山東省東平-汶上地區(qū)鐵礦礦床成因探討

白 濤

（中鋼集團(tuán)山東富全礦業(yè)有限公司，山東 濟(jì)寧 272500）

山東省東平-汶上鐵礦成礦帶是魯西重要的成礦帶，該成礦帶南起汶上縣郭倉(cāng)鎮(zhèn)，向北延至東阿縣東阿鎮(zhèn)，長(zhǎng)約30km，寬約12km，面積360km2，區(qū)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)許多大中型鐵礦床，探明了鐵礦石資源量超過(guò)12億t，顯示了該成礦帶具備優(yōu)越的成礦地質(zhì)條件和良好的找礦前景[1]。通過(guò)該次研究，探討了東平-汶上鐵礦成礦帶礦床成因，為指導(dǎo)該成礦帶進(jìn)一步勘查找礦提供了依據(jù)。

1 礦床形成的地質(zhì)背景分析

1.1 區(qū)域地層

經(jīng)過(guò)勘測(cè)后了解到成礦區(qū)域的地層結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度較高，其主要的基底結(jié)構(gòu)為太古代泰山巖結(jié)構(gòu)，在長(zhǎng)期地質(zhì)演變的過(guò)程中，很多巖石遭到強(qiáng)壓力作用下侵入到其他巖石當(dāng)中，成為了變質(zhì)巖結(jié)構(gòu)，該區(qū)域常見(jiàn)的變質(zhì)巖結(jié)構(gòu)有變粒巖、磁鐵角閃巖等[2]。并且地層的行走方向呈現(xiàn)出褶皺變化的狀態(tài)，即整體結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為NNW或者NW的延伸狀態(tài)，地層結(jié)構(gòu)存在時(shí)間較長(zhǎng)，從石炭紀(jì)一直堆疊到寒武紀(jì)，由于古代海洋的存在，地層結(jié)構(gòu)也呈現(xiàn)出海陸交互的地層變化 趨勢(shì)，從而導(dǎo)致新生地層與舊地層之間存在斷陷沉積的情況。在該區(qū)域內(nèi)存在鐵礦的區(qū)域主要在山草峪組，該區(qū)域組巖主要以變粒巖為主，其變質(zhì)情況比較集中，也為鐵礦的形成提供了原始條件。

1.2 地質(zhì)構(gòu)造

結(jié)合調(diào)查數(shù)據(jù)分析可得，目前該區(qū)域所存在的地質(zhì)構(gòu)造有褶皺、斷裂和節(jié)理三種形態(tài)，并且該結(jié)構(gòu)的發(fā)育走向相對(duì)穩(wěn)定，但是整體規(guī)模的分布存在不均勻、不規(guī)律的狀態(tài)，例如，在山草峪組區(qū)域，其巖石構(gòu)造的走向以NW與NNW為主，而傾向性主要以SW和SWW為主，大部分巖石的傾角在70°到80°之間，并且在這些組成結(jié)構(gòu)中，還存在著斷裂構(gòu)造，主要以汶泗斷裂、NW向斷裂和NE向斷裂較為常見(jiàn)[3]。在斷裂結(jié)構(gòu)中，NE向斷裂所形成的時(shí)間相對(duì)較晚，但所處位置處于整個(gè)礦床的中間位置，不僅增加了開(kāi)采難度，而且對(duì)于礦床的連續(xù)性也造成了較大的破壞。

1.3 巖漿巖結(jié)構(gòu)

在該區(qū)域的組成結(jié)構(gòu)中，存在著巖漿巖結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的主要來(lái)源于新太古代時(shí)期和中生代時(shí)期，在地殼活動(dòng)比較活躍的狀態(tài)下，侵入到地層結(jié)構(gòu)中所形成的巖漿巖。在新太古代所在區(qū)域，侵入性巖漿巖主要分布在區(qū)域的凸起位置，其分布走線大致呈現(xiàn)為NW向，所形成的巖石結(jié)構(gòu)主要為花崗巖，并且在侵蝕作用下，巖漿在地殼活動(dòng)的作用下，大面積入侵了鐵礦礦床，這也對(duì)礦床結(jié)構(gòu)的完整性造成了破壞[4]。而中生代時(shí)期所形成的巖漿巖，大部分都位于區(qū)域凸起的邊緣地帶，還有少部分位于斷裂構(gòu)造所在區(qū)域，其入侵形式相對(duì)復(fù)雜，入侵巖的類(lèi)型有花崗巖、輝綠巖、石英石等。

