镜铁山式铁矿床(赤铁矿、镜铁矿型)成矿模式

石碌式(赤铁矿型)富铁矿床成矿模式~

石碌铁矿床是我国著名的沉积变质型赤铁矿富矿床。最近有人认为其是IOCG（Iron Oxide Copper Gold）矿床。
一、矿区成矿及控矿条件
石碌铁矿床矿区地质图如图3－15所示。
1.地层
青白口系石碌群是一套变质程度达低绿片岩相、局部达到角闪岩相的浅海相、浅海－泻湖相含铁火山－碎屑沉积岩和碳酸盐岩建造，由海相沉积的泥岩、粉砂岩、碳酸盐岩和铁、铜、钴矿层经区域变质和接触变质作用，变为板岩－千枚岩、变粉砂岩－石英岩、大理岩－白云岩和透辉透闪石岩等。区内岩石可划分为7个分层，石碌铁矿矿体主要赋存于石碌群第6层。此外，上覆震旦系石灰顶组的局部地段亦出现条带状薄层铁锰质岩。石碌群含矿层自上而下可分为4个岩性段：
第4段：变质粉砂岩、石英岩和千枚岩，下部有8～10 m厚的铁矿层；
第3段：厚层白云岩夹薄层结晶灰岩、薄层炭质板岩、千枚岩、含透辉石透闪石白云岩、块状透辉透闪石岩；
第2段：石英岩、含铁变粉砂岩、透辉透闪石岩、千枚岩，上部和中部各有一层铁矿层，底部见石膏、硬石膏岩；
第1段：白云岩、透辉透闪石岩，钴、铜矿层。

图3－15 石碌铁矿地质图

2.构造
矿区褶皱构造发育。褶皱总体为一轴向近EW、向东10°～42°倾伏、西端紧密、东端宽缓的复式向斜。由北而南，有北一向斜、红房山背斜、石灰顶向斜、枫树顶背斜、枫树下向斜等5个次级褶皱。近EW向褶皱形成后，有NE向褶皱叠加。
已发现断层8条，可分为NW和近SN向两组。生成顺序大致是NW向的在先，均为成矿后断层。断层长数百米至数千米，断距一般100～200 m，最大700 m以上，常错断矿体，沿走向使矿体埋深由西而东逐渐增大；倾向上使矿体重复、加厚，受F3影响，枫树下矿体北翼全部错失。
3.岩浆岩
矿区南、北、西三面有大片岩浆岩出露，属儋县岩体，主要为花岗岩，具片麻状、条带状、眼球状和块状构造，可能为老岩体，但钾－氩法年龄值为80～249 Ma，属印支期和燕山期，以印支期为主，因此岩体的时代还不能确定。此外尚有少量花岗斑岩、辉绿岩、煌斑岩等岩脉沿构造裂隙侵入。
二、矿体三度空间分布特征
1.分布、规模及形态
截至2008年底，石碌矿区共圈定铁矿体38个，大致分为北一、南矿、枫树下、保秀、正美－大英山5个矿段。主要矿体的分布、规模及形态产状（图3－16）如下：

