山東省東阿縣單莊鐵礦床地質(zhì)特征及找礦前景

張巖，張尚坤，陳文韜，張文佳，孫雨沁

(1.山東省地質(zhì)科學(xué)研究院，國土資源部金礦成礦過程與資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東省金屬礦產(chǎn)成礦地質(zhì)過程與資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 濟(jì)南 250013;2.中國地質(zhì)大學(xué)，北京 100083)

0 引言

2009年以來，山東省地質(zhì)科學(xué)研究院連續(xù)在山東省東阿縣單莊地區(qū)開展了鐵礦勘查。在工作過程中，采用“物探先行，鉆探驗(yàn)證”的勘查方法及高精度磁法測量和機(jī)械巖心鉆探相結(jié)合的勘查手段，實(shí)現(xiàn)了山東省黃河以北隱伏地區(qū)鐵礦找礦重要突破[1]。該勘查成果為在魯西隱伏地區(qū)開展BIF型鐵礦勘查工作起到指導(dǎo)和示范性意義，積累了大量的地質(zhì)、物探等方面的原始資料，并取得了豐富的找礦經(jīng)驗(yàn)，為在該區(qū)或相鄰區(qū)域進(jìn)一步開展鐵礦找礦工作提供了必要條件。

1 成礦地質(zhì)背景

該區(qū)大地構(gòu)造位置地處華北板塊(Ⅰ)魯西隆起區(qū)(Ⅱ)魯中隆起(Ⅲ)泰山-濟(jì)南斷隆(Ⅳ)樂平鋪潛凹陷(Ⅴ)[2]，屬黃河沖積平原區(qū)?？傮w來看，以黃河為界，北部幾乎均為第四系覆蓋，僅局部零星出露寒武紀(jì)地層，面積較小，南部出露較多寒武紀(jì)和奧陶紀(jì)地層，以寒武紀(jì)灰?guī)r、頁巖、砂巖和白云巖為主，部分區(qū)域仍為第四系覆蓋，基底為泰山巖群。

單莊鐵礦位于東阿-壽張凹陷以南，該凹陷位于魯中隆起區(qū)西北部。區(qū)內(nèi)第四紀(jì)沉積物廣布，與下伏基巖呈角度不整合接觸。西側(cè)以東阿斷裂為界，東阿斷裂西側(cè)發(fā)育數(shù)個(gè)支斷層，走向與主斷裂近于一致。區(qū)內(nèi)地層總體呈單斜，僅在東阿斷裂與譚莊-阿城鎮(zhèn)斷裂發(fā)育數(shù)個(gè)褶皺。斷裂構(gòu)造較發(fā)育(圖1)。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 地層

區(qū)內(nèi)均為第四系覆蓋，地層描述主要依據(jù)鉆孔編錄資料，礦區(qū)內(nèi)地層自老至新分述如下：新太古代泰山巖群山草峪組含礦變質(zhì)巖系；寒武紀(jì)饅頭組灰?guī)r、頁巖夾白云巖、砂巖；張夏組鮞粒灰?guī)r夾頁巖，多含海綠石；崮山組薄層灰?guī)r、頁巖，含竹葉狀灰?guī)r；炒米店組厚層灰?guī)r，含鮞?；?guī)r、生物碎屑灰?guī)r；寒武紀(jì)—奧陶紀(jì)三山子組白云巖夾鈣質(zhì)頁巖，含竹葉狀白云巖；第四紀(jì)松散堆積層。泰山巖群山草峪組即為賦礦地層，主要巖石類型為黑云變粒巖、角閃變粒巖、黑云石英片巖、斜長角閃巖等。含礦巖石為角閃磁鐵石英巖、角閃石英磁鐵巖、磁鐵黑云變粒巖和赤鐵石英巖等[3]。

1—古近系；2—二疊系；3—石炭系；4—奧陶系；5—寒武系；6—推測正斷層；7—實(shí)測正斷層；8—褶皺(背斜及向斜)；9—平行不整合地層界線；10—推測地層界線；11—實(shí)測地層界線；12—等高線及編號；13—鐵礦區(qū)圖1 區(qū)域構(gòu)造地質(zhì)簡圖

