王 婧，馬奎羽，溫延星

(河北省地質(zhì)調(diào)查院,河北 石家莊 050081)

硫鐵礦是鐵的硫化物(黃鐵礦、白鐵礦和磁黃鐵礦)的礦物統(tǒng)稱。我國以硫鐵礦作為主要原料提取硫元素，制作硫酸和硫磺[1]。河北省硫鐵礦70%以上用于制酸，不足30%用于制造硫磺。

河北省開展硫鐵礦找礦工作較早，自20世紀(jì)50年代始，對(duì)興隆高板河黃鐵鉛鋅礦區(qū)進(jìn)行普查，至1982年肯定了這一代表性硫鐵鉛鋅礦床的工業(yè)價(jià)值；70年代，在邯邢地區(qū)發(fā)現(xiàn)了與磁鐵礦共生的接觸交代型硫鐵礦；80年代，在杏樹臺(tái)地區(qū)進(jìn)行詳查，確定了變成型礦床在全省的工業(yè)價(jià)值。經(jīng)過60余年的地質(zhì)勘查，取得了重大研究進(jìn)展和豐碩的勘查成果[2-5]。但前人工作多集中于單一類型和單一礦床，鮮有以全省硫鐵礦為研究對(duì)象的綜合研究。

通過對(duì)河北省硫鐵礦的成礦作用、成因類型和時(shí)空分布特征等進(jìn)行分析，總結(jié)Ⅳ級(jí)成礦亞帶成礦地質(zhì)特征，以期對(duì)河北硫鐵礦勘查部署和開發(fā)利用提供參考。

1 資源分布特征

河北省硫鐵礦資源儲(chǔ)量列居全國第十九位[6]。已探明礦產(chǎn)地共有34處，中型8處，小型14處，礦點(diǎn)12處。截至2018年底，累計(jì)查明資源儲(chǔ)量7268.49萬t(礦石量)[7]。礦產(chǎn)地分布較廣，主要集中在興隆—平泉、張北—蔚縣—淶源、阜平—井陘、邯鄲—邢臺(tái)地區(qū)。全省硫鐵礦資源較豐富，地質(zhì)勘查程度較高，但礦石品位偏低，含硫品位一般＜20%，大部分屬Ⅲ級(jí)品，近半數(shù)礦床未開發(fā)利用(表1、圖1)。

圖1 河北省硫鐵礦礦床成礦區(qū)帶分布圖

表1 河北省硫鐵礦礦產(chǎn)地一覽表

2 礦床成因類型

河北省硫鐵礦床分布廣，控礦因素多，成因類型復(fù)雜。不同的成礦條件形成不同的成因類型，可分為巖漿熱液型、斑巖型、陸相火山巖型、接觸交代型、變成型和化學(xué)沉積型6種類型[8]，其中以化學(xué)沉積型、接觸交代型為主(表2)。單獨(dú)的硫鐵礦礦床較少，常與多金屬礦共、伴生，共伴生元素有鐵、銅、鉛鋅礦和金、銀、鉬等；在沉積礦床中，常與煤、鋁土礦、耐火粘土等非金屬礦共生[9-10]。

表2 河北省硫鐵礦礦床成因類型一覽表

2.1 陸相火山巖型、巖漿熱液型、斑巖型

陸相火山巖型、巖漿熱液型及斑巖型礦床均位于燕山—遼西裂陷帶內(nèi)，主要分布在張北—赤城、興隆—平泉一帶。硫鐵礦體主要賦存于古元古界紅旗營子巖群變質(zhì)巖中，成礦與燕山期火山—巖漿侵入活動(dòng)有關(guān)，含礦熱液沿圍巖裂隙滲濾交代充填，在成礦有利部位富集成礦。故該類硫鐵礦礦床分布受火山機(jī)構(gòu)、侵入巖體及北東向斷裂構(gòu)造共同控制。成礦時(shí)代為燕山期。礦床規(guī)模一般為小型及礦點(diǎn)，以張北縣石頭囫圇為代表。

