甘肃北祁连西段黑沟铁矿地质特征与矿床成因论文

　　摘要：甘肃北祁连西段黑沟铁矿位于祁连山褶皱带北部－北祁连，北祁连褶皱带西段的桦树沟－斑赛尔山复背斜中。矿区内共圈定22铁矿体，矿体赋存于长城系桦树沟组中黑灰色千枚岩与灰绿色千枚岩之间，Fe3g矿体为主矿体，整体构造形态为一个闭合的向斜构造，北翼矿体倾向南西，倾角45°~65°，矿体平均厚度67.58m，斜深230m~320m南翼矿体倾角一般为70°~80°，部分近于直立，平均厚度70.12m，斜深100m~225m，矿石TFe品位35.67%，矿石自然类型以镜铁矿矿石、菱铁镜铁矿矿石、镜铁菱铁矿矿石为主，属低硫、颗粒细、硬度强的需选矿石。根据地质特征认为该矿床为滨—浅海相火山沉积变质型铁矿床，通过对黑沟铁矿地层层序及含矿岩系特征、构造、侵入岩及矿体特征等多方面调查分析研究，提出了找矿方向，对其它同类矿床的勘查具有启发借鉴意义。

 

　　关键词：黑沟铁矿；地质特征；矿床成因；北祁连西段

 

 

　　1.1区域地质背景

 

　　黑沟铁矿的构造位置在祁连山褶皱系北部，加里东褶皱带西部的花树沟-班赛尔山复合体背斜，北部与阿拉善地块和喀里多尼亚褶皱。阿尔哈南缘带，南邻祁连隆起中心带。该区出露了太古—古元古代北大河岩群、中元古代长城系敖峪沟组、竹龙关群花树沟组、寒武系河七沟组新元古代青白口系贡查群巫山组、奥陶系营沟组。组、羊湖沟组、新民堡下沟组白垩系、第四系砂砾石组。其中，长城系熬油沟组下岩段是区内重要的含铁层位之一，桦树沟组为区域上“桦树沟”式铁矿、层控再造型铜矿的赋矿岩系。该区经历了多次构造运动，构造复杂，主要在上、下元古代形成一系列线状压缩褶皱和西北走向的走向。背斜和向斜交替分布，具有斜行特征。与主要褶皱平行的逆冲断层非常发育，常分隔平行褶皱带出现。侵入岩从超基性岩到酸性岩均有出露，区域矿产资源较丰富，以铁、铜矿尤为突出。

 

 

　　1.2矿区地质特征

 

　　矿区的铁矿层赋存在杂色千枚岩系中，具有一定层位，其空间分布和形态严格受矿区向斜褶皱的特征控制。铁矿层沿向斜构造出露于海拔3400m~4050m的山坡上，呈层状，与顶、底板围岩接触界线清楚，呈整合接触关系。矿层与围岩同时遭受褶皱与变质作用，其上下盘未见蚀变与交代作用，而区内仅见少量中、基性岩脉活动，从其穿插关系分析应为成矿后的浅成侵入岩。

 

　　1.2.1地层

 

　　矿区出露地层以中元古代长城系诸龙关系花树沟组和第四系松散堆积为代表。花树沟组为以黑沟山沟为轴的大致向斜褶皱。根据岩石的成分特征，为浅海粉质粘土的变质产物，岩石的变质程度很浅，为绢云母-绿泥石相。原石犹存。含铁系列岩石主要以石英岩、钙质千枚岩、灰绿色千枚岩、铁矿床、灰黑色千枚岩等为代表，其特征如下：

 

　　(1)石英岩：岩层为灰白或带褐黄色，薄层至中厚层石英岩，局部间夹厚度不大的绢云母石英千枚岩和灰绿色千枚岩等夹层。本层与上覆灰绿色千枚岩呈断层接触。石英岩层的最大厚度约为107m。

 

　　(2)钙质千枚岩：为黑灰色、褐灰色，少数为绿灰色的绿泥石、石英绢云母千枚岩，局部间夹薄层的灰色细粒大理岩和黑灰色绢云石英千枚岩夹层。本层主要出露在矿区北部，和上覆灰绿色千枚岩为整合关系，厚度约600m。

 

　　(3)灰绿色千枚岩：为绿色、暗绿色、灰绿、灰褐等色的绿泥石、绢云母石英千枚岩，这些色泽深浅不同的千枚岩在矿物成分上略有差异，经常为薄层互层(1cm~2cm至3cm~4cm)，构成条带状。岩层在向斜北翼的岩性很均一；南翼则间夹有不纯石英岩、碳酸盐岩、钙质千枚岩等夹层，有时间夹菱铁矿扁豆夹层。本层厚度变化很大，自0.00m~528m，平均厚度为264m。

