魯西潘店地區(qū)矽卡巖型鐵礦成礦規(guī)律初探

郝興中，劉偉，臧凱，張學松

(1.山東省地質(zhì)調(diào)查院，山東 濟南 250013；2.中國地質(zhì)大學地球科學與資源學院，北京 100083；3.山東省物化探勘查院，山東 濟南 250013)

0 引言

魯西地區(qū)是我國矽卡巖型鐵礦的重要產(chǎn)地之一，其中與中—基性侵入巖相關的矽卡巖型鐵礦在區(qū)內(nèi)占主導地位，該類型鐵礦主要分布于濟南、淄博、萊蕪地區(qū)，并具有“規(guī)模大、品位高、分布集中”的特點。近年來，隨著山東省深部找礦工作的逐步推進，在齊河-禹城深覆蓋區(qū)的鐵礦勘查和科研工作取得了重要進展；2011年，山東省礦產(chǎn)資源潛力評價項目認為該區(qū)具有矽卡巖型鐵礦的成礦條件*山東省地質(zhì)調(diào)查院，山東省鐵礦資源潛力評價成果報告，2011年。；郝興中和李洪奎等[1-2]研究成果，表明該區(qū)具有良好的矽卡巖型鐵礦找礦前景。2015—2016年，山東省煤田地質(zhì)規(guī)劃勘察研究院和中化地質(zhì)礦山總局山東地質(zhì)勘查院在禹城李屯和齊河大張地區(qū)的鐵礦勘查工

作取得了重大突破[3]，在鉆孔施工過程中揭露了鐵礦體，且在局部地區(qū)具“品位高、厚度大”的特點。2017年，中國地質(zhì)調(diào)查局在該區(qū)進一步開展找礦預測工作，探討了區(qū)內(nèi)鐵礦的控礦地質(zhì)條件以及磁法測量在鐵礦勘查中的應用效果[4-5]。該文在充分收集區(qū)內(nèi)各類資料進行系統(tǒng)研究的基礎上，對成果進行了初步總結(jié)，以期為今后區(qū)內(nèi)鐵礦勘查工作提供借鑒。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)位于山東省德州市齊河縣西南部，屬禹城市和齊河縣管轄；其大地構(gòu)造位置屬華北板塊(Ⅰ)、魯西隆起區(qū)(Ⅱ)、魯中隆起(Ⅲ)、泰山-濟南斷隆(Ⅳ)、齊河潛凸起(Ⅴ)上(圖1)。

1—一級構(gòu)造單元；2—二級構(gòu)造單元；3—三級構(gòu)造單元；4—四級構(gòu)造單元；5—五級構(gòu)造單元；6—(推測)斷層；7—不整合界線；8—(潛)凹陷區(qū)；9—(潛)凸起區(qū)；10—鐵礦預測區(qū)及編號(Ⅰ—濟南鐵礦預測區(qū)；Ⅱ—萊蕪鐵礦預測區(qū)；Ⅲ—淄博鐵礦預測區(qū))；11—研究區(qū)圖1 區(qū)域大地構(gòu)造背景圖

研究區(qū)及周鄰地區(qū)被第四系所覆蓋，地表無基巖露頭，其下發(fā)育有寒武系、奧陶系、石炭系、二疊系、白堊系、新近系。在齊廣斷裂北西側(cè)新生代地層覆蓋厚度較大(約3000m以上)；其南東側(cè)相對較淺，其中李屯地區(qū)新生代地層厚度約810～900m，大張地區(qū)厚度約560～590m，潘店地區(qū)厚度約660m，薛官屯地區(qū)尚無鉆孔控制(厚度不詳)。區(qū)域發(fā)育有新太古代侵入巖、中生代侵入巖；前者較為發(fā)育，以偏酸性侵入巖為主，后者分布局限(主要在濟南、萊蕪、淄博、潘店等地區(qū))，以中—基性侵入巖為主。區(qū)域構(gòu)造活動強烈，斷裂構(gòu)造大致可分為NE向斷裂、NW向斷裂為主；褶皺構(gòu)造局部發(fā)育。據(jù)區(qū)域航磁異常和航空重力異常相關資料顯示，研究區(qū)處于明顯的航磁異常高值區(qū)和重力異常高值區(qū)，航空重磁異常具有“同源性”特征。

2 成礦地質(zhì)特征

魯西地區(qū)的矽卡巖型鐵礦總體表現(xiàn)為“地層、巖漿巖和構(gòu)造”聯(lián)合控礦的特征[6-7]。矽卡巖型鐵礦控礦地質(zhì)要素與魯西地區(qū)基本一致，區(qū)內(nèi)發(fā)育大面積的碳酸鹽地層，且構(gòu)造、巖漿巖較為發(fā)育(圖2)。

