鲁西超深覆盖区矽卡岩型铁矿勘查技术体系研究

郝兴中 张文 朱学强 智云宝 王润生 刘伟 王巧云 李英平 张贵丽 彭观峰

摘要： 鲁西齐河 禹城超深覆盖区矽卡岩型铁矿找矿成功案例对于深覆盖区铁矿勘查工作具有重要的借鉴意义。齐河—禹城地区属低缓地球物理异常区，铁矿位于新生界巨厚覆盖层之下，勘查难度大；目前勘查发现的铁矿体位于李屯、大张、郭店村等地，总体具有“埋藏深、厚度大、品位高、储量多”的特点。本次研究在总结区域矿产勘查经验基础上，分析区内勘查技术手段的有效性，优选了专项地质测量（综合研究）、面积性磁法测量、面积性重力测量、大比例尺综合物探剖面测量（磁法、重力、电法、地震等）、钻探和测井等技术手段进行优化组合开展勘查工作。通过研究该区铁矿勘查成果，按照面上选区、区内选段、段中选点的思路，构建了超深覆盖区矽卡岩型铁矿勘查技术体系，综合研究全程指导—信息集成异常初选—航空物探异常选区—地面物探异常选段—物探剖面异常选点—钻孔测井查证异常。在勘查过程中需持续分析研究各找矿手段的技术优势，以获得最佳找矿效果，为在类似地区矽卡岩型铁矿找矿过程中提供技术手段和勘查经验。

关键词： 超深覆盖区；矽卡岩型铁矿；找矿方法；勘查技术体系；鲁西

中图分类号： P618.31     文献标识码： A    doi：10.12128/j.issn.1672 6979.2023.03.015

引文格式： 郝兴中，张文，朱学强，等.鲁西超深覆盖区矽卡岩型铁矿勘查技术体系研究——以齐河—禹城地区铁矿勘查为例［J］.山东国土资源，2023，39（3）：102 109.HAO Xingzhong，ZHANG Wen，ZHU Xueqiang，et al. Study on Exploration Technology System of Skarn Type Iron Deposit Ultra deep Coverage Area in Western Shandong Province——Taking Iiron Deposit Exploration in Qihe   Yucheng Area as an Example［J］.Shandong Land and Resources，2023，39（3）：102 109.

0 引言

矿产资源是国民经济的重要支柱之一，具有不可再生的基本属性，随着我国国民经济快速发展和矿产资源需求日益加剧，传统优势矿种保障能力不断下降，以往紧缺矿产资源日趋稀缺，由此造成我国矿产资源形势日益严峻，对外依存度持续攀升，极大地影响了我国能源资源安全［1 2］。由于矿产资源勘 查和开发力度不断增强，浅表矿床大幅减少，促使深部找矿工作逐步走向前台，其中（超）深覆盖区是当前和今后相当长时期内矿产勘查工作的重点［3 5］。铁矿资源是我国紧缺的大宗矿种之一，铁矿石长期依赖进口，为有效解决上述问题，增强我国铁矿资源保障能力，加强铁矿资源（尤其是富铁矿）勘查工作势在必行。

鲁西地区是中国东部铁矿重要产地之一，其中 接触交代型铁矿（矽卡岩型铁矿）是区内优势矿种，多具有“分布集中、品位较高、储量巨大”的特点，主要分布于济南、淄博、莱芜、德州等地市［6 7］。德州市齐河—禹城地区属于新生界超深覆盖区（其埋藏深度多大于500m，部分地段大于900m）。近年来，该区深部找矿工作取得了重大找矿突破，省内相关地勘单位经过周密部署和统筹勘查陆续发现了李屯、大张、郭店村3处铁矿床［8 11］。该区铁矿床具有“厚度大、品位高、埋藏深、储量多”的特点，同时该区科学研究工作［12 14］也有较大进展，为该区矿产勘查提供了支撑。以往研究区内铁矿勘查工作主要运用了航空磁法测量、航空重力测量、1 ∶ 2.5万～1 ∶ 1万磁法测量、1 ∶ 1万重力剖面测量、1 ∶ 5000磁法剖面测量、（音频）大地电磁测深剖面、二维地震剖面测量、钻探施工和以井中三分量磁测［10 14］为代表的测井等技术手段进行勘查工作；由于目前该区属于超深覆盖区铁矿勘查工作，因此需要整合区内各类勘查技术手段以提高找矿效果。本文以齐河—禹城地区铁矿勘查工作为例，通过对该区铁矿特征和找矿方法、勘查成果进行剖析，构建该区铁矿勘查技术体系，从而对相关超深覆盖区矽卡岩型铁矿找矿工作提供借鉴。

