鲁西苍峄铁矿带构造控矿特征浅析

2018-03-30甘延景杜显彪朱宁唐秀花王学仁

山东国土资源 2018年4期

甘延景，杜显彪，朱宁，唐秀花，王学仁

(1.山东省地质矿产勘查开发局第二地质大队，山东兖州 272100；2.淄博市沂源国土资源局，山东沂源 256100；3.临沂市国土资源局兰山分局，山东临沂 276017)

苍峄铁矿带是山东省典型的“鞍山式”铁矿带之一，累计查明铁矿石资源量达6.2亿t(不包含兰陵铁矿)。以往铁矿勘查工作对区内的成矿条件及赋矿规律有较高的认识，对区内赋存的5个含矿带的主矿层进行了工程控制，基本查明了矿体地质特征，但勘查工作主要侧重于对矿层形态和规模的评价，对区内铁成矿规律、控矿因素等研究尚显不足①。该文通过对区内变质铁矿层的岩石组合、构造类型等开展综合分析，总结了该区控矿因素，确定了今后的找矿方向，对该区深部及外围找矿具有指导意义。

1 区域地质背景

苍峄铁矿带位于鲁西隆起区南缘的尼山-平邑断隆与枣庄断隆的交会部位[1]，西起枣庄市卓山，东至兰陵县宋楼地区，全长33km。区内经历了漫长的地质演化，多期次的构造运动留下了丰富的构造形迹。区内地层可以分为沉积盖层和变质基底，沉积盖层多呈单斜产出，总体产状平缓，其分布明显受断裂构造的控制。基底岩系经历角闪岩相变质作用，陡立产出，发育褶皱构造，在岩层中表现为紧闭褶皱正、倒韵律层的重复出现，局部赋存铁矿层。由基底组成的复式褶皱控制了苍峄铁矿主要含矿带的展布，并受后期断裂构造破坏，致使矿体变形、错断现象较为普遍，岩浆岩不发育(图1)。

2 苍峄铁矿带构造特征

2.1 矿带构造

苍峄铁矿带构造按其成生地质条件可分为基底构造和盖层构造2部分。

新太古代结晶基底：由新太古代泰山岩群变质杂岩组成。主要为泰山岩群山草峪组，发育有多层磁铁角闪石英岩及黑云变粒岩夹斜长角闪岩、黑云角闪片岩[2]，经受低角闪岩相区域中高压变质作用的改造，同时也遭受了区域性大型水平剪切运动、发生强烈紧闭褶皱、层间褶皱等中深构造相的变形作用，使大部分地区的原始层理发生了强烈置换。经强烈变质变形作用，其构造形式主要表现为一系列复式向斜和复式背斜，具有相间出现、平行产出的特征，对区内铁矿体的展布形态具控制作用[3-4]。

新元古代--古生代沉积盖层：由新元古代青白口纪—震旦纪土门群，早古生代的长清群、九龙群和马家沟群，晚古生代石炭—二叠纪的月门沟群构成，不整合于基底构造层之上[5]。构造作用表现为宽缓褶皱和脆性断裂，基本保持了地层的完整性和序列性。总体构造形式表现为向NE缓倾斜的单斜构造及开阔的向斜构造，局部被断裂构造错断。断裂构造按走向可分为NWW向、NNE向、NEE向、近SN向4组。多为高角度正断层，力学性质多属压扭或张扭性构造[6-8]。

1—第四系；2—石炭系；3—奥陶系；4—寒武系；5—南华系；6—青白口系；7—泰山岩群；8—平行不整合；9—角度不整合；10—断裂；11—向斜；12—背斜；13—铁矿体及编号图1 苍峄铁矿带区域地质简图

2.2 构造区块特征

基底构造在区内从物质组成、构造形态、构造线方向等各个方面来看均显示了较为统一的特征，而盖层构造在区内却表现得较为复杂。依据盖层构造的空间展布、构造性质及变形特征，可将区内划分为4个构造小区：北部平缓区、西部宽缓褶皱区、中部紧密褶皱区和东南部第四系覆盖区。

