山東萊蕪地區(qū)牛泉矽卡巖型鐵礦成礦條件及找礦標(biāo)志

王云燕

(山東省第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東省地礦局富鐵礦找礦與資源評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 濟(jì)南 250100)

0 引言

魯西地區(qū)發(fā)育了多個(gè)與中基性侵入巖相關(guān)的矽卡巖型鐵礦集中區(qū)，主要分布在濟(jì)南、淄博、萊蕪、德州等地區(qū)[1-6]，萊蕪地區(qū)的矽卡巖型鐵礦主要與鐵銅溝巖體、金牛山巖體、角峪巖體和礦山巖體關(guān)系密切，其中在礦山巖體周邊形成了多個(gè)矽卡巖型鐵礦床[7-8]。但這些礦床主要發(fā)育在巖體與圍巖接觸帶上的基巖出露區(qū)，蓋層覆蓋區(qū)發(fā)現(xiàn)的礦床較少。資料表明萊蕪地區(qū)礦山巖體周邊覆蓋區(qū)發(fā)育有多個(gè)明顯的航磁異常，山東省第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院對(duì)牛泉覆蓋區(qū)磁異常特征和地質(zhì)特征進(jìn)行了綜合研究，認(rèn)為該區(qū)具有良好的矽卡巖型鐵礦成礦地質(zhì)條件。通過異常查證和系統(tǒng)的鉆探施工，在牛泉覆蓋區(qū)探明了一處中型矽卡巖型鐵礦床[7]，探獲鐵礦石資源量2375.0萬t，礦床TFe平均品位40.49%，mFe平均品位36.81%。本文在總結(jié)勘查成果的基礎(chǔ)上，分析了礦床的主要成礦地質(zhì)條件，探討了找礦標(biāo)志，并對(duì)成礦有利部位進(jìn)行了成礦預(yù)測(cè)，以期為萊蕪地區(qū)乃至魯西深覆蓋區(qū)矽卡巖型鐵礦勘查提供幫助。

1 成礦地質(zhì)背景

牛泉鐵礦位于魯西萊蕪矽卡巖型鐵礦集中區(qū)西南部，所處大地構(gòu)造位置屬于華北板塊(Ⅰ)魯西隆起區(qū)(Ⅱ)魯中隆起(Ⅲ)[9]。研究區(qū)經(jīng)過多期構(gòu)造疊加，形成以NWW—NW向?yàn)橹鞯臉?gòu)造體系。出露的地層主要為古生代的碳酸鹽巖和中生代碎屑巖沉積地層[10]。區(qū)內(nèi)主要發(fā)育中生代巖體，巖性以中酸性閃長(zhǎng)巖和二長(zhǎng)巖為主，前人認(rèn)為高鎂閃長(zhǎng)巖與區(qū)內(nèi)的鐵及多金屬礦化關(guān)系最為密切[11]。萊蕪鐵礦集區(qū)是魯西最大的矽卡巖型鐵礦富集區(qū)(圖1)，礦體主要賦存于中生代碳酸鹽巖與早白堊世二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖的接觸帶及其附近層間構(gòu)造內(nèi)。

1—白堊系；2—侏羅系；3—二疊系；4—石炭系；5—奧陶系；6—寒武系；7—泰山巖群；8—東明生單元輝石閃長(zhǎng)巖；9—實(shí)測(cè)及推斷地質(zhì)界線；10—不整合界線；11—背斜；12—向斜；13—正斷層及產(chǎn)狀；14—逆斷層及產(chǎn)狀；15—推測(cè)斷層；16—地層產(chǎn)狀；17—礦床位置；18—研究區(qū)圖1 萊蕪鐵礦集區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖(據(jù)文獻(xiàn)[4]，修改)