图3－16 羊角山－石碌岭地质剖面图

（1）北一矿体
矿体地表出露于北一矿段一带，经过危机矿山接替资源的勘查，基本控制了北一矿体于深部的延伸，致使矿体向南延伸至枫树下村东侧，全长约2.6 km。地表见矿长度达1.1 km，宽0.32 km。矿体总体沿着北一向斜的槽部呈层状、似层状展布，分布连续，且与围岩成整合接触并同步褶皱。在E13勘探线以北矿体较厚且具有多层特点，在E13勘探线以南矿体较薄，形态主要为单层为主。
（2）枫树下矿体
位于北一矿体东南2 km左右，呈NWW－SEE之狭长型，走向长度约1400 m，宽度约200 m。共揭露铁矿2层，主矿层赋存标高－450.5～－483.5 m，厚度33 m。矿体处于石灰顶向斜的槽部，与围岩整合接触并同步褶皱，矿体呈层状产出，走向分布连续。
（3）枫树顶矿体
分布于枫树下矿体的东部，原为枫树下矿体的东延部分，被F2正断层错开后呈NW－SE之狭长型，走向长度约500 m，宽度约50 m。主矿层赋存标高－142.5～－175.7 m。构造上处于石灰顶向斜的西南翼部，矿体呈层状产出，矿体总体走向305°，倾向NE，倾角陡达85°。
（4）南六矿体
位于北一矿体西南700 m处，地表为3个矿带，呈NW－SE向，走向长度约800 m，厚度约60 m。矿体呈层状产出，倾向NE，倾角40°。
（5）石灰坑矿体
位于枫树下矿体之北，呈NWW－SEE向，东部宽大，西部狭窄而尖灭，长约400 m，最大宽度120 m。矿体呈层状，向N倾斜，倾角30°，向下尖灭。
2.分带
铁矿床在上，钴铜矿床在下，二者间距一般在10 m以上。铁矿体中铜钴矿化弱，而铜钴矿体中仅见少量磁铁矿化。整个矿区空间上从下而上呈现Cu、Co→Fe→Fe、Mn组合。
三、矿石特征
铁矿体由单一的铁矿石组成，钴铜矿体由钴矿石、铜矿石组成。铁矿体的矿石特征如下。
1.矿石矿物
赤铁矿：微晶状、鳞片状，少量呈板条状及等轴状。集合体呈块状、鳞片状、鲕状、板状、内碎屑状或碎屑物间的胶结物，有时见叶片双晶。鳞片大小均一，多为微粒级，以长度0.05～0.1 mm者最常见。镜下见赤铁矿鳞片集合体与石英呈不规则面连生及充填于石英裂纹现象，未见单个赤铁矿晶体穿插石英生长，显示两者的同生关系。
磁铁矿：八面体晶形较完整，并以0.2 mm大小者居多，大部氧化成假象赤铁矿，疏密不均地散布于赤铁矿中。磁铁矿与赤铁矿为原生与次生、交代与被交代的关系。与磁铁矿伴生的金属矿物主要为黄铁矿。此外，尚见磁铁矿晶粒沿赤铁矿鲕粒成环状分布或与赤铁矿组成鲕粒同心壳层。
非金属矿物：主要有石英和重晶石等脉石矿物。磁铁矿与脉石矿物互为胶结，粒径多与石英相当，常被针铁矿－石英脉及绿帘石脉穿插。
2.矿石结构
矿石结构有细鳞片－微鳞片状变晶结构、致密状结构、变余砂状－粉砂状结构、鲕状结构、斑点变晶结构以及角砾结构、压碎砂状胶结结构。
细鳞片－微鳞片状变晶结构、致密状结构是富铁矿石的主要结构。
变余砂状－粉砂状结构及鲕粒结构是贫矿、次贫矿的主要结构。
斑点变晶结构是矿石后期生成的浸染状磁铁矿晶粒结构。
3.矿石构造
矿石构造有层带状构造、致密块状构造、片状构造、千枚状构造、条带状构造、鲕状构造、次生交错脉－网脉构造等。以致密块状构造、片状构造、条带状构造为主。
4.含量
本区有用矿产有铁、钴、铜、硫。铁矿石品位富，全区平均达51.15％。
其他有用元素平均品位：Cu1.58％，Co0.307％。铜钴矿中伴生Ag6.80～13.95 g/t，Ni0.095％，S1.75％～13.95％。硫矿石中S14.85％ ～32.91％。铁矿石中普遍含Ga、Ge、In，含量变化于0.0001％～0.003％之间。
四、围岩蚀变及分带
成矿物质沉积后，经受了区域变质作用和热接触变质作用。前者使矿石和岩石中片理普遍发育，石碌群下部、中部层位出现较多片岩，赤铁矿重结晶为鳞片状，并具定向排列。后者使岩石重结晶形成大理岩，生成泥质、长英质、红柱石角岩及不同矿物组合的透辉透闪石岩。
铜、钴矿体围岩中，绿泥石化、滑石化、蛇纹石化等蚀变强烈。
五、矿床成因及成矿模式
1.稳定同位素特征
铁矿的硫同位素δ34S值为＋5.5‰～13.5‰，氧同位素δ18O为＋2.4‰～＋8.8‰。
2.成矿温度
包裹体爆裂测温（华南富铁科研队，1986）：铁矿由396℃→251℃、铜钴矿由314℃→265℃、含钴黄铁矿由307℃→213℃。故石碌铁矿床的成矿温度属中高温。
3.成矿时代
张仁杰等（1992）获得富赤铁矿石840 Ma左右的Sm－Nd等时线年龄，其Nd的初始值（143 Nd/144Nd）i为0.511247±0.0000170（2σ）；许德如等（2007）推测石碌群沉积上限大约960 Ma，下限大约1300 Ma。故此，石碌铁矿的主成矿时代为晋宁晚期。
4.成矿物质来源及成因
铁钴铜成矿物质直接来源于经过壳内分异的火山岩或火成杂岩体。石碌铁矿下伏石碌群第5岩性段具有多层火山凝灰岩和火山熔岩，赋矿的第6层亦分布有火山凝灰岩。因此，石碌含矿建造与前寒武纪的鞍山式硅铁建造类似。对石英和铁矿物的显微研究，发现赤铁矿、石英均具有胶体成因特征。石英标型研究表明大多为胶体沉积变质石英，陆源石英罕见。扫描电镜分析表明铁矿石中有玉髓存在，还发现其中有似生物结构。
5.成矿模式
根据石碌铁矿床的地质和地球化学特征，初步建立石碌铁矿成矿模式如图3－17所示。

