（十五）辽宁省大台沟铁矿实物地质资料

辽宁省大台沟铁矿床位于本溪市桥头镇，是近年来发现的最大的鞍山式铁矿床。该矿床为隐伏的超大型铁矿床，埋深1100～1200m，已控制矿体延长2000m，最大延深840m，最宽处1100 m。矿体总体为近直立的厚板状体，夹石很少，为单一矿体。矿石类型为磁铁石英岩（磁铁矿石）、赤铁石英岩（赤铁矿石）及其过渡类型的磁铁赤铁石英岩（混合矿石）。矿石含量较均匀，矿床有害杂质含量低。初步估算333＋332类资源量约34×108t。大台沟铁矿的实物地质资料的及时收集整理不仅展示了其成矿地质面貌及工作成果，更为今后的地质找矿及科研提供实物资料服务。

1.矿区地质

（1）构造背景

鞍山-本溪地区大地构造位置地处华北陆块北缘东段，属胶辽台隆太子河-浑江台陷，四级构造单元为辽阳-本溪凹陷。大台沟铁矿区位于鞍山-本溪铁矿成矿带上，地处新太古代鞍山-本溪火山-沉积盆地的南西端。在区域上分布有樱桃园组、大峪沟组含铁矿层位，是目前已知鞍山式铁矿床规模最大资源量最多的地区，也是我国特大、大型铁矿床聚集区。

（2）矿区地层

矿区出露的地层主要为新元古界细河群钓鱼台组、南芬组、桥头组，震旦系康家组，寒武系碱厂组、馒头组等。太古宇鞍山群含铁岩系地表没有出露，含铁岩系及矿体顶部埋藏于地表以下1100～1200 m。其中鞍山群樱桃园组是区内最为有利的赋矿地层，地层包括条带状磁铁石英岩、赤铁石英岩、赤铁磁铁石英岩、绿泥片岩等。

（3）矿区构造

大台沟铁矿区位于鞍山-本溪铁矿成矿带东部。南距南芬铁矿10km，西距弓长岭铁矿20km，东距思山岭铁矿10km，北距北台铁矿10km。矿区地表分布着大面积的沉积盖层，地质构造简单，断裂构造不发育，在矿区南部发育有北东向的台沟断裂。

（4）岩浆岩

区内岩浆岩不发育，地表没有岩体出露；仅见有零星的闪长玢岩脉体，规模小。钻孔中见到的岩体主要为太古宇花岗岩，以及闪长岩脉、闪长玢岩脉、石英脉等。

（5）磁异常

大台沟航磁异常规模大，异常中心明显，异常中心ΔT＞4000 nT。经地面1∶10000面积性高精度磁法测量，详细圈定了大台沟磁异常。ΔT异常平面等值线显示，异常形态呈椭圆状，走向北西，由南东向北西，异常逐渐变窄，形态似鸭梨状，异常最高值 ΔT 5990nT；以1000nT 等值线圈定，长轴约 8km，短轴最宽处（异常中心）约 4km；以1500nT等值线圈定，其长轴约4.8km，短轴约3.5km，长短轴之比为7∶5。从高磁剖面上看，曲线比较对称，几乎没有负值，表明矿体延深较大，并是较均匀的顺层磁化；经定量计算，推断矿体平均埋深1103m，宽1029m，推断矿体长大于5km。

2.矿床地质

（1）矿体特征

矿区5条勘探线（0、3、4、7、15 勘探线）20 个钻孔资料表明，矿体总体呈厚板状，走向北西，略倾向南西，倾角陡；向北西方向矿体逐渐收窄、倾伏。5条勘探线控制矿体走向长度2000 m（矿体向北西仍有延伸，暂没控制），0 勘探线通过磁异常的中心，控制矿体最宽处1100m，矿体最窄处650m（4 勘探线），控制矿体最大延深840m。矿体主要由条带状含铁石英岩组成，夹石很少。矿石类型主要为：条带状磁铁赤铁石英岩（混合矿），条带状赤铁石英岩、条带状磁铁石英岩；以条带状磁铁赤铁石英岩居多，约占矿石总量的2/3。

