北台铁矿床通过二期勘探由中型变大型的启迪

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  内容提要:北台铁矿位于辽宁省本溪市北台镇境内,矿区出露地层主要为前震旦系中鞍山群烟龙山组,矿床类型属鞍山式变质铁矿,矿体赋存在中鞍山群大峪组变质岩系中。本文通过1984~1986年间对北台铁矿进行二期勘探,取得的重大成果,使矿床储量大增(净增8666万吨)。受到了一定的启迪。
  【中图分类号】P577
  概况
  北台铁矿是辽宁省北台钢铁厂露天铁矿,南北长1.6公里,东西宽2.8公里,面积4.5平方公里。年产铁矿石120~150万吨。供给北台钢铁厂和新抚钢。北台铁矿由大顶子、张家沟、北台沟老榆树沟—新榆树沟和东庙山四个矿段组成。矿山对大顶子、张家沟、北台沟等矿段进行开采,1984年前对北台铁矿床先后进行五次勘探工作,他们对地质构造、矿石质量、矿石物理性质,矿石可选性进行了研究,共获6442万吨矿量。
  北台铁矿床为太古宙鞍山式铁矿,矿体赋存在中鞍山群大峪组变质岩系中矿区地层分为下部片岩(属细粒黑云母变粒岩遭受强烈构造变形,一其韧性剪切带的影响而产生),斜长角闪岩层(大于400米),主要有二云石英片岩、白云绿泥石英片岩、黑云变粒岩及少量的阳起石英岩、石英岩组成。中部含铁层(厚70~240米),主要由磁铁石英岩斜长角闪岩及片岩。上部变粒岩、斜长角闪岩层(厚度大于1000米)主要为斜长角闪岩及片岩,磁铁阳起石英岩,角闪变粒岩、白云浅粒岩等。经过原岩恢复,本区变质岩的原岩为玄武岩类以灰质的变质岩和沉积的变质岩为主。
  区内岩浆岩有混合花岗岩、花岗岩、花岗伟晶岩、辉绿岩、闪长岩、煌斑岩和石英脉。出露面积占矿区总面积的60%。侵入于鞍山群地层中,对矿体破坏性较大,矿区构造比较复杂,褶皱与断裂发育。经历了太古构造旋廻的三期褶皱变形和后期的断裂作用,相继发生的各种形迹,在空间上相互迭置复合,同时又受到较新的构造形变的影响,以致造成现今的复杂构造图像,先由扁平化石英颗粒及片状矿物的 定向排列的片理及磁铁石英岩的条带面置换了原来沉积层理,呈南北向延深,向西陡倾斜的平行式、到相似式的褶皱形态,最后成为紧密同斜褶皱(使矿体增大)。
  早期褶皱为近南北紧密同斜褶皱,造成矿体重复加厚与第二期、第三期褶皱的迭加干扰,使铁矿再次发生三共轴的或横向的褶皱,并控制了矿体的发布,第二期褶皱与第一期呈共轴迭加,形成轴向近南北,往北或北北西方向倾斜。这两次由近东西水平挤压应力作用形成塑性形变,第三期表现为开阔平行或舒缓波状褶皱,轴向近东西,往西倾的倾向褶皱,(近南北方向应力造成的向南西倾伏),第四期以一组50~60°走向压扭性左平行断裂,主要断裂有F1寒岭断裂,在矿区东南边部,未通过矿体,对矿体影响不大。F2大顶子和张家沟两矿段之间的断层水平断距600米以上,断面南东倾倾角70~80°由拖拉体砾岩及岩脉充填,岩脉又遭挤压破碎。F3张家沟和北台沟—榆树沟之间的断层,水平断距3000米,沿断裂有压碎结构、靡掕岩化带发育的扭性断裂。其它断裂规模较小。
  先后由不同单位进行五次勘探的北台铁矿床,认为是一个弓形向斜,大顶子与张家沟为东翼,大顶子矿层倾向南西,为倒转将张家沟矿段的钻探工程均布置在北东部,开孔方位264°其结果是深部工程落空,结论是矿体延深不大,深部无矿,故所求矿量有限。前人还根据老榆树沟区施工的几钻孔个见矿厚度不大,认为深部矿体更要变薄或尖灭。
