山東萊蕪張家洼鐵礦平爐富礦和伴生的銅、鈷組分研究

宗信德，李 衛，王 建，喬 偉，張俊峰，劉紀濤

（泰安市鈺鏹地質資源勘查開發有限責任公司，山東 泰安 271000）

0 引言

山東萊蕪張家洼鐵礦是萊蕪接觸交代－熱液型鐵礦的一部分。它由賦存于礦山弧形背斜傾沒端的張家洼Ⅰ、張家洼Ⅱ、張家洼Ⅲ等3個礦床組成（圖1），累計查明鐵礦石資源儲量28 965.36×104t，其中平爐富礦7 060×104t，伴生組分銅金屬資源儲量217 256.1 t，鈷金屬資源儲量48 548.3 t。認真研究張家洼鐵礦中平爐富礦和伴生組分銅、鈷的賦存特征和成礦規律，對于認識整個萊蕪接觸交代－熱液鐵礦的物質來源和礦床成因具有重要意義。

1 礦床地質特征

1.1 含礦地層特征

張家洼Ⅰ礦床①的賦礦圍巖為馬家溝組閣莊段（O2mg）泥質白云質石灰巖、灰質白云巖；張家洼Ⅱ礦床②和張家洼Ⅲ礦床③的賦礦圍巖為馬家溝組八陡段（O3mb）灰色、青灰色中厚層石灰巖、含白云質石灰巖；個別礦體賦存于月門溝群本溪組、太原組鐵鋁頁巖、砂巖等碎屑巖中。一般說來，八陡段石灰巖因鈣質含量高（區域平均值w（CaO）＝54.36％）［1］、滲透率高、化學性質活潑，加之有膏溶角礫巖和膏溶白云質角礫巖的存在，既是構造薄弱帶，還具可溶性和可塑性特點，故易于交代成礦。反之，鈣質含量低的白云巖、白云質灰巖則不易成礦。但為什么含鈣質低的閣莊段白云質灰巖、灰質白云巖（區域平均值w（CaO）＝38.90％）卻能形成具一定規模的張家洼Ⅰ礦床？我們認為是地質環境綜合作用的結果。

1.2 含礦構造特征

張家洼3個鐵礦床分布于礦山弧形背斜傾沒端（圖1）的背斜（圖2）和背向斜褶皺構造（圖3）中。控制礦體的構造為假整合面構造（主要是張家洼Ⅲ、張家洼Ⅱ）、圍巖層間裂隙構造、接觸帶構造及其復合構造。

圖1 山東萊蕪張家洼鐵礦田礦床分布及基巖地質圖Fig.1 Geological map focused on distribution of Fe deposits and bed rock in Zhangjiawa Fe ore field，Laiwu area，Shandong province

圖2 張家洼Ⅲ礦床16線綜合地質剖面圖Fig.2 Integrated geological section of line 16 at Fe depositⅡ，Zhangjiawa area

1.3 控礦巖體特征

張家洼鐵礦的控礦巖體為輝石閃長巖、黑云母輝石閃長巖。

正長閃長巖、黑云母正長閃長巖常分布在巖體頂部，厚度幾米至幾十米，最大可達百余米，為自變質堿質交代的產物。閃長玢巖、二長玢巖多為巖床，厚10～30 m，多分布在假整合面附近，與礦體關系密切，常有磁鐵礦浸染或磁鐵礦細脈穿插。在巖體與圍巖的接觸部位產生熱變質，使石灰巖變成大理巖，頁巖、砂巖變為角巖、板巖等。

1.4 圍巖蝕變及礦化特征

圍巖蝕變有自變質堿質交代、接觸交代蝕變和熱液蝕變3種。自變質為黑云母輝石閃長巖中的斜長石普遍鉀化、鈉化，角閃石透輝石化，形成淺紅色正長閃長巖。接觸交代蝕變常形成透輝石、金云母、綠簾石、石榴子石等夕卡巖礦物的集合體，主要有透輝石夕卡巖、金云母透輝石夕卡巖、綠簾石透輝石夕卡巖等，多發育在接觸帶附近，厚0～5 m，與礦體關系密切。熱液蝕變包括蛇紋石化、金云母化、蛭石綠泥石化和碳酸鹽化等。

礦化有磁鐵礦化、黃鐵礦化、黃銅礦化等。在蛇紋石化大理巖、透輝石夕卡巖、含鐵透輝石夕卡巖、磁鐵礦化蛇紋巖中，w（TFe）＝10％～15％，個別達25％，常與礦體互層或呈漸變接觸關系。

圖3 張家洼Ⅱ礦床8線綜合地質剖面圖Fig.3 Integrated geological section of line 8 at Fe depositⅡ，Zhangjiawa area

