，铁矿保存较好，形成冀东地区铁矿最富集地段。

3 冀东地区铁矿找矿方向

3.1 找矿标志

冀东地区磁铁矿与围岩具有明显的磁性差异和较明显的密度差异③④，因此，利用这些物性差异特点开展地球物理勘探是冀东地区找矿勘查的有效手段。航磁异常是寻找此类铁矿的有效标志，重力剩余异常则存在多解性。当结晶基底隆起时，会产生宽缓的磁力高异常、重力高异常；低缓的航磁异常在隆起中心部位一般由含磁铁矿变质岩所引起，在凹陷区(深覆盖区)一般由沉积变质型铁矿所引起。出露地表或埋藏浅的沉积变质型铁矿多产于强度高、梯度大的正磁异常及宽缓的重力高异常范围内。规模巨大的铁矿体常具有重磁异常范围大、强度高、吻合好的特点，而规模相对较小的铁矿体一般具有航磁异常规模较小，无剩余重力异常对应的特点。无航磁异常对应的局部重力异常一般为基底局部相对隆起引起。

3.2 找矿方向

冀东地区蕴含丰富的矿产资源，以煤、铁、金为主，以往开展过较系统的基础地质调查、大量的矿产勘查和科研工作。1/5万区域地质调查已基本覆盖全区，1/5万、1/2.5万航空磁测已覆盖全区，1/5万重力测量铁矿成矿区带全覆盖。依据相关统计资料1/5 万航空磁测共圈定 392 处航磁异常，已查证的异常有250处，其中矿致异常 221处，非矿异常 29 处，有一定规模的航磁异常已被验证和评价。通过2005年以来开展的危机矿山接替资源勘查和2010年以来实施的深部找矿战略行动，冀东地区已有大中型矿山深部和外围找矿取得重要成果，累计新增铁矿石资源量约27亿吨。例如在迁安白马山、杏山和二马铁矿床深部发现厚大矿体，勘查新增铁矿石资源量2.93亿吨(汤绍合，2013)；在滦县司家营、遵化石人沟铁矿深部勘查新增铁矿石资源量13.42亿吨，在滦南马城、长凝铁矿、滦县青龙山-庆庄子、古马铁矿、乐亭鲁家坨铁矿勘查新增铁矿石资源量11.00亿吨，并估算潜在矿产资源6.36亿吨。目前已知大中型铁矿床勘查深度一般达到800 m，部分达到1500 m。基于冀东铁矿地质工作程度高的现状，经长期勘查实践思考总结，本文提出冀东铁矿进一步找矿的2个主要方向。

(1)冀东已有大中型矿山深部和外围找矿

其本质是“就矿找矿、探边摸底”。冀东地区大中型铁矿产地数量为64处(表3)，主要分布在迁安和滦县滦南铁矿成矿区带，2005～2020年深部和外围找矿已取得重大成果，但深部和外围找矿仍有较大潜力。应用勘查区找矿预测理论方法体系(叶天竺等，2014)，按照“就矿找矿探边摸底类”的特点，构建了冀东已有大中型铁矿深部和外围找矿预测要素表(表4)，将预测要素简化为矿体控制程度和地球物理标志2类，开展资源潜力预测。预测冀东地区迁安和滦县滦南铁矿成矿区带埋深1500 m以浅已有大中型矿山深部和外围找矿潜力仍达15亿吨以上，其中迁安市水厂、孟家沟、柳河峪铁矿、滦县司家营北区、青龙山-庆庄子铁矿、滦南县马城铁矿等6个铁矿深部和外围找矿潜力达9亿吨以上。

表4 冀东地区大中型铁矿深部和外围找矿预测要素

(2)迁安铁矿成矿区带新的成矿空间找矿

即第三层硅铁建造找矿。迁安铁矿成矿区带受隆起边缘复杂弧形褶皱带控制，向斜控矿是本区矿田构造的主要特征。20世纪70年代，原冶金部首钢地质队等单位通过在迁安地区铁矿的工作总结出“向形聚敛构造”控矿的模式，成矿地质体一般由上层硅铁建造和下层硅铁建造组成。但近年在马兰庄铁矿沙河山矿段和水厂南缘下层硅铁建造之下110～120 m，揭示到第三层硅铁建造。马兰庄铁矿沙河山矿段，首钢地质勘察院在N400线施工的ZK4钻孔，共见3层铁矿，上部2层铁矿为原有钻探控制矿体，新发现的第3层铁矿厚度近60 m(图2)(汤绍合，2013)。类似地，河北省地矿局第二地质大队于2020年在水厂南缘S800线施工的ZK800-2钻孔，同样揭示了3层硅铁建造，其中上部2层与相邻剖面对应，新发现的第3层铁矿厚度30 m(图3)。迁安铁矿成矿区带第三层硅铁建造，属新的成矿空间，具有重要的进一步找矿意义。

图2 冀东地区迁安马兰庄铁矿沙河山矿段N400线剖面图

图3 冀东地区迁安水厂铁矿S800线剖面图(据注释⑤)

