蒼嶧鐵礦帶成礦控礦規(guī)律及成礦模式探討

張旭，韓宗瑞，楊啟，徐書(shū)名，張英梅

(山東省魯南地質(zhì)工程勘察院，山東 兗州 272100)

蒼嶧鐵礦帶位于魯西隆起南緣尼山凸起的南緣，尼山-白彥斷塊凸起與陶棗斷陷盆地之間[1-2]，是山東省內(nèi)非常重要的成礦帶，屬沉積變質(zhì)型鐵礦(“鞍山式”鐵礦)[2]。自20世紀(jì)50年代以來(lái)，該區(qū)陸續(xù)開(kāi)展過(guò)不同程度的地質(zhì)勘查工作[2]，先后發(fā)現(xiàn)和評(píng)價(jià)了多處大中型鐵礦床，2007年后，山東省魯南地質(zhì)工程勘察院、山東省地質(zhì)科學(xué)研究院沿蒼嶧鐵礦帶(白水牛石)向東陸續(xù)又發(fā)現(xiàn)了王埝溝鐵礦床、鳳凰山鐵礦床和溝西鐵礦床。筆者通過(guò)分析以往勘查成果，認(rèn)為其成礦受原始礦源層和褶皺構(gòu)造、斷裂構(gòu)造作用控制，探討了鐵礦形成過(guò)程及成礦模式。

1 蒼嶧鐵礦帶成礦地質(zhì)特征

1.1 成礦地質(zhì)條件

蒼嶧鐵礦帶西起棗莊卓山，東至蘭陵縣項(xiàng)城，全長(zhǎng)36km，北西至師山口村，南東至東新興鎮(zhèn)村北，成礦帶寬度約2～4km。新太古代泰山巖群山草峪組較為發(fā)育，以黑云變粒巖為主[3]，夾斜長(zhǎng)角閃巖、磁鐵角閃石英巖、磁鐵石英角閃巖、二云變粒巖等，極少量黑云母片巖等，厚度為690～5281m。其中磁鐵石英角閃巖、磁鐵角閃石英巖為(鞍山式)鐵礦的含礦巖石[4]，區(qū)內(nèi)構(gòu)造較為發(fā)育，從構(gòu)造型式上可分為褶皺構(gòu)造與斷裂構(gòu)造，對(duì)礦體產(chǎn)生了不同程度的影響。褶皺構(gòu)造在變質(zhì)巖中主要呈NWW向，線狀緊密排列，構(gòu)成白彥復(fù)式背斜南翼，自北向南依次發(fā)育太白向斜、石閆背斜、辛莊向斜、后大窯背斜[4]。斷裂構(gòu)造較發(fā)育，以NNW向或者近EW向和NE向?yàn)橹鳎渲校琋W—NNW向斷裂及EW向斷裂規(guī)模較大，尤其是棗莊斷裂斜貫全區(qū)，控制了該區(qū)；NE—WWE，SN向斷裂在西北部較發(fā)育，規(guī)模較小，對(duì)構(gòu)造狀況和地層產(chǎn)狀有較重要的影響，顯示多期次的活動(dòng)特點(diǎn)(圖1)。

1—第四系；2—奧陶紀(jì)馬家溝群；3—寒武紀(jì)地層；4—南華紀(jì)地層；5—新太古代泰山巖群；6—鞍山式磁鐵礦；7—背斜構(gòu)造；8—向斜構(gòu)造；9—實(shí)測(cè)斷層；10—推測(cè)斷層；11—地質(zhì)界線；12—平行不整合界線；13—角度不整合界線；14—鐵礦帶位置及編號(hào)圖1 蒼嶧鐵礦帶及構(gòu)造分布簡(jiǎn)圖(據(jù)山東省蒼嶧鐵礦帶礦田構(gòu)造及找礦方法研究報(bào)告，2017年)

1.2 含礦帶地質(zhì)特征

根據(jù)礦體平面分布特征[注]山東省魯南地質(zhì)工程勘察院，山東省蒼嶧鐵礦帶礦田構(gòu)造及找礦方法研究報(bào)告，2017年。，自北向南分為5個(gè)含礦帶，礦帶寬度一般在數(shù)十米至百米，礦體數(shù)目眾多，長(zhǎng)度在十幾米至數(shù)千米，厚度1～10m，最厚可達(dá)30m。一般厚度變化在5～25m之間。礦體呈似層狀、透鏡狀，順層分布于含礦建造內(nèi),局部具有舒緩波狀彎曲，分布穩(wěn)定。以第Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ含礦帶最為發(fā)育(表1)。礦帶展布形態(tài)受太白向斜和石閆背斜的控制，3條含礦帶均受白水牛石斷層和東石門(mén)斷層破壞，致使北西盤(pán)呈階梯狀下降，南東盤(pán)抬升接受剝蝕，斷層構(gòu)造破壞了礦體的連續(xù)性，間接控制了鐵礦體的賦存和分布[5]。

