弓長嶺鐵礦二礦區(qū)深部富鐵礦地質－地球物理找礦模型

于仕祥，趙洪振，李厚民，姚良德，洪學寬，楊志遼

（1．遼寧省冶金地質勘查局地質勘查研究院，遼寧鞍山114038；

2．國土資源部成礦作用與資源評價重點實驗室，中國地質科學院礦產資源研究所，北京100037）

弓長嶺鐵礦二礦區(qū)深部富鐵礦地質－地球物理找礦模型

于仕祥1，趙洪振1，李厚民2，姚良德1，洪學寬1，楊志遼1

（1．遼寧省冶金地質勘查局地質勘查研究院，遼寧鞍山114038；

2．國土資源部成礦作用與資源評價重點實驗室，中國地質科學院礦產資源研究所，北京100037）

弓長嶺鐵礦二礦區(qū)是我國鞍山式鐵礦的典型礦床，近年來采用地質與物探相結合的方法，尋找深部富鐵礦體獲得突破性進展。通過總結弓長嶺鐵礦二礦區(qū)深部富鐵礦床成礦地質條件和控礦因素，解釋磁異常特征，建立了該礦區(qū)地質 地球物理找礦模型，預測了礦區(qū)深部富鐵礦體賦存部位并經鉆探驗證。

弓長嶺富鐵礦床；成礦地質條件；地質 地球物理模型；遼寧省

0 引言

弓長嶺鐵礦二礦區(qū)位于遼寧省遼陽市，是我國著名的鞍山式鐵礦的典型礦床，近年來采用地質與物探相結合的方法，對弓長嶺二礦區(qū)外圍及深部開展鐵礦資源特別是富鐵礦的地質勘查，獲得了重大的找礦突破。本文總結了該礦床的成礦地質條件和控礦因素，解釋了礦床的磁異常特征，建立了地質－地球物理找礦模型，以期為尋找類似深部隱伏型富鐵礦提供參考。

1 富鐵礦成礦條件

弓長嶺二礦區(qū)富鐵礦產于貧鐵礦層內。富鐵礦體受貧鐵礦層嚴格控制，二者緊密依存。在整個富鐵礦形成過程中，貧鐵礦層遭受大型韌塑性構造的疊加改造，后期鉀質花崗巖漿熱液活動使貧鐵礦層中硅質遷移、鐵相對富集，形成富鐵礦脈［1］。

1．1 貧、富鐵礦賦存層位

按其地層順序，自下而上大致可劃分為5層，其中包含上、下2條貧鐵礦帶共6個貧鐵礦層［2］，富鐵礦脈主要賦存于上部貧鐵礦帶的第六層內。①底部層：由斜長角閃巖、黑云角閃巖、綠泥角閃巖、石英角閃巖等組成；②下部貧鐵礦帶：由2層貧鐵礦組成，第一層貧鐵礦為條紋狀磁鐵石英巖，其間夾有斜長角閃片巖、磁鐵角閃片巖等；第二層貧鐵礦由細條紋狀角閃磁鐵石英巖組成，夾有斜長角閃巖、綠泥角閃巖等；③中部層：主要由黑云鈉長變粒巖組成，偶夾第三層貧鐵礦；④上部貧、富鐵礦帶：由3個貧鐵礦層組成，其中第四層和第五層貧鐵礦為細條紋狀陽起磁鐵石英巖；第六層貧鐵礦在西北區(qū)及中央區(qū)以條帶、細條紋狀或揉皺狀磁鐵石英巖，東南區(qū)地表為厚層狀細鱗片赤鐵石英巖為主，向下過渡為條帶、細條紋狀赤磁鐵石英巖，再向深部幾乎全部變?yōu)榇盆F富礦及蝕變巖；⑤上部硅質層：主要由石英巖、白云母石英片巖、含鉻白云母石英片巖及白云鈉長石英片巖等組成，常夾黑云母片巖、透閃石英巖、陽起石英巖、滑石片巖、綠泥片巖，局部夾薄層貧鐵礦。