4 需要进一步研究的几个问题

(1)滦县滦南铁矿成矿区带控矿构造

受向斜构造控矿理论的影响，传统上认为滦县滦南铁矿成矿区带受司马长复式倒转向形控制。该复式倒转向形为轴向近南北，轴面西倾，褶皱枢纽向南倾伏的复式褶皱带，长十几公里，控制着区内沉积变质铁矿床的形态、空间分布、规模和产状。但近年来的矿区勘查实践证实，本区铁矿体呈单斜状产出，走向近南北，倾向西，且工程控制已尖灭矿体多呈分枝尖灭，临近尖灭时夹层增多，矿石品位降低，出现薄层磁铁石英岩、变粒岩类构成的“韵律层”。这种特点在马城铁矿、司家营铁矿深部、长凝铁矿等矿区均有发育。由重磁异常所反映的多个近南北向的含铁建造带和矿带之间几乎都不连续，断层对矿带控制和破坏作用较大。这些新发现说明单纯的“紧闭倒转向形褶皱带”并不完全准确。本文通过总结归纳滦县滦南成矿区带的司家营铁矿北区、滦县高官营铁矿和昌黎坎上铁矿等鞍山式沉积变质型铁矿床的基本地质特征和空间结构，依据该区域主要矿区矿体沿倾斜多呈分枝尖灭，临近尖灭时出现薄层磁铁石英岩、变粒岩类构成的“韵律层”这一特征，提出该区呈现出受背形和断裂构造共同控矿的观点(图4)，即主要矿床位于近南北向断裂大巫岚-卢龙区域断裂的下降盘，地表经受剥蚀后，矿体呈单斜产出，产状稳定，延深相对较小地段深部呈分枝尖灭的特征。该观点得到了找矿勘探实践的验证，但仍需从矿床尺度的微观研究及其它方面获得更多证据。

图4 冀东地区司家营铁矿地质模型(变质-变形阶段)

(2)主要成矿区带局部重磁异常的解释推断

迁安铁矿成矿带受向斜构造影响，磁性异常主要反映向斜的两翼，向斜核部盲矿体很难区分出来。如何通过井地磁测联合反演与解释为深部找矿提供有效途径(杨建华等，2020；陈炳锦等，2021)，总结构建与实际情况较吻合的重磁地球物理勘查模型，识别向斜核部盲矿体，需要进一步工作。

滦县滦南铁矿成矿带中已知铁矿体规模巨大的重磁异常范围大、强度高、吻合好；铁矿体规模相对较小则磁性异常相对规模较小，无剩余重力异常对应；无磁异常对应的重力异常一般为基底隆起引起。但与低缓磁异常对应的重力异常应进一步研究其引起原因。如司家营铁矿南区有三个近南北向剩余重力异常，东、中部重力异常为铁矿体引起，西部重力异常存在多解性。该重力异常，与低缓地磁异常对应，在该重力异常峰值东侧大38线深部施工的ZK686的探矿孔初步表明，大38线深部矿体倾角由41°变缓为25°，矿体厚度由26.98 m增加到49.74 m，且在钻孔底部见9.54 m品位较高的阳起磁铁岩，深部矿体厚度、品位均高于浅部。在第四系厚度、围岩岩性均一致的情况下，应进一步研究为局部基底隆起引起或与大38线深部施工ZK686探矿孔显示的深部矿体倾角变缓、矿体厚度变厚、品位增高有关。

5 结论

(1)冀东地区沉积变质型铁矿分布广泛，综合地质及航磁异常等不同特征，将全区划分为遵化迁西、青龙宽城、迁安、滦县滦南及朱杖子5个主要成矿区带。其中迁安、滦县滦南2个成矿区带原岩建造最有利于铁矿沉积，而构造又有利于矿层保存，故而形成冀东地区铁矿最富集地段。

(2)基于冀东铁矿地质工作程度高的现状，提出冀东铁矿进一步找矿的2个主要方向：一是已有大中型矿山深部和外围找矿，即“就矿找矿、探边摸底”仍有较大潜力；二是迁安铁矿成矿区带第三层硅铁建造，属新发现的成矿空间，具有重要的进一步找矿意义。

(3)冀东铁矿进一步找矿还需研究2个主要问题，一是滦县滦南铁矿成矿区带控矿构造，传统的“紧闭倒转向型褶皱带”难以解释铁矿勘探的结果，本文提出的背形和断裂构造共同控矿的观点还需获得更多证据；二是主要成矿区带局部重磁异常的解释推断，如迁安铁矿成矿带向斜核部盲矿体、滦县滦南铁矿成矿带中与低缓磁异常对应的重力异常引起原因等。

致谢：中国地质大学(北京)徐林刚教授和匿名审稿专家提出了宝贵的建设性修改意见，在此一并表示衷心感谢！

[注 释]

① 河北省唐山市国土资源局.2017.唐山市第三轮矿产资源总体规划专题研究报告[R].专题2:34-42.

② 河北省地质矿产勘查开发局.1996.迁安县幅建昌营幅卢龙县幅1/5万区域地质调查报告[R].86-95.

③ 河北省地质调查院.2016.河北滦南-遵化铁矿整装勘查区专项填图与技术应用示范成果报告[R].122-154.

④ 首钢地质勘查院地质研究所.2016.河北迁安矿区西矿带深部资源调查评价工作成果报告[R].13-71.

⑤ 河北省地矿局第二地质大队.2020.河北省迁安市水厂铁矿床外围及深部普查地质报告[R].15-28.