(一)矿带地质概述
图4-15 五台山绿岩带地质略图
(据吴素珍，1991；田永清，1991，有简化、修改)
1—第四纪；2—寒武-奥陶纪；3—长城系；4—郭家寨亚群；5—东冶亚群；6—豆村亚群；7—次绿片岩相高凡亚群；8—绿片岩相石嘴亚群；9—角闪岩相石嘴亚群；10—阜平岩群；11—吕梁期花岗岩；12—五台期花岗岩类
五台山新太古代绿岩带主要分布在山西五台山区，西起原平，东至灵丘，呈北北东向展布，延伸大于160km，宽35km。在其东南部以北东方向展布的龙泉关韧性剪切带为界与古-中太古代阜平深变质绿岩带相邻，在西北则是恒山麻粒岩-片麻岩区，也就是五台山绿岩带产在恒山和阜平两个古老陆核之间(图4-15)。绿岩带的地层为五台群，是一套经受角闪岩相-次绿片岩相多期变质和变形叠加的火山-沉积岩系，总厚度在7000m以上。五台群可分为两个亚群，下亚群为石嘴亚群，上亚群为高凡亚群。石砠亚群是绿岩带的主要火山岩岩石单元，由低 中压型绿片岩相至角闪岩相的火山-沉积岩系组成，总厚度可达5300m。底部为陆源碎屑沉积岩(板峪口组)，主体则是旋回性明显的基性、中基性以及部分中酸性火山熔岩和火山碎屑岩的变质产物：斜长角闪岩、角闪变粒岩、黑云变粒岩、绿泥片岩、绢英片岩、绿泥石英片岩等。在基性火山岩层中含有多层条带状铁建造(BIF)，偶夹变质砂砾岩、石英岩和大理岩。按岩性组合这套变质火山-沉积岩层自下而上被划分为金刚库组、庄旺组、柏枝岩组/文溪组，鸿门岩组，其中金刚库组和柏枝岩组/文溪组为两个含铁岩系，在一定地段形成具有工业意义的矿床，同时也是条带状铁建造型金矿最有希望的层位。高凡亚群是绿岩带上部岩层以沉积岩为主的岩石单元，分布局限，集中产出在五台山西部地区。它是一套浅变质的沉积岩系，主体为砂质、粉砂质和泥质岩呈韵律沉积的陆源碎屑建造，顶部为变质基性火山岩。该群平行不整合在下亚群之上，其东南部和南部又被滹沱群的不整合覆盖，厚度在1200m以上，自下而上分为张仙堡组、磨河组、鹞口前组。五台群地层的原岩岩石类型以火山岩和火山沉积岩占优势，约占总岩石量的65%，沉积岩约占35%。各类火山岩中，以镁铁质火山岩为主，有一定量的安山岩和长英质火山岩。各类火山岩的比例为：镁铁质火山岩77%，长英质火山岩11%和安山岩12%，它们在整个绿岩带地层中所占的比例相应为50%、7%和8%。五台山绿岩带的地层具有独自的特点：①地层的底部为陆源碎屑沉积，是典型的陆壳，而缺少代表洋壳的科马提岩组合。②具两个镁铁质火山喷发旋回(金刚库组-庄旺组和柏枝岩组-鸿门岩组)，并且都有BIF产出。但它们也有差异：下部绿岩中玄武质成分较少，有较多安山岩而缺乏流纹岩；上部绿岩则以玄武岩成分占主导地位，流纹岩成分增多，而安山岩减少。③下部火山岩系地层中沉积岩的比例较大，按厚度计算约占22%，而上部沉积岩发育有限。
区内花岗质岩石分布广泛，其分布面积占区内太古宙岩石出露面积的50%以上。按与绿岩的关系，可区分为前绿岩(构造前)、同构造和后构造等类型。岩石类型有TTG质片麻杂岩、片麻状花岗岩、石英闪长岩-英云闪长岩、花岗岩、闪长岩等。本区基底杂岩有恒山TTG质杂岩、北台智存沟岩体等。同构造期的花岗质深成岩体主要形成在25亿～26亿年，有石佛、兰芝山、峨口、义兴寨、独峪、王家会、光明寺等。后构造的花岗质侵入岩主要形成在吕梁期(2100～1800Ma)，一般呈不整合侵入体，其岩性除少部分为钠质外，一般富钾，如平型关、莲花山、凤凰山、大洼梁等岩体。
