齐河禹城矿集区矽卡岩型富铁矿成矿规律分析

2022-06-01韩智昕王宜元

中国金属通报 2022年2期

韩智昕，王宜元

矽卡岩型铁矿是我国十分重要的富矿类型之一，在铁矿资源开发利用方面占据相当重要的地位。鲁西地区有着十分丰富的矽卡岩型铁矿，也是我国东部富铁矿重要基地，过去地质研究工作当中发现，山东莱芜、淄博、济南等地有这种类型铁矿发育。近年来，随着鲁西北齐河-禹城矿集区找矿工作的不断深入，取得了巨大找矿突破。齐河-禹城矿集区具有十分显著的航磁异常特点，可划分为四个次级磁异常区，分别为潘店、李屯、薛官屯、大张磁异常区，且区内还有着非常明显的重力异常，重磁同源特征较为明显，区内发现的矽卡岩型铁矿床品位高、厚度大、分布集中，开采利用价值极高。本文中基于前期找矿勘查基础，结合区内地质背景对齐河-禹城矿集区矽卡岩型富铁矿成矿规律予以系统探究，只在对区内找矿工作提供相应的指导作用。

1 区域成矿地质背景

研究区分布在鲁西隆起区西北缘，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）的西北部是研究区大地构造位置所在（图1）。

图1 区域地质构造图

新生代对研究区大部分覆盖，中南部方向上泰山突起单元内是基岩裸露区，形成盖层和基底二元结构，陆表海碳酸盐沉积建造一套早古生代地层是区内的主要地层特点。地壳在古生代中期阶段呈现整体抬升，缺失奥陶世早石炭世；地壳在晚古生代由于震荡因素影响，促进含煤碎屑岩的陆相海陆交互相建造形成，该阶段之后地壳不断的进行上升，主要缺失三叠系沉积缺失。燕山运动在该区当中非常的突出，断线以及断隆是该区的主要构造特征。齐广断裂南侧区域上不发育白垩纪与侏罗纪地层，在地层区划方面，地层为华北地层区鲁西地层分区，主要包括寒武系地层于奥陶系地层，同时还发育第四系，新近系和石炭二叠系地层，该区有着复杂的断裂构造，褶曲构造较为次之，根据断裂构造展布情况进行分析，总体上表现为三组分别为NE-NNE 向以及NW-NNW 向与近EW 向，最为发育的为前两者，在规模上非常大，断裂，彼此之间相互切割，对区内的突起形成明显的控制作用，并控制着该区的凹陷，新太古代侵入岩较为发育。

2 矿区地质特征

相较于鲁西地区，该区矽卡岩型铁矿在地质控矿要素方面较为类似，碳碳酸盐地层比较发育并发育构造以及岩浆岩，主要的递质控放要素如下。

2.1 控矿地层

马家沟群（奥陶系）碳酸盐岩地层呈现非常广泛的分布特点，该区当中的矽卡岩型铁矿是重要的控矿围岩，灰岩（大理岩化）以及灰岩是其主要的岩性特征，潘店和李屯地区，也有铁矿体呈现层状分布于石炭系二叠系碎屑岩当中。

2.2 控矿岩浆岩

岩浆活动尤其以燕山晚期阶段更为突出侵入岩主要表现为中基性的特点，在潘店西北部区域上以及李屯东部区域上分布，另外在薛官屯东北侧还有大张东北侧区域上也较为发育，闪长岩在铁矿区的发育部位，钠质蚀变非常强烈，并具有相对较浅的颜色，具有微弱的磁性特征。和铁矿距离较远的区段，呈现较弱的闪长岩蚀变特征，较高磁化率的暗色矿物较为富集。结合有关成矿理论进行分析探讨，该区的矽卡岩型铁矿是由中基性侵入岩地质体所形成。

2.3 控矿构造

断裂构造在区域上十分发育，而且较为复杂，主要表现为断块构造特征，这和该区构造和不断上侵的岩体因素作用有着非常紧密的关联性，主要的断裂构造包括三组分别为：近SN 向以及NNW 向和NE 向，比较发育褶皱构造，岩体在构造交汇位置上非常发育，岩体接触碳酸盐岩地层的接触带有利于铁矿成矿。

2.4 区域重磁场特征

2.4.1 重力异常特征

沉降凹陷在区内比较突出，结合该区布格重力等值平面图（图2）开展相应的探索工作表现为低重力的特点，而且面积非常的大，高中里主要为齐河浅凸以与泰山凸起，呈现较为简单的重力异常特征，整体上重力值从南通至西北呈现不断降低的特点，同时表现为高低相间排列的特点，显示出该区分布有燕山期的侵入岩。相间分布凹陷和隆起的奥陶纪地层，由东南方向到北西方向表现为不断变后的特征。

