徐州利国地区吴庄铁矿地质特征及找矿方向探讨

2022-03-18斌程哲王靖刘培正

现代矿业 2022年2期

王斌程哲王靖刘培正

（1.徐州铁矿集团有限公司；2.赣州稀土矿业有限公司；3.中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司；4.华唯金属矿产资源高效循环利用国家工程研究中心有限公司）

徐州利国铁矿区位于江苏省徐州市铜山区利国镇境内，开采历史悠久。自20 世纪50 年代，多个地质勘探队伍在该区陆续开展了一系列的勘查工作，共探明峒山、墓山、镇北、吴庄、西马山、义和庄、铜山岛、大王庙等矿床8个。经过多年开发，墓山、峒山和西马山等矿床相继停采，目前在采的仅吴庄和镇北铁矿，保有资源量约1 600 万t［1-4］。随着铁矿石的需求增大，利国铁矿区后备资源紧张，急需在外围或深部寻找突破。吴庄铁矿作为目前在采的2 个矿山之一，具有规模较大（中型）、品位富的特点，通过对其地质特征、成矿条件进行分析，探讨今后的找矿方向，为后期利国铁矿区资源接替提供指导和建议。

1 矿区地质特征

利国铁矿区大地构造分区归属华北陆块区（Ⅰ1）、胶东古陆块（Ⅱ1）、鲁南被动陆缘与陆表海盆地（Ⅲ1）、徐淮陆表海盆地（Ⅳ2）、徐州—贾汪古生代碳酸盐岩—陆缘碎屑岩建造区（Ⅴ4）。区域构造位于徐（州）宿（州）弧形断褶带的北东端，徐州复式背斜北西翼，北邻四户—敬安东西向断陷盆地中段南侧。近东西向基底断裂及北东东向利国短轴背斜为主要控矿构造，侵入于短轴背斜核部的燕山期中酸性杂岩体～利国岩体为主要成矿岩体。成矿岩体地表出露面积为24.5 km2，剥蚀程度中等，岩体四周外倾，侵入于中、下奥陶统碳酸盐岩地层，在岩体与围岩的接触带附近及岩体内部围岩捕掳体接触带生成了若干邯邢式接触交代—热液充填型铁（铜金）矿床。

吴庄铁矿位于利国铁矿区的东部，其地层属华北型，主要分布有下古生界奥陶系肖县组、马家沟组和阁庄组、上古生界石炭系本溪组与太原组以及二叠系山西组和石盒子组。其中奥陶系与铁矿关系密切，肖县组为主要的成矿围岩，是吴庄铁矿主要的赋矿部位，其岩性主要为灰色中厚—厚层白云质灰岩、灰色—土黄色角砾状灰岩、泥质灰岩。

矿区构造复杂，主要的控矿构造为利国—吴庄短轴背斜，其轴向近东西向，西始厉湾附近，经利国东至吴庄，呈弧形倾伏消失；核部由奥陶系组成，倾向东，倾角为15°左右；南翼为石炭系，倾向南东，倾角为15°～18°，北翼为石炭系和二叠系，倾向北东，倾角为26°左右；背斜倾伏端为石炭系环绕，为一向东倾伏的不对称背斜。除褶皱构造外，矿区断裂构造亦发育，主要有成矿前的近东西向断裂和成矿后的北东向断裂，具有继承性。

矿区内岩浆岩较发育，主要包括燕山期的中酸性侵入岩和燕山晚期—喜山期脉岩。其中前者是利国铁矿的成矿母岩，即利国杂岩体，为一套中性为主、伴有中酸性、酸性、偏碱性的岩浆杂岩系；区域上可划分为3个期次，吴庄地区未见第三期石英正长斑岩，第二期花岗闪长斑岩仅见于东部。第一期比较发育，以含橄辉角闪闪长玢岩～闪长玢岩为主。

2 矿体地质特征

吴庄铁矿埋深在-264～-520 m，矿体赋存于燕山期（石英）闪长玢岩与奥陶系肖县组碳酸盐岩围岩接触带及捕掳体接触带附近，由赋存于主接触带的1个主矿体（Ⅰ）和主接触带外侧围岩的层间及内侧岩体中捕掳体接触带附近的小矿体组成。

