東平縣舊縣地區鐵礦床特征及礦床成因

李宗成，劉彥，田曉明，于本秀，王莉，曲守全，張念朋，程鳳

(1.山東省第五地質礦產勘查院，山東 泰安 271000；2.平邑縣自然資源和規劃局，山東 平邑 273300)

0 引言

舊縣地區位于東平縣城區西北約30km處，隸屬舊縣鄉管轄；鐵礦位于東平-汶上鐵礦帶北部[1]。1971—1975年，地質部航空物探大隊完成了1∶5萬航空磁測工作[2]，發現汶上-東平-阿城航磁異常帶。該成礦帶已探明鐵礦資源量4.62億t，大中型鐵礦有彭集鐵礦、梁林鐵礦、大牛鐵礦、水河鐵礦、化肥廠鐵礦、馮家莊鐵礦、洪范池鐵礦等。2008年12月，山東省第五地質礦產勘查院在區內開展了普查，提交了《山東省東平縣舊縣地區鐵礦普查報告》；進行了地質草測、高精度磁測、鉆探，采取各類樣品198件，后經鉆孔驗證未見礦。

2009年對2008年所取得的地質物探資料進行反復研究，認為礦體傾向應為NE,施工鉆孔于706.80～714.50m見到鐵礦體，礦體視厚度為7.70m，TFe平均品位24.55%，mFe平均品位18.25%；證實了該異常為礦致異常。

2014—2016年，繼續在該區開展普查及續作工作。完成主要工作量1∶1萬地質填圖14.34km2；1∶2000高精度磁測剖面16.2km；鉆探5324.18m/5孔；井中三分量磁測5311.9m/5孔；基本分析樣124件，巖礦鑒定7件，組合分析1件，物相分析1件，小體重3件。舊縣鐵礦礦體露頭埋深約420m，地表磁異常和礦體露頭位置偏移較大，前期工作未能揭露礦體，本次工作在積累吸收經驗和教訓的基礎上取得找礦突破。求得區內鐵礦資源量315.2萬t。

1 區域地質背景

大地構造位置位于華北板塊(Ⅰ)魯西隆起區(Ⅱ)魯中隆起(Ⅲ)泰山-濟南斷隆(Ⅳ)泰山凸起(Ⅴ)西南部[3]。自下而上發育新太古代泰山巖群(隱伏)[4]、古生代寒武紀長清群、寒武-奧陶紀九龍群及第四系。基巖露頭分布于東平湖東岸低山丘陵，第四系分布于地勢低洼地段。構造、巖漿巖不發育(圖1)。

1—臨沂組；2—大站組；3—三山子組；4—炒米店組；5—崮山組；6—張夏組；7—銅漢莊單元石英閃長玢巖；8—鐵礦體投影位置及編號；9—實測及推測正斷層圖1 東平縣舊縣地區地質簡圖

2 礦區地質特征

2.1 地層

泰山巖群僅發育山草峪組，巖層走向320°～330°，傾向一般為SW，傾角70°，局部向NE陡傾。巖石發育片麻理，局部發育片理，巖性為灰黑色黑云變粒巖、角閃變粒巖，夾少量條帶狀角閃石英巖、條帶狀磁鐵角閃石英巖、斜長角閃巖、斜長角閃片巖等。其中條帶狀磁鐵石英巖為主要的含礦巖系。巖石屬區域變質巖類，原巖屬中酸性、基性火山碎屑巖。根據區域對比資料[5]，該層厚度大于2000m。礦區變質巖石為變粒巖夾磁鐵石英巖硅鐵建造，是礦區內的主要含礦層位。變質巖組合以黑云變粒巖、黑云斜長變粒巖為主，夾黑云片巖、磁鐵角閃石英巖等，變質程度達低角閃巖相[6]。

古生代寒武紀長清群分布于東平湖東側，零星出露東平湖西側；出露長清群朱砂洞組、饅頭組，傾向NW—NE，傾角3°；巖性有白云巖、灰質白云巖、紫紅色頁巖，夾云泥巖、泥云巖、灰巖和砂巖；厚約230m。寒武-奧陶紀九龍群主要分布在東平湖東，出露于剝蝕丘陵的中上部；傾向350°～10°，傾角3°～5°，主要發育有張夏組、崮山組、炒米店組、三山子組，為淺海相沉積，巖性主要有灰色厚層—巨厚層鮞?；規r、生物碎屑灰巖、薄板狀疙瘩狀、鏈條狀灰巖夾頁巖、薄層竹葉狀—準竹葉狀灰巖等[7]；厚約355m。

第四系分布于山間低洼地帶、河道兩側，發育大站組、臨沂組。主要巖性為黏土、砂層、含礫黏土層、砂礫層等。

2.2 構造

區域主要發育大吉城-舊縣斷裂以及朱莊斷裂；大吉城-舊縣斷裂分布于舊縣北—大吉城—孟樓一帶，從區內西北部穿過，南部隱伏發育，推斷區域長度10km左右，走向NNE，傾向NW，傾角70°，為正斷層；破碎帶由斷層角礫巖、灰質碎裂巖等組成。