2.2 接觸交代型

接觸交代型礦床主要位于Ⅲ級(jí)地質(zhì)構(gòu)造單元晉中南—邢臺(tái)沉降區(qū)(Pt2-T2)內(nèi)，分布在邯邢地區(qū)和淶源等地。礦體賦存于石炭系本溪組、太原組、山西組煤系地層中，多為似層狀、透鏡狀，交代煤層產(chǎn)出。礦石礦物組成復(fù)雜，常與接觸交代型鐵礦、銅礦共生，金屬礦物一般為黃鐵礦、磁黃鐵礦、黃銅礦等。圍巖蝕變有矽卡巖化、鈉長石化、角巖化。成礦同燕山期中性雜巖體侵入有關(guān)。成礦時(shí)代為燕山期。礦床規(guī)模多為小型，以沙河市三王村為代表。

2.3 變成型

變成型硫鐵礦位于冀西—冀南微陸塊的阜平斷塊內(nèi)，多數(shù)分布在內(nèi)丘縣及阜平縣兩地，賦礦層位為阜平巖群元坊巖組、五臺(tái)巖群上堡巖組。礦體呈層狀透鏡狀產(chǎn)出，具硅化、黃鐵礦化及碳酸鹽化。礦石礦物為黃鐵礦、黃銅鐵礦和黃銅礦。成礦時(shí)代為新太古代。產(chǎn)地不多，以中型為主，代表性礦床為內(nèi)丘縣杏樹臺(tái)。

2.4 化學(xué)沉積型

化學(xué)沉積型是河北省硫鐵礦主要成因類型，主要分布在中元古代興隆沉積盆地、中元古代蔚縣沉積盆地、古生代井陘沉積盆地。賦礦層位有中元古界薊縣群高于莊組、待建系下馬嶺組及晚古生界石炭系本溪組。礦床規(guī)模較大，以中型為主。按成礦時(shí)代可分為中元古代高于莊期和下馬嶺期、晚石炭世本溪期三個(gè)成礦期。

(1)中元古代化學(xué)沉積型。

中元古代化學(xué)沉積型硫鐵礦床有兩個(gè)成礦期：薊縣紀(jì)高于莊期和待建紀(jì)下馬嶺期。前者礦產(chǎn)地集中分布在興隆沉積盆地，代表性礦床有興隆縣高板河，礦體產(chǎn)于薊縣群高于莊組地層中，與鎂質(zhì)碳酸鹽、頁巖地層有關(guān)[11-12]，成礦模式見圖2；后者礦產(chǎn)地主要分布在蔚縣沉積盆地，代表性礦床有涿鹿縣蕎麥川，礦體產(chǎn)于待建系下馬嶺組地層底部，與角礫巖、泥灰?guī)r、頁巖地層有關(guān)。二者分布皆受層位和巖性控制。

圖2 興隆縣高板河硫鐵礦礦床成礦模式圖

(2)晚石炭世化學(xué)沉積型。

晚石炭世硫鐵礦僅2處小型礦產(chǎn)地，分布在井陘盆地內(nèi)。礦體產(chǎn)于石炭系本溪組含煤系地層底部，中奧陶馬家溝組灰?guī)r古侵蝕面之上，與頁巖、粘土巖有關(guān)。成礦時(shí)代為晚石炭世本溪期。以井陘縣綿河灘為代表。

3 Ⅳ級(jí)成礦區(qū)(亞)帶分布特征

根據(jù)陳毓川、徐志剛等理論[13-16]，將河北省劃分為2個(gè)成礦省，4個(gè)成礦區(qū)帶，13個(gè)成礦亞帶。其中5個(gè)Ⅳ級(jí)成礦亞帶與硫鐵礦有關(guān)，以燕遼(坳陷、拉張)Cu-Mo-Pb-Zn-Ag-Au-Fe-Mn-煤成礦亞帶(Ⅲ-57-②)、太行Fe-Mn-鋁土礦—石膏—煤—煤層氣(Ⅲ-61-③)成礦亞帶最為重要(見圖1)。

3.1 華北陸塊北緣東段Fe-Cu-Mo-Pb-Zn-Ag-Mn-U-磷—煤—膨潤土成礦帶(Ⅲ-57)

華北陸塊隆起帶東段Fe-Au-Ag-Pb-Zn-Mo-U-磷—煤—膨潤土成礦亞帶(Ⅲ-57-①)：有礦產(chǎn)地4處，其中小型1處，礦點(diǎn)3處。礦床成因類型主要為巖漿熱液型。礦體圍巖為紅旗營子巖群變質(zhì)巖及白堊系張家口組火山巖，受構(gòu)造接觸帶控制。區(qū)內(nèi)發(fā)育多處小巖株及次火山巖體，成礦與燕山期火山-巖漿侵入活動(dòng)有關(guān)。

