山東省兗州市翟村鐵礦床地質(zhì)特征及成因探討

何其芬

(山東省物化探勘查院，山東 濟(jì)南 250013)

濟(jì)寧磁異常自1958年航空磁測(cè)發(fā)現(xiàn)以來，以規(guī)模大、幅值高、形態(tài)規(guī)則、重磁異常吻合等特征，受到世人關(guān)注①山東省物化探勘查院，山東省濟(jì)寧特大磁異常找礦關(guān)鍵技術(shù)及找礦重大突破研究報(bào)告，2012年。。進(jìn)入21世紀(jì)，地質(zhì)找礦技術(shù)有了重大突破。山東省物化探勘查院根據(jù)以往地質(zhì)、物探資料，在異常北段兗州市顏店地區(qū)選擇有利部位進(jìn)行了鉆探驗(yàn)證，在濟(jì)寧群淺變質(zhì)巖中發(fā)現(xiàn)了條帶狀磁鐵礦層，證實(shí)了濟(jì)寧磁異常是由一隱伏的低品位鐵礦床引起[1-3]。隨后，在該異常北部翟村礦區(qū)開展了普查工作，基本查明了該區(qū)礦體的形態(tài)、產(chǎn)狀、規(guī)模、空間分布等特征；并圈定了44條礦體，其資源儲(chǔ)量達(dá)到大型礦床規(guī)模[4-5]。該文對(duì)該區(qū)的礦床地質(zhì)特征進(jìn)行分析，探討其成因，以期為尋找同類礦床提供借鑒。

1 礦區(qū)地質(zhì)概況

區(qū)內(nèi)構(gòu)造主要以斷裂構(gòu)造為主，發(fā)育有F1，F(xiàn)4，F(xiàn)5，F(xiàn)6，F(xiàn)7斷層(圖1)，其走向主要為NW，NE向，近SN向；傾角55°～72°，斷層均未對(duì)礦區(qū)內(nèi)礦體造成破壞。

區(qū)內(nèi)巖漿巖不甚發(fā)育，鉆孔中見變閃長(zhǎng)巖、輝綠巖，順層侵位于濟(jì)寧群變質(zhì)巖中，主要呈脈狀產(chǎn)出。從工程控制的情況看，輝綠巖規(guī)模較小，對(duì)礦層未造成破壞。變閃長(zhǎng)巖規(guī)模稍大，對(duì)礦層造成破壞作用，在35線ZK3502控制厚度38m左右，沿走向延長(zhǎng)400m左右，傾向延深200m左右，對(duì)20號(hào)礦體具破壞作用；39線ZK3906，ZK3907控制同一變閃長(zhǎng)巖脈，脈寬32～83m，走向延長(zhǎng)至ZK4301，傾向延深大于500m，沿走向上沖斷33號(hào)、34號(hào)礦體。

1—石盒子群；2—山西組；3—太原組；4—馬家溝群五陽(yáng)山組；5—馬家溝群土峪組；6—馬家溝群北庵莊組；7—推斷地質(zhì)界線；8—實(shí)測(cè)正斷層及編號(hào)；9—推斷斷層及編號(hào)；10—見礦鉆孔位置及編號(hào)；11—未見礦鉆孔位置及編號(hào)；12—勘查區(qū)范圍圖1 山東省兗州市翟村鐵礦區(qū)基巖地質(zhì)圖

2 礦體地質(zhì)

2.1 礦體特征

翟村鐵礦床為隱伏礦床，礦床內(nèi)共圈定鐵礦體44個(gè)，依次編號(hào)為1，2，3……44；其中20，19，4，38礦體為主礦體，資源量超過7.7億t，占礦床(332)+(333)資源量的72.79%，礦體賦存于新太古代濟(jì)寧群變質(zhì)巖中，上覆蓋層為寒武紀(jì)至奧陶紀(jì)地層。礦體呈層狀、似層狀產(chǎn)出，礦體產(chǎn)狀與圍巖一致。1～8礦體分布于0～15線間，含礦巖石為磁鐵綠泥絹云千枚巖，總體走向342°～354°，傾向SWW，傾角58°～65°。9～44礦體分布于23～47線間，含礦巖石為條帶狀磁鐵石英巖?？傮w走向326°～359°，傾向SWW，傾角54°～70°。

