河北省迁安市护国寺铁矿地质特征及质量评述

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  一、概况
  护国寺铁矿位于河北省迁安市西南12.7公里,隶属木厂口镇护国寺村管辖,交通十分便利。本矿矿床在1986-1987年由首钢地质勘查院地质调查队做过地质普查工作,于1990年提交了《河北省迁安铁矿区护国寺铁矿床普查地质报告》。2011年河北省地矿局第五地质大队在原地质勘查的基础上,对W400~E300线采矿权范围内开采标高以下的深部矿体进行详查工作。2011年12月提交了《河北省迁安市九江贸有限公司护国寺铁矿W400~E300线深部详查地质报告》。
  二、区域地质
  (一)地层。冀东地区出露地层以太古界、元古界分布最广,约占总面积的三分之二。其次为中生界侏罗系,古生界仅残存于东西向局部盆地内,范围狭小。变质含铁建造岩系分布于太古界和下元古界中。中元古界长城系地层不整合于太古界之上。
  对于该区太古代地层层序的划分方案有30多种,随工作的深入,目前各家渐趋一致,将其划为迁西群和滦县群。
  1、太古界迁西群。太古界迁西群至少经历了两次区域变质作用,早期为麻粒岩相,晚期为角闪岩相。在迁安地区只出露三个组,即上川组、三屯营组和马兰峪组。
  2、太古界滦县群。分布在滦县、卢龙一带。由斜长角闪岩、透辉斜长角闪岩、角闪变粒岩、黑云斜长变粒岩及磁铁石英岩组成。原岩为基性—中酸性火山沉积岩—硅铁质沉积建造。混合岩化较迁西群弱,变质相系属角闪岩相。
  3、元古界及以上地层
  (1)下元古界双山子群和青龙群,主要分布在长城以北一带,在迁安矿区附近缺失。(2)中元古界长城系在迁安矿区以东缺失,主要分布在矿区西部,厚度不大,在矿区北部大约500m左右,南部则更薄。(3)蓟县系地层分布在矿区以西。(4)上元古界青白口系在本区没有出露。(5)古生界寒武—奥陶系,主要分布在矿区以南,东西向分布的向斜中,如蛇探峪—杨柳庄—王官营一带,特点是寒武系底部府君山组厚层灰岩及中部鲕状灰岩较发育。(6)中侏罗统后城组,分布在迁安矿区横山、曹官营、水厂西部及迁西县新集镇附近。是一套紫红色、巨厚层砾岩。
  三、构造
  冀东地区的大地构造位置在华北地台北缘燕山沉降带中部,相当于马兰峪—山海关复背斜及兴隆复向斜、蓟县复向斜的部分地区。马兰峪—山海关复背斜又分为马兰峪背斜、青龙背斜、双山子穹窿、迁安隆起等。
  迁安隆起平面呈卵形,面积大约为1000km2。初期核缘环的边缘东西两侧,分布着由迁西群含铁变质岩系所组成的弧形褶皱带,如图2-1所示。
  四、岩浆岩
  区域岩浆岩主要是燕山期细粒至粗粒花岗岩、黑云母正长岩及闪长岩等。出露范围主要在青龙及迁西北部。
  在护国寺矿区出露有辉长辉绿岩、橄榄辉长岩、煌斑岩、伟晶岩等呈岩脉状产出。区内岩浆岩不发育。
  五、区域矿产
  本区域内唯一的主要矿产是铁矿,产在迁西群变质岩中,属鞍山式铁矿。大、中、小型铁矿床星罗棋布,具有一定规模的有水厂铁矿、孟家沟铁矿、大石河铁矿、杏山铁矿等。
  六、矿区地质
  (一)地层
  1、变质岩特征。护国寺铁矿区内出露的地层为太古界迁西群三屯营组一段(Ars1)、二段(Ars2)和三段第一层(Ars3-1)、第二层(Ars3-2)及第三层(Ars3-3)。
  2、其它地层特征
  (1)上覆地层:中元古界长城系常州沟组地层(Chc):该层底部含有不稳定的含铁砾岩,向上为巨砾底砾岩及厚层长石石英砂岩,呈角度不整合覆盖在太古界地层之上,形成陡崖地貌,此层主要分布在矿区西部。
  (2)第四系:由洪积物、坡积物、沉积黄土组成。成分以砾石、亚砂土及亚粘土为主。
  (3)岩石特征
  1、麻粒岩类。是矿区内经常出现的岩石类型,与其它岩石呈互层出现。
  2、黑云变粒岩类。此类岩石常与其它岩石呈互层出现,并含有紫苏辉石、石榴子石等特征矿物,构成紫苏黑云变粒岩、石榴黑云变粒岩。
