山东莱芜张家洼铁矿平炉富矿和伴生的铜、钴组分研究

宗信德，李 卫，王 建，乔 伟，张俊峰，刘纪涛

（泰安市鈺镪地质资源勘查开发有限责任公司，山东 泰安 271000）

0 引言

山东莱芜张家洼铁矿是莱芜接触交代－热液型铁矿的一部分。它由赋存于矿山弧形背斜倾没端的张家洼Ⅰ、张家洼Ⅱ、张家洼Ⅲ等3个矿床组成（图1），累计查明铁矿石资源储量28 965.36×104t，其中平炉富矿7 060×104t，伴生组分铜金属资源储量217 256.1 t，钴金属资源储量48 548.3 t。认真研究张家洼铁矿中平炉富矿和伴生组分铜、鈷的赋存特征和成矿规律，对于认识整个莱芜接触交代－热液铁矿的物质来源和矿床成因具有重要意义。

1 矿床地质特征

1.1 含矿地层特征

张家洼Ⅰ矿床①的赋矿围岩为马家沟组阁庄段（O2mg）泥质白云质石灰岩、灰质白云岩；张家洼Ⅱ矿床②和张家洼Ⅲ矿床③的赋矿围岩为马家沟组八陡段（O3mb）灰色、青灰色中厚层石灰岩、含白云质石灰岩；个别矿体赋存于月门沟群本溪组、太原组铁铝页岩、砂岩等碎屑岩中。一般说来，八陡段石灰岩因钙质含量高（区域平均值w（CaO）＝54.36％）［1］、渗透率高、化学性质活泼，加之有膏溶角砾岩和膏溶白云质角砾岩的存在，既是构造薄弱带，还具可溶性和可塑性特点，故易于交代成矿。反之，钙质含量低的白云岩、白云质灰岩则不易成矿。但为什么含钙质低的阁庄段白云质灰岩、灰质白云岩（区域平均值w（CaO）＝38.90％）却能形成具一定规模的张家洼Ⅰ矿床？我们认为是地质环境综合作用的结果。

1.2 含矿构造特征

张家洼3个铁矿床分布于矿山弧形背斜倾没端（图1）的背斜（图2）和背向斜褶皱构造（图3）中。控制矿体的构造为假整合面构造（主要是张家洼Ⅲ、张家洼Ⅱ）、围岩层间裂隙构造、接触带构造及其复合构造。

图1 山东莱芜张家洼铁矿田矿床分布及基岩地质图Fig.1 Geological map focused on distribution of Fe deposits and bed rock in Zhangjiawa Fe ore field，Laiwu area，Shandong province

图2 张家洼Ⅲ矿床16线综合地质剖面图Fig.2 Integrated geological section of line 16 at Fe depositⅡ，Zhangjiawa area

1.3 控矿岩体特征

张家洼铁矿的控矿岩体为辉石闪长岩、黑云母辉石闪长岩。

正长闪长岩、黑云母正长闪长岩常分布在岩体顶部，厚度几米至几十米，最大可达百余米，为自变质碱质交代的产物。闪长玢岩、二长玢岩多为岩床，厚10～30 m，多分布在假整合面附近，与矿体关系密切，常有磁铁矿浸染或磁铁矿细脉穿插。在岩体与围岩的接触部位产生热变质，使石灰岩变成大理岩，页岩、砂岩变为角岩、板岩等。

1.4 围岩蚀变及矿化特征

围岩蚀变有自变质碱质交代、接触交代蚀变和热液蚀变3种。自变质为黑云母辉石闪长岩中的斜长石普遍钾化、钠化，角闪石透辉石化，形成浅红色正长闪长岩。接触交代蚀变常形成透辉石、金云母、绿帘石、石榴子石等夕卡岩矿物的集合体，主要有透辉石夕卡岩、金云母透辉石夕卡岩、绿帘石透辉石夕卡岩等，多发育在接触带附近，厚0～5 m，与矿体关系密切。热液蚀变包括蛇纹石化、金云母化、蛭石绿泥石化和碳酸盐化等。

矿化有磁铁矿化、黄铁矿化、黄铜矿化等。在蛇纹石化大理岩、透辉石夕卡岩、含铁透辉石夕卡岩、磁铁矿化蛇纹岩中，w（TFe）＝10％～15％，个别达25％，常与矿体互层或呈渐变接触关系。

图3 张家洼Ⅱ矿床8线综合地质剖面图Fig.3 Integrated geological section of line 8 at Fe depositⅡ，Zhangjiawa area

