山东省齐河地区接触交代型铁矿成矿要素耦合分析

郝兴中

(山东省地质调查院， 济南 250014)

近年来，山东省西部接触交代型铁矿勘查工作取得了较大进展，其中在齐河县地区该类型铁矿是当前山东省西部勘查研究的热点地区。研究区航磁异常显著、重力特征明显，可进一步分解为李屯、潘店、大张和薛官屯共4个次级物探异常，具有显著的“重磁同源”特征[1-2]。2014年以来，通过综合分析研究区内地质—地球物理相关资料，山东省相关地勘单位在齐河地区的李屯、大张、潘店地区进行了异常查证并取得了重大找矿突破，陆续发现规模不同的富铁矿[1,3-8]。通过综合收集区内相关地质、物探、钻探及科研资料，对其铁矿成矿要素耦合关系进行了分析，以期为区内接触交代型铁矿深入勘查提供依据。

1 成矿地质背景

研究区位于山东省西北部，行政区划属德州市(齐河县、禹城市)及聊城市(高唐县)管辖；其大地构造位置属华北板块(Ⅰ级)、鲁西隆起区(Ⅱ级)、鲁中隆起(Ⅲ级)、泰山-济南断隆(Ⅳ级)、齐河潜凸起(Ⅴ级)之上(图1)。研究区被巨厚层新生代地层覆盖(无基岩露头)，该区自上而下发育有第四系、新近系、白垩系、二叠系、石炭系、奥陶系、寒武系等地层单元。

图1 研究区区域大地构造背景Fig.1 Regional tectonic background of the study area

研究区发育有大规模的中生代中基性侵入岩和少量新太古代酸性侵入岩。区域构造活动强烈，褶皱及断裂构造较为发育，前者围绕中生代侵入岩体呈短轴背斜产出，后者则将该区错断，使得该区呈断块状格局。研究区具有明显的“重磁同源”特征，其中航磁异常特征显著，呈“四峰状”(即李屯次级磁异常、潘店次级磁异常、大张次级磁异常和薛官屯次级磁异常；其中前三者均被证明是铁矿矿致异常)产出；重力异常亦较明显，大致以潘店地区为中心，近SN向发育，在李屯、潘店及大张地区显示有明显剩余重力异常。

2 矿区地质特征

研究区内接触交代型铁矿成矿地质要素与鲁西地区基本一致，区内发育大面积的碳酸盐地层，且构造、岩浆岩较为发育(图2)。

图2 研究区地质构造简图Fig.2 Geological structure sketch in study area

2.1 地层

研究区内新生代地层巨厚(其中李屯地区厚810～900 m，潘店地区厚820 m，大张地区厚约560～590 m)；其下发育石炭纪-二叠纪碎屑岩地层、奥陶纪马家沟群碳酸盐岩地层；其中奥陶纪马家沟群碳酸盐岩地层分布广泛，该地层单元是区内接触交代型铁矿的主要成矿及控矿围岩；同时在李屯和潘店地区的石炭纪-二叠纪碎屑岩地层具有控矿特征，其层间滑脱面及裂隙等中也赋存有部分铁矿体。

2.2 侵入岩

研究区燕山晚期岩浆活动强烈，分布于李屯东侧、潘店北西侧、大张北西侧及薛官屯北东侧地区，其岩性以闪长岩为主。与铁矿发育处的闪长岩钠质蚀变较强，颜色较浅，磁性极微，而远离铁矿体地段的闪长岩蚀变较弱，暗色矿物富集且磁化率较高。

2.3 构造

研究区因受区域构造和岩体上侵的影响而构造较为发育，其中断裂主要为NE向断裂、NNW向断裂和近SN向断裂等几组，褶皱亦较发育(在李屯、潘店、大张及薛官屯异常区发育有NNE或NNW向的短轴背斜)，在碳酸盐地层和岩体的接触带构造部位是铁矿成矿有利部位。

3 铁矿床特征

研究内异常勘查工作陆续发现了李屯铁矿、大张铁矿和潘店铁矿(图3)；其中大张铁矿的勘查程度相对较高；其他地区勘查程度则较低，均为单孔见矿。

图3 研究区各矿产地矿体断面Fig.3 Cross section of ore bodies in various ore producing areas of the study area

3.1 铁矿赋存特征

据区内勘查成果，大张铁矿赋存标高为-716.38～-796.85 m，倾向SE，倾角约60°，矿体厚度16.34 m，矿石品位ω(TFe)：52.57%、ω(mFe)∶49.82%。李屯铁矿属单孔控矿(共揭露4层矿体)，赋存标高为-1 123.50～-1 259.33 m处，倾向西，倾角约65°，矿体厚度72.73 m，矿石品位ω(TFe)：56.75%、ω(mFe)：51.70%。潘店铁矿属单孔控矿(共揭露5层矿体)，赋存标高为-1 417.94～-1 515.47 m处，倾向西，倾角约45°，矿体厚度为40.26 m，矿石平均品位为ω(TFe)：51.82%、ω(mFe)：47.20%。区内铁矿形态呈层状、似层状、囊状、脉状和不规则状等。