2.2 構(gòu)造

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)特征、鉆孔編錄情況，結(jié)合物探成果，在礦區(qū)內(nèi)推斷了6條有一定規(guī)模的斷裂，編號F1～F6，均為張性斷裂。其中：F1,F2,F3等3條NW向斷裂形成時(shí)代早于F4,F5,F6等3條NE向斷裂;F1,F2,F3等3條NW向斷裂被后期的F4斷裂錯(cuò)斷(圖2)?？傮w來說，斷裂均形成于成礦后，對礦體起到破壞作用。

1—奧陶紀(jì)白云巖；2—寒武紀(jì)灰?guī)r、頁巖、砂巖等；3—推測斷層及編號；4—部分見礦鉆孔；5—部分未見礦鉆孔；6—基線及勘查線剖面線；7—ΔT化磁極上沿1000m等值線，nT；8—礦段大致范圍圖2 單莊鐵礦區(qū)基巖地質(zhì)圖

F1,F2,F3斷裂形成時(shí)間較早,與區(qū)域性NW向斷裂近于一致，斷裂總體走向NW50°左右;F1,F2傾向SW;F3傾向NE;局部形成“塹壘式”伸展型構(gòu)造。該組斷裂被后期F4斷裂錯(cuò)斷。

F4斷裂與區(qū)域性NE向斷裂走向近于一致，為張性斷裂，斷裂總體走向NE50°左右。

F5斷裂主體走向NE20°左右，與區(qū)域構(gòu)造地質(zhì)簡圖上的東阿斷裂同期，為區(qū)內(nèi)切割基底地層的深大斷裂，磁異常表現(xiàn)為明顯的線性磁力梯級帶，斷裂帶兩側(cè)磁異常差異性大，東側(cè)表現(xiàn)為明顯的正磁性異常，西側(cè)表現(xiàn)為負(fù)磁性異常。斷裂NW側(cè)呈低阻特征，SE端呈高阻特征，亦反映了隱伏斷裂NW傾的特征。綜上所述，該斷裂異常特征明顯，斷層存在可靠，推斷為一傾向NW，傾角約80°的隱伏張性斷裂。

F6即為東阿斷裂，走向NE30°～50°，傾角50°～70°，為高角度正斷層。

2.3 巖漿巖

礦區(qū)為隱伏覆蓋區(qū)，僅在鉆孔內(nèi)見到少量巖漿巖呈脈狀產(chǎn)出，巖性主要為花崗偉晶巖、閃長玢巖、安山巖等。

花崗偉晶巖脈是區(qū)內(nèi)最為發(fā)育的巖漿巖脈，在大部分鉆孔中都能見到數(shù)條。大多沿片理貫入，少數(shù)切割片理，呈不規(guī)則脈狀產(chǎn)出。寬度0.1～25m不等。巖石呈塊狀構(gòu)造，粗?；◢徑Y(jié)構(gòu)，由石英、微斜長石、斜長石、黑云母、綠泥石、碳酸鹽礦物、電氣石、鋯石、磁鐵礦等礦物組成。

閃長玢巖呈斑狀結(jié)構(gòu)，斑晶主要為長石，基質(zhì)呈隱晶質(zhì)。斑晶以斜長石為主，呈板狀，粒度約0.1～1mm，可見卡鈉復(fù)合雙晶，表面發(fā)生弱綠泥石化，有的斜長石顆粒內(nèi)部析出鐵質(zhì)礦物?；|(zhì)中礦物成分以斜長石為主，可見少量鉀長石，基質(zhì)晶體較細(xì)，大部分呈隱晶質(zhì)，長石均發(fā)生一定程度的泥化，含有大量的不透明礦物。

安山巖呈安山結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。主要由斜長石、方解石、角閃石、黑云母、玻璃質(zhì)、隱晶質(zhì)礦物和不透明礦物組成。方解石是由角閃石蝕變而來，斜長石、方解石、角閃石、黑云母和玻璃質(zhì)構(gòu)成斑晶，以斜長石、方解石和玻璃質(zhì)斑晶為主，方解石呈杏仁狀。

