魯西北潘店物探異常中矽卡巖型鐵礦勘查啟示

郝興中，王潤生，王巧云，張華平，朱學強，劉偉，智云寶，王立功，張貴麗

(1.山東省地質(zhì)調(diào)查院， 山東 濟南 250014； 2.山東省物化探勘查院， 山東 濟南 250013)

0 引言

山東省鐵礦較為發(fā)育，是全國較為著名的產(chǎn)鐵大省，其中，以往發(fā)現(xiàn)的與中—基性侵入巖相關的矽卡巖型鐵礦主要賦存于濟南、淄博、萊蕪地區(qū)(郝興中，2014；郝興中和王巧云，2016；李洪奎和郝興中，2016)。2015年以來，山東省相關地勘單位研究了山東省西北部德州市齊河—禹城地區(qū)的物探異常并進行了異常查證工作，在李屯次級異常和大張次級異常中相繼發(fā)現(xiàn)了李屯鐵礦和大張鐵礦，且均為“厚度大、品位高”的矽卡巖型富鐵礦床(張增奇等，2016；郭延明等，2017；朱裕振等，2018；沈立軍等，2020)，其后在該區(qū)設置了齊河—禹城整裝勘查區(qū)。在勘查區(qū)找礦預測理論與方法的指導下(葉天竺等，2014，2017)，山東省地質(zhì)調(diào)查院在全面分析總結(jié)該整裝勘查區(qū)內(nèi)地質(zhì)特征、物探異常、成礦規(guī)律和找礦方法的基礎上(陳曉曼等，2017；郝興中等，2018a，2019a，2019b，2020a，2020b；吳成平等，2020)，選擇潘店次級異常(116°21′00″～116°29′00″，36°36′00″～36°43′00″)開展了以矽卡巖型鐵礦為主攻礦床類型的找礦工作；通過綜合利用地質(zhì)、物探、鉆探和測井等勘查技術手段，優(yōu)選郭店村地區(qū)進行異常查證并取得重大的找礦突破。由于該整裝勘查區(qū)鐵礦勘查尚屬起步階段，本次研究即是對該區(qū)勘查工作的找礦過程和勘查經(jīng)驗進行總結(jié)，以期指導今后區(qū)內(nèi)的鐵礦勘查工作。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

齊河—禹城整裝勘查區(qū)位于山東省西北部，行政區(qū)劃主要屬德州市管轄，部分地段涉及聊城市；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(郝興中等，2018b)；區(qū)域覆蓋有巨厚層新生代地層，據(jù)施工鉆孔數(shù)據(jù)，該整裝勘查區(qū)內(nèi)新生界埋深約560～900 m(郝興中，2020b；圖1)，屬于典型的超深覆蓋區(qū)。區(qū)域發(fā)育的巖漿巖主要為中生代中—基性侵入巖和新太古代酸性侵入巖。區(qū)域構(gòu)造活動強烈，以斷裂構(gòu)造為主，褶皺構(gòu)造局部發(fā)育，差異性沉降明顯，具有形成矽卡巖型鐵礦的成礦地質(zhì)條件。

圖1 潘店地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造簡圖(據(jù)郝興中，2020修改)

2 勘查區(qū)地質(zhì)特征

2.1 地質(zhì)特征

整裝勘查區(qū)地層自上而下發(fā)育有第四系、新近系、白堊系、二疊系、石炭系、奧陶系和寒武系等(郝興中等，2018b，2019b)，其中古生代奧陶系馬家溝群碳酸鹽巖地層、石炭系—二疊系月門溝群等碎屑巖地層為該區(qū)矽卡巖型鐵礦的控礦地層；區(qū)內(nèi)燕山晚期的巖漿活動十分強烈，綜合研究表明該區(qū)侵入巖體可分為李屯巖體、潘店巖體、大張巖體及薛官屯巖體共4個巖體(郝興中等，2018a，2019b；圖1)，其巖性主要為閃長巖，由于后期的差異性升降運動，各處巖體發(fā)育深度和產(chǎn)出形態(tài)差異明顯；區(qū)內(nèi)構(gòu)造較為發(fā)育，以斷裂為主，呈NE向、NNW向和近SN向(郝興中等，2020b)；局部發(fā)育短軸褶皺，走向主要為NNE和NNW向。