2 礦區(qū)地質(zhì)與磁異常特征

2.1 礦區(qū)地質(zhì)特征

區(qū)內(nèi)全為第四系覆蓋，發(fā)育的地層主要有奧陶紀(jì)馬家溝群、石炭紀(jì)本溪組和古近紀(jì)大汶口組。馬家溝群主要分布于研究區(qū)的東南部，以厚層灰?guī)r為主，厚約200m，與成礦關(guān)系密切，是主要的成礦圍巖。區(qū)內(nèi)發(fā)育2條成礦期后形成的脆性斷裂，對(duì)礦體起破壞作用。區(qū)內(nèi)巖漿巖主要以閃長(zhǎng)巖為主，隱伏侵入于馬家溝群碳酸鹽巖中。

2.2 礦區(qū)磁異常特征

礦區(qū)內(nèi)磁異常顯著，其中1∶1萬磁異常主要位于礦山背斜的西北翼(圖2)。東與杜官莊異常相接，走向74°，西與鹿毛埠異常相連，走向近EW。由南北方向看，異常強(qiáng)度為南高北低，異常梯度北部略比南部緩，總體顯示出強(qiáng)度低、梯度緩的特征，△T最高值達(dá)220nT。牛泉村東圈出1條磁異常帶，異?？傮w走向近EW。北側(cè)為負(fù)異常，負(fù)極值在-50nT以下，明顯反映出接觸帶的存在。從整體異?？?，該低磁異常明顯表現(xiàn)為磁鐵礦引起的礦異常特征，鉆探工程在467.25～484.08m揭露3層鐵礦體，礦層累計(jì)厚度12.53m，由于礦體埋藏較深，所以形成的異常變化較緩。

3 礦床地質(zhì)特征

3.1 礦體特征

礦床由3個(gè)礦體組成，分為上下3層，其中Ⅲ礦體為主礦體(圖3)。礦體一般產(chǎn)于早白堊世閃長(zhǎng)巖與馬家溝群碳酸鹽巖的接觸變質(zhì)帶上，個(gè)別礦體以包體構(gòu)造發(fā)育于閃長(zhǎng)巖體或者蝕變大理巖內(nèi)部。礦體形態(tài)一般呈層狀、似層狀產(chǎn)出，傾角一般10°～20°，控制礦體最大規(guī)模1500m×1000m，礦體埋深301.50～597.16m，礦體平均厚度1.34～6.01m，單工程礦體最大厚度29.52m。單礦體礦石TFe平均品位37.77%～47.44%。共求得(332)+(333)鐵礦石資源量2375.0萬t，礦床TFe平均品位40.49%，mFe平均品位36.81%。

圖2 牛泉鐵礦區(qū)磁異常平面圖

1—第四系；2—古近系；3—奧陶系；4—閃長(zhǎng)巖；5—鐵礦體及編號(hào)；6—地層界線；7—推斷斷層；8—鉆孔及編號(hào)圖3 牛泉礦區(qū)23勘查線剖面簡(jiǎn)圖

3.2 鐵礦石特征

區(qū)內(nèi)鐵礦石巖性主要為灰黑色他形—半自形粒狀(變余半自形粒狀、脈狀、網(wǎng)脈狀)致密塊狀(部分為浸染狀、條帶狀、角礫狀)磁鐵礦石,礦石中金屬礦物主要為磁鐵礦，其次為赤鐵礦、褐鐵礦、黃鐵礦，少量黃銅礦等多金屬硫化物。非金屬礦物主要為方解石，其次為蛇紋石、綠泥石等，少量透輝石、方柱石等。除磁鐵礦的鐵質(zhì)外，其他礦物無可綜合利用的伴生有用組分。

3.3 圍巖蝕變

區(qū)內(nèi)圍巖蝕變具有明顯的分帶性，圍巖蝕變大體劃分為5個(gè)蝕變帶，從外蝕變帶到內(nèi)蝕變帶，蝕變分帶特征具體呈現(xiàn)為“蝕變大理巖帶—矽卡巖帶—鈉化矽卡巖化閃長(zhǎng)巖帶—矽卡巖化閃長(zhǎng)巖帶—蝕變閃長(zhǎng)巖帶”(表1)。