燕遼(坳陷、拉張)Cu-Mo-Pb-Zn-Ag-Au-Fe-Mn-煤成礦亞帶(Ⅲ-57-②)：有礦產(chǎn)地16處，其中中型4處，小型7處，礦點(diǎn)5處。礦床成因類型以化學(xué)沉積型為主，接觸交代型和巖漿熱液型次之。化學(xué)沉積型礦床主要位于蔚縣盆地、興隆盆地內(nèi)，賦礦圍巖為中元古界薊縣群高于莊組白云巖、待建系下馬嶺組頁巖，成礦與濱淺?！獫暫练e作用有關(guān)。接觸交代型礦床主要分布在大河南—懷來巖漿巖帶內(nèi)，即王安鎮(zhèn)—大河南巖體周圍，受巖體與圍巖接觸帶控制，一般為接觸交代型銅鉬鉛鋅多金屬礦的共伴生礦產(chǎn)。巖漿熱液型礦床成礦母巖則為閃長玢巖或閃長巖脈。

馬蘭峪—綏中(次級(jí)隆起)Fe-Au-Pb-Zn成礦亞帶(Ⅲ-57-③)：有礦產(chǎn)地2處，其中小型和礦點(diǎn)各1處。礦床成因類型均為火山—巖漿熱液型。成礦受燕山期閃長巖體及斷裂控制，圍巖為寒武系饅頭組角巖(泥頁巖受巖漿熱變質(zhì)作用角巖化)。

3.2 山西(斷隆)Fe-鋁土礦—石膏—煤—煤層氣成礦帶(Ⅲ-61)

垣山—五臺(tái)山Fe-金紅石成礦亞帶(Ⅲ-61-①)：有礦產(chǎn)地3處，包括中型1處，礦點(diǎn)2處。礦床成因類型以變成型為主，礦床位于阜平斷塊內(nèi)，礦體賦存于新太古界五臺(tái)巖群板峪口組及上堡巖組片麻巖中，成礦與新太古代區(qū)域變質(zhì)作用有關(guān)。

太行Fe-Mn-鋁土礦—石膏—煤—煤層氣(Ⅲ-61-③)成礦亞帶：有礦產(chǎn)地9處，包括中型3處，小型5處，礦點(diǎn)1處。成因類型有接觸交代型、變成型及化學(xué)沉積型。接觸交代型礦床主要分布邯邢地區(qū)，礦體賦存于石炭—二疊系煤系地層中，受煤層及巖性界面控制，順層及層間交代形成礦床。變成型僅杏樹臺(tái)硫鐵礦1處，礦體賦存于新太古界阜平巖群元坊巖組變質(zhì)巖中?；瘜W(xué)沉積型礦床分布于井陘盆地中，礦體賦存于中奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖與本溪組底部的古風(fēng)化殼上。

4 時(shí)空分布特征及成礦規(guī)律

4.1 時(shí)空分布特征

河北省硫鐵礦時(shí)空分布特點(diǎn)表現(xiàn)為成礦時(shí)間上的貫通性和空間分布上的廣泛性。即從新太古代、中元古代、古生代至中生代，所形成的硫鐵礦床遍及燕山-遼西裂陷帶及晉中南—冀西南沉降帶。以Ⅲ-57-②、Ⅲ-61-③成礦亞帶最為重要，成礦時(shí)代以薊縣紀(jì)、燕山期為主。時(shí)空分布特征見表3。

表3 河北省硫鐵礦時(shí)空分布表

4.2 成礦規(guī)律

(1)與巖漿作用有關(guān)的硫鐵礦床。

與巖漿作用有關(guān)的硫鐵礦床主要為陸相火山巖型、巖漿熱液型、接觸交代型、斑巖型4種類型。該類礦床形成于燕山期，伴隨大規(guī)模燕山構(gòu)造運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的強(qiáng)烈火山—巖漿活動(dòng)，是包括硫鐵礦及其它內(nèi)生多金屬礦產(chǎn)的源動(dòng)力條件，其成礦活動(dòng)亦往往構(gòu)成共生成礦系列，硫鐵礦多與鐵、銅、鉛鋅、銀等組分共伴生，且表現(xiàn)為空間上的分帶性，單獨(dú)的硫鐵礦床較少。

