关于张家洼矽卡岩型富铁矿地质特征的探讨与分析

韩智昕，袁金浩，鲁孝瑞

矽卡岩矿床在全球广泛分布，矽卡岩型铁矿是我国富铁矿的主要来源，占整个富铁矿的50%以上。铁矿是山东省重要矿产资源之一，截至2015 年底，全省累计探获铁矿床（点）290处，累计查明铁矿石资源量67.78 亿吨，但多为贫铁矿石，矽卡岩型富铁矿石（TFe ≥50%）约8.70 亿t，仅占铁矿石总量的12.85%，集中分布于淄博金岭、莱芜、济南、潘店4个成矿区，并具有“规模大、品位高、分布集中”的特点。

随着工业化和城镇化的迅猛发展，国产富铁矿石远远不能满足需求，大量依赖进口，我国铁矿石对外依存度已达80%以上，对国家经济安全构成了严重威胁。再加上矿山基建周期长，建设滞后，出现了产量与实际需求量差距巨大的问题。提高铁矿资源保障程度，是我国目前一项重要任务。淄博—莱芜地区碳酸盐岩地层分布广泛，燕山期岩浆活动强烈，具备形成矽卡岩型铁矿的条件。近年来，山东省地质工作者在该地区开展的铁矿勘查中取得重大进展，如莱芜张家洼地区深部新增铁矿石资源量1 亿余吨，张家洼铁矿位于山东莱芜矿集区，距离山东莱芜区城北8km 处，行政区划属于莱芜区张家洼街道办事处管辖范围，该矿属大型铁矿床，铁矿储量达到两亿吨以上，分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个主要矿床，且周围分布诸多矿山，都属于中大型规模的矽卡岩型铁矿床。下文中主要对该矿地质特征进行分析探讨，希望能对区内找矿工作提供一些有效指导。

1 区域地质背景

山东省位于华北克拉通东南部，属于中生代环太平洋金属成矿带的一部分。作为中生代岩浆活动和流体运移主要通道的郯庐断裂，将山东分成了鲁东和鲁西两个地块（图1）。鲁西地块地处郯庐断裂带（沂沭断裂带）以西,东南与苏鲁一大别超高压碰撞带相邻。其结晶基底为新太古代泰山群和古元古代花岗岩类。其中泰山群主要由斜长角闪岩，黑云母麻粒岩和TTG 岩类组成。上覆盖层为古生代、中生代和新生代的碳酸盐岩、碎屑岩以及火山岩。古生界主要由陆表海相古生代寒武系-中下奥陶统碳酸盐岩夹碎屑岩 中石炭统二叠统-上海相地层和陆相含煤碎屑岩建造；中生界发育侏罗系一白垩系，为一套陆相碎屑岩建造，缺失三叠系；新生界主要为陆源碎屑沉积夹火山岩为主。鲁西地区断裂构造非常发育，特别是受到郯庐断裂的影响，断裂构造格局非常醒目，主要呈NW 向延伸。基底泰山群变质岩系形成了一系列轴向呈NWW 或NW 向为主的复背斜和复向斜构造。古生界及中新生界的褶皱构造很不发育，且形态简单，多为平缓的单斜或宽缓开阔的向斜与背斜构造。研究区作为中国太平洋中生代构造-岩浆岩带的重要组成部分，中生代侵入岩广泛发育,其中，莱芜杂岩体、金岭岩体及济南杂岩体等为其代表性岩体（图1），在此阶段生成了大量具有经济价值的矿产。

图1 鲁西地区地质图

2 矿床地质特征

2.1 地层

太古宇变质岩在区域上较为发育。同时发育石炭系二叠系、奥陶系、寒武系、白垩系、侏罗系与新生代砂砾岩（河湖相）。下面展开具体分析：

泰山群变质岩（太古宙）：是区域上重要的基底岩石，TTG岩石、黑云母麻粒岩与斜长角闪岩是其主要组成；

寒武系：主要发育夹灰岩透镜体的岩石，在区内具有很小的出露面积。

奥陶系：类似于淄博金岭铁矿，也是重要的成矿围岩，白云岩与灰岩是其主要岩性特征。

石炭–二叠系：夹砂岩的页岩以及砂岩是其主要组成，约200m的厚度，主要包括石盒子组、山西组以及太原组和本溪组。

侏罗系：砂岩以及页岩和砂质页岩是其主要组成，细砂岩分布于下部，在该区具有较小的出露面积。

白垩系：熔岩（安山质）以及砂砾岩（凝灰质）角砾安山岩是其主要岩性特征，在区内具有较小的出露面积。

古近系：砂岩以及粉砂岩（红色粘土质）是其主要组成，石膏在灰绿砂岩局部发育，经过钻孔验证，具有较大的厚度。

第四系：坡积层以及冲积层是其主要组成。

2.2 构造

莱芜盆地属于断陷盆地，山脉以及大断裂在四周作为分界。断裂构造在盆地当中非常发育，褶皱构造发育相对次之，泰安–孝义断层与泰安–蔡庄断层是区内的主要断裂构造，主要在盆地北部发育，同时还发育石门官庄–劝礼断层，该断层分布于南部，这些断层对该盆地起着明显的控制作用。