4 成礦條件

4.1 巖漿巖條件

在矽卡巖礦床中，礦床類型與巖漿巖具有成礦專屬性的特點(diǎn)，巖石酸度與礦化類型具有明顯的對(duì)應(yīng)關(guān)系，閃長(zhǎng)巖—二長(zhǎng)巖一般形成矽卡巖型鐵礦，閃長(zhǎng)巖類與矽卡巖型金礦關(guān)系密切，花崗閃長(zhǎng)巖—石英閃長(zhǎng)巖一般形成矽卡巖型銅礦床，矽卡巖型鉛鋅礦和鎢鉬礦一般形成于花崗巖與圍巖的接觸帶中。研究表明形成矽卡巖型鐵礦的巖漿巖一般為中酸性巖漿巖，巖石成分富堿，鈉鉀總量(K2O+Na2O)偏高，達(dá)到了7%～9%。早白堊世高鎂閃長(zhǎng)巖廣泛分布于魯西地區(qū)，這類巖石通常具有高M(jìn)g#值的地球化學(xué)特征，前人認(rèn)為其形成于克拉通內(nèi)部巖石圈減薄的過程中。萊蕪地區(qū)大規(guī)模的矽卡巖型鐵礦床與部分高鎂閃長(zhǎng)巖產(chǎn)生礦化高度相關(guān)[12-13]。

表1 研究區(qū)鐵礦體蝕變分帶特征表

礦區(qū)內(nèi)與鐵礦關(guān)系最為密切的巖漿巖主要為閃長(zhǎng)巖，根據(jù)礦物組合及含量分為輝石閃長(zhǎng)巖、角閃閃長(zhǎng)巖、黑云母閃長(zhǎng)巖和石英閃長(zhǎng)巖[14]。全巖主量和微量元素分析結(jié)果顯示礦區(qū)內(nèi)閃長(zhǎng)巖及石英閃長(zhǎng)巖的SiO2含量介于54%～63%之間，全堿含量較高，最高達(dá)到了7.92%，Mg#值為63.16～82.82，屬于鈣堿性系列和高鉀鈣堿性系列。區(qū)內(nèi)閃長(zhǎng)巖主要形成于早白堊世華北克拉通巖石圈減薄峰期，屬于克拉通破壞的產(chǎn)物。巖石具高M(jìn)g#，富集LILE、Pb和LREE，虧損HFSE的微量元素組成和明顯富集Sr-Nd同位素組成的特征，指示區(qū)內(nèi)致礦巖體主要來源于介于EMI型和EMII型地幔之間的富集巖石圈地幔，形成于富集巖石圈地幔部分熔融并有下地殼物質(zhì)的加入[15]。

巖體特征對(duì)矽卡巖型礦床的形成、規(guī)模、形態(tài)具有重要的影響，易于成礦的巖體具有以下特征：巖體侵入深度較淺，一般為中深—淺成侵入體；巖體規(guī)模一般不大，為中小型侵入體，出露面積多在10km2以內(nèi)；巖體形態(tài)越復(fù)雜，越有利于矽卡巖礦床形成；成礦巖體一般呈巖株、巖瘤和巖脈狀產(chǎn)出；侵入巖的巖漿活動(dòng)期次越多越有利于成礦(表2)。

表2 研究區(qū)矽卡巖型鐵礦成礦條件一覽表

4.2 圍巖條件

形成矽卡巖型鐵礦的有利圍巖主要為各類碳酸鹽巖石，包括石灰?guī)r(或大理巖)、白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖、泥灰?guī)r、鈣質(zhì)灰?guī)r等，其次為火山巖、安山巖、英安巖和凝灰?guī)r等。碳酸鹽巖更利于成礦主要原因是碳酸鹽化學(xué)性質(zhì)活潑，易分解，有利于交代作用發(fā)生；其巖石物理性質(zhì)脆、容易碎裂，滲透性好，利于含礦熱液流動(dòng)和交代。但厚層成分單一的灰?guī)r不利于成礦，如魯西地區(qū)廣泛發(fā)育的寒武紀(jì)厚層灰?guī)r與早白堊世中酸性巖漿巖接觸部位很少有矽卡巖礦床發(fā)育。