图3－17 石碌沉积变质型铁矿成矿模式图

（1）青白口纪海底火山沉积成矿（图3－17（a））
青白口纪时期，石碌地区发生了海底火山活动，火山喷发形成石碌群第5岩性段火山凝灰岩和火山熔岩；随后虽然火山喷发减弱，但在岩浆热力的作用下，海水下渗、对流、循环、萃取下伏地层中的成矿物质，连同直接来自深部岩浆房的成矿物质，沿海底同生断裂喷气到海底。此时在我国南方属于“雪球地球事件”时期，海水缺氧，铁等成矿物质得以在海水中以二价铁的形式大量溶解富集，然后在冰雪消融、海水氧化时，铁以赤铁矿的形式沉淀，形成石碌群第6层夹杂有火山凝灰岩的铁（铜钴、石膏、重晶石、白云石）矿层。稍后，火山气液对含矿建造中的白云岩进行交代，形成透辉石岩、透闪石岩等类矽卡岩，同时对矿层改造加富。
（2）后期变质变形改造成矿（图3－17（b））
后期变质变形作用（主要是加里东运动）使石碌群发生变质变形。伴随着变质变形作用，已形成的层状、似层状矿体或含矿建造进一步发生构造动力分异作用，使矿质分异并在应力梯度支配下向低应力带运移富集。对铁矿来说，使硅铁分别集中，分异出来的铁质在应力驱动下向向斜槽部聚集加厚或在弯流作用下机械加厚，钴铜矿体则在层间破碎带聚集或在产状由陡变缓处、向斜褶曲的谷部加厚。大规模的花岗岩侵入可能是变质变形同时形成的，也可能是变质变形前就侵入就位的，其片麻状构造可能是变质变形形成的。花岗岩侵入与成矿以及与矿区类矽卡岩化有无关系还需要深入研究。在后期变质变形改造成矿过程中，原来沉积成因的赤铁矿部分重结晶为磁铁矿。在更晚的表生风化淋滤过程中，磁铁矿有部分氧化为假象赤铁矿。

一、矿床概况
式可布台铁矿床位于新疆新源县，属石炭纪海相火山岩型铁矿床，矿石矿物以赤铁矿为特色，查明铁矿石资源储量2839万吨，TFe品位56.57％，共伴生Cu品位0.03％，V2O5品位0.06％，属中型铁矿床。
二、矿床地质特征
（一）矿区特征
式可布台铁矿床处于伊塞克－伊犁陆块的阿吾拉勒晚古生代裂谷带内。区域主要构造线呈EW向展布，组成一北陡南缓向斜构造，断裂构造不甚发育。矿区地质图如图5－12所示。赋矿地层为上石炭统伊什基里克组第一段，该段与伊什基里克组二段为断层接触，南部为晚石炭世侵入岩所切。赋矿层的岩石类型组合为：基性－中性－酸性海相火山喷发－沉积建造，局部为碳酸盐－化学沉积建造，出露厚度2043.24 m。普遍地经历了韧性→脆性变形作用，形成片理化安山岩、片理化凝灰岩、千枚状流纹斑岩→绢云母石英片岩、白云石英片岩，片理（糜棱面理）发育。
吐尔拱萨依一带的伊什基里克组火山岩中，采用全岩Rb－Sr法同位素地质测年，结果为320±11Ma，表明该套地层时代为晚石炭世。

