鲁西地区接触交代(矽卡岩)型铁矿成矿机制——以济南地区为例

刘书锋， 侯建华， 刘鑫冉， 孙思涵

(1. 山东省第一地质矿产勘查院，山东 济南 250100； 2. 山东省地质调查院，山东 济南 250013； 3. 山东省济南第二中学，山东 济南 250100)

0 引 言

鲁西地区已探明铁矿多集中于区内莱芜、金岭、济南、潘店、泰安、临沂、枣庄、淄河等成矿区，全铁品位为40%～50%，最高品位为68.85%。铁矿类型主要为沉积变质型、接触交代(矽卡岩)型，其次为淄河式热液交代充填-风化淋滤型。接触交代(矽卡岩)型矿床多分布于莱芜成矿区、金岭成矿区、济南成矿区和潘店成矿区(图1)，铁矿资源储量达数亿t。

图1 大地构造位置简图(据张增奇等，2014修编)1-一级构造单元界线；2-二级构造单元界线；3-三级构造单元界线；4-四级构造单元界线；5-五级构造单元界线；6-断裂及推测断裂; 7-不整合界线；8-单元代号；9-成矿区范围；10-铁矿床(点)F1-连云港—泗阳—嘉山断裂(带)；F2-五莲断裂(带)；F3-牟平—即墨断裂(带)；F4-昌邑—大店断裂(带)；F5-安丘—莒县断裂(带)；F6-鄌郚—葛沟断裂(带)；F7-齐河—广饶断裂(带)；F8-聊城—兰考断裂(带)Fig. 1 Diagram of geotectonic position(modified from Zhang et al., 2014)

济南地区铁矿资源丰富，是鲁西地区重要的铁矿成矿区之一，区内接触交代(矽卡岩)型铁矿多赋存于中生代燕山晚期侵入杂岩(董振信，1978)与中奥陶世碳酸盐岩接触带上(图2)，对该类型铁矿床(体)的地质特征、成矿控制因素、矿化富集规律、成矿岩石成因及成矿物质来源尚需更深入地了解和研究。

图2 济南地区地质略图(据山东省地质局第五地质队，1980修编)1-二叠系；2-石炭系；3-奥陶系；4-寒武系；5-中生界大有单元中细粒含黑云角闪闪长岩；6-中生界马鞍山单元中粒辉石二长岩; 7-中生界燕翅山单元细粒辉长岩；8-中生界金牛山单元中细粒辉长岩；9-中生界药山单元中粒苏长辉长岩；10-中生界茶叶山单元中细粒苏长辉长岩；11-中生界无影山单元含苏橄榄辉长岩；12-新太古代松山单元中粒斜长花岗岩；13-整合界线；14-角度不整合界线；15-断裂及推测断裂；16-产状Fig. 2 Geological sketch of Jinan area(modified from No. 5 Geological Team of Shandong Geological Bureau, 1980)

在前人研究以及野外详细地质调查的基础上，对济南地区接触交代(矽卡岩)型铁矿的“构造、地层、岩体”控矿三要素的成矿机制(张志欣等，2012；柴凤梅等，2014)进行深入研究，提升对鲁西地区接触交代型铁矿(王新利等，2016；朱乔乔等，2018)成岩成矿过程的认识。

1 构造特征

1.1 控岩构造

济南地区燕山晚期岩浆活动较为频繁，主要为济南杂岩体就位并呈现多期次侵入的特点，中基性岩浆沿基底薄弱地带迅速上侵，沿济南—金岭一线呈近EW向展布，其空间分布与齐河—广饶断裂走向趋于一致(图3)，在上覆盖层良好的封闭条件下，内部处于高压状态的岩浆由北向南侵入使盖层隆起破裂并向盖层内部层面穿插，局部由于岩体侵入形成穹窿构造。岩浆侵入与断裂构造紧密相关，其空间分布反映了导岩构造的方向；岩体侵入的地层层位除受构造控制外，往往与不同地层的接触面、地层岩性及物性有一定的关系，基本侵入各地质界面薄弱处，在区域内脉岩上表现最为明显。

1.2 控矿构造

济南地区接触交代(矽卡岩)型铁矿床主要赋存于中基性杂岩体与碳酸盐岩接触带，接触带的形态与矿床的形态产状、规模均有密切关系，这种接触带形态的不同是构造、岩浆活动和围岩成矿地质条件综合叠加的结果。根据铁矿床产出的构造部位及储矿成因，区内接触交代型铁矿控矿构造可分为5种控矿模式，即褶皱控矿(如张马屯铁矿)、断裂与接触带复合构造控矿(如虞山铁矿)、围岩层间滑动构造控矿(如康山铁矿)、捕虏体控矿(如唐冶一带的铁矿)及接触带“楔槽”形控矿(如燕翅山铁矿)。