按礦石中脈石礦物的種類，礦石的自然類型劃分為磁鐵角閃石型、磁鐵透閃石型和磁鐵石英巖型礦石。按礦石的結(jié)構(gòu)構(gòu)造，劃分為條紋—條帶狀鐵礦石，形成條紋—條帶狀磁鐵石英巖型(鞍山式)礦石[6]。

礦石中金屬礦物主要為磁鐵礦(含量為23%～32%)，少量菱鐵礦及半假象—假象赤鐵礦、褐鐵礦，金屬硫化物主要為黃鐵礦、黃銅礦、磁黃鐵礦等。

礦石品位mFe為18%～35%不等，一般在25%～28%之間，有用組分含量較穩(wěn)定，其他有益組分含量甚微。主要礦石礦物磁鐵礦粒徑較大，一般在0.05～0.3mm，呈細(xì)脈狀、條帶狀及少量浸染狀分布于脈石礦物中，假象赤鐵礦、黃鐵礦、磁黃鐵礦含量較低，呈他形粒狀，分布于角閃石及磁鐵礦晶粒內(nèi)。

(1)第Ⅰ含礦帶

第Ⅰ含礦帶賦存于太白向斜北翼，自西向東出露長(zhǎng)度約15km。呈陡傾斜層狀產(chǎn)出，走向280°左右，傾向S，SW，傾角一般為70°～85°，局部近直立，總長(zhǎng)度超過(guò)30km，沿傾向控制延深多在300～400m，局部達(dá)800m。該含礦帶自下而上包含3個(gè)礦層，即1，2，3號(hào)礦層，其中第2，3號(hào)礦層厚度較大，且分布穩(wěn)定，第1礦層局部不發(fā)育。含礦帶內(nèi)礦層總厚度多在12.33～20.69m之間，厚度較穩(wěn)定。其中太平村礦區(qū)至王埝溝礦區(qū)最厚，約20～110m，一般10～106m。

表1 蒼嶧鐵礦帶各主要礦床賦存礦帶及指標(biāo)

受斷層構(gòu)造分割錯(cuò)斷，區(qū)內(nèi)第1含礦帶自東向西可分為3個(gè)區(qū)段：白水牛石斷層以東區(qū)段(白水牛石鐵礦北采區(qū))發(fā)育2，3號(hào)兩個(gè)含礦層，區(qū)內(nèi)長(zhǎng)0.8km；白水牛石斷層—東石門(mén)斷層區(qū)段(李山根礦區(qū)幸福嶺礦段北翼、草主山鐵礦)發(fā)育2，3號(hào)2個(gè)含礦層，長(zhǎng)2.8km；東石門(mén)斷層以西區(qū)段(石門(mén)鐵礦走馬嶺礦區(qū)、太平村鐵礦區(qū))發(fā)育著1，2，3號(hào)3個(gè)含礦層，區(qū)內(nèi)長(zhǎng)5.2km。

(2)第Ⅱ含礦帶

第Ⅱ含礦帶賦存于太白向斜南翼即石閆背斜北翼，分布于第Ⅰ含礦帶以南150～280m。上桃園以西出露長(zhǎng)度約14km，向東被沉積蓋層覆蓋。小閆莊鐵礦以西尚無(wú)工程控制，其沿傾向控制延深規(guī)模，與第Ⅰ含礦帶基本一致。礦帶在東石門(mén)斷層以東核部被剝蝕，僅發(fā)育翼部礦體，上桃園斷層以西傾向S，SW，以東傾向N，NE，傾角一般為50°～70°。該含礦帶中礦層一般為2層，礦層總厚度在東石門(mén)斷層以西較厚為23.50m，東石門(mén)斷層以東，總厚度多在5.77～12.02m之間。