五台群的总体构造格架是一个长轴为60°～70°方向呈“之”字型展布的复式倒转向斜。岩层片理同区域性倒转褶皱轴面面理一致，均向北西倾斜。其后又被一系列成因上同褶皱变形，但形成较晚的韧性-脆韧性剪切带所肢解。这一构造背景直接反映的是五台变形期和吕梁变形期的叠加、变形改造。从变形机制上看，则反映出是以褶皱变形为主，剪切变形叠加在褶皱变形之上。五台群的构造轮廓也可以理解为以一系列韧性剪切为构造边界的褶皱片体组合(田永清，1991，1996)。
五台群的形成时代在25亿～28亿年，顶界年龄在25亿年，底界年龄在28亿年，在25亿～26亿年有一次强烈的构造热事件(沈保丰等，1998a，2003)。
五台山地区绿岩带中的铁矿床是条带状铁建造(BIF)型，属阿尔戈马型，是我国铁矿的重要产区。分布着超大型山羊坪铁矿床(储量7.63亿吨)1处，柏技岩、白峪里、平型关、赵村等大型铁矿床至少4处，及八塔、张仙堡、山碰、黑山、大明烟、铺上、大草坪等一批中、小型铁矿床(图4-16)。条带状铁建造铁矿床集中分布在五台群的金刚库组和文溪组/柏枝岩组中，产出层位稳定，分布广泛。金刚库组中的铁矿床主要分布在绿岩带的周边，成NE-NEE向延伸的两个带，其中北带规模较大，主要出露在五台山北麓，条带状铁建造断续延伸百余公里，产出如黑山铁矿床等。南带规模相对较小，主要分布在五台山的东南缘，条带状铁建造断续延长约40km，金刚库硫铁矿床即产于其中。柏枝岩组/文溪组中的铁矿床主要分布在复式向形构造的核部，形成中央矿带，东西长约73km，宽1～20km。在中央矿带内，条带状铁建造断续产出，分段集中，从东到西形成包括大草坪、柏技岩、大明烟、铺上、白峪里、山羊坪等一系列规模不等的铁矿床和矿点。
金刚库组中的铁矿床主要集中在该组岩层的下部岩性段内，呈层状与斜长角闪岩和角闪黑云变粒岩互层，如在金刚库组下段地层发育的石砠一带，从下到上出现两个含铁层，下部含铁层产在角闪黑云变粒岩和斜长角闪岩中，上部含铁层主要与斜长角闪岩成互层状(李树勋等，1986)，每个含铁层都有数层厚薄不等的条带状铁建造与黑云变粒岩或斜长角闪岩的互层组成。通常下部含铁层中条带状铁建造单层厚度较薄，层数较多；而上部含铁层中条带状铁建造单层厚度较大，层数较少。
文溪组中的铁矿床主要产在文溪组上部的角闪黑云变粒岩和斜长角闪岩中。柏枝岩组中铁矿床主要产在绿泥钠长片岩、绿泥片岩、绢云绿泥片岩中，集中在基性-中酸性火山沉积旋回的下部，是五台山地区最主要的条带状铁建造层位。在该组中共有二个含铁层，上部铁矿层较厚，下部铁矿层较薄。柏枝岩和山羊坪铁矿床主要产在安山质-长英质火山碎屑岩向镁铁质火山岩过渡处的镁铁质火山岩中。而八塔、张仙堡等铁矿床则是位于镁铁质火山岩顶部，由镁铁质火山岩和粘土岩接触界面附近。
从条带状铁建造规模来看，在不同矿带之间，同一矿带的不同地段，同一地段的不同层位，条带状铁建造规模变化很大。总的趋势是：柏枝岩组条带状铁建造比金刚库组和文溪组规模大。
