蒼嶧鐵礦帶北辛莊礦床淺深部礦體特征與找礦遠景分析

安茂國，原顯順,劉超，馮璽平

(1.山東省魯南地質(zhì)工程勘察院，山東 兗州 272100；2.招遠市自然資源和規(guī)劃局，山東 招遠 265400)

北辛莊鐵礦床位于山東省蘭陵縣城西20 km，處于蒼嶧鐵礦帶東段。其成因類型為典型的沉積變質(zhì)型“鞍山式”鐵礦[1-3]。該礦床自20世紀(jì)90年代末發(fā)現(xiàn)以來，陸續(xù)開展了多期勘查工作[4]，其控制深度已達-600 m?？辈槌晒@示，礦體沿走向和傾向仍未封閉，但受北辛莊北探礦權(quán)范圍限制，深部資源未能探明[注]山東省魯南地質(zhì)工程勘察院，山東省蒼山縣北辛莊礦區(qū)北部鐵礦補充詳查報告，2009年。。近年來，通過對北辛莊南探礦權(quán)內(nèi)-1000 m以深礦體開展探索性勘查[注]山東省魯南地質(zhì)工程勘察院，山東省蘭陵縣北辛莊南部礦區(qū)鐵礦詳查報告，2016年。，發(fā)現(xiàn)礦體在-1000 m～-1400 m標(biāo)高仍有穩(wěn)定延伸，證實了礦床中部空白區(qū)段及礦床深部外圍具有良好的找礦潛力。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

該區(qū)地處華北板塊(Ⅰ)魯西隆起區(qū)(Ⅱ)魯中隆起(Ⅲ)尼山-平邑斷隆(Ⅳ)之尼山凸起(Ⅴ)南緣，尼山凸起(Ⅴ)與嶧城凸起(Ⅴ)交會部位[5-6]。位于蒼嶧鐵礦帶內(nèi)，白水牛石斷層?xùn)|側(cè)。區(qū)內(nèi)地層發(fā)育，由老到新出露有新太古代泰山巖群，新元古代青白口系、南華系，古生代寒武系、奧陶系及新生代第四系等沉積蓋層[7](圖1)。區(qū)域構(gòu)造按其成生地質(zhì)條件可分為蓋層構(gòu)造和基底構(gòu)造兩部分[8-9]，蓋層構(gòu)造以向E緩傾斜的單斜構(gòu)造為主，對礦層基本無影響?；鬃冑|(zhì)巖層中發(fā)育的褶皺構(gòu)造和斷層構(gòu)造對“鞍山式”鐵礦層影響較大，致使礦體扭曲和錯斷現(xiàn)象較為普遍[10-11]。巖漿巖零星發(fā)育，對鐵礦體的分布影響較小。

2 礦區(qū)地質(zhì)

2.1 地層

礦區(qū)廣泛發(fā)育新太古代泰山巖群山草峪組變質(zhì)地層，為區(qū)內(nèi)沉積變質(zhì)型鐵礦的賦存層位[12]。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[13-14]。其中磁鐵角閃石英巖和磁鐵石英角閃巖，為沉積變質(zhì)型鐵礦的含礦巖石[15]；黑云變粒巖、黑云角閃片巖為礦體的直接頂?shù)装鍑鷰r。

2.2 構(gòu)造

礦區(qū)構(gòu)造發(fā)育，其中基底褶皺構(gòu)造為賦礦構(gòu)造，表現(xiàn)為一系列緊密的復(fù)式褶皺，具有相間出現(xiàn)，平行產(chǎn)出的特征，控制了鐵礦體的展布形態(tài)[16-17]。北辛莊礦床即受控于軸向近EW的石閆背斜南翼。斷層構(gòu)造為成礦后破壞構(gòu)造，區(qū)內(nèi)主要為白水牛石斷層，破壞了賦礦構(gòu)造和礦體連續(xù)性，間接控制了鐵礦體的展布。

1—第四系；2—寒武系；3—南華系；4—泰山巖群山草峪組；5—太古代石英閃長巖；6—斷層及產(chǎn)狀；7—露頭鐵礦體；8—隱伏鐵礦體；9—地質(zhì)界線；10—角度不整合地層界線；11—基底向斜構(gòu)造；12—基底背斜構(gòu)造；13—礦區(qū)范圍圖1 蘭陵縣北辛莊鐵礦區(qū)區(qū)域地質(zhì)簡圖

石閆背斜：位于太白向斜之南，走向275°～290°，為一向W傾伏的寬緩對稱褶皺。于白水牛石斷層以西隱伏于基底之下，背斜鞍狀形態(tài)保存完整，經(jīng)小閆莊、上桃園并繼續(xù)向西延伸，長達12 km以上[5]。于白水牛石斷層以東抬升剝蝕，僅余南北兩翼，并為沉積蓋層所覆蓋，其南翼傾角45°～70°，賦存有北辛莊礦床、大青山礦床等。