图5－11 蒙库式铁矿成矿模式图


图5－12 式可布台铁矿区地质图

矿区岩浆岩有石炭纪石英钠长斑岩和石炭纪细晶闪长岩，它们与火山岩可能为同期岩浆活动的浅成－超浅成侵入相。
（二）矿体特征
式可布台铁矿区全长约4 km，宽约1.3 km。矿区由主矿段、西矿段、东矿段、西南矿段、南矿段、洛北矿段等6个矿体群组成。其中主矿段矿体在平面上呈一中间厚两边薄的多达14层组成的凸镜状，长1200 m，总厚可达70 m，单层厚1～15 m不等，倾向N（图5－13）；其他矿群的矿体均较主矿段矿体薄而小，且连续性差。各矿层的产出严格受层位的制约，产状与围岩一致。矿层与围岩同步褶曲。矿层与其顶、底板及夹层岩相变化较大，沿走向有尖灭再现现象。个别钻孔在铁矿体底部见块状含铜黄铁矿出现。
（三）矿石特征
矿石的自然类型有块状赤铁矿石及含铜黄铁矿石。其矿物组成：块状赤铁矿石金属矿物有赤铁矿、镜铁矿、褐铁矿脉石矿有红碧玉、石英、绢云母、绿泥石，含铜黄铁矿石金属矿物为黄铁矿、黄铜矿、磁铁矿、闪锌矿、方铅矿，脉石矿物为重晶石、方解石、电气石。
矿石工业类型：含碧玉赤铁富矿石及含多金属赤铁富矿石。全矿区富铁矿石占70％。
矿石有害杂质：硫平均含量0.278％、磷小于0.05％、二氧化硅以5～10％居多。
矿石结构以半自形晶粒状为主，次为自形－他形粒状，组成微－细晶质结构、纤维状针状集合体、集粒状结构。矿石构造以致密块状构造为主，片状构造、条带状构造、浸染状构造、细脉状构造次之。
（四）矿化蚀变带划分及分布
矿区内热液蚀变种类较多，有硅化、绢云母化、黄铁矿化、碳酸盐化、菱铁矿化、高岭土化、镜铁矿化。但多分布局限，多在岩体的外接触带和段层带附近。但与矿化有关的围岩蚀变现象很微弱，含矿地层与非含矿地层的蚀变差异不大。

图5－13 式可布台铁矿剖面图

三、矿床成因及成矿模式
1.成矿物质来源
据桂林矿产地质研究院（1996）研究，4件黄铁矿δ34S分别为－3.7‰～6.1‰，平均为－5.03‰，变化范围窄，而层纹状重晶石δ34S为＋12.9‰，说明该区金属硫化物的硫源主要为火山喷发作用从深部带来的幔源硫和海水硫的混合。式可布台铁矿成矿水的δO18值接近6‰，接近岩浆水之值。表明可能与海底火山喷发有关。赤铁矿和红碧玉样品的氢氧同位素组成落在岩浆水范围，其他样品落在岩浆水范围附近，说明该矿床成矿流体来源于岩浆，并有海水混入。铅同位素特征反映了该区成矿金属物质来自上地幔或深部地壳源区。赤铁矿锶的初始比值为0.7037和0.7062，表明成矿物质来源于深部地壳或上地幔，与海底火山喷流作用有关。
2.成矿物理化学条件
据包裹体测温资料：式可布台铁矿成矿温度为295℃，镜铁矿－重晶石成矿温度为190～250℃。重晶石均一温度158～252℃，石英（碧玉）均一温度130～152℃，平均186℃，盐度为3.1％～12.5％，平均7.9％，表明成矿是在中低温度和盐度中等条件下形成的。根据氧同位素分析资料，得出碧玉、赤铁矿成矿温度为295℃。这个数值，可能是代表成岩成矿的温度，而赤铁矿－碧玉沉积时，海水的温度应当比这个数值小。
3.矿床成因机制
式可布台铁矿床属海相火山岩型铁矿床。铁矿层和其下部的含铜块状硫化物是海底火山喷流作用在同一成矿环境下不同阶段的产物。其成矿分两个阶段：
（1）火山喷发晚期成矿阶段（图5－14A）