 

　　(4)铁矿层：铁矿层为红褐、黄褐等色，主要有菱铁矿(褐铁矿)，镜铁矿和脉石碧玉组成的条带状矿石，有时见黑灰色铁质千枚岩及灰绿色千枚岩夹层。主要的铁矿物为镜铁矿、菱铁矿、铁白云石、赤铁矿及磁铁矿等。裸露地表的矿石经风化产生褐铁矿、水赤铁矿等次生铁矿物。各铁矿层中常夹少量其他铁矿物，如镜铁矿层中往往有分散的或微薄层的菱铁矿，铁白云石和菱铁矿亦类似，在矿石中常夹少量石英、绢云母、绿泥石等同生的脉石矿物，镜铁矿层中常含较多泥质成分，泥质高时可以成千枚状。矿层和上下围岩为整合关系。矿层的厚度在55m~185m，平均厚约95m。

 

　　(5)黑灰色千枚岩：为灰色至黑灰色的含铁绢云母、石英千枚岩，岩层的岩性均一，有时间夹绿灰色千枚岩、铁质千枚岩和薄层铁矿等夹层。本层出露在向斜中部，与下伏铁矿层为整合关系，岩层的顶部在矿区没有出露，已出露的厚度约140m。

 

　　1.2.2构造

 

　　矿区位于花树沟-班赛尔山复杂背斜的中部，地层呈西北-东南向延伸的向斜褶皱构造。向斜略微倒置，北翼向南倾斜50°~60°，南翼向南约80°~85°，褶皱轴面为直或略偏南。向斜轴线从两端向中部倾斜，落入沟槽结构中。此外，矿区小褶皱相当发育，特别是在相对塑性较大的岩石中。山区断层较发育，有大小断层十几条，可分为正断层和斜断层两种，对矿体有一定的切削破坏作用。较大的是7号线~9号线之间和11号线相邻的两条斜断层，以及1号线西侧的两条正断层。矿区普遍发育出现褶皱，矿区侵入岩为细粒石英闪长斑岩，岩体蚀变现象明显，与围岩接触边界清晰，岩层方向平行或略倾斜，部分矿体呈斜向，但对矿体的破坏不明显。

 

　　根据上述分析，结合实际的地质特征，进行深度解析。由于甘肃地区外部环境与温度的变化，铁矿的发育状态也是较为不均匀的，下部岩性集体呈现为灰白色的灰岩、颗粒性较强的大理岩以及火山沉凝灰岩、英安角斑岩等。不同种类的岩石分布的位置也存在较大的差异，通常情况下，火山岩以及相玄武玢岩的分布较为集中，内的构造较为完整，整体的发育速度相对较快。而上部的主要岩性为灰岩和凝灰质灰岩、玄武安山岩、晶屑凝灰岩等，这一类岩石对于铁矿的形成起到决定性的作用，主要是因为铁矿上、下部之间的火山喷发，所形成的凹向空间，在岩浆的作用之下，向外逐渐蔓延，一定程度上扩大了铁矿的实际面积，辉石、石英石和闪长玢岩等在铁矿发育的过程中由于过于坚硬，会对铁矿石进行覆盖，起到打磨的作用。

 

　　1.2.3侵入岩

 

　　矿区内的侵入岩为细粒石英闪长斑岩，岩体蚀变现象明显，与围岩接触边界清晰，岩层方向平行或微倾斜，部分矿体呈一定角度切割，但对矿体的破坏较小。

 

 

　　2.1矿体特征

 

　　区内共查明铁矿体22个，其中混合型铁矿体6个，单面型铁矿体4个，千枝岩型铁矿体6个，白云岩型铁矿体10个，整体的分布状态较为密集。铁矿体赋存于黑灰色千枚岩与灰绿色千枚岩之间，一般都在120°的方向上延伸。矿体及含矿地层的分布主要受褶皱构造控制，但受位置和开采条件不同褶皱构造也是存在较大差异的，矿脉的褶皱与地层活动的情况存在直接关联，活动频繁的矿山，褶皱较为集中，裂缝较多；反之，如果矿山的活动次数较少，褶皱的数量也较少，整体地势会呈现出平坦的状态，发生裂缝或者塌陷的概率会极大地降低。因而矿体的形态除与原始的沉积形态有关外，还受褶皱的影响。

 

　　Fe3g矿体为主矿体，整体构造形态为一个闭合的向斜构造。

 

