山東省蒼嶧鐵礦帶后期改造與找礦方向分析

安茂國

(山東省魯南地質(zhì)工程勘察院，山東 兗州 272100)

0 引言

蒼嶧鐵礦帶位于棗莊市市中區(qū)和臨沂市蘭陵縣交界部位，為一套沉積變質(zhì)型條帶狀硅鐵質(zhì)建造，是山東省典型的“鞍山式”鐵礦成礦帶[1-2]。鐵礦賦存于新太古代泰山巖群變質(zhì)基底中，強(qiáng)烈的變質(zhì)變形作用和多期次的構(gòu)造運(yùn)動，致使基底原始成礦建造遭受不同程度地變形破壞，后期改造作用劇烈且復(fù)雜[3-5]。以往勘查工作側(cè)重于各區(qū)段淺部礦體特征和規(guī)模的控制評價(jià)，對礦帶賦存規(guī)律和找礦方向的研究存在不足，現(xiàn)區(qū)內(nèi)露頭及淺部礦體已基本查明，其深部及外圍隱伏資源潛力巨大[6-9]。因此，認(rèn)真分析和總結(jié)區(qū)內(nèi)控礦構(gòu)造特征和規(guī)律，并開展找礦方向研究，已成為區(qū)內(nèi)開展隱伏礦勘查工作需要解決的主要地質(zhì)問題①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)造及找礦方向研究報(bào)告，2017年。。該文擬從基底構(gòu)造對礦帶的后期改造入手，對該區(qū)鐵礦的找礦方向開展分析探討。

1—新太古界；2—青白口系；3—南華系；4—寒武系；5—奧陶系；6—石炭系；7—整合地質(zhì)界線；8—平行不整合；9—角度不整合；10—斷層及產(chǎn)狀；11—向斜軸部；12—背斜軸部；13—鐵礦體圖1 蒼嶧鐵礦帶區(qū)域地質(zhì)簡圖

1 區(qū)域地質(zhì)概況

該區(qū)大地構(gòu)造位置地處華北板塊(Ⅰ)魯西隆起區(qū)(Ⅱ)魯中隆起(Ⅲ)尼山-平邑?cái)嗦?Ⅳ)之尼山凸起(Ⅴ)南緣，尼山凸起與棗莊斷隆(Ⅳ)嶧城凸起(Ⅴ)交會部位，棗莊斷裂的北側(cè)[10]。區(qū)內(nèi)地層由老至新發(fā)育有新太古代泰山巖群山草峪組，新元古代青白口系、南華系，古生代寒武系、奧陶系、石炭系及新生代第四系等[11](圖1)。其中泰山巖群山草峪組為區(qū)內(nèi)古老結(jié)晶基底，巖層廣泛發(fā)育，厚度巨大，為一套以黑云變粒巖為主，夾多層云母片巖、磁鐵石英巖和淺粒巖的沉積變質(zhì)建造，“鞍山式”鐵礦帶即賦存于該變質(zhì)巖系中，含礦巖石為磁鐵石英巖[12]。區(qū)內(nèi)經(jīng)歷了漫長的地質(zhì)歷史，多期次的構(gòu)造運(yùn)動留下了豐富的構(gòu)造形跡。沉積蓋層多呈單斜產(chǎn)出，其分布明顯受斷層構(gòu)造的控制，基底巖系發(fā)育褶皺構(gòu)造，在巖層中表現(xiàn)為緊閉褶皺正、倒韻律層的重復(fù)出現(xiàn)[13]。由基底含礦巖系組成的復(fù)式褶皺控制了蒼嶧鐵礦主要含礦帶的展布，并受后期斷層構(gòu)造破壞，致使礦體扭曲、錯斷現(xiàn)象較為普遍。

2 基底構(gòu)造特征

區(qū)內(nèi)基底構(gòu)造可分為褶皺構(gòu)造和斷層構(gòu)造兩類：褶皺構(gòu)造為成礦后的賦礦構(gòu)造，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。