在盆地中部地带发育褶皱构造，主要为盆地东南部的八里沟向斜和盆地中部的矿山弧形背斜，该背斜是区内重要的控矿构造，在构造较为薄弱的区域上发育矿床。在该背斜的倾没处发育张家洼矿床，背斜向矿区内延伸，呈现北北西向走向特点并不断倾没。

（1）泰安-孝义弧形断层与泰安-蔡庄断层，彼此相邻，呈现平行走向特点，断层起于西部的泰安，并经过铜冶店、上水河与大王庄一带，止于东部区域上的孝义，合并之后，向东部的蔡庄进行延伸，表现为突起向北的弧形断裂带，约为50km 长，断层面均向弧内进行倾斜，约为80°的倾角，形成盆地当中北侧区域的上的弧形边界，泰山群是其主要北盘，中新生界以及古生界分布于南盘。

（2）石门官庄-劝礼断层：起始于石门官庄，历经塔子与劝礼到达站里，约为15km 长，呈现东西向走向，向北侧方向倾斜，具有陡峭的倾角特点，形成盆地南部的边界地带，下古生界构成南盘，新生界构成北盘。

（3）八里沟向斜：分布于矿山弧形背斜的南部区上，两者相邻，向斜起始于西部的八里沟，延伸向东部区以上，主要表现为近东西向走向向北东东向转变，长度达到10km 左右。侏罗系分布于轴部，石炭系与二叠系共同组成两翼，南侧翼部是莱芜地区重要的煤田区。

2.3 岩浆岩

区内有着较为激烈的岩浆活动，主要形成时代包括太古代以及中生代和新生代几个时期，尤其是中生代火山活动最为强烈，由多数含矿岩体在这一阶段形成。

（1）矿山岩体：随着矿山弧形背斜走向进行侵入，主要侵位形成背斜核部，该岩体在区内有着非常大的规模，达到15km长，约为4km 宽，属于一个岩盖，和石炭二叠系以及中奥陶系呈现侵入接触关系，黑云母闪长岩以及黑云母辉石闪长岩是其中间相主要岩相特征，辉石闪长岩以及黑云母闪长岩主要分布于边缘地带，是由于碱质变质交代所形成，和中间相表现为表逐渐过度关系，没有明显的分相，有多处大型的矽卡岩磁铁矿床随着岩体接触带形成，矿山岩体是该区当中重要的控矿岩体。

（2）角峪岩体：石门官庄—劝礼断层对其起着明显的控制作用，东西约有13km 长，南北达到3km 的宽度，属于一个岩床或者岩盖，向奥陶系侵入，并呈现顺层侵入的特点。黑云母闪长岩以及黑云母二辉闪长岩是岩体主相，正长闪长岩以及闪长岩分布于边缘地带，有一些矽卡岩磁铁矿呈小型分布于岩体接触带。

（3）金牛山岩体 ：分布于盆地北侧的弧形断裂对其起着明显的控制作用，在出露范围上约有8km 长，约为4km 宽，是一个形态复杂的岩盖，向奥陶系与寒武系之间侵入，闪长岩以及黑云母闪长岩是其主要的岩性特征，闪长玢岩相对较少，小中型的矽卡岩磁铁矿分布于接触带上。

（4）铁铜沟岩体：由弧形断裂向东南部方向延伸以及和东西方向断层相互交汇部位所控制，整个岩体呈现岩枝状不规则产出，约为两千米长，0.5km 宽，向石炭系奥陶系侵入。黑云母闪长岩以及黑云母二辉闪长岩是其主要岩性特征。正长闪长岩以及闪长岩分布于局部，小、中型的矽卡岩磁铁矿床分布于接触带上。

以上这些岩体岩石类型和副矿物呈现类似特点，具有同源岩浆分异特征，通过分析地质构造，金牛山岩体，矿山岩体以及角峪岩体在深部区域上呈现相连特征。

由于区内热变质因素、矽卡岩化影响以及矿化热液因素作用，矿区围岩在类型方面，主要表现为以下特征：

碱质交代作用：在闪长岩体边缘部位较为发育，并发育于岩体的顶部，在远离接触带区域上不断变弱，区内矿化和碱质交代作用在空间上具有紧密的关联性，可作为重要的找矿标志。碱质交代在厚度方面，一般为十几米至几十米不等。

