河南省新蔡县练村大型磁铁矿地质特征及成因

唐国胜，王浩霖，张雪艳

（河南省煤田地质局，河南 郑州 450016）

前寒武纪沉积变质硅铁建造铁矿床是河南省铁矿发育主要形式[1-2]。2014年底，新蔡县练村铁矿勘探工作完成，全矿区估算工业品位磁铁矿石量（331）+（332）+（333）为27 211.72万t，矿床TFe平均品位为27.59%，mFe为22.26%；低品位磁铁矿石量（331）+（332）+（333）为19 226.91万t，矿床TFe平均品位为24.90%，mFe为17.62%。矿床属大型磁铁矿矿床。矿区均为较厚第四系沉积覆盖，矿体最小埋深约600 m，最大埋深约1 600 m。

1 区域地质背景

河南省新蔡县练村铁矿区大地构造位置为华北板块南缘三门峡—新蔡隆起带的东段，黑沟—羊册断裂北侧，河南地层综合分区华北平原分区豫东小区，新华夏系华北沉降带的南缘，新蔡、息县褶皱隆起带上，发育着前震旦系、侏罗系、白垩系地层[3-4]。而前震旦系地层经受了多次地壳构造变动[5]，显示着强烈的褶曲，产状变化较大，局部倾角上部变陡达80°，或近于直立，而下部则平缓。区内有近南北和近东西向的断裂切割了上述地层。地表为新生界覆盖，且覆盖层总体厚度在550～650 m，厚度较大，地表未见基岩露头。

2 矿区地质特征

（1）地层。据钻探资料，矿区主要发育新太古界太华岩群铁山庙组、侏罗系、白垩系及新生代地层。新太古界太华岩群铁山庙组（Art）沉积变质地层，岩石总体归纳为斜长角闪片麻岩、黑云斜长片麻岩、闪石类磁铁矿层3种岩性，闪石类磁铁矿层主要产在斜长角闪片麻岩与黑云斜长片麻岩中，呈互层状产出，层间为渐变过渡关系。侏罗系地层不全，仅发育上侏罗统（J3），不整合于太华群之上，在练村以南二者呈断层接触。下部为紫红色砾岩，上部为紫红色砂质泥岩、泥岩、钙质泥岩、泥灰岩。与上部新生界地层呈角度不整合接触。白垩系（K）分布在矿区东、北、西三面，岩性为一套夹有沉积碎屑岩的火山碎屑岩。古近系、新近系、第四系矿区普遍发育。第四系为一套河—湖相多旋回的松散沉积层，有的呈半固结状。

（2）构造。①练村断裂。练村铁矿区位于区域性断裂练村断裂的北部，断裂走向60°，向东至安徽省内，向西被关店—周党断裂所截，为顺时针张扭性断裂。受该构造的影响，区内岩层经历了多期次的变质、变形作用，使区内的次级断裂较为发育，由于该断裂及其形成的次级断裂均为隐伏构造，据物探及钻探资料，该类断层为压扭性断裂，断层数量小、规模小、断矩小，因而对地层、矿体的破坏错动较小。②褶皱。矿区内并不发育较大类型的褶皱，仅在显微尺度上有微褶皱形成。表现为局部岩层片麻理的褶区，石英脉的“钩状”弯曲，斜长石条带及黑云母条带的扭曲现象。但总体来讲，矿区主要表现为南西倾斜的单斜层，倾角20°～35°，局部45°～60°。

（3）岩浆岩。矿区内侵入岩主要表现为脉岩，中细粒花岗岩、辉长岩、正长岩、黑云斜长花岗岩、黑云二长花岗岩、石英脉以细脉状侵入于变质地层，总体呈透镜状和树枝状岩脉形态产出，对矿体的破坏微弱，原地层在岩浆岩中以俘虏体形态存在。研究发现岩浆岩与磁铁矿床成因上没有直接关系[6-7]。

3 矿床地质

3.1 矿体特征

主矿体空间分布如图1所示。

图1 主矿体空间分布示意Fig.1 Spatial distribution diagram of the main ore bodies

区内铁矿体均赋存于晚太古代变质岩系中，分布受含矿岩系控制，呈层状、似层状产出，由于受褶皱及断裂构造的影响，造成矿体在走向及倾向上不连续[8]。综合比对显示，平面上铁矿体自右向左分成6个矿段，编号Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ，划定主矿体12个，其中Ⅰ号矿段6个（Ⅰ-3、Ⅰ-4、Ⅰ-5、Ⅰ-6、Ⅰ-7、Ⅰ-8），Ⅱ号矿段5个（Ⅱ-3、Ⅱ-4、Ⅱ-5、Ⅱ-6、Ⅱ-7），Ⅳ号矿段1个（Ⅳ-3）。