白水牛石斷層：走向近SN，南起棗莊斷裂，向北斷續(xù)出露，呈舒緩波狀延伸，區(qū)域長度達17.5 km[18]。斷層傾向W，傾角60°～70°，為右行張扭性高角度正斷層，水平斷距約180～260 m，垂直斷距250 m左右，使上盤寒武系與下盤泰山巖群直接接觸。斷層切穿并破壞了石閆背斜含礦褶皺及鐵礦帶，北辛莊礦床位于斷層?xùn)|側(cè)下盤。

2.3 巖漿巖

礦區(qū)為隱伏蓋層區(qū)，僅鉆孔內(nèi)見有一條巖脈侵位于山草峪組變質(zhì)圍巖中，巖性為角閃閃長玢巖，工程揭露厚度8.60 m，對礦體完整性無影響。

2.4 地球物理特征

磁異常是沉積變質(zhì)型鐵礦的重要找礦手段[19-20]，區(qū)內(nèi)航磁異常呈長橢圓形帶狀分布(圖2)，走向SEE，西至白水牛石斷層，向東延出區(qū)外，異常形態(tài)具北陡南緩特征，變化梯度大，峰值500 nT以上，北部伴生負異常，規(guī)律性明顯，較好地反映了含礦巖系山草峪組和鐵礦體的存在。

1—鐵礦帶；2—北辛莊北探礦權(quán)；3—北辛莊南探礦權(quán)；4—航磁正異常(100nT)；5—航磁負異常(100nT)；6—斷層及產(chǎn)狀圖2 蘭陵縣北辛莊鐵礦區(qū)1∶5萬航磁異常圖

3 礦體特征

北辛莊鐵礦為隱伏礦床，發(fā)育Ⅰ,Ⅱ 2個礦體。兩礦體間距10～30 m，近平行展布，呈層狀產(chǎn)出，走向265°～275°，傾向S，傾角45°～60°。礦體西至白水牛石斷層，向東延入大青山礦區(qū)，區(qū)內(nèi)沿走向長580 m，沿傾向延深大于1 800 m。淺部礦體位于北辛莊北部探礦權(quán)內(nèi)，控制標(biāo)高0～-600 m，兩礦體厚度之和11.39 m，平均品位TFe 32.35%，mFe 24.44%；深部礦體在-1 000 m以深進入北辛莊南部探礦權(quán)，控制標(biāo)高-1 000 m～-1 400 m，兩礦體厚度之和7.57 m，平均品位TFe 32.48%，mFe 24.24%。礦體由淺至深具先緩驟陡漸緩的舒緩波狀彎曲特征，礦體礦化連續(xù)均勻，其品位沿走向和傾向與厚度略具正相關(guān)性(圖3、圖4)。

圖3 北辛莊礦床典型剖面礦體形態(tài)及沿傾向厚度、品位變化示意圖

圖4 北辛莊礦床典型中段礦體形態(tài)及沿走向厚度、品位變化示意圖

3.1 Ⅰ礦體

3.1.1 淺部礦體

為礦床主礦體，埋深125～705 m，控制標(biāo)高0～-585 m，由27個見礦鉆孔控制，占淺部礦床資源量的52.0%。礦體傾角45°～58°，在-400 m以深具驟陡現(xiàn)象，沿傾向厚度變化較小，向深部穩(wěn)定延伸；沿走向呈舒緩波狀延伸，具膨脹狹縮特征，在-100 m以淺具分支復(fù)合現(xiàn)象，有一透鏡狀夾石層；礦體平均品位TFe 31.95%，mFe 24.40%，變化系數(shù)TFe 15.02%，mFe 24.33%，屬有用組分分布均勻型礦體；礦體厚度1.66～9.22 m，平均5.41 m，變化系數(shù)37.4%，為厚度穩(wěn)定型礦體。

3.1.2 深部礦體

為礦床主礦體，埋深1 100～1 240 m，控制標(biāo)高-960 m～-1 380 m，由8個見礦鉆孔控制，占深部礦床資源量的70.8%。礦體傾角48°～57°，沿傾向向下傾角漸緩，厚度略有增厚特征，-1 150 m以深具分支現(xiàn)象，發(fā)育一似層狀夾石層；礦體沿走向產(chǎn)狀和厚度均較穩(wěn)定；礦體平均品位TFe 31.65%，mFe 20.45%，變化系數(shù)TFe 18.70%，mFe 33.56%，屬有用組分分布均勻型礦體；礦體厚度3.57～6.75 m，平均4.96 m，變化系數(shù)22.3%，為厚度穩(wěn)定型礦體。