較早的火山作用形成的硫鐵礦床，已知僅有赤城縣青羊溝、隆化縣西屯村和承德縣磴上三個(gè)礦點(diǎn)，均分布在冀北，是由火山噴發(fā)產(chǎn)生的含礦熱液沿火山巖層交代富集或充填附近構(gòu)造裂隙成礦。在河北省各大斷陷火山盆地，特別是有中性熔巖(安山巖、英安巖、安山質(zhì)粗面巖)分布區(qū)，與青磐巖化、次生石英巖化相伴的黃鐵礦化普遍發(fā)育，具很大的找礦潛力。

較晚的大規(guī)模巖漿活動(dòng)形成的硫鐵礦床(包括成因相近的接觸交代型、巖漿熱液型、斑巖型)，主要分布于晉中南—邢臺(tái)沉降(坳陷)區(qū)，其中的武安盆地是著名的邯邢式鐵礦區(qū)，相應(yīng)硫鐵礦的成礦性也較好，集中形成了沙河市三王村含鈷銅硫鐵礦、永年區(qū)臺(tái)口硫鐵礦兩個(gè)中型礦床，以及沙河市白澗鐵礦等三處小型共生礦床。其成因類型均為接觸交代型，成礦母巖主要為鈉化蝕變較強(qiáng)的閃長巖和閃長玢巖，圍巖為中奧陶統(tǒng)灰?guī)r和石炭、二疊煤系地層；一般磁鐵礦體賦存于接觸面的矽卡巖帶中，硫鐵礦則沿接觸外帶的灰?guī)r或煤系地層順層交代富集成礦。同類型尚有淶源縣浮圖峪銅鐵礦、懷來縣水口山磁黃鐵礦等五處小型礦床。巖漿熱液型和成因相近的斑巖型硫鐵礦床，僅平泉市永安硫鐵礦達(dá)中型規(guī)模，礦體受與東北向短軸背斜相互平行的斷裂構(gòu)造控制，賦存于爆破角礫巖帶(1號(hào)礦體)和閃長玢巖脈(2號(hào)礦體)中，礦石礦物為黃鐵礦、磁黃鐵礦，少量黃銅礦、方鉛礦、閃鋅礦、硫砷礦、磁鐵礦，脈石礦物有長石、角閃石、云母、石英、方解石、磷灰石等；其脈石礦物成分與成礦母巖(閃長玢巖)造巖礦物組合一致，整個(gè)爆破角礫巖帶和閃長玢巖脈既為礦體，全巖礦化蝕變成礦。類似的有平泉市老杖子、興隆縣南雙洞西廠溝硫鐵礦等五處小型礦床；但其中張北縣石頭囫圇磁黃鐵礦，礦體賦存于紅旗營子群片麻巖層中，礦體成群出現(xiàn)、熱液活動(dòng)強(qiáng)烈；礦石礦物為磁黃鐵礦、共伴生鋅銅，脈石礦物為透輝石、石榴子石、綠簾石、硅線石等，具典型高溫矽卡巖礦物組合特征；預(yù)示礦區(qū)深部具有尋找更大規(guī)模硫鐵及共伴生銅、鋅、鐵礦的潛力。總之，巖漿熱液型硫鐵礦成礦母巖以幔源型閃長巖、閃長玢巖為主，次為I型花崗閃長巖、花崗巖；同一礦床(或礦田)常與鐵、銅、鉬、鉛鋅礦共伴生，由巖體內(nèi)帶至外帶，形成斑巖型—接觸交代型—熱液脈型的共生組合規(guī)律。