1.2.1 褶皱控矿 岩体上侵强力就位后，顶面接触带部位因应力作用而产生褶皱，由于受力不均及岩石物性差异，在褶皱的轴部(包括背斜褶皱及向斜褶皱)常形成鞍状空隙(图4)，进而成为容矿构造。按形态可分为线形褶皱控矿(如张马屯铁矿矿体多以似层状为主)及透镜状、囊状和短轴背斜褶皱控矿(如沙沟铁矿矿体沿接触带呈环状分布)。

图4 褶皱及层间裂隙示意图(据山东省地质局第五地质队，1980修编)1-岩体上侵方向；2-构造运动方向；3-铁矿Fig. 4 Schematic diagram of folds and interlayer fractures(modified from No.5 Geological Team of Shandong Geological Bureau, 1980)

1.2.2 断裂与接触带复合构造控矿 岩体与围岩的接触带为脆弱地带，后经不同期次应力作用派生的断裂复合叠加于接触带，使其成为储矿空间，形成矿床。该区不少矿体底板有断层产出(图5)，近矿矽卡岩中见岩体角砾等，证实了其成因。控矿断裂构造可分为3组：① NNE向断裂，如十里河铁矿、虞山铁矿(图6)，铁矿体多呈透镜状、镰刀状、扁豆状、囊状等；② NNW向断裂，如武家山铁矿，矿体多呈透镜状、脉状；③ EW断裂，如钓鱼台铁矿(图7)、沙沟铁矿，矿体产出方向多与断裂方向一致。

图5 武家山四号矿坑示意图(据山东省地矿局第一地质大队，1988修编)1-灰岩；2-泥质灰岩；3-矽卡岩；4-左行压扭断裂；5-应力运动方向；6-铁矿体Fig. 5 Schematic diagram of No. 4 pit, Wujiashan(modified from No. 1 Geological Team of Shandong Provincial Bureau of Geology & Mineral Resources, 1988)

图6 虞山矿区Ⅴ号地质剖面示意图(据山东省地质局第五地质队，1980修编)1-第四系；2-灰岩；3-白云岩；4-闪长岩；5-左行压扭断裂；6-应力运动方向；7-铁矿体；8-钻孔位置及编号Fig. 6 No.Ⅴ geological profile sketch, Yushan deposit(modified from No.5 Geological Team of Shandong Geological Bureau, 1980)

图7 钓鱼台矿区加3勘查线剖面示意图(据山东省地矿局第一地质大队，1988修编)1-白云岩；2-中生界闪长岩；3-大理岩；4-断裂上下盘运动方向；5-铁矿；6-钻孔位置及编号Fig. 7 Profile diagram of Plus 3 exploration line of Diaoyutai mining area (modified from No. 1 Geological Team of Shandong Provincial Bureau of Geology & Mineral Resources, 1988)

1.2.3 层间滑动构造控矿 因受岩体上侵作用而产生侧向压力的影响，近岩体围岩形成层间滑动破碎带，其层间滑动构造有利于矿液充分充填并选择性交代而成为容矿构造，沿走向、倾向变化皆较大，如康山矿体(图8)。

图8 康山矿区受围岩裂隙控制的矿体(据山东省地矿局第一地质大队，1988修编)1-第四系；2-白云岩；3-闪长岩；4-大理岩；5-矽卡岩；6-断裂上下盘运动方向；7-应力运动方向；8-铁矿体；9-钻孔位置及编号Fig. 8 Orebody controlled by surrounding rock fissure in Kangshan mining area(modified from No. 1 Geological Team of Shandong Provincial Bureau of Geology & Mineral Resources, 1988)

1.2.4 捕虏体控矿 一般规模较小，矿体形态、产状变化较大，多为不规则状，唐冶、沙沟一带多有产出(图9)。

图9 沙沟矿区7线地质剖面示意图(据山东省地矿局第一地质大队，1988修编)1-白云岩；2-闪长岩；3-大理岩；4-铁矿体；5-钻孔位置及编号Fig. 9 Diagram of geological section of Line 7, Shagou mining area(modified from No. 1 Geological Team of Shandong Provincial Bureau of Geology & Mineral Resources, 1988)

1.2.5 接触带楔槽形控矿 岩体顶界面形态凹凸不平，当岩浆冷凝、体积收缩时，在岩体顶界面形成一定的空间，由于凹部封闭条件较好，为矿液提供了富集场所，成为储矿构造。矿体形状、产状随接触带变化而变化，如燕翅山铁矿体(图10)。

图10 燕翅山矿区4线地质剖面示意图(据山东省地矿局第一地质大队，1988修编)1-大理岩；2-辉长岩；3-矽卡岩；4-断裂上下盘运动方向；5-应力运动方向；6-铁矿体；7-钻孔位置及编号Fig. 10 Schematic diagram of geological section of Line 4, Yanchishan mining area(modified from No. 1 Geological Team of Shandong Provincial Bureau of Geology & Mineral Resources, 1988)