1—推斷隱伏斷裂；2—推斷隱伏巖體范圍；3—構(gòu)造單元名稱；4—鐵礦床位置圖2 研究區(qū)地質(zhì)構(gòu)造簡圖

2.1 控礦地層

研究區(qū)中奧陶紀馬家溝群碳酸鹽巖地層分布廣泛，該地層單元是區(qū)內(nèi)矽卡巖型鐵礦的主要控礦圍巖，同時在石炭—二疊紀地層中也發(fā)現(xiàn)有部分鐵礦體，上述地層基本覆蓋全區(qū)。據(jù)已有資料可知，奧陶紀地層在齊廣斷裂北西側(cè)埋藏深度較大，可達3440m以上；在齊廣斷裂南東側(cè)埋藏深度變化較大，其中在李屯東側(cè)厚度約1165m，大張北西側(cè)厚約610～650m，潘店北西側(cè)和薛官屯北東側(cè)地區(qū)尚無鉆孔控制，奧陶紀地層埋藏深度不詳。

2.2 控礦巖漿巖

研究區(qū)燕山晚期巖漿活動強烈，其中在李屯東側(cè)、潘店北西側(cè)、大張北西側(cè)及薛官屯北東側(cè)地區(qū)主要以中—基性侵入巖為主；巖性主要以閃長巖為主(礦物成分為斜長石、角閃石、黑云母、鉀長石、石英等)、還發(fā)育有輝長巖、閃長玢巖等。

2.3 控礦構(gòu)造

研究區(qū)因受區(qū)域構(gòu)造和巖體上侵的影響而構(gòu)造較為發(fā)育，其中斷裂主要為NE向斷裂、NNW向斷裂和近SN向斷裂等幾組，褶皺亦較發(fā)育，且在構(gòu)造的交會部位巖體較為發(fā)育，同時在碳酸鹽地層和巖體的接觸帶上，是鐵礦成礦的有利部位。

3 地球物理特征

3.1 巖礦石物性特征

該次研究對區(qū)內(nèi)的巖礦石物性參數(shù)進行了測量，結(jié)果如表1所示。

表1 研究區(qū)巖礦石物性參數(shù)均值統(tǒng)計

各類巖石磁性由強到弱為鐵礦石>輝長巖、閃長巖>矽卡巖>其他沉積巖類。鐵礦石呈強磁性，磁化率近10萬×10-54πSI以上，輝長巖、閃長巖磁化率多為數(shù)百×10-54πSI，屬較強磁性，矽卡巖磁化率一般82.8×10-54πSI，屬中等磁性，其他沉積巖石可視為弱磁性或無磁性；因此，磁法測量手段在該區(qū)鐵礦勘查工作中具有明顯的物理前提。

各類巖石密度由高到低為鐵礦石>矽卡巖>灰?guī)r、閃長巖、輝長巖、泥巖>砂巖，第四系及新近系巖石密度一般在2.5×103kg/m3以下。因此，沉積地層界面變化和巖漿侵入均可形成局部重力異常，而磁鐵礦及矽卡巖較其他巖石具有明顯的密度差異，其局部重力極大值或剩余異常較突出部位是有利的勘查位置之一。

磁鐵礦電阻率均值為167.9Ω·m左右，而極化率很高，平均值可達50%以上，呈顯著的“低阻高極化”特征；侵入巖體及灰?guī)r則呈現(xiàn)“高阻低極化”，矽卡巖呈“高阻高極化”特征；泥巖呈“中阻中極化”，砂巖為“中阻低極化”的特征。因此，在基巖地層中“低阻高極化”的部位是鐵礦體可能的賦存地段。

綜上所述，在研究區(qū)內(nèi)厚覆蓋層下的鐵礦勘查工作中應用磁法、重力及電法測量手段是具備地球物理前提的；結(jié)合矽卡巖型鐵礦空間賦存規(guī)律，在具有(剩余)重力異常高值處、(化極)磁異常明顯部位及高—低電阻率轉(zhuǎn)換帶的地段是鐵礦勘查的重點部位。

3.2 重力異常特征

區(qū)域1∶20萬航空布格重力場總體表現(xiàn)為在區(qū)域低重力異常背景上的相對高重力異常特征。研究區(qū)布格重力異常(圖3)在潘店南北側(cè)有2處極大值；由研究區(qū)巖礦石物性參數(shù)可知，重力異常特征總體反映了區(qū)域上燕山晚期侵入巖分布、奧陶紀地層隆起、構(gòu)造展布等地質(zhì)信息；區(qū)內(nèi)地層和巖體的埋藏深度具有由SE向NW逐漸變厚的特點。研究區(qū)的鐵礦勘查工作表明，在重力異常梯度帶上發(fā)育有規(guī)模不同的鐵礦體；因此，重力異常對鐵礦具有一定的指示作用，在勘查過程中要注重對重力異常進行重點研究。