1．2 成礦構造條件

弓長嶺二礦區(qū)鞍山式貧鐵礦層遭受多期變形，原始含鐵沉積層經歷了褶皺、斷裂等改造。根據野外地表觀察及深部工程控制情況，初步劃分了2期褶皺。①早期褶皺于西北至中央區(qū)9—20剖面較明顯，地表呈現小型復雜變形褶皺，軸面片理與（條帶）層理平行。褶皺變形作用力（F1）上下近似垂直，以順層片理（AS0）或原始層理為變形面，形成早期褶皺構造（AF1）、軸面片理（AS1）、角閃石礦物線理（AL1）以及石香腸構造等。在貧鐵礦層內褶皺樞紐近于水平，呈NE-SW向，以同斜緊密或不協(xié)調型褶皺為特征，是在高韌塑性或流動變形條件下產生的。另外，在貧鐵礦層發(fā)生同斜倒轉緊閉褶皺的同時，沿軸面產生韌性剪切拉斷、削失［3］，并使貧鐵礦層內部發(fā)生不同程度的細粒巖化、糜棱巖化及鐵質遷移富集。②晚期褶皺位于東南區(qū)20—25剖面之間，褶皺變形作用力近似于水平，是在早期緊密同斜褶皺的基礎上發(fā)生再褶皺，樞紐向北東傾豎，形成傾豎褶皺構造。巖層呈“S”彎曲，受走向剪切斷裂切割褶皺兩翼發(fā)生位移，在第25剖面上可見富鐵礦體重疊2層，呈傾豎柱狀。

1．3 花崗質巖漿活動

花崗質雜巖體按其生成年代可大致劃分為早、晚2期花崗巖：①早期片麻狀鈉質花崗巖（稱為弓長嶺花崗巖）同位素年齡為29．9億年［4］，為中太古宙早期陸核形成階段產物，后經區(qū)域變質、韌塑性變形作用，形成片麻狀花崗質雜巖殘體，同位素年齡22～25億年［5］，為新太古代晚期陸殼拼合時期產物，經歷區(qū)域性構造及硅鉀質溶體交代或深熔演化過程，殘留著細粒化或殘斑糜棱巖結構，并有晚期鉀鈉質溶體注入，形成條帶狀鉀鈉質花崗巖；②晚期塊狀鉀長花崗巖（稱為麻峪花崗巖），同位素年齡為18～19億年［5］（陳江峰1976）。

2 富鐵礦找礦標志

2．1 條帶狀貧鐵礦層

本區(qū)富鐵礦體主要產于鞍山群茨溝組，嚴格受上部鐵礦帶的第四、五、六層貧鐵礦層控制，走向呈NE-SW向。根據弓長嶺鐵礦二礦區(qū)第二期地質勘探報告［2］，富鐵礦體大小有138個，其中94個賦存在第六層貧鐵礦中，21個在第四層貧鐵礦中，19個在第五層貧鐵礦中，3個在第二層貧鐵礦中，第三層貧鐵礦中富鐵礦體僅有1個?？梢姡昏F礦體主要賦存在第六層貧鐵礦中，其次是第四層及第五層。因此，鞍山群茨溝組條帶狀貧鐵礦層是尋找富鐵礦的重要標志。

2．2 貧鐵礦層褶皺及斷裂部位

本區(qū)富鐵礦床的空間分布及產出位置嚴格受區(qū)內褶皺 斷裂帶控制，富鐵礦脈主要集中分布在靠近早、晚2期花崗巖體邊緣的鞍山群茨溝組上部鐵礦帶的遭受多期褶皺、斷裂疊加改造的第六層貧鐵礦層內。褶皺 斷裂構造帶從北西區(qū)經中央區(qū)向東南區(qū)延伸長達2 000 m，寬30～80 m，其嚴格控制著富鐵礦脈的展布方向，是一條具有古老深成韌塑性變形構造帶、巖漿侵入帶及熱液活動蝕變帶，也是礦區(qū)內最重要的富鐵礦成礦帶，構成了礦區(qū)富鐵礦體集中分布區(qū)，在空間分布上具有明顯的方向性，是礦區(qū)富鐵礦床在成礦空間分布上的一個突出特點，也是該區(qū)尋找富鐵礦的重要標志。