3.2 矿石质量

（1）矿石物质组成。矿石中矿物成分大约有23种。矿石矿物主要为磁铁矿（氧化带中则为假象、半假象赤铁矿），脉石矿物主要有石英，见表1。

表1 矿石矿物Tab.1 List of ore minerals

磁铁矿是矿石中主要的有用矿物，粒度小于0.2 mm，变化较大，分布特征如图2所示。

图2 磁铁矿粒度分布直方图Fig.2 Distribution histograms of the magnetite particle sizes

显微镜观察（图3）显示矿石中磁铁矿主要呈条带状分布。其多具有半自形粒状晶形，与脉石矿物接触较平直，有利于其单体解离。少量磁铁矿与黄铁矿等含量矿物关系紧密，可能会对其选矿有一定影响。

（2）矿石化学成分。矿石的化学成分比较简单，除主要成分铁外，伴生组分甚微，光谱全分析结果未发现有综合利用价值元素，有害组分含量也很低。磁铁矿的赋存岩石类型进行了铁物相分析，分析结果（表2）。统计表明：区内主要是磁性铁矿石，极少弱磁性铁矿石，说明区内以磁性铁为主，其他类型极少。矿石中的化学组分主要为TFe和SiO2，据矿石多项化学分析结果（表3），两者之和各类矿石中均占70%以上，一般在75%左右。矿石中含少量石榴石等高铝矿物，Al2O3含量较低，CaO、MgO含量较少，TiO2、MnO、S、P2O5等含量较低，造渣成分主要为SiO2、MgO、CaO、Al2O3、K2O、Na2O，各矿体含量差异不大。

图3 显微观测磁铁矿特征Fig.3 Microscopic observation of magnetite characteristics

表2 铁物相分析结果Tab.2 Iron phase analysis results %

（3）矿石类型及结构构造。本区主要矿石自然类型以角闪石英岩型磁铁矿为主，其次为斜长角闪岩型。两者占本区矿石类型的90%以上。矿石的结构主要为柱粒状变晶结构，鳞片粒状变晶结构，粒状变晶结构，其次为纤维状变晶结构，次为交代结构、压碎结构，少量包含结构、胶状结构等。粒度主要为0.05～0.25 mm，部分大于0.5 mm和小于0.05 mm。

表3 多项化学样品分析结果Tab.3 Multiple chemical sample analysis results %

矿石构造主要为条带状和浸染状构造，二者常复合在一起或呈相互过渡关系，少量片状构造、块状构造、斑点状构造。①条带状构造：以细纹—条纹状为主，细条痕—条痕状次之，浅色条带以石英为主，黑色条带以铁矿物为主，其带内矿物粒度相对较粗，二者常交替或重叠，为该区矿石矿物最主要构造类型；②浸染状构造：以稠密浸染状（铁矿物含量在20%～30%）构造为主，稀疏浸染状（铁矿物含量小于20%）构造次之。局部硫化物和碳酸盐矿物呈星点状分布于矿石中。

3.3 矿体顶底板围岩及夹石

铁矿体均赋存于太古界太华岩群铁山岭岩组沉积变质岩中，且大致呈似层状近东西向展布。矿体顶、底板岩石主要为斜长角闪片麻岩、黑云斜长片麻岩，与矿体呈渐变接触关系，无截然界限，部分顶板围岩为侏罗系紫红色砾岩、泥岩、泥质粉砂岩。

矿体夹石主要为小于边界品位的含铁角闪石英岩、黑云母片岩、斜长角闪片麻岩、黑云斜长片麻岩、含磁铁矿（石榴）斜长角闪岩及钾长花岗岩脉、正长岩脉等，夹石厚度不等。

4 成因探讨

认为矿床成因为海底火山喷流—变质改造而形成的沉积变质硅铁建造铁矿床，主要受地层因素控制，为成矿的物质基础，后期区域变质作用呈催化作用，构造及岩浆岩对成矿作用无直接联系[9-10]。

（1）地层因素。矿床大地构造位置为华北板块新太古代陆核，沉积期板块内构造活动较频繁，基性、中酸性海底火山及其伴生的富硅、铁气液喷发活动频繁，条带状铁建造多沉积于陆架浅海，也可形成于深水盆地，成矿后含铁建造经历了不同程度的区域变质及混合岩化作用。

矿床赋存于新太古界太华岩群铁山岭岩组上段，原岩主要为海相基性及中酸性火山碎屑岩、碳酸盐岩与含铁建造。矿体主要呈似层状，少数为透镜状，呈多层状出现，层位稳定，与上下岩层呈明显整合接触关系，受一定层位控制，镜下显微观测显示石英磁铁矿薄层呈相间排列、互为条带，条带较为平直且为原生沉积成因。钛、铝、锰特征元素含量低，与沉积变质铁矿平均值一致。

（2）变质作用。矿区变质作用为区域变质作用，矿床成因为前变质作用的产物，即原岩转换为矿层。原岩在区域作用过程中发生重结晶，有时发生分异聚集作用而成矿。矿石的结构主要为柱粒状、鳞片粒状变晶结构，其特征为全晶质，晶形多为半自形—他形，片、柱状矿物伸长较大，粒状矿物也普遍伸长，呈定向排列，石英波状消光尤为发育；次为交代结构、压碎结构、重结晶结构。矿石构造主要为条带状和浸染状构造、片状构造、块状构造。