1 区域地质背景

齐河 禹城铁矿位于山东省西北部，行政区划主要属德州市管辖（局部属聊城市管辖），其大地构造位置属鲁西隆起区NW部的齐河潜凸起（Ⅴ级构造单元，图1a）。该区被巨厚层新生代地层所覆盖，自上而下主要发育有第四系、新近系、二叠系、石炭系、奥陶系和寒武系等［15］；該区岩浆岩为中生代中基性侵入岩和新太古代酸性侵入岩。区内构造活动强烈，差异性沉降显著；该区地球物理异常较为明显，其中1 ∶ 50万航磁异常形似“胚胎状”（图1b），呈近SN向，属典型的低缓航磁异常；航空重力异常较为明显，呈“纺锤状”（图1c），亦呈近SN向，由图可知，研究区重磁异常具有较为明显的“同源性”特征。

2 典型铁矿床特征

2.1 矿区特征

研究区内成矿地质条件优越，其中奥陶纪地层及石炭纪—二叠纪地层为该区铁矿赋矿地层；区内燕山晚期岩浆活动强烈，以中基性侵入岩类为主，其中大面积分布闪长岩类岩石，可划分为李屯岩体、潘店岩体、大张岩体及薛官屯岩体等（图2）；区内构造发育，其中断裂以NE向、NNW向和近SN向为主，褶皱呈短轴背斜，多呈近NNE和NNW向发育。

研究区内1 ∶ 5万航磁异常显著，分析表明，该区异常可分为李屯、潘店、大张和薛官屯4个次级磁异常［7，14 16］；其中李屯次级磁异常规模和强度最大，大张次级磁异常次之，潘店次级磁异常较弱，薛官屯次级磁异常强度最弱。该区1 ∶ 5万重力异常较为发育，大致呈在相对低重力异常背景上发育的高重力异常特征，通过数据处理表明研究区内重磁异常具有明显“同源性”特征，物探数据解译显示该区化极异常（图3a）和剩余重力异常（图3b）十分显著。在对区内物探异常分析和异常查证的基础上，在研究区内的李屯异常西侧发现了李屯铁矿、潘店异常西侧发现了郭店村铁矿、大张异常西南侧发现了大张铁矿；同时薛官屯异常也发现了磁铁矿化找矿线索。由图3可知，化极异常和剩余重力异常与发现的铁矿体具有高度吻合性。

2.2 矿体特征

研究区内通过勘查发现了多处铁矿床，其中李屯铁矿位于李屯次级磁异常区西侧，铁矿埋藏较深（矿体顶板赋存标高 1123m左右），矿体厚度大；潘店铁矿位于潘店次级磁异常区西侧，铁矿埋藏最深（矿体顶板赋存标高 1418m左右），矿体厚度较大。大张铁矿位于大张次级磁异常区SW侧，铁矿埋藏相对较浅（矿体顶板赋存标高 716m左右），厚度相对较薄，研究区内各铁矿床控矿特征见表1。在上述各处物探异常中，潘店异常较弱，通过对该区地质—地球物理异常进行缜密分析，2019年山东省地质调查院选择该异常中郭店村东侧进行了异常查证工作，首次在该区发现了矽卡岩型铁矿床，铁矿体勘查工作在标高 1417.94m～ 1515.47m处共发现了5层铁矿体，厚度约40.26m（图4）［10］。

研究区各矿床的铁矿体附近蚀变特征显著，由岩体到地层方向，总体蚀变分带特征为“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—碎屑岩带”，且岩矿石颜色变化显著（图5）。研究区铁矿体赋存形式多样，可分为接触带赋存式、层间充填式、断裂充填式、裂隙贯入式、捕虏体构造式共5种赋存形式［15 16］，铁矿体呈层状、似层状、透镜状、脉状、囊状及不规则状等；铁矿石品位较高，高达50%以上。

2.3 矿石特征

研究区内铁矿石类型多样，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［17］及其多种组合形式（表2）。

