山东省兖州市翟村铁矿床地质特征及成因探讨

2018-03-07何其芬

山东国土资源 2018年3期

何其芬

(山东省物化探勘查院，山东济南 250013)

济宁磁异常自1958年航空磁测发现以来，以规模大、幅值高、形态规则、重磁异常吻合等特征，受到世人关注①山东省物化探勘查院，山东省济宁特大磁异常找矿关键技术及找矿重大突破研究报告，2012年。。进入21世纪，地质找矿技术有了重大突破。山东省物化探勘查院根据以往地质、物探资料，在异常北段兖州市颜店地区选择有利部位进行了钻探验证，在济宁群浅变质岩中发现了条带状磁铁矿层，证实了济宁磁异常是由一隐伏的低品位铁矿床引起[1-3]。随后，在该异常北部翟村矿区开展了普查工作，基本查明了该区矿体的形态、产状、规模、空间分布等特征；并圈定了44条矿体，其资源储量达到大型矿床规模[4-5]。该文对该区的矿床地质特征进行分析，探讨其成因，以期为寻找同类矿床提供借鉴。

1 矿区地质概况

区内构造主要以断裂构造为主，发育有F1，F4，F5，F6，F7断层(图1)，其走向主要为NW，NE向，近SN向；倾角55°～72°，断层均未对矿区内矿体造成破坏。

区内岩浆岩不甚发育，钻孔中见变闪长岩、辉绿岩，顺层侵位于济宁群变质岩中，主要呈脉状产出。从工程控制的情况看，辉绿岩规模较小，对矿层未造成破坏。变闪长岩规模稍大，对矿层造成破坏作用，在35线ZK3502控制厚度38m左右，沿走向延长400m左右，倾向延深200m左右，对20号矿体具破坏作用；39线ZK3906，ZK3907控制同一变闪长岩脉，脉宽32～83m，走向延长至ZK4301，倾向延深大于500m，沿走向上冲断33号、34号矿体。

1—石盒子群；2—山西组；3—太原组；4—马家沟群五阳山组；5—马家沟群土峪组；6—马家沟群北庵庄组；7—推断地质界线；8—实测正断层及编号；9—推断断层及编号；10—见矿钻孔位置及编号；11—未见矿钻孔位置及编号；12—勘查区范围图1 山东省兖州市翟村铁矿区基岩地质图

2 矿体地质

2.1 矿体特征

翟村铁矿床为隐伏矿床，矿床内共圈定铁矿体44个，依次编号为1，2，3……44；其中20，19，4，38矿体为主矿体，资源量超过7.7亿t，占矿床(332)+(333)资源量的72.79%，矿体赋存于新太古代济宁群变质岩中，上覆盖层为寒武纪至奥陶纪地层。矿体呈层状、似层状产出，矿体产状与围岩一致。1～8矿体分布于0～15线间，含矿岩石为磁铁绿泥绢云千枚岩，总体走向342°～354°，倾向SWW，倾角58°～65°。9～44矿体分布于23～47线间，含矿岩石为条带状磁铁石英岩。总体走向326°～359°，倾向SWW，倾角54°～70°。

20号矿体为矿床的主矿体之一(图2)，占矿床(332)+(333)资源量的36.77%。矿体呈似层状分布于23～43间，赋存标高-1076m～-1830m，埋深1118～1567m。矿体走向326°～338°，倾向SWW，倾角54°～68°，沿走向由中部向两侧逐渐增大。矿体沿走向和倾向膨胀狭缩、分支复合、尖灭再现的特点明显，在39线、43线矿体为单层，向北至23线分为3～5层，层间岩性为绿泥绢云千枚岩、磁铁石英岩等。单工程矿体厚度26.41～198.39m，平均厚度97.49m，厚度变化系数为51.29%，厚度变化较稳定。单样品位TFe 20.68%～42.92%，mFe 15.01%～37.33%；单工程矿体品位TFe 26.64%～36.30%，mFe 20.52%～24.83%；矿体平均品位TFe 32.60%，mFe 23.06%，品位变化系数TFe 15.75%，mFe 21.06%，属品位变化均匀型。