受斷層構(gòu)造錯(cuò)斷也可分為3個(gè)區(qū)段：白水牛石斷層以東區(qū)段，即白水牛石鐵礦南采區(qū)，長(zhǎng)0.8km；白水牛石斷層—東石門(mén)斷層區(qū)段，即李山根礦區(qū)幸福嶺礦段南翼、斗子山鐵礦，長(zhǎng)2.8km；東石門(mén)斷層以西區(qū)段，即中鋼礦業(yè)小閆莊鐵礦北翼，含礦層長(zhǎng)2.6km。

(3)第Ⅲ含礦帶

第Ⅲ含礦帶賦存于石閆背斜南翼，位于第Ⅱ含礦帶以南，以東石門(mén)斷層為界可分為東西兩個(gè)區(qū)段，東段為石門(mén)鐵礦黃牛嶺鐵礦區(qū)，向東至白水牛石斷層，控制長(zhǎng)度約2.4km，礦帶核部被剝蝕，礦帶傾向SW，S，傾角45°～65°。礦帶發(fā)育2個(gè)礦層，礦層總厚度在13.45～14.94m之間，厚度穩(wěn)定；西段為中鋼山東礦業(yè)小閆莊鐵礦區(qū)南翼，為隱伏礦床，發(fā)育核部，與第Ⅱ含礦帶在核部相連，礦帶傾角由上至下由緩變陡，控制長(zhǎng)度約2.6km，向西尚無(wú)工程控制，礦帶發(fā)育3個(gè)體，礦體總厚度23.50m，厚度穩(wěn)定。

(4)第Ⅳ含礦帶

分布在第Ⅲ含礦帶以南250～350m，西部分布于卓山礦區(qū)，東部分布于北辛莊南礦區(qū)，在石城崮北坡以東被覆蓋，斷續(xù)長(zhǎng)10.0km。呈陡傾斜的單斜礦層，其走向與第Ⅰ，Ⅱ含礦帶相同，為近EW，傾向S，傾角60°～70°。該礦帶絕大部分地段，賦存數(shù)層鐵礦。礦體一般厚5～20m，最厚達(dá)65.55m(其中含1～6層鐵礦體，厚3.55～16.30m)。

(5)第Ⅴ含礦帶

位于第Ⅳ含礦帶以南1.5～1.8km，分布于棗莊斷層北側(cè)。走向280°左右，傾向SE，傾角60°～70°。礦帶長(zhǎng)約4.1km，厚約52m，含礦體有5層，單層厚0.47～20.3m，總厚13.80～25.50m(礦層厚3.23～11.36m)。

1.3 磁異常特征

在1∶5萬(wàn)航磁ΔT異常等值線平面圖和剖面平面圖上，異常呈近EW向帶狀展布，長(zhǎng)度約40km，上桃園以西，ΔT>400nT的區(qū)域NW向長(zhǎng)度約18km，NS向?qū)挾燃s2.5km，異常特征為南部磁場(chǎng)變化緩慢、梯度小且無(wú)明顯的局部負(fù)異常，而其北部磁場(chǎng)變化較快、梯度較大且有較強(qiáng)的局部負(fù)異常相伴生；上桃園向東，磁場(chǎng)呈現(xiàn)出劇烈跳躍變化的特征，在向城鎮(zhèn)南側(cè)由于鐵礦體埋深較大，磁場(chǎng)變化也變得較平穩(wěn)；而其南支場(chǎng)值變化較復(fù)雜，異常形態(tài)為不規(guī)則狀。經(jīng)對(duì)異常向上延拓處理。異常極大值的軸向幾乎沒(méi)有改變，只是其水平位置略向南移動(dòng)，由此可知引起磁異常的異常源應(yīng)為向下延深較大，略向南傾的磁性體。

1∶5萬(wàn)高精度磁測(cè)ΔT等值線圖上，磁異常反映為大致呈NW向展布較窄、尖銳的條帶狀，磁異常強(qiáng)度一般在400～2000nT之間，在鐵礦體的分布范圍內(nèi)，磁異常強(qiáng)度可達(dá)到3000～6000nT，異常北側(cè)一般都伴有較明顯的負(fù)異常。由于礦體在縱向上的變化，異常區(qū)內(nèi)可表現(xiàn)出沿縱向分布不同的磁異常峰值段，各峰值段能基本反映礦體的走向及產(chǎn)狀，含礦層的分布范圍與相應(yīng)磁異常峰值段對(duì)應(yīng)性好，磁異常隨著鐵礦床的埋深的增加，其強(qiáng)度降低，磁異常呈低緩狀。礦體基本分布于高精度磁測(cè)ΔT垂向二階導(dǎo)數(shù)上延100m等值線>0的值域范圍內(nèi)。

