沂源縣下溝鐵礦地質(zhì)特征及找礦方向

李金鎮(zhèn)，孫偉清，于松

(1.山東省第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 濟南　250014；2.山東省地質(zhì)科學研究院，山東 濟南　250013)

沂源縣下溝鐵礦地質(zhì)特征及找礦方向

李金鎮(zhèn)1，孫偉清2，于松1

(1.山東省第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 濟南250014；2.山東省地質(zhì)科學研究院，山東 濟南250013)

下溝鐵礦位于中朝準地臺魯西斷隆東部邊緣，沂沭斷裂帶西側(cè)，為一中型鞍山式鐵礦床。礦體賦存于泰山巖群雁翎關巖組變質(zhì)巖系中，該組為一套基性-超基性海底火山噴發(fā)沉積建造。礦體分布面積0.27km2，走向長225～1240m，最大控制斜深422m，TFe平均品位35.49%，品位變化均勻，礦體由多個帶狀礦層組成，后期巖體侵入分割成3個礦段。礦石自然類型為細粒條帶狀磁鐵石英角閃巖型，礦石鐵品位較高，具有較大的經(jīng)濟價值和科研價值。

鞍山式鐵礦；成因類型；找礦方向；沂源下溝

引文格式：李金鎮(zhèn)，孫偉清，于松.沂源縣下溝鐵礦地質(zhì)特征及找礦方向[J].山東國土資源，2015,31(4)：22-27. LI Jinzhen, SUN Weiqing, YU Song. Geological Characteristics and Ore Prospecting Direction of Xiagou Iron Deposit in Yiyuan County[J].Shandong Land and Resources, 2015,31(4):22-27.

0　引言

鞍山式鐵礦是分布最廣的鐵礦類型，也是我國最重要的鐵礦床類型，約占我國鐵礦總儲量的48%，由于礦床儲量規(guī)模一般較大，單個礦體的規(guī)模和厚度較大，埋藏不深，不少礦床可供露天開采，加之礦石類型以磁鐵礦為主，礦床的分布又比較集中，使該類鐵礦床在開發(fā)利用上占了很大的優(yōu)勢[1-2]?？偨Y(jié)鞍山式鐵礦的成因類型，研究其找礦方向具有重大的現(xiàn)實意義。

下溝鐵礦為一中型沉積變質(zhì)型鐵礦床，位于沂源縣城東南32km處的馬家溝一帶，礦體為韓旺鐵礦體北延部分。通過開展該地區(qū)鐵礦成因類型研究，總結(jié)礦床成礦條件及成礦規(guī)律，預測找礦方向，為尋找類似礦床提供一定的參考。

1　區(qū)域地質(zhì)概況

下溝礦區(qū)大地構(gòu)造位置位于中朝準地臺(Ⅰ)魯西斷隆(Ⅱ)魯西斷塊隆起(Ⅲ)的東部邊緣，沂沭斷裂帶的西側(cè)，上五井斷裂帶以東(圖1)[3]。區(qū)內(nèi)地層發(fā)育較齊全，自太古宙至新生代多有出露，主要有新太古代泰山巖群變質(zhì)巖系、新元古代淺海相沉積巖、古生代寒武、奧陶紀碳酸鹽巖系、第四紀碎屑粘土巖類等。區(qū)內(nèi)構(gòu)造表現(xiàn)為以寒武紀地層組成的單斜構(gòu)造和以NW向、NE向斷裂構(gòu)造為特征，蓋層和基底無明顯的褶皺構(gòu)造，構(gòu)造線以NW—SE方向為主。區(qū)內(nèi)巖漿巖較發(fā)育，自古元古代到新近紀均有巖漿活動，出露面積占全區(qū)面積的20%左右，主要巖漿巖有元古宙二長花崗巖、元古代偉晶花崗巖，中生代(燕山晚期)閃長(玢)巖等(圖1)。