  3、斜长角闪岩类。灰黑色,中粗粒变晶结构,块状构造。主要矿物为斜长石、角闪石,一般均有数量不等的辉石出现。
  4、斜长辉石岩类。呈夹层出现,不含石英。岩石为灰黑色,中粗粒变晶结构,块状构造。主要矿物为辉石、斜长石,斜长石含量为35~40%,此种矿物为半自形晶,双晶发育。)
  (4)混合岩化作用。在变质岩形成的过程中,混合岩化普遍存在且不均匀形成混合岩化作用。按其混合岩化程度强弱,基体和脉体比例,混合岩可分为:弱—较弱—较强—强四个等级,相对应岩性为混合质变质岩—混合岩—混合片麻岩—混合花岗岩。本矿其混合岩化程度一般属于中-高级。
  七、构造
  (一)褶皱构造。护国寺铁矿主要受护国寺向斜构造控制,即该构造为控矿构造。
  向斜的西翼及转折端由Ars3-2层组成,核部地层为Ars3-2层。向斜的西翼为倒转翼,东翼为正常翼。向斜轴向340°,轴面倾向SW,倾角80~85°。西翼向西倾斜,倾角75~80°。此翼西侧被长城系地层覆盖而出露不全。东翼倾向W,倾角75°。纵向剖面图(图3-1)。
  向斜转折端及东翼(正常翼)分别被FK2、FK3和FK1破坏而显得不完整。因此,从总体看,护国寺向斜构造形态是一个被断裂破坏的“歪斜的簸箕”状倒转褶皱构造。
  确定转折端发生倒转的依据为:Ars3-2层(转折端)在地表向N作反转倾斜,层内含有石榴黑云矽线变粒岩,这一套地层按地表的倾向方向应该在深部继续向N延深下去,而处于老虎山南侧的ZK86-2、ZK87-8两孔在其深部不应见到Ars3-2层,而且还探到了较大厚度的矿体。故认为其转折端的地层在深部已向南发生正转。
  图3-1 护国寺向斜纵向剖面示意图   (二)断裂构造
  矿区断裂构造极发育,按空间分布可分为EW向、SN向、NE向三组。
  (1)EW向断裂,此组断裂有两条:即FK2、FK3断裂。
  (2)SN向断裂此组断裂规模较大的是FK1断裂(又名石家峪断裂)。位于矿区东部,经石家峪(原地形名称)向地北两个方向延伸,属逆断层。该断裂把石家峪矿体破坏成构造透镜体。
  (3)NE向断裂,断裂为压性断层。
  三个方向的断裂中,EW向断裂生成时间早于其它方向断裂;而FK1断裂切断EW向断裂后,晚期又被进一步活动的FK2断裂截断;NE向断裂形成时间最晚,切断了EW向和SN断裂。
  八、矿体地质
  (一)矿体特征。本矿区是原普查报告中老虎山矿体(LHS)的位置。本矿区内共分布有Ⅰ-1~Ⅰ-3、Ⅱ-1、Ⅱ-2-1、Ⅱ-2-2六个矿体,其中Ⅱ-1矿体为主矿体。各矿体特征如表4-1:
  (二)矿石质量
  (1)矿石矿物成份
  矿区矿石为辉石磁铁石英岩、磁铁石英岩、磁铁辉石岩原生矿。矿石的矿物成份金属矿物以磁铁矿为主,少量黄铁矿、假象赤铁矿,脉石矿物以石英、紫苏辉石、透辉石、透闪石为主,次为黑云母,少量石榴石、方解石、磷灰石等。
  (2)矿石结构构造
  矿石结构主要为粒状变晶结构,次为碎斑结构及次糜棱结构。矿石的构造主要为条纹、条带、片麻状及块状构造。条纹、条带构造是按暗色矿物和浅色矿物组成的黑白相间的条带宽度和连续性。
  (3)矿石化学成分
  本区矿石mFe一般为16~25%之间,最高mFe品位为28.54%,最低mFe品位为15.01%,全区mFe平均品位为19.28%。品位除个别有小的变化,一般比较稳定,据2010年施工的25个钻孔,矿体内(包括低品位矿)366件单样统计,其变化系数为16.68%。
  据样品统计,不同标高mFe平均品位从西往东各勘探线深部比浅部略高,但规律性不强,东西各勘探线之间变化幅度较小,比较稳定。详见表4-2、表4-3。
  矿石mFe不同标高品位变化情况统计表 表4-2
  矿石mFe沿走向品位变化情况统计表 表4-3
  (4)矿石化学分析 矿石化学分析结果见列表4-4。
  矿石化学成分结果表 表4-4