　　按构造位置Fe3g矿体分为I矿带(向斜北翼)、Ⅱ矿带(向斜南翼)，每一个矿带之间均存在着相关联的矿脉，作为矿山之间相互连通的纽带。I矿带矿体向西南倾斜，倾角45°~65°，矿体厚度7.61m~107.66m，平均厚度67.58m，80°，部分近于笔直，上部倒置向西南倾斜，下部向东北倾斜；形成该矿带向斜的褶皱轴线由两端向中部倾斜，形成浅沟状，西端至三线平均倾角为16°，向西逐渐减慢，但是经由中心部分，出现山脉形成阻碍，将内外矿脉截断。此时，铁矿山的发育实际上划分为两个部分，未来的发育进度和状态也是不同的。在3线成12°位置，矿体空间赋存位置的最低点位于3线，海拔为3462m，最高点位于13线，海拔4010m，相对高差548m。

 

　　该矿体共有35个工程控制，单工程矿体最小厚度为7.61m，最大厚度为151.40m，矿体平均厚度69.86m，厚度变化系数为49.88%，属于厚度稳定型。单工程最低TFe平均品位28.91%，最高TFe平均品位42.21%，矿体TFe平均品位为36.41%，品位变化系数为11.39%，属于矿化组分均匀型。

 

　　该矿山由于地层活动频繁，菱铁矿岩石的数量也是较多的，内部也含有丰富的铁元素，这一类矿石的颜色基本以黑色为主，水源覆盖面积较大的地区多呈紫红色,角砾状构造。岩石的大小不一，成分复杂，岩石表面一般为流纹，与硬质熔结凝灰岩分布较为邻近，同属于刚性岩屑。但是在发育的过程中，由于外力的不断作用与冲击，常常会被挤压，形成浆屑脱玻化具霏细结构，这一岩石结构的稳定性不高，岩石整体呈现为撕裂状、假流纹，具有较强的特征性质。

 

　　2.2矿石特征

 

　　2.2.1矿石矿物成分

 

　　矿石中有用矿物主要为镜铁矿、赤铁矿，少量磁铁矿等，脉石矿物主要为石英(碧玉)，其次为重晶石和铁白云石等。

 

　　(1)镜铁矿：一般呈钢灰色或青灰色，岩石的中下部分颜色会更深一些，肉眼下为鳞片状，造成这种情况的原因是岩石在发育过程中，经过水流的冲击与浸泡，铁元素与水中的元素发生融合，岩石自身的颜色也会发生对应的改变。镜下均为板状晶体，粒径大小不一，粗晶镜铁矿一般0.1mm~0.5mm，晶形完整，呈近方形板状体，常与重晶石伴生。中晶镜铁矿0.02mm~0.03mm，晶形完整。粒度较小的呈假象赤铁矿存在，粒度＜0.02mm。

 

　　(2)磁铁矿：一般呈八面体或菱形十二面体粒状自形晶或半自形晶，呈现颗粒状，并且外形较小、松散，易碎。粒径一般＜0.5mm，少数＞1mm。矿体中大部分磁铁矿已氧化为赤铁矿，其氧化方式为沿磁铁矿粒状外缘逐渐向内氧化，或沿磁铁矿八面体氧化呈格状。

 

　　(3)碧玉：一般为朱红色、棕红色、暗红色。这一类岩石的分布较为密集，呈球状结构，条带状构造。与铁矿石、镜铁矿这一类矿石不同的是，碧玉的内部结构较为简单，成分也并不复杂，石质整体较为坚硬。粒径一般为0.02mm~0.2mm，颗粒中包含微粒铁质散点，颗粒间分布有镜铁矿、赤铁矿、菱铁矿、重晶石。碧玉成分为SiO294.13%，FeO5.45%，Cr2O30.53%。

 

　　(4)重晶石：一般呈灰白色、粉白色及粉灰色，晶形常呈板状、粒状、纤维状集合体。其中板状晶体粗大，粒径一般5mm~10mm，解理发育。

 

　　(5)铁白云石：颜色一般呈乳白色，风化后呈褐色、棕黄色，晶形大多为菱面体，解理发育，粒径一般＜500μ并呈粒状或致密块状集合体。构成矿体中夹层或呈细脉穿插于矿石中，铁白云石夹层中常含有镜铁矿、菱铁矿。

 

　　(6)石英：颜色为白色，呈粒状分布于各类矿石中。

 

　　2.2.2矿石的结构、构造

 

　　因矿床属多期次，多种成矿作用叠加的产物，矿石组构比较复杂，既有原始沉积成岩的痕迹，它也有变质的迹象。矿石结构主要为半面体结构——具有粒状结构、微晶结构、片状结构、粉状结构和鲕状结构。

 