2.2 地球物理場特征

該區(qū)航磁異常顯著，1∶50萬航磁異常形似“胚胎狀”，1∶5萬航磁異常又可以進一步將其分解為李屯、潘店、大張和薛官屯4個次級磁異常(圖2a，b；郝興中等，2018b，2020a)。各個異常特征差異較大，其中李屯次級磁異常表現(xiàn)為規(guī)模大、強度高、形態(tài)不規(guī)則；大張次級磁異常規(guī)模較大、強度高、呈橢圓狀；潘店次級磁異常規(guī)模小、強度較弱、呈貝殼狀；薛官屯次級磁異常規(guī)模小、強度最弱，呈“雙仁”花生狀。磁法化極異常較原磁異常向北有所偏移，異常更突出且異常梯度變陡。

圖2 研究區(qū)航空磁異常ΔT等值線平面圖(a)和磁異常ΔT化極等值線平面圖(b)

研究區(qū)1∶5萬區(qū)域航空重力場呈以潘店地區(qū)為中心，總體呈區(qū)域低重力異常背景場上的相對高重力異常特征(圖3a)。在以李屯—潘店—大張地區(qū)為中心向四周呈現(xiàn)重力高值區(qū)、重力異常梯度帶、低重力場波動變化區(qū)；在李屯、潘店、大張3個地區(qū)表現(xiàn)為局部剩余重力異常高的特征(圖3b)。通過與區(qū)內(nèi)航磁異常特征對比分析，該區(qū)重磁場具有“重磁同源”(郝興中等，2018b，2019a)的特征。

圖3 研究區(qū)布格重力異常平面圖(a)和剩余重力異常平面圖(b)

2.3 礦產(chǎn)特征

據(jù)區(qū)內(nèi)前期勘查成果(郝興中，2020；王娟等，2020；沈立軍等，2021)，在李屯和大張地區(qū)均發(fā)現(xiàn)有矽卡巖型鐵礦床(圖2、圖3)，鐵礦體呈似層狀、層狀、脈狀等。其中李屯鐵礦賦存標高為-1124 m以下，傾向西，傾角約65°，視厚度65.49～119.67 m，TFe平均品位55.47%、mFe平均品位49.65%；大張鐵礦賦存標高為-717 m以下，傾向南西，傾角約60°，視厚度7.66～26.02 m，TFe平均品位55.95%、mFe平均品位52.50%，上述鐵礦床預計可達中—大型規(guī)模。

3 鐵礦床特征

在對潘店異常區(qū)開展矽卡巖型鐵礦成礦規(guī)律研究的基礎上，對該異常區(qū)郭店村東側(cè)利用鉆探技術手段進行了異常查證工作，首次在該異常區(qū)深部發(fā)現(xiàn)了矽卡巖型鐵礦床，從而證實了潘店異常為礦致異常。

3.1 礦體特征

該區(qū)新生代地層厚度約816 m，鉆孔共揭露5層鐵礦體，礦體賦存標高-1417.94～-1515.49 m，視厚度為56.94 m(真厚度40.26 m)(圖4)。鐵礦體呈似層狀、透鏡狀等；鐵礦體賦存形式可分為接觸帶賦存式、層間充填式、斷裂充填式、裂隙貫入式共4種，分析表明該區(qū)鐵礦石品位較高，鐵礦石平均品位TFe 51.82%、mFe 47.20%(表1)。

表1 潘店異常區(qū)郭店村礦產(chǎn)地鐵礦石特征表

圖4 郭店村地區(qū)鐵礦勘探線剖面簡圖(據(jù)郝興中等，2020b修改)