图5－14 式可布台铁矿成矿模式图

在火山喷发晚期或喷发间歇期，大规模的岩浆喷发已经停止，但火山喷流作用仍在继续进行，这些富含成矿物质的酸性热液，沿断裂或火山通道喷流而出，源源不断地迁移到海盆中与海水发生作用，由于物理化学条件的改变而沉淀，其中Cu（Pb、Zn）等亲硫性强的元素，在相对还原的环境下，与海水中溶解的火山喷出的H2S作用，形成块状含铜黄铁矿层。
（2）火山溢流成矿阶段（图5－14B）
在火山活动间隙期由赤铁矿、硅质胶体组成的矿浆或热液，自火山涌出，顺火山斜坡下泄，矿浆中Fe、Si、Ba、Mn等元素富集，在弱酸性－氧化条件下，形成大量赤铁矿石，夹透镜状红碧玉和层纹状重晶石赤铁矿，构成重晶石－红碧玉－赤铁矿建造，分布于块状含铜黄铁矿之上。
式可布台铁矿的成因与石碌铁矿及镜铁山铁矿有许多类似之处。

镜铁山式铁矿床是我国以镜铁矿、赤铁矿为主要有用矿物的沉积变质型铁矿床。其成因与海底喷气沉积（Sediment exhalative，简称Sedex）作用有关。该类型铁矿以甘肃镜铁山铁矿床为典型代表。

一、矿区成矿及控矿条件

镜铁山铁矿区地质图如图3－12所示。

1.地层

镜铁山铁矿床产于中元古界蓟县系镜铁山群陆源碎屑岩夹碳酸盐建造中，岩石组合为：绢云绿泥千枚岩、杂色千枚岩、石英岩夹硅质大理岩、绢英千枚岩、碳质千枚岩夹大理岩透镜体、钙质千枚岩夹不纯大理岩。镜铁山铁矿含矿建造由黑褐色条带状镜铁矿、菱铁矿夹碧玉及千枚岩组成，赋存于桦树沟、黑沟复式向斜内的蓟县系下岩组之千枚岩系上部。整个含矿岩系共分8层，铁矿层（第7层）夹于灰绿色绿泥绢英千枚岩（第6层）与灰黑色石英绢云母千枚岩（第8层）之间，其下伏岩层为褐灰色钙质千枚岩、灰黑色炭质千枚岩、灰白色绢云千枚岩、灰白色石英岩。底层石英岩由中粗粒纯净石英砂组成，在成分上和结构上均显示出较高的成熟度。

镜铁山式铁矿床与海底喷气沉积（Sedex）作用有关，含矿岩系为一套浅变质岩系，变质带为绢云母－绿泥石带，变质相属低绿片岩相，变质相系属低压相系，变质温度为300～350℃，压力36～170×10⁶ pa，变质矿物组合为石英＋钠长石＋绢云母＋绿泥石，原岩建造为含铁复理式碎屑岩建造。杂色千枚岩组合及顶部含“铁白云石结核”千枚岩与底部浅色纯净石英岩是含矿岩系的特殊标志层。

2.构造

蓟县纪时期，断陷海盆边缘同生断裂活动加剧，热卤水沿同生断裂喷流到海底沉积形成BIF，经后期变质变形改造成矿。铁矿床赋存在桦树沟－黑沟复式向斜中。蓟县系镜铁山群含矿岩系在区域上呈50°～60°方向展布，早期的走向逆断层不仅造成部分地层缺失，对矿层的破坏作用也强，其配套之扭裂，造成铁矿层移位明显，也使黑沟矿区地层向上抬高，从桦树沟向斜和黑沟向斜均局部发生倒转的特点来看（北翼倾向南，倾角40°～55°，南翼向南陡倾，倾角80°左右），说明后期由南向北的推覆挤压作用是十分强烈的。

3.岩浆岩

区内所见岩浆岩均属晚期浅成脉岩类，有粗、细粒辉绿岩脉及石英闪长玢岩脉，一般长数百米，厚10～50 cm，主要分布于矿区北部（向斜北翼），呈岩墙或岩脉状斜切矿层或顺层产出。

二、矿体特征

镜铁山铁矿床由黑沟和桦树沟两个矿区组成，均产于黑色千枚岩和灰绿色千枚岩之间。矿层厚度大，分布稳定，与矿区地层（含矿岩系）同步褶皱。由于褶皱和后期断层的破坏，使矿体重复出现，已控制矿体9个，其中黑沟矿区2个，桦树沟矿区7个。矿体呈厚层状，似层状，局部有分叉，总体呈NWW向展布，主体构成闭合的向斜构造，两翼次一级小褶皱发育。