1—沂河組；2—臨沂組；3—山前組；4—大站組；5—三山子組；6—炒米店組；7—崮山組；8—張夏組；9—饅頭組；10—朱砂洞組；11—李官組；12—佟家莊組；13—山草峪組;14—雁翎關組；15—銅漢莊單元；16—東明生單元；17—調(diào)軍頂單元；18—松山單元；19—條花峪單元；20—蔣峪單元；21—鞍山式鐵礦體；22—地質(zhì)界線；23—不整合界線；24—平行不整合界線；25—張扭性斷層；26—壓扭性斷層；27—性質(zhì)不明斷層；28—推測斷層；29—巖層產(chǎn)狀；30—礦區(qū)范圍圖1　下溝地區(qū)區(qū)域地質(zhì)簡圖

2　礦床地質(zhì)特征

2.1地層

礦區(qū)地層比較簡單，以新太古代泰山巖群雁翎關組、寒武紀饅頭組和第四紀山前組、沂河組為主[4-5]。寒武紀饅頭組隱伏在沂河沖積層下。雁翎關組含鐵片巖系為區(qū)內(nèi)主要賦礦層位，主要分布于礦區(qū)中部，由于受花崗巖的侵入，局部呈層狀或殘留透鏡體與花崗巖互層，普遍遭受弱混合巖化作用。該層呈NNW走向，傾向SW，傾角35°～73°。所出露的地層巖性以角閃片巖、綠泥石片巖、陽起石透閃石片巖、含鐵石英片巖、磁鐵石英角閃巖為主，淺灰至綠色，為基性—超基性海底火山噴發(fā)沉積建造。

2.2構(gòu)造

區(qū)內(nèi)構(gòu)造以斷裂為主，無強烈的褶皺，由泰山巖群雁翎關組組成的變質(zhì)巖系基底層與鐵礦帶基本呈單斜狀產(chǎn)出。區(qū)內(nèi)地層總體走向NW，傾向NE，傾角15°～30°。受區(qū)域性斷裂構(gòu)造的影響，區(qū)內(nèi)次一級斷裂構(gòu)造發(fā)育，斷裂以正斷層為主，除了大致平行礦體走向的韓旺斷裂外，尚發(fā)育與礦體走向斜交或直交的橫向斷層。

由寒武紀長清群饅頭組組成的蓋層亦呈單斜狀產(chǎn)出，總體走向NW，傾向10°～80°，傾角一般8°～15°，局部變緩或變陡。寒武系蓋層與泰山巖群雁翎關巖組組成的基底之間呈斷層接觸，呈NW向300°～330°方向展布，西南側(cè)為寒武系蓋層區(qū)，東北側(cè)為泰山巖群變質(zhì)巖系區(qū)。

2.3巖漿巖

礦區(qū)巖漿巖以古元古代傲徠山超單元條花峪單元灰紅色弱片麻狀中粒含黑云二長花崗巖為主，另有少量沂南超單元銅漢莊單元石英閃長玢巖。

條花峪單元大面積分布于礦區(qū)東部，平面上呈NNW向帶狀展布，主要巖性為弱片麻狀中粒含黑云二長花崗巖，巖石呈灰紅色，中?；◢徑Y(jié)構(gòu)，弱片麻狀構(gòu)造，主要礦物成分：黑云母8.4%、石英23.6%、斜長石36.8%、微斜長石28.9%。副礦物有鋯石、磷灰石、磁鐵礦等。銅漢莊單元呈脈狀出露于馬家溝村西側(cè)山坡。主要巖性為含角閃石英閃長玢巖。巖石呈灰—灰綠色，風化面為黃褐色、灰褐色，斑狀結(jié)構(gòu)，局部可見顯微文象結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。風化后質(zhì)地松軟。主要礦物成分：斜長石35%～40%、角閃石40%～60%、石英3%～4%、黑云母1.8%。含極少量磷灰石、榍石、金屬礦物等。