2.1 褶皺構(gòu)造

區(qū)內(nèi)基底發(fā)育一系列軸向近EW的復(fù)式褶皺(圖2)，為區(qū)域尼山-白彥背斜南翼的二級褶皺。向斜和背斜相間連續(xù)展布，近平行產(chǎn)出，自北向南依次發(fā)育太白向斜、石閆背斜、辛莊向斜和后大窯背斜，造成鐵礦含礦帶的重復(fù)出現(xiàn)[14]。其內(nèi)局部發(fā)育次級小褶皺，控制了支脈礦體的展布。區(qū)內(nèi)褶皺均表現(xiàn)為向西傾伏的特征，背斜樞紐總體具西傾現(xiàn)象，另自西向東向斜兩翼礦帶間距變窄，背斜兩翼礦帶間距加大亦佐證了褶皺帶的西傾。根據(jù)查明礦床特征對賦礦褶皺認(rèn)識如下：

太白向斜：為一不對稱緊密褶皺，展布于太平村—白水牛石一帶，在東石門斷層以西出露北翼，向東被沉積蓋層覆蓋，軸向長度大于20km。褶皺走向275°～285°，與巖層片理一致。軸面傾向N，傾角80°，兩翼傾角北陡南緩，北翼傾角65°～88°，南翼傾角33°～80°。向斜樞紐自東向西平緩傾伏，傾伏角約3°～6°。向斜北翼賦存第1含礦帶，南翼賦存第2含礦帶，其核部由黑云變粒巖組成[15]。兩翼礦帶中淺部具相向閉合趨勢，下部近于平行直立，尚未發(fā)現(xiàn)向斜轉(zhuǎn)折端。近軸部發(fā)育次級褶皺。

石閆背斜：位于太白向斜之南，為一大致對稱的寬緩褶皺。于東石門附近出露地表，向東受正斷層階梯抬升，核部受剝蝕僅發(fā)育兩翼，并多被蓋層覆蓋。向西隱伏于基底之下，背斜形態(tài)保存完整，經(jīng)小閆莊、上桃園，并可能繼續(xù)向西延伸，長度達(dá)12km以上。褶皺走向275°～290°，兩翼大致對稱，傾角33°～52°。背斜樞紐向西平緩傾伏，傾伏角約3°～4°。背斜北翼賦存第2含礦帶，南翼賦存第3含礦帶，在東石門斷層以西兩翼礦帶連續(xù)產(chǎn)出。背斜之上局部發(fā)育次級小褶皺。

辛莊向斜：位于石閆背斜東南部，為一不對稱緊密褶皺。展布于小新莊—土山一帶，白水牛石斷層兩側(cè)，長度大于5.0km。褶皺走向近EW，軸面傾向S，傾角約75°，兩翼傾角北緩南陡，北翼傾角45°～70°，南翼傾角較陡，總體表現(xiàn)為斷層以西呈北傾，斷層以東直立或倒轉(zhuǎn)南傾，傾角72°～90°。向斜北翼賦存第3含礦帶，南翼賦存第4含礦帶。向斜樞紐向西明顯傾伏，其轉(zhuǎn)折端在東端抬起剝蝕，致使第3、第4含礦帶向東呈尖滅閉合特征。

后大窯背斜：位于辛莊向斜南部，為一不對稱緊密褶皺，展布于白水牛石斷層兩側(cè)，長度大于5.0km。斷層以西隱伏于基底之下，形態(tài)保存完整，斷層以東核部剝蝕僅余兩翼。褶皺走向近EW，軸面傾向S，傾角約80°，兩翼傾角北陡南緩，北翼上部N傾，下部倒轉(zhuǎn)S傾，傾角75°～90°，南翼傾角46°～60°。背斜北翼賦存第4含礦帶，南翼賦存第5含礦帶，在白水牛石斷層以西背斜樞紐向西傾伏，轉(zhuǎn)折端處礦帶具減薄折斷特征。