2．3 晚期花崗巖體外接觸帶

通過研究弓長嶺地區(qū)2期花崗巖與富鐵礦時空分布位置發(fā)現，富鐵礦體及蝕變帶主要與晚期鉀質花崗巖體活動有關［6］?；◢弾r體的外接觸帶是韌性變形及熱液活動的有利場所，也是富鐵礦賦存的重要空間，表現出富鐵礦成礦受鉀質花崗巖體制約。弓長嶺富鐵礦的成礦年齡為18億年，而鉀質花崗巖的同位素年齡為18～19億年［5］，二者基本上屬同期產物，這種空間和時間上的緊密關系是晚期鉀質花崗巖與富鐵礦成礦的最為突出的特征。因此，富鐵礦沿著晚期鉀質花崗巖體外接觸帶貧鐵礦層分布，可作為尋找富鐵礦的又一重要標志。

3 礦區(qū)磁異常帶分布特征

3．1 巖、礦石磁性數據

弓長嶺二礦區(qū)巖、礦石磁性數據［7］具有幾個特點：一是礦體與圍巖的磁性差異非常懸殊，磁化率或剩余磁化強度一般相差1 000倍以上，礦體的磁化率和剩余磁化強度很大，而圍巖基本無磁性；二是富鐵礦與貧鐵礦存在磁性差異，經測定，磁鐵富礦κ值最大，部分超過1×4πSI，平均值0．55×4πSI；磁鐵貧礦的κ值低于磁鐵富礦，平均值0．13×4πSI，赤鐵富礦和赤鐵貧礦κ值均小于磁鐵貧礦一個級次左右。因此，在弓長嶺二礦區(qū)采用地球物理磁法手段尋找深部磁鐵富礦是可行的，特別是弓長嶺二礦區(qū)東南部的地表為赤鐵貧礦層，向深部過渡為磁鐵富礦，具有充分的磁法找礦前提。

3．2 地表磁異常曲線分布特點

弓長嶺二礦區(qū)地表磁異常曲線呈NW-SE帶狀展布（圖1），磁異常延伸長5 000 m，寬500 m，磁異常強度很大，一般＞10 000 n T，磁異常帶分布與貧鐵礦體產出空間位置吻合。位于西北區(qū)至中央區(qū)9—20剖面線的磁異常帶，西南側梯度較陡，北東側梯度稍緩；位于東南區(qū)20—25剖面線的磁異常帶，北東翼等值線寬緩，范圍較大。

4 地質-地球物理找礦模型及勘查驗證

通過分析礦區(qū)富鐵礦的成礦地質條件及找礦標志，確定了磁鐵富礦的賦存空間。根據貧、富鐵礦的垂直分帶規(guī)律，結合物探磁異常數據，建立深部富鐵礦的綜合找礦模型。

4．1地質 地球物理找礦模型

4．1．1 富鐵礦賦存空間及地球物理找礦模型

從弓長嶺二礦區(qū)地質及磁法ΔZ等值線平面圖（圖1）、二礦區(qū)25線地質及磁法ΔZ正演剖面圖（圖5）可以看出富鐵礦體在三度空間上的分布規(guī)律。①二礦區(qū)富鐵礦主要集中分布在第六層貧鐵礦層內；②遭受麻峪鉀長花崗巖的熱接觸影響，形成了大型韌塑性構造帶、熱液活動帶及各類交代蝕變巖帶；③貧鐵礦層經歷了2期褶皺：早期褶皺見于9—20線，貧鐵礦層形成復雜的同斜緊密褶皺，樞紐近于水平，呈NE-SW向，強烈的熱液活動使鐵質富集在褶皺轉折端，富礦加厚，儲量集中，品位增高，是富鐵礦體最重要的賦存部位；晚期褶皺見于20—25線，早期褶皺被改造成傾豎褶皺，巖層呈反“S”彎曲（圖1），受走向剪切斷裂切割，褶皺兩翼發(fā)生位移，富鐵礦體重復出現，呈傾豎柱狀。磁異常在9—18線呈高強度的帶狀展布，18—25線磁異常帶呈寬緩形，磁異常帶與貧、富鐵礦帶產出位置吻合。