19号矿体为矿床的主矿体之一，占矿床(332)+(333)资源量的14.86%。矿体呈似层状分布于31～39线间，矿体走向323°～340°，倾向SWW，倾角57°～70°。赋存标高-1172m～-2036m，埋深1214～1254m。该矿体在39线为单层，在31线分为3层，矿体内部具磁铁石英岩夹石。单工程矿体厚度8.86～172.31m，平均厚度97.14m，厚度变化系数为69.35%，厚度变化较稳定。沿倾向总体呈由浅向深厚度增大的趋势，在35线浅部(ZK3501)以矿化带出现。单样品位TFe 20.42%～37.64%，mFe 15.01%～37.64%；单工程矿体品位TFe 25.70%～36.11%，mFe 20.17%～23.11%；矿体平均品位TFe 34.45%，mFe 22.81%，品位变化系数TFe 18.91%，mFe 24.68%，属品位变化均匀型。

4，38，6，2，10，31号矿体也为主矿体。矿体赋存标高-1032m～-1980m，控制矿体长度100～1432m，矿体平均厚度1.00～27.33m，平均品位TFe 26.13%～35.13%，mFe 20.00%～25.42%。

1—第四系；2—石炭系+二叠系；3—奥陶系；4—寒武系；5—济宁群；6—地质界线；7—角度不整合界线；8—断层及编号；9—磁铁矿体及编号10—钻孔位置及编号图2 翟村铁矿床39线地质剖面略图

2.2 矿石质量

2.2.1 矿石矿物成分

矿石中金属矿物主要有磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿、黄铁矿、黄铜矿、磁黄铁矿、闪锌矿等；非金属矿物有石英、绿泥石、绢云母、碳酸盐(含铁方解石、铁白云石、菱铁矿)及少量绿帘石、长石、黑云母、高岭石。

2.2.2 矿石的化学成分

矿石的主要有用组分为Fe，主要以磁性铁的形式存在，平均品位TFe 31.09%，mFe 22.44%，mFe/TFe的平均值为72.18%，物相分析统计结果见表1*山东省物化探勘查院,山东省兖州市翟村铁矿区屯头铁矿普查报告,2010年。，矿石中其他赋存形式的铁为：氧化铁(oFe)占4.49%，碳酸铁(cFe)占2.93%，硅酸铁(siFe)占1.47%，硫化铁(sfFe)占0.04%。

表1 物相分析结果

矿石中SiO2含量36.86%～52.18%，平均42.72%；CaO含量0.84%～5.05%，平均1.69%；MgO含量1.11%～6.33%，平均1.73%；Al2O3含量0.61%～8.45%，平均4.07%；S含量0.01%～0.24%，平均0.05%；P含量0.03%～0.09%，平均0.05%；矿石中有害组分S，P平均含量均低于规范标准(表2)。

表2 组合分析结果

矿区光谱分析样品11件，矿石中检出的元素有Mn，Ti，Cr，Ni，Mo，Sn，Cu，Pb，Ag，Zn，Co，V，各元素含量见表3。矿石中有益元素含量较低，达不到综合回收利用要求。

2.3 矿石结构构造

矿石结构为自形—他形晶粒状结构、包含结构、碎斑结构；矿石构造主要为条带状构造、条带—稠密浸染状构造。

2.4 矿石类型特征

依据矿石的结构、构造、主要矿石矿物和脉石矿物特征进行分类，该矿床矿石自然类型主要为石英型条纹条带状磁铁矿石，其次为绿泥绢云母型条纹条带状磁铁矿石，无可综合利用的伴生有用组分，其工业类型属需选铁矿石。矿石中碱性矿物(CaO+MgO)与酸性矿物(SiO2+Al2O3)的比值0.07，小于0.50，属酸性矿石。矿床mFe与TFe的平均品位比值为72.18%，属弱磁性铁矿石。

表3 光谱分析结果

注：Ag，10-9；其他元素，10-6

3 矿床成因探讨

3.1 成矿物质来源

一般认为，沉积变质铁矿石的SiO2/Al2O3比值应小于10，火山沉积变质铁矿石的SiO2/Al2O3比值应大于10。在矿区采集8件矿石样品，SiO2/Al2O3比值分别为19.6，23.5，7.56，9.37，15.3，7.23，12.82，11.67；其中小于10的3件，大于10的5件，说明矿石物质来源以火山物质为主，其次有陆源碎屑物的加入。铁矿石中含量最多的是SiO2，Fe2O3，二者含量之和92.34%，其他组分含量为7.66%。表明该矿区条带状硅铁建造是由少量碎屑物质加入的化学沉积岩(表4)*山东省物化探勘查院，山东省济宁特大磁异常找矿关键技术及找矿重大突破研究报告，2012年。。

