山東省平陰縣大頂山鐵礦床地質(zhì)特征及成因分析

鄭海濤，陳昆明，李鵬飛，王繼芳，黃坤朋，安 悅

（山東省魯南地質(zhì)工程勘察院（山東省地勘局第二地質(zhì)大隊），山東 兗州 272000）

大頂山鐵礦區(qū)位于濟南市平陰縣城西南約26km處，行政區(qū)劃隸屬平陰縣洪范池鎮(zhèn)，極值地理坐標(biāo)為：東經(jīng)116°05′28″～116°19′58″，北緯36°03′01″～36°10′31″，面積92.61km2。區(qū)內(nèi)公路交通較為發(fā)達。目前，在大頂山鐵礦區(qū)周邊已發(fā)現(xiàn)洪范池鐵礦床和石河王鐵礦床，分析總結(jié)大頂山鐵礦床特征，對在類似地區(qū)尋找同類型的隱伏鐵礦床具有重要意義。

1 區(qū)域成礦地質(zhì)背景

大頂山鐵礦床位于華北板塊（Ⅰ）魯西隆起區(qū) (Ⅱ) 魯中隆起（Ⅱa）泰山-濟南斷隆(Ⅱal)之泰山凸起（Ⅱ6al）[1]的西南部，南臨東平凸起。礦床屬東平-汶上鐵礦帶一部分。

區(qū)域出露地層主要為寒武-奧陶紀(jì)碳酸鹽巖地層和新生代第四系（圖1），基底為新太古代泰山巖群山草峪組含鐵變質(zhì)巖系。山草峪組為區(qū)域含礦地層，巖性以黑云變粒巖為主，夾少量條帶狀角閃石英巖、條帶狀磁鐵角閃石英巖、斜長角閃巖、斜長角閃片巖等[2]，巖石片理、片麻理發(fā)育，其走向近南北，傾向東或西，傾角60°～80°，厚度大于2000m，巖石屬區(qū)域變質(zhì)巖類，原巖屬中酸性、基性火山碎屑巖。在區(qū)域上條帶狀磁鐵角閃石英巖富集成礦，形成沉積變質(zhì)型鐵礦床。區(qū)域構(gòu)造分為蓋層構(gòu)造和基底構(gòu)造，蓋層構(gòu)造簡單，以單斜為主；基底構(gòu)造以一系列的褶皺為主，區(qū)內(nèi)泰山巖群變質(zhì)地層經(jīng)過強烈的區(qū)域變質(zhì)變形作用形成了一系列復(fù)式褶皺。區(qū)內(nèi)巖漿巖不發(fā)育，僅在鉆孔中見到，巖性為花崗偉晶巖脈，分布在山草峪組地層中（圖1）。

圖1 平陰縣大頂山地區(qū)地質(zhì)簡圖

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 礦床地質(zhì)特征

大頂山鐵礦區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)磁鐵礦帶一條，位于東部南東峪一帶，礦帶縱貫全區(qū)，走向175°，向南、北延出區(qū)外。在北部洪范池礦區(qū)和南部石河王礦區(qū)均有磁鐵礦體產(chǎn)出。礦帶總體向東傾斜，傾角65°～75°。大頂山鐵礦床隱伏于沉積蓋層之下，埋深280m～677m，由1個礦帶5個礦體組成，礦體編號分別為①、②、③、④、⑤。礦體呈似層狀、串珠狀、透鏡狀產(chǎn)出，磁鐵礦體巖性為磁鐵角閃石英巖。礦體賦存于新太古代泰山巖群山草峪組變質(zhì)地層中，產(chǎn)狀與圍巖產(chǎn)狀基本一致。礦床共由10個鉆孔工程控制，其中見礦鉆孔5個，未見礦鉆孔5個。礦體賦存標(biāo)高98.0m～-507.0m，礦體一般向深部和兩側(cè)延伸有變窄的趨勢。

區(qū)內(nèi)礦體總體走向175°，傾向東，傾角65°～75°；礦床平均厚度為1.60m，厚度變化系數(shù)10.42%，厚度穩(wěn)定。礦床內(nèi)單樣品TFe最高品位38.33%，最低品位23.67%；mFe最高品位36.53%，最低品位22.07%；礦床平均品位TFe 31.97%，mFe22.63%，品位變化系數(shù)TFe 27.19%，mFe 41.56%，屬品位變化穩(wěn)定礦體。礦體與頂?shù)装鍑鷰r（黑云變粒巖）界線分明，無過渡現(xiàn)象。礦床5個礦體普遍較薄，除②礦體厚度10.54m，其他礦體均小于2 m，礦體內(nèi)無夾石。礦床資源量664.7萬t，其中②為主礦體；礦體資源儲量561.7萬t，占總資源量的84.5%。其余礦體礦體為次要礦體（表1）。

表1 大頂山礦床礦體特征一覽表

2.2 ①礦體特征

①礦體分布于東峪南崖村東800m處，跨第7勘探線，由ZK701鉆孔單孔控制（表1）。礦體沿走向、傾向長度均為184m，呈透鏡狀，礦體埋深327m，賦存標(biāo)高在-294.00m～-480.00m之間。礦體走向355°左右，傾向東，傾角71°；礦體平均厚度為1.60m；礦體單樣品最高品位 TFe38.33%，mFe27.13%，最低TFe36.53%，mFe26.79%；平均品位為TFe37.35%，mFe26.94%。礦石類型為磁鐵角閃石英巖，磁鐵礦石品位相對較高，mFe占TFe的72.13%，圍巖為黑云變粒巖和含磁鐵角閃石英巖。