3.2 铁矿体赋存形式

研究区铁矿勘查成果[2,7-8]表明，在李屯、潘店和大张地区发现了赋存形式多样、形态各异的铁矿体，如接触带赋存式、层间充填式、断裂充填式、裂隙贯入式、捕虏体构造式等(表1)。

表1 研究区铁矿体产出形态特征

3.3 矿石特征

铁矿石呈灰黑色、黑色、棕黑色，致密块状(次为条带状、浸染状)构造，呈细粒结构，矿石中金属矿物主要为磁铁矿，含少量的黄铁矿和极及少量的磁黄铁矿、黄铜矿、镜铁矿、闪锌矿等，非金属矿物为少量的石榴石、透辉石、透闪石、方解石、绿泥石、黑云母等。

3.4 围岩蚀变特征

通过观察区内岩心显示，从岩体到地层方向蚀变分带特征明显(即闪长岩带-蚀变闪长岩带-内矽卡岩带-铁矿带-外矽卡岩带-大理岩化带-灰岩带[7])。在各个不同的蚀变带变化显著(表2)。

表2 研究区铁矿床各蚀变带分带特征

4 成矿要素及成矿过程探讨

4.1 成矿要素

以往勘查工作表明，鲁西地区接触交代型铁矿总体表现为“地层、侵入岩和构造”联合控矿的特征[9-10]。通过对研究区内铁矿类型统计分析，显示区内接触交代型铁矿成矿要素亦可分为地层、侵入岩和构造3个方面，各类不同形式铁矿成矿要素特征如表3所示。

研究区李屯、潘店地区铁矿控矿地层为奥陶系、石炭系-二叠系，而大张地区铁矿控矿地层为奥陶系。根据相关成矿理论[11-14]，该区闪长岩体为该区接触交代型铁矿成矿地质体，是成矿物质的主要来源；其他要素则较为相似。研究区李屯、大张地区致矿闪长岩体测年数据为(130.0±2.3)Ma、(131.6±1.7)Ma[15]，显示区内接触交代型铁矿形成于早白垩世；与济南、金岭、莱芜等地区接触交代型铁矿成矿时代[16-18]近于一致，表明上述铁矿属同一个成矿期的产物。

表3 研究区接触交代型铁矿成矿要素特征表

4.2 矿床成因

根据区域及研究区相关科研成果表明区内接触交代型铁矿形成于燕山晚期，期间是中国东部岩浆活动最为显著的地质时期之一，也是中国东部最重要的成矿期之一[19-20]。在古太平洋板块俯冲作用下，研究区早白垩世表现为大规模的岩浆活动及岩石圈减薄[21-22]；地幔岩浆在向上侵位过程中不断演化分异，其中有部分地壳物质加入[15]，岩浆成分渐趋向于中性，形成了以闪长质为主的岩浆。上侵岩浆在与区内奥陶纪碳酸盐岩地层接触过程中发生了接触交代反应，同时由膏盐层物质[23-24]加入，铁质成分析出形成了大量富铁热液[25-31]；同时在接触扩散交代作用、接触渗滤交代作用和含矿热液充填作用下[7,32-33]，除部分含矿热液在接触带处富集成矿外，其他含矿热液在奥陶纪(石炭纪-二叠纪地层)等层间滑脱带断裂带处及各种裂隙等构造空间地段富集成矿，在接触带处、断裂带处、层间滑脱带及裂隙等构造空间地段富集成矿(表4、图4)。

已形成的铁矿体受后期区域构造活动影响而导致部分改造，其中区内各地质断块差异性升降较为显著，具体表现为李屯(埋藏较深)、潘店(埋藏最深)、大张地区(埋藏最浅)铁矿埋藏深度差异性明显；仅有李屯异常东部的袁营地区部分闪长岩体遭到剥蚀，李屯、潘店、大张等主要异常区的铁矿体均未受到剥蚀，研究区已形成的铁矿体虽经后期构造活动改造，但大部分铁矿体均得以保存。

由此可知，当深源岩浆沿深大断裂向上侵入到地壳浅部过程中，在不同地质单元和部位形成了不同类型的矿床[34-37]。区内接触交代型铁矿的形成与保存是中生代区域性构造-岩浆-热液活动事件和区内地层、岩浆及构造等各种成矿要素有机耦合的结果。

表4 研究区接触交代型铁矿矿床成因

图4 研究区接触交代型铁矿成矿要素耦合分析Fig.4 Coupling analysis of ore-forming elements of skarn type iron ore in the study area

5 结论

(1)该区铁矿体具有明显的“地层、侵入岩和构造”控矿特征；通过对大张、李屯和潘店地区物探异常查证工作，研究区地层控矿表现为部分铁矿体赋存于奥陶纪(石炭纪、二叠纪)地层中、侵入岩控矿表现为部分铁矿产于闪长岩体中，接触带控矿则表现为地层和岩体间接触带处；其主要成矿作用为接触扩散交代作用、接触渗滤交代作用、含矿热液充填作用等。

(2)由于区域构造作用，研究区在燕山晚期发生了深源岩浆侵位活动，在上侵过程中不断演化，在其与奥陶纪碳酸盐岩地层接触过程中发生了接触交代成矿作用，并形成大量含铁富矿热液，并在有利赋矿空间形成铁矿体。区内接触交代型铁矿的形成与保存是区域性构造事件和研究区内各类地质要素有机耦合的结果。