　　矿石的构造主要有条纹条带状构造、微层状构造、条纹状构造、块状构造和浸染状结构。

 

　　2.2.3矿石化学成分

 

　　矿石化学成分比较简单，TFe平均品位为34.32%，有益组分锰含量平均值0.84%；有害组分S含量最高平均含量0.68%，其它含量均甚微。经选矿试验，可在烧结或球团作业过程中进行除硫，对冶炼不会产生影响，故矿石化学成分比较优良，矿石在冶炼中不会产生任何特殊困难。

 

　　2.2.4矿石类型

 

　　矿区铁矿石主要为镜铁矿矿石、菱铁镜铁矿矿石、镜铁菱铁矿矿石三种类型。

 

　　(1)镜铁矿矿石：铁灰黑色，具板状、交织状或细粒鳞片变晶结构，条带、条纹状、块状或似层状构造。矿石矿物主要有镜面(赤铁矿)铁矿石、菱铁矿及少量黄铁矿，磁铁矿极少。有用的矿物主要以石英(碧玉)为代表，其次为重晶石和铁白云石等。

 

　　(2)菱铁镜铁矿矿石：褐灰色，条带状、条纹状或他形粒状结构，多为中粗条带状构造，其次为块状构造。矿石矿物主要为镜(赤)铁矿，其次为脉状、浸染状分布的菱铁矿。脉石矿物除石英(碧玉)外，主要为铁白云石和少量绢云母。

 

　　(3)镜铁菱铁矿矿石：灰一褐灰色，以微晶细粒结构为主，主要构造为角砾状，次条带状。这一类矿石的生产发育时间是较长的，并且具有一定的生长周期，在特殊的环境之下，受到外力因素、温度变化的影响，镜铁菱铁矿矿石内部的结构也会随之发生相应的变化，内部的分子会分解，形成新的矿石物质。矿石矿物以半自形一他形的细粒状菱铁矿为主，常被后期石英、重晶石或铁白云石细脉切割，其次为赤(镜)铁矿和少量的黄铁矿等。脉石矿物有石英、重晶石、铁白云石等。

 

　　矿石中有用组分为TFe，伴生有益组分Mn、Ti平均含量分别为0.84%、0.14%，未达到综合利用、综合评价的要求。有害组分S平均含量为0.68%，可在烧结或球团作业过程中进行除硫，对冶炼不会产生影响；P、Pb、Zn含量低，对铁矿石无影响。矿石工业类型为混合矿，各类型矿石互层产出，在回采时也有贫化，不可能单独分采，所以实际生产时确定贫富矿石混采并全部进行选矿处理。总体而言，黑沟矿区铁矿石属低硫、颗粒细、硬度强的需选矿石。

 

 

　　矿区铁矿体赋存于长城系桦树沟组，岩性自下而上为石英岩、钙质千枚岩、灰绿色千枚岩、铁矿层、灰黑千枚岩等，由下往上岩石粒度由细变粗，为一套滨—浅海相碎屑沉积建造。铁矿体呈层状产出，与围岩产状一致，接触面平整，顶、底板主要为黑灰色千枚岩和灰绿色千枚岩。矿石矿物成分较简单，金属矿物主要以红(镜)铁矿、菱铁矿和少量磁铁矿为代表，脉石矿物主要以石英(碧玉)、铁白云石和少量绢云母等为代表。Fe2O3、FeO、SiO2之和大于66.87%，而Al2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O、P2O5含量较低，说明这是沉淀的结果。矿石结构主要有条带状和条带状结构、微层状结构、条带状结构、块状结构和浸染状结构，具沉积作用的特征。以上表明铁矿是在较稳定的氧化—还原环境下形成的，氧化铁和二氧化硅以胶体状态运移，在各种介质中有规律地沉积，经过成岩成矿作用，经过漫长的地质历史，含矿岩石发生区域变质作用。综合认为该矿床为滨—浅海相火山沉积变质型铁矿床。

 

 

　　(1)黑沟铁矿产于中元古界长城系朱龙关群桦树沟组，矿床成因为滨—浅海相火山沉积变质型铁矿床。

 

　　(2)铁矿体赋存于黑灰色千枚岩与灰绿色千枚岩之间，矿体及含矿岩系的分布主要受褶皱构造的控制，侵入岩和断层对矿体破坏不大。

 

　　(3)矿石自然类型以镜铁矿矿石、菱铁镜铁矿矿石、镜铁菱铁矿矿石为主，属低硫、颗粒细、硬度强的需选矿石。

 

　　(4)矿区地层为一套滨—浅海相碎屑沉积建造成矿，矿床成因为滨—浅海相火山沉积变质型铁矿床。