1—重力等值線；2—局部重力極大值；3—局部重力極小值；4—相對重力值(10-5m/s2)；5—鐵礦床位置圖3 研究區(qū)航空布格重力等值線平面圖

3.3 磁異常特征

由1∶5萬航磁異常成果(圖4)可知，潘店地區(qū)顯示具有較高的航磁異常特征，該航磁異常呈“四峰狀”，可進一步分為李屯次級磁異常(呈NNE向)、潘店次級磁異常(呈NW向)、大張次級磁異常(呈NE向)和薛官屯次級磁異常(呈SN向)；其中李屯、潘店、大張次級異常峰值分別為294nT，198nT，364nT，三者總體走向約15°；薛官屯異常峰值較低，為81nT；各次級磁異常規(guī)模和強度順序依次為李屯次級異常、大張次級異常、潘店次級異常、薛官屯次級異常。研究區(qū)的鐵礦勘查工作表明，在磁異常發(fā)育處(磁異常梯度帶較陡處)的鐵礦較為發(fā)育，鐵礦體規(guī)模較大，找礦效果也最為顯著，因此，要重視磁異常在鐵礦勘查工作中的作用。

1—磁異常正等值線；2—磁異常零等值線；3—磁異常負等值線；4—磁異常值(nT)；5—鐵礦床位置圖4 研究區(qū)航空磁異?！鱐等值線平面圖

結(jié)合重力異常特征，推測深部中—基性巖漿侵位時，在李屯東側(cè)、大張北西側(cè)、潘店北西側(cè)和薛官屯北東側(cè)地區(qū)產(chǎn)生分支，且侵入規(guī)模和深度均有差異。以往勘查成果表明，矽卡巖型鐵礦體主要賦存于地層與巖體的接觸帶，因此，研究深部巖體分布范圍和形態(tài)特征對該類型鐵礦的勘查具有重要意義。

4 成礦規(guī)律探討

研究區(qū)內(nèi)矽卡巖型鐵礦的成礦地質(zhì)體為中—基性侵入巖體；其成礦機制為中—基性巖漿侵入到奧陶紀馬家溝群碳酸鹽地層中，在巖體與地層接觸帶附近發(fā)生接觸交代作用形成矽卡巖帶，并在有利部位富集進而形成矽卡巖型鐵礦床。

4.1 空間分布規(guī)律

根據(jù)研究區(qū)內(nèi)鐵礦勘查工作，在李屯和大張地區(qū)發(fā)現(xiàn)了賦存形態(tài)多樣的鐵礦體(圖5)，且鐵礦體賦存形態(tài)與閃長巖體和碳酸鹽地層的接觸關系密切相關，如接觸帶賦存式(主要賦存于巖體與灰?guī)r接觸帶上，如圖5A所示)、斷裂充填式(礦體賦存于斷裂構(gòu)造破碎帶中，圖5C)、層間充填式(礦體呈層狀順層產(chǎn)出于沉積地層中，如圖5A)、裂隙貫入式(礦液貫入巖層裂隙中，與兩側(cè)巖性截然不同，如圖5B)、捕虜體構(gòu)造式(因碳酸鹽地層呈捕擄體產(chǎn)于巖體內(nèi)部形成的鐵礦體，如圖5D)等不同的賦礦部位；其中接觸帶賦存式是區(qū)內(nèi)最為重要的鐵礦賦存方式。以上鐵礦賦存形式與魯西其他地區(qū)矽卡巖型鐵礦的空間分布特征[8-11]具有一定的相似性。

1—石炭—二疊紀碎屑巖；2—石炭—二疊紀灰?guī)r；3—奧陶紀灰?guī)r；4—閃長巖體；5—矽卡巖帶；6—鐵礦帶；7—地質(zhì)界線；8—斷裂帶圖5 研究區(qū)鐵礦成礦結(jié)構(gòu)面特征