2.4礦體規(guī)模及產(chǎn)狀

礦床賦存在雁翎關巖組頂部含鐵片巖中，由多個帶狀礦層組成。帶狀礦層呈NW—SE向展布，總體走向330°左右，傾向SW，傾角23°～68°，平均48°。礦帶在走向和傾向上呈幅度不大的波狀彎曲，存在膨脹、分枝、復合等復雜多變現(xiàn)象。礦層與上、下盤地層產(chǎn)狀基本一致，局部由于巖漿侵入，使其產(chǎn)狀變陡(圖2)。后期巖體侵入，將礦體分割為3個礦段，分別編號為Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ。

圖2　下溝地區(qū)鐵礦第05勘查線剖面圖

(1)I礦段特征。呈帶狀或似層狀產(chǎn)于-02線至10線之間，礦體埋深0～19.10m，賦存標高+203～-14m。礦體傾向235°～273°，傾角23°～60°，總體往北有變緩趨勢?？刂频V體走向長1240m，控制礦體最大斜深262m。礦體由1～9層礦層組成，單層礦層真厚度1.00～18.79m，單工程礦層累計最大真厚度33.38m，累計最小真厚度1.54m，平均真厚度12.81m，變化系數(shù)66.90%，變化屬中等。mFe品位15.02%～33.24%，平均19.74%，變化系數(shù)20.47%；TFe品位21.97%～44.90%，平均34.24%，變化系數(shù)12.31%，屬礦化均勻礦體。

(2)Ⅱ礦段特征。分布于12線至14線之間，礦體埋深31.40～59.20m，賦存標高+173～+29m。含礦帶呈似層狀、透鏡狀殘留在花崗巖體中。礦體傾向225°左右，傾角27°～52°?？刂频V體走向長225m，控制礦體最大斜深170m。礦體由2～4層礦層組成，單層礦層真厚度1.23～16.50m。單工程礦層累計最大真厚度23.33m，累計最小真厚度11.28m，平均真厚度17.67m，變化系數(shù)29.91%，變化屬簡單—中等。mFe品位15.03%～30.03%，平均19.98%，變化系數(shù)27.01%；TFe品位21.41%～41.89%，平均34.53%，變化系數(shù)13.63%，屬礦化均勻礦體。

(3)Ⅲ礦段特征。呈帶狀或似層狀產(chǎn)于16～24線之間，礦體埋深在0～22.20m，賦存標高+240～-140m。礦體傾向232°～254°，傾角27°～68°。控制礦體走向長825m，控制礦體最大斜深422m。礦體由1～11層礦層組成，單層礦層真厚度1.00～33.10m。單工程礦層累計最大真厚度62.57m，累計最小真厚度4.09m，平均真厚度22.78m，變化系數(shù)72.70%，變化屬中等。mFe品位15.02%～34.49%，平均22.24%，變化系數(shù)23.77%；TFe品位23.75%～43.15%，平均36.84%，變化系數(shù)14.73%，屬礦化均勻礦體。

2.5礦石組構(gòu)

礦石呈粒柱狀變晶結(jié)構(gòu)、纖狀變晶結(jié)構(gòu)、纖狀花崗變晶結(jié)構(gòu)，磁(赤)鐵礦、角閃石類礦物和石英排列構(gòu)成明顯的條帶狀構(gòu)造。按條帶的粗細和形態(tài)可分為條帶狀、條紋狀、條痕狀、似腸狀等構(gòu)造。以條紋狀和條帶狀礦石為主，條帶寬0.5～8.0mm，條帶從細到粗，礦石品位逐漸降低，當條帶進一步變粗，則過渡為含鐵角閃石英片巖，多出現(xiàn)在礦帶底板。

礦石中礦物組成比較簡單,金屬礦物以磁鐵礦為主，其次為赤鐵礦、假像赤鐵礦、褐鐵礦等鐵的氧化物，有少量的黃鐵礦、黃銅礦。含鐵硅酸鹽礦物主要是鐵閃石、普通角閃石，其次是黑云母、透閃石、陽起石，還有少量的綠泥石與綠簾石等。不含鐵的礦物主要是石英，其次是斜長石、鉀長石、碳酸鹽巖礦物、絹云母，還有極少量的磷灰石、鋯石、榍石等。