2 围岩特征

区内济南杂岩体侵入盖层层位以马家沟群为主，具工业价值的磁铁矿矿床皆产于该接触带上，济南北部石炭、二叠系地层中仅发育零星小岩枝、小岩床和岩脉，一般不成矿或仅有矿化，该现象客观反映了围岩与成岩、成矿的密切关系。

2.1 控岩控矿层位

马家沟群东黄山组(其底为怀远间断面)、土峪组、阁庄组多膏溶角砾岩和角砾状白云岩等，岩石具角砾状构造且胶结不紧密，因而成为马家沟群的薄弱地带。在构造条件(即岩浆通道)具备时，融熔状态的高压岩浆向应力释放最快的方向流动，上侵岩浆顺层侵入，形成似层状或局部与穹窿状相结合的复杂似层状侵入体，构成了铁矿的成矿母岩。

当济南围子山、唐冶等地早白垩世闪长岩岩体侵入奥陶系五阳山组时，二者接触带附近的灰色质纯的中厚层灰岩常发生大理岩化蚀变，其燧石结核亦多显示揉皱构造(图11)，济南矽卡岩型铁矿亦多赋存于该接触带，仅是侵入层位不同，其类型多为接触交代型铁矿。

图11 五阳山组含燧石结核灰岩大理岩化、燧石结核显示揉皱构造Fig. 11 Chert concretion bearing limestone marbleization in Wuyangshan Formation and chert concretion showing crumpled structures(a) crumpled structure (recrystallization flow folds); (b) plastic deformation (recrystallization)

2.2 围岩化学成分与成矿关系

马家沟群为华北地层区怀远间断之夷平面之上一套稳定的碳酸盐岩沉积组合，受地壳平稳升降的影响，在碳酸盐岩台地上灰岩与白云岩相间出现、反复叠置，显现3次海进—海退始止旋回，沉积环境为开阔台地-局限台地反复更替。该套海相钙镁碳酸盐岩化学沉积的岩石化学特征为CaO含量较高、MgO含量略高，SiO2、Al2O3含量低；北庵庄组、五阳山组和八陡组钙质高，东黄山组、土峪组和阁庄组镁质高；马家沟群由老至新CaO含量渐增，而MgO、SiO2、Al2O3含量渐低(表1)。

表1 济南地区马家沟群各组主要化学成分平均质量分数Table 1 Average mass fraction of main chemical components in Majiagou Group, Jinan area

该类接触交代型铁矿的围岩中CaO、MgO含量及围岩不同的化学成分对铁矿成矿控制明显，碳酸盐岩中SiO2、Al2O3等酸不溶物是不利于成矿的化学组分，过高的酸不溶物含量导致岩石化学性质不活泼，不易交代成矿；CaO、MgO化学活动性强，有利于矿液渗透、交代，高温下易分解， CaO积极参与了矽卡岩的形成，导致Fe元素从矿液中分离出来，CaO、MgO作为成矿的主要介质在接触交代成矿全过程中起促进铁质沉淀的作用。

当含矿岩体基性程度偏高时，CaO含量较高的钙质围岩对交代成矿最为有利。区内济南杂岩体基性程度较高，气热液与围岩交代形成的有利于成矿的透辉石矽卡岩类所需的镁质来源于岩体，因此控制成矿的有利围岩为较纯灰岩，即马家沟群的灰岩组，其CaO值愈高，对铁矿成矿愈有利，与济南铁矿的富矿部位基本吻合。

3 杂岩体地质特征

济南地区燕山晚期岩浆活动强烈，形成多个杂岩体，在区内形成类似的穹窿构造，岩性复杂，以辉长岩、闪长岩及二长岩为主，岩石类型从基性岩、中性岩至酸性岩皆有，以发育基性岩——济南辉长岩为主要特征。结合年代学特征，根据时空分布、岩性差异、岩性特征及接触关系将中生代侵入岩划分为2个序列6个单元(张增奇等，2014)(表2)。

3.1 济南序列

综合前人资料，结合岩石学、岩石化学、地球化学、同位素地球化学及年代学特征，将济南序列划分为无影山单元、药山单元、金牛山单元、燕翅山单元、马鞍山单元，归属早白垩世燕山晚期(表2)。

表2 济南地区侵入岩划分

3.1.1 无影山单元(K1JWσν) 无影山单元主体岩性为中粒含苏橄榄辉长岩，主要分布于原无影山、匡山和南北卧牛山—驴山一带。无影山侵入体平面上呈扁豆状，近EW向展布；卧牛山侵入体平面上呈不规则椭圆状，NNE向展布，在药山可见该单元的球状、椭圆状包体，大小不一，一般为30 cm×50 cm，二者呈渐变过渡关系。在该侵入体的中心部位，普遍可见橄榄岩类包体，特别是无影山南路一带，包体形状不规则，长者可延伸100余m；斜长岩脉也较发育，多为不规则肠状或斜尖锥状，一般宽1～3 cm，延伸不远(图12)。总体来看，无影山单元被药山单元脉动侵入。

