鲁中隆起区中北部矽卡岩型铁矿成矿预测

郝兴中， 王巧云

(1.山东省地质调查院, 山东济南250013； 2.中国地质大学(北京)地球科学与资源学院, 北京100083)



鲁中隆起区中北部矽卡岩型铁矿成矿预测

郝兴中1,2， 王巧云1

(1.山东省地质调查院, 山东济南250013； 2.中国地质大学(北京)地球科学与资源学院, 北京100083)

鲁中隆起区中北部地区矽卡岩型铁矿成矿地质条件优越，其含矿建造分布于济南、莱芜、淄博及其周邻地区。简要介绍了研究区的区域地质背景、地球物理特征；详细阐述了区内控矿地质条件，发现该区矽卡岩型铁矿具有地层、岩浆岩和构造联合控矿的特点，其中奥陶纪碳酸盐地层、燕山晚期中基性侵入岩体是区内主要控矿要素，在背斜的转折端和构造交汇处易于形成规模较大的矿体。区内铁矿的预测依据主要为地层、构造、岩浆岩、物探异常和代表性矿床。在此基础上，对该类型铁矿进行了成矿预测，共划分了济南、莱芜等5个成矿区，同时划分出除济南地区之外的9个铁矿找矿靶区，为研究区未来的铁矿勘查工作提供了依据。

矽卡岩；铁矿；成矿预测；鲁中隆起；山东

0　引　言

矽卡岩型铁矿是我国铁矿石的重要来源之一，也是我国主要的富铁矿类型，因其品位高、分布集中，一直是地质勘查和研究的对象。目前，我国经济快速发展，加强该类型铁矿的研究工作具有十分重要的意义。

鲁西地区发育有矽卡岩型铁矿，区内对于该类型铁矿的研究工作日渐深入，杨志(1982)对包括济南和金岭等地铁矿在内的中国东部地区矽卡岩型铁矿的成岩成矿时代进行了总结，总体认为其成矿时代为中生代燕山期。徐西雷等(2001)探讨了金岭铁矿的成矿有利部位;杨昌彬等(2006)在研究莱芜地区铁矿时提出了成矿过程中矿体间相互关系的“三位一体”成矿模式；宗信德等(2010a，2010b)对莱芜地区铁矿的矿体形态、成矿规律进行了深入分析，宗信德等(2011)还认为该区矽卡岩型铁矿表现为“铁矿体形态反映岩浆岩体形态，岩浆岩体形态反映构造形态，构造形态反映围岩性质”的多因素控矿特征。根据以往地质调查及研究成果，倪振平等(2010)对该类型铁矿的资源潜力进行了评价，表明其具有较好的资源潜力；郝兴中(2014)对鲁西地区铁矿的成矿规律进行了研究，认为区内发育的矽卡岩型铁矿可分为与中基性侵入岩相关的矽卡岩铁矿(主要位于鲁中隆起区中北部)和与中酸性侵入岩形成的矽卡岩铁矿(主要位于鲁中隆起南部)，其中前者在区内占主导地位，后者产量很少。

通过总结以往鲁中隆起中北部地区与中基性侵入岩相关的铁矿研究成果，并对区内该类型铁矿控矿地质要素进行深入探讨的基础上，对其控矿地质要素进行分析，进而对研究区内的预测依据和找矿方向进行研究，供区内该类型铁矿的勘查和开发工作参考。

1　区域地质背景

鲁中隆起(Ⅲ)大地构造位置位于华北板块(Ⅰ)鲁西隆起区(Ⅱ)(图1)，可进一步分为泰山—济南断隆、新甫山—莱芜断隆等10个Ⅳ级构造单元。

图1　鲁中隆起位置及构造格架图1-一级构造单元；2-二级构造单元；3-三级构造单元；4-四级构造单元；5-五级构造单元；6-断层及推测断层；7-不整合界线；8-单位代号；9-凹陷区；10-凸起区；11-鲁西隆起区;Ⅰa-济阳坳陷；Ⅰb-临清坳陷；Ⅱa-鲁中隆起；Ⅱb-鲁西南潜隆起；Ⅱc-沂沭断裂带；Ⅳ-胶南隆起;F1-聊考断裂；F2-齐广断裂；F3-鄌郚—葛沟断裂；F4-沂水—汤头断裂；F5-安丘—莒县断裂；F6-昌邑—大店断裂缩略图：ⅡA-华北坳陷(山东部分)；ⅡB-鲁西隆起区；ⅡC-胶北地块；ⅡD-苏鲁造山带Fig.1　Map showing the location of Luzhong uplift and structural framework