4．1．2 貧、富鐵礦垂直分帶及地球物理找礦模型

本區(qū)貧、富鐵礦具有明顯的氧化、還原的垂直分帶特征，根據貧、富鐵礦體氧化程度，由淺至深可大致劃分為氧化帶、半氧化帶及還原帶。不同部位各帶發(fā)育程度并不一致；在西北區(qū)主要保留著還原帶，而氧化帶、半氧化帶已被剝蝕；中央區(qū)出現還原帶及半氧化帶，缺失氧化帶；東南區(qū)的氧化帶、半氧化帶及還原帶發(fā)育齊全。另外，在東南區(qū)貧、富鐵礦在空間上也具有垂直分帶特征，顯現出“上紅下黑、上貧下富”的特征：近地表上部為赤鐵貧礦，向下過渡為赤（磁）鐵貧礦，伴隨有富鐵礦及蝕變巖出現，深部由磁鐵貧礦逐漸變?yōu)閹缀跞渴谴盆F富礦及蝕變巖。

圖1 弓長嶺二礦區(qū)地質及磁法ΔZ等值線平面圖Fig．1 Geological and magneticΔZ contour plan of No．2 mining area of the Gongchangling iron deposit

圖2 弓長嶺二礦區(qū)25線前期控制的貧、富鐵礦磁法ΔZ正演剖面圖Fig．2 The magneticΔZ forward profile of pro-control of the poor and rich iron ore at line 25 in No．2 mining area of the Gongchangling iron deposit

圖3 弓長嶺二礦區(qū)25線推測－400m標高以下貧鐵礦磁法ΔZ正演剖面圖Fig．3 MagneticΔZ forward profile of the poor iron ore speculated below－400 m at line 25 in No．2 mining area of the Gongchangling iron deposit

結合弓長嶺二礦區(qū)第25線地質特征及磁法ΔZ正演數據，從深部貧、富礦體產出狀態(tài)編制出多種磁法ΔZ正演剖面圖，從多方面進行推斷解釋。圖2為已知原經地表及深部工程控制的－400 m標高以上的貧、富鐵礦體，根據實測磁異常及正演曲線推測深部賦存有厚層（磁性）鐵礦；圖3顯示，－400 m標高以下為磁鐵貧礦，則推測深部賦存有2層貧鐵礦層；圖4為根據實測磁異常及正演曲線預測在－400 m標高下部有2層磁鐵富礦；從圖5可見，上部鐵礦帶中磁化強度以－400 m標高為界，上部主要為赤鐵貧礦及磁鐵貧礦（Js＝20～50 A／m），下部則為磁鐵富礦（Js＝100 A／m）。

根據上述礦區(qū)地質情況結合磁異常特征，預測（圈定）弓長嶺二礦區(qū)深部富鐵礦體賦存空間部位：①在弓長嶺二礦區(qū)9—20線之間主要為早期褶皺、韌性斷層改造及花崗質巖漿熱液活動的部位，礦體內的鐵質向褶皺轉折端遷移富集。表現出磁異常在地表呈窄帶狀與鐵礦帶延展方向吻合；垂直礦帶走向從南西向北東側磁異常梯度由陡變緩，顯示出貧、富鐵礦體向北東方向傾斜。深部在－100 m標高以上磁化強度值為Js＝50 A／m，主要為磁鐵貧礦引起，從－100至－400 m，磁化強度值Js＝100 A／m，為富鐵礦引起；②在弓長嶺二礦區(qū)20—27線為晚期傾豎褶皺構造疊加部位，該區(qū)礦體磁場強度較高、寬度較大，預測深部從－400至－800 m標高賦存有較厚的富鐵礦脈，磁鐵富鐵礦體向深部延伸可達－1 000 m標高以下。

4．2 找礦預測及工程驗證

根據弓長嶺二礦區(qū)地質特征，結合磁化強度大小和方向等，預測了磁鐵富礦賦存的位置，并實施鉆探工程進行了驗證。

9線地質及磁法ΔZ正演剖面：在上部鐵礦帶內磁化強度以－100 m標高為界，上部Js＝50 A／m，主要為磁鐵貧礦引起；下部Js＝100 A／m，為磁鐵富礦引起。根據鉆孔ZK601驗證，在－600 m標高見有2層厚1～2 m磁鐵富礦體。