矿体上部为条带状或角砾状赤铁石英岩（红矿），中部为磁铁赤铁石英岩（混合矿），下部多为磁铁石英岩（磁矿），即从矿头向深部磁铁矿逐渐增多；表明矿体上部受古风化及氧化作用较强，赤铁矿交代了磁铁矿，形成了赤铁矿或混合矿。赤矿在矿体的不同部位薄厚不一，形成了矿体中的红矿与混合矿或磁矿参差不齐的界线。

（2）矿石类型及结构构造

条带状铁矿石中矿物组合较简单，光、薄片研究表明，铁矿石中共有10 余种矿物，分别属于氧化物、硅酸盐、碳酸盐和硫化物等四大类，其中碳酸盐、硫化物矿物含量甚微。

矿石的主要结构有镶嵌粒状变晶结构、鳞片粒状变晶结构、柱粒状变晶结构等。矿石构造以条带状构造和条纹状构造为主，还见有片状、块状、角砾状、小揉皱状构造等。

3.项目进展和成果

（1）项目简介

辽宁省大台沟铁矿于2006年获国家国土资源大调查项目，项目名称为：辽宁鞍山吴家台—辽阳孙家营一带铁矿评价，通过对本溪桥头大台沟、辽阳铧子、鞍山首山—腾鳌、鞍山高坨子—腾鳌、沈阳祝家屯—安家堡子、辽阳大胡沟等6处航磁异常的查证，最后确定对本溪桥头大台沟异常进行深部验证，最终发现了大台沟铁矿。

（2）项目部署及实物工作量

2008年以来，在0、3、4、7、15勘探线共施工17个钻孔，已控制矿体延长2000m，控制矿体最宽处为1031m，控制矿体最深处为-1770m，仍未穿透矿体。矿体总体走向北西，倾向南西，倾角85°±；矿体埋深1100～1200 m（标高-1000～-900 m），钻孔已基本控制了矿体边缘。累计完成进尺超过3×104m，均见到铁矿体。根据见矿的17个钻孔，5条勘探线（线距400m，7线至15线为800m），初步估算2000m以浅控制和推断（332＋333）铁矿石资源量超过30×108t。

4.矿山岩心保存现状

自辽宁省鞍山吴家台—辽阳孙家营一带铁矿评价项目启动以来，产生了的大量岩矿心，由于时间较短且地勘单位对这些实物地质资料的重视，这些岩心均很好保存于岩心库中，且按照钻孔、箱号的顺序整齐码放，产生的各种分析标本、副样均由勘查单位辽宁省地质矿产调查院保存。

5.实物地质资料筛选采集

大台沟铁矿区所有钻孔均见到铁矿体，且均未穿透铁矿体，说明铁矿矿体厚度巨大，含量均匀。根据目前施工的钻孔，已控制矿体走向长 1200m，控制矿水平宽度可达1036m，无论在走向还是倾向上，均未控制到矿体边界。根据铁矿厚度和范围，初步估算在2000m以上控制和推断的铁矿石资源总量超过30×108t，将成为我国乃至世界资源量最大的铁矿。根据磁异常推断，矿体长可达1440m，宽1029m，延伸1500m，预测远景资源量为76.01×108t，是目前世界上最大的单体铁矿，其对振兴东北老工业基地意义非常重大。

ZK301钻孔，孔深2015.77 m。见矿良好，从孔深1745.05～2015.77 m段，见到了5层条带状赤铁石英岩，灰白钢灰色，花岗变晶结构，条带状构造。黑色条带主要由赤铁矿、镜铁矿组成，含少量石英。岩石无磁性。局部含少量磁铁矿，有弱磁性。赤铁矿，钢灰色、红褐色，他形粒状。全矿区TFe平均含量为29.34%，在孔深1865.84～1869.84 m段，TFe含量达到37.85%；在终孔孔深2012.98～2015.77 m段，TFe含量达到30.44%。

6.相关资料

1）辽宁省本溪大台沟铁矿概况；

2）桥头铁矿地质图；

3）ZK301柱状图；

4）3勘探线剖面图。

西成矿田不同铅锌矿床喷流作用特点不同，北矿带铅锌矿床保存有较完整的沉积条纹条带以及各种类型的喷流沉积岩，喷流沉积特点明显，南矿带大多数铅锌矿床主要矿体虽然严格受控于灰岩与千枚岩间，但矿体更多更直观地显示出热液作用的特点。前人对厂坝-李家沟矿床喷流成矿系统开展过较为深入的研究工作，并试图寻找热水喷口系统(管道相)(周维君，1983);马国良等(1998)的研究将分布于厂坝层状铅锌矿体附近的角砾状钠长岩确定为喷流系统的网脉带，这些认识还不能得到广泛的认同;以往普遍将石豉子断裂作为喷流的同沉积断层的认识也存在很多的问题。