3 找矿标志

根据研究区铁矿勘查及科研工作，研究显示该区铁矿体具有地层、岩体、构造联合控矿的特点，通过综合分析该区铁矿找矿标志表明［18 19］，区内找矿标志可分为地层标志、岩体标志、构造标志、围岩蚀变标志、地球物理标志等（表3）。在铁矿勘查过程中，需要综合应用以上地层标志、岩体标志、围岩蚀变特征、构造标志、地球物理标志等进行相互配合、互为补充和综合研究，从而取得最优勘查效果。

4 找矿技术方法

郝兴中等［20］通过对齐河—禹城地区开展铁矿勘查和综合研究，结合勘查区“三位一体”找矿预测理论［21 22］，总结了该区矽卡岩型铁矿综合找矿预测地质模型。在结合区域矿产相关勘查经验的基础上［23 33］，在研究区通过运用面积性磁法测量和重力测量、大比例尺磁法、重力、电法、地震等物探剖面测量、钻探、测井和综合研究等工作手段（表4），通过运用上述勘查技术手段，在该区取得了重大找矿突破和显著科研成果，同时为相关地区开展矽卡岩型铁矿找矿工作提供了可供参考的技术手段和勘查经验。

5 勘查技术体系

齐河—禹城地区矿产勘查为典型的超深覆盖区矽卡岩型铁矿找矿工作，研究区内按照“区域展开、层层推进、由面及点、点面结合、重点突破”的方针；为了达到最优的勘查效果，依据区内综合找矿预测模型，构建了“综合研究全程指导—信息集成异常初选—航空物探异常选区—地面物探异常选段—物探剖面异常选点—钻孔测井查证异常”勘查技术体系（图6），其中以上勘查技术体系中“区、段、点”属于“面上选区→区内选段→段中选点”逐渐缩小的逻辑关系。

表4 研究区铁矿勘查方法简表     方法 选择依据 详细特征描述 网度/点距 专项 地质 测量 该方法旨在了解目标区深部地质特征（尤以超深覆盖区），该项工作是铁矿勘查工作的基础。 该方法主要将地物化遥等信息加以综合并体现在各类图件上，注重并突出与矽卡岩型铁矿相关的地层要素、侵入岩要素、构造要素和围岩蚀变要素等 开展1 ∶ 1万～1 ∶ 5万基岩地质系列编图 磁法 测量 磁法测量是区内最显著的地球物理方法，磁异常及化极异常等强度与其下铁矿体呈显著的正相关关系 该方法主要分为面积性航空（或地面）磁法测量和大比例尺磁法剖面测量工作；因受村庄等地物干扰，大比例尺高精度航空磁法测量效果相对较好 面积性测量网度以1 ∶ 1万～1 ∶ 5万为宜，剖面点距以20m为宜，背景场处可适当放稀 重力 测量 重力异常高值区多为侵入岩体上隆和古生代地层发育地段，铁矿体分布于重力异常梯度带附近和局部剩余重力异常显著部位。 该方法主要可分为面积性航空（或地面）重力测量和大比例尺重力剖面测量工作；用于配合其他物探剖面对深部地质体进行综合反演 面积性测量网度以1 ∶ 2.5万～1 ∶ 5万为宜，剖面点距以40～50m为宜，背景场处可适当放稀 电法 测量 电法异常高低阻转换部位多为地层/岩体接触带等重要部位，从而间接指示铁矿体赋存位置 该方法多以剖面形式布设于物探异常显著部位，如大地电磁测深、广域电磁测深剖面等，用于配合其他物探剖面进行综合解译 点距以50～100m为宜，在背景區可适当放稀 地震 测量 该方法可较精确地识别深部沉积地层、侵入岩体及构造分布情况 该方法成果是对深部地质体空间形态的甄别来确定成矿有利部位，用于配合其他物探剖面对深部地质体进行综合反演 地震炮距以40～50m为宜 钻探 施工 钻探是对深部地质单元的了解最为直接的勘查手段 由于该区矿体埋藏深度较大，因此对于钻探施工要求较高，特别要注重钻孔斜度控制，认真观察并提取孔中地质信息 多采用直孔方式钻进，严格控制钻孔斜度 物探 测井 该方法是在钻孔施工过程中对隐伏铁矿体进行的补充性测量工作，对钻孔深部和旁侧异常测量进行指导 该方法常用井中三分量磁测，其成果与所揭露铁矿体具有鲜明指示作用和高度对应性，对于地层/岩体接触带也有一定的指示作用，亦可推断钻孔旁侧及孔底附近有无隐伏磁性地质体存在测量点距以不大于1m为宜。

