蒼嶧鐵礦帶北辛莊礦床淺深部礦體特征與找礦遠景分析

安茂國，原顯順,劉超，馮璽平

(1.山東省魯南地質工程勘察院，山東 兗州 272100；2.招遠市自然資源和規劃局，山東 招遠 265400)

北辛莊鐵礦床位于山東省蘭陵縣城西20 km，處于蒼嶧鐵礦帶東段。其成因類型為典型的沉積變質型“鞍山式”鐵礦[1-3]。該礦床自20世紀90年代末發現以來，陸續開展了多期勘查工作[4]，其控制深度已達-600 m。勘查成果顯示，礦體沿走向和傾向仍未封閉，但受北辛莊北探礦權范圍限制，深部資源未能探明[注]山東省魯南地質工程勘察院，山東省蒼山縣北辛莊礦區北部鐵礦補充詳查報告，2009年。。近年來，通過對北辛莊南探礦權內-1000 m以深礦體開展探索性勘查[注]山東省魯南地質工程勘察院，山東省蘭陵縣北辛莊南部礦區鐵礦詳查報告，2016年。，發現礦體在-1000 m～-1400 m標高仍有穩定延伸，證實了礦床中部空白區段及礦床深部外圍具有良好的找礦潛力。

1 區域地質背景

該區地處華北板塊(Ⅰ)魯西隆起區(Ⅱ)魯中隆起(Ⅲ)尼山-平邑斷隆(Ⅳ)之尼山凸起(Ⅴ)南緣，尼山凸起(Ⅴ)與嶧城凸起(Ⅴ)交會部位[5-6]。位于蒼嶧鐵礦帶內，白水牛石斷層東側。區內地層發育，由老到新出露有新太古代泰山巖群，新元古代青白口系、南華系，古生代寒武系、奧陶系及新生代第四系等沉積蓋層[7](圖1)。區域構造按其成生地質條件可分為蓋層構造和基底構造兩部分[8-9]，蓋層構造以向E緩傾斜的單斜構造為主，對礦層基本無影響。基底變質巖層中發育的褶皺構造和斷層構造對“鞍山式”鐵礦層影響較大，致使礦體扭曲和錯斷現象較為普遍[10-11]。巖漿巖零星發育，對鐵礦體的分布影響較小。

2 礦區地質

2.1 地層

礦區廣泛發育新太古代泰山巖群山草峪組變質地層，為區內沉積變質型鐵礦的賦存層位[12]。巖性以黑云變粒巖為主，局部夾磁鐵角閃石英巖、磁鐵石英角閃巖、黑云角閃片巖等[13-14]。其中磁鐵角閃石英巖和磁鐵石英角閃巖，為沉積變質型鐵礦的含礦巖石[15]；黑云變粒巖、黑云角閃片巖為礦體的直接頂底板圍巖。

2.2 構造

礦區構造發育，其中基底褶皺構造為賦礦構造，表現為一系列緊密的復式褶皺，具有相間出現，平行產出的特征，控制了鐵礦體的展布形態[16-17]。北辛莊礦床即受控于軸向近EW的石閆背斜南翼。斷層構造為成礦后破壞構造，區內主要為白水牛石斷層，破壞了賦礦構造和礦體連續性，間接控制了鐵礦體的展布。

1—第四系；2—寒武系；3—南華系；4—泰山巖群山草峪組；5—太古代石英閃長巖；6—斷層及產狀；7—露頭鐵礦體；8—隱伏鐵礦體；9—地質界線；10—角度不整合地層界線；11—基底向斜構造；12—基底背斜構造；13—礦區范圍圖1 蘭陵縣北辛莊鐵礦區區域地質簡圖

石閆背斜：位于太白向斜之南，走向275°～290°，為一向W傾伏的寬緩對稱褶皺。于白水牛石斷層以西隱伏于基底之下，背斜鞍狀形態保存完整，經小閆莊、上桃園并繼續向西延伸，長達12 km以上[5]。于白水牛石斷層以東抬升剝蝕，僅余南北兩翼，并為沉積蓋層所覆蓋，其南翼傾角45°～70°，賦存有北辛莊礦床、大青山礦床等。

