齊河—禹城地區矽卡巖型鐵礦找礦預測地質模型

郝興中，代杰瑞，張春池，張文，張貴麗，祝培剛，于曉衛，王立功

(1.山東省地質調查院，山東 濟南 250014；2.山東省土地質量地球化學與污染防治工程技術研究中心，山東 濟南 250013；3.中國地質大學地球科學與資源學院，北京 100083)

0 引言

山東省魯中隆起區內發育有與中基性侵入巖和中酸性侵入巖相關的矽卡巖型鐵礦床，前者分布于魯中隆起區中北部，主要位于濟南、淄博、萊蕪、德州等地區，后者主要分布于魯中隆起區東南部，主要位于臨沂、棗莊地區[1-2]，其中與中基性侵入巖相關的矽卡巖型鐵礦在鐵礦石供應量和礦石質量等方面占主導地位。2015年以來，山東省地勘單位在齊河—禹城地區內李屯、大張、潘店異常區的矽卡巖型鐵礦勘查工作和科學研究方面相繼取得了重大進展[3-7]。該文是在系統分析研究以往勘查工作成果的基礎上，總結該地區內矽卡巖型鐵礦找礦預測地質模型，以期指導今后區域矽卡巖型鐵礦勘查工作。

1 區域地質特征

研究區位于山東省德州市齊河縣—禹城市和聊城市高唐縣等地區，其大地構造位置屬華北板塊(Ⅰ)、魯西隆起區(Ⅱ)、魯中隆起(Ⅲ)、泰山-濟南斷隆(Ⅳ)、齊河潛凸起(Ⅴ)(圖1)。

1—二級構造單元邊界；2—三級構造單元邊界；3—四級構造單元(實測斷裂/隱伏斷裂)邊界；4—五級構造單元(實測斷裂/地層界線/隱伏斷裂)邊界；5—(潛)凹陷區；6—(潛)凸起區；7—構造單元編號；8—研究區位置；9—省界；10—市/縣/村級地名圖1 區域大地構造背景簡圖

齊河—禹城地區地表無基巖露頭，均為巨厚的新生代地層所覆蓋，其下發育有白堊系、二疊系、石炭系、奧陶系、寒武系等。巖漿巖可分為新太古代侵入巖和中生代侵入巖；前者以酸性侵入巖為主，分布局限(僅在研究區北部鉆孔深部揭露)，后者以中基性侵入巖為主，在研究區中部覆蓋層下大面積分布。區域構造活動強烈，其中斷裂構造主要以NE向、NW向為主，褶皺構造局部發育。在1∶50萬區域重力場中，研究區總體表現為以潘店地區為中心的區域低重力場背景上的相對高重力異常特征；在1∶50萬區域航空磁場中，該地區航磁異常走向NNE，磁力值南北較高、中部較低(呈“馬鞍狀”)，長約35km、寬約10km。

2 礦區地質—地球物理特征

2.1 地質特征

研究區內新生代地層覆蓋厚度呈“北深南淺”特征，如李屯地區厚度可達810～900m，潘店地區約為820m，大張地區約為560～590m，薛官屯地區厚度不詳(尚無鉆探控制)。區內燕山晚期巖漿活動強烈(圖2)，覆蓋層下發育有李屯巖體(位于李屯東側)、潘店巖體(位于潘店北西側)、大張巖體(位于大張北西側)及薛官屯巖體(位于薛官屯北東側)，其巖性以閃長巖為主，其次為輝石閃長巖等。區內構造格架多為物探資料推斷所得，其中斷裂呈NE向、NNW向和近SN向發育，褶皺亦較發育。

1—禹城濟陽潛凹陷；2—樂平鋪潛凹陷；3—齊河潛凸起；4—斷裂構造及名稱；5—推斷隱伏閃長巖體范圍；6—鐵礦床位置及名稱；7—地名圖2 研究區地質構造簡圖

2.2 地球物理場特征

1—磁異常正等值線；2—磁異常零等值線；3—磁異常負等值線；4—磁異常值(nT)；5—鐵礦床位置及名稱圖3 研究區航空磁異常ΔT等值線平面圖(據文獻 [8]，有修改)

由1∶5萬航磁異常(圖3)可知，研究區航磁異常詳細特征更加明顯，將原來1∶20萬航磁異常的“馬鞍狀”分解為1∶5萬航磁異常的“四峰狀”，即為李屯次級磁異常(呈NE向)、潘店次級磁異常(呈NW向)、大張次級磁異常(呈NNE向)和薛官屯次級磁異常(呈SN向)[8]，與巖體分布位置大致吻合；綜合異常規模和強度等因素可知，李屯次級磁異常>大張次級磁異常>潘店次級磁異常>薛官屯次級磁異常。研究區異常查證工作表明前三者均為矽卡巖型鐵礦的礦致異常。研究區1∶5萬重力異常特征大致呈“紡錘體”狀，重力異常走向由大張至潘店地區近SN向(355°方向)轉為潘店至李屯地區NNE向(30°方向)，以潘店地區北西側和南東側為中心，向四周逐步衰減，剩余重力異常表現為在李屯東側、潘店北西側和大張北東側3個明顯的剩余重力異常。通過1∶5萬布格(及剩余)重力異常和1∶5萬航磁(及化極)異常對比，研究區具有明顯的“重磁同源性”特征，重磁異常特征基本體現了區內中基性侵入巖分布、前古近紀地層隆起、構造展布等地質特征。