20號(hào)礦體為礦床的主礦體之一(圖2)，占礦床(332)+(333)資源量的36.77%。礦體呈似層狀分布于23～43間，賦存標(biāo)高-1076m～-1830m，埋深1118～1567m。礦體走向326°～338°，傾向SWW，傾角54°～68°，沿走向由中部向兩側(cè)逐漸增大。礦體沿走向和傾向膨脹狹縮、分支復(fù)合、尖滅再現(xiàn)的特點(diǎn)明顯，在39線、43線礦體為單層，向北至23線分為3～5層，層間巖性為綠泥絹云千枚巖、磁鐵石英巖等。單工程礦體厚度26.41～198.39m，平均厚度97.49m，厚度變化系數(shù)為51.29%，厚度變化較穩(wěn)定。單樣品位TFe 20.68%～42.92%，mFe 15.01%～37.33%；單工程礦體品位TFe 26.64%～36.30%，mFe 20.52%～24.83%；礦體平均品位TFe 32.60%，mFe 23.06%，品位變化系數(shù)TFe 15.75%，mFe 21.06%，屬品位變化均勻型。

19號(hào)礦體為礦床的主礦體之一，占礦床(332)+(333)資源量的14.86%。礦體呈似層狀分布于31～39線間，礦體走向323°～340°，傾向SWW，傾角57°～70°。賦存標(biāo)高-1172m～-2036m，埋深1214～1254m。該礦體在39線為單層，在31線分為3層，礦體內(nèi)部具磁鐵石英巖夾石。單工程礦體厚度8.86～172.31m，平均厚度97.14m，厚度變化系數(shù)為69.35%，厚度變化較穩(wěn)定。沿傾向總體呈由淺向深厚度增大的趨勢(shì)，在35線淺部(ZK3501)以礦化帶出現(xiàn)。單樣品位TFe 20.42%～37.64%，mFe 15.01%～37.64%；單工程礦體品位TFe 25.70%～36.11%，mFe 20.17%～23.11%；礦體平均品位TFe 34.45%，mFe 22.81%，品位變化系數(shù)TFe 18.91%，mFe 24.68%，屬品位變化均勻型。

4，38，6，2，10，31號(hào)礦體也為主礦體。礦體賦存標(biāo)高-1032m～-1980m，控制礦體長(zhǎng)度100～1432m，礦體平均厚度1.00～27.33m，平均品位TFe 26.13%～35.13%，mFe 20.00%～25.42%。

1—第四系；2—石炭系+二疊系；3—奧陶系；4—寒武系；5—濟(jì)寧群；6—地質(zhì)界線；7—角度不整合界線；8—斷層及編號(hào)；9—磁鐵礦體及編號(hào)10—鉆孔位置及編號(hào)圖2 翟村鐵礦床39線地質(zhì)剖面略圖

2.2 礦石質(zhì)量

2.2.1 礦石礦物成分

礦石中金屬礦物主要有磁鐵礦、赤鐵礦、褐鐵礦、黃鐵礦、黃銅礦、磁黃鐵礦、閃鋅礦等；非金屬礦物有石英、綠泥石、絹云母、碳酸鹽(含鐵方解石、鐵白云石、菱鐵礦)及少量綠簾石、長(zhǎng)石、黑云母、高嶺石。

2.2.2 礦石的化學(xué)成分

礦石的主要有用組分為Fe，主要以磁性鐵的形式存在，平均品位TFe 31.09%，mFe 22.44%，mFe/TFe的平均值為72.18%，物相分析統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1*山東省物化探勘查院,山東省兗州市翟村鐵礦區(qū)屯頭鐵礦普查報(bào)告,2010年。，礦石中其他賦存形式的鐵為：氧化鐵(oFe)占4.49%，碳酸鐵(cFe)占2.93%，硅酸鐵(siFe)占1.47%，硫化鐵(sfFe)占0.04%。

表1 物相分析結(jié)果

礦石中SiO2含量36.86%～52.18%，平均42.72%；CaO含量0.84%～5.05%，平均1.69%；MgO含量1.11%～6.33%，平均1.73%；Al2O3含量0.61%～8.45%，平均4.07%；S含量0.01%～0.24%，平均0.05%；P含量0.03%～0.09%，平均0.05%；礦石中有害組分S，P平均含量均低于規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)(表2)。

表2 組合分析結(jié)果

礦區(qū)光譜分析樣品11件，礦石中檢出的元素有Mn，Ti，Cr，Ni，Mo，Sn，Cu，Pb，Ag，Zn，Co，V，各元素含量見表3。礦石中有益元素含量較低，達(dá)不到綜合回收利用要求。

2.3 礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造

礦石結(jié)構(gòu)為自形—他形晶粒狀結(jié)構(gòu)、包含結(jié)構(gòu)、碎斑結(jié)構(gòu)；礦石構(gòu)造主要為條帶狀構(gòu)造、條帶—稠密浸染狀構(gòu)造。