五台山是山西省主要金矿床分布区。与新太古代五台山绿岩带有关的同构造晚期初生型金矿床(狭义的绿岩带金矿床)是本区的主要金矿床类型。目前已发现的矿点、矿化点较多，是具有找矿潜力的对象。金矿床在空间上主要分布在南北两个矿化带(图4-16)。北矿化带位于五台山北坡，矿化带长90km，宽1～4km，主要是金刚库组的岩石组合，矿化带南、北两侧均为片麻状TTG岩系，表壳岩呈残片产在花岗质岩石中，两侧及内部脆-韧性剪切构造发育，已发现的金矿点不多，规模小，主要有舜王寺、鳌子头和皇家庄等矿点。南带位于五台山南坡，矿化带延伸约80km，宽1～2km，主要出露文溪组/柏枝岩组岩石组合，是本类型金矿床的主要产地，已知狐狸山、东腰庄、柏枝岩、殿头、小板峪和康家沟等矿床和花桥、芦咀头、铜谷村、木猴沟、宽滩、令狐、大明烟、白云村等矿点。
按金矿床与容矿围岩的关系，可分为条带状铁建造型和变质火山-沉积岩型两类。条带状铁建造型金矿床是本类型金矿床的最主要类型，也是我国条带状铁建造型金矿床的最重要产地，目前已发现、并有一定工程控制的有康家沟、小板峪、殿头、柏枝岩等6处小型金矿床和拾多处金矿化点。条带状铁建造型金矿床具明显的层控性，与富碳酸盐铁建造和富硅酸盐铁建造关系非常密切；矿床定位与构造变形有关，明显受剪切变形构造和褶皱构造控制。矿化以细脉浸染状为主，矿石有黄铁矿-磁铁矿-石英型、黄铁矿-磁铁矿-碳酸盐-石英型、硅酸盐-磁铁矿-石英型、碳酸盐-石英型、黄铁矿-磁黄铁矿-磁铁矿-石英型等多种类型，但含金矿物主要是自然金。产在变质火山-沉积岩中的金矿床也是五台山绿岩带中一个重要金矿床类型，特别是20世纪90年代发现了东腰庄金矿床后更显其重要。目前发现的主要有东腰庄、狐狸山等金矿床。该类矿床主要产在绿岩带火山-沉积旋回的中上部柏枝岩组和鸿门岩组。含金岩系的岩石类型主要为绿泥绢云片岩、绢云钠长片岩、绢英片岩、绢云绿泥片岩、绢云片岩、绿泥片岩等。矿体产出在韧-脆性剪切变形带中。矿化多为浸染状、细脉状。矿体呈似层状或透镜状，有一定的延伸。矿石的金属矿物主要为黄铁矿、金矿物以自然金为主。骆辉等(2002)对殿头、小板峪两个矿床矿石中的石英作了40Ar/39Ar快中子活化法定年测定，分别获得等时线年龄为2416±64Ma和2317±63Ma，说明金矿形成在五台山绿岩带区域变质变形作用峰期以后，相当于五台运动晚期或吕梁运动早期。
图4-16 五台山绿岩带条带状铁建造和金矿床分布略图
(据骆辉等，2002)
1—奥陶系—寒武系；2—滹沱群；3—高凡亚群；4—石嘴亚群；5—阜平岩群；6—地层单元组界线；7—花岗片麻岩；8—柏枝岩组中条带状铁建造；9—金刚库组中条带状铁建造；10—条带状铁建造金矿(实心圆指矿床、空心圆指矿点)
从以上所述，本区形成与新太古代绿岩带有关的铁、金成矿系列。
(二)典型矿床实例
本区铁、金矿床数量较多，现仅简要叙述具有一定代表性的山羊坪铁矿床、东腰庄金矿床和小板峪金矿床地质特征。
1.山羊坪铁矿床
山羊坪铁矿床又称峨口铁矿床，位于代县聂营乡山羊坪村，截至1990年底，累计探明储量76331.8万吨，是超大型矿床。
矿床产在五台群石嘴亚群文溪组顶部。含铁岩系以绿泥片岩为主，有(绿泥)角闪片岩、云母石英片岩、云母钠长片岩和条带状铁建造等。铁矿层共有3层，第3铁矿层为主要含矿层，有绿泥片岩、角闪片岩、绿泥云母片岩和钠长云母片岩夹层。该铁矿层的顶板为绿泥角闪片岩，厚度大于500m，底板为石英角闪片岩，常与石榴云母石英片岩互为相变关系。矿区褶皱构造十分发育并对铁矿有重要控制作用，主要为一倒转复式向斜，紧密褶曲或褶曲转折部位，矿体厚度成倍增加(图4-17)。区内断裂主要是成矿后，有的破坏矿体，有的对矿体影响不大。吕梁期的角闪岩脉和辉绿岩脉广泛穿插于矿体及围岩中。