2.1 主矿体特征

主矿体受闪长玢岩与碳酸盐岩侵入接触带及层间破碎带复合控制。矿体顶板岩性主要为下奥陶统萧县组下段大理岩、结晶灰岩，局部为白云质大理岩、钙质泥质白云岩；矿体底板岩性大多为蚀变闪长玢岩，局部直接与成矿后的花岗斑岩接触。主矿体部分分枝穿插于（石英）闪长玢岩内部及外部围岩中。

主矿体产状和形态变化比较复杂，总体走向为130°～140°，倾向北东。矿体平面形态呈向北东凸的“马蹄”状弧形，向南西呈“鸡爪”形伸出3条分枝。剖面上，在矿体走向的两端呈透镜状，中部形态变化较大，分成上、下2 个分枝。沿剖面北东倾斜方向与花岗斑岩脉接触部位矿体一般厚度较大，南西方向矿体则分叉呈多层状插入至灰岩中，总体具有上延分叉、下延复合的特点，另有花岗斑岩脉的切割及煌斑岩脉的穿插，造成矿体厚度不稳定和形态复杂化。

主矿体最大钻厚为89.57 m，最小钻厚为1.87 m，沿倾向变化系数为10%～109%，一般在70%以下；沿走向东西两端矿体厚度较薄，中东部发生明显膨胀（图1），沿走向变化系数为65%。

主矿体TFe 平均品位最低为27.18%，最高为57.40%，一般在50%，沿倾向变化系数为4%；沿走向品位为35.98%～54.05%，最富的地段位于中部，向东西两侧逐渐降低（图2），沿走向变化系数为11%。矿体品位与厚度之间的关系不明显，一般在矿体下部较富，而分叉尖灭处较贫。

2.2 小矿体特征

主矿体附近还有一些层间裂隙充填矿体，规模小，厚度不大，对应性较差，一般由单勘查线或单孔控制，多产于下奥陶统碳酸盐岩中，个别产于近接触带的闪长玢岩岩体内。小矿体单工程钻厚一般在1.01～6.42 m，TFe 平均品位一般在28.62%～48.7%，矿体形态均为透镜状。

2.3 矿石类型及组成

矿石自然类型主要为磁铁矿石，其次为赤铁矿—磁铁矿石，少量为赤铁矿石。矿石结构以他形细粒结构为主，构造以致密块状为主，其次为浸染状和条带状。

金属矿物主要为磁铁矿，其次为赤铁矿，含少量镜铁矿、黄铁矿、黄铜矿、斑铜矿、辉铜矿、雌黄铁矿、方铅矿、闪锌矿、褐铁矿等。脉石矿物主要为方解石，其次为绿泥石、金云母、白云母。

2.4 围岩蚀变

吴庄铁矿围岩蚀变较发育，主要发生在矿体底板，其蚀变范围为几厘米至几十厘米，顶板蚀变较弱。围岩蚀变主要为岩浆结晶晚期的钠化和岩浆期后叠加其上的各种热液蚀变，且越靠近矿体蚀变越强烈，其中钠化仅在矿体底板闪长斑岩中可见，原岩中的钾长石、更长石、更钠长石等被钠长石交代。岩浆期后以高—中温热液蚀变为主，分布普遍，主要为绿帘石化、透闪石化、阳起石化、绢云母化、绿泥石化和碳酸盐化。其中以绿泥石化和碳酸盐化最为发育，主矿体的矽卡岩化不强。

3 控矿条件及矿床成因

3.1 成矿母岩

吴庄铁矿成矿作用在空间和时间上与燕山期侵入旋回中第一期的石英（正长）闪长（玢）岩～闪长玢岩有密切关系，其为弱酸性富碱的中性侵入岩。含铁度及铁镁比值偏低（多小于2），但碱量偏高，一般在6.51%～7.90%，并以钠质为主。在一系列蚀变过程中尤其是钠化过程中，岩浆中分解的含铁物质在热液中不断富集，为铁矿的形成提供了部分物质基础。