3 礦體特征

3.1 礦體特征

根據(jù)磁測磁異常的形態(tài)及鉆探驗(yàn)證結(jié)果，單莊鐵礦區(qū)內(nèi)共圈定大小礦體27個(gè)，其中主要礦體7個(gè)，分別為4,8,14～18號(圖3)。礦床分為柳林屯礦段和前翟坊礦段，多數(shù)礦體均分布于柳林屯和前翟坊2個(gè)磁異常帶中。

柳林屯礦段礦體走向?yàn)?43°～176°，傾向233°～266°，礦體傾角為58°～67°；前翟坊礦段礦體走向?yàn)?23°～153°，傾向213°～243°，礦體傾角為53°～64°，圖4為該礦段主干勘探線第40勘探線剖面圖。礦體均呈NW向帶狀展布，隱伏于地下，預(yù)測礦體最淺部埋深地下約540m，推斷礦體賦存標(biāo)高為-498m～-1397m，礦體一般向深部有變陡的趨勢。

不同礦體水平厚度1.05～16.18m，TFe平均品位21.00%～32.43%，mFe平均品位16.16%～26.69%。礦體的平均水平厚度10.33m，平均真厚度8.49m，TFe平均品位28.38%，mFe平均品位23.21%，各主要礦體特征見表1。

表1 單莊鐵礦床主要礦體特征

1—勘探線及編號；2—基線位置及編號；3—見礦鉆孔及編號；4—未見礦鉆孔及編號；5—鉆孔及編號圖3 單莊鐵礦-1000m中段平面示意圖

1—第四系；2—寒武紀(jì)第三統(tǒng)—第二統(tǒng)；3—新太古代山草峪組；4—磁鐵礦體及編號；5—地質(zhì)界線；6—鉆孔編號、軌跡、深度圖4 單莊鐵礦第40勘探線剖面簡圖

3.2 礦石特征

礦石的自然類型主要為條紋—條帶狀閃石、石英型磁鐵礦石，也見有少量氧化赤鐵礦石(圖5)。礦石結(jié)構(gòu)主要為半自形粒狀變晶結(jié)構(gòu)，主要表現(xiàn)為磁鐵礦呈半自形粒狀分布，粒度在0.02～0.5mm，多沿其長軸方向呈條帶集合體狀定向分布，有的呈星點(diǎn)狀分布，有的沿周邊被黃鐵礦交代，有的其中可見黃鐵礦包體。石英呈粒狀多晶集合體，粒度一般0.03～0.5mm；普通角閃石呈柱狀與輝石、磁鐵礦等聚集分布，柱長一般0.2～1mm。礦石構(gòu)造主要為條帶狀構(gòu)造，主要表現(xiàn)為礦石中的磁鐵礦、角閃石、黑云母組成暗色的條帶與石英組成的淺色條帶相間排列，局部條帶發(fā)生揉皺現(xiàn)象。不同部位條帶寬度各有差異，暗色條帶寬度一般在1～5mm。該類礦石品位相對較高。

礦石金屬礦物主要為磁鐵礦，少量赤鐵礦、黃鐵礦，偶見黃銅礦、銅藍(lán)。非金屬礦物以石英、普通角閃石為主，其次為黑云母、石榴子石、綠泥石、斜長石、方解石、絹云母，副礦物有磷灰石。

礦石的化學(xué)成分主要為SiO2,FeO,Fe2O3,Al2O3,CaO,MgO,S,P2O5;其次為Cu,Pb,Sn,Mn,Ti,Cr,Ni,Mo,V,Ag,Zn,Co等。礦石中SiO2含量37.24%～60.08%(平均51.41%)、FeO含量2.53%～18.05%、Fe2O3含量13.73%～37.97%、Al2O3含量0.51%～6.79%、CaO含量0.65%～5.47%、MgO含量0.39%～3.88%、S含量0.01%～0.76%、TiO2含量0.023%～0.209%、P2O5含量0.15%～0.26%，其余成分微量。

圖A為角閃磁鐵石英巖，礦心照片;圖B為角閃磁鐵石英巖，反光鏡下，磁鐵礦大致呈條帶狀定向分布;圖C為赤鐵石英巖，反光鏡下，赤鐵礦大致呈條帶狀定向分布;圖D為赤鐵石英巖，反光鏡下，赤鐵礦交代磁鐵礦，殘余少量磁鐵礦圖5 單莊鐵礦主要礦石的巖心及鏡下特征