(2)與變質(zhì)作用有關(guān)的硫鐵礦床。

與變質(zhì)作用有關(guān)的硫鐵礦床為變成型，分布于冀西—冀南微陸塊之阜平斷塊的中部和南部，已知有兩處中型礦床和一處礦點(diǎn)。其中內(nèi)丘縣杏樹臺(tái)硫鐵礦賦存于新太古界阜平巖群元坊巖組二段，巖石組合為斜長角閃巖、黑云角閃斜長片麻巖，夾白云質(zhì)大理巖、磁鐵石英巖；原巖為一套海相環(huán)境沉積形成的陸源碎屑巖—碳酸鹽巖建造；變質(zhì)相屬高角閃巖相—麻粒巖相。大川硫鐵礦賦存于新太古界五臺(tái)巖群上堡巖組，由黑云角閃斜長片麻巖、石英片巖、斜長角閃片巖、磁鐵石英巖組成；原巖為中性—中基性火山—沉積巖夾硅鐵建造；以低角閃巖相變質(zhì)為主，后期有綠片巖相變質(zhì)作用疊加。這些礦床的近礦圍巖均為黑云角閃斜長片麻巖和斜長角閃巖，硫鐵礦體嚴(yán)格受層位控制，伴隨有較強(qiáng)硅化、絹云母化和綠泥石化等圍巖蝕變，其中硅化與成礦關(guān)系密切。其成礦活動(dòng)為海底基性—中基性火山噴發(fā)提供的豐富成礦物質(zhì)，經(jīng)區(qū)域變質(zhì)作用進(jìn)一步富集成礦。該類型硫鐵礦常共伴生磁鐵礦和銅、鋅、鈷、鎳等，規(guī)模較大、綜合工業(yè)價(jià)值高，是河北省最早勘查并開發(fā)利用的礦床類型。

(3)與沉積作用有關(guān)的硫鐵礦床。

與沉積作用有關(guān)的硫鐵礦床主要為化學(xué)沉積型，形成于蓋層發(fā)展階段，主要成礦期為薊縣紀(jì)高于莊期、待建紀(jì)下馬嶺期和晚石炭世本溪期。前者位于薊縣—唐山裂谷盆地偏北的興隆—高板河—寬城一線，在高于莊期為一系列東北向水下凹陷盆地之近濱海盆地相沉積環(huán)境；后兩者分別位于：宣化—易縣盆地中心的涿鹿—懷來一線，在下馬嶺期屬淺海陸棚潟湖相沉積環(huán)境；井陘海陸交互相沉積盆地中心一帶，在晚石炭世本溪期屬濱海海灣潟湖相沉積環(huán)境。這些伴隨蓋層發(fā)展所形成沉積型硫鐵礦床的特點(diǎn)是：同處封閉—半封閉系統(tǒng)，海水介質(zhì)鹽度高、堿性強(qiáng)，促使早期因藻類和細(xì)菌大量繁殖而導(dǎo)致海水硫酸鹽的還原，使底部水底形成了含H2S的較強(qiáng)還原環(huán)境，大量的H2S與古陸剝蝕搬運(yùn)來的金屬離子起反應(yīng)、通過沉淀和膠體沉積的方式，形成了層紋狀、層狀、角礫狀、膠狀、浸染狀黃鐵礦及鉛鋅礦。這種受巖相古地理環(huán)境控制的專屬成礦規(guī)律，對(duì)于河北省已知老礦山的探邊找盲或新產(chǎn)地的找礦，具有現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。

5 結(jié)論

(1)河北省硫鐵礦床可劃分為巖漿熱液型、斑巖型、陸相火山巖型、接觸交代型、變成型、化學(xué)沉積型6種成因類型，其中以化學(xué)沉積型、接觸交代型最為重要。

(2)全省硫鐵礦有5個(gè)成礦期：新太古代，中元古代薊縣紀(jì)、待建紀(jì)，燕山期，石炭紀(jì)。薊縣紀(jì)和燕山期是2個(gè)非常重要的成礦期，資源儲(chǔ)量占比分別為43%和31%。主要賦礦層位為中元古界薊縣群高于莊組、古生界石炭—二疊系煤系地層。因此，中元古代沉積盆地和晚古生代沉積盆地是重要的找礦地段；燕山期中酸性巖漿巖帶也是重要找礦地段。

(3)與硫鐵礦有關(guān)的Ⅳ級(jí)成礦亞帶有5個(gè)，其中最重要的成礦亞帶為Ⅲ-57-②、Ⅲ-61-③兩個(gè)成礦亞帶，資源儲(chǔ)量占比分別為54%和39%。

(4)與巖漿作用有關(guān)的硫鐵礦常與鐵、銅、鉬、鉛鋅礦共伴生，由巖體內(nèi)帶至外帶，形成斑巖型—接觸交代型—熱液脈型的共生組合規(guī)律，在找礦過程中加強(qiáng)綜合評(píng)價(jià)十分必要。此外，在冀西北的火山巖區(qū)普遍發(fā)育硅化、青磐巖化，伴有強(qiáng)烈的黃鐵礦化，如大河南三里棚、易縣大北莊等火山盆地，成礦條件有利，可作為找礦遠(yuǎn)景區(qū)加強(qiáng)勘查。