1.1区域地质特征

研究区地层发育较全，前寒武纪、古生代、中生代、新生代地层均有分布(胡秋媛等，2009)，其中寒武纪—奥陶纪碳酸盐地层广泛发育。区内地质构造复杂，断层大量交错发育，形成了该区“块断”构造格架(燕守勋等，1996；时秀朋等，2010)；区内褶皱构造发育，同时派生有各种面状、线状构造及韧性剪切带等构造形式。区内岩浆岩亦较发育，尤以中生代侵入岩分布十分广泛，类型多样，但多数规模较小(张锡明等，2007)。在空间、时间和成因上主要呈区域成带性、多旋回性和多成因性的基本特征。

综上可知，研究区具有地层较齐全、构造较发育和岩浆岩活动强烈的特点，具备形成矽卡岩型铁矿的基本条件。

1.2区域地球物理特征

重磁场特征是对相应地区地层分布、构造特征及岩浆岩活动等相关地质现象的综合反映。研究区重力场因受构造影响而呈现条块分割状，而磁场特征则呈现为条带状和团块状2种形式。在研究山东区域地球物理场时，黄太岭等(2002)按照重磁场形态将研究区的重磁场分为中部弧形重磁场区(淄博—济南—济宁)、鲁西中部重低磁高区(临朐、泰安、新泰、沂南一带)和鲁中南条带状重磁场区(平邑—泗水—枣庄)。区域航磁异常(图2)显示研究区矽卡岩型铁矿主要分布于莱芜、淄博、济南等地附近，与相关地区的航磁异常呈正相关分布，即铁矿体发育的地方具有高磁(且高重力)的特征。需要说明的是，如邹平县、寿光市等地的磁异常极为发育地区为白垩纪火山岩分布区，矿产勘查工作中未见铁矿体产出。以上资料为区内铁矿研究提供了基础。

图2　鲁西地区1∶50万区域航磁异常图1-正磁异常曲线；2-零磁异常曲线；3-负磁异常曲线；4-矽卡岩型铁矿床(小、中、大型)；5-沉积变质型铁矿床(小、中、大型)Fig.2　Map showing regional aeromagnetic anomalies at a scale of 1∶500,000 in western Shandong Province

由于磁异常对铁矿勘查工作效果明显(董英君，2006；娄德波等，2008；郝兴中等，2013a)，因此，重视区内磁异常特征对于勘查工作十分重要。

2　控矿地质特征

矽卡岩型铁矿主要产于侵入岩体与碳酸盐岩地层接触带上，该碳酸盐岩地层与侵入岩体进行接触交代作用，含矿物质发生了迁移与转化，最终形成铁矿体。围岩、侵入体和构造是形成矽卡岩型矿床的基本地质条件(宋燕等，2012；魏芳等，2012；瞿沪然，2013)，在鲁中隆起区内的部分地区具有优越的成矿地质条件。

2.1控矿地层

区内与矽卡岩型铁矿相关的地层为古生代寒武系—奥陶系碳酸盐地层，该地层在鲁中隆起(区)内分布范围较广(图3)。

图3　鲁西地区寒武—奥陶纪地层分布范围(据孔庆友等，2006，有修改)1-寒武—奥陶纪地层分布区；2-主要断裂构造Fig.3　Map showing distribution of the Cambrian- Ordovician strata in western Shandong Province(modified from Kong et al., 2006)

该类型铁矿的形成、保存与寒武系—奥陶系碳酸盐岩关系密切，莱芜、济南、金岭等地的矽卡岩型铁矿成矿条件较好的围岩主要为奥陶纪马家沟群灰岩地层，在已查明的铁矿床中，发现高钙、低铝、低镁、低硅碳酸盐地层对成矿最为有利。