图4-17 山羊坪铁矿床28号勘探线剖面图
(据姚培慧等，1993)
1—铁矿体；2—钻孔。Am—绿泥角闪片岩；Mg—云母石英片岩；δ—角闪岩；Gam—石榴云母石英片岩；Ma—云母绿泥片岩
矿床分东西两部分，东部正在开采，西部部分仅达到详查阶段。铁矿层主要有3层，最上层(Fe3)是矿山生产的主要矿层。矿体呈似层状，规模大，约占矿区储量的80%。矿体东西长约7000m，南北宽3500m，最厚达230m，平均厚为57.82m。矿体走向50°～110°，总体倾向南东，倾角60°～70°。受褶皱控制，矿体有陡倾-直立-倒转。中下矿层(Fe2、Fe3)有时合并为一层。矿体呈似层状或透镜状，受复向斜制约，两翼不对称。
矿石物质成分较复杂。原生矿物以磁铁矿、镁菱铁矿为主，脉石矿物主要有石英、绿泥石和镁铁闪石。矿石主要呈他形或自形粒状变晶结构，局部见交代结构。矿石构造以条带状构造为主。全矿区矿石TFe平均品位为30.10%，属贫铁矿。
2.东腰庄金矿床
东腰庄金矿床位于五台县李家庄乡东腰庄村东南约1km处。矿床赋存在五台山绿岩带复式向斜的近核部五台群鸿门岩组中。鸿门岩组主要由绿泥钠长片岩、绿泥绢云片岩、绢云钠长片岩和绢英片岩组成，以无条带状磁铁石英岩与柏枝岩组相区别。下段以绿片岩为代表的变质火山岩段，原岩为中基性-中酸性火山岩，上段以绢英片岩和绢英岩为代表的变质沉积岩段。金矿体产在下段变质火山岩段中。矿区内含矿岩系主要岩石组合为钠长绿泥片岩、绢云钠长绿泥片岩、绢云片岩和绢云钠长片岩。金矿体赋存在下部基性和酸性火山沉积岩界面处，直接容矿岩石为黄铁矿化碳酸盐化绢云钠长片岩。绢云钠长片岩的主要矿物组成为钠长石、绢云母、方解石、石英和绿泥石，具变余斑状结构，斑晶主要为钠长石和少量石英，斑晶略具定向特征，与片理方向不一致，原岩应为中酸性火山岩。绢云钠长片岩一般含有绿泥石和石英，随着绿泥石和石英含量的增加而变成绢云绿泥钠长片岩或绢云钠长石英片岩。
矿床位于早期等斜倒转向斜的核部附近，又是后期叠加紧闭褶皱背形的倒转翼，最显著的构造特征是强烈的顺层剪切。剪切变形带呈北东东向的网络状发育，由强烈片理化岩石与弱片理化岩石相间构成，剪切变形属韧-脆性。在强烈片理化带内发育糜棱岩和超糜棱岩和热液蚀变，也是金矿体赋存的构造部位。
矿区内有5个矿化带，其中Ⅰ号矿化带长2000余米，宽10～20m，最宽处达40余米(图4-18)，其余4个矿化带连续性较差，呈似层状或透镜状，矿化带中矿体也不稳定。Ⅰ号矿化带中的Ⅰ号矿体控制长度615m，厚0.25～13.73m，平均2.95m，呈似层状产出，厚度较稳定，连续性较好。金矿的平均品位3.5g/t，变化在1～10g/t之间。矿体呈单斜状，与围岩产状基本一致，具一定的层控性。矿体与围岩无明显界线。Ⅲ号矿体长350m，在Ⅰ号矿体东段的北部，平均厚2.96m，产状与Ⅰ号矿体相同。
图4-18 东腰庄金矿床地质略图
(据山西地勘局216地质队)
1—第四系残坡积；2—绢云钠长片岩；3—绿泥片岩；4—构造透镜体化岩石；5—金矿体；6—推断的隐伏金矿体；7—变辉绿岩；8—片理产状；9—剖面