1.4 區(qū)域磁異常場(chǎng)

在對(duì)鐵礦礦床基本情況進(jìn)行勘測(cè)時(shí)，根據(jù)鐵芯會(huì)干擾磁場(chǎng)的原理的，可以對(duì)區(qū)域進(jìn)行磁異常場(chǎng)的勘測(cè)，根據(jù)勘測(cè)結(jié)果來(lái)確定礦床的分布情況和具體走向。在具體勘測(cè)過(guò)程中，主要的勘測(cè)手段為航空磁測(cè)法，借助航空器來(lái)采集區(qū)域的磁場(chǎng)變化信息，可以了解到在區(qū)域內(nèi)，從汶上縣城一直到東阿鎮(zhèn)，該區(qū)域的磁異常場(chǎng)的強(qiáng)度非常大，并且結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出帶狀分布的狀態(tài)，這也表明該區(qū)域的成礦狀態(tài)良好，可以滿足基礎(chǔ)的礦區(qū)開(kāi)采需求。根據(jù)同類(lèi)方法對(duì)礦區(qū)內(nèi)的所有區(qū)域結(jié)構(gòu)進(jìn)行了解，發(fā)現(xiàn)該區(qū)域存在磁異常場(chǎng)的區(qū)域共有三處，為后續(xù)開(kāi)采明確區(qū)域目標(biāo)。

1.5 重力場(chǎng)結(jié)構(gòu)

在區(qū)域研究過(guò)程中，重力場(chǎng)結(jié)構(gòu)也屬于非常重要的研究?jī)?nèi)容，含鐵礦的地層相較于其他地層結(jié)構(gòu)，其重力場(chǎng)相對(duì)較大，主要原因在于含鐵礦帶密度相對(duì)較大，從而增加了結(jié)構(gòu)本身的重力場(chǎng)[5]。經(jīng)過(guò)所采集到的相關(guān)數(shù)據(jù)信息可得，該區(qū)域的重力場(chǎng)呈現(xiàn)出梯級(jí)分布的狀態(tài)，區(qū)域中間位置的重力場(chǎng)強(qiáng)度最大，其他區(qū)域呈現(xiàn)依次遞減的狀態(tài)。結(jié)合磁異常場(chǎng)分布圖可以發(fā)現(xiàn)，幾條較大的磁異常帶均位于重力梯級(jí)帶位置上，可以輔助技術(shù)人員進(jìn)一步確定礦床的具體位置。

2 鐵礦礦床成因因素分析

2.1 主量元素

所謂鐵礦礦床，其礦體結(jié)構(gòu)中的主要元素為鐵元素，同時(shí)還會(huì)存在一些其他元素。在該鐵礦礦床中，主要礦體結(jié)構(gòu)為磁鐵石英巖，在巖層中主要的化學(xué)物為SiO2、Fe2O3和Fe3O4。其中Fe2O3和Fe3O4作為鐵元素的主要化合物形式，也是后續(xù)開(kāi)采過(guò)程中的重點(diǎn)。另外，在巖層結(jié)構(gòu)中，還有鋁元素的存在，其主要化合形式為氧化鋁，在礦體中含量占比2.3%以內(nèi)，部分區(qū)域含量在1.1%左右，該材料也可以作為開(kāi)采活動(dòng)中的附屬產(chǎn)物，借助電解的方式來(lái)完成鋁元素的提取。另外，在巖層結(jié)構(gòu)中還存在著錳元素、鉀元素、鈉元素、鎂元素等，但是含量普遍在1%以內(nèi)，造成此類(lèi)情況發(fā)生的主要原因在于，該區(qū)域在太古代時(shí)期屬于海陸交互狀態(tài)。