图12 无影山单元中橄榄岩包体(无影山)及斜长岩脉(匡山)特征Fig. 12 Characteristics of peridotite enclaves (Wuyingshan area) and plagioclase dikes (Kuangshan area) in Wuyingshan Unit

3.1.2 药山单元(K1JYν) 药山单元主体岩性为中粒苏长辉长岩，主要分布于药山、凤凰山、标山、华山、无影山、匡山及马鞍山、粟山等地，其中药山侵入体最大，均呈不规则状，涌动、脉动侵入无影山单元中粒含苏橄榄辉长岩，与无影山单元呈渐变过渡，是该序列辉长岩的主要侵入体，在药山可见无影山单元的球状包体(图13)。

图13 药山单元中的无影山单元的包体Fig. 13 Inclusion of Wuyingshan Unit in Yaoshan Unit

3.1.3 金牛山单元(K1JJν) 金牛山单元主体岩性为中细粒辉长岩，主要分布于鹊山、华山、原无影山北坡、金牛山南坡一带，规模较小。鹊山侵入体平面上呈不规则椭圆状，南北向展布。金牛山单元脉动侵入无影山单元，鹊山被马鞍山单元脉动侵入，见椭圆状药山单元包体(图14)，大者达20 cm×40 cm，两者界线清晰。

图14 金牛山单元中的药山单元包体Fig. 14 Inclusion of Yaoshan Unit in Jinniushan Unit

3.1.4 燕翅山单元(K1JYcν) 燕翅山单元主体岩性为细粒辉长岩，主要分布于药山单元外围靠近围岩外，露头零星，东北部坝子一带侵入石炭—二叠系地层，其余侵入奥陶系地层，与围岩呈侵入接触关系。据部分矿区资料，在燕翅山矽卡岩带内可见到细粒钠化辉长岩包体(图15)。

图15 燕翅山矿区4号线示意图(据山东省地质调查院，2014修编)1-中生代济南序列燕翅山单元细粒辉长岩；2-似斑状闪长岩；3-矽卡岩；4-钠化辉长岩包体；5-磁铁矿；6-白云岩；7-灰岩；8-灰岩；9-白云岩；10-矽卡岩；11-闪长岩；12-辉长岩；13-地质界线；14-侵入界线；15-中生代大有单元中细粒含黑云角闪闪长岩；16-中生代燕翅山单元细粒辉长岩；17-铁矿体Fig. 15 Diagram of Line 4 of Yanchishan mining area(modified from Shandong Geological Survey Institute, 2014)

3.1.5 马鞍山单元(K1JMη) 马鞍山单元主体岩性为中粒辉石二长岩，主要分布于马鞍山、粟山及黄河北鹊山一带。马鞍山侵入体最大，小岩瘤状产出，平面形态近圆形，与粟山为同一个侵入体。该单元在马鞍山、粟山侵入药山单元，在鹊山西北坡脉动侵入金牛山单元，山鞍部两者为断层接触，在天桥区大桥镇鹊山可见马鞍山单元中角闪辉石岩脉的钾长石斑晶(图16)。

图16 马鞍山单元中角闪辉石岩脉的钾长石斑晶Fig. 16 Potassium feldspar phenocrysts of hornblende pyroxenite dikes in Ma′anshan Unit

3.2 沂南序列

大有单元(K1YDyδ)中细粒含黑云角闪闪长岩为岩体的主要组成岩性。该单元主要分布于济南围子山东侧大有庄—黄路泉一带，呈长轴近SN似椭圆状产出，侵入马家沟群北庵庄组，围岩大理岩化(图17)，除岩体东南部与围岩接触面明显弯曲呈似港湾状外，发育流褶构造，围岩外倾伏。中细粒含黑云角闪闪长岩与北庵庄组灰岩的接触带发育极强的矽卡岩化，在有利部位易形成具开采价值的磁铁矿体。

图17 大有岩体分布略图(据山东省地矿局第一地质大队，1988修编)1-第四系更新统大站组；2-第四系更新—全新统山前组；3-二叠系山西组；4-奥陶系八陡组；5-奥陶系土峪组；6-奥陶系北庵庄组；7-奥陶系东黄山组；8-奥陶系三山子组a段；9-白垩纪大有单元中细粒含黑云角闪闪长岩；10-白垩纪斑状含黑云母闪长岩；11-白垩纪闪长玢岩；12-矽卡岩；13-断裂；14-整合界线；15-角度不整合界线；16-产状Fig. 17 Distribution diagram of Dayou rock mass(modified from No. 1 Geological Team of Shandong Provincial Bureau of Geology & Mineral Resources, 1988)