3.3 礦體圍巖

礦體頂、底板圍巖以泰山巖群山草峪組黑云變粒巖為主，另有角閃變粒巖、斜長角閃巖、黑云石英片巖、角閃斜長片麻巖(圖6)，另見有脈狀分布的花崗偉晶巖脈。

黑云變粒巖主要可分為黑云斜長變粒巖、黑云鉀長變粒巖和黑云二長變粒巖3種，具塊狀構(gòu)造，鱗片粒狀變晶結(jié)構(gòu)，主要礦物成分為石英、斜長石、鉀長石和黑云母，次要礦物有白云母、綠泥石和綠簾石。

角閃變粒巖多呈半定向構(gòu)造，柱粒狀變晶結(jié)構(gòu)，主要由石英、斜長石和角閃石組成，次要礦物為綠泥石和粘土礦物，副礦物有磷灰石和少量不透明礦物等。構(gòu)成巖石的主要礦物多呈柱粒狀，其中柱粒狀石英和角閃石部分沿其長軸方向定向分布。

斜長角閃巖呈塊狀構(gòu)造，粒柱狀變晶結(jié)構(gòu)，主要礦物為普通角閃石、斜長石、黑云母，另有少量的榍石、磷灰?guī)r、獨(dú)居石、磁鐵礦和黃鐵礦等組成。

黑云石英片巖主要由石英、斜長石、黑云母組成，其次含有角閃石、綠泥石、白云母、方解石、磷灰石、赤鐵礦和磁鐵礦等其他少量不透明礦物，巖石重結(jié)晶程度高，片柱狀礦物含量較多，片柱狀礦物連續(xù)定向排列組成片狀構(gòu)造。

角閃斜長片麻巖主要由角閃石、斜長石和黑云母組成，其次為石英、絹云母、粘土礦物、碳酸鹽礦物、綠泥石、磷灰石和不透明礦物等。部分黑云母和角閃石沿其長軸方向半定向分布，呈弱片麻狀構(gòu)造。

花崗偉晶巖多呈脈狀，大致與礦層平行分布，厚度不等。巖石淺肉紅色，偉晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要組成礦物為微斜長石、石英，含少量斜長石、黑云母。

圖A為黑云變粒巖，①為黑云斜長變粒巖，②為黑云鉀長變粒巖，③為黑云二長變粒巖，巖心照片;圖B為黑云二長變粒巖，正交偏光鏡下;圖C為角閃變粒巖，正交偏光鏡下;圖D為斜長角閃巖，單偏光鏡下;圖E為黑云石英片巖，正交偏光鏡下;圖F為角閃斜長片麻巖，單偏光鏡下;Qtz-石英；Hbl-普通角閃石；Pl-斜長石；Klf-鉀長石；Bt-黑云母圖6 單莊鐵礦主要圍巖巖心及鏡下特征

4 找礦標(biāo)志及前景分析

4.1 找礦標(biāo)志

根據(jù)礦床成因類型，結(jié)合鐵礦床的具體特點(diǎn)，認(rèn)為該區(qū)找礦標(biāo)志有以下3個(gè)方面：

(1)地層標(biāo)志。新太古代泰山巖群山草峪組變質(zhì)地層是尋找BIF型鐵礦的有利層位，該層位在山東已找到多處磁鐵礦床[4-17]，該區(qū)南部的東平-汶上成礦帶上的彭集、梁林、大牛、石河王和南部的洪范池等鐵礦均賦存于該層位。該組地層巖性以黑云變粒巖為主，局部夾磁鐵角閃石英巖、磁鐵石英角閃巖、黑云角閃片巖等，其中磁鐵角閃石英巖、磁鐵石英角閃巖為BIF型鐵礦的含礦巖石[18]，黑云變粒巖、斜長角閃巖、黑云角閃片巖等為礦體的圍巖。由于太古代地層普遍遭受了較強(qiáng)的變質(zhì)作用和構(gòu)造疊加改造作用，局部賦礦層位褶皺構(gòu)造比較發(fā)育，可能造成褶皺轉(zhuǎn)折端附近礦層的加厚，也可能出現(xiàn)同一礦體或礦帶的連續(xù)重復(fù)，在實(shí)際勘查過程中要尤為注意。