(1)北部平缓区：NW向新太古代基底隆起带(或枣庄断裂)以北的广大区域。构造特征主要表现为变形弱或基本未变形，平缓不整合覆盖于新太古代变质基底之上。

(2)西部宽缓褶皱区：枣庄断裂以南，峄城--棚山--土山--双山子一线以北的三角形地带。构造特征主要表现为一轴向NWW缓倾伏，轴迹约NW 70°，向西撒开、向东收敛的宽缓褶皱。褶皱北翼为枣庄断裂所切割，南翼与“中部紧密褶皱区”呈过渡变化。

(3)中部紧密褶皱区：由古元古代--古生代地层构成的一组NE向较为紧密的复式褶皱组成，北西侧以峄城--棚山--土山--双山子一线与“西部宽缓褶皱区”过渡；北东界以枣庄断裂为界；东南侧为第四系所覆盖。该复式向斜主要表现为一不对称的复式向斜。南东侧出露地层较老，为新元古代青白口纪—震旦纪土门群，并向东延展于第四系之下。向北西逐渐变为古生代寒武纪--奥陶纪长清群和九龙群等。

(4)东南部第四系覆盖区：自峨山--后大窑--宋楼一线以东绝大部分为第四系覆盖，露头零星。该区内枣庄断裂在第四系之下呈隐伏状态向东南延伸，两侧盖层的构造特征存在明显差异。北东侧与“北部平缓区”相近，南侧与“中部紧密褶皱区”相似。因此，将该区的南北两部分分别归入“中部紧密褶皱区”和“北部平缓区”。

2.3 基底褶皱构造

2.3.1 基底褶皱构造类型

该褶皱构造发育于泰山岩群中，分为不对称褶皱和复式背-向斜[9-10]。

(1)不对称褶皱构造

该类褶皱主要出露在泰山岩群变质岩层中，从北到南均有产出，其形态表现为不对称的“Z”(图2a)或者“S”形褶皱，或者层内“M”形褶皱(图2b)。从野外观察结果分析，北部见有“Z”形褶皱，而南部见有“S”形褶皱。这些褶皱属于主体褶皱的从属褶皱，可以清楚地反映出主体褶皱转折端的方向和位置，同时指示出褶皱层物质的运动方向。

a—“Z”形褶皱；b—“M”形褶皱图2 泰山岩群片麻岩中不对称褶皱形态特征

(2)复式背斜、向斜构造

从苍山地区白水牛石—东新兴一带的野外资料情况，结合已有工程资料分析表明，白水牛石—山梁一带发育太白向斜，向南发育至少由一个背斜和向斜组成的系列褶皱构造。地层产状北部陡立，而南部较缓，褶皱的发育特征也具有北翼较陡、南翼较缓的趋势，褶皱构造向南逐渐变得宽缓。

对黄山—圈里一带的构造分析也具有类似的结果，新元古代盖层之下发育有新太古代泰山岩群山草峪组含铁岩系及铁矿层，这些铁矿层发育了不对称的褶皱构造(图3)，体现出与剪切作用有关的褶皱构造特点。

1—第四系；2—张夏组；3—馒头组；4—朱砂洞组；5—李官组；6—佟家庄组；7—二青山组；8—山草峪组；9—闪长岩；10—断裂；11—铁矿体图3 苍峄铁矿小后庄—利增一带地质剖面示意图

2.3.2 基底褶皱构造

区内基底构造自北向南划分为：太(太平村北)-白(白水牛石)向斜；石(石门村)-闫(闫庄)背斜；平(平山)-山(山里王)向斜；后大窑-东新兴复式倒转背斜[11]。

基底构造中NE向小型断裂较为发育，近平行排列，走向40°～60°,倾向NW，倾角55°～78°，为高角度正断层，断层斜切矿体，其水平断距30m左右，破坏了矿体的连续性。

(1)太-白向斜

太-白向斜NWW向展布，走向275°～285°，轴面向S陡倾约60°～80°，向斜枢纽向W平缓倾伏，倾伏角约3°～6°，两翼倾角北陡南缓，北翼倾角65°～88°，南翼倾角33°～80°，受NEE及NE向断裂影响，整体略具疏缓波状起伏，主要由泰山岩群中含矿岩系和一系列的铁矿床表现出来的紧闭向斜构造。核部由黑云变粒岩组成，东部为盖层所覆盖。东西延伸较为稳定，沿走向长度大于20km。