1—太古代基底；2—斷層及產(chǎn)狀；3—向斜軸部；4—背斜軸部；5—鐵礦體圖2 蒼嶧鐵礦帶基底構(gòu)造與礦體分布圖

2.2 斷層構(gòu)造

區(qū)內(nèi)斷層構(gòu)造較為發(fā)育，均受棗莊斷裂及梅花山斷裂(北部區(qū)外)兩大區(qū)域斷裂控制，發(fā)育次級分支構(gòu)造。斷層性質(zhì)以正斷層為主，按其走向可分為NNE、NE、NEE、NWW、NW向5組[16]，傾向以NW、W、SW向?yàn)橹鳎瑑A角多在60°～80°左右。次級斷層中規(guī)模較大的自東向西有東石門斷層和白水牛石斷層，為橫切礦體的主要斷層，對控礦褶皺具明顯錯斷破壞作用，其走向?qū)貼NE向、傾向W，傾角60°以上，斷層性質(zhì)皆為東盤上升，西盤下降的正斷層，自東向西呈階梯下落，次級斷層兩側(cè)發(fā)育與其平行或斜交的再次級斷層，走向以NE向?yàn)橹鳎M成以主斷層為主的幾個斷層群。主要斷層特征簡述如下(表1)：

表1 區(qū)域斷層構(gòu)造特征

棗莊斷裂：為區(qū)域性主干斷裂，由礦區(qū)南部通過，東西橫貫全區(qū)。斷層走向NWW，傾向S，傾角60°～70°，為高角度正斷層[17]，延伸長度約77km。區(qū)內(nèi)多為第四系殘坡積覆蓋，斷續(xù)出露，局部見有構(gòu)造角礫巖帶，據(jù)工程揭露，角礫巖帶寬度一般為15～50m，局部可達(dá)500m，角礫成分以斷層兩盤巖石為主，主要有角礫狀石英砂巖、黑云變粒巖、頁巖等。斷層北盤抬升南盤下降，南盤為寒武紀(jì)、奧陶紀(jì)地層，北盤主要為新太古代泰山巖群及少量元古代土門群地層，垂直斷距達(dá)600～1000m。蒼嶧鐵礦帶均分布于棗莊斷裂之北。

東石門斷層：南起棗莊斷裂，北至老書房并延出區(qū)外，斷層走向南段為25°，北段總體為0°，長度大于6.0km，具波狀彎曲。傾向NW或W，傾角62°～71°，為西盤下降東盤上升的正斷層，使西盤寒武系、震旦系與東盤泰山巖群接觸。斷層破碎帶一般寬2～4m，最寬達(dá)14m，其內(nèi)斷層泥和角礫巖發(fā)育，角礫成分主要為黑云變粒巖、磁鐵石英巖、頁巖、灰?guī)r等，次棱角狀，少數(shù)呈壓扁透鏡狀。西盤斷面附近地層牽引現(xiàn)象明顯，地層走向與斷層走向一致，傾角在30°以上。該斷層垂直斷距約158m，切割了太白向斜、石閆背斜及其控制的鐵礦帶，對鐵礦體破壞較大，致使斷層西盤礦帶埋深增大，東盤抬升，向斜兩翼礦帶間距變窄，背斜核部剝蝕兩翼礦帶斷開。

白水牛石斷層：位于東石門斷層?xùn)|部，走向近SN，南起棗莊斷裂，向北延出區(qū)外，區(qū)域長度達(dá)17.5km。南部為第四系覆蓋，北部斷續(xù)出露，呈舒緩波狀延伸。斷層傾向W，傾角60°～70°，為右行張扭性高角度正斷層，使西盤寒武系與東盤泰山巖群接觸。斷層破碎帶寬15～40m，構(gòu)造角礫巖、碎裂巖、斷層泥等發(fā)育，角礫成分主要為灰?guī)r、石英砂巖、黑云變粒巖，角礫多呈次棱角狀，一般礫徑1～5cm，泥質(zhì)、硅鎂質(zhì)膠結(jié)良好。斷層切穿了含礦褶皺及鐵礦帶，水平斷距約180～260m，垂直斷距250m左右，對礦帶具明顯破壞作用。