2.2 稀土元素

在該礦體結(jié)構(gòu)中，還存在著稀土元素，根據(jù)取樣分析可得，在磁鐵石英巖區(qū)域中稀土元素總量在23×10-6到42×10-6之間，而位于黑云變粒巖區(qū)域，稀土元素的總含量在84×10-6到141×10-6之間，主要的的稀土元素有LREE/HREE、LaN/YbN、δEu、δCe等，對(duì)區(qū)域內(nèi)的稀土元素含量進(jìn)行平均值求解，可得區(qū)域內(nèi)稀土元素含量的平均值為0.97，同時(shí)區(qū)域表現(xiàn)出輕稀土含量較高，重稀土含量較低的特征。這也表現(xiàn)礦床在形成過(guò)程中，礦石結(jié)構(gòu)與圍巖之間呈現(xiàn)出相關(guān)性，也側(cè)面反饋出結(jié)構(gòu)與周?chē)鷩鷰r屬于同一時(shí)期形成的結(jié)構(gòu)，為礦區(qū)形成提供了前提條件。

2.3 微量元素

除了稀土元素與主量元素之外，微量元素也與鐵礦礦床的形成存在著間接聯(lián)系。在該區(qū)域中，微量元素主要集中在磁鐵石英巖及黑云變粒巖礦體結(jié)構(gòu)當(dāng)中，并且在分析相關(guān)性數(shù)據(jù)可得，區(qū)域內(nèi)所存在的微量元素含量的變化趨勢(shì)大致相同，而黑云變粒巖中所含有的微量元素總量要大于磁鐵石英巖中微量元素的含量。將礦體中微量元素含量與圍巖中含量趨勢(shì)進(jìn)行比對(duì)，兩者之間保持大致平行的關(guān)系，具有較高的相關(guān)性，這也表明在該區(qū)域礦體的形成與周?chē)鷰r石存在同源性的關(guān)系，這也為礦體形成提供了先決條件。

2.4 原巖恢復(fù)

在對(duì)鐵礦礦床形成原因進(jìn)行分析時(shí)，可以對(duì)礦石中硅元素與鋁元素的化合物比值進(jìn)行比對(duì)，硅元素的直屬產(chǎn)物為二氧化硅，鋁元素的直屬產(chǎn)物為氧化鋁，經(jīng)采樣分析可得，在整個(gè)應(yīng)用結(jié)構(gòu)中，兩者的比值平均值是32.5的，一般在分析鐵礦成因是，如果兩者的比值超過(guò)了10.0，那么表明該區(qū)域鐵礦成因主要是火山灰沉積后發(fā)生變質(zhì)所形成的結(jié)果，如果兩者比值在10.0以內(nèi)，那么表示礦體直接由侵入巖編制后直接形成。因?yàn)閮烧叩谋戎翟?0.0以上，那么表明區(qū)域鐵礦礦場(chǎng)的主要成因?yàn)榛鹕交页练e后發(fā)生變質(zhì)所形成。

2.5 變質(zhì)巖構(gòu)造

變質(zhì)巖的表現(xiàn)形式相對(duì)較多，不同變質(zhì)巖結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的產(chǎn)物類(lèi)型也存在不同。通常情況下，為了提高分析效率，可以采用制作AFM圖來(lái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，經(jīng)過(guò)分析后可以得出在該區(qū)域所形成的磁鐵石英巖主要是由海底火山活動(dòng)造成，在劇烈的海底火山運(yùn)動(dòng)情況下，巖漿中所含有的硅元素與鐵元素會(huì)大量堆積在海底，形成初始的礦床結(jié)構(gòu)，并且在鐵礦礦床外圍會(huì)有硅質(zhì)層進(jìn)行保護(hù)，為礦床的形成提供提供條件。隨后在海底活動(dòng)的作用下，繼續(xù)進(jìn)行巖層變質(zhì)活動(dòng)，從而形成了該區(qū)域的礦床結(jié)構(gòu)。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)收集東平-汶上地區(qū)近年來(lái)基礎(chǔ)地質(zhì)地質(zhì)資料，分析了區(qū)內(nèi)地層、構(gòu)造、巖漿巖等內(nèi)容與鐵礦床的關(guān)系。同時(shí)探討了區(qū)內(nèi)鐵礦礦床成因，通過(guò)對(duì)成礦區(qū)帶的樣品采集測(cè)試，并對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)分析對(duì)比，推斷了該區(qū)鐵礦床為海相島弧火山沉積變質(zhì)成因。