2.2控矿岩浆岩

矽卡岩型矿床和相关的岩浆岩是区域地质构造环境的演化产物，在空间上，多呈带状分布于一定的大地构造单元内(郑建明，2007)。研究区侵入岩十分发育(图4)，区内与该类型铁矿相关的岩体主要为济南—沂南序列，属中基性侵入岩体，其岩性主要为正长闪长岩、辉长闪长岩等，是济南、莱芜、金岭等地区铁矿形成的岩浆岩条件。依据近年来的测年数据和研究成果，该地区矽卡岩型铁矿形成于中生代燕山晚期。

图4　鲁西地区中生代侵入岩时空分布图(据刘玉强等，2004，有修改)1-中生代火山岩；2-中生代侵入岩；3-侵入岩带编号；4-与岩浆侵入相关铁矿床Fig.4　Map showing temporal and spatial distribution of the Mesozoic intrusive rocks in western Shandong Province(modified from Liu et al., 2004)

2.3控矿构造

翟裕生(2002)认为构造对成矿具有明显的控矿作用，同时也是破坏矿床的重要因素之一。矽卡岩型铁矿相关的侵入体与围岩的接触带构造、围岩层理层间破裂带及构造裂隙以及褶皱构造(宋燕等，2012)均具有控矿构造条件。研究表明，研究区内矽卡岩型铁矿在背斜的转折端或倾伏端易形成规模大、品位高的矿床，如莱芜张家洼铁矿、淄博金岭铁矿，其主要原因为层间裂隙为岩体顺层侵入提供了有利条件并最终交代成矿，其中裂隙密集地段的碳酸盐地层可形成复式矿层，若岩层出现局部的虚脱空间，则可形成规模较大、较厚的矿体。

2.4重磁特征与铁矿的关系

重磁异常特征与铁矿勘查有着紧密的联系(郝兴中等，2013b；郑永琴等，2013；陈雪等，2015)。研究区内铁矿石中的矿石矿物主要为磁铁矿，且含有少量的赤铁矿等，因此区内铁矿体总体表现为强磁性、高密度、低电阻、高极化的物性特征。区内铁矿体与地层分布、侵入岩体形态和磁异常曲线具有明显的对应性。

以金岭铁矿为例(图5)，区内地层、侵入岩体、已发现铁矿体位置见图5a，高磁化极异常特征见图5b。

图5　金岭地区成矿建造与高磁化极异常对比图(据郝兴中，2014，有修改)1-辉石闪长岩；2-透辉矽卡岩；3-蛇纹石矽卡岩；4-马家沟群(灰岩建造)；5-化极异常正等值线；6-化极异常零等值线；7-化极异常负等值线；8-铁矿床位置Fig.5　Comparison of metallogenic formation with high magnetic pole anomalies in the Jinling area(modified from Hao, 2014)

2.4.1 磁异常与铁矿体的关系由图5可知，磁异常的范围和强度与铁矿床分布的数量和规模有密切关系。磁异常越强烈，铁矿体数量越多，规模越大；反之，则矿体数量越少，且规模越小。在北高东村—桐林村、东召村西南部一带化极磁异常较高，最高达1 720 nT，区内多数大中型铁矿床均产于此。在岩体的西南端，随着异常减弱，铁矿体数量较少，规模也较小。需要说明的是，磁异常的范围和强度与铁矿床(体)埋藏深度亦有着重要的联系，一般地，磁异常随着铁矿床埋藏深度的增加，其强度降低，磁异常呈低缓状。

2.4.2 磁异常与矽卡岩带的关系由图5可知，高磁异常曲线形态与矽卡岩带具有明显的对应性。磁异常围绕侵入岩体分布，大致可分为南、北2个部分：北部磁异常较强，表现为分布集中、范围较小、梯度陡的特点；南部磁异常呈条带状沿岩体周围分布，表现为异常较弱、分布分散、范围较大、梯度较缓的特点。同时由图5可知，金岭铁矿区矽卡岩带大致可分为透辉矽卡岩、蛇纹石矽卡岩，二者相伴产出，区内的透辉矽卡岩带与磁异常较强的部分相对应，而蛇纹石矽卡岩则与磁异常较弱的部分相对应，2个矽卡岩带均有铁矿体产出。