  北台铁矿由四个矿段组成,主要矿层有七层,上部四层薄层状,下部三层厚度较大(30~60米)分布稳定,为矿山主要开采对象,呈层状或似层状。以第五层铁矿为主,全长3060米,厚度2~150米。倾斜延深70~600米,矿区岩层走向大顶子和张家沟为北东,倾向北西,倾角40~80°,东庙由逆奥陶灰岩之上,矿层破碎,产状絮乱。
  成为大型铁矿床的过程和研究方法
  应北台钢铁厂要求,于1984~1986年对北台铁矿进行二期勘探,除完成地质填图、山地工程、钻探及采加化等项任务外,在二期勘探过程中,始终贯穿着综合研究工作。在起初编制设计时全面搜集前人资料基础上,认为张家沟和老榆树沟区矿体也具备“鞍山式”铁矿延深比较大的特点,当时大胆的设计了深孔,张家沟ZK1206孔,在矿带北东侧,开孔方位246°,开孔倾角83°设计孔深300米,实际孔深553.34米,达到-280米标高,见8层矿,还有3层厚度小于2米,穿矿200米,仍未出矿,停在矿层中。钻孔下部矿芯的轴心夹角很小0°左右,个别地方10~15°表明钻孔顺层了,虽然方位偏差较大,但钻孔倾角仍大于55°,矿层增多也说明是矿体折回重复穿矿的原故(图二)。ZK1611孔孔位也在矿带的北东侧,离矿带稍远点,该孔落空(图三)。分析其原因是深部矿层没有北东方向延深,而转为南西倾斜的结果,与ZK1206孔情况吻合。
  从钻孔见矿情况分析,发现的地质信息对埋藏在地下的矿床来说是值得重视和借鉴。应用成矿地质规律的共性。北台—歪头山褶皱隆起带在区域上格局呈南北向延伸,被一组北东向左行扭性断裂错开,南东盘依次向北东扭错,区内铁矿层均为被纵、横向褶皱复杂化的似单斜构造。矿层与纵向褶皱面西倾(歪头山、枣树沟、红旗、银匠、梨树沟棉花等矿均西倾)。位于隆起带南端的北台铁矿也不例外:既大顶子、张家沟、东庙山、北台沟、榆树沟等几个矿段原先也应是一个近南北向的矿带,后被F2、F3扭错,形成现在的展布形态。走、倾向转相同角度北台沟顺时针转30~50°,呈北东向,大顶子、张家沟走向一致,倾向也应相同。对构造有了新认识后又对全矿区地层对比,理顺地层层序,经综合分析认为大顶子、北台沟—榆树沟地层是正常的;张家沟地表岩层则是倒转的,其依据是含铁带上部的斜长角闪岩层中夹薄层角闪磁铁石英岩,而张家沟也具有这一层,只是前人把它划入矿带的下部(此层矿区内分别稳定,连续性也好)。从矿区地层层序可以看出张家沟矿段地表岩层是倒转的,引起倒转的原因,是受东北向断层作用所致,其深部又该如何?据原7、10、13、16线深部钻孔未见矿(50~60米厚的矿层不能突然尖灭)。尤其在“鞍山式”铁矿中少见,若被错掉的话而地表又无断层,结合ZK1206孔顺矿化带跑了,使认定深部岩层可能向南西倾。并且矿体延深较大。北台沟和老榆樹沟前人认为是断开的,矿体延深不大, 根据地层磁异常等认为两区矿体相连,而且矿体延深较大。据大顶子与张家沟地表矿层相背倾斜,前人认为是背斜,然而主矿层(原F5)位置不是横向对称(大顶子在矿带北东侧,张家沟也位于矿带北东侧)而是纵向对应,若将F2拉回,则正好对应相连,它们的产状也应是一致的,都向南西倾,而张家沟在地表是北东倾—局部倒转。提出上述的新认识,涉及到勘探工程的摆布及矿床远景评价,故又采取其它方法进一步研究和验证。如用磁法定量计算确定矿体产状,三分磁测井、定向取芯等。   用磁法定量计算确定矿体产状:磁法精测剖面进行剩余异常计算(10/12/16线)分析矿体在深部趋于直立,矿体深部转向南西倾斜三种方案进行。只有当在深部转向南西倾斜(当在0米标高)时,能够拟合实测曲线(图四)。10线在50米标高以上产状接近直立,50米标高以下矿体向南西方向倾斜,倾角40°矿体延伸到-150米标高以下(延深较大)。在紧靠矿体的北东侧,另有一盲矿体(埋深10米,厚度42米,产状与已知矿体基本一致)。12、13线 精剖计算,都 得出矿体在深部向西倾。精剖电算结果与地质认识一致。