區(qū)內(nèi)奧陶紀(jì)馬家溝群碳酸鹽巖地層分布廣泛，薄層角礫狀或條帶狀泥質(zhì)灰?guī)r，白云質(zhì)灰?guī)r是區(qū)內(nèi)矽卡巖型鐵礦的主要成礦巖石。

4.3 構(gòu)造條件

區(qū)內(nèi)矽卡巖型鐵礦賦存狀態(tài)受4類構(gòu)造控制：侵入巖體與圍巖的接觸帶構(gòu)造；碳酸鹽地層的層理、層間破碎帶和構(gòu)造裂隙；褶皺構(gòu)造；捕虜體構(gòu)造?？臻g關(guān)系上，區(qū)內(nèi)鐵礦體主要發(fā)育于碳酸鹽地層和巖體接觸帶上，巖體頂面的形態(tài)變化部位，容易形成厚大礦體，少量發(fā)育于接觸帶附近地層的層理、層間破碎帶內(nèi)，另有少量礦體以捕虜體形式發(fā)育于巖體內(nèi)部。

4.4 物理化學(xué)條件

適當(dāng)?shù)奈锢砘瘜W(xué)條件是矽卡巖型鐵礦富集成礦的重要成礦條件之一，主要包括成礦溫度、成礦壓力和氧化還原條件。盡管矽卡巖型鐵礦形成的溫度范圍很廣，但近年來大量的礦物包裹體測(cè)溫資料表明，該類礦床形成的溫度一般在350～600℃之間；大多數(shù)情況下矽卡巖礦床在中淺成深度(1～4.5km)成礦。氧化還原條件是矽卡巖分帶的內(nèi)因，巖漿與圍巖之間具有明顯的氧化還原態(tài)梯度，從內(nèi)矽卡巖帶的氧化態(tài)逐步過渡到外矽卡巖帶的還原態(tài)，在這個(gè)反應(yīng)過程中，石榴石和輝石逐步變少，石榴石顏色變淺，輝石顏色變深[16-17]。

5 找礦標(biāo)志探討

5.1 地層標(biāo)志

區(qū)內(nèi)與成礦關(guān)系最密切的圍巖是馬家溝群碳酸鹽巖地層，巖性為厚層白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖。這種富鎂質(zhì)碳酸鹽巖因化學(xué)性質(zhì)活潑，易分解，有利于交代作用發(fā)生，其巖石容易碎裂，滲透性好，利于含礦熱液流動(dòng)和礦體就位，在成礦過程中發(fā)揮了重要作用，是尋找該類礦床的重要標(biāo)志之一。

5.2 圍巖蝕變標(biāo)志

本礦床矽卡巖化最強(qiáng)烈的地段，熱液蝕變現(xiàn)象顯著，同時(shí)磁鐵礦化強(qiáng)度最大，因此，強(qiáng)烈的矽卡巖化是本礦床圍巖蝕變的重要找礦標(biāo)志。其蝕變作用主要有外蝕變帶的金云母化、蛇紋石化和內(nèi)蝕變帶的方柱石化、透輝石化；比較發(fā)育的綠泥石化、碳酸鹽化、黃鐵礦化等，在內(nèi)外帶都有表現(xiàn)，他們更有利于形成高品位硫化物礦床，礦體內(nèi)一些金屬硫化物礦物的發(fā)現(xiàn)值得注意；金云母、角閃石、綠簾石、透閃石等含水硅酸鹽礦物更有利于磁鐵礦的形成。

5.3 構(gòu)造標(biāo)志

區(qū)內(nèi)鐵礦體主要發(fā)育于碳酸鹽地層和巖體接觸帶上，巖體頂面的形態(tài)變化是控制礦床的因素之一，特別是巖體的凹面、楔槽、凹面與凸面轉(zhuǎn)換部位均是矽卡巖型鐵礦賦存有利部位，下凹部位往往形成厚大礦體。接觸帶附近地層的層理和層間破碎帶內(nèi)易賦存層狀、似層狀鐵礦體。