礦石的化學組分：礦石中的主要有益元素為鐵(Fe)，其他稀有分散元素含量較低，含極微量的金、鈦、鉻、釩、鎳、鈷、鎵等，達不到綜合利用的要求。礦石TFe品位介于25%～39%，最高達50.93%，平均值為35.49%，變化系數(shù)14.01%。mFe品位介于15%～25%，最高達34.49%，平均為20.94%，變化系數(shù)23.33%。mFe/TFe=82.89%<85%，為弱磁性鐵礦石。區(qū)內(nèi)礦石品位沿走向變化不大，沿傾斜方向由淺到深略有降低趨勢。

造渣元素硅、鋁、鈣、鎂的含量較穩(wěn)定。SiO2一般35.98%～43.20%，Al2O30.28%～3.60%，CaO 1.156%～4.884%，MgO 1.842%～6.128%。(CaO+MgO)/(SiO2+ Al2O3)=0.07～0.23，屬酸性鐵礦石。有害組分S 0.025%～1.36%，一般0.1%左右；P2O50.17%～0.30%，對冶選無影響(表1)。

表1　下溝鐵礦樣品全分析結(jié)果

3　礦床成因探討與找礦方向

3.1礦床成因類型

早寒武紀條帶狀鐵礦的成礦過程是非常復雜而獨特的，爭論很多，特別是有關鐵礦物質(zhì)來源問題。該區(qū)條帶狀鐵礦應為海底火山沉積礦床，其成礦過程和物質(zhì)來源與太古宙時期古海底火山活動有關。礦體具有沉積礦床的基本特征：

(1)鐵礦體呈層狀延伸。部分厚度較小的礦層由于后期地質(zhì)作用而發(fā)生扭轉(zhuǎn)彎曲，并產(chǎn)生膨脹收縮現(xiàn)象，但總體仍保持著層狀產(chǎn)出的基本特征。鐵礦體與圍巖之間呈整合產(chǎn)出狀。

(2)鐵礦本身具有獨特的黑白相間的條帶狀構(gòu)造，這是其原生層理。

(3)礦石化學成分相對簡單，礦石中的氧化鐵(Fe2O3+FeO)與SiO2含量之和達80%以上，礦石成分簡單表明其成礦過程中經(jīng)受了高度的成礦分異作用，這是沉積成礦的特點。

(4)礦石中磁鐵礦的礦物化學成分簡單，含Mg,Mn,Ti等雜質(zhì)成分很少，這表明其是經(jīng)過高度的沉積分異成礦作用而形成的。

條帶狀鐵礦雖然具有沉積成礦的基本特征，但它有一些發(fā)育規(guī)律卻不同于典型的沉積礦床。從全球范圍看，條帶狀鐵礦的宏觀分布上可看出它與火山活動之間的關系。在大陸漂移復原圖上，世界上主要條帶狀鐵礦產(chǎn)地都是沿幾個大洋中脊分布的。大洋中脊是大洋火山活動的中心，條帶狀鐵礦的這種分布也正表明它在成因上與海底火山活動有密切的關系。

該區(qū)含鐵建造不同于一般陸源碎屑沉積建造，礦層本身與圍巖均含大量角閃質(zhì)硅酸鹽類，常為角閃片巖，角閃片麻巖、黑云片麻巖和含鐵角閃石英片巖，組成一套綠色變質(zhì)巖系，縱向及橫向厚度變化較大，常呈層狀產(chǎn)出，并且各巖性之間呈逐漸過渡關系。在區(qū)域上對比，應相當于泰山巖群雁翎關巖組頂部，該組稱為基性巖漿巖和凝灰?guī)r建造[6]。該區(qū)巖石化學全分析資料計算的尼格里數(shù)值作圖，都投在火成巖區(qū)，扎氏數(shù)值特征則表明片巖屬基性巖范疇，片麻巖為中酸性巖范疇。微量元素特征表明片巖含較高的Cr,Ni,Mn,V亦證明其屬基性巖。此外角閃片麻巖含較多的堿質(zhì)，而且Na遠高于K，說明此巖系原可能為一套基性伴有偏堿質(zhì)的中酸性巖漿巖(表2、表3)。