3.2 Ⅱ礦體

3.2.1 淺部礦體

位于Ⅰ礦體北側(cè)10～30 m，埋深170～730 m，控制標(biāo)高-45 m～-600 m，由25個見礦鉆孔控制，占淺部礦床資源量的48.0%。礦體傾角45°～54°，在-400 m以深具驟陡現(xiàn)象，沿傾向向下厚度略有變薄，-150 m以淺具分支現(xiàn)象，發(fā)育一似層狀夾石層；沿走向呈舒緩波狀延伸，由東至西具變薄現(xiàn)象；礦體平均品位TFe 32.45%，mFe 24.15%，變化系數(shù)TFe 10.72%，mFe 19.60%，屬有用組分分布均勻型礦體；礦體厚度1.36～10.08 m，平均5.98 m，變化系數(shù)35.8%，為厚度穩(wěn)定型礦體。

3.2.2 深部礦體

礦體埋深1 160～1 270 m，控制標(biāo)高-1 000 m～-1 400 m，由8個見礦鉆孔控制，占深部礦床資源量的29.2%。礦體傾角56°～60°，在-1 200 m附近具分支復(fù)合現(xiàn)象，有一透鏡狀夾石層，沿傾向向下傾角漸緩，厚度有漸薄尖滅趨勢，向下仍未封閉；礦體沿走向產(chǎn)狀較穩(wěn)定，厚度由西至東變薄尖滅；礦體平均品位TFe 31.01%，mFe 20.98%，變化系數(shù)TFe 19.26%，mFe 29.87%，屬有用組分分布均勻型礦體；礦體厚度1.00～5.18 m，平均2.16 m，變化系數(shù)88.4%，為厚度較穩(wěn)定型礦體。

4 淺部深部礦體對比

4.1 礦體特征對比

4.1.1 礦體形態(tài)及復(fù)雜程度

淺部和深部均發(fā)育2層礦體，礦體形態(tài)結(jié)構(gòu)簡單穩(wěn)定，呈層狀產(chǎn)出，兩礦體在中部靠攏，深部間距漸大。兩礦體頂部均發(fā)育一夾石層，呈透鏡狀、似層狀，使礦體具分支復(fù)合、膨脹狹縮現(xiàn)象；中淺--中深部礦體礦化連續(xù)均勻，無弱礦化帶，無夾石；深部Ⅰ礦體發(fā)育一似層狀夾石，礦體呈分支現(xiàn)象，厚度略有增厚，Ⅱ礦體向下、向東有漸薄尖滅趨勢，仍未封閉。

4.1.2 礦體產(chǎn)狀

4.1.3 礦體規(guī)模

淺部與深部礦體沿走向控制長均為550 m左右。淺部礦體控制最大斜深720 m，深部為370 m；淺部兩礦體厚度之和11.39 m，是深部7.57 m的1.5倍，淺部查明資源量是深部查明資源量的2.9倍。

4.1.4 礦體厚度

淺部Ⅰ,Ⅱ礦體的厚度大體相當(dāng)，略有互補，為5.5 m左右，兩礦體儲量占比大體相當(dāng)；深部Ⅰ礦體由上至下厚度先薄后厚，基本穩(wěn)定在5 m左右，但Ⅱ礦體向下明顯減薄，在-1 400 m處真厚度已不足1 m，有尖滅趨勢，致使Ⅱ礦體的深部礦床儲量占比不足30%。

4.1.5 礦體品位

淺部礦體品位較高，TFe 32%，mFe 24%左右，深部礦體品位TFe 31%，mFe 21%左右，但仍滿足工業(yè)品位要求，在-400 m～-1 000 m區(qū)段，品位具貧化特征，與厚度變化呈正相關(guān)性。淺、深部礦體品位變化系數(shù)均穩(wěn)定，沿走向基本無富集貧化規(guī)律。

綜上對比分析(表1)，該礦床由淺至深具有如下賦礦變化規(guī)律：

①兩礦體總體在-400 m以淺產(chǎn)狀較穩(wěn)定，傾角45°左右，間距20～30 m，厚度大體相當(dāng)，均5.5 m左右，品位穩(wěn)定，TFe 32%，mFe 24%左右。

由于在實際應(yīng)用中,纖維復(fù)合材料常常會在高于室溫的環(huán)境下服役,因此需要了解碳納米管纖維和樹脂間界面在不同溫度條件下的界面性能.鑒于此,本工作利用微滴包埋實驗方法,研究碳納米管纖維與復(fù)合材料在室溫到140°C范圍內(nèi)的界面性能,為實現(xiàn)碳納米管纖維復(fù)合材料的工程應(yīng)用提供技術(shù)支持.