1.5 铁矿石特征

矿石矿物主要为磁铁矿，粒径一般为0.1～0.3 mm，次为赤铁矿、褐铁矿、黄铁矿、辉铜矿、黄铜矿、自然铜、斑铜矿等；脉石矿物主要为透辉石、蛇纹石、方解石、白云石、绿泥石、金云母、蛭石等。

矿石结构主要为半自形粒状结构、交代残余结构、压碎结构、假象结构等；矿石构造主要为致密块状，其次为浸染状、角砾状、条带状、花斑状、松散状以及蜂窝状。

矿石有益化学组分主要为Fe，次为Cu和Co（表1）。铁矿石最高品位w（TFe）＝68.59％（张家洼Ⅱ），铜的最高品位w（Cu）＝2.991％（张家洼Ⅲ），钴的最高品位w（Co）＝0.26％（张家洼Ⅲ）。矿石有害组分w（S）一般在0.015％～5.3％，w（P）一般低于0.015％。矿石的显著特点一是平炉富矿多，二是伴生铜和钴；铜可综合利用，钴因呈类质同像赋存于黄铁矿晶格中，或存在于氧化铁中，大多不能回收。

表1 矿山矿田平炉富矿、伴生组分铜钴金属资源储量统计Table 1 Statistics of rich iron ore for martin steel and the by－products（Cu，Co）resource volume in Kuangshan ore field

2 成矿地质环境分析

矿山岩体在侵位的过程中，岩浆从地壳深部的高温、高压环境向浅部的低压环境中迁移，依靠自身强大的能量不断地对沿途的围岩进行熔蚀，并通过多种物理－化学方式对通道进行扩容。岩浆期后热液依然沿用这种趋势进行迁移和扩容。并选择合适的围岩进行双交代渗滤作用，使其中的矿质富集成矿。不仅在围岩中的多个层位中交代成矿，还萃取地层中的有用元素重新聚集形成新的矿体，也能使钙质含量不是很高的阁庄段白云岩、白云质灰岩交代成矿。

张家洼铁矿分布在矿山弧形背斜的倾没端，处于弧形背斜两翼转折、狭缩收敛部位，围岩的3个赋矿层位（阁庄段、八陡段、本溪组）的岩石化学性质有利于双交代渗滤作用的进行。不同地层组（段）之间（五阳山段与阁庄段间、阁庄段与八陡段间、八陡段与本溪组间）的3个的界面、假整合面构造（马家沟组八陡段与月门沟群本溪组之间）为成矿提供了运移通道和储矿空间。

需要注意的是，在张家洼Ⅲ铁矿床NE 500 m处的垂阳铁矿床是由赋存于本溪组碎屑岩、铁铝页岩中的缓倾斜似层状矿体和接触带矿体组成，矿石平均品位w（TFe）＝55.84％，w（S）平均值3.984％，铁、硫品位明显高于其他矿床。张家洼铁矿南约35 km的铁铜沟岩体周边，由1号至10号共10个小矿体组成的铁铜沟矿床，是由赋存于本溪组铁铝页岩裂隙中的缓倾斜似层状矿体组成，矿石平均品位w（TFe）＝55.39％，w（S）平均值3.897％，w（Cu）平均值0.16％，铁、硫、铜明显高于其他矿床。说明它们与本溪组铁铝页岩中铁铜金高背景值有关。

3 平炉富矿及伴生铜钴特征

3.1 平炉富矿分布特征

矿山铁矿田中平炉富矿达8 020×104t，矿石的平均品位w（TFe）＝58.61％（表1）。张家洼矿床的平炉富矿为7 060×104t（表2），矿石的平均品位w（TFe）＝58.62％，占矿山矿田平炉富矿总量的88.03％。其中，张家洼Ⅰ矿床平炉富矿1 128.67× 104t，占本矿床资源储量的23.67％；张家洼Ⅱ矿床平炉富矿2 802.00×104t，占本矿床资源储量的30.94％；张家洼Ⅲ矿床平炉富矿3 129.33×104t，占本矿床资源储量的20.67％。

平炉富矿总体分布在浅部假整合面矿体及其复合矿体中。张家洼Ⅰ矿床平炉富矿主要分布在矿床中部，长400 m，宽150 m，厚5～20 m。张家洼Ⅱ矿床平炉富矿主要分布在3线—10线，长650 m，宽100～300 m，厚5～30 m，最厚34 m。张家洼Ⅲ矿床平炉富矿主要分布在Ⅲ1和Ⅲ3矿体内，Ⅲ2和Ⅲ4矿体所占比例小。Ⅲ3矿体平炉富矿沿走向延长约800 m，倾向延深200～400 m，厚度3～27 m，走向、倾向对应较好；Ⅲ1矿体平炉富矿分布在9线－0线，走向延长100～200 m，相邻剖面亦能对应。