表2　扎氏數(shù)值特征

表3　尼格里參數(shù)

注：投影在四面體上，均在火成巖區(qū)域

在石英中發(fā)現(xiàn)有少量鋯石及磷灰石的完晶包體。說明礦石的物質(zhì)來源并非從大陸長距離搬運，此外，巖石中常伴有一定數(shù)量分布不均勻的黃鐵礦，特別是磁鐵礦顆粒中常發(fā)現(xiàn)有磁黃鐵礦小包體，證明它們可能來自火山噴發(fā)的硫化物雜質(zhì)。礦帶內(nèi)礦層多而薄，具有明顯的層理構(gòu)造，特別是礦層內(nèi)部有較鮮明的周期性沉積的條紋狀特征，是火山多次間隙噴發(fā)和沉積分異的有力證據(jù)[7]。

以上特征說明，該礦床含礦巖系，應屬伴有海底火山噴發(fā)沉積的含鐵建造類型。

圍巖中的柱、片狀礦物定向排列，構(gòu)成明顯的片狀構(gòu)造和片麻狀構(gòu)造，礦石中的石英拉長，具波狀消光，并見有塑性變形和輕度混合巖化現(xiàn)象，這些都是長期區(qū)域變質(zhì)作用的產(chǎn)物。礦層中見有較廣泛的碳酸鹽化、硅化、黑云母化、綠泥石化等后期蝕變現(xiàn)象，以及磁鐵礦的重結(jié)晶和充填交代現(xiàn)象，都是中低溫熱液活動的特征。其熱液可能主要來源于區(qū)域變質(zhì)作用的再生熔漿，與新太古代晚期侵入的花崗巖和中生代活動的中基性巖關系不甚明顯。

綜上所述，該區(qū)含鐵建造與巖漿巖存在著直接關系，其礦石中的主要物質(zhì)成分應來自基性火山噴發(fā)物，通過海水以化學沉積方式沉積分異成原始鐵礦層，后又經(jīng)區(qū)域變質(zhì)和熱液改造作用形成現(xiàn)今磁鐵角閃片巖。所以其成因類型應為巖漿巖沉積變質(zhì)鐵礦床，即鞍山式鐵礦。

3.2控礦因素分析

(1)地層巖性因素。下溝鐵礦床賦存于雁翎關巖組含鐵片巖中，兩側(cè)圍巖多為斜長角閃巖或斜長角閃片巖。礦體形態(tài)及產(chǎn)狀、規(guī)模主要受雁翎關巖組地層控制，局部礦體受巖體影響較大。

(2)構(gòu)造控礦因素。區(qū)內(nèi)構(gòu)造以斷裂為主，無強烈的褶皺。寒武系蓋層與泰山巖群雁翎關巖組成的基底之間呈斷層接觸，西南側(cè)為寒武系蓋層區(qū)，東北側(cè)為泰山巖群變質(zhì)巖系區(qū)。韓旺斷裂對礦體產(chǎn)生了破壞作用。

(3)變質(zhì)作用因素。該區(qū)變質(zhì)作用主要為區(qū)域變質(zhì)作用，可分3期，即新太古代早期的角閃巖相變質(zhì)作用、新太古代晚期至古元古代早期的綠簾角閃巖相變質(zhì)作用及古元古代的綠片巖相變質(zhì)作用[8]。新太古代變質(zhì)作用是泰山巖群的主變質(zhì)作用，與早期構(gòu)造變形密切相關，是同構(gòu)造的，屬于區(qū)域熱動力型變質(zhì)類型。新太古代晚期—古元古代早期綠簾角閃巖相變質(zhì)作用是礦區(qū)內(nèi)較廣泛的變質(zhì)作用，使區(qū)內(nèi)的新太古代—古元古代早期的深成巖發(fā)生變質(zhì)作用，并疊加在雁翎關巖組變質(zhì)作用之上，使其發(fā)生退變作用。古元古代綠片巖相變質(zhì)是礦區(qū)內(nèi)發(fā)育最廣泛的一次變質(zhì)作用，使古元古代傲徠山期深成侵入巖普遍遭受變質(zhì)作用，并影響了前兩期變質(zhì)作用。