  用三分量磁测井确定矿体产状:对ZK1206孔用做图方法确定矿体产状,在-165米水平(孔深350米)以上△F→矢量指向北东,在其下△F→矢量指向南西,据△F→矢量极高的原理,做出矿体层高线恰好于此,其转折部位在-180~-190米标高。(图五)既-165米以上倾向北东、-165米以下层面倾向南西。Zk1510孔在200米以上倾向北东,200米以上向南西倾斜。磁测井研究张家沟矿段产状的结果也与地质认识和磁法精剖电算结果一致。
  用钻孔定向取芯确定矿体产状:1985年3月新开ZK1001孔钻进范围由246°改为66°,4月25日在276.30米下见矿两层,厚度50与40米,与280米处做了井中打定向取芯,经计算矿层倾向206°,倾角80°,该孔打到556.51米(-350米水平)。证明矿体向南西方向延深很大。ZK1502孔于212米处矿体倾向189°,倾角78°其后又相继施工了ZK1002、ZK1003、ZK1005、ZK1006这些孔施工结果,矿体深部均向南西倾斜(图六)。在10线验证完成后,相继对7线、15线、12线、8线(六孔)13线(三孔)都进行了深部勘探,结果是深部钻孔都见了矿,无一落空。打开了张家沟深部找矿的局面,矿段储量大增(新增2771万吨)。北台沟—榆树沟勘探结果也说明是连在一起的,矿体延深较大,储量增加4500万吨。为矿山提供一个新采区(老榆树沟)1987年10月提交《辽宁省北台铁矿二期勘探地质报告》经全国储委审查批准,认为是一份优质报告,储量由原来的6442万吨增加到15108万吨,由原来中型变成大型铁矿床。(图七)
  对人们的启迪
  北台铁矿是一个经过多次找矿勘探,矿山生产多年的老矿,这次在较短的时间内,取得了较好的成果,使矿床储量大增(净增8666万吨),矿山生产规模逐年扩大(原年产矿石120万吨,现已达到160万吨,还要扩大到200万吨)。与本次工作始终贯彻综合研究的指导思想是分不开的。在一个前人研究程度较高的老矿区,开创自己的思路,既不受前人的认识所约束,又重视前人成果而客观地进行分析研究;既不能不加分析地承袭前人的认识而草率地工作,又要实事求是的深入细致的工作;既要多兵种、多方法的各有专责的分工又要互相协作共同攻关,才能取得丰硕成果。如本次矿床规模扩大的原因是矿体延深加大,厚度增加(张家沟矿段-150米矿厚50米),并发现较大的盲矿体(-350米水平厚40米),其经济效益可观。还有由于解决了矿区构造问题,及时修改设计,加快了勘探速度,节省了盲目性和试探性而增加的钻探工程量(约1500米),在经济上也有一定的意义。再有矿山不仅扩大规模,由于矿石量的增加,北台钢铁厂生产也逐年增加,新建高炉已由原来年产18万吨铁,现已达到32万吨,到95年可达75万吨(由于矿石中的硫、砷、铋、锡、锑、铝较低,矿石经选后成为超低杂质的最佳原精矿,冶炼出最优质生铁,是铸件的最优材料)。由于矿体产状的解决,矿体位置得到准确的圈定,矿山开采露天边界随之得到正确的确定,多采矿石1000万吨,在-90米以上可少剥岩1100万吨,矿石成本也必将大幅度降低,效益良好。还将增加拟采50万吨/年的新采区。