热变质作用：由于岩浆侵入以及散发因素影响，页岩、砂岩、灰岩等受到热变质，尤其是页岩灰岩出现更为明显的变质作用。大理岩是由于灰岩（奥陶系）重结晶所形成。板岩是由于页岩（石炭系）变质所形成，变质带达到200m 的厚度范围。与岩体接触部位还发育有接触交代作用。

3 矿床地质

3.1 矿床特征

张家洼铁矿床主要包括矿床3 个以及矿体34 个，奥陶系大理岩和闪长岩相互接触部位，以及奥陶系和石炭系假整合面是矿床的主要赋存部位，在矿山岩体北侧倾伏端弧形分布三个矿床，三个矿床均达到1km 左右的延伸，深部矿体中，主要矿体为Ⅰ、Ⅱ3、Ⅱ4 和Ⅱ5 矿体，占总储量94%。 矿体赋存部位主要是闪长岩与奥陶系大理岩的接触带。

Ⅰ矿体位于Ⅰ矿床、矿山弧形背斜的东翼，矿体形态为透镜状，局部为马鞍状。走向控制长1100m，倾向延伸1100m，赋存标高-150m ～-1100m。矿体走向294°，倾向北东。倾角10°～75°，在-450m 标高以上倾角在10°～35°之间，向下逐渐变陡，-450m 标高以下倾角在45°～60°之间,局部倾角为75°。厚度区间为2.00m ～100.95m，平均厚度35.01m。厚度变化系数为103%，矿体形态复杂程度为复杂。TFe 品位区间为20.11%～63.23%，TFe 平均品位37.44%，TFe 品位变化系数46%，有用组分分布均匀。

Ⅱ3 矿体位于Ⅱ矿床、矿山弧形背斜的西翼，矿体形态为似层状，矿体控制走向长1400m，倾向最大延伸1350m，赋存标高-300m ～-1020m。走向17°，倾向北西，-400m 标高以上倾角10°～30°，-400m 标高以下30°～40°，矿体厚度区间为1.98m ～78.71m，平均16.46m，厚度变化系数108.8%，矿体形态复杂程度为复杂。TFe 品位区间为21.86%～67.16%，平均品位46.68%，TFe 品位变化系数33.20%，有用组分分布均匀。

3.2 矿石质量及空间变化

（1）他形半自形粒状结构，是矿石的主要结构特点，同时还有压碎结构以及交代残余结构，粉状浸染状，角砾状，致密块状是矿石的主要构造特点。

（2）矿石当中的主要金属矿物成分达到60%以上，同时还有40%的脉石矿物，磁铁矿是主要的金属矿物，达到90%以上，另外有少量的黄铁矿、赤铁矿、自然铜、褐铁矿、黄铜矿等。并有微量的斑铜矿、磁黄铁矿以及辉铜矿和铜兰等，透闪石、透辉石、蛇纹石、方解石、蛇纹石以及绿泥石是主要的脉石矿物。

3.3 矿石类型

矿石的结构构造以及地下水活动和矿石的氧化程度有着非常紧密的关联性，通常致密的矿石氧化程度相对较低，而发育裂隙，结构松散的矿石具有较高的氧化程度，在大理岩顶板、地下水活动较强的层位矿石氧化程度较高，磁铁矿石是矿石的主要自然类型，铁矿石是主要的工业类型。

3.4 围岩蚀变特征

莱芜张家洼铁矿床是中生代燕山晚期闪长质岩浆侵入奥陶纪马家沟群灰岩中发生接触交代作用而形成的矿床，围岩蚀变作用强烈。

（1）近矿岩体自变质和蚀变作用。自变质作用主要表现为闪长岩的碱质交代作用，斜长石的钾长石化、钠长石化、角闪石的透辉石化，形成淡红色的正长闪长岩和淡绿色的透辉石化闪长岩。碱质交代作用主要发育在闪长岩体的顶部和边部，向深处逐渐减弱或消失。蚀变作用主要为矽卡岩化、绢云母化、绿泥石化、高岭土和葡萄石化。此作用使岩石中的K2O 含量相对较高，岩石变为偏碱性。

（2）矽卡岩。岩体中的含矿热液与灰岩经双渗滤交代作用形成透闪石、透辉石、石榴子石、金云母等矽卡岩矿物集合体，构成钙镁质矽卡岩，以透辉石矽卡岩为主，石榴子石矽卡岩、金云母透辉石矽卡岩、绿帘石透闪石卡岩次之，广泛发育与内外接触带。透辉石矽卡岩主要由透辉石组成，含少量金云母、石榴子石、蛇纹石和磁铁矿。MgO 含量接近20%，为钙镁矽卡岩，多发育在闪长岩与灰岩接触带上，与矿体关系密切。