3.2 伴生铜钴的分布特征

矿山矿田铁矿床伴生有益组分铜金属资源储量353 885.8 t，钴金属资源储量76 257.52 t（表1）。其中，张家洼3个矿床伴生的铜金属资源储量为217 256.1 t，占矿山矿田矿床铜金属资源储量的61.39％；钴金属资源储量48 548.3 t，占矿山矿田矿床钴金属资源储量的63.66％。含铜矿物主要为辉铜矿、自然铜，次为黄铜矿、斑铜矿等。钴主要含在黄铁矿中，根据单矿物化学分析，黄铁矿中w（Co）＝0.63％。有害元素S主要含在黄铁矿中，次为铜的硫化物中。Co与S，Cu的关系密切，S高Cu高Co亦高。

伴生组分铜、钴的分布特征，仅以张家洼Ⅲ矿床为例加以说明（表3）。从表3可以看出：Ⅲ1，Ⅲ3矿体Cu和Co平均质量分数（分别为0.082％和0.023％，0.172％和0.022％）比Ⅲ2矿体、Ⅲ4矿体的Cu和Co平均质量分数（分别为0.057％和0.017％，0.084％和0.018％）要高。本溪组、太原组中零星矿体的Cu和Co的平均质量分数（分别为0.214％和0.023％）尤其高。Ⅲ1，Ⅲ3矿体的铜、钴金属资源储量总体比Ⅲ4矿体铜、钴金属资源储量大，所占的比例也大。由于Ⅲ2矿体是假整合面及其复合矿体，铜、钴金属资源储量也大，所占比例也大。

4 结论

（1）月门沟群本溪组地层中的山西式铁矿和铁铝页岩是Fe，Cu，Co的重要矿源层。

表2 张家洼铁矿平炉富矿及伴生铜钴金属资源储量一览表Table 2 Schedule of resource volume for rich ore for martin steel and the by－products at Zhangjiawa Fe deposits

表3 张家洼Ⅲ矿床各矿体平炉富矿及伴生组分铜钴金属资源量Table 3 Resource volume of rich ore for martin steel and the by－products for each ore bodies of Zhangjiawa Fe depositⅢ

（2）区域月门沟群本溪组中的山西式铁矿和Fe，Cu，Co为岩浆期后热液提供了一定的物质来源。岩浆期后热液或以就地热液改造叠加形成假整合面及其复合矿体，局部形成平炉富矿；或由于构造沟通，Fe，Cu，Co被热液活化迁移至接触带及其附近，与围岩产生双交代渗滤作用形成接触带及其复合矿体，并形成少量平炉富矿。假整合面矿体与接触带矿体锐角相交且互补［4］，即上部假整合面矿体近水平，下部接触带矿体与其锐角相交；上部矿体厚大，下部矿体薄至尖灭，反之亦然。这一规律说明，上部矿体为就地热液改造叠加，使矿体变富；下部矿体则是热液作用使铁质活化迁移所形成的接触带矿体。同时，热液作用也使围岩中的Cu，Co富集，形成一定规模的铜、钴矿，主要分布在假整合面矿体中。

（3）平炉富矿及其伴生的有益组分Cu，Co主要赋存于假整合面及其复合矿体中，说明平炉富矿及其伴生的铜钴组分为接触交代－热液成因，并非风化淋滤成因［5］。

注释：

① 易富章.山东省莱芜张家洼铁矿Ⅰ矿床地质勘探总结报告.山东省冶勘公司第二勘探队，1975.

② 易富章.山东省莱芜张家洼铁矿Ⅱ矿床地质勘探总结报告.山东省冶勘公司第二勘探队，1976.

③ 苏思祥.山东省莱芜张家洼铁矿Ⅲ矿床地质勘探总结报告.山东省冶勘公司第二勘探，1977.

［1］杨昌彬，宗信德，卢铁元，等.浅析莱芜接触交代－热液铁矿的双交代渗滤作用［J］.地质找矿论丛，2006，21（增刊）：85-89.

［2］宗信德，卢铁元.背斜控大矿机制分析［C］∥孟宪来.中国地质学会2009年学术年会论文摘要汇编.北京：中国大地出版社，2009：602-603.

［3］宗信德，徐建，卢铁元，等.山东莱芜矿山矿田铁矿床构造类型、矿体形式及大中型矿床赋存规律［J］.地质找矿论丛，2010，25（3）：234-240.

［4］宗信德，贾东亮，刘超，等.山东莱芜接触交代－热液铁矿矿体形态研究［J］.山东国土资源，2010（10）：13-18.

［5］山东冶勘公司二队地质科.张家洼铁矿平炉富矿初步探讨［J］.地质与勘探，1978（3）：12-17.