3 礦床特征

研究區內鐵礦勘查成果表明，在大張、潘店、李屯次級磁異常區均發育有不同規模的鐵礦體(圖3)，截至目前，大張次級磁異常區鐵礦控制程度較高，潘店、李屯次級磁異常區均為單孔見礦；上述3個磁異常中矽卡巖型鐵礦表現為礦體集中分布、厚度較大、礦石品位較高的特征。

3.1 鐵礦體特征

該次研究工作以大張、潘店、李屯礦區中代表性鉆孔(DZK1、PZK1、LZK1)為例進行說明，通過鉆孔柱狀簡圖(圖4)可知，大張礦區鐵礦體埋藏最淺、潘店礦區鐵礦體埋藏最深、李屯礦區鐵礦體埋藏介于二者之間。

1—第四系—新近系；2—二疊系、二疊系—石炭系；3—奧陶系；4—大理巖帶；5—矽卡巖帶；6—鐵礦體；7—閃長巖體；8—煤層；9—不明位置整合接觸/平行不整合/角度不整合；10—鉆孔及編號；11—鉆孔孔深圖4 研究區典型鐵礦代表性鉆孔柱狀簡圖

3.1.1 大張鐵礦

大張鐵礦區位于大張次級磁異常區南西側，中化地質礦山總局山東地質勘查院在該區鐵礦勘查工作取得找礦突破，在0勘探線中Ⅰ號鐵礦體由ZK1、ZK2孔控制，Ⅱ號礦體由ZK3孔控制，其中Ⅰ號礦體賦存于馬家溝群灰巖與閃長巖接觸帶內，呈似層狀，賦存標高為-716.38m～-772.52m，傾向SE，傾角60°，礦體平均厚度16.84 m(最大厚度26.02m、最小厚度7.66m)，礦石平均品位ω(TFe)：54.02%、ω(mFe)：50.86%；Ⅱ號礦體賦存于閃長巖體內，賦存標高-781.54m～-796.85m，礦體厚度15.34m，礦石平均品位ω(TFe)：49.38%、ω(mFe)：47.54%。

山東省地質調查院近期在該區勘查工作取得了重要進展，在位于0勘探線ZK2鉆孔北側約605m處施工的DZK1鉆孔中，鐵礦體賦存于奧陶紀地層中和奧陶紀地層與閃長巖體接觸帶上，前者賦礦標高為-799.77m～-808.56m，礦體厚度為7.02m，礦石平均品位為ω(TFe)：64.08%、ω(mFe)：58.13%；后者賦礦標高為-816.46m～-825.24m，礦體厚度為7.01m，礦石平均品位為ω(TFe)：59.75%、ω(mFe)：57.06%。上述2層鐵礦體總厚度為14.03m，平均品位為ω(TFe)：61.92%、ω(mFe)：57.06%。

3.1.2 李屯鐵礦

李屯鐵礦區位于李屯次級磁異常區北西側，鐵礦體分別產于石炭—二疊紀碎屑巖地層中和奧陶紀地層與巖體接觸帶處。賦礦標高為-1123.50m～-1259.33m處，礦體總體W傾，傾角約65°，礦體厚度為72.73m(共分4層礦體，單層最大厚度為60.53 m，單層最小厚度為1.21 m)[7]，礦體平均品位為ω(TFe)：56.75%、ω(mFe)：51.70%。

3.1.3 潘店鐵礦

潘店鐵礦區位于潘店次級磁異常區西側，山東省煤田地質規劃勘察研究院在該區鐵礦勘查工作取得找礦突破，山東省地質調查院在該區鐵礦勘查工作取得找礦突破，鐵礦體分別產于二疊紀碎屑巖地層中、奧陶紀地層中以及奧陶紀地層與閃長巖體接觸帶處。賦礦標高為-1417.94m～-1515.47m處，礦體總體W傾，傾角約45°，礦體厚度為40.26m(共分5層礦體，單層最大厚度為11.88m，單層最小厚度為1.11m)，礦體平均品位為ω(TFe)：51.82%、ω(mFe)：47.20%。

3.2 礦石特征

研究區內鐵礦石為灰黑色磁鐵礦石，以灰黑色為主(部分略帶淡棕色)，呈致密塊狀構造，少量為浸染狀或角礫狀構造等；礦物顆粒呈半自形—他形粒狀結構。礦石中金屬礦物主要為磁鐵礦，其次為黃銅礦、黃鐵礦等，非金屬礦物主要為方解石、石英、綠簾石、綠泥石、石榴子石等，礦石中伴生組分未達工業利用標準。