3 礦帶特征

蒼嶧鐵礦帶西起棗莊卓山，東至蒼山向城，全長約31 km[18]，礦體呈層狀、似層狀賦存于泰山巖群山草峪組中，產(chǎn)狀與圍巖片理一致，其展布形態(tài)受基底褶皺構(gòu)造控制。帶內(nèi)自20世紀(jì)50年代以來陸續(xù)開展了不同程度的勘查工作，先后發(fā)現(xiàn)和評價(jià)了多個大、中型鐵礦床，探求鐵礦石資源量逾9億t，現(xiàn)尚未完全控制該礦帶的延長和延深規(guī)模。

該文依據(jù)褶皺構(gòu)造對主礦帶產(chǎn)出形態(tài)的控制，將蒼嶧鐵礦劃分為5個主含礦帶，各含礦帶近于平行，走向275°～290°，自北而南編號為第1～5含礦帶(圖2，表2)，其中第1含礦帶為主要含礦帶，其賦存礦層厚度較大且延伸穩(wěn)定，其他礦帶稍差。主控礦褶皺之上的支脈礦體多受次級小褶皺控制，呈透鏡狀、似層狀的單斜形態(tài)產(chǎn)出，規(guī)模較小且產(chǎn)出不穩(wěn)定，其深部及外圍資源前景有限，該次不再對其控礦因素開展分析，故未參與礦帶劃分。

因控礦褶皺受后期斷層分割錯斷，致使各礦帶自西向東呈階梯狀抬升剝蝕，礦帶展布形態(tài)不同。故以主斷層為界，將各含礦帶自西向東分為3個區(qū)段(圖3)：①東石門斷層以西區(qū)段(a區(qū)段)；②東石門斷層—白水牛石斷層區(qū)段(b區(qū)段)；③白水牛石斷層以東區(qū)段(c區(qū)段)。

3.1 第1含礦帶

為該區(qū)主要含礦帶，賦存于太白向斜北翼，長約31km，橫貫全區(qū)。礦帶呈陡傾斜層狀產(chǎn)出，傾向S，傾角一般為67°～89°，局部近直立。沿傾向控制延深多為300～500m，局部達(dá)800m。該含礦帶自下而上包含3個礦層，即Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ礦層，其中第Ⅱ、Ⅲ礦層厚度較大，且延伸穩(wěn)定，第Ⅰ礦層局部發(fā)育，分布不穩(wěn)定，含礦帶內(nèi)礦層總厚度多在12.33～26.00m之間。該礦帶東段較厚，向西延伸漸薄，其內(nèi)Ⅱ、Ⅲ礦層自東向西亦具漸薄特征。

第1含礦帶發(fā)育3個區(qū)段：a區(qū)段發(fā)育Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ含礦層，礦層長21km，控制延深小于500m，控制標(biāo)高多在-400m以淺[19]。該區(qū)段多為露頭礦體，礦層厚度自東向西漸薄；b區(qū)段發(fā)育Ⅱ、Ⅲ兩個含礦層，含礦層長2.8km，其西部出露地表，東部隱伏產(chǎn)出，礦層厚度較穩(wěn)定；c區(qū)段發(fā)育Ⅱ、Ⅲ含礦層，含礦層長大于6.5km，多隱伏于蓋層之下，自西向東埋深增大，厚度具減薄特征，該區(qū)段東部礦層控制標(biāo)高已達(dá)到-1474 m[20]，為蒼嶧礦帶最大控制深度。