3.3 杂岩体岩石类型、演化规律及就位机制

济南地区中生代燕山晚期侵入杂岩具有时间短、分布集中、岩石类型多样等特征。在前人研究的基础上，从岩石学、岩石化学、地球化学等角度，对该地区中生代燕山晚期侵入杂岩的岩石类型划分、岩浆演化序列、生成地质时代、岩石成因以及构造地质背景进行进一步研究。

3.3.1 岩石类型划分 济南地区中生代燕山晚期侵入杂岩岩石类型主要有中粒含苏橄榄辉长岩、中粒苏长辉长岩、中细粒辉长岩、中粒辉石二长岩及中细粒含黑云角闪闪长岩等，根据岩性组合及接触关系等划分为6个侵入岩填图单元(表2)，属济南序列和沂南序列。

应用岩石化学图解进行岩石类型判别：在SiO2-A.R图解上(图18)，侵入岩多位于钙碱性及其与碱性接触部位，马鞍山单元中粒辉石二长岩样品位于碱性系列；在SiO2-(Na2O+K2O)图解上(图19)，投点大部分落入高铝系与拉斑岩系两侧，少量样品(马鞍山单元中粒辉石二长岩)位于碱性岩系；在SiO2-K2O图解上(图20)，多数样品位于钙碱性系列和拉斑系列，马鞍山单元中粒辉石二长岩部分样品位于钙碱系列；在Na2O-K2O图解上(图21)，多数样品位于钠质岩区，部分无影山单元中粒含苏橄榄辉长岩、大有单元含黑云角闪闪长岩则位于钾质岩区。

图18 中生代侵入岩SiO2-A.R图解(据山东省地质调查院，2014数据)1-大有单元;2-马鞍山单元;3-燕翅山单元;4-金牛山单元;5-药山单元;6-无影山单元Fig. 18 SiO2-A.R diagram of Mesozoic intrusive rocks(data from Shandong Geological Survey Institute, 2014)

图19 中生代侵入岩SiO2-(Na2O+K2O)图解(据山东省地质调查院，2014数据)1-大有单元;2-马鞍山单元;3-燕翅山单元;4-金牛山单元;5-药山单元;6-无影山单元Fig. 19 SiO2-(Na2O+K2O) diagram of Mesozoic intrusive rocks(data from Shandong Geological Survey Institute, 2014)

图20 中生代侵入岩SiO2-K2O图解(据山东省地质调查院，2014数据)Fig. 20 SiO2-K2O diagram of Mesozoic intrusive rocks(data from Shandong Geological Survey Institute, 2014)

图21 中生代侵入岩Na2O-K2O图解(据山东省地质调查院，2014数据)Fig. 21 Na2O-K2O diagram of Mesozoic intrusive rocks(data from Shandong Geological Survey Institute, 2014)

经统计，34件样品的A/CNK值在0.52～0.90之间(均<1)，表明济南地区中生代燕山晚期侵入杂岩为一套基性—中性—中偏碱性以偏铝质钙性-钙碱性-碱钙性岩石为主的岩石组合。

3.3.2 岩浆演化规律 济南地区燕山晚期侵入杂岩按形成的先后顺序构成了基性—中性—中偏碱性的岩浆演化序列，是同源岩浆多次脉动、涌动式侵入的产物。早期以含苏橄榄辉长岩、苏长辉长岩、辉长岩为主，暗色矿物含量高，少见截然接触界线，多以相变过渡为主，于晚期岩体中多见早期岩体的包体，在该期岩体的边缘部位多已演变为中细粒辉石闪长岩；晚期中细粒角闪闪长岩、中粒辉石二长岩呈脉动侵入早期岩体，暗色矿物逐渐减少，长英质矿物逐渐增加。岩浆多期次活动形成的岩石，在岩石学、岩石化学、地球化学等方面皆有一定的差异。

(1)造岩矿物的变化规律。济南地区中生代侵入杂岩的主要造岩矿物质量分数(表3)显示，由早至晚，造岩矿物成分呈铁镁矿物有所递减、长英质矿物有所递增的演化规律，其岩性演化趋势为含苏橄榄辉长岩—辉长岩—闪长岩—辉石二长岩，呈现基性岩向中偏碱性岩演化特征。从对各单元侵入岩中斜长石牌号的测定数值(含苏橄榄辉长岩An63#-苏长辉长岩An61#-辉长岩An60#-闪长岩An40#-辉石二长岩An37#、34#)可知，总体上由基性至中酸性为拉长石至中长石，斜长石牌号逐渐降低。