图2 区域磁异常平面图

巨型凹陷浅凸区以及分布中基性岩体区域，表现为重力异常高值区，重力异常低值区主要和沉积盖层以及第四系分布密切相关。第四系在巨型凹陷区当中具有非常大的覆盖度，呈现重力低值区，交代型铁矿床在中基性岩体的周边接触灰岩的区域上分布。重力高值区和低值区梯度带周围是重力异常图分布所在。如分布济南辉长闪长岩体区域上表现为高值重力异常，而高值重力异常区域的边部是分布铁矿床部位。所以广布碳酸盐岩的高值重力异常区，提示存在隐伏的中基性岩体，梯度带周围，有接触交代型铁矿床赋存，结合和济南铁矿区等已知区进行对比。认为碳酸盐岩以及中基性侵入岩、接触交代型铁矿床是引发区内重力异常的重要原因。

2.4.2 航磁异常特征

通过1：20 万航磁△r 等值线平面图开展探索研究，异常主要为三个，并呈现分布特征，在展布方向上表现为北东向，属于椭圆形以及圆形规则，最长的在35km 以上，宽度最大的在8km以上。李屯异常主要分布于最北侧，向南为潘店异常以及大张异常，从南向北峰值主要表现为360nT、160nT、200nT。异常主要表现为宽缓特点，提示出磁性体具有较大埋深。李屯和大张异常磁异常呈现较为缓和的变化特点，梯级带密集分布于两侧。因很多铁矿石表现为强磁性以及磁性特征，所以磁异常和铁矿分布有着十分紧密的关联性，特别是反映出中大比例尺的磁异常，因中基性岩体磁异常于接触交代型铁矿分布区当中表现为强烈特点，如济南铁矿区。而灰岩与其接触部位表现为较弱的磁性，根据航磁异常分析，重磁异常在区内变化趋势表现为正相关的特点，而凸起区重力高，航磁也表现为较高的磁力异常，主要是由于岩体侵入和基底上隆所导致，而重力较低的凹陷区，航磁主要表现为低磁力异常。

3 研究区重磁特征

研究区之前实施过大量的地质勘查工作，了解到石炭纪、二叠纪地层当中广泛分布岩床形式侵位的岩浆岩，与区内地质背景和航磁异常充分结合，认为中基性岩体较大规模的分布于下部，成矿前景具有接触交代型铁矿特征。针对研究区中北部区域上的李屯的异常以及潘店异常实施1：1 万地面高精度磁异常研究工作，发现潘店地磁异常在分布特点上主要呈现带状，走向方面主要呈现北西向展布，通过20nT 等值线进行圈定，在异常的南北侧区域上长度约为5km，东西方向上达到7km 的宽度，异常中心为180nT 的最大值，具有规则圆滑的曲线异常形态，表现为宽缓特征。李屯异常主要属于等轴异常，表现为北北东向进行分布。运用20nT 等值线圈定，长度方面在14km，宽度在11km 以上，270nT 是异常中心的最大值。等值线有着规则的形态，而且圆滑又平缓。北侧区段的异常表现为狭长分布特征，中部表现为明显的膨大特点，南部区域上呈现平滑的特征，在形状上表现为葫芦形，异常有多个鼓凸状存在，异常东部区域100nT ～260nT 等值线突出向东南方向，北西部的40nT 等值线具有向外突出的明显特征，北侧的100nT ～260nT 等值线同样有鼓凸现象存在，北东侧区域上100nT ～200nT 等值线表现为舌状伸出。梯度变化方面东侧翼部，相较于西侧翼部更加缓和。经过化极处理，表现出更为突出的异常形态。异常中心向北进行移动，有三个局部地磁异常在李屯地磁异常中圈定出。P1 线在重力剖面上主要呈现，高重力、单峰、峰值0.5×10-5m/s2，升高异常幅值-17×10-5m/s2，提示寒武系、奥陶系灰岩等高密度岩石，构成一个段块凸起，地质上被称之为潘店凸起。高重力曲线与高磁力曲线表现为对应较好的曲线，提示同源性的重磁异常，提示这一断块凸起是由寒武系、奥陶系灰岩、闪长岩以及辉石闪长岩等共同组成。重力曲线有约宽12km 的拐点，相较于磁法拐点宽约4km，提示断块凸起中部是侵入岩体分布所在，寒武系奥陶系灰岩分布于两侧，证实侵位的中基性岩浆和垫托是潘店凸起的重要构成，具有灰岩和中基性岩外壳接触，促进矽卡岩带形成，和可能有铁矿形成于局部的可能性。左支曲达到-15×10-5m/s2最低值，提示上古生界寒煤系地层和古近系泥沙岩分布于茬平凹陷。右支曲为-11×10-5m/s2最低值，提示上古生界寒煤系地层分布在茬平凹陷中。