3.2 控矿围岩

矿体赋存于下奥陶统萧县组下段中上部和上段中下部地层中，上段岩石塑性较强，下段局部夹塑性岩石，2 组地层在构造变动过程中形成层间应力薄弱带，产生揉褶、层间破碎和层间虚脱，为矿液流通和沉淀提供了空间。从地球化学性质看，主要交代白云质灰岩、钙质白云岩及少量角砾状白云岩，即主要交代MgO 含量在3%～10%的岩石，残留夹层以硅含量较高和质纯者居多，表明钙镁碳酸盐岩对成矿是有利的。另据有关研究资料，萧县组下段的角砾状碳酸盐岩为膏盐岩溶坍塌所致，围岩中富含的Na2O、MgO对成矿作用具有一定贡献。

3.3 控矿构造

吴庄铁矿构造较为发育，其中控制吴庄铁矿体展布的构造主要包括利国—吴庄短轴背斜、近东西向断裂、侵入接触带与层间破碎带的复合构造。

矿体主要产于利国—吴庄背斜轴部和倾伏端部位，该段应力集中，裂隙发育，上部盖层条件好，为矿液运移和富集提供了有利场所。近东西向断层具有多期活动性质，早期的基底断裂作为导岩断裂，为成矿岩体的侵入提供了通道；后期的盖层断裂与短轴背斜复合形成储岩空间，与层间破碎带复合形成了膨大的容矿空间，是控制矿体的重要构造。侵入接触带与层间破碎带的复合构造亦是控制矿体的重要构造。矿体基本产于接触带或其附近，由于层间破碎带的影响，往往使矿体穿插进入围岩中。

此外，岩体顶面上隆部位的鞍部接触带往往是主矿体局部膨大的有利构造，灰岩层间裂隙则是控制主矿体附近小薄层矿体的有利构造（图3）。

3.4 矿床成因

经初步结晶分异的岩浆在沿断裂构造上侵过程中遇萧县组富含膏盐的碳酸盐岩围岩，受到混染，进一步分异出富铁、富挥发份的成矿热流体（矿浆和热液），这种成矿热流体在向岩体表面不断聚集运移的过程中，同时交代和分解母岩中早期晶出的含铁矿物，使铁质进一步向成矿热流体富集，成矿热流体不断聚集形成较大压力，迁移至岩体与围岩接触带附近向岩浆收缩与围岩的虚脱接触带、围岩层间破碎带、层间等空间，主要以贯入和充填方式、其次以交代方式形成矿体，并伴随了相应的蚀变现象。矿床成因类型应属于接触交代—高、中温热液充填型矿床。

4 找矿方向探讨

如前文所述，吴庄铁矿矿体主要分布在岩体与围岩接触带及其附近，严格受利国岩体和奥陶系的控制，因此今后外围和深部的找矿方向应以寻找该类型接触带为主要目标，在断裂构造、层间构造发育地段往往是矿体赋存的有利地段。

吴庄铁矿位于短轴背斜的核部及倾伏端，其接触带的产状和形态明显受短轴背斜的控制。从矿体倾向方向来看，矿体主要位于岩体的上隆部位，与短轴背斜的核部相对应，向南北两翼具有接触带或矿体深度增大、矿体减薄的趋势。在矿体边界处，各勘探线上基本都有一个未见矿工程控制，但局部也存在例外。在吴庄铁矿的东南部，矿体边界控制不严，有多条勘探线不存在未见矿工程控制，并且在生产过程中亦发现矿体具有南延的趋势，表明吴庄铁矿的东南部具有一定的找矿空间。

从矿体走向方向来看，奥陶系向东发生倾伏，矿体和接触带的深度逐渐增大，但矿体的东西两侧均没有未见矿工程控制，这表明矿体在走向上仍具有进一步延伸的可能。其中在矿体西部，接触带呈东西向展布，而在矿体东部，受到短轴背斜的影响，其接触带向南发生转折。

综上，吴庄铁矿今后的找矿方向应重点集中在东南部的深部接触带，矿区西部也是有利的找矿部位。