白水牛石斷層：走向近SN，南起棗莊斷裂，向北斷續出露，呈舒緩波狀延伸，區域長度達17.5 km[18]。斷層傾向W，傾角60°～70°，為右行張扭性高角度正斷層，水平斷距約180～260 m，垂直斷距250 m左右，使上盤寒武系與下盤泰山巖群直接接觸。斷層切穿并破壞了石閆背斜含礦褶皺及鐵礦帶，北辛莊礦床位于斷層東側下盤。

2.3 巖漿巖

礦區為隱伏蓋層區，僅鉆孔內見有一條巖脈侵位于山草峪組變質圍巖中，巖性為角閃閃長玢巖，工程揭露厚度8.60 m，對礦體完整性無影響。

2.4 地球物理特征

磁異常是沉積變質型鐵礦的重要找礦手段[19-20]，區內航磁異常呈長橢圓形帶狀分布(圖2)，走向SEE，西至白水牛石斷層，向東延出區外，異常形態具北陡南緩特征，變化梯度大，峰值500 nT以上，北部伴生負異常，規律性明顯，較好地反映了含礦巖系山草峪組和鐵礦體的存在。

1—鐵礦帶；2—北辛莊北探礦權；3—北辛莊南探礦權；4—航磁正異常(100nT)；5—航磁負異常(100nT)；6—斷層及產狀圖2 蘭陵縣北辛莊鐵礦區1∶5萬航磁異常圖

3 礦體特征

北辛莊鐵礦為隱伏礦床，發育Ⅰ,Ⅱ 2個礦體。兩礦體間距10～30 m，近平行展布，呈層狀產出，走向265°～275°，傾向S，傾角45°～60°。礦體西至白水牛石斷層，向東延入大青山礦區，區內沿走向長580 m，沿傾向延深大于1 800 m。淺部礦體位于北辛莊北部探礦權內，控制標高0～-600 m，兩礦體厚度之和11.39 m，平均品位TFe 32.35%，mFe 24.44%；深部礦體在-1 000 m以深進入北辛莊南部探礦權，控制標高-1 000 m～-1 400 m，兩礦體厚度之和7.57 m，平均品位TFe 32.48%，mFe 24.24%。礦體由淺至深具先緩驟陡漸緩的舒緩波狀彎曲特征，礦體礦化連續均勻，其品位沿走向和傾向與厚度略具正相關性(圖3、圖4)。

圖3 北辛莊礦床典型剖面礦體形態及沿傾向厚度、品位變化示意圖

圖4 北辛莊礦床典型中段礦體形態及沿走向厚度、品位變化示意圖

3.1 Ⅰ礦體

3.1.1 淺部礦體

為礦床主礦體，埋深125～705 m，控制標高0～-585 m，由27個見礦鉆孔控制，占淺部礦床資源量的52.0%。礦體傾角45°～58°，在-400 m以深具驟陡現象，沿傾向厚度變化較小，向深部穩定延伸；沿走向呈舒緩波狀延伸，具膨脹狹縮特征，在-100 m以淺具分支復合現象，有一透鏡狀夾石層；礦體平均品位TFe 31.95%，mFe 24.40%，變化系數TFe 15.02%，mFe 24.33%，屬有用組分分布均勻型礦體；礦體厚度1.66～9.22 m，平均5.41 m，變化系數37.4%，為厚度穩定型礦體。

3.1.2 深部礦體

為礦床主礦體，埋深1 100～1 240 m，控制標高-960 m～-1 380 m，由8個見礦鉆孔控制，占深部礦床資源量的70.8%。礦體傾角48°～57°，沿傾向向下傾角漸緩，厚度略有增厚特征，-1 150 m以深具分支現象，發育一似層狀夾石層；礦體沿走向產狀和厚度均較穩定；礦體平均品位TFe 31.65%，mFe 20.45%，變化系數TFe 18.70%，mFe 33.56%，屬有用組分分布均勻型礦體；礦體厚度3.57～6.75 m，平均4.96 m，變化系數22.3%，為厚度穩定型礦體。