14線地質及磁法ΔZ正演剖面：在上部鐵礦帶內磁化強度以0 m標高為界，上部Js＝50 A／m，主要為磁鐵貧礦引起；下部Js＝80 A／m，為磁鐵富礦引起。根據ZK604孔驗證，在－600 m標高處見有厚10 m磁鐵富礦體。

圖4 弓長嶺二礦區(qū)25線推測－400 m標高以下富鐵礦磁法ΔZ正演剖面圖Fig．4 MagneticΔZ forward profile of the rich iron ore speculated below－400 m at line 25 in No．2 mining area of the

18線地質及磁法ΔZ正演剖面：在上部鐵礦帶內磁化強度以50 m標高為界，上部Js＝50 A／m，主要為磁鐵貧礦引起；下部Js＝100 A／m，為磁鐵富礦引起。推斷在標高－400 m以下礦體變薄。根據鉆孔ZK605驗證，在標高－650 m處見有厚4 m的薄層磁鐵富礦體。

22線地質及磁法ΔZ正演剖面：在上部礦帶內磁化強度以－100 m標高為界，上部Js＝50 A／m，主要為磁鐵貧礦引起；下部Js＝100 A／m，為磁鐵富礦引起。向下延深較大，富礦體變寬，且較穩(wěn)定。根據ZK608孔驗證，在－150 m標高處見到厚約25 m的磁鐵富礦體。

25線地質及磁法ΔZ正演剖面：在上部鐵礦帶內磁化強度以－400 m標高為界，上部Js＝50 A／m，主要為磁鐵貧礦引起；下部Js＝100 A／m，為磁鐵富礦引起。推斷磁鐵富礦體在－500 m以下變厚，向下延深較大，且較穩(wěn)定。根據ZK610鉆孔證實，在－800 m見有4層磁鐵富礦，其中2層較厚，分別為25 m和38 m；2層較薄，厚度為10～12 m。

圖5 弓長嶺鐵礦床二礦區(qū)25線地質及磁法ΔZ正演剖面圖Fig．5 Geological and magneticΔZ forward profile of the 25 line in No．2 mining area of the Gongchangling iron deposit

5 結語

通過總結弓長嶺二礦區(qū)富鐵礦床成礦地質條件和控礦因素，正確解釋磁異常，建立了地質－地球物理找礦模型。根據該模型開展深部找礦預測，并經鉆探驗證，擴大了深部磁鐵富礦資源儲量。這一找礦成果是近年來鞍本地區(qū)尋找深部磁鐵富礦床的成功范例，可為今后尋找隱伏磁鐵富礦提供經驗。

參考文獻：

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Geological geophysical prospecting model of deep rich iron ore for No．2 mining area of the Gongchangling iron deposit，Liaoning，China

YU Shixiang1，ZHAO Hongzhen1，LI Houmin2，YAO Liangde1，HONG Xuekuan1，YANG Zhiliao1
（1．Institute of Metallurgical Geology and Exploration of Liaoning Bureau of Metallurgical Geology and Exploration，Anshan 114038，Liaoning，China；2．Institute of Meneral Resources Chinese Academy of Geological Sciences，Bejing 100037，China）

Gongchangling Iron Deposit in Liaoyang province is the most famous Anshan-type rich iron deposit in the northeast China and a successful geological-geophysical combination-based example of deep rich iron ore prospecting in recent years．Deep rich iron ore-control factors and geological conditions at No．2 mining area of Gongchangling Iron Deposit are summarized and the magnetic anomly characteristics interpreted and geological-geophysical model for deep rich iron ore prospecting set up and the model-predicted location of deep rich iron ore checked by the ore prospecting drill holes．

Gongchangling Rich Iron Deposit；Mineralization geological condition；Geology-geophysical Model；Liaoning Province

P612；P618．31

： A

10．6053／j．issn．1001-1412．2014．01．014

2013-05-21； 責任編輯： 趙慶

于仕祥（1965 ），男，高級工程師，1989年畢業(yè)于中國地質大學（北京），從事金屬礦產地質勘查研究與技術管理工作。通信地址：遼寧省鞍山市鞍千路，遼寧省地質勘查局地質勘查研究院；郵政編碼：114038．