3.3 圍巖蝕變

研究區內鐵礦體發育部位附近，從侵入巖體到賦礦地層方向分帶特征明顯，總體表現為“閃長巖帶—蝕變閃長巖帶—內矽卡巖帶—鐵礦帶—外矽卡巖帶—大理巖化帶—灰巖帶”[8-9]。在靠近侵入巖體處鈉長石化、透輝石化較為發育，偶見高嶺土化現象；在矽卡巖帶處磁鐵礦化、黃鐵礦化、綠簾石化、綠泥石化等現象發育；在鐵礦體處矽卡巖化、黃鐵礦化、綠簾石化、綠泥石化、黃銅礦化等現象發育；在地層一側發育有明顯的大理巖化現象，偶見黃鐵礦化現象。需要說明的是，由于鐵礦體賦存形式、產狀規模、礦石品位等方面的差異，圍巖蝕變類型及強弱差異較為明顯。

4 討論

4.1 控礦要素分析

研究區內及魯西地區矽卡巖型鐵礦成礦規律研究表明，該類型鐵礦表現為“地層、侵入巖和構造”聯合控礦特征[9-10]。區內鐵礦成礦機制為中基性巖漿侵入到奧陶紀馬家溝群碳酸鹽地層中，在巖體與地層接觸帶附近發生復雜的物理化學反應，大量含鐵質礦物出溶形成富礦熱液，并在成礦有利部位(侵入巖體中、地層與巖體接觸帶、地層層間裂隙中)運移并沉淀，進而形成矽卡巖型鐵礦床[11-20]。研究區內各鐵礦礦產地控礦特征詳見表1：

表1 齊河—禹城地區各礦產地鐵礦體控礦特征

根據勘查成果及重磁數據解譯工作可知，在區內矽卡巖型鐵礦成礦后期，地質構造運動仍然較為顯著，在李屯、潘店、大張等地區發育有多處斷裂構造，形成了多個物探異常和地質塊體；且李屯、潘店、大張地區間發生了明顯的地質體差異性升降，總體表現為大張地區為相對上升，李屯和潘店地區為相對下降(且潘店地區較李屯地區下降幅度略大)，在大張地區新生代地層、石炭紀—二疊紀地層相對較薄，奧陶紀地層埋藏較淺；在李屯和潘店地區新生代地層、石炭紀—二疊紀地層較厚，奧陶紀地層埋藏較深。

4.2 找礦預測地質模型

隱伏區找礦工作是當前和今后相當長一段時期內礦產勘查的重點工作[21-24]，該次工作在“三位一體”勘查區找礦預測理論[25-26]的基礎上，對區域相關鐵礦勘查工作經驗[27-37]進行了分析研究，據此可總結出包括成礦地質背景、成礦地質體、成礦構造、成礦作用特征標志、地球物理特征等方面的找礦預測地質模型(表2)：

表2 齊河—禹城地區矽卡巖型鐵礦找礦預測地質模型

①北京礦產地質研究院,山東省齊河—禹城地區接觸交代型富鐵礦綜合信息找礦預測地質模型,2017年。

5 結語

該文依據區內已經取得地質、地球物理和礦產勘查成果，對研究區地質特征、鐵礦床特征分析進行論述，并對該區鐵礦控礦要素進行了分析，總結了區內找礦預測地質模型。由于研究區矽卡巖型鐵礦勘查工作起步較晚，地質找礦工作仍然需要進一步加強，該文將此次研究成果和今后工作建議敘述如下：

(1)研究區內李屯次級磁異常、潘店次級磁異常和大張次級磁異常中矽卡巖型鐵礦相繼發現，使得該區內“李屯—潘店—大張”地質特征、地球物理異常和相應鐵礦床可作為一個整體進行系統研究。區內李屯、潘店、大張地區的矽卡巖型鐵礦的勘查經驗，為今后對薛官屯次級磁異常的勘查工作提供了勘查經驗和找礦方法。

(2)區內中基性巖漿在李屯、潘店和大張地區侵位過程中，侵入的部位差別較大，在成礦作用過程中形成了接觸帶賦存式、斷裂充填式、裂隙貫入式、層間充填式、捕虜體構造式等類型多樣的鐵礦體。在研究區內矽卡巖型鐵礦成礦后期，區內地質構造運動仍然較為顯著，在李屯、潘店、大張地區發生了明顯地質塊體差異性升降，要重視構造作用對區內鐵礦體的改造以更好地開展鐵礦勘查工作。

(3)區內矽卡巖型鐵礦找礦預測地質模型大致可分為區域成礦地質背景、成礦地質體、成礦構造、成礦作用特征標志、地球物理特征等；在今后找礦預測過程中，需要綜合運用，適時補充以促使相關地區同類型鐵礦勘查工作不斷提升。

(4)由于研究區被巨厚層新生代地層覆蓋，深部基巖地層、構造構架、侵入巖特征等多由物探手段推斷所得，覆蓋層下各類地質體詳細特征需要進一步開展研究；其中與鐵礦相關的巖體侵位形態和侵入層位、地層與巖體接觸帶變化特征、鐵礦體形態(產狀及規模)、鐵礦體與重磁電異常對應性是今后區內鐵礦勘查工作取得突破的重點內容。

致謝：感謝同作者一起在齊河—禹城地區開展矽卡巖型鐵礦找礦預測工作項目組全體成員，同時感謝審稿專家提出的修改意見！