3.2 Ⅱ礦體

3.2.1 淺部礦體

位于Ⅰ礦體北側10～30 m，埋深170～730 m，控制標高-45 m～-600 m，由25個見礦鉆孔控制，占淺部礦床資源量的48.0%。礦體傾角45°～54°，在-400 m以深具驟陡現象，沿傾向向下厚度略有變薄，-150 m以淺具分支現象，發育一似層狀夾石層；沿走向呈舒緩波狀延伸，由東至西具變薄現象；礦體平均品位TFe 32.45%，mFe 24.15%，變化系數TFe 10.72%，mFe 19.60%，屬有用組分分布均勻型礦體；礦體厚度1.36～10.08 m，平均5.98 m，變化系數35.8%，為厚度穩定型礦體。

3.2.2 深部礦體

礦體埋深1 160～1 270 m，控制標高-1 000 m～-1 400 m，由8個見礦鉆孔控制，占深部礦床資源量的29.2%。礦體傾角56°～60°，在-1 200 m附近具分支復合現象，有一透鏡狀夾石層，沿傾向向下傾角漸緩，厚度有漸薄尖滅趨勢，向下仍未封閉；礦體沿走向產狀較穩定，厚度由西至東變薄尖滅；礦體平均品位TFe 31.01%，mFe 20.98%，變化系數TFe 19.26%，mFe 29.87%，屬有用組分分布均勻型礦體；礦體厚度1.00～5.18 m，平均2.16 m，變化系數88.4%，為厚度較穩定型礦體。

4 淺部深部礦體對比

4.1 礦體特征對比

4.1.1 礦體形態及復雜程度

淺部和深部均發育2層礦體，礦體形態結構簡單穩定，呈層狀產出，兩礦體在中部靠攏，深部間距漸大。兩礦體頂部均發育一夾石層，呈透鏡狀、似層狀，使礦體具分支復合、膨脹狹縮現象；中淺--中深部礦體礦化連續均勻，無弱礦化帶，無夾石；深部Ⅰ礦體發育一似層狀夾石，礦體呈分支現象，厚度略有增厚，Ⅱ礦體向下、向東有漸薄尖滅趨勢，仍未封閉。

4.1.2 礦體產狀

4.1.3 礦體規模

淺部與深部礦體沿走向控制長均為550 m左右。淺部礦體控制最大斜深720 m，深部為370 m；淺部兩礦體厚度之和11.39 m，是深部7.57 m的1.5倍，淺部查明資源量是深部查明資源量的2.9倍。

4.1.4 礦體厚度

淺部Ⅰ,Ⅱ礦體的厚度大體相當，略有互補，為5.5 m左右，兩礦體儲量占比大體相當；深部Ⅰ礦體由上至下厚度先薄后厚，基本穩定在5 m左右，但Ⅱ礦體向下明顯減薄，在-1 400 m處真厚度已不足1 m，有尖滅趨勢，致使Ⅱ礦體的深部礦床儲量占比不足30%。

4.1.5 礦體品位

淺部礦體品位較高，TFe 32%，mFe 24%左右，深部礦體品位TFe 31%，mFe 21%左右，但仍滿足工業品位要求，在-400 m～-1 000 m區段，品位具貧化特征，與厚度變化呈正相關性。淺、深部礦體品位變化系數均穩定，沿走向基本無富集貧化規律。

綜上對比分析(表1)，該礦床由淺至深具有如下賦礦變化規律：

①兩礦體總體在-400 m以淺產狀較穩定，傾角45°左右，間距20～30 m，厚度大體相當，均5.5 m左右，品位穩定，TFe 32%，mFe 24%左右。

由于在實際應用中,纖維復合材料常常會在高于室溫的環境下服役,因此需要了解碳納米管纖維和樹脂間界面在不同溫度條件下的界面性能.鑒于此,本工作利用微滴包埋實驗方法,研究碳納米管纖維與復合材料在室溫到140°C范圍內的界面性能,為實現碳納米管纖維復合材料的工程應用提供技術支持.