3.2 礦石特征

該區(qū)鐵礦石巖性為灰黑色磁鐵礦石，呈灰黑色(次為暗綠色)，礦石構(gòu)造主要呈致密塊狀，次為條帶狀、浸染狀、網(wǎng)脈狀等，礦石結(jié)構(gòu)為細粒粒狀結(jié)構(gòu)，主要礦物為磁鐵礦，其他礦物為黃銅礦、黃鐵礦、輝石、透閃石、陽起石、硅灰石、方解石、綠簾石、綠泥石、石榴子石等，鐵礦石具有矽卡巖化、黃鐵礦化、鈉長石化、綠簾石化、綠泥石化等蝕變現(xiàn)象。礦石分析結(jié)果表明，除鐵質(zhì)成分外，其他成分均未達到工業(yè)標準。

3.3 圍巖蝕變

該區(qū)鐵礦蝕變特征顯著，自侵入巖體到碳酸鹽巖地層，巖礦石蝕變分帶特征明顯，閃長巖帶、蝕變閃長巖帶、矽卡巖帶、鐵礦體、大理巖化帶、灰?guī)r帶等(圖5)；其中在大理巖化帶中碳酸鹽巖地層中重結(jié)晶現(xiàn)象明顯偶見黃鐵礦化現(xiàn)象；在鐵礦體中發(fā)育有矽卡巖化、黃鐵礦化、綠簾石化、綠泥石化等；在矽卡巖帶中發(fā)育有磁鐵礦化、綠簾石化、黃鐵礦化、綠泥石化等；蝕變閃長巖帶中鈉長石化、透輝石化、絹云母化等蝕變。

圖5 研究區(qū)主要巖礦石照片

勘查表明鐵礦床中矽卡巖化強烈地段，熱液蝕變現(xiàn)象較顯著，同時其附近磁鐵礦化也較明顯；在磁鐵礦化、鈉長石化、矽卡巖化等強烈地段附近鐵礦體較為發(fā)育；認真甄別以上各類蝕變作用和鐵礦體對應關系對于區(qū)內(nèi)鐵礦勘查具有重要意義。

4 整裝勘查區(qū)鐵礦控礦特征

齊河—禹城整裝勘查區(qū)內(nèi)李屯、潘店、大張等地區(qū)鐵礦體賦存形式多樣，可分為接觸帶賦存式、層間充填式、斷裂充填式、裂隙貫入式、捕虜體構(gòu)造式共5種賦存形式(郝興中等，2018a，2019a，2020a)，鐵礦體呈層狀、似層狀、透鏡狀、網(wǎng)脈狀、囊狀及不規(guī)則狀等；鐵礦石品位較高，礦石品位約50%，自侵入巖體到碳酸鹽巖地層，巖礦石蝕變分帶特征明顯，典型蝕變分帶為“閃長巖帶—蝕變閃長巖帶—內(nèi)矽卡巖帶—鐵礦體—外矽卡巖帶—大理巖化帶(角巖帶)—灰?guī)r帶(碎屑巖帶)”(郝興中等，2019b，2020b)。李屯、潘店、大張等地區(qū)鐵礦勘查工作中具有明顯的相似性和可對比性(表2)，為整體研究整裝勘查區(qū)礦床特征、成礦規(guī)律、勘查經(jīng)驗、找礦方法提供了基礎。

表2 齊河—禹城整裝勘查區(qū)地質(zhì)—地球物理特征及“三位一體”找礦預測綜合模型簡表

5 結(jié)語

深部找礦工作具有“高難度、高成本、高風險”的特點，該超深覆蓋區(qū)矽卡巖型鐵礦勘查工作成果顯著，意義重大；潘店異常內(nèi)郭店村鐵礦找礦突破使李屯—潘店—大張地區(qū)鐵礦勘查工作可以在賦礦條件、礦床特征、成礦規(guī)律、找礦方法、勘查經(jīng)驗等多個方面作為一個勘查系統(tǒng)進行研究分析。