矿石类型主要为含金的黄铁矿化和碳酸盐化绢云钠长片岩，次为黄铁矿化和碳酸盐化绿泥片岩。矿石结构为鳞片粒状变晶结构，亦可见交代结构。矿石构造为浸染状构造，但高品位矿石均呈细脉状或网脉。矿石的主要矿物组成为钠长石、绢云母、石英、电气石、铁白云石和绿泥石等脉石矿物，金属矿物有黄铁矿、黄铜矿、磁黄铁矿、磁铁矿和自然金，偶尔可见少量的毒砂。自然金主要以包体金、粒间金和裂隙金的形式赋存在黄铁矿、石英和碳酸盐矿物中，以黄铁矿中的包体金为主。单体金的粒度较细，最大金颗粒长0.03mm。自然金的成色较高，达905以上。
总之，东腰庄金矿床应是受顺层剪切变形控制、与变质热液有关的绿岩带同构造晚期初生型金矿床，广义上讲可属于绿岩剪切带型金矿床。
3.小板峪金矿床
小板峪金矿床位于繁峙县岩头乡甘泉村与代县西窑乡小板峪村交界处，是以条带状铁建造为容矿岩石的金矿床。矿区构造位于五台山“之”字型复式向斜东、西两翼交接处的甘泉复式背形区，叠加褶皱及剪切变形构造发育。矿区出露地层为柏枝岩组，主要岩性为条带状碳酸盐磁铁石英岩(也称贫磁铁石英岩)、碳质硫化片岩、铁闪片岩、绿泥片岩和少量绿帘阳起片岩及角闪岩。条带状碳酸盐磁铁石英岩为矿区主要岩石，一般含磁铁矿约30%，含铁白云石10%～20%，有时可达40%，属碳酸盐-氧化物混合相的条带状铁建造。条带状碳酸盐磁铁石英岩层内常含薄层绢云石英片岩、绢云绿泥片岩等夹层和碳酸盐岩透镜体。
小板峪金矿床分布在矿区北部边缘，赋存在条带状碳酸盐磁铁石英岩层中或条带状碳酸盐磁铁石英岩与绿泥片岩层间接触带，受紧闭同斜褶皱及其剪切构造控制(图4-19)。
图4-19 小板峪金矿床地质略图
(据山西地勘局212地质队)
1—第四纪；2—条带状碳酸盐-磁铁石英岩；3—铁闪片岩；4—炭质硫化片岩；5—绢云绿泥片岩；6—绢云石英片岩；7—绿帘阳起片岩；8—变辉绿岩；9—辉长岩；10—断层；11—地质产状；12—金矿体
矿区分4个矿体：Ⅰ号矿体产于背斜枢纽部位，产在条带状碳酸盐磁铁石英岩内，由一系列小矿束组成一个马蹄形矿柱。矿柱向南东侧伏，侧伏角30°～55°，矿体厚度较大，金品位较高，是主要矿体；Ⅱ号矿体产在背斜北翼的条带状碳酸盐磁铁石英岩和绢云绿泥片岩的层间接触带中，厚度较薄，规模不大；Ⅲ号矿体位于背斜的南翼，发育在条带状碳酸盐磁铁石英岩内，下延较深，规模较大；Ⅳ号矿体位于Ⅱ号矿体的北侧，产在条带状碳酸盐磁铁石英岩与绿泥片岩之间，厚度不大，规模小。矿体形态为似层状、柱状和透镜状，四个矿体产在同一背斜的不同构造部位，总体走向NEE，控制长度395m，垂深大于158m，平均厚度 2.37m，背斜转折端变厚，最大厚度 7.05m，矿石 Au 品位(2.5～47.39)×10-6，平均品位为13.54×10-6。
矿石矿物成分主要为石英、磁铁矿、黄铁矿、铁白云石、镁菱铁矿、铁闪石和氧化矿物褐铁矿等，含少量黄铜矿。自然金以中细粒为主，粒径0.01～0.06mm，主要赋存在石英和黄铁矿孔隙或裂隙中。矿石以条带状构造为主，次为块状，粒状镶嵌变晶结构为主。矿石内糜棱岩结构和碎裂结构发育。蚀变以黄铁矿化和硅化为主。矿体内部夹层少，矿体结构简单。
骆辉等(2002)对本区矿石内石英作了40Ar/39Ar快中子活化法定年测试，获得2333±10Ma的坪年龄和2317±63Ma的等时线年龄，二者年龄值相近，反映其形成在五台期晚期或吕梁期早期。
总之，小板峪金矿床赋存石碳酸盐岩相-氧化物相过渡相条带状铁建造中，有一定的层控性和受构造变形控制明显，是形成在五台期晚期属于与铁建造有关的绿岩带同构造晚期初生型金矿床。