除太平村—白水牛石一带勘查清楚外，向西可延伸至王家庄、刘家岭，直至大郭庄一带；褶皱形态主要表现为中等紧闭褶皱(图4)、强烈紧闭褶皱(图5)。太-白向斜作为向W倾伏的不对称紧密褶皱，其两翼赋存有南北两个沉积变质型铁矿亚带。

1—第四系；2—寒武纪长清群；3—南华纪土门群佟家庄组;4—南华纪土门群二青山组；5—铁矿体(较富)；6—铁矿体(较贫)；7—铁矿体(推断)图4 王埝沟铁矿区紧闭褶皱示意图

(2)石-闫背斜

石-闫背斜为一开阔型褶皱形态，属于直立对称型，呈宽缓形态，走向275°～290°，背斜枢纽自东向西平缓倾伏，倾伏角约3°～4°，两翼倾角33°～52°。向东受阶梯状正断层抬升破坏，核部遭受剥蚀，仅发育两翼。以太平村、小闫庄、东石门一带较为典型，形成一个向西略倾伏收敛，向东撒开的开阔背斜构造。

由地表含铁岩系及铁矿层的出露分布情况来看，该背斜向西在上桃园至太平村一带倾伏于地下，向东北翼在幸福岭一带与太-白向斜南翼合并，黄牛岭、北辛庄单斜矿层可能为其向斜构造南翼产状变陡的结果。东部受阶梯状正断层抬升破坏，核部受剥蚀仅发育两翼，多为盖层覆盖。该背斜长度达12km以上，其核部及两翼均为泰山岩群山草峪组变质地层，赋存有沉积变质型铁矿带。

(3)平-山向斜

平-山向斜在黄牛岭、北辛庄以南，为一紧闭的同斜(倒转)复式向斜褶皱构造，其轴面向南陡倾，北翼为石-闫背斜南翼下延部分，但产状变陡，倾角50°～70°；南翼出露在北沙沟、平山前一带。该向斜出露长度约8km，北翼为正常翼，由黑云变粒岩及磁铁角闪石英岩组成。南翼为倒转翼，由黑云变粒岩组成。南翼地层产状为200°∠70°～75°，北翼地层产状一般为200°∠65°，轴面产状200°∠70°。

(4)后大窑-东新兴复式倒转背斜

该背斜位于后大窑-东新兴韧性剪切带上，核部为黑云变粒岩及磁铁角闪石英岩，其北翼为平山-小新庄复式倒转向斜的南翼，为倒转翼，南翼被第四系覆盖。该复式倒转背斜的轴面走向为270°～305°，倾向S—SW，倾角65°～80°。翼部片理倾角66°～85°，复式倒转背斜核部位置出现磁铁角闪石英岩、复式倒转向斜核部出现山草峪组黑云变粒岩。

2.4 盖层褶皱构造

区内盖层褶皱构造较为简单，在不同构造单元内表现形式各异。

北部平缓区：表现为变形弱或基本未变形，平缓不整合于新太古代变质基底之上。

西部宽缓褶皱区：表现为一向西撒开向东收敛的宽缓褶皱，轴向NWW缓倾伏，轴迹走向约NW 70°。褶皱核部为晚古生代石炭纪月门沟群的本溪组和太原组，产状平缓，一般在10°～15°，南北两翼对称；翼部主要为早古生代寒武纪-奥陶纪地层，产状由靠近核部的10°左右向两翼变陡至20°左右。褶皱北翼为枣庄断裂所切割保留不完整，南翼与“中部紧密褶皱区”呈过渡变化。

1—第四系；2—寒武纪长清群；3—南华纪土门群佟家庄组；4—南华纪土门群二青山组；5—铁矿体(较富)；6—铁矿体(推断)图5 沟西铁矿区同向褶皱示意图

中部紧密褶皱区：为一组NEE向较为紧密的复式褶皱。该复式向斜主要表现为一不对称的复式向斜。SE侧出露地层较老，为新元古代青白口纪—震旦纪土门群，并向东延展于第四系之下。向NW逐渐变为古生代寒武纪—奥陶纪长清群和九龙群等。