洛坝矿床位于南矿带，但与南矿带其他铅锌矿床有着明显的差异，矿床虽经强烈的后期构造破坏，但其中仍发现了一些与喷流作用有关的地质现象，值得引起我们的注意。

1. 洛坝矿床矿化特征及后期改造特点

洛坝铅锌矿床具有“秦岭型”铅锌矿床的一些较共性的成矿地质特点，为SEDEX型沉积-改造型矿床，矿床夹持于相距不足1km的两个巨大的区域性大断裂之间，矿体形态极其复杂。经十余年的采矿与矿山地质工作揭露，矿体形态较勘探报告所提交的情况有较大的出入，构造对铅锌矿体的改造、富集与重新定位有重要的作用。

洛坝矿床赋矿地层为中泥盆统西汉水组灰岩及千枚岩，主要岩性为微晶灰岩、生物碎屑灰岩、微石英岩(硅质岩)，夹薄层灰岩与千枚岩。化石的分布不均匀、破碎，主要化石类型为珊瑚、层孔虫、介形虫、腹足类与藻类等。铅锌矿主要分布于微石英岩(硅质岩)中，其与灰岩呈渐变关系，其中也含一些碳酸盐矿物。矿区南部江洛-人土山断裂为区域性长期活动断裂，断裂以南为三叠纪沉积。北部为糜署岭花岗闪长岩岩基，其间为黄渚关断裂，沿断裂分布有印支期侵入岩，所有层状铅锌矿床均分布于断裂以南。印支期由于南北向的强烈挤压、逆冲，糜署岭岩体向南仰冲至泥盆系之上。在洛坝矿区，该断裂东西走向，南倾，倾角85°。

重磁资料的处理解译反映出黄渚关断裂较礼县-麻沿河断裂具有更大的地壳切割深度(梁德超，1999)，而后者多被认为是控制秦岭地区SEDEX型矿床的主要同生断裂，对整个西成铅锌矿的成矿有着重要意义。人土山-江洛断裂是南秦岭北带与南带的分界，两条大断裂均长达300km以上，均长期活动形成大规模的断裂带。在洛坝矿区，黄渚关断裂与江洛大断裂二者相距仅约500余米，断裂带内的岩石遭受了强烈的构造变动改造，夹持于两个大断裂间的地质体受断裂的影响已成为断裂带的一部分，其间发育一系列北倾的逆冲断层，北侧的糜署岭岩体向南逆冲至泥盆系沉积岩之上。

夹持于上述两大断裂间的断裂破碎带中的铅锌矿体大小有200余个(图4-21)，呈透镜状分布于灰岩、“千枚岩”及硅质岩间。与“秦岭型”矿床相比，矿区并无明显的背斜，矿体更多地呈单斜状产出。容矿的岩石与“秦岭型”铅锌矿床容矿建造相同，即炭硅泥岩建造。

图 4-21 洛坝铅锌矿床地质简图

洛坝矿床铅锌矿体的形态极复杂，主要分布于碳酸盐岩与千枚岩接触带附近，呈层状或透镜状。走向延长(EW向)大于延深，单个矿体断续延长达数百米，其间常被不同方向的断裂所错断。矿山开采资料证实，几乎所有铅锌矿体均北倾，倾角30°～70°，大体与糜署岭岩体南侧边界断裂(黄渚关断裂)产状一致。

铅锌矿体位于碳酸盐岩一侧，与碳酸盐岩完全过渡，矿体即铅锌含量较高的灰岩，二者的界线完全由铅锌分析品位圈定，在大部分情况下，灰岩中均含有一定程度的铅锌矿化，矿体附近有强烈的硅化，形成硅化灰岩或硅质岩(微石英岩)。矿体与“千枚岩”断层接触，断层面呈舒缓波状，“千枚岩”之千枚理产状与断裂产状一致。