表3 济南地区中生代侵入岩主要矿物质量分数

(2)岩石化学演化规律。济南地区中生代侵入岩主要化学成分及特征参数(表4)显示，由早到晚，SiO2、全碱、A.R、A/CNK逐渐增加，TFe、MgO含量逐渐降低。在AMF图解上(图22)，绝大部分样品落入拉斑玄武岩系列，由辉长岩转变为二长岩，显示向K、Na方向岩浆演化。在哈克图解上(图23)，CaO、TFe、MgO含量随SiO2含量降低而逐渐降低，Al2O3、全碱(Na2O+K2O)含量则随SiO2含量的增加而逐渐增加，TiO2含量先升后降，这些趋势均指示岩石具有向中酸性、碱性方向演化的特点。

表4 济南地区中生代侵入岩主要化学成分及特征参数Table 4 Main chemical composition and characteristic parameters of Mesozoic intrusive rocks in Jinan area

图22 中生代燕山晚期侵入杂岩AMF图解(据山东省地质调查院，2014数据)1-大有单元;2-马鞍山单元;3-燕翅山单元;4-金牛山单元;5-药山单元;6-无影山单元Fig. 22 AMF diagram of late Mesozoic Yanshanian intrusive rocks(data from Shandong Geological Survey Institute, 2014)

图23 中生代燕山晚期侵入杂岩哈克图解(据山东省地质调查院，2014数据)1-大有单元;2-马鞍山单元;3-燕翅山单元;4-金牛山单元;5-药山单元;6-无影山单元Fig. 23 Harker diagram of the Late Yanshanian intrusive complex of Mesozoic(data from Shandong Geological Survey Institute, 2014)

济南地区中生代燕山晚期侵入杂岩由早期至晚期为一套偏铝质的钙性-钙碱性-碱钙性正常系列岩石组合。

3.3.3 形成时代 济南地区北西部钻孔中见济南序列燕翅山单元侵入石炭—二叠纪沉积盖层，充分说明其形成时代晚于二叠纪。

该地区是济南序列层型所在，前人研究已有较多的年龄数据，限于当时的测试方法、技术手段及地质认识，数据可利用度较低，有相互矛盾之处(表5)。

表5 济南地区中生代侵入杂岩体同位素地质年龄

在鹊山、马鞍山和卧牛山采取帘石脉(PM801-D03-RZ1、FL806D0604RZ1)、辉石二长岩(PM801-4-RZ1、FL806D0604RZ2)和中粒含苏橄榄辉长岩(FL807D0701RZ1)样品，帘石脉的形成明显晚于马鞍山单元的辉石二长岩。5件重砂样品经锆石分选鉴定后进行LIMS U-Pb测年，其中仅马鞍山单元的FL806D0604RZ1、FL806D0604RZ2样品及鹊山单元的PM801-D03-RZ1样品年龄值较为理想，锆石内部结构均匀，皆表现为条带状的均匀吸收，锆石多呈长条状，具典型岩浆岩锆石特征(图24、图25)。其中，24颗锆石的206Pb/238U加权平均年龄分别为(125.59±0.73)Ma、(128.22±0.82)Ma、(130.5±1.5)Ma(图26、图27)，另外2件样品则多为捕获锆石年龄，但亦有127～140 Ma新年龄存在。

图24 马鞍山单元FL806D0604RZ1样品(帘石脉)锆石阴极发光图像(据山东省地质调查院，2014数据)Fig. 24 Zircon cathodoluminescence image of FL806D0604RZ1 sample (epidole vein), Ma′anshan Unit(data from Shandong Geological Survey Institute, 2014)

图25 马鞍山FL806D0604RZ2样品(辉石二长岩)锆石阴极发光图像(据山东省地质调查院，2014数据)Fig. 25 Zircon cathodoluminescence image of FL806D0604RZ2 sample (pyroxene monzonite), Ma′anshan Unit(data from Shandong Geological Survey Institute, 2014)

图26 FL806D0604RZ1样品(帘石脉)U-Pb谐和图与加权平均年龄图(据山东省地质调查院，2014数据)Fig. 26 U-Pb Concordia plot and weighted mean age diagram of Fl806D0604RZ1 sample (epidote vein)(data from Shandong Geological Survey Institute, 2014)

图27 FL806D0604RZ2样品(辉石二长岩)U-Pb谐和图与加权平均年龄图(据山东省地质调查院，2014数据)Fig. 27 U-Pb concordia plot and weighted mean age diagram of FL806D0604RZ2 sample (pyroxene monzonite)(data from Shandong Geological Survey Institute, 2014)

综上所述，济南地区中生代侵入杂岩地质形成时代为130 Ma左右，属早白垩世燕山晚期。

3.3.4 岩浆成因及其就位机制 (1)岩浆成因。济南地区中生代燕山晚期侵入杂岩为一系列基性—中性—中偏碱性的偏铝质钙性-钙碱性-碱钙性岩石组合类型。在SiO2-氧化物图解上，氧化物含量变化与SiO2含量大致呈线性相关，表明该岩石类型具有同源岩浆演化的特征。