东南部第四系覆盖区：露头零星。NE侧与“北部平缓区”相近，南侧与“中部紧密褶皱区”相似。

总之，盖层中发育的褶皱呈宽缓背向斜构造，或者受后期构造影响，表现为牵引或者不规则褶皱。

2.5 断裂构造

区内断裂构造较发育，以NNW向或者近SN向和NE向为主，其中，NW—NNW向断裂及EW向断裂规模较大，尤其是枣庄断裂斜贯全区，控制了该区地质构造格局；NE—NNE向构造对基底总体构造格架影响较小，对覆盖其上的地层产状有一定的影响，但总体影响不大，没有将区域地层产状发生大的变化。

枣庄断裂为区域性主干断裂，控岩特征明显，其南部发育古生代以来的地层，而其北部则以新太古代泰山岩群为主，显示区域性深大断裂特征。其他均为枣庄断裂的次级构造，规模较大的主要有东山断层、上桃园断层、平山后断层、平山前断层、白水牛石断层等[12-13]。

3 含矿岩系组合特征

3.1 赋矿围岩特征及含矿岩系

苍峄铁矿带的赋矿围岩是一套基性火山岩、中酸性火山岩、泥质沉积岩及硅铁质沉积岩，即为泰山岩群山草峪组，经历了角闪岩相区域变质作用和强烈的剪切构造变形和褶皱构造改造[14]，岩石主要由黑云变粒岩、黑云二长变粒岩和黑云角闪片岩组成，夹有斜长角闪岩、角闪片岩、磁铁角闪石英岩、磁铁石英角闪岩等，为矿田铁矿的主要含矿岩系。

3.2 含矿岩系的层位变化

泰山岩群山草峪组中的铁矿含矿岩系分为2层，在成分变化上具有韵律性单向序列变化特征(图6)。

1—第四系松散堆积物；2—山草峪组黑云斜长变粒岩；3—山草峪组角闪片岩(或角闪岩)；4—山草峪组磁铁角闪(片)岩；5—山草峪组斜长角闪岩；6—铁矿体7—断层破碎带图6 石门—黄牛岭铁矿区两矿层岩性单项变化序列

王埝沟铁矿区SN向勘探剖面中可以清楚地看到，紧闭褶皱的两翼表现为2层含矿岩系对称的排列顺序。王埝沟铁矿位于“太-白向斜”的东延部分，处于同一矿带上，充分说明“太-白向斜”为一紧闭或近于同斜褶皱构造。区内自北向南多层铁矿基本上是统一的，是两层含矿岩系在强烈的褶皱构造作用下所形成的不规则(紧闭、同斜、开阔、钩状等)褶皱层重复出现的结果。

基底褶皱是导致矿层、矿带不完整不规则的主要原因，后期断裂对基底褶皱构造的改造作用也是不可忽略的因素，也是导致矿层、矿带出露不规则的原因之一。

3.3 褶皱构造与矿层形态及分布的关系

强烈褶皱是该区基底构造的突出特点，对铁矿层的形态和分布有明显的控制作用。

(1)NWW向的区域性复式向斜构造控制着各矿带的总体空间展布。该区处于区域大型褶皱的翼部，矿层形态比较规则，未显示出大型褶皱转折端处复杂的次级褶皱形态。

(2)区内铁矿层由于受到南北向强烈挤压作用，与区域大型褶皱相对应，褶皱轴的方向基本上为NWW向，轴面向南陡倾，枢纽向东微翘，并具轻微的波状起伏。

(3)向斜部位保存有矿层，背斜部位矿层遭受剥蚀。南侧为区域向斜构造，而北侧为区域背斜构造，故南侧深部是今后的主要找矿方向。这从区内次级褶皱的形态、产状也得到证明。如太-白向斜、平-山向斜等均表现为紧闭同斜形，向深部延伸呈相似形褶皱转折端，而背斜构造，如石-闫背斜则保留了较为宽缓的褶皱形态。