5.4 巖漿巖標(biāo)志

魯西地區(qū)燕山晚期(早白堊世)中酸性侵入巖特別是高鎂閃長(zhǎng)巖—二長(zhǎng)巖分布區(qū)是尋找矽卡巖鐵礦床的重要標(biāo)志，其與碳酸鹽巖接觸部位往往發(fā)生矽卡巖蝕變并形成矽卡巖鐵礦床。今后工作中要注意識(shí)別侵入深度較淺，呈巖株巖瘤狀、規(guī)模不大(出露面積小于10km2)，形態(tài)較復(fù)雜、活動(dòng)期次較多的中酸性雜巖體，它們更有利于矽卡巖型礦床的形成。

5.5 磁異常標(biāo)志

研究區(qū)內(nèi)磁異常形態(tài)總體受隱伏地層、侵入的中酸性巖體、磁鐵礦體及脆性構(gòu)造的形態(tài)、規(guī)模、埋深、厚度等綜合因素影響。區(qū)內(nèi)侵入巖巖體和磁鐵礦體均與磁異常具有較好的對(duì)應(yīng)性，在已發(fā)現(xiàn)的磁鐵礦體發(fā)育處具有磁異常較高及梯度較陡、磁化極異常高的特征。但要注意的是磁異常值較高地區(qū)往往是巖體賦存部位，而較強(qiáng)磁異常向低負(fù)異常的過渡帶即低緩磁異常分布區(qū)，是尋找磁鐵礦床的有利部位，多條磁異常等值線同步外凸部位常形成厚大礦體，如區(qū)內(nèi)中南部附近。

總結(jié)認(rèn)為，通過前期勘查，研究區(qū)內(nèi)礦體邊界已基本控制，區(qū)內(nèi)找礦空間不大。但研究區(qū)外圍仍具有良好的找礦前景，如研究區(qū)北部的柳行溝地區(qū)，雖然異常值不高，但有一定的規(guī)律性，構(gòu)造上位于礦山背斜傾伏端的北翼，是尋找矽卡巖型鐵礦的有利部位，但礦體埋深可能較大。研究區(qū)的東部與南部已找到西尚莊、顧家臺(tái)、角峪、曹村、杜官莊等數(shù)個(gè)矽卡巖型鐵礦床，它們具有沿著礦山背斜對(duì)稱分布的特征，因此研究區(qū)西鄰鹿毛埠和南部的石門官莊均位于礦山背斜兩翼成礦帶上且具有較好的磁異常，應(yīng)為下步找礦工作的重點(diǎn)(圖4)。

圖4 萊蕪地區(qū)深覆蓋區(qū)鐵礦找礦預(yù)測(cè)示意圖

6 結(jié)論

(1)山東萊蕪地區(qū)牛泉鐵礦是隱伏的早白堊世礦山巖體與馬家溝群碳酸鹽巖蓋層充分交代形成的矽卡巖型礦床。本文從巖漿巖、構(gòu)造、圍巖和物化條件4個(gè)方面探討了牛泉鐵礦成礦地質(zhì)條件，分析認(rèn)為區(qū)內(nèi)具有良好的矽卡巖型鐵礦富集條件。

(2)結(jié)合礦床特征和成礦地質(zhì)條件，總結(jié)認(rèn)為碳酸鹽巖地層發(fā)育、燕山晚期中酸性巖漿巖侵入、碳酸鹽巖地層與巖體接觸部位強(qiáng)烈的矽卡巖蝕變、碳酸鹽地層和巖體接觸面形態(tài)變化部位、侵入巖巖體和磁鐵礦體引起的磁異常等是區(qū)內(nèi)主要的找礦標(biāo)志。

(3)通過前期勘查，研究區(qū)內(nèi)礦體邊界已基本控制，區(qū)內(nèi)找礦空間不大。但研究區(qū)外圍仍具有良好的找礦前景，推測(cè)研究區(qū)西鄰鹿毛埠和南部的石門官莊均位于礦山背斜兩翼成礦帶上且具有較好的磁異常，應(yīng)為下一步找礦工作的重點(diǎn)。