该杂岩体早期侵入体无影山(含匡山)单元中含有幔源橄榄岩包体，包体类型包括含长单辉橄榄岩、方辉橄榄岩、二辉岩等深源岩石，具地幔成因；岩石中含有具溶蚀特征的变质岩锆石(继承锆石和碎屑锆石)，说明岩浆活动早期有壳源物质参与，其原始母岩浆来源于上地幔和下地壳，是在源区与早期拆沉的下地壳物质混合熔融所形成的产物。

(2)就位机制。济南地区中生代燕山晚期岩浆活动所形成的杂岩体多以复式岩体形式出现，一些较小的侵入体多在岩床、岩脉顺薄弱界面(如地层层理)及构造界面等侵入，具强力就位特点(郑建民等，2007)。

总之，济南地区中生代燕山晚期侵入杂岩总体为一自北向南侵入略向北倾的巨型岩镰，浅成-超浅成相，中心在新徐庄—桃园一带，大致呈近EW向椭圆状，岩体边部流动构造发育，矿物定向排列，流动线理走向近SN，北倾伏，岩浆侵位由北向南上侵。奥陶系盖层产状多为北倾或北北西倾，该期侵入体与地层及面状构造的吻合性较好，反映出早期岩浆活动处于较封闭拉张环境的地球动力学背景，在母岩浆内应力作用下，幔源玄武质母岩浆沿构造薄弱部位以热气球膨胀的形式迅速上侵至地壳较浅部位就位；晚期岩浆活动变弱，且由于镁铁(镁早于铁结晶)物质早期大量结晶，残余岩浆铁镁质减少，长英质含量相对增高，于岩浆结晶分异作用下形成晚期侵入体马鞍山二长岩。

3.3.5 构造背景 济南地区中生代燕山晚期侵入杂岩形成的地质时代为130 Ma左右，该期构造-岩浆事件是燕山早期古欧亚板块受太平洋板块的俯冲作用而陆壳增厚，继而发生岩石圈拆沉所致，在这一地球动力学背景下，在源区上地幔先前拆沉的早期壳源物质发生熔融并形成岩石圈地幔的混合玄武质母岩浆，最终导致燕山晚期岩石圈拉张、减薄，重新活化了上地幔，因而在区域伸展构造背景下(宋明春等，2018)玄武质母岩浆得以上侵就位。该地区中生代侵入杂岩的岩浆来源与印支期陆-陆碰撞有关(毛景文等，2005)，其岩石成因及就位机制与燕山晚期区域拉张环境直接相关。

3.3.6 济南杂岩体的演化与成矿的关系 济南地区中生代燕山晚期侵入杂岩造岩矿物演化序列显示，自早期至晚期侵入体，演化趋势为岩性自橄榄辉长岩至辉石二长岩，明显呈现出自基性岩向中偏碱性岩演化的特点，而矿物成分表现为铁镁矿物逐渐减少、长英质矿物逐渐增加。

在岩浆演化过程中镁较铁结晶早，岩浆分异过程中镁质消耗比铁质快。早期岩浆结晶时以富镁暗色矿物为特征，呈游离状态的磁铁矿含量较少；中期多形成富铁暗色矿物，磁铁矿物含量增高，中期是该地区铁矿矿液富集的最有利阶段；岩浆演化到后期形成辉石二长岩，碱度大大增高，铁镁矿物含量大大降低，不利于成矿。

中生代杂岩体与其围岩的接触带构造严格控制着铁矿体(层)的规模、产状、形态和空间分布位置等，铁矿体(层)的规模直接取决于接触带构造的型式和储(容)矿空间的大小。于杂岩体接触带上凸、内凹或杂岩体倾伏转折端，常赋存规模大、品位富的铁矿体(床)。在杂岩体支叉、舌状围岩、围岩捕虏体、悬垂体及层间滑动构造带等地段(部位)，亦可形成较大的铁矿体(层)。同时，岩浆活动强度亦是制约成矿的因素之一。

4 矿床成因及成矿作用分析

4.1 矿床成因

磁铁矿体95%以上赋存于济南中生代燕山晚期杂岩体与奥陶纪碳酸盐岩的接触带，矿体(层)空间分布位置受似层状辉长岩体上隆下凹控制，表明侵入体与铁矿的形成有成因联系。铁矿的形成与接触带所发育的钠质交代作用、矽卡岩化交代作用及中低温热液蚀变交代作用密切相关，钠质交代作用发育在近矿的岩浆岩中使铁质析出，成为磁铁矿的物质来源；透辉石矽卡岩、方柱石透辉石矽卡岩与磁铁矿紧密共生，矿石中普遍具交代结构、交代残余结构等，皆为接触交代型铁矿的重要依据。

