山东省齐河-禹城富铁矿勘查区工作进展及对策

郝兴中，彭观峰，王润生，张文，刘伟，戴广凯，朱学强

(1.山东省地质调查院，山东 济南 250014；2.山东省物化探勘查院，山东 济南 250013)

0 引言

鲁西地区是我国重要的铁矿矿集区，其中该区矽卡岩型铁矿是中国东部主要的富铁矿矿产地之一[1-4]。2015年以来，通过对齐河—禹城地区地质特征及地球物理异常分析研究，山东省煤田地质规划勘察研究院、中化地质矿山总局山东地质勘查院、山东省地质调查院、山东省第一地质矿产勘查院等多个地勘单位对禹城市李屯次级磁异常、齐河县大张次级磁异常、潘店次级磁异常和薛官屯次级磁异常开展了以矽卡岩型铁矿为主攻矿种的勘查工作，相继发现了李屯、大张和潘店铁矿床[5-8]；勘查研究表明区内铁矿床具有“厚度大、品位高、埋藏深、分布集中”的特点。该区矽卡岩型铁矿科研工作也取得了较大的进展，在成矿背景、岩体特征、物探解译、成矿规律、找矿标志、成矿预测、勘查方法和找矿意义等方面进行了较为系统的研究[9-20]；本次研究在系统总结以往勘查经验和研究成果的基础上，通过剖析区内勘查研究存在的制约因素和关键问题，从中探讨消除制约因素和解决相关问题的方法，为促进今后区内矽卡岩型铁矿勘查研究工作提供借鉴。

1 成矿地质背景

该研究区位于山东省德州市南部，绝大部分为齐河县—禹城市所辖，仅局部为聊城市高唐县所辖；其大地构造位置位于华北板块(Ⅰ)、鲁西隆起区(Ⅱ)、鲁中隆起(Ⅲ)、泰山-济南断隆(Ⅳ)、齐河潜凸起(Ⅴ)上(图1)[12，17-18]。该区无基岩露头，新生代地层(第四系+新近系)覆盖厚度为530～900m，且具有北深南浅、西厚东薄的特点。经勘查揭露表明新生界下发育有二叠系、石炭系、奥陶系等。区内发育有燕山晚期中基性侵入岩体，主要分布于李屯、潘店、大张和薛官屯地区，岩性以闪长岩为主。区内构造主要表现为潜凹与潜凸相间分布，其中断裂多呈NE—NNE向、NW—NNW向，构成了潜凸起与潜凹陷的边界；在潜凸起发育NE向和近SN向的短轴背斜。

1—二级构造单元界线；2—三级构造单元界线；3—四级构造单元界线；4—五级构造单元界线；5—(推测)断层；6—不整合界线；7—(潜)凹陷区；8—(潜)凸起区；9—勘查区位置

2 铁矿床特征

该区矿产勘查工作已发现的铁矿床位于李屯异常区西侧、潘店异常区西侧以及大张异常区南西侧[12，17]，区内铁矿体形态多样，呈(厚)层状、似层状、透镜状、囊状、脉状和不规则状等，各个地区铁矿体特征见图2和表1，由该图表可知，大张地区铁矿体厚度较薄，潘店地区铁矿体较厚，李屯地区铁矿体最厚，此外，薛官屯地区在靠近接触带处的奥陶纪地层中发现了磁铁矿细脉。勘查工作表明大张地区铁矿埋藏最浅(约-716m)；李屯地区铁矿埋藏较深(约-1123m)，潘店地区铁矿埋藏最深(约-1417m)，表明成矿时该区岩浆侵位差异明显和成矿后期构造作用影响巨大；目前勘查工作表明，李屯和潘店地区铁矿有望达到大型规模，大张地区铁矿可达中型规模。

1—第四系+新近系；2—二叠系+石炭系；3—奥陶系；4—大理岩带；5—矽卡岩带；6—铁矿体；7—闪长岩体；8—煤层；9—位置不明整合界线/不整合界线；10—铁矿区位置

表1 齐河-禹城富铁矿勘查区铁矿体特征表

区内铁矿石类型较多，大致可分为灰黑色致密块状磁铁矿石、灰黑色黄铁矿化磁铁矿石、深棕灰色矽卡岩化磁铁矿石、深灰色碳酸盐化磁铁矿石等多个类型及其综合形式(图3)。

a—致密块状磁铁矿石；b—黄铁矿化磁铁矿石；c—矽卡岩化磁铁矿石；d—碳酸盐化磁铁矿石(Mt—磁铁矿；Py—黄铁矿；Sk—矽卡岩、Cal—方解石)

矿石矿物为磁铁矿，脉石矿物为透闪石、透辉石、阳起石、金云母、黄铁矿、黄铜矿、蛇纹石、方解石、绿泥石、黑云母等；矿体发育处附近矽卡岩化、钠长石化、绿帘石化、绿泥石化、黄铁矿化等现象发育。研究区内铁矿石类型差异较大，显示成矿作用方式及赋矿空间的多样性，同时表明该区成矿过程较为复杂。