2.4.3重力异常与铁矿体的关系相对于磁异常，重力异常与铁矿体的对应关系则较为复杂，受中基性侵入岩和铁矿体高重力特征的共同作用，铁矿体产出部位的重力异常值多相对较高，区内铁矿因埋藏深度、矿体大小、形态及产状等因素的影响，在地表引起的异常有所差别，部分铁矿呈低缓的重力异常，需要在勘查过程中仔细甄别。

3　成矿预测

区内矿体围岩分布、岩浆岩活动、构造特征与铁矿体产出部位有密切的联系，而重磁异常则是区内地层、岩浆岩和构造的综合反映，为区内铁矿的勘查工作提供了重要的找矿信息。

3.1预测依据

该类型铁矿主要分布于鲁中隆起区的济南、莱芜、淄博等地，研究认为区内矽卡岩型铁矿具有地层、岩浆岩和构造联合控矿的特点，同时参考国内同类型铁矿的找矿标志(张东才等，2013；许立权等，2015)。本次成矿预测研究工作的依据可分为地层、岩浆岩、构造、地球物理异常和矿产地等几个方面，简述如下。

3.1.1地层依据与矽卡岩型铁矿有关的碳酸盐地层有寒武系—奥陶系碳酸盐岩等，区内铁矿围岩多为奥陶系马家沟群北庵庄组、五阳山组和八陡组石灰岩，次为寒武系九龙群张夏组、炒米店组石灰岩，勘查表明成矿最有利的围岩是具有高钙、低铝、低镁、低硅的碳酸盐地层。

3.1.2岩浆岩依据根据区内铁矿床产出特征，研究区燕山晚期多次侵入的复合岩体与铁矿的形成有关。成矿母岩为中基性侵入岩体，岩性多为闪长岩及辉长岩等中基性岩类，是形成和寻找该类型铁矿的必要条件。铁矿多呈环形围绕岩体产出，矿体产出形态多呈透镜状等产于侵入岩与碳酸盐岩的接触带上。3.1.3构造依据区内矿体形态较为复杂，主要为透镜状、似层状、扁豆状等，其形态、产状和规模与接触带的构造形态密切相关，同时也受蚀变带、接触带的产状和围岩性质因素影响。特别是在背斜的转折端或倾伏端，由于两翼的挤压作用，含矿热液向倾伏端流动，转折端相对张应力强，易形成较大的容矿空间，同时，易于矿液流动富集的岩石破碎或构造脆弱带也是较好的成矿有利部位。因此，在背斜的转折端或倾伏端、断裂构造的交汇部位、断裂构造与褶皱构造的交汇部位易形成规模大、品位高的矿体，是找矿工作中的重点勘查地段。

3.1.4地球物理依据铁矿体引起的磁异常特征明显，强磁异常及围岩蚀变是该类型铁矿产出的重要标志。铁矿体一般位于岩体与灰岩的接触带处，矿致异常反映出明显的正负伴生异常，异常曲线规整圆滑，多呈孤立的异常带或异常群分布。由于中基性侵入岩和铁矿的共同作用，重力异常值多相对较高，也应该进行重点勘查。3.1.5矿床(点)依据已有矿床或矿点是区内最为直接的预测依据，在已有铁矿深部和边部进行预测，如“就矿找矿”、“探边摸底”、“攻深找盲”是多数矿山勘查的首选方向(郝兴中等，2012)。研究区矽卡岩型主要成矿地区部分铁矿床位置、规模见表1。

表1　研究区部分铁矿床特征

综上所述，对目标区的铁矿预测需要查明其地层分布、岩浆岩活动、构造格架、地球物理异常和矿产地等各方面的信息。同时，在铁矿勘查过程中，需要进一步综合多种地质因素和找矿信息加以综合研究，具体分析，进行有效甄别。