②在-400 m～-1 000 m產(chǎn)狀驟陡至55°左右，間距縮小至10 m左右，趨于閉合，兩礦體厚度均有減薄，在產(chǎn)狀變陡處減薄顯著，品位均略有貧化，Ⅱ礦體貧化顯著，品位變化與厚度有正相關(guān)性。

③-1 000 m以深又漸緩至50°左右，礦體間距20～30 m，有逐步增大趨勢，Ⅰ礦體厚度略有增厚，基本在5 m左右，Ⅱ礦體明顯變薄，有漸薄尖滅趨勢，但-1 400 m以深仍未封閉；品位趨于穩(wěn)定，TFe 31%，mFe 21%左右。

表1 北辛莊礦床淺部、深部礦體特征對比

4.2 礦石質(zhì)量對比

4.2.1 礦物成分

根據(jù)巖礦鑒定和野外觀察，該礦床淺、深部礦石礦物成分相同(表2)。金屬礦物主要為磁鐵礦，磁黃鐵礦、假象赤鐵礦、黃鐵礦次之；非金屬礦物主要有石英、角閃石，黑云母、鐵閃石、透閃石、方解石次之，另有少量磷灰石、石榴子石、金紅石等。

磁鐵礦主要分布于角閃石或石英晶粒之間，少量分布于角閃石之內(nèi)或邊緣。呈鋼灰色、灰黑色，他形—半自形粒狀，粒徑0.01～1.0 mm，集合體呈浸染狀、團粒狀、條帶狀，部分顆粒被壓扁拉長。深部礦物粒度較淺部礦石略有變細。

表2 北辛莊礦床淺、深部礦石質(zhì)量對比

4.2.2 礦石化學(xué)成分

根據(jù)基本分析和組合分析結(jié)果，該礦床淺、深部礦石化學(xué)成分基本一致。主要有用組分為Fe，其他化學(xué)成分主要為SiO2，其次為CaO，MgO，Al2O3等。有益組分TiO2含量較低，達不到綜合回收利用要求[22]，S，P，As等有害組分含量較少。

4.2.3 礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造

該礦床淺、深部礦石結(jié)構(gòu)均為粒狀變晶結(jié)構(gòu)，構(gòu)造以條帶狀構(gòu)造為主。

4.2.4 礦石類型

該礦床淺、深部礦石自然類型均為石英閃石型磁鐵礦石。根據(jù)物相分析結(jié)果，其淺部礦石(mFe)/(TFe-siFe-sfFe-cFe)比值平均為79.73%，屬需選弱磁性鐵礦石[22]，淺部礦石比值平均為86.47%，屬需選磁性鐵礦石，推斷為淺部礦石氧化程度偏高所致。

5 找礦遠景分析

通過淺、深部礦體的對比分析，北辛莊礦床主礦體產(chǎn)出穩(wěn)定，形態(tài)結(jié)構(gòu)簡單，礦石礦物成分、化學(xué)成分、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、自然類型基本一致，淺、深部礦石質(zhì)量無明顯變化，礦化均勻連續(xù)。礦床隨埋深增加略有厚度減薄、品位貧化的趨勢，但在-1 400 m以深沿走向及傾向均未封閉，證實礦床中部空白區(qū)段、礦床深部及外圍具有良好的找礦潛力(圖5)。

圖5 北辛莊鐵礦床資源儲量遠景預(yù)測圖

5.1 空白區(qū)段遠景區(qū)

根據(jù)前期勘查成果，淺部礦體控制標(biāo)高0～-600 m，深部礦體控制標(biāo)高-1000 m～-1 400 m，礦床中部存在走向長約800 m，垂深約400 m，斜長約500 m的空白區(qū)段尚無工程控制，礦體厚約7～11 m，為良好的找礦空間。

5.2 深部及外圍遠景區(qū)

該礦床最低工程控制標(biāo)高為-1400 m，礦體厚約7 m，其深部及外圍仍有穩(wěn)定的礦體延伸，結(jié)合礦體由淺至深的變化規(guī)律，推斷東以探礦權(quán)為界，西至白水牛石斷層，-1 500 m以淺仍具有較好的找礦前景。

6 結(jié)論

(1)北辛莊礦床隨埋深增加有厚度減薄、品位貧化趨勢，同時具有緩傾部位厚度膨大、礦化富集，陡傾部位厚度減薄、品位貧化特征，在-1 400 m以深仍滿足工業(yè)礦體要求。

(2)礦床中部空白區(qū)段、礦床深部及外圍仍具有良好的找礦潛力，該礦床-1 500 m以淺未探明資源儲量仍十分可觀。

(3)北辛莊鐵礦床位于石閆背斜的南翼東段，白水牛石斷層?xùn)|側(cè)。本次探礦揭露該控礦褶皺和鐵礦帶在-1 400 m以深仍穩(wěn)定賦存有工業(yè)礦體。而蒼嶧鐵礦帶內(nèi)礦床控制深度多在-500 m以淺，故推斷整個蒼嶧鐵礦帶尤其是白水牛石斷層以西的隱伏區(qū)域仍有極大的資源前景。