3.3找礦方向

(1)地層標志：礦體一般富集在雁翎關巖組頂部，礦體形態(tài)明顯受該組地層控制。地球物理標志：該礦床礦石礦物主要為磁鐵礦，地面磁異常的強弱，一方面是磁鐵礦體大小的反映，另一方面與礦石的品位高低和礦體埋深有關，所以磁異常是尋找磁鐵礦床的重要標志。地貌標志：磁鐵礦體由于抗風化剝蝕，多形成正地形，同時地表形成帶狀褐土。殘留巖石具有強褐鐵礦化、赤鐵礦化，預示著鐵礦體的存在，可作為鐵礦的重要直接找礦標志。

(2)大面積分布前寒武系變質(zhì)巖漿巖區(qū)內(nèi)的泰山巖群殘留體，是尋找該類礦床的重要方向。根據(jù)成礦模式分析，最有利形成厚大礦體的部位為離火山中心較遠、水體物理化學條件較穩(wěn)定之處，應開闊找礦范圍，即不限火山活動中心區(qū)才有鞍山式鐵礦[6，9]。

下溝礦區(qū)北西方向，韓旺斷裂兩側(cè)區(qū)域航磁雖不是很強，但局部可見褐鐵礦化和赤鐵礦化，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)特征，該區(qū)域應為下一步找礦重點方向。

4　結(jié)論

下溝鐵礦為一中型鐵礦床，成因類型為巖漿巖沉積變質(zhì)鐵礦床，即鞍山式鐵礦。礦體由多個帶狀礦層組成，存在膨脹、分枝、復合等復雜多變現(xiàn)象。礦體厚度、品位較均勻；礦石以條紋狀和條帶狀礦石為主。礦體主要受地層因素和構(gòu)造因素以及變質(zhì)作用控制，斷裂構(gòu)造對礦體產(chǎn)生一定的破壞作用；區(qū)域變質(zhì)作用對礦體的富集產(chǎn)生了不利影響。下溝礦區(qū)北西方向，韓旺斷裂兩側(cè)區(qū)域應為找礦重點方向。

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Geological Characteristics and Ore Prospectingm Direction of Xiagou Iron Deposit in Yiyuan County

LI Jinzhen1, SUN Weiqing2, YU Song1

(1. No.1 Exploration Institue of Geology and Mineral Resources, Shandong Jinan 250014, China; 2. Shandong Institute of Geological Sciences, Shandong Jinan 250013, China)

Xiagou iron deposit is located in eastern edge of Sino Korean paraplatform in Luxi uplift, and west part of Yishu fault zone. It is a medium-sized Anshan type iron deposit. The ore bodies occurred in metamorphic rocks of Yanlingguan formation in Taishan group. It is a set of basic-ultrabasic submarine volcano sedimentary formation. Distribution square of ore bodies is 0.27km2, the length is 225～1240m, the maximum oblique depth is 422m, average grade of TFe is 35.49%, and grade changes uniformly. Ore bodies are composed of some banded layers. Intrusive rocks in late period can be divided into 3 ore sections. Natural types of ore bodies are fine banded magnetite quartz amphibolite type. Ore grade is rather high with great economic value and scientific research value.

Anshan type iron deposit; genetic type; ore prospecting direction; Xiagou in Yiyuan county

2014-06-19；

2014-07-30；編輯：陶衛(wèi)衛(wèi)

李金鎮(zhèn)(1980—)，男，福建漳浦人，工程師，主要從事礦產(chǎn)資源勘查工作；E-mail:251040@qq.com

P618.12

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