2.3 ②礦體特征

②礦體分布于大寨山南西1400 m ，①礦體南770 m處，跨0勘探線，由ZK002鉆孔單孔控制（圖2）。根據(jù)磁測異常推測礦體沿走向1150m，傾向延深430m，礦體埋深為280m，賦存標(biāo)高在-98.00m～-507 m之間。礦體走向355°左右，傾向東，傾角71°；礦體厚度較大為10.54m；礦體平均品位為TFe31.69%，mFe21.51%。品位變化系數(shù)TFe為27.19%，mFe 為41.56%。礦石類型為磁鐵角閃石英巖。②礦體為本區(qū)主礦體，與西部的③、④、⑤礦體平行排列。

圖2 大頂山工作區(qū)第0勘探線地質(zhì)剖面圖

2.4 礦體圍巖和夾石

大頂山鐵礦屬沉積變質(zhì)型“鞍山式”鐵礦床，礦體圍巖巖性較為簡單，主要為黑云變粒巖類。礦體內(nèi)的夾石主要為條帶狀含磁鐵（石榴、角閃）石英巖、黑云變粒巖等。

3 礦石特征

3.1 礦石礦物成分

礦石金屬礦物主要為磁鐵礦，少量赤鐵礦、黃鐵礦、褐鐵礦，偶見黃銅礦。非金屬礦物以石英、普通角閃石為主，其次為輝石、黑云母、石榴子石、絹云母，副礦物有磷灰石。礦石中石英含量15.00%～30.96%，普通角閃石含量5.00%～38.88%。

3.2 礦石化學(xué)成分

礦床內(nèi)有益組分為TFe、mFe，伴生有益組分TiO2品位平均0.08%，含量較低，達不到工業(yè)綜合回收利用要求。礦床平均品位為TFe30.18%， mFe22.51%。礦石中TFe含量＜50%，礦石中mFe/TFe=74.59%，確定礦石工業(yè)類型為需選弱磁性鐵礦石。據(jù)組合分析各礦體化學(xué)成分及平均含量見表2。從表中可見，礦石中SiO2含量44.15%～49.42%，平均47.92%； Al2O3含量0.97%～4.54%，平均2.34%； CaO 含量1.49%～5.73%，平均2.64%； MgO含量2.15%～3.62%，平均2.73%；S含量0.19%～2.12%，平 均0.67%；P2O5含 量0.12%～0.22%，平均0.17%。有 害 元 素As含 量9.84×10-6～11.48×10-6，平 均10.83×10-6；其余成分微量。礦石中有害組分S、P平均含量較低。

表2 組合分析結(jié)果一覽記表

3.3 礦石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造

礦石結(jié)構(gòu)以柱粒狀變晶結(jié)構(gòu)為主。

礦石構(gòu)造主要為條帶狀構(gòu)造，其次為塊狀構(gòu)造。

4 礦床成因

沉積變質(zhì)型鐵礦是前寒武紀(jì)（特別是早寒武紀(jì)）沉積為主形成的含鐵建造經(jīng)受不同程度的區(qū)域變質(zhì)作用形成的鐵礦床。這類鐵礦賦存于早寒武紀(jì)變質(zhì)巖中，主要由石英（燧石）和氧化鐵礦物（磁鐵礦、赤鐵礦）組成，通常具有典型的條帶狀構(gòu)造，由BIF變質(zhì)改造而成[3]。

大頂山沉積變質(zhì)型鐵礦為低品位礦石，是BIF在后期的變質(zhì)變形過程中進一步改造形成的，其形成經(jīng)歷了沉積和變質(zhì)改造兩個階段。中-新太古代，古陸殼很薄，容易拉張形成海盆，富含鐵質(zhì)的幔源基性-超基性巖漿巖大量噴發(fā)，其中的鐵質(zhì)建造為鐵質(zhì)礦物的主要來源，經(jīng)海水搬運遷移，鐵質(zhì)初步富集。在鐵礦體形成過程中，經(jīng)歷了三期變質(zhì)作用，使鐵質(zhì)逐步活化富集，形成層狀、似層狀含鐵變質(zhì)巖組合。在區(qū)域變質(zhì)的中溫中壓條件下，原巖物質(zhì)發(fā)生重結(jié)晶作用，形成以磁鐵礦、角閃石、石英等礦物成份為特征的沉積變質(zhì)型“鞍山式”鐵礦床。

大頂山礦床賦存于泰山巖群山草峪組變質(zhì)巖中。以往鐵礦勘查工作將其確定為沉積變質(zhì)型鐵礦床，屬變質(zhì)鐵硅建造鐵礦。省內(nèi)已勘探的蒼嶧鐵礦、韓旺鐵礦以及同屬本成礦帶的洪范池、石河王、彭集、大牛及梁林鐵礦等均為同一類型。

5 結(jié)論

大頂山鐵礦位于汶上—東平變質(zhì)鐵礦帶的中段，為東平鐵礦的一個組成部分，其形成環(huán)境與泰山巖群的形成和發(fā)展的演化機理密切相關(guān)[4]。大頂山鐵礦成因類型是區(qū)域變質(zhì)作用的火山沉積變質(zhì)型鐵礦，在區(qū)域變質(zhì)溫壓條件作用下，使鐵質(zhì)進一步活化富集，形成泰山巖群山草峪組層狀含鐵變質(zhì)巖組合，局部形成層狀磁鐵礦體。該礦床的礦石屬于貧鐵礦石，全礦區(qū)平均品位TFe 31.97%，mFe22.63%，品位變化較穩(wěn)定。②號礦體屬于厚大礦體，其他皆為零星礦體，礦體呈層狀、似層狀、透鏡狀、串珠狀產(chǎn)出。通過總結(jié)大頂山礦體地質(zhì)特征及礦床成因，為尋找類似磁鐵礦床起到一定的借鑒作用。