（3）近矿灰岩的热变质及热液蚀变作用，由于热变质作用，使奥陶纪马家沟群灰岩不同程度重结晶，形成结晶灰岩和各种大理岩。热液蚀变作用主要是蛇纹石化、金云母化、蛭石绿泥石化和碳酸盐化。蛇纹石化与矿化关系密切，蛇纹岩与矿体呈互层状产出，矿石中的脉石矿物主要是蛇纹石，蛇纹石有三种，分别是纤维状蛇纹石、叶蛇纹石和胶状蛇纹石。

（4）石炭纪砂页岩的变质作用。主要表现为热变质，石炭系页岩变为板岩、斑点板岩、红柱石角岩、绢云母角岩、长英角岩等，有时形成矽卡岩化板岩、砂岩。

（5）围岩蚀变带的划分。张家洼铁矿床矿体围岩蚀变作用强烈，在成矿围岩与侵入岩接触带及其附近，常形成厚度几米至上百米的蚀变带。从闪长岩体到灰岩可分为7 个蚀变带：①蚀变闪长岩带。各种蚀变闪长岩沿裂隙发生蚀变，主要为热液蚀变；②矽卡岩化闪长岩带。包括矽卡岩化似斑状闪长岩、矽卡岩化正长闪长岩等，多沿裂隙发育，叠加有热液蚀变；③石榴子石透辉石矽卡岩带。包括石榴子石透辉石矽卡岩、透辉石方柱石矽卡岩、绿帘石透辉石矽卡岩等，此带不发育，常缺失；④透辉石矽卡岩带。主要是透辉石矽卡岩，其次是有绿泥石透辉石矽卡岩等；⑤蛇纹石化大理岩带。主要是蛇纹石化大理岩，包括蚀变大理岩及金云母、蛭石、绿泥石岩等；⑥大理岩带。主要是奥陶纪马家沟群灰岩蚀变成大理岩；⑦板岩角岩带。主要有石炭纪本溪组泥岩经热变质作用而成。上述蚀变带常发育不全，中间常有缺失。各带的蚀变岩石与未蚀变岩石相比，除矿物组合上有较大差异外，在岩石化学组成上也有明显的不同。根据各带岩石的化学分析结果，SiO2、Al2O3含量自蚀变闪长岩带至板岩角岩带，含量逐渐降低，表明其自闪长岩带出、进入围岩。CaO、MgO 含量自蚀变闪长岩带至板岩角岩带逐渐增高，表明其自大理岩带出，进入闪长岩。

在岩浆结晶过程分异以铁元素为主的含矿热液被石炭纪地层隔挡在马家沟群灰岩与闪长岩接触带和石炭系与奥陶系平行不整合面两个的封闭空间中，发生了以接触交代为主的多种交代作用，首先产生矽卡岩化，在矽卡岩生成之后，大量的磁铁矿结晶形成了磁铁矿体。随着温度的降低矿化进入热液阶段，伴随有蛇纹石化和绿泥石化，形成蛇纹岩带。此阶段持续时间较长，有少量的脉状磁铁矿析出。根据张家洼矿床铁矿赋存位置，板岩、角岩与大理岩可以作为找矿的岩石标志。

4 矿床成因分析

由于燕山期强烈的构造因素影响，促进断陷盆地构造形成，矿山弧形背斜的形成为后期岩浆侵入提供了非常有利的条件。

中性闪长岩岩浆，伴随构造因素影响，向矿山弧形背斜核部逐步侵入，为矿床提供了丰富的物质来源。

矿山弧形背斜核部侵入过程，岩浆当中富含Mg、Fe 等物质，基本凝固的闪长岩岩浆随着残余的溶液，不断随着接触带上升。在有利的构造以及围岩部位出现交代作用，矽卡岩化的产生是开始矿化阶段的标志。由于持续性的交代作用，溶液在温度、浓度还有组分方面出现巨大改变，促进磁铁矿的形成。溶液最终呈现不断降低的温度特点，其Mg 含量不断增高，并不断和围岩出现交代，导致近矿围岩当中，有很多中低温热液变质矿物形成，如绿泥石以及蛇纹石等。

其镁质的来源：镁质在成矿溶液当中具有丰富的含量，由于交代作用的影响，促进含镁矿物形成，如网状细网状的白云石以及蛇纹石。同时原岩当中也有镁质，如白云质灰岩，由于热变质因素影响，逐渐向橄榄石大理岩进行转变，由于热液影响，橄榄岩逐渐向蛇纹石转变，矿石中的橄榄石假象依然存在。镁质在溶液当中可能源自于深部岩浆，也可能因岩浆对深部区域上含Mg 围岩进行同化所形成。