2.4 礦石類型特征

依據(jù)礦石的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、主要礦石礦物和脈石礦物特征進(jìn)行分類，該礦床礦石自然類型主要為石英型條紋條帶狀磁鐵礦石，其次為綠泥絹云母型條紋條帶狀磁鐵礦石，無可綜合利用的伴生有用組分，其工業(yè)類型屬需選鐵礦石。礦石中堿性礦物(CaO+MgO)與酸性礦物(SiO2+Al2O3)的比值0.07，小于0.50，屬酸性礦石。礦床mFe與TFe的平均品位比值為72.18%，屬弱磁性鐵礦石。

表3 光譜分析結(jié)果

注：Ag，10-9；其他元素，10-6

3 礦床成因探討

3.1 成礦物質(zhì)來源

一般認(rèn)為，沉積變質(zhì)鐵礦石的SiO2/Al2O3比值應(yīng)小于10，火山沉積變質(zhì)鐵礦石的SiO2/Al2O3比值應(yīng)大于10。在礦區(qū)采集8件礦石樣品，SiO2/Al2O3比值分別為19.6，23.5，7.56，9.37，15.3，7.23，12.82，11.67；其中小于10的3件，大于10的5件，說明礦石物質(zhì)來源以火山物質(zhì)為主，其次有陸源碎屑物的加入。鐵礦石中含量最多的是SiO2，F(xiàn)e2O3，二者含量之和92.34%，其他組分含量為7.66%。表明該礦區(qū)條帶狀硅鐵建造是由少量碎屑物質(zhì)加入的化學(xué)沉積巖(表4)*山東省物化探勘查院，山東省濟(jì)寧特大磁異常找礦關(guān)鍵技術(shù)及找礦重大突破研究報(bào)告，2012年。。

3.2 成礦條件

華北板塊冀東遷安鐵礦、鞍山北臺(tái)鐵礦、淄博韓旺鐵礦的Fe2O3/FeO為1.60～2.11，F(xiàn)e2O3含量明顯高于FeO，說明它們形成于較強(qiáng)的氧化環(huán)境。該區(qū)鐵礦Fe2O3/FeO為1.17，三價(jià)鐵含量略高于二價(jià)鐵，說明成礦環(huán)境是輕微氧化到輕微還原環(huán)境。

除了氧化還原條件，pH值和Eh值也是影響成礦物質(zhì)沉淀的重要因素之一。根據(jù)該區(qū)鐵礦物相分析結(jié)果全鐵(TFe)中主要成分為磁性鐵(mFe)占22.44%，其次是氧化鐵(oFe)占4.49%,碳酸鐵(cFe)占2.93%，硅酸鐵(siFe)占1.47%，硫化鐵(sfFe)占0.04%。說明鐵礦床沉積時(shí)的環(huán)境利于氧化鐵、碳酸鐵沉淀。推斷礦床沉積環(huán)境的pH的范圍是在6～8，Eh值范圍約為-0.22～0.12。

從濱淺海向深海由氧化環(huán)境向還原環(huán)境過渡，pH值逐漸增大，Eh值逐步減少。該鐵礦成礦環(huán)境為弱氧化-弱還原環(huán)境，據(jù)此可推斷該區(qū)鐵礦形成于淺海環(huán)境中。

表4 礦區(qū)條帶狀鐵礦石主量元素分析數(shù)

3.3 成礦環(huán)境

3.3.1 元素地球化學(xué)指示的沉積環(huán)境

鎂鋁比值[m=(100×MgO/Al2O3)]是沉積環(huán)境的有效判別標(biāo)志之一，海水沉積環(huán)境(水體鹽度>30.63%)m值為10～500[7]。表4中8件鐵礦石樣品m值介于35.81～107.63之間，屬于海水沉積環(huán)境。MnO/TiO2亦可用于判斷沉積環(huán)境，在陸架和陸坡范圍內(nèi)，其比值<0.5[7]。表4的MnO/TiO2值，在0.05～0.20之間的樣品有5件，在0.22～0.47之間的樣品有3件，指示其原始沉積可能是近岸淺海陸架產(chǎn)物。

3.3.2 穩(wěn)定同位素地球化學(xué)特征及其反映沉積環(huán)境

來自火山成因的碳同位素δ13CPDB×10-3=(-3.1～-15)×10-3[8]，該區(qū)鐵礦石的δ13CV-PDB=(-6.4～-15)×10-3(表5)，接近于火山成因碳同位素值，指示沉積物中的火山物質(zhì)較多。

該區(qū)氧同位素的δ18OV-SMOW分布范圍為(14.1～17.4)×10-3(表5)，平均值為15.3×10-3，介于火成巖石英和海相硅質(zhì)巖的氧同位素值之間，與熱水沉積成因硅質(zhì)巖的氧同位素組成相似[9-10]。表明該區(qū)鐵礦條帶狀硅鐵建造是在熱水環(huán)境中形成的[11]。