3.2 第2含礦帶

賦存于太白向斜南翼即石閆背斜北翼，分布于第1含礦帶以南200～550m，控制長度約12km。與第1含礦帶相向而傾，礦帶傾角向東變陡，間距自西向東逐漸變窄。含礦帶中礦層一般為2層，各區(qū)段控制延深規(guī)模與第1含礦帶相當(dāng)。發(fā)育3個區(qū)段：a區(qū)段主要控制有小閆莊鐵礦北翼，為隱伏礦床，發(fā)育核部，礦帶傾角自上而下由緩變陡，厚度穩(wěn)定，在20m左右，含礦層向西仍有穩(wěn)定延伸，長度大于2.7km；b區(qū)段含礦層長2.8km，其核部被剝蝕，出露翼部礦體，傾角一般為45°～68°，厚度變化較大，具膨脹夾縮特征；c區(qū)段傾角在60°～89°之間，含礦層產(chǎn)出特征及控制程度與第1含礦帶相當(dāng)。

3.3 第3含礦帶

賦存于石閆背斜南翼即辛莊向斜N翼，位于第2含礦帶之南，一般含2個礦層。也可分為3個區(qū)段：a區(qū)段為小閆莊鐵礦南翼，與第2含礦帶在核部相連，與北翼對稱產(chǎn)出；b區(qū)段傾向S，傾角45°～58°，產(chǎn)出穩(wěn)定；c區(qū)段含礦層長2.0 km，西部控制標(biāo)高已達(dá)到-1400m，向東漸薄尖滅，向深部有厚度減薄、品位貧化的趨勢。

表2 蒼嶧鐵礦帶主要礦床賦存特征

*指賦存于2個相鄰含礦帶、呈背斜狀態(tài)連續(xù)產(chǎn)出的礦床。

3.4 第4含礦帶

賦存于后大窯背斜北翼，以白水牛石斷層為界，發(fā)育b、c兩個區(qū)段：b區(qū)段為土山鐵礦北礦帶，N傾，傾角60°～85°，向西控制長度僅0.5km；c區(qū)段由西至東趨于直立并倒轉(zhuǎn)南傾，走向趨于NE向，與第3含礦帶聚攏尖滅，長約2.4km。

3.5 第5含礦帶

賦存于后大窯背斜南翼，亦發(fā)育b、c兩個區(qū)段：b區(qū)段為土山鐵礦南礦帶，S傾，傾角66°～86°，控制長度0.8km，厚度變化大，南側(cè)發(fā)育多個支脈礦體；c區(qū)段含礦層長約4.5km，S傾，傾角45°～63°，沿走向延伸穩(wěn)定，其東端尚未完全控制，推測與棗莊斷裂交會尖滅。

4 后期改造恢復(fù)

如各區(qū)段礦帶橫切剖面圖所示(圖3)，受東石門斷層、白水牛石斷層的后期改造破壞(圖2)，原始控礦褶皺被切割錯斷，自東向西呈階梯式斷落，其東盤抬升剝蝕嚴(yán)重。另因控礦褶皺向西傾伏，褶皺自西向東剝蝕程度進(jìn)一步加大，而自東向西控礦褶皺形態(tài)趨于完整。結(jié)合各區(qū)段礦帶賦存特征，對區(qū)內(nèi)控礦褶皺在斷層構(gòu)造破壞前的原始形態(tài)進(jìn)行恢復(fù)重建(圖4)。

圖3 蒼嶧鐵礦各區(qū)段礦帶橫切剖面示意圖

1—各區(qū)段礦帶剝蝕面；2—已發(fā)現(xiàn)礦體；3—預(yù)測深部礦體；4—斷裂構(gòu)造位置圖4 蒼嶧鐵礦基底褶皺構(gòu)造恢復(fù)重建圖