4.2 時間分布規(guī)律

根據(jù)研究區(qū)對與鐵礦體相關的閃長巖體中鋯石進行分析表明*北京礦產(chǎn)地質(zhì)研究院，山東省齊河—禹城地區(qū)接觸交代型富鐵礦綜合信息找礦預測地質(zhì)模型，2017年。，李屯地區(qū)所采集鋯石的Th/U比值介于0.34～1.49，平均值為1.04，多數(shù)鋯石Th/U比值介于0.94～1.26，平均值為1.05；大張地區(qū)所采集鋯石的Th/U比值介于0.58～11.49，平均值為2.96，多數(shù)鋯石Th/U比值介于1.11～1.71，平均值為1.42，以上鋯石均符合巖漿成因鋯石特征。通過對上述鋯石(LA-ICP-MS)測年數(shù)據(jù)①的分析表明，李屯地區(qū)與鐵礦相關的閃長巖體中的鋯石年齡為(130.0±2.3)Ma(MSWD=1.5)，大張地區(qū)與鐵礦相關的閃長巖體中的鋯石年齡為(131.6±1.7)Ma(MSWD=2.6)，矽卡巖型鐵礦成礦時代與其巖體侵位時間緊密相關；因此，研究區(qū)內(nèi)矽卡巖型鐵礦形成于早白堊世，成礦時間為130Ma左右。通過對比濟南、萊蕪、金嶺及潘店地區(qū)矽卡巖型鐵礦成礦時代[12-17]表明，以上地區(qū)的鐵礦成礦時代近于一致(分布范圍為127～134Ma)，主要集中于130～131Ma間，并具有明顯的時代共性；初步判斷上述地區(qū)矽卡巖型鐵礦是同一區(qū)域構(gòu)造背景下，屬同一時期巖漿作用在不同地區(qū)形成的矽卡巖型鐵礦，它們是“一脈相承”的。

4.3 成礦物質(zhì)來源

4.4 地球物理場與鐵礦體關系

研究區(qū)內(nèi)地球物理特征與鐵礦體關系緊密聯(lián)系，區(qū)內(nèi)鐵礦床即對區(qū)內(nèi)航空磁異常和航空重力異常特征進行分析后開展勘查并發(fā)現(xiàn)的[4-5]。通過勘查研究表明，區(qū)內(nèi)磁異常主要為深部磁性體和巖體空間分布所引起，重力高值區(qū)為地層隆起、巖體侵入、構(gòu)造運動和礦體展布所致。根據(jù)前文的地球物理特征部分中討論可知，研究區(qū)內(nèi)鐵礦體、磁異常與重力異常三者具有較好的對應性，且鐵礦體發(fā)育處顯示具有“重磁同高”的特征；同時，在礦集區(qū)內(nèi)的勘查工作表明，電法(MT)測量工作也對深部地質(zhì)單元分布具有明顯的指示性，如高阻和低阻轉(zhuǎn)換部位一般為矽卡巖帶發(fā)育的重要部位。因此，通過對比相關研究成果[7,29-32]；在研究區(qū)的鐵礦勘查工作中，注重磁法、重力和電法工作手段的相互配合對于區(qū)內(nèi)鐵礦找礦工作具有重要意義。

5 結(jié)論

(1)魯中隆起區(qū)西北部潘店地區(qū)航磁異常顯著，該異常呈“四峰狀”，分別為李屯次級磁異常、潘店次級磁異常、大張次級磁異常和薛官屯次級磁異常；重力特征總體表現(xiàn)為低重力異常背景上的相對高重力異常特征，且具有“重磁同源性”特征。

(2)區(qū)內(nèi)鐵礦屬于深覆蓋層下的“萊蕪式”矽卡巖型鐵礦，總體具有“地層、巖體和構(gòu)造”聯(lián)合控礦的特征，即鐵礦體受控于奧陶紀馬家溝群碳酸鹽巖地層、中生代燕山晚期閃長巖體、以及地層與巖體各種類型的(構(gòu)造)接觸帶。

(3)區(qū)內(nèi)礦體賦存位置多樣，主要為接觸帶賦存式、斷裂充填式、裂隙貫入式、層間充填式、捕虜體構(gòu)造式等賦存方式；成礦時代為早白堊世(130～131Ma)，與濟南、萊蕪、金嶺地區(qū)已開發(fā)的矽卡巖型鐵礦床成礦時代一致，鐵質(zhì)成分主要來源于地幔侵入巖體；且在整體表現(xiàn)為具有(剩余)重力異常高值處、(化極)磁異常明顯部位以及高—低電阻率轉(zhuǎn)換帶的地段開展鐵礦找礦工作較為有利。

致謝：感謝同作者一起在齊河—禹城地區(qū)開展矽卡巖型鐵礦找礦預測工作項目組全體成員，感謝中國地質(zhì)調(diào)查局發(fā)展研究中心龐振山(教授級高工)的精心指導，同時對審稿專家在審稿過程中提出的修改意見致以衷心的感謝！

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