（1）综合研究全程指导。

通过充分剖析周邻地区矽卡岩型铁矿典型矿床，认真研究其成矿规律、控矿因素、赋矿空间、成矿模式等。通过对齐河—禹城超深覆盖区的勘查成果进行综合研究，深入分析该区成矿地质体、成矿构造和成矿结构面、成矿作用特征标志等，对深部地质单元特征进行深入剖析，注重与该区矽卡岩型铁矿相关地层要素（奥陶系、石炭系、二叠系）、侵入岩要素（闪长岩体）、构造要素（各种断裂、褶皱构造翼侧和构造交汇部位等）、围岩蚀变要素（如铁矿体蚀变分带特征）的研究，编制前古近纪基岩地质图、前石炭纪基岩地质图、建造构造图、成矿规律图、构造纲要图、预测要素图等综合类图件；总结区内成矿条件、控矿要素、成矿规律、三维建模、成矿机制、找矿方法等，在整个勘查周期内持续开展综合研究，科学地指导该区铁矿的勘查工作。

（2）信息集成异常初选。

充分收集区内地质矿产、物探、化探、钻探、科研等资料，并对其进行综合分析研究，选择目标异常评价区；通过已知铁矿区的地质矿产和地球物理等特征与之进行对比，推断覆盖区下矽卡岩型铁矿的成矿可能性，为异常评价区或目标工作区顺利开展矿产勘查工作提供资料基础，在本次研究工作中即为图1中初选的“齐河—禹城异常评价区”。

（3）航空物探异常选区。

异常选区是指优选矿致异常分布区，重磁方法测量是区内最有效的地球物理方法［33 34］，矽卡岩型铁矿体多位于磁异常及重力异常明显部位，且与铁矿体多呈正相关关系；但齐河—禹城地区因属超深覆盖区，较全省其他矽卡岩型铁矿区（如济南、莱芜、金岭等），物探异常总体较低，通过分析该区1 ∶ 50万～1 ∶ 5万航磁等数据认为该区深部地段具有形成矽卡岩型铁矿的可能性。齐河—禹城地区航空磁异常和重力异常较为明显，航磁特征与矽卡岩铁矿关系密切，该区铁矿的发现首先是对全省小比例尺航空磁异常和重力异常进行分析基础上取得的，优选了图2中李屯、大张、潘店、薛官屯异常区作为重点工作区开展工作。航空物探工作还可更深入地优选勘查靶区，如王卫平等［35］在综合研究基础上，共圈定了26个具有较大铁矿找矿潜力的航磁异常，为期后地面物探工程部署提供了依据。

（4）地面物探异常选段。

异常选段主要是在矿致异常区中优选主要的、最优矿致异常地段，研究区地面磁异常主要开展了1 ∶ 2.5万～1 ∶ 1万地面磁法测量和1 ∶ 5万～1 ∶ 2.5万地面重力测量工作，在勘查工作中将大比例尺地面物探资料与1 ∶ 5万航磁资料进行有效融合；通过对地面磁法测量资料分析和综合解译，本次研究工作即指图3中优选了李屯次级异常、大张次级异常、潘店次级异常、薛官屯次级异常西侧的局部异常显著处作为下一步勘查工作首选地段，为大比例尺综合物探剖面布设提供了依据。

（5）物探剖面异常选点。

异常选点是在最优矿致异常地段内通过实施物探剖面解译，精准定位深部铁矿体有利赋存部位。大比例尺综合物探剖面测量工作（如重磁电震等方法）是研究区内铁矿部署钻孔的主要依据［32，36］；由于矽卡岩型铁矿形态较不规则，亦可使用“十字”剖面加以控制。在上述物探異常优选的铁矿成矿有利地段处，布设综合物探剖面，通过综合反演区内重磁电震等剖面方法采集的物探数据，系统分析并提取深部地质信息，在李屯、大张和郭店村等地区定位了铁矿赋存有利位置，以潘店异常区勘查工作为例（图7），通过对大比例尺物探剖面的研究表明［17，37 38］，可较精确地定位深部铁矿体，为钻探选点并施工提供最终方案。