1.5 鐵礦石特征

礦石礦物主要為磁鐵礦，粒徑一般為0.1～0.3 mm，次為赤鐵礦、褐鐵礦、黃鐵礦、輝銅礦、黃銅礦、自然銅、斑銅礦等；脈石礦物主要為透輝石、蛇紋石、方解石、白云石、綠泥石、金云母、蛭石等。

礦石結構主要為半自形粒狀結構、交代殘余結構、壓碎結構、假象結構等；礦石構造主要為致密塊狀，其次為浸染狀、角礫狀、條帶狀、花斑狀、松散狀以及蜂窩狀。

礦石有益化學組分主要為Fe，次為Cu和Co（表1）。鐵礦石最高品位w（TFe）＝68.59％（張家洼Ⅱ），銅的最高品位w（Cu）＝2.991％（張家洼Ⅲ），鈷的最高品位w（Co）＝0.26％（張家洼Ⅲ）。礦石有害組分w（S）一般在0.015％～5.3％，w（P）一般低于0.015％。礦石的顯著特點一是平爐富礦多，二是伴生銅和鈷；銅可綜合利用，鈷因呈類質同像賦存于黃鐵礦晶格中，或存在于氧化鐵中，大多不能回收。

表1 礦山礦田平爐富礦、伴生組分銅鈷金屬資源儲量統計Table 1 Statistics of rich iron ore for martin steel and the by－products（Cu，Co）resource volume in Kuangshan ore field

2 成礦地質環境分析

礦山巖體在侵位的過程中，巖漿從地殼深部的高溫、高壓環境向淺部的低壓環境中遷移，依靠自身強大的能量不斷地對沿途的圍巖進行熔蝕，并通過多種物理－化學方式對通道進行擴容。巖漿期后熱液依然沿用這種趨勢進行遷移和擴容。并選擇合適的圍巖進行雙交代滲濾作用，使其中的礦質富集成礦。不僅在圍巖中的多個層位中交代成礦，還萃取地層中的有用元素重新聚集形成新的礦體，也能使鈣質含量不是很高的閣莊段白云巖、白云質灰巖交代成礦。

張家洼鐵礦分布在礦山弧形背斜的傾沒端，處于弧形背斜兩翼轉折、狹縮收斂部位，圍巖的3個賦礦層位（閣莊段、八陡段、本溪組）的巖石化學性質有利于雙交代滲濾作用的進行。不同地層組（段）之間（五陽山段與閣莊段間、閣莊段與八陡段間、八陡段與本溪組間）的3個的界面、假整合面構造（馬家溝組八陡段與月門溝群本溪組之間）為成礦提供了運移通道和儲礦空間。

需要注意的是，在張家洼Ⅲ鐵礦床NE 500 m處的垂陽鐵礦床是由賦存于本溪組碎屑巖、鐵鋁頁巖中的緩傾斜似層狀礦體和接觸帶礦體組成，礦石平均品位w（TFe）＝55.84％，w（S）平均值3.984％，鐵、硫品位明顯高于其他礦床。張家洼鐵礦南約35 km的鐵銅溝巖體周邊，由1號至10號共10個小礦體組成的鐵銅溝礦床，是由賦存于本溪組鐵鋁頁巖裂隙中的緩傾斜似層狀礦體組成，礦石平均品位w（TFe）＝55.39％，w（S）平均值3.897％，w（Cu）平均值0.16％，鐵、硫、銅明顯高于其他礦床。說明它們與本溪組鐵鋁頁巖中鐵銅金高背景值有關。

3 平爐富礦及伴生銅鈷特征

3.1 平爐富礦分布特征

礦山鐵礦田中平爐富礦達8 020×104t，礦石的平均品位w（TFe）＝58.61％（表1）。張家洼礦床的平爐富礦為7 060×104t（表2），礦石的平均品位w（TFe）＝58.62％，占礦山礦田平爐富礦總量的88.03％。其中，張家洼Ⅰ礦床平爐富礦1 128.67× 104t，占本礦床資源儲量的23.67％；張家洼Ⅱ礦床平爐富礦2 802.00×104t，占本礦床資源儲量的30.94％；張家洼Ⅲ礦床平爐富礦3 129.33×104t，占本礦床資源儲量的20.67％。

平爐富礦總體分布在淺部假整合面礦體及其復合礦體中。張家洼Ⅰ礦床平爐富礦主要分布在礦床中部，長400 m，寬150 m，厚5～20 m。張家洼Ⅱ礦床平爐富礦主要分布在3線—10線，長650 m，寬100～300 m，厚5～30 m，最厚34 m。張家洼Ⅲ礦床平爐富礦主要分布在Ⅲ1和Ⅲ3礦體內，Ⅲ2和Ⅲ4礦體所占比例小。Ⅲ3礦體平爐富礦沿走向延長約800 m，傾向延深200～400 m，厚度3～27 m，走向、傾向對應較好；Ⅲ1礦體平爐富礦分布在9線－0線，走向延長100～200 m，相鄰剖面亦能對應。