3 控矿要素分析

研究区内矽卡岩型铁矿的控矿要素主要分为地层、侵入岩和构造[4]。勘查工作表明李屯、潘店和大张等地区铁矿体的赋存形式多样，可分为接触带赋存式、层间充填式、捕虏体构造式、裂隙贯入式等多种类型[15，17-20](表2)，其中接触带赋存式、层间充填式是区内主要成矿类型，该区矽卡岩型铁矿赋矿空间具有多样性，矿体赋矿空间的不同决定了其规模大小，一般而言，接触带赋存式、层间充填式形成的铁矿体规模较大，捕虏体构造式、裂隙贯入式形成的铁矿体规模较小。该区成矿规律研究表明，各铁矿体类型并不孤立存在，而是通过构造裂隙、岩体和地层间的接触带、各时代地层的不整合界面以及同一时代内部滑脱部位等之间的不同规模的运移通道相互连通，因此各种铁矿体赋存类型具有十分紧密的内在联系。

表2 齐河-禹城富铁矿勘查区各种铁矿体类型控矿特征表

根据齐河—禹城地区的勘查成果[17-20]，该区发育有大面积奥陶纪碳酸盐岩地层以及石炭纪—二叠纪碎屑岩地层，其中奥陶纪马家沟群碳酸盐岩地层为矽卡岩型铁矿的主要控矿地层(如大张、潘店铁矿等)，部分矿体赋存于石炭纪—二叠纪地层中(如李屯、潘店铁矿区等)，同时石炭纪和奥陶纪地层不整合界面(如潘店铁矿区等)等位置形成铁矿体。目前区内勘查工作中已发现的铁矿床中，其上覆地层均有石炭纪—二叠纪地层分布，异常查证过程中未揭露石炭纪—二叠纪地层地段均未发现铁矿床，由此表明石炭纪—二叠纪地层在成矿过程中不仅具有赋矿作用，且致密角岩化的碎屑岩(泥质粉砂岩或粉砂质泥岩等)对含矿热液持续向上运移进行“屏蔽”，从而对富铁矿体起到保存作用。该区燕山晚期侵入岩较为发育，矽卡岩型铁矿床的时空分布和形态规模均受控于该地区中基性侵入岩体。区内构造较为发育，且具有显著的控岩控矿作用，其中碳酸盐岩地层和闪长岩体的接触带处及其附近是铁矿成矿有利部位。

4 地球物理异常与铁矿关系

鉴于齐河—禹城地区属于超深覆盖区，铁矿勘查过程中地球物理找矿方法是区内勘查工作的主要技术手段。根据该区勘查成果及经验[8,15-19]，磁法勘查是区内铁矿最为重要的找矿技术手段，其中磁异常高值区多为中基性侵入岩体分布区(局部为铁矿体发育部位)；且在磁异常曲线中局部有多条等值线同步外凸部位多为次级异常发育区，可能为铁矿赋存地段；在(次级)磁异常显著部位以及化极磁异常高值区多与已知铁矿体对应性较好。重力异常相对较高区域多为侵入岩体上隆引起，其中在局部剩余重力异常高值处多为侵入岩体局部凸起或铁矿体发育部位，以潘店地区PZK1为例，铁矿体赋存标高为-1417.94m～-1515.47m(图4)，矿体发育有5层，分别位于石炭纪地层中，石炭纪地层和奥陶纪地层不整合面处,奥陶纪地层中、奥陶纪地层和闪长岩体接触带处，矿石平均品位为TFe：51.82%、mFe：47.20%。在重磁异常高值区的异常查证工作表明，矿体具有“层数多、厚度大”的特点，该地段铁矿找矿效果明显。

1—第四系+新近系；2—石炭-二叠系；3—寒武-奥陶系；4—泰山岩群；5—闪长岩；6—铁矿体；7—地质界线；8—推断断裂；9—钻孔位置(孔号/深度)

电法工作(如大地电磁测深剖面等)对深部沉积地层分布和中基性岩体形态具有一定的指示性，其中在高阻和低阻转换部位多为矽卡岩带发育地段，从而间接指示铁矿赋存地段。在地震工作中的地震反射波普显示的沉积地层和侵入岩体的接触带多是铁矿勘查重点地段。由于区内属超深覆盖区，各种物探勘查手段多从不同侧面去指示深部铁矿体的信息，因此该区应重视物探技术方法综合使用和数据解译是勘查工作的重点。

5 讨论及对策分析

通过对该区成矿地质背景、铁矿体特征、控矿要素、地球物理异常与铁矿关系分析表明该区矽卡岩型铁矿成矿地质条件优越，铁矿规模较大，埋藏较深，控矿要素多样，铁矿体勘查与区内地球物理异常关系密切。在总结以往勘查经验和研究进展的基础上，本次研究通过讨论该区勘查研究工作中的关键问题，提出相关借鉴和下步勘查工作对策。