(1)加強地質(zhì)特征的綜合研究。以往礦產(chǎn)勘查工作在李屯、大張地區(qū)發(fā)現(xiàn)了矽卡巖型鐵礦，由此表明在齊河—禹城整裝勘查區(qū)內(nèi)矽卡巖型鐵礦成礦地質(zhì)條件優(yōu)越；其中潘店地區(qū)位于李屯異常和大張異常區(qū)之間，且具有一定規(guī)模的物探異常，表明潘店地區(qū)具備了矽卡巖型鐵礦成礦可能性。由于礦床特征、成礦規(guī)律等分析研究認為該區(qū)鐵礦體賦存形式多樣，因此在鐵礦勘查過程中，可能在不同地層(或巖體等)賦礦層位發(fā)現(xiàn)不同的鐵礦體。在地質(zhì)、物探、化探、鉆探等資料綜合研究的基礎上，進行針對性的部署和施工，使得該區(qū)鐵礦勘查取得最佳效果。

(2)注重物探信息的反演分析。物探異常信息在一定程度上反映了深部地質(zhì)體信息(郝興中等，2013)，物探異常資料分析表明在該整裝勘查區(qū)深部存在著一個規(guī)模較大的中—基性巖基，在巖基頂部位于李屯、潘店、大張等地分布著幾個規(guī)模相對較小的巖體(巖脈或巖枝)。由于潘店異常相對于李屯、大張異常相對較弱，致使該異?？辈楣ぷ鞯南鄬螅浑m然潘店地區(qū)磁異常強度和范圍較小，但不能單純地判斷為成礦地質(zhì)條件相對較差，極有可能是由于深部侵入巖體埋藏深度大所致；此次勘查結(jié)果也表明該區(qū)鐵礦埋藏深度較李屯、大張地區(qū)更深。因此，要注重對相對較弱異常的綜合分析，在綜合研究的基礎上，逐步推進物探異常的有序勘查并促進該整裝勘查區(qū)的鐵礦勘查工作。

(3)加強綜合勘查手段信息提取。該整裝勘查區(qū)礦產(chǎn)勘查表明鐵礦石呈強磁性、高密度性、高極化性和低阻性等(郝興中等，2019b；吳成平等，2020)。鐵礦產(chǎn)出位置多為磁異常強度較高及其梯度較陡地段、重力異常較陡和剩余重力異常較強地段(田文法等，2010；郝興中等，2014，2018c；柳建新等，2016；范劍等，2017；羅丁等，2020；張貴麗和郝興中，2020)、電法異常顯示高阻和低阻的轉(zhuǎn)換帶(郝興中等，2019b)、井中三分量磁測異常顯著位置(陳天振等，2008，郝興中等，2020c)，上述勘查手段均從不同的側(cè)面反映勘查深部地質(zhì)體的信息。該區(qū)鐵礦勘查工作表明運用“地質(zhì)—磁法—重力—電法—鉆探—測井”等找礦方法效果較為顯著。

(4)密切關注鉆孔中巖芯信息。在異常查證過程中，應密切關注鉆孔揭露的巖性特征及蝕變情況，其中在鐵礦體附近的二疊系、石炭系和奧陶系地層中會在不同程度上蘊含著深部地質(zhì)信息，如在二疊系、石炭系的碎屑巖地層和奧陶系碳酸鹽地層中可能會有部分巖枝(巖脈)巖脈產(chǎn)出，并伴隨有不同程度的角巖化、大理巖化、黃鐵礦化、磁鐵礦化、磁黃鐵礦化、碳酸鹽化現(xiàn)象等；在閃長巖體鈉長石化、黃鐵礦化、矽卡巖化、碳酸鹽化等蝕變現(xiàn)象十分顯著(趙百民等，2014；郝興中，2020)，可能發(fā)育有部分碳酸鹽巖捕虜體?？傮w而言，距離鐵礦體越近，圍巖蝕變現(xiàn)象越發(fā)育。在異常查證過程中，認真分析鉆孔巖芯特征及蝕變現(xiàn)象對于指導鉆孔施工具有十分重要的意義。

綜上所述，郭店村鐵礦勘查工作是在“三位一體”找礦預測理論與方法的指導下，在總結(jié)以往鐵礦勘查經(jīng)驗的基礎上，對潘店異常開展綜合研究，通過利用地質(zhì)、物探、鉆探、測井等勘查技術手段對該異常中郭店村地區(qū)開展鐵礦勘查并取得了找礦突破。