3.2 伴生銅鈷的分布特征

礦山礦田鐵礦床伴生有益組分銅金屬資源儲量353 885.8 t，鈷金屬資源儲量76 257.52 t（表1）。其中，張家洼3個礦床伴生的銅金屬資源儲量為217 256.1 t，占礦山礦田礦床銅金屬資源儲量的61.39％；鈷金屬資源儲量48 548.3 t，占礦山礦田礦床鈷金屬資源儲量的63.66％。含銅礦物主要為輝銅礦、自然銅，次為黃銅礦、斑銅礦等。鈷主要含在黃鐵礦中，根據單礦物化學分析，黃鐵礦中w（Co）＝0.63％。有害元素S主要含在黃鐵礦中，次為銅的硫化物中。Co與S，Cu的關系密切，S高Cu高Co亦高。

伴生組分銅、鈷的分布特征，僅以張家洼Ⅲ礦床為例加以說明（表3）。從表3可以看出：Ⅲ1，Ⅲ3礦體Cu和Co平均質量分數（分別為0.082％和0.023％，0.172％和0.022％）比Ⅲ2礦體、Ⅲ4礦體的Cu和Co平均質量分數（分別為0.057％和0.017％，0.084％和0.018％）要高。本溪組、太原組中零星礦體的Cu和Co的平均質量分數（分別為0.214％和0.023％）尤其高。Ⅲ1，Ⅲ3礦體的銅、鈷金屬資源儲量總體比Ⅲ4礦體銅、鈷金屬資源儲量大，所占的比例也大。由于Ⅲ2礦體是假整合面及其復合礦體，銅、鈷金屬資源儲量也大，所占比例也大。

4 結論

（1）月門溝群本溪組地層中的山西式鐵礦和鐵鋁頁巖是Fe，Cu，Co的重要礦源層。

表2 張家洼鐵礦平爐富礦及伴生銅鈷金屬資源儲量一覽表Table 2 Schedule of resource volume for rich ore for martin steel and the by－products at Zhangjiawa Fe deposits

表3 張家洼Ⅲ礦床各礦體平爐富礦及伴生組分銅鈷金屬資源量Table 3 Resource volume of rich ore for martin steel and the by－products for each ore bodies of Zhangjiawa Fe depositⅢ

（2）區域月門溝群本溪組中的山西式鐵礦和Fe，Cu，Co為巖漿期后熱液提供了一定的物質來源。巖漿期后熱液或以就地熱液改造疊加形成假整合面及其復合礦體，局部形成平爐富礦；或由于構造溝通，Fe，Cu，Co被熱液活化遷移至接觸帶及其附近，與圍巖產生雙交代滲濾作用形成接觸帶及其復合礦體，并形成少量平爐富礦。假整合面礦體與接觸帶礦體銳角相交且互補［4］，即上部假整合面礦體近水平，下部接觸帶礦體與其銳角相交；上部礦體厚大，下部礦體薄至尖滅，反之亦然。這一規律說明，上部礦體為就地熱液改造疊加，使礦體變富；下部礦體則是熱液作用使鐵質活化遷移所形成的接觸帶礦體。同時，熱液作用也使圍巖中的Cu，Co富集，形成一定規模的銅、鈷礦，主要分布在假整合面礦體中。

（3）平爐富礦及其伴生的有益組分Cu，Co主要賦存于假整合面及其復合礦體中，說明平爐富礦及其伴生的銅鈷組分為接觸交代－熱液成因，并非風化淋濾成因［5］。

注釋：

① 易富章.山東省萊蕪張家洼鐵礦Ⅰ礦床地質勘探總結報告.山東省冶勘公司第二勘探隊，1975.

② 易富章.山東省萊蕪張家洼鐵礦Ⅱ礦床地質勘探總結報告.山東省冶勘公司第二勘探隊，1976.

③ 蘇思祥.山東省萊蕪張家洼鐵礦Ⅲ礦床地質勘探總結報告.山東省冶勘公司第二勘探，1977.

［1］楊昌彬，宗信德，盧鐵元，等.淺析萊蕪接觸交代－熱液鐵礦的雙交代滲濾作用［J］.地質找礦論叢，2006，21（增刊）：85-89.

［2］宗信德，盧鐵元.背斜控大礦機制分析［C］∥孟憲來.中國地質學會2009年學術年會論文摘要匯編.北京：中國大地出版社，2009：602-603.

［3］宗信德，徐建，盧鐵元，等.山東萊蕪礦山礦田鐵礦床構造類型、礦體形式及大中型礦床賦存規律［J］.地質找礦論叢，2010，25（3）：234-240.

［4］宗信德，賈東亮，劉超，等.山東萊蕪接觸交代－熱液鐵礦礦體形態研究［J］.山東國土資源，2010（10）：13-18.

［5］山東冶勘公司二隊地質科.張家洼鐵礦平爐富礦初步探討［J］.地質與勘探，1978（3）：12-17.