图3－12 镜铁山铁矿区地质略图

1.桦树沟矿区

桦树沟矿区铁矿体与围岩呈整合接触，在强烈的褶皱构造作用下，使同一层矿在复式向斜中重复出现而形成7条矿体，总体走向为310°。根据矿体的产出和分布，以F12断层为界，将桦树沟矿区划分为东矿段和西矿段。东矿段褶皱构造复杂，为向斜构造的翘起部位，地表矿体出露宽度大、矿体剥蚀较深，地形较低，矿体埋深较浅，主要矿体（Ⅰ－Ⅱ号）最低标高2480 m，最高标高3060 m。西矿段断裂构造相对发育，地表矿体出露较少，剥蚀较浅，地形较高，矿体埋深较大，Ⅲ－Ⅴ主矿体的最低标高为2220 m，最高标高为3210 m，Ⅵ－Ⅶ矿体最高标高为3390 m。总之，矿区东段矿体埋深较浅，剥蚀较深，矿体保留较少，西段矿体埋藏较深，剥蚀较浅，矿体保留较多（图3－12）。

（1）Ⅰ、Ⅱ号矿体

地表出露于东矿段北部7线至23线之间，是本矿区重要的铁矿体。Ⅰ、Ⅱ号矿体总体走向303°，总长度约2000 m，厚50～70 m，斜深200～400 m，构成向斜构造，Ⅰ矿体为向斜北翼，倾向SW，倾角40°～60°，厚60～150 m，斜深280～385 m，上部为铁矿体，下部为铜矿体；Ⅱ矿体为向斜南翼，倾向NE，倾角75°～85°，局部直立或倒转（图3－13）。自7线以西，Ⅱ矿体向西倾伏，倾伏角约46°，向西延长至2线，延长670 m，延深770 m。

图3－13 桦树沟矿床10线剖面图

（2）Ⅲ、Ⅳ矿体

地表出露于东矿段14线至22线之间，位于Ⅱ矿体的南部，总体走向320°，长860m，矿层厚15～45m，斜深30～130m。Ⅲ、Ⅳ矿体组成一个两端封闭的向斜，Ⅲ矿体为向斜北翼，倾向SW，倾角25°～45°。Ⅳ矿体为向斜南翼，倾向SW或近于直立，倾角70°～85°，为倒转翼。

（3）Ⅴ矿体

出露于西矿段北部的0—16线之间，为Ⅰ矿体的西延部分。0线至12线为Ⅴ矿体西段，矿体长1100m，平均厚度39.3m，最大厚度101m，最大斜深650m，呈似层状，走向303°，在10线以西转为315°，倾向SW，倾角65°，局部近于直立或倾向NE，总体属陡倾斜矿体，构成主向斜北翼。14线以东至16线附近为Ⅴ矿体东段，矿体长200m，厚40m，斜深230m。

（4）Ⅵ、Ⅶ矿体

出露于西矿段2—7线之间，两矿体构成一个倒转向斜构造。Ⅵ矿体为向斜北翼，为正常翼，走向305°，倾向SW，倾角20°～40°，长度大于400 m，厚度35 ～57 m，斜深80～145 m。Ⅶ矿体为向斜南翼，是倒转翼，走向320°，倾向SW，倾角50°～70°，长度大于510 m，厚度20～72 m，斜深110～160 m。Ⅶ矿体西段因褶皱使矿层重复，厚度加大。

根据薜春纪等（1996）研究，桦树沟铁矿石1702个样品中，55％以上样品的全铁品位介于30％～40％之间。铜矿石74个样品中，65％以上样品的铜品位在1.0％左右。

2.黑沟矿区

黑沟矿区铁矿体为一向斜构造，位于桦树沟复向斜东南端，轴向NWW，总体上向SE倾没。但在矿区范围内，向斜两端向中间倾伏，北翼岩层倾角50°～60°，南翼80°～85°，向斜两翼次一级小型褶皱发育，并使铁矿层局部加厚。这些次一级褶皱轴向与主向斜轴向基本一致，属于同期构造。

矿区内断裂构造线分为NEE及NNE两组，断层面多倾向NNW或NWW，仅个别相反，倾角甚陡，一般均在70°以上。破碎带不甚发育，一般仅有几厘米宽，且延长不远。断层总体上南东盘普遍向南西方向位移，水平错距一般几十米左右，最大75m。