（6）钻孔测井查证异常。

本项工作的技术手段主要包括钻孔施工和物探测井。通过对上述异常区进行全方位的分析基础上，在优选的成矿有利地段处利用钻探技术手段进行异常查证，陆续发现了李屯铁矿、大张铁矿、潘店铁矿等，同时揭示了深部地质单元的分布特征，取得了良好的勘查效果；同时在施工的钻孔中均开展了以井中三分量磁测为主的测井工作［39］，揭示了钻孔旁侧异常，有力地指导了后续钻孔施工等，为目标区铁矿资源评价提供了重要保障。

6 结论

由于覆盖区矿产勘查是今后工作的重点，齐河—禹城超深覆盖区矽卡岩型铁矿找矿的成功案例对于相关地区勘查工作具有十分重要的借鉴意义。

（1）齐河—禹城地区属低缓物探异常区，该区铁矿勘查难度很大，勘查表明铁矿赋存于李屯、大张、郭店村等地；由于该区铁矿体埋藏深度大，且位于巨厚的新生界覆盖层之下，属于典型的超深覆盖铁矿区。研究区铁矿总体具有“埋藏深、厚度大、品位高、储量多”的特点；在系统勘查的基础上，有望成为山东省又一富铁矿后备基地，上述地区铁矿床的发现和勘查具有十分重要的意义。

（2）在结合区域矿产相关勘查经验的基础上，分析相关铁矿勘查技术手段的有效性，优选了综合研究、面积性磁法测量、面积性重力测量、大比例尺综合物探剖面测量（磁法、重力、电法、地震等）、钻探和测井等技术手段，通过综合运用上述勘查技术手段在该区取得了重大找矿突破和显著科研成果，同时为类似地区开展矽卡岩型铁矿找矿工作提供可供参考的技术手段和勘查经验。

（3）在综合研究该区铁矿勘查成果的基础上，按照面上选区、区内选段、段中选点的思路，构建了超深覆盖区矽卡岩型铁矿勘查技术体系，即综合研究全程指导—信息集成异常初选—航空物探异常选区—地面物探异常选段—物探剖面异常选点—钻孔测井查证异常。同时在开展勘查工作过程中，需要不断分析研究各种勘查手段的有效性，以期获得最佳勘查目的。

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Study on Exploration Technology System of Skarn   Type Iron Deposit Ultra deep Coverage  Area in Western Shandong Province   ——Taking Iiron Deposit Exploration in Qihe   Yucheng Area as an Example

HAO Xingzhong1， ZHANG Wen1， ZHU Xueqiang1， ZHI Yunbao1， WANG Runsheng2， LIU Wei2， WANG Qiaoyun1， LI Yingping1， ZHANG Guili1， PENG Guanfeng1

（1. Shandong Institute of Geological Surveying， Shandong Ji'nan 250014， China; 2. Shandong Geophysical and Geochemical Exploration Institute， Shandong Ji'nan 250013， China）

Abstract：  Accompanying with gradual advance of deep ore prospecting， mineral exploration in deep coverage areas will be main study object in the future. The successful case of skarn type iron ore prospecting in Qihe   Yucheng ultra deep coverage area in western Shandong province has very important reference significance for iron ore exploration in relevant areas. Qihe   Yucheng area belongs to low—gentle geophysical anomaly area， and iron deposits are located under Cenozoic huge thick coverage area with difficult exploration. At present， the iron ore bodies discovered in the exploration areas are located in Litun， Dazhang， Guodian village and other places， which are generally characterized by "deep burial， large thickness， high grade， large reserves". On the basis of summingg up regional mineral exploration experiences， the effectiveness of exploration technology in the area has been analyzed ， and the combination of special geological survey （comprehensive study）， areal magnetic survey， areal gravity survey， large scale comprehensive geophysical profile survey （magnetic method， gravity method， electrical method， seismic method， etc.）， drilling， logging and other technical means have been optimized to carry out exploration work. Based on the study of iron ore exploration results in the area， according to the thought of selecting areas on the surface， selecting sections in the area， and selecting points in the section， a technical system for the exploration of skarn iron ore in the ultra deep coverage area has been set up， that is comprehensive study of full period guidance—information integration and preliminary selection of anomalies—selecting area of airborne geophysical anomalies—selecting sector of surface geophysical anomalies—selecting points of geophysical profile anomalies—borehole and logging verification anomalies. In the exploration process， it is necessary to continuously analyze and study technical advantages of each prospecting method to obtain the best prospecting effect. It also provides technical means and exploration experience in the process of prospecting for skarn type iron ores in similar areas.

Key words： Ultra deep coverage area; skarn type iron deposit; prospecting methods; exploration technology system; western Shandong province