这种“千枚岩”与区域变质的千枚岩有较明显的差异，呈长条带状分布，岩性以泥质、钙质为主，其中含有很多灰岩角砾，甚至含有一些金属硫化物矿物的碎屑，更多地表现为断裂破碎带的特点。洛坝矿区中原定的“千枚岩”中有相当大部分为断层泥，而不是区域变质岩。这些“千枚岩”的产状常与地层产状相抵。灰岩中原始层理大部分不清楚，但局部保留有生物碎屑沿层分布的特点。通常矿体与千枚岩的断层接触产状与矿化灰岩中生物碎屑的层理产状相抵(图4-22)，生物碎屑的层理缓，向南倾，而“千枚岩”之面理与断层面产状一致，产状北倾，也显示这些泥质岩石之断层岩的特点。

图 4-22 洛坝矿床层状矿体与“千枚岩”断层接触

随着矿山开采的深入，实际矿体形态及产状与勘探报告相比有较大的出入。洛坝矿床的勘探报告以“秦岭型”铅锌矿床勘查模型为指导，认为矿体主要受控于背斜构造系统，将矿体按层状处理。而矿山揭露出的矿体主要呈透镜状，向北倾斜，由于相当部分的千枚岩为断层破碎带，而矿体全部产于灰岩中，矿体直观上更多地表现为逆冲断裂破碎带中的断块。灰岩与矿体是相对刚性的地质体，而泥质的千枚岩则是相对柔性的地质体，由于断裂的作用，作为刚性地质体的矿体与灰岩遭受破坏形成一些相对独立的块体，并且均向北倾斜。其间由以泥质为主的断层岩(“千枚岩”)充填，这些岩石的原岩结构已遭到了彻底的破坏，并以挤压的断层泥为主要特点，其间含有大量的灰岩与矿石角砾，在矿体附近(断层附近)更多地表现为断裂破碎带。矿区内大部分的千枚岩尤其是矿床中部靠近矿体的“千枚岩”经研究多为此类断裂破碎带控制的断层岩。

“秦岭型”铅锌矿床的控矿背斜体系可能并不存在于洛坝矿床中，后期改造作用更多地表现为大规模逆冲断裂对矿体及含矿岩石的破坏，原始喷流堆积可能得以更多地保存下来。

2. 铅锌矿床中的微石英岩(“硅质岩”)

西成南矿带矿床中普遍发育有硅质岩，“硅质岩”发育程度与矿床规模呈正比(孙省利等，2000)。这些矿床中“硅质岩”主要呈灰—深灰色，块状、角砾状，一般不发育条纹条带结构。其与生物碎屑灰岩多为渐变接触关系，或界面不平整，而与千枚岩界线分明。在毕家山、洛坝、邓家山、页水河等铅锌矿床中，这类岩石常表现为硅化灰岩的特点，前人也因此常将之称为微石英岩(张连昌，1989;吴健民等，1988)。主要矿物为微晶-细晶石英，少量铁白云石或菱铁矿、硫化物等。地球化学研究表明，这类岩石SiO2＞80%，(FeO+F2O3+MgO)＜10%，高As低V(炎金才，1996)，δ30Si=-0.5～-0.1，δ18O=18.6～20.9，显示热水沉积成因(薛春纪等，1998)。

在洛坝矿床，铅锌矿的近矿灰岩普遍遭受不同程度的硅化，形成硬度很高的硅化灰岩，局部强烈的硅化形成微石英岩。硅化灰岩与生物碎屑灰岩完全过渡，其中常见残留生物碎屑。硅化石英岩厚1～65m不等，多为细粒致密块状。这类岩石明显不同于沉积成因的硅质岩，不仅缺乏沉积的条纹条带状结构构造，空间分布也很不稳定(图4-23)。其中含石英60～80%，粒度变化大，粒径多为0.1～0.3mm，石英以柱状为主;含菱铁矿或铁白云石15%～40%，含炭质5%±，另含不等量的浸染状闪锌矿、方铅矿、黄铁矿，通常(Pb+Zn)＞0.5%。其中细粒含铁白云石普遍，随石英的重结晶而再结晶(图4-24)。这种硅化蚀变只发生在矿体下盘的灰岩-硅化灰岩中，而上部的细碎屑岩(千枚岩)并未受到热液蚀变的影响。