該區(qū)鐵礦條帶狀硅鐵建造中磁鐵礦石的δ30SiNBS-28值偏低(表5)，分布于(-0.8～-1.3)×10-3之間，平均-1.0×10-3，最大特征為30Si呈貧化狀態(tài)，δ30SiNBS-28值與現(xiàn)代泉化、海底黑煙窗和海底熱水噴氣成因值相似[11-14]。與華北地區(qū)BIF的δ30SiNBS-28值平均-0.8×10-3[15])和遼寧鞍弓長(zhǎng)嶺地區(qū)BIF的δ30SiNBS-28值(-2.2～-0.9)×10-3)[13]基本相當(dāng)。該區(qū)硅同位素值與弓長(zhǎng)嶺礦區(qū)含鐵帶δ30Si值(-1.3～-0.9)×10-3一致，也說明濟(jì)寧巖群具有熱水沉積特點(diǎn)[7]。

表5 礦區(qū)鐵礦條帶狀硅鐵建造硅氧同位素分析結(jié)果

數(shù)據(jù)來源：山東省物化探勘查院，山東省濟(jì)寧特大磁異常找礦關(guān)鍵技術(shù)及找礦重大突破研究報(bào)告，2012年。

3.4 礦床成因

巖石地球化學(xué)特征指示，該鐵礦原始沉積具近岸淺海陸架產(chǎn)物的特點(diǎn)[14-17]；礦石中碳、氧、硅同位素與BIF鐵礦相當(dāng)，具有熱水沉積相的特點(diǎn)；成礦物質(zhì)主要來源于海底火山噴發(fā)，其次來源于陸源物質(zhì)的風(fēng)化。新太古代晚期火山活動(dòng)強(qiáng)烈，火山噴發(fā)帶來大量的Fe，Si等成礦物質(zhì)。當(dāng)熱液噴發(fā)到海底以后，由于與海水混合，溫度突然下降，硅在海水中的濃度達(dá)到過飽和狀態(tài)，以硅膠的形式在海水中沉淀下來，形成硅質(zhì)層；隨著海水溫度的進(jìn)一步降低，pH，Eh值的不斷增高，一部分Fe2+逐漸氧化成Fe3+，生成Fe(OH)3沉淀下來，形成鐵質(zhì)層。Si，F(xiàn)e的沉積形成了互層狀硅鐵沉積建造；經(jīng)受區(qū)域變質(zhì)作用時(shí)，在熱力和定向壓力作用下，產(chǎn)生重結(jié)晶作用及千枚理化作用，形成磁鐵礦、石英等主要礦石礦物和脈石礦物。

4 找礦標(biāo)志及找礦方向

通過該次工作，總結(jié)出該區(qū)該類型礦床找礦標(biāo)志主要為：地層標(biāo)志和地球物理標(biāo)志。

地層標(biāo)志：鐵礦賦存于濟(jì)寧群淺變質(zhì)巖系中，因此，濟(jì)寧群淺變質(zhì)巖是尋找該類型鐵礦的有利層位，濟(jì)寧群分布區(qū)是尋找該類型鐵礦床的首選靶區(qū)。

地球物理標(biāo)志：濟(jì)寧群淺變質(zhì)巖在山東境內(nèi)未有出露，礦床的發(fā)現(xiàn)和勘查是依據(jù)重、磁異常研究成果。從該區(qū)勘查成果看，具有一定規(guī)模和強(qiáng)度的重、磁異常，是尋找該類鐵礦床的重要標(biāo)志。

因此，該區(qū)域濟(jì)寧群淺變質(zhì)巖區(qū)和具有一定規(guī)模及強(qiáng)度的重、磁異常區(qū)為該類礦床的找礦方向。

5 結(jié)論

(1)根據(jù)翟村鐵礦的成礦物質(zhì)來源及形成機(jī)制，其成因類型屬沉積變質(zhì)型鐵礦。

(2)根據(jù)礦石主量元素的含量分析，認(rèn)為翟村鐵礦成礦物質(zhì)主要來源于海底火山噴溢物，少量陸源碎屑物質(zhì)。鐵礦的成礦物質(zhì)具有火山物質(zhì)和碎屑物質(zhì)的雙重來源。

(3)根據(jù)元素穩(wěn)定同位素、指標(biāo)分析、熱水環(huán)境等，據(jù)此推斷該區(qū)鐵礦形成于淺海環(huán)境中。

(4)濟(jì)寧群淺變質(zhì)巖是尋找該類型鐵礦的有利層位，濟(jì)寧群分布區(qū)和具有一定規(guī)模及強(qiáng)度的重、磁異常區(qū)是尋找該類型鐵礦床的首選靶區(qū)。

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