3.2 成矿条件

华北板块冀东迁安铁矿、鞍山北台铁矿、淄博韩旺铁矿的Fe2O3/FeO为1.60～2.11，Fe2O3含量明显高于FeO，说明它们形成于较强的氧化环境。该区铁矿Fe2O3/FeO为1.17，三价铁含量略高于二价铁，说明成矿环境是轻微氧化到轻微还原环境。

除了氧化还原条件，pH值和Eh值也是影响成矿物质沉淀的重要因素之一。根据该区铁矿物相分析结果全铁(TFe)中主要成分为磁性铁(mFe)占22.44%，其次是氧化铁(oFe)占4.49%,碳酸铁(cFe)占2.93%，硅酸铁(siFe)占1.47%，硫化铁(sfFe)占0.04%。说明铁矿床沉积时的环境利于氧化铁、碳酸铁沉淀。推断矿床沉积环境的pH的范围是在6～8，Eh值范围约为-0.22～0.12。

从滨浅海向深海由氧化环境向还原环境过渡，pH值逐渐增大，Eh值逐步减少。该铁矿成矿环境为弱氧化-弱还原环境，据此可推断该区铁矿形成于浅海环境中。

表4 矿区条带状铁矿石主量元素分析数

3.3 成矿环境

3.3.1 元素地球化学指示的沉积环境

镁铝比值[m=(100×MgO/Al2O3)]是沉积环境的有效判别标志之一，海水沉积环境(水体盐度>30.63%)m值为10～500[7]。表4中8件铁矿石样品m值介于35.81～107.63之间，属于海水沉积环境。MnO/TiO2亦可用于判断沉积环境，在陆架和陆坡范围内，其比值<0.5[7]。表4的MnO/TiO2值，在0.05～0.20之间的样品有5件，在0.22～0.47之间的样品有3件，指示其原始沉积可能是近岸浅海陆架产物。

3.3.2 稳定同位素地球化学特征及其反映沉积环境

来自火山成因的碳同位素δ13CPDB×10-3=(-3.1～-15)×10-3[8]，该区铁矿石的δ13CV-PDB=(-6.4～-15)×10-3(表5)，接近于火山成因碳同位素值，指示沉积物中的火山物质较多。

该区氧同位素的δ18OV-SMOW分布范围为(14.1～17.4)×10-3(表5)，平均值为15.3×10-3，介于火成岩石英和海相硅质岩的氧同位素值之间，与热水沉积成因硅质岩的氧同位素组成相似[9-10]。表明该区铁矿条带状硅铁建造是在热水环境中形成的[11]。

该区铁矿条带状硅铁建造中磁铁矿石的δ30SiNBS-28值偏低(表5)，分布于(-0.8～-1.3)×10-3之间，平均-1.0×10-3，最大特征为30Si呈贫化状态，δ30SiNBS-28值与现代泉化、海底黑烟窗和海底热水喷气成因值相似[11-14]。与华北地区BIF的δ30SiNBS-28值平均-0.8×10-3[15])和辽宁鞍弓长岭地区BIF的δ30SiNBS-28值(-2.2～-0.9)×10-3)[13]基本相当。该区硅同位素值与弓长岭矿区含铁带δ30Si值(-1.3～-0.9)×10-3一致，也说明济宁岩群具有热水沉积特点[7]。

表5 矿区铁矿条带状硅铁建造硅氧同位素分析结果

数据来源：山东省物化探勘查院，山东省济宁特大磁异常找矿关键技术及找矿重大突破研究报告，2012年。

3.4 矿床成因

岩石地球化学特征指示，该铁矿原始沉积具近岸浅海陆架产物的特点[14-17]；矿石中碳、氧、硅同位素与BIF铁矿相当，具有热水沉积相的特点；成矿物质主要来源于海底火山喷发，其次来源于陆源物质的风化。新太古代晚期火山活动强烈，火山喷发带来大量的Fe，Si等成矿物质。当热液喷发到海底以后，由于与海水混合，温度突然下降，硅在海水中的浓度达到过饱和状态，以硅胶的形式在海水中沉淀下来，形成硅质层；随着海水温度的进一步降低，pH，Eh值的不断增高，一部分Fe2+逐渐氧化成Fe3+，生成Fe(OH)3沉淀下来，形成铁质层。Si，Fe的沉积形成了互层状硅铁沉积建造；经受区域变质作用时，在热力和定向压力作用下，产生重结晶作用及千枚理化作用，形成磁铁矿、石英等主要矿石矿物和脉石矿物。