  处在低潮状况的找矿工作与当前工业发展进程远远不相适应,今后随着找矿深(难)度增加,事倍功半,而具备成矿有利地质条件地方,又有历年地质队伍的不断投入,今后还有可能突破吗?北台找矿事例给我们很好的启迪,即使是习惯于围着矿山转,沿用就矿找矿理论……也要从整体角度用成矿规律的分析眼光来联系区内的成矿实质,把注意力投向综合研究,针对其特点采用有效找矿技术方法,打开找矿思路及有新重大发现是可以期待的。
  地下资源是大自然赐予,但要靠为建设付出心血、洒下汗水而辛勤劳动的地质工作者去勘查,同时还需历尽千辛万苦、披荆斩刺的实践活动和开拓精神。以及忠于职守的奉献精神将埋藏在地下的资源搞清,以便开采出来供人们使用,而加强工业建设发展势在必行,因此摆在面前还有一个如何充分利用新信息及资源问题,一旦发现新的信息,要为人们所重视,使其迅速孕育出成矿—找矿新思路,所以每个地质人员都要打破传统习惯来个提高认识的过程。资源如在矿体顶、底及中间夹层的表外矿(或极贫矿)在开采过程中同时进行穿爆、铲装、运输等工序和整个管理工作,采场到选厂的运距一般不大于采场到排土场的平均距离,而回收可以降低剥采比,无需变更采掘设计和增加生产成本(技术上可行)。开展矿石品位指标优化研究,用数理统计方法建立, 品位与储量和平均品位数学模型,引用软件进行选矿试验,表外与表内矿混合入选仍可采用原选矿工艺,精矿品位仍在67%,只选比增大,将品位降低到20%,总利润636万元/年,净现值(增125亿),精矿量(增122.1万吨/年)能源减(节约1908吨标准煤/年)既都能达到最佳,可用于生产经验。并试验表明大部分矿石是可磨可选的,大力回收利用,不仅增大矿山产量,弥补选厂入选矿石的不足,也充分发挥综合生产能力,提高整个企业的经济效益。
  以铁矿蕴藏量驰名的辽宁省(占全国总储量的四分之一),铁矿高度集中在鞍山—辽阳—本溪(既鞍本)地区(占省内总储量的94.2%),如何发挥本地铁矿资源的优势,并将其逐步转化为经济优势,除在老矿山周围寻找新资源及建设卫星矿外,还要通过矿山挖潜改造的路子:既改变综合开发差与矿石损失浪费大和积极回收低品位矿,做到充分利用资源。从而积极合理利用本地资源,提高矿石的自给能力,减少铁矿石的进口(全国每年需进口数千万吨,不但花费大量的外汇,也使企业出现严重的经济困难)。因而要考虑与本矿地质条件几乎雷同的铁矿床(如烟龙山组底部层位的歪头山、闫家岭、银匠、大汪沟、炭城沟、鸡冠山、大河沿、北台及松树沟、梨树沟等。(多层次、单层厚10~60米),是否还能有新的重大发现。与本矿地质条件近似的烟龙山组上部层位的马耳岭、烟龙山、棉花东沟、腰岗子(1~2层,单层厚度20~40米,多为中小型矿床)是否也有擴大规模的可能。与本矿地质条件有相似之处的大峪沟组层位的贾家堡子、孟家堡子及小汪沟汤河沿等磁异常是否也能有增加储量的希望。与本矿地质条件可以借鉴的山城子组地层(顶部)的枣树沟、山城子、果木园子、北大山等(1~2层,单层厚度20~40米,小型矿床)是否也有新的储量,新的希待。(如歪头山已经利用)实践说明降低品位、扩大储量的途径大有可为,何况北台~歪头山还有极贫矿和近层位的磁铁阳起石英岩及所谓的绿色岩系,它们含铁都接近20%,通过技术改革是否也能加以利用。若能加以利用其矿量是很大的,数量大有可观。
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