(2)地球物理標(biāo)志。高精度磁測結(jié)果表明，在磁鐵礦體分布地段可引起明顯的高磁異常。由于該區(qū)為厚層覆蓋區(qū)，△T強(qiáng)度在-90～300 nT之間，與航磁異常對應(yīng)較好。經(jīng)鉆探驗(yàn)證，異常與礦體吻合較好。因此，在泰山巖群分布區(qū)的磁異常是尋找該類型礦床的重要標(biāo)志。值得注意的是，在總結(jié)分析過程中，一定要正確區(qū)分礦致異常和巖體異常，這將有利于提高勘查效率。

(3)礦體的賦存特征標(biāo)志。礦體呈層狀、似層狀產(chǎn)出。其產(chǎn)狀大體與圍巖片麻理產(chǎn)狀一致，礦體沿走向多呈帶狀展布。沿已有磁鐵礦體走向追索是尋找BIF型鐵礦的重要標(biāo)志。

4.2 找礦前景分析

該區(qū)磁異常大致呈帶狀分布，磁異常帶規(guī)模較大，圈閉較好，礦體大致呈NW向帶狀展布，向深部有變厚、變富的趨勢，因此該區(qū)深部找礦前景較好。在實(shí)際的鐵礦勘查過程中，一定要做到地質(zhì)、物探、鉆探的有機(jī)結(jié)合[19-26]。局部層位發(fā)育較多的鉀長石偉晶巖脈或花崗偉晶巖脈，導(dǎo)致礦體遭受破壞，往往在這些酸性巖脈或巖體的上部或邊部存在厚大磁鐵礦體。雖然在柳林屯礦段和前翟坊礦段之間的小的次級異常體的磁異常值不高，但在施工的鉆孔中卻見有厚層磁鐵礦體，見礦效果較好，所以次級磁異常分布區(qū)也應(yīng)是找礦的重點(diǎn)區(qū)域。部分未見礦鉆孔在實(shí)施井中三分量磁測過程中也發(fā)現(xiàn)了旁側(cè)異常，推測礦體連續(xù)性較好。對深部礦體和外圍勘查過程中，要重視井中三分量磁測的必要性，這對于井下盲礦體的圈定和井中旁側(cè)異常的指示將會起到至關(guān)重要的作用。

5 結(jié)論

(1)采用高精度磁法測量與機(jī)械巖心鉆探相結(jié)合的方法，發(fā)現(xiàn)了山東省東阿縣單莊鐵礦床。該礦床賦存于新太古代泰山巖群山草峪組地層中，目前共圈定大小礦體27個(gè)，主要礦體7個(gè)，礦床暫劃分為柳林屯礦段和前翟坊礦段。礦床的平均真厚度8.49m，TFe平均品位28.38%，mFe平均品位23.21%。

(2)區(qū)內(nèi)覆蓋層厚度大，找礦難度大，在實(shí)際的鐵礦勘查過程中，一定要做到地質(zhì)、物探、鉆探的有機(jī)結(jié)合，做到“邊施工，邊分析資料，邊優(yōu)化工作設(shè)計(jì)”，這樣才能提高找礦效率。

(3)該區(qū)鐵礦體向深部有變厚、變富的趨勢，在次級磁異常范圍施工的鉆孔也見有厚層磁鐵礦體，部分未見礦鉆孔在實(shí)施井中三分量磁測過程中也發(fā)現(xiàn)了旁側(cè)異常，推測礦體連續(xù)性較好，因此該區(qū)的深部和外圍成礦潛力巨大，應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步加大勘查力度，以期實(shí)現(xiàn)新的、更大的找礦突破。

致謝：感謝“山東省東阿縣單莊地區(qū)鐵礦普查”項(xiàng)目組的全體成員，感謝山東省國土資源廳及山東省地質(zhì)科學(xué)研究院的有關(guān)人員對該項(xiàng)目的指導(dǎo)和幫助，在此一并謝過。

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