矿体为厚层状，产于黑色千枚岩与灰绿色千枚岩之间，见主矿一层，并构成闭合的向斜构造，两翼次一级褶皱发育，使得矿层局部加厚。矿层总的走向为300°，东西延长1410 m。其中北翼矿体倾角45°～65°，矿体厚55～117 m，平均厚83 m，斜深230～320 m；南翼矿体倾角70°～85°，部分近于直立，地表微向南西倒转，矿层厚55～155 m，平均厚105 m，斜深106～225 m。

在主矿体上、下围岩中尚夹有一些小的透镜状铁矿体，为矿区内次要矿体。这类矿体在向斜南翼分布较多，矿体一般厚1～7 m，个别可达22 m，延长数十米至数百米。延深数十米至数百米。

黑沟矿区铁矿石品位最低为30％，最高为55％，平均为36.14％。

三、矿石物质组成

1.矿石类型及矿物组合

根据桦树沟和黑沟矿区矿石中矿物的自然组合及结构、构造特征，将矿石类型划分为碧玉镜铁矿矿石、碧玉菱铁矿矿石、碧玉菱铁矿镜铁矿矿石、碧玉镜铁矿菱铁矿矿石和碧玉褐铁矿矿石5种类型。镜铁山铁矿床矿物组合以镜铁矿（确切定名为赤铁矿）、菱铁矿为主。其次有少量的磁铁矿、黄铁矿、褐铁矿、黄铜矿、孔雀石；脉石矿物以碧玉（石英）为主，次要矿物为白云石、方解石、重晶石、绿泥石、绢云母和铁白云石等。

2.矿石结构、构造

铁矿石主要呈细粒－中细粒晶粒状结构、球状结构、假象结构、交代结构等。矿石构造以条带状构造、层纹状构造、块状构造、千枚状构造、角砾状构造、脉状构造为主。

3.共生元素含量

可综合利用铜和重晶石（BaSO₄）。重晶石矿平均品位8％，已构成中－大型矿床。

四、矿床成因及成矿模式

“镜铁山式”铁矿床为产于中元古界蓟县系镜铁山群变质陆源碎屑岩夹碳酸盐岩沉积建造中的与同生海底喷气沉积（Sedex）作用有关的沉积变质型铁矿床。

毛景文等（2003）在《北祁连山西段铜金铁钨多金属矿床成矿系列和找矿评价》 等著作中通过成矿地质特征、结合成矿的物理化学环境和同位素组成，微量元素特征等综合研究，对镜铁山铁矿的成因和成矿机制进行了深入分析。主要成果如下：

1.成矿物质来源

本矿床的成矿物质来源涉及成矿金属元素、成矿流体、碧玉及重晶石的来源。

（1）成矿流体的来源

对镜铁矿、碧玉、菱铁矿及石英的氢、氧同位素研究，本铁矿床以岩浆水或深源流体为主，有少量下渗海水的混入。

（2）硫的来源

矿石中重晶石的δ³⁴S值分布范围为19.7‰～33.6‰，平均为29.1‰，显示出非常高的δ³⁴S值，是典型的海水硫酸盐建造，表明“镜铁山式”矿床形成于开放盆地中，这种盆地与开放海之间海水能自由交换。当含金属溶液与海水混合时，沉积环境fo₂和pH值迅速变化，从而使硫化物的δ³⁴S值变化于9.32‰～16.7‰，平均13.3‰，千枚岩中黄铁矿δ³⁴S变化于8.1‰～14.0‰，平均12‰，判断其硫的来源以海水硫酸盐还原硫为主，但有幔源硫加入。

（3）碳的来源

矿石中菱铁矿、白云石的δ¹³C值主要集中于5.4‰～8.7‰范围内，表明成矿流体中的碳以深源为主，也有少量来源于海相沉积。

（4）成矿金属来源

镜铁山铁矿中铁和钡等金属物质堆积的形成，必须具备长期而又稳定的矿源。镜铁山群的下伏地层朱龙关群中的中基性、超基性岩极为发育，在其火山碎屑沉积岩中有以硅质岩、铁白云石、磁铁矿相间发育为特征的铁矿化。根据铅同位素分析，条带状铁建造中黄铁矿单矿物的铅均属正常铅，且同位素组成变化范围较小（²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb＝16.755～17.177，²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb＝15.428～15.443，²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb＝36.305～36.722）。表明铅的来源较为单一。在正常铅构造模式图上，样品投点主要集中于造山带与地幔区间，与朱龙关基性火山岩的全岩投影点比较接近，由此可以推断含铜条带状铁建造的铅为深部来源铅，应与中元古界朱龙关群基性火山岩的关系较为密切。因此，镜铁山群下伏朱龙关群中的铁等成矿物质通过海底热液循环系统搬运到海底，沉淀形成条带状硅铁建造（BIF）。