  (5)组合分析 分析项目见4-5。
  组合分析结果表 表4-5
  (三)铁的物相分析
  铁矿石中的铁赋存状态根据件物相分析结果统计如表4-6。
  铁矿石中各种铁矿物铁含量统计表 表4-6
  项 目 变 化 范 围 ( % )
  最 高 最 低 平 均
  mFe 28.85 7.26 17.53
  CFe 2.26 0.13 0.87
  OFe 5.79 1.24 2.21
  sfFe 0.290 0.000 0.063
  siFe 13.98 0.60 6.15
  (四)矿石类型
  1、矿石自然类型
  根据矿石的矿物成分和矿物含量将本区矿石类型划分为辉石磁铁石英岩、磁铁石英岩和磁铁辉石岩三种类型,并以辉石磁铁石英岩矿石类型为主。
  2、矿石工业类型
  本区铁矿石为磁铁贫矿,因此属需选矿石,按mFe/TFe比值为82.40%,比值小于85%,且由于矿石中辉石角闪石等暗色矿物较多,说明本矿体为弱磁性铁矿石。矿石工业类型属需选磁铁矿石。
  按CaO+MgO/SiO2+Al2O3,其比值为0.09属酸性矿石。
  (五)矿床成因及找矿标志
  护国寺铁矿属火山沉积变质型铁矿床。矿体赋存于太古界迁西群三屯营组(Ars)变质岩系中,多呈层状、似层状产出,条纹、条带状矿石构造以及含矿构造中含层状有机碳等因素,均显示出矿床的沉积成因。
  迁安矿区的铁矿体受迁安隆起边缘褶皱带控制,向斜控矿构造明显,向形矿体呈弧形展布。北区矿体走向为北东,到南区变为北西,轴面倾向北西到南西,西翼一般发生倒转,产状较陡,矿体厚度较大;东翼正常,产状较缓,矿体厚度略小,向斜核部矿体厚大,但核部多受纵向断裂破坏而显得不完整。
  迁安矿区一般以600nT以上圈定的磁异常范围内即有矿体,近地表埋深较浅的矿体异常能达到10000nT以上,埋深较大(>800m)也可形成800nT以上的磁异常。
  九、结论
  (一)矿床控制程度和研究程度
  1、矿床控制程度
  护国寺矿床前期工作阶段在1986-1987年由首钢地质勘查院综合地质调查队采用200×200m~200×400m的勘探网度进行控制,作了地质普查工作,于1990年提交了《迁安铁矿区护国寺铁矿床普查地质报告》。2010年工作是在前期工作的基础上按100×100m工程间距对老虎山矿体进行控制。提交了《河北省迁安市九江工贸有限公司护国寺铁矿W400~E300线深部详查地质报告》。
  基本查明了矿区地层时代和岩性特征,确定了矿体赋存层位和空间分布,基本查明了控制矿体的褶皱构造和断层构造,基本查明了矿体的形态、规模、产状和分布规律,基本确定了矿体的连续性及夹石的规模和分布,基本查明了矿石矿物成分、品位变化和结构构造特征,基本查明了矿石有益有害组分和含量。
  2、矿床的研究程度
  护国寺向斜构造形态是一个被断裂破坏的“歪斜的簸箕”状倒转褶皱构造,矿体受其影响也呈“歪斜的簸箕”状。研究了矿石的质量及选冶和加工技术条件。为矿山生产建设提供了依据。
  (二)成矿基本规律和远景评价
  本矿床属鞍山式沉积变质铁矿,其规模已达中型规模,矿床成因为海底火山喷发沉积变质形成。矿区的岩石特征为一套含铁火山喷发—沉积岩系,在经历区域变质作用后,形成具条纹(带)状构造(辉石)磁铁石英岩系。护国寺铁矿矿体赋存空间严格受地层及向斜构造控制,矿体呈向南倾伏“歪斜的簸箕”状。向深部矿体赋存较深,深部矿体未封闭,A0勘探线尤为甚。而且矿区外围存在有多处低缓磁异常,具有一定的成矿远景。
  (三)建议
  护国寺铁矿主要为隐伏矿体,依据地面磁测成果寻找隐伏矿体,指导钻探工程的布置效果甚佳。本铁矿床均为盲矿体,工程控制程度局部仍显不足,建议在今后矿山开采过程中应加强生产探矿,详细探明矿体赋存状态及质量分布规律为矿山生产提供准确依据。
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