經(jīng)褶皺構(gòu)造恢復(fù)，可見區(qū)內(nèi)太白向斜、石閆背斜、辛莊向斜和后大窯背斜為連續(xù)產(chǎn)出的復(fù)式褶皺，驗(yàn)證了該文對區(qū)內(nèi)褶皺構(gòu)造特征的認(rèn)識。因褶皺構(gòu)造向西傾伏，致使辛莊向斜向東剝蝕缺失，石閆背斜和后大窯背斜向西隱伏深潛，并有繼續(xù)向西延伸的可能。

5 找礦方向分析

通過研究區(qū)內(nèi)斷層構(gòu)造對控礦褶皺構(gòu)造及含礦帶的改造破壞，并對原始控礦褶皺構(gòu)造進(jìn)行了恢復(fù)重建，從而對區(qū)內(nèi)泰山巖群基底構(gòu)造的輪廓有了淺顯的認(rèn)識。據(jù)此，根據(jù)控礦褶皺的展布形態(tài)，對研究區(qū)今后鐵礦找礦方向進(jìn)行粗略分析：

5.1 太白向斜賦礦遠(yuǎn)景區(qū)

太白向斜內(nèi)賦存的第1，2含礦帶為該區(qū)主要含礦帶。經(jīng)東段溝西礦區(qū)鉆探驗(yàn)證，太白向斜礦帶沿傾向已控制到-1474m標(biāo)高[20]，控制斜深達(dá)800m，礦體厚度、品位產(chǎn)出穩(wěn)定，其深部尚未封閉。而帶內(nèi)西部礦區(qū)控制標(biāo)高多在-400m以淺，控制斜深多在500m之內(nèi)，故太白向斜深部仍存在巨大的找礦空間，為區(qū)內(nèi)重點(diǎn)找礦方向之一。另物探、鉆探資料表明，向斜含礦帶沿走向向東仍有延伸，應(yīng)繼續(xù)追索查明遠(yuǎn)景。

5.2 石閆背斜賦礦遠(yuǎn)景區(qū)

石閆背斜在東石門斷層以西隱伏產(chǎn)出，背斜向西傾伏，埋深增大。并可能受西部基底斷層切割，向西繼續(xù)呈階梯式斷落，使礦帶賦存加深。近年來在小閆莊鐵礦西部東長汪地區(qū)進(jìn)行的鉆探已證實(shí)了背斜礦帶向西的延伸，故石閆背斜控制的第2，3含礦帶在斷層以西隱伏區(qū)內(nèi)具有巨大的找礦空間，是區(qū)內(nèi)另一個重點(diǎn)找礦方向。

5.3 后大窯背斜賦礦遠(yuǎn)景區(qū)

白水牛石斷層以西，后大窯背斜控制的第4，5含礦帶有繼續(xù)向西延伸的可能，是區(qū)內(nèi)隱伏找礦的另一個方向。但因向西延伸與棗莊斷裂趨于交會，其賦存的完整程度有待大深度物探及鉆探的進(jìn)一步驗(yàn)證。

6 結(jié)語

該文結(jié)合蒼嶧鐵礦帶已查明礦床特征，對區(qū)內(nèi)基底褶皺構(gòu)造和斷層構(gòu)造開展了分析研究。從斷層構(gòu)造對控礦褶皺及含礦帶的后期改造入手，對原始控礦褶皺進(jìn)行了恢復(fù)重建，進(jìn)而對區(qū)內(nèi)深部及外圍的找礦前景進(jìn)行了分析，指明了找礦方向。

上述分析為筆者近年來在蒼嶧地區(qū)開展鐵礦勘查工作所形成的淺顯認(rèn)識，礦帶劃分與前人按原始沉積變質(zhì)層序分帶存在差異，其真實(shí)的改造過程和演化歷史也要更為復(fù)雜，該文僅從局部改造分析入手，尚有許多片面和不足之處，愿與各位地質(zhì)同仁共同探討提高。