2.成矿物理化学条件

（1）成矿温度与压力

大柳沟铁矿床中石英的均一温度集中于280～360℃范围。镜铁山铁矿和碧玉的成矿平均温度为400℃。综合上述数据，推断其成矿温度为300～350℃。成矿压力的计算值为（5～170）×10⁶ Pa。

（2）成矿流体的盐度与密度

通过流体包裹体测定，成矿流体以NaCl－H₂O低盐度体系为主，盐度范围集中于3.2％～6.7％之间。成矿流体密度值为0.71～0.98 g/cm³，为中低密度流体。

3.矿床成因

（1）层状重晶石

重晶石常与铁矿相间呈条带状产出，亦有呈层状或透镜状产出。重晶石不仅在空间上与铁矿紧密共生，在规模上也已构成大型重晶石矿床。一般认为，钡主要是来自火山源，特别是大量重晶石的出现，陆源沉积的可能性极小，钡可能是随搬运金属的同一种热液喷发到海底环境的。

（2）热液成因的层状碧玉

本铁矿床之碧玉一般与镜铁矿和菱铁矿相间呈条带状产出。由于碧玉中含有铁质而呈血红、棕红及暗红。在空间上，碧玉只限于矿床内，它可能代表呈凝胶体沉积在海底上的热液喷发的二氧化硅与铁相。

（3）某些地球化学特征

通过主量元素地球化学研究，发现铁矿石以Fe、Mn、Ba含量高为特征，显示其为海底喷流沉积产物。依据Rona P.A.（1983，1988）提出的海底热液沉积的判别值Fe/Ti＞20，（Fe＋Mn）/Ti＞20±5，Al/（Al＋Fe＋Mn）＜0.35进行判别，桦树沟铁矿与海底喷流沉积有关。铁矿床围岩千枚岩以Al、Ti、P、K含量高为标志，Al₂O₃与TiO₂呈正相关性，都显示了其细粒陆源沉积物的特点。微量元素地球化学研究的结果显示，铁矿石中Cu、Pb、Zn含量明显高于其围岩千枚岩，显示有色金属元素含量高指示铁矿石属海底喷流成因。镜铁山矿床围岩千枚岩的稀土元素地球化学特征与北美页岩组合样相近，有相似的REE绝对丰度及REE分馏特征，表明千枚岩的沉积碎屑产物，其组成物质来源总体上属于壳源，而非火山活动产物。铁矿石的物质组成则有深部流体加入，并形成于海相环境，亦为铁矿床为海底喷流沉积矿床提供了一个证据。

4.成矿模式

综上所述，镜铁山式铁矿的成矿模式可总结如下（图3－14）。

图3－14 镜铁山式铁矿床成矿模式示意图

（1）喷流沉积形成条带状硅铁建造

长城纪时期（约18亿年），祁连地区发生了裂陷，来自地幔的基性岩浆喷发海底，形成朱龙关群火山岩及赋存其中的小规模条带状硅铁建造（图3－14（a））。蓟县纪时期，受地幔热源的影响，海水下渗、对流循环，萃取海底朱龙关群基性火山岩中的铁等成矿物质，沿海底同生断裂喷流到海底，形成镜铁山群喷气－沉积建造及其中的条带状碧玉镜铁矿层、重晶石层及含铜矿层（图3－14（b））。成矿物质除来自下伏地层朱龙关群外，还可能有直接来自地幔的成矿物质加入。

（2）后期变质变形改造成矿

在后期的变质变形过程中，镜铁山群中的条带状碧玉赤铁矿经受了改造作用，发生了分异和富集，形成含铜和重晶石的镜铁山铁矿床；朱龙关群中的BIF形成小龙口、九个青羊、金儿泉、热水、龙孔等小型铁矿床（图3－14（c））。但是由于变质变形程度浅，碧玉没有完全重结晶为石英，碧玉中的铁质也没有完全分异出来，导致仍以红色铁碧玉形式存在；赤铁矿也仅仅重结晶为镜铁矿，变为磁铁矿的较少。围岩也仅变质为千枚岩。

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