3.2找矿方向

通过收集以往地质资料及勘查成果，根据研究区的地质特征、物探异常及成矿规律，按照该类型铁矿预测的基本依据，综合分析研究区内的各种找矿线索。研究区内铁矿成矿预测区可分为济南、莱芜、淄博、潘店、牛角店5处(图6)。由于济南地区是铁矿禁采区，其他4处成矿预测区共圈出9处找矿靶区，分别位于莱芜、淄博、潘店、牛角店地区，找矿靶区简要信息见表2。

图6　研究区矽卡岩型铁矿找矿靶区分布图1-主要构造界线；2-铁矿床(田)；3-靶区范围及编号Fig.6　Map showing distribution of prospecting targets of skarn iron deposits in the study area

4　结　论

(1) 矽卡岩型铁矿具有地层、岩浆岩和构造联合控矿的特点。鲁中隆起区内具备了形成矽卡岩型铁矿的地层、岩浆岩和构造等条件，区内奥陶纪碳酸盐地层和燕山晚期的中基性侵入岩是其主要控矿要素，研究区矽卡岩型铁矿成矿条件优越。

(2) 区内磁异常与矽卡岩带及其铁矿体具有较好的对应性，磁异常越强烈，铁矿体数量越多、规模越大；反之，则矿体数量越少，且规模越小。磁异常对于铁矿勘查工作具有重要意义，同时重力异常也应加强重视。

表2　研究区矽卡岩型铁矿找矿靶区

(3) 通过对区内矽卡岩型铁矿的相关地质控矿要素的分析，将研究区划分为济南、莱芜、淄博金岭、齐河县潘店和东阿县牛角店5个铁矿成矿预测区，并进一步圈定了除济南之外的9个找矿靶区，为今后该类型铁矿勘查工作提供了找矿方向。

致谢:

论文撰写过程中，得到了中国地质科学院肖克炎研究员和山东省地质调查院李英平、倪振平研究员的悉心指导，在此表示衷心的感谢！

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Metallogenic prediction of skarn iron deposits in the central and northern Luzhong uplift, East China

HAO Xingzhong1,2, WANG Qiaoyun1

(1. Shandong Institute of Geological Survey, Ji′nan 250013,Shandong, China； 2. School of Earth Sciences and Resources, China University of Geosciences (Beijing), Beijing 100083, China)

The central and northern areas of Luzhong uplift were of superior metallogenic geological conditions for the formation of skarn iron deposits, and their ore-bearing formation is mainly distributed in Ji′nan, Laiwu, Zibo and the adjacent areas. On the basis of a brief introduction of the regional geological setting and geophysical characteristics, the work elaborated the ore-controlling conditions. It is suggested that these skarn type iron deposits show a joint control by strata, magmatic rocks and structures, of which the Ordovician carbonate formation and the Late Yanshanian intermediate-basic intrusive rocks are the main ore-controlling factors. Large ore bodies tend to form at the turning point of anticlines and the intersection of structures. This type of iron deposits was formed in the Late Yan-shanian period. The prediction evidence of iron deposits in this area is mainly strata, structure, magmatic rocks, geophysical anomaly and typical deposits. Above all, this study conducted metallogenic prediction of this type of iron deposits. A total of five metallogenic areas were delineated including Ji′nan and Laiwu, and nine prospecting target areas except Ji′nan area were also determined. This work may provide important basis for the future iron ore exploration in this region.

skarn; iron deposit; metallogenic prediction; Luzhong uplift; Shandong Province

10.3969/j.issn.1674-3636.2016.03.443

2016-03-23；

2016-05-07；编辑：蒋艳

中国地质调查局项目“山东单县地区铁矿调查评价”(1212011085305)、“河南舞阳—山东单县地区铁矿找矿方法技术有效性评价”(12120113061600)、“山东单县—曹县地区矿产地质调查”(12120114030701)

郝兴中(1980—)，男，高级工程师，博士，主要从事矿产资源评价、地球物理应用、成矿规律研究与预测工作，E-mail： 57820696@qq.com

P612; P618.31

A

1674-3636(2016)03-0443-07