2 控礦特征

2.1 地層層位對(duì)鐵礦的控制

蒼嶧鐵礦的重要特點(diǎn)之一是具有明顯的層控性。蒼嶧鐵礦帶產(chǎn)有多層礦層，連續(xù)性較好的有3層，這些礦層無(wú)一例外地處于新太古代泰山巖群山草峪組變質(zhì)巖系，層位控制非常明顯[7-8]。該套地層變質(zhì)程度較深，巖性較為單一，主要為(黑云)角閃變粒巖、角閃巖、角閃片巖及磁鐵石英巖，含礦建造主要為條帶狀磁鐵石英巖、磁鐵角閃巖及角閃磁鐵石英巖。礦床礦體整體產(chǎn)狀與地層產(chǎn)狀相同或基本一致。含礦建造內(nèi)主要特點(diǎn)是條帶較發(fā)育，條帶主要由石英和磁鐵礦微細(xì)顆粒相間排列組成，條帶寬度不一，一般在0.5～2cm之間。

2.2 褶皺構(gòu)造對(duì)鐵礦的控制

鐵礦及其賦礦層位褶皺構(gòu)造比較發(fā)育，主要為緊閉頂厚褶皺，對(duì)鐵礦的賦存形態(tài)和展布規(guī)律起主要控制作用，對(duì)鐵礦的富集具有明顯的控制作用。

(1)往往在向斜轉(zhuǎn)折端附近礦層加厚，形成厚大礦體[9]，多表現(xiàn)為勾狀體。緊密倒轉(zhuǎn)褶皺可以造成礦體緊密重疊，使礦體加厚或使礦體重復(fù)出現(xiàn)。在發(fā)生倒轉(zhuǎn)的褶皺構(gòu)造中，倒轉(zhuǎn)翼常常被拉斷，而正常翼則表現(xiàn)出礦體等厚性。

(2)向斜翼部常被壓扁、拉薄，甚至拉斷呈條帶狀、透鏡狀，背斜翼部相對(duì)開(kāi)闊，轉(zhuǎn)折端一般較圓滑。

(3)由于受到同一次SN向強(qiáng)烈擠壓作用，與區(qū)域大型褶皺相對(duì)應(yīng)，區(qū)內(nèi)的褶皺軸的方向基本上為NWW向，軸面南傾或北傾，但因后期構(gòu)造的疊加改造，局部偏轉(zhuǎn)呈彎曲的弧形褶皺。褶皺樞紐具有一定的波狀起伏，但總的趨勢(shì)是向W傾伏，向E翹起。太白向斜樞紐自E向W平緩傾伏，傾伏角約3°～6°,兩翼傾角N陡S緩，北翼傾角65°～88°，南翼傾角33°～80°，石閆背斜樞紐自W向E平緩傾伏，傾伏角約3°～4°,兩翼傾角33°～52°。向E受階梯狀正斷層抬升破壞，核部受剝蝕僅發(fā)育兩翼。以太平村、小閆莊、西石門(mén)、東石門(mén)一帶較為典型，形成一個(gè)向西微傾伏收斂、向東撒開(kāi)的開(kāi)闊背斜構(gòu)造。

2.3 斷裂構(gòu)造對(duì)鐵礦體的控制

斷層構(gòu)造為成礦后的破壞構(gòu)造，破壞了賦礦構(gòu)造及礦體的連續(xù)性，間接控制了鐵礦體的賦存和分布[2]。EW向斷裂使得南盤(pán)的鐵礦層上升，表現(xiàn)在第二個(gè)背斜南翼上升，并出露到地表；而受NE向斷層構(gòu)造破壞，斷層北西盤(pán)呈階梯狀下降，單斷層帶表現(xiàn)為沿NE向斷裂西盤(pán)下降，構(gòu)成一系列西翹東陷的斷塊，有利于鐵礦層的保留。

3 成礦過(guò)程

在2700Ma年前后，形成于海盆環(huán)境的硅鐵建造經(jīng)受了新太古代阜平運(yùn)動(dòng)的變質(zhì)、變形作用。在區(qū)域性角閃巖相變質(zhì)作用過(guò)程中的熱力和定向壓力作用下，互層狀的硅鐵沉積建造接受了重結(jié)晶作用及片理化作用，形成磁鐵礦、石英、角閃石等主要礦物[12]。在礦石中長(zhǎng)柱狀礦物定向排列，磁鐵礦及石英相向沉積作用，形成明顯的條紋—條帶狀構(gòu)造。該區(qū)礦床就位的地質(zhì)環(huán)境為鐵物質(zhì)的聚集與沉積，含鐵建造為正常碎屑沉積的一部分(圖2)。