磁异常曲线双峰，峰值为250nT、150nT，一般磁异常值为100-200nT，曲线拐点宽8．14km，反映较强磁性体在剖面线上的宽度约为8km。化极后，磁异常升高，峰值为350nT，西移750m，反映较强磁性体主体位于剖面的南西侧。化极磁异常值由左到右逐渐变低，反映了该磁性体由西北向东南埋藏深度渐深。磁异常求取垂向一、二阶导数，磁场强度的垂向变化率表现为三峰，垂向导数异常值渐低，半极值宽度渐窄，反映强磁性体的分布区段，该强磁性体推断为铁矿体赋存于辉石闪长岩、闪长岩体。

4 矿体特征

大张铁矿以及潘店铁矿还有李屯铁矿均在矿集区内被发现，在勘查程度方面，大张铁矿相对较高，剩下的铁矿床。在勘查程度方面相对较低，磁铁矿石主要表现为致密细粒的灰黑色块状。磁铁矿是其中重要的金属矿物，黄铁矿相对较少，同时磁黄铁矿也较少，另外还有闪锌矿、黄铜矿。透辉石以及石榴石，还有方解石黑云母等是主要的非金属矿物。

岩体相地层方向具有明显的蚀变分带特点，下面对铁矿体特征进行分析探讨。

4.1 大张铁矿

闪长岩和马家沟群灰岩相互接触带中赋存I 号矿体，表现为四层状的特点，向SE 方向倾斜，角度为60°；矿体达到30m的最大厚度，最小厚度在6.9m。在闪长岩体当中赋存Ⅱ号矿体，该矿体达到16m 的厚度范围。

4.2 李屯铁矿

该铁矿主要在李屯次级磁异常北西部区域上发育，矿体主要在-1234.49m ～-1370.22m 标高赋存，矿体向西侧方向倾斜，处于70°的倾角范围，矿体共有四层被揭露出来，达到73.84m 的厚度，二叠系碎屑岩地层当中是矿体主要分布部位，同时在奥陶系地层当中也有分布，并且在闪长岩于奥陶系地层接触带中分布。

4.3 潘店铁矿

该铁矿主要分布在潘店次级磁异常西部区域上，矿体主要在-1528.95m ～-1626.58m 标高上发育，矿体总体表现为西部倾斜特点，约为50 度的倾角范围，矿体共有五层被揭露出，达到41.37m 的厚度范围，最大单层厚度在12.00m 的厚度范围，最小的单层厚度在1.22m 的厚度范围，二叠系碎屑岩地层是矿体主要产出部位，而且还在奥陶系地层当中产出，并在闪长岩于奥陶系地层接触带中产出。

5 成矿规律

通过系统研究发现，西卡岩型铁矿在鲁西地区，无论是地层、还是构造、侵入岩都有着十分紧密的关联性。

5.1 时空分布特征

通过针对该区铁矿进行详细的研究，不难发现，在大张、潘店，还有李屯地区铁矿体呈现多样的形态进行赋存，如有的赋存在接触带上，有的赋存在灰岩和岩体接触带上，断裂构造破碎带当中赋存断裂充填式的矿体。另外还有沉积地层当中顺层产出的层状矿体，属于层间充填式。岩层裂隙当中灌入矿液的裂隙灌入式。再者，捕虏体构造式，在岩体内部（碳酸盐地层）产出捕掳体促进铁矿体的形成，这些都是区内铁矿体的各种赋存形式，该区主要的铁矿赋存形式主要为接触带赋存式。

闪长岩体作为区内的成矿地质体，其中进行锆石测年（LAICP-MS）获得的数据不能发现李屯岩体在锆石测年方面，其年龄属于（130.0±2.3）Ma，而大张岩体在锆石测年方面，其年龄主要属于（131.6±1.7）Ma，因这种铁矿不同成矿时代，和成矿地质体不同的侵位时间有着紧密的关联性，所以矽卡岩型铁矿在矿集区主要在早白垩世形成。和莱芜、金岭、济南等地区的矽卡岩型铁矿有着较为类似的成矿时代。

5.2 矿体赋存规律

通过研究该区矽卡岩型铁矿了解到，闪长岩体是重要的成矿物质来源，不断上侵的岩浆，由于不断析出富矿热液流体，在热液交代因素影响下，再加上渗滤以及充填因素影响，铁矿体逐步形成于岩体以及地层，和二者相互接触部位。通过系统研究发现，该区铁矿在产出方面，主要表现为接触胜率，交代作用以及接触扩散交代作用，还有充填富矿热液所形成。

5.3 地球物理异常与铁矿床的关系

新生界对研究区形成巨厚覆盖，通过研究该区铁矿床地球物理特征发现，区内的铁矿床和电异常、重力异常、磁性异常有着非常紧密的关联性，尤其是动力异常和磁性异常，彼此具有很好的对应性，“重磁同高”异常部位是矿床主要产出位置。极化磁异常以及磁异常明显较高的部位，以及重力异常和异常梯度带，是该区矿床重要的赋存位置。