图 4-23 洛坝矿床17线局部地质剖面图(据天洛矿业公司洛坝矿床有关资料修改)

洛坝矿床不同岩石元素含量的统计结果见表4-11。对于Pb和Zn含量，石英岩?生物灰岩＞千枚岩，剖面地球化学特征也反映出灰岩中普遍存在不同程度的矿化(图4-25)，矿化的强度与灰岩的硅化程度有密切的关联。CaO含量高的地方(较纯灰岩)，K2O、Na2O含量均较低，矿化程度也较低。含矿层位中往往含不同程度的钠长石，因此Na2O/(K2O+Na2O)可作为喷流的指标之一。含矿部位Na2O/(K2O+Na2O)较高，且含大量Sr，但B的高含量出现于矿体上方的围岩中，富铅锌矿体中B含量低，这一点不同于西成北矿带，在厂坝-李家沟矿床的层状矿体中，普遍含有少量的电气石，而在南矿带铅锌矿体中，未发现该矿物。

图 4-24 洛坝铅锌矿床微石英岩的显微结构

表 4-11 洛坝铅锌矿床主要岩石微量元素含量

3. 铅锌矿化与生物发育密切相关

西成南矿带铅锌矿床矿化与生物碎屑灰岩(礁灰岩)的发育有密切的空间联系(邓海军等，2005)。洛坝矿床的铅锌矿体旁侧及附近均存在大量的生物灰岩或生物礁灰岩，紧靠富铅锌矿“脉”的(喷口或黑烟囱)灰岩中发育的“化石”细小(图4-26F)，相对较远部位化石以珊瑚类为主(图4-26G，H)。在含矿灰岩层尤其是矿体附近，含有大量的炭质，岩石呈深灰—灰黑色，炭质尤其是其中氯仿沥青含量明显高于西成其他铅锌矿床(朱弟成等，2003)。这些特点均显示出成矿过程中卤水交代发育的部位及至喷口附近有大量生物发育，其中包括很多典型的浅海相生物。

图 4-25 洛坝铅锌矿床1221中段35线地质地球化学剖面

微生物(细菌)是很多沉积岩容矿铅锌矿床中引起金属物质沉淀富集的主要原因(Southametal.，2005)，海底喷口附近往往生活着大量的细菌类生物(Nielsenetal.，2003)，尤其是可适应较高温度的变异的硫酸盐还原细菌对SEDEX型矿床的成矿有重要的作用(Schrolletal.，2005)。随着远离黑烟囱温度降低而出现生物的分带(冯军等，2005)。

4. 洛坝矿床喷口系统特征

在洛坝矿床1221中段35线，发育两处分别宽十余米的富厚铅锌矿体，矿体形态杂乱，不规则状矿体穿插于生物碎屑灰岩中(图4-26A，B)。闪锌矿“脉”体宽10～40cm，由几乎纯的棕黑色粗粒闪锌矿组成，粒径0.2～0.5cm，有时含少量的方解石或铁白云石。脉体呈火焰状、不规则状，存在大量的分岔(图4-26A，B)，没有完整的热液脉体或控制脉体的断层，也没有破碎带。矿“脉”中部有时分布有不规则状的石英方解石脉，伴随有较多的黄铁矿和少量黄铜矿(图4-26C，D)。闪锌矿“脉”体与灰岩间为铁白云石，闪锌矿“脉”、铁白云石、灰岩间关系截然，边界明显。铁白云石围绕闪锌矿“脉”体边部分布，分布于闪锌矿“脉”与灰岩间，宽5～30cm，其间发育有环带(图4-26E)，环带产状与闪锌矿“脉”-铁白云石界线平行，环带中的条带宽0.1～0.5cm。新鲜面为白色，暴露一段时间后氧化呈浅褐色，主要由铁白云石组成，中粗粒。灰岩中含有大量的化石，主体为生物礁，靠近上述闪锌矿“脉”体的礁灰岩中密集分布有大量粒状物，似雪花状，主要成分为铁白云石和菱铁矿细粒集合体，均匀分布，粒径均匀，0.2～0.5cm左右(图4-26F)，具有生物残留结构，其中含细粒黄铁矿、闪锌矿。在这种灰岩中，常不均匀发育大量的黄铁矿，团块状，有时见有草莓体结构以及结核状结构。礁灰岩常表现为不完整的大的角砾状分布，四周围绕分布有铁白云石。这种“脉”状闪锌矿体发育部位，矿石中含大量的天青石，ICP-MS分析的Sr含量最高达206600×10-6(20.66%)(图4-26;表4-12)，向两则灰岩中含量迅速降低;而Ba的含量较低，两侧灰岩中有所增高。