圖2 新太古代變質(zhì)沉積型鐵礦床成礦過(guò)程(據(jù)山東省蒼嶧鐵礦帶礦田構(gòu)造及找礦方法研究報(bào)告，2017年)

4 礦床成因及成礦模式

蒼嶧鐵礦含鐵巖系賦存于新太古代泰山巖群山草峪組中上部，山草峪組發(fā)育在穩(wěn)定陸源濱海—淺海環(huán)境，含鐵巖系內(nèi)火山巖不發(fā)育，為遠(yuǎn)離火山源的以陸源碎屑為主的沉積建造，其原巖為砂巖、泥巖夾少量中基性火山巖。火山活動(dòng)間歇期成礦，其成礦物質(zhì)來(lái)源與海底火山活動(dòng)密切相關(guān)[13-14]，遭受后期變質(zhì)作用后成礦物質(zhì)富集，為沉積變質(zhì)鐵礦床產(chǎn)于以黑云變粒巖為主并夾有角閃質(zhì)巖石等巖層的鐵礦。鐵礦沉積后，受后期強(qiáng)烈構(gòu)造-熱液改造疊加，礦體形態(tài)以似層狀、透鏡狀為主，向斜構(gòu)造是礦體富集保存的最佳構(gòu)造模式，接近向斜核部，礦體厚度增大，品位也有增高趨勢(shì)(圖3)。

1—含鐵碎屑巖；2—玄武巖；3—粉砂巖；4—粘土巖；5—磁鐵石英巖；6—角閃變粒巖；7—斜長(zhǎng)角閃巖；8—黑云變粒巖；9—淺粒巖；10—角閃片巖；11—云母片巖；12—綠泥片巖；13—侵入巖體(二長(zhǎng)花崗巖)；14—鐵礦體圖3 蒼嶧鐵礦帶成礦模式圖(據(jù)李洪奎等，2016年編繪)

5 結(jié)論

(1)礦床賦存于新太古代泰山巖群山草峪組中上部，嚴(yán)格受山草峪組地層控制，具有明確的含礦巖系，主要為(黑云)角閃變粒巖、角閃巖、角閃片巖及磁鐵石英巖，含礦建造主要為條帶狀磁鐵石英巖、磁鐵角閃巖及角閃磁鐵石英巖。

(2)蒼嶧鐵礦帶自北向南共分為5個(gè)含礦帶，礦帶展布形態(tài)受太白向斜和石閆背斜兩褶皺構(gòu)造的控制。規(guī)模較大的礦體主要產(chǎn)于向斜轉(zhuǎn)折端，而與背斜轉(zhuǎn)折端相對(duì)應(yīng)的礦床規(guī)模相對(duì)較小，在發(fā)生倒轉(zhuǎn)的褶皺構(gòu)造中，倒轉(zhuǎn)翼常常被拉斷，而正常翼則表現(xiàn)出礦體等厚性。斷層構(gòu)造為成礦后的破壞構(gòu)造，破壞了賦礦構(gòu)造及礦體的連續(xù)性，間接控制了鐵礦體的賦存和分布。

(3)在1∶5萬(wàn)的高磁異常中，磁異常強(qiáng)度一般在400～2000nT之間，在鐵礦體的分布范圍內(nèi)，磁異常強(qiáng)度可達(dá)到3000～6000nT，可直接反映含礦帶或礦體的特征。磁異常ΔT上延100m垂向二階導(dǎo)數(shù)>0值范圍可作為找礦重點(diǎn)靶區(qū)。南北側(cè)伴生有明顯的負(fù)磁異常，負(fù)磁場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)-225nT。高精度磁測(cè)對(duì)尋找隱伏礦體，指導(dǎo)探礦工程的布設(shè)，具有良好的地質(zhì)效果。

(4)礦體形成與海底基性火山噴發(fā)成因的硅、鐵質(zhì)成分密切相關(guān)，初始在海底形成含鐵礦基性巖與硅質(zhì)巖，經(jīng)區(qū)域變質(zhì)作用，成礦物質(zhì)遷移、結(jié)晶富集，形成了“鞍山式”變質(zhì)沉積型鐵礦。