②在-400 m～-1 000 m產狀驟陡至55°左右，間距縮小至10 m左右，趨于閉合，兩礦體厚度均有減薄，在產狀變陡處減薄顯著，品位均略有貧化，Ⅱ礦體貧化顯著，品位變化與厚度有正相關性。

③-1 000 m以深又漸緩至50°左右，礦體間距20～30 m，有逐步增大趨勢，Ⅰ礦體厚度略有增厚，基本在5 m左右，Ⅱ礦體明顯變薄，有漸薄尖滅趨勢，但-1 400 m以深仍未封閉；品位趨于穩定，TFe 31%，mFe 21%左右。

表1 北辛莊礦床淺部、深部礦體特征對比

4.2 礦石質量對比

4.2.1 礦物成分

根據巖礦鑒定和野外觀察，該礦床淺、深部礦石礦物成分相同(表2)。金屬礦物主要為磁鐵礦，磁黃鐵礦、假象赤鐵礦、黃鐵礦次之；非金屬礦物主要有石英、角閃石，黑云母、鐵閃石、透閃石、方解石次之，另有少量磷灰石、石榴子石、金紅石等。

磁鐵礦主要分布于角閃石或石英晶粒之間，少量分布于角閃石之內或邊緣。呈鋼灰色、灰黑色，他形—半自形粒狀，粒徑0.01～1.0 mm，集合體呈浸染狀、團粒狀、條帶狀，部分顆粒被壓扁拉長。深部礦物粒度較淺部礦石略有變細。

表2 北辛莊礦床淺、深部礦石質量對比

4.2.2 礦石化學成分

根據基本分析和組合分析結果，該礦床淺、深部礦石化學成分基本一致。主要有用組分為Fe，其他化學成分主要為SiO2，其次為CaO，MgO，Al2O3等。有益組分TiO2含量較低，達不到綜合回收利用要求[22]，S，P，As等有害組分含量較少。

4.2.3 礦石結構構造

該礦床淺、深部礦石結構均為粒狀變晶結構，構造以條帶狀構造為主。

4.2.4 礦石類型

該礦床淺、深部礦石自然類型均為石英閃石型磁鐵礦石。根據物相分析結果，其淺部礦石(mFe)/(TFe-siFe-sfFe-cFe)比值平均為79.73%，屬需選弱磁性鐵礦石[22]，淺部礦石比值平均為86.47%，屬需選磁性鐵礦石，推斷為淺部礦石氧化程度偏高所致。

5 找礦遠景分析

通過淺、深部礦體的對比分析，北辛莊礦床主礦體產出穩定，形態結構簡單，礦石礦物成分、化學成分、結構構造、自然類型基本一致，淺、深部礦石質量無明顯變化，礦化均勻連續。礦床隨埋深增加略有厚度減薄、品位貧化的趨勢，但在-1 400 m以深沿走向及傾向均未封閉，證實礦床中部空白區段、礦床深部及外圍具有良好的找礦潛力(圖5)。

圖5 北辛莊鐵礦床資源儲量遠景預測圖

5.1 空白區段遠景區

根據前期勘查成果，淺部礦體控制標高0～-600 m，深部礦體控制標高-1000 m～-1 400 m，礦床中部存在走向長約800 m，垂深約400 m，斜長約500 m的空白區段尚無工程控制，礦體厚約7～11 m，為良好的找礦空間。

5.2 深部及外圍遠景區

該礦床最低工程控制標高為-1400 m，礦體厚約7 m，其深部及外圍仍有穩定的礦體延伸，結合礦體由淺至深的變化規律，推斷東以探礦權為界，西至白水牛石斷層，-1 500 m以淺仍具有較好的找礦前景。

6 結論

(1)北辛莊礦床隨埋深增加有厚度減薄、品位貧化趨勢，同時具有緩傾部位厚度膨大、礦化富集，陡傾部位厚度減薄、品位貧化特征，在-1 400 m以深仍滿足工業礦體要求。

(2)礦床中部空白區段、礦床深部及外圍仍具有良好的找礦潛力，該礦床-1 500 m以淺未探明資源儲量仍十分可觀。

(3)北辛莊鐵礦床位于石閆背斜的南翼東段，白水牛石斷層東側。本次探礦揭露該控礦褶皺和鐵礦帶在-1 400 m以深仍穩定賦存有工業礦體。而蒼嶧鐵礦帶內礦床控制深度多在-500 m以淺，故推斷整個蒼嶧鐵礦帶尤其是白水牛石斷層以西的隱伏區域仍有極大的資源前景。