图4-26 洛坝铅锌矿床矿体构造

表 4-12 洛坝铅锌矿床35线坑道地球化学剖面样品分析结果

注:有色金属西北矿产地质测试中心分析，2004。氧化物含量单位为%，其他元素单位为10-6。

上述富厚矿体缺乏明确的产状，南北宽10～15m，东西长约30m，附近也分布少量的类似脉体，在闪锌矿“脉”两侧发育以粒状为主的生物礁。

洛坝矿床主要矿石结构构造为浸染状、残留生物结构、纹层状结构。其中，含层纹状黄铁矿的结晶灰岩远离主要铅锌矿体和硅化灰岩，而残留的生物结构常表现为闪锌矿充填、胶结硅化的化石。细粒雪花状的闪锌矿、菱铁矿主要分布于“脉”闪锌矿附近，其中有时见有草莓球状结构。西成南矿带中普遍发育的块状铅锌矿石在洛坝矿床中并不多见。

我们还不能最终确定洛坝矿床中上述似“脉”体的闪锌矿以及有关构造的成因，但显然它不是后生改造的，即它应形成于喷流成矿过程中，而不是印支期的再造过程。我们倾向于认为这类构造更可能反映为热水喷口系统，中粗粒的灰黑色闪锌矿正是喷口中心下方的产物，温度较高，喷口附近生物繁茂，主要以细小生物为主，而在其外侧，发育大量的珊瑚类较大个体的生物，生物分布存在明显的分带。同时，在喷流过程中，上涌的卤水广泛交代碳酸盐岩或未成岩的淤泥，形成硅化灰岩或硅质岩，其中存在广泛的浸染状铅锌矿化，是洛坝矿床铅锌矿石的主要类型，局部有金的富集形成金矿。洛坝矿床以及西成南带主要类型铅锌矿床的喷流活动特点是相似的，喷流作用发生在灰岩体系之上，形成于碳酸盐岩台地的浅海环境，喷流作用过程中存在大量的生物活动。

按照以往对海相喷流沉积作用的认识，一般认为与成矿有关的喷流作用只能发生在较大深度的水体下(Lydon，1983)，具有较高的水压条件，才能使高温、高盐度的卤水集中。若压力过小，含矿卤水会因高温沸腾，成矿物质分散不能形成矿床。西成盆地南矿带的喷流成矿作用，前人的研究也多认为其容矿地层的沉积层序代表了一个从较稳定的台地浅水环境突然下沉为水体较深盆地环境的地质事件(祁思敬等，1997;孙省利等，2001)。即虽然秦岭地区含矿建造中发育大量的碳酸盐岩，虽然其中发育广泛和大量的生物碎屑，虽然生物碎屑乃至生物礁与铅锌矿有密切的空间关系，但目前主体的观点仍然认为矿床形成于深水环境。

洛坝矿床及南带铅锌矿床的成矿特点更多地显示出喷流作用发生于浅海台地相的浅水环境，喷流过程中，在喷口附近生活着大量的浅海相生物，同时，卤水强烈的硅化蚀变作用只发生在矿体下盘的灰岩-硅化灰岩中，而上部的细碎屑岩(各类千枚岩)均未受到热液蚀变的影响。喷流时含矿卤水由于海水压力低而沸腾，大部分的含矿特征因挥发而分散，仅在喷口附近保留铅锌堆积(沉淀)形成的块状铅锌矿石，远离喷口形成少量的条纹条带状矿石，大部分的浸染状铅锌矿石是喷流过程中海底表面下的交代作用形成的。西成南矿带广大碳酸盐岩台地区的铅锌矿床主要是后期(印支期)改造的成果，在海底喷流过程中可能并未形成大规模的铅锌矿体，但形成了范围广泛的矿源层。