(1)成矿地质体归属。因齐河—禹城地区内具有超深覆盖区的“先天性”因素，而无法对该区内控矿地层和岩体进行宏观的形态和岩性特征观察，仅靠物探资料解译和少量钻孔控制，难以对区内侵入岩体的空间分布及详细特征作出深刻的认识。该区燕山晚期侵入岩体位于济南序列(主要岩性为辉长岩体)西部约60km处，二者形成时代相近(近于130Ma±，属早白垩世[17-18,21-24])；但其在岩性上具有较为显著的差异，济南侵入岩体是济南地区矽卡岩型铁矿的成矿母岩(更偏基性)，而就目前所揭露闪长岩体的岩性来看，齐河—禹城地区与矽卡岩型铁矿成矿关系最为密切的岩石类型为中细粒(黑云)角闪闪长岩等(趋于中性)，与莱芜地区和金岭地区矽卡岩型铁矿相似，且其岩性组合与沂南序列基本一致，应属于沂南序列。

(2)深部地质体空间特征。由于覆盖层厚度巨大和勘查研究工作起步较晚，极大地制约了该区的矿产勘查工作。区内矽卡岩型铁矿的成矿地质体为燕山晚期中基性闪长岩体，目前圈定了李屯、潘店、大张和薛官屯共4个中基性侵入岩体[17,21]。根据现有资料薛官屯地区岩体最浅，潘店地区岩体最深；随着勘查工作逐步深入，深部地质体空间详细分布特征将会逐步深入，并有更加清晰的认识[25]；鉴于该区控矿地层及侵入岩体空间分布详细特征是该区矽卡岩型铁矿成矿最为直接的要素，因此建议将深部地质体三维空间分布特征的研究摆在优先位置。

(3)物探数据综合解译。物探方法是该区矿产勘查的先导性工作，且区内铁矿勘查最初发现即是对其物探异常的分析研究作为突破口[15,26-29]，但是该区对其他未开展铁矿勘查部位的物探异常研究较为不足。由于物探异常具有多解性，且覆盖层厚度巨大，对于由岩体引起的异常和铁矿体引起的异常分解难度极大，目前尚未能利用综合物探技术手段对深部铁矿体进行精准定位，建议加强对于提高该区物探解译和其深部地质体的对应关系将是该区今后勘查研究工作的重点。

(4)矿床勘查空间拓展。勘查区内目前已发现的矽卡岩型铁矿体主要位于李屯、潘店、大张异常区的西侧，而在上述异常区的东侧尚未开展系统的铁矿勘查工作。2019年山东省地质调查院在大张异常区东侧地区开展了异常查证工作，在千米以下(约1038 m处)的奥陶纪地层和闪长岩体接触带处发现了矽卡岩化现象，且井中三分量磁测成果发现了明显的三分量磁异常，表明该孔旁侧极有可能赋存有矽卡岩型铁矿[30]；因此建议对物探异常西半环已发现矿体的走向和倾向上进行控制以增加铁矿资源量，加强异常西半环类似异常的查证工作，同时有针对性地开展对上述物探异常东半环的研究工作，以期开辟新的铁矿找矿空间。

(5)铁矿成矿规律研究。该区铁矿成矿规律研究取得了较大进展[31-33]，区内中基性侵入岩体是该矽卡岩型铁矿成矿地质体，成矿结构面特征主要表现为接触带赋存式、层间充填式、捕虏体构造式、裂隙贯入式等赋存方式；矿床成矿作用特征标志主要表现为“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—角岩带”的矽卡岩型铁矿蚀变分带特征。对于区内铁矿体是否有新的铁矿赋存形式，该区岩浆演化过程及分带特征缺乏全面认识、铁质成分沉淀机理尚未开展深入研究，建议加强对该区成矿规律深入研究，尤其是加强对研究区内地层、蚀变带、侵入岩体等分布形态的精细刻画和微观变化特征分析、深入开展岩浆演化特征和铁质成分沉淀机理等的研究。

6 结语

随着齐河—禹城地区内矽卡岩型铁矿勘查工作的深入和科学研究工作的进展，制约区内铁矿勘查研究的主要问题和关键因素逐步凸显。本文研究表明该区内成矿地质体应属于沂南序列闪长岩体，石炭纪—二叠纪地层除具有赋矿作用外，同时也对富矿热液的运移具有一定的“屏蔽作用”。该区内深部地质体三维空间特征精细刻画、深部地质体控矿构造研究、物探数据深度解译、矿产勘查空间拓展、铁矿成矿规律和矿体赋存规律深入研究方面将是下一步勘查研究工作的重点；其中加强对物探异常西半环已发现矿体的勘查和类似异常的查证工作，同时对区内各物探异常东半环开展勘查研究工作对于拓展区内矽卡岩型铁矿的勘查空间具有十分重要的意义。

致谢：感谢同作者在齐河—禹城地区一道开展矽卡岩型铁矿勘查研究工作的项目组全体成员，同时感谢审稿专家提出的修改意见！