(4)褶皱构造往往造成局部矿层加厚。一是褶皱的转折端，矿层厚度成倍增厚；二是同斜倒转紧闭褶皱，可以造成矿层的重叠使矿层加厚。

4 铁矿成矿控制因素

4.1 地层控制作用

苍峄铁矿带含有多个矿层，连续性较好的有2层，矿层赋存于泰山岩群山草峪组变质岩系中，赋矿围岩主要为黑云变粒岩、夹黑云片岩及黑云角闪片岩。铁矿石主要为磁铁石英角闪岩和磁铁角闪石英岩，呈条带状，与铁矿层伴生的变质岩系包括黑云变粒岩和黑云角闪片岩，共同组成一个含铁岩系[15]。泰山岩群山草峪组为寻找“鞍山式”铁矿的有利层位，山草峪组地层中磁铁石英角闪岩和磁铁角闪石英岩发育层段为成矿有利部位和赋矿部位。

4.2 构造对成矿的控制作用

区内控矿构造分为褶皱构造和断裂构造两类，其中褶皱构造为成矿后的赋矿构造，对铁矿的赋存形态和展布规律起主要控制作用，对铁矿的形成和富集具有明显的作用；断裂构造为成矿后的破坏构造，破坏了赋矿构造及矿层的连续性，间接控制了铁矿层的赋存和分布。褶皱对铁矿的控制表现在褶皱转折端处稍有加厚，矿层明显富集，有利铁矿成矿[16]。区内的褶皱主体为一个复式背斜和向斜构造。向斜转折端处铁矿多有保留，且矿层厚度明显增加，而背斜转折端处剥蚀殆尽，因此，向斜发育区对铁矿找矿有利，而背斜区对铁矿找矿不利。

4.3 变质作用对成矿的控制作用

据曹国权[17]研究表明，该区变质岩系主要经历了三期区域变质作用，第一期区域变质作用为中压、中温中级变质，变质程度为低角闪岩相；第二期区域变质作用为中压、中低温变质，变质程度为高绿片岩相；第三次为退变质作用，属低绿片岩相。

经区域变质产生重结晶作用，形成泰山岩群斜长角闪岩-变粒岩磁铁岩组合，包括磁铁角闪石英岩、磁铁石英角闪岩和磁铁石英岩，构成苍峄铁矿含矿岩层。属于与磁铁石英岩有关的BIF型铁矿古岛弧沉积--火山沉积。

5 成矿规律

5.1 时空分布规律

苍峄沉积变质型铁矿主要分布于鲁西南变质基底内，据王世进[18]对含矿地层(山草峪组)中黑云变粒岩碎屑锆石进行SHRIMP U-Pb测年数据为(2572±16)Ma，成矿时代为新太古代。受新太古代沉积地层控制，主要赋存在泰山岩群变质岩中。在空间上分布较为零星，主要成片分布于枣庄—兰陵地区，除此之外，在鲁西的东平—汶上，泰安—济南、单县南部以及蒙阴—新泰地区也有分布。

5.2 含矿岩石组合规律

矿床赋存于新太古代泰山岩群山草峪组中上部，严格受山草峪组地层控制，具有明确的含矿岩系，主要为黑云变粒岩、角闪岩、角闪片岩及磁铁石英岩，含矿建造主要为条带状磁铁石英岩、磁铁角闪岩及角闪磁铁石英岩。

5.3 构造控制规律

矿层产出受褶皱构造和断层构造控制。褶皱构造是变质岩系受强烈挤压作用而成。含矿建造及矿层内褶皱及层间褶曲发育，为成矿后的赋矿构造，对铁矿的赋存形态和展布规律起主要控制作用，对铁矿的富集具有明显的控制作用。太白向斜和石闫背斜所在的铁矿带，矿体受褶皱控制明显，集中呈带状产出。其中规模较大的矿体主要产于向斜转折端，而与背斜转折端相对应的矿床规模相对较小。断层构造为成矿后的破坏构造，破坏了赋矿构造及矿体的连续性，间接控制了铁矿体的赋存和分布。