4.2 成矿作用

磁铁矿体主要产于岩体与碳酸盐岩的接触带且靠近碳酸盐岩一侧，越靠近碳酸盐岩，矿石品位越富，矿体底板主要为透辉石矽卡岩，磁铁矿体及矽卡岩主要因交代碳酸盐岩而形成，说明矿体生成有一定的地质条件。

矽卡岩矿物中透辉石矽卡岩与磁铁矿体(层)的时空关系最为紧密，透辉石作为接触交代蚀变矿物，其主要特征之一是随距离磁铁矿体(层)的远近和矿化强度而变化，靠近磁铁矿体(层)及矿化强度大时折光率高、色散力强，反之则较低。

矽卡岩矿物中除透辉石富镁外，角闪石类(主要为透闪石-阳起石)亦富镁，与磁铁矿的形成有密切的时空关系，说明Fe、Mg元素或络合物存在一系列共性。在矽卡岩阶段，共生组合元素Fe-Mg关系密切；在接触带，CaCO3的影响促使气液中的络合物分解，形成铁、镁矿物沉淀，其中透辉石先于磁铁矿形成。

磁铁矿的空间主要因交代其他矿物而形成，在矽卡岩矿物中主要交代透辉石，很少交代石榴石。溶液交代碳酸盐岩的同时相对增加了铁质浓度，在继续交代作用下不断增生新矿物，析出大量CO2，在充足氧化条件下，部分Fe2+氧化为Fe3+，形成以磁铁矿为主的矿物沉淀，以致磁铁矿总是靠近碳酸盐岩一侧，越靠近含量越高。

5 结 论

(1)鲁西地区接触交代(矽卡岩)型铁矿体(床)在空间展布上与中生代燕山晚期中-基性侵入杂岩密切相关，杂岩体多处于断陷盆地的边缘及区域性断裂的交会部位。鲁西地区中生代燕山晚期杂岩体具多期次侵入、多期成矿的特征：① 济南成矿区成矿岩体主要为中生代燕山晚期大有单元中细粒含黑云角闪闪长岩(134.60 Ma)，其次为燕翅山单元细粒辉长岩(128.35 Ma)；② 莱芜成矿区成矿岩体主要为中生代燕山晚期东明生单元中细粒辉石闪长岩，其次为大朝阳单元中细斑二长闪长玢岩(矿山杂岩体)、北寺单元中粗粒含辉石石英二长岩(崅峪杂岩体)；③ 金岭成矿区成矿岩体主要为中生代燕山晚期东明生单元中细粒辉石闪长岩；④ 潘店成矿区成矿岩体主要为中生代燕山晚期上水河单元细粒角闪闪长岩(李屯杂岩体)。侵入杂岩体的产状、形态、规模对铁矿体(床)的定位与规模具有明显的控制作用，杂岩体为岩盖、岩床且规模较大时所形成的铁矿体(床)规模亦较大，反之则较小。

(2)鲁西地区接触交代(矽卡岩)型铁矿体(床)均发育于中生代燕山晚期中-基性侵入杂岩与奥陶系马家沟群碳酸盐岩接触带中，济南成矿区成矿围岩为马家沟群北庵庄组和五阳山组灰岩，莱芜成矿区成矿围岩为马家沟群北庵庄组、五阳山组和八陡组，金岭成矿区成矿围岩主要为马家沟群五阳山组、八陡组及太原组下部灰岩。说明接触交代型铁矿体(床)受地层层位及岩性控制明显，古生代奥陶纪碳酸盐岩是该类型铁矿体(床)成矿的有利围岩(郝兴中等，2016)。

(3)鲁西地区接触交代(矽卡岩)型铁矿体(床)成矿作用与区域性断裂构造的产状、规模、切割深度及活动期次等关系密切。济南成矿区铁矿控矿构造为褶皱构造、断裂与接触带复合构造、围岩层间滑动构造、捕虏体及接触带楔槽形构造，莱芜成矿区铁矿控矿构造主要为铜冶店—孙祖断裂(宋明春等，2009；刘书锋，2019)、矿山背斜等联合控制之构造，金岭成矿区铁矿控矿构造主要为金岭背斜之两翼、倾伏端及其周缘，潘店成矿区铁矿控矿构造主要为齐广断裂、刘集断裂、长清断裂、东阿断裂等不同序次的构造复合部位。分划性区域断裂深切上地幔或下地壳，成为深部岩浆和矿液的上升通道，不同构造部位成为容(储)矿的有利空间，同时亦控制了磁铁矿尤其是大矿、富矿的产出。

总之，鲁西地区中生代燕山晚期侵入杂岩体源岩及围岩为铁矿(赵文才，1991；尹利君等,2016；张家嘉等，2019)提供铁质及矿化剂并提供热动力条件，各类构造为矿液运移提供通道及容(储)矿空间，接触交代变质为成矿提供动力条件，成矿阶段与变质作用密切相关，从而在济南地区形成此类接触交代(矽卡岩)型铁矿。