2.3 巖漿巖

僅發育中生代沂南序列銅漢莊單元[8]。巖性為閃長玢巖，出露于舊縣鄉東北，沿NNE向斷裂呈脈狀產出，呈近SN向展布，出露長度約1km，寬90～170m，面積約1.3km2。巖體圍巖呈斷層和侵入接觸關系[9]。

2.4 巖礦石磁性參數

舊縣地區大部分被第四系覆蓋，地層巖性為灰巖或頁巖類，泰山巖群隱伏于寒武紀地層之下，巖性主要為黑云變粒巖、花崗偉晶巖，成礦巖性為磁鐵角閃石英巖[10]，主要巖礦石物(磁)性參數見表1。

該區巖礦石磁化率有明顯差異，根據磁化率大小可將區內巖礦石分為兩類，一類為低磁化率巖石，主要為花崗偉晶巖、黑云變粒巖、頁巖、灰巖等，磁化率極低在100×10-6·4π·SI以下，剩余磁化強度極小不超過15×10-3A/m；另一類是高磁化率巖石，為磁鐵角閃石英巖，磁化率值在22000×10-6·4π·SI之上，最大達102900×10-6·4π·SI，剩余磁化強度也較大，最低為3020×10-3A/m，最大達53300×10-3A/m。磁鐵角閃石英巖的磁化率或是剩余磁化強度均高出灰巖和巖性為黑云變粒巖的圍巖3～4個數量級，磁性差異特別大，該區具備利用高精度磁測方法尋找鐵礦的地球物理前提條件[11]。

2.5 剖面磁異常特征

(1)平面磁異常特征。該地區1∶5000高精度磁測ΔT化極等值線平面圖看(圖2)，磁場等值線分布相對較均勻，等值線均勻性較好，圈出以東、北、西側為低背景，中、南部相對較高，走向NW—SE近橢圓形異常1處。原始資料化極處理前異常中心峰值為535nT，化極處理后，異常整體向西北偏移200m左右，異常中心峰值增大為766nT，以1/2極大值圈定異常范圍，異?？傮w形態基本不變，NW向呈近橢圓形，長1900m，短1000m。異常強度由中心向外圍逐漸減弱，異常兩翼等值線疏密程度近乎一致，可以推斷引起該異常的磁性體的產狀較陡，近乎直立。

表1 東平舊縣地區巖礦石物(磁)性參數表

1—未見礦鉆孔位置；2—見礦鉆孔位置；3—勘探線位置及編號；4—磁異常等值線及數據圖2 東平縣舊縣地區磁異常等值線平面圖

1—實測化極曲線；2—反演擬合曲線；3—不融合面；4—地形曲線；5—寒武紀地層；6—泰山巖群山草峪組；7—推斷磁性體及編號圖3 東平縣舊縣地區高精度磁測ΔT化極等值線剖面圖

(2)剖面磁異常特征。垂直異常走向施工了5條1∶2000高精度磁測剖面，剖面方位角60°，自北向南分別編號為19線、11線、3線、4線、12線。剖面間距為200m，沿異常長軸方向控制長度800m。利用中國地質大學開發的MAGS3.0軟件對各條剖面進行了反演計算，具體結果見圖3。

19線位于磁異常的最北端，方位角60°，點距10m，剖面總長度3300m。剖面異常與對應面積性異常特征相吻合，但在局部異常特征上反應更為突出，自剖面南西段從正常場進入異常區后，連續出現3處范圍較大的異常區，其中磁場最大值出現在剖面中部，峰值為652nT。在剖面的NE異常梯度變化加大的區段有一范圍較小的異常區。利用MAGS3.0軟件進行人機交互二度半反演，磁異常由多個磁性體疊加引起，其中1、2、4號磁性體規模較小，3號磁性體規模較大，應是導致磁異常的主要磁性體，經反演計算，3號磁性體上頂埋深約520m，傾角87°，總磁化強度為70000×10-3A/m。

在對19線剖面資料處理的基礎上，同樣利用MAGS3.0軟件對11線、3線、4線及12線剖面資料進行人機交互二度半反演，推斷4個磁性體，其中1、2、4號磁性體規模較小，3號磁性體規模較大，經反演計算，3號磁性體上頂埋深約590m，傾角85°，總磁化強度為70000×10-3A/m；在3線剖面針對3號磁性體(對應地質控制的Ⅱ號鐵礦體)曾施工ZK302和ZK308兩個鉆孔進行控制，結果是礦體沿傾向控制延深700m，傾向NE，傾角87°，礦體埋深434～1065m。礦體真厚度3.98～7.86m，平均真厚度5.92m。

2.6 磁性地質體的綜合推斷

綜合平面磁異常特征和5條高精度磁測剖面的反演結果，推斷本區磁異常的形成應是地下多個磁性體導致的。走向NW，沿走向異常長度大于1900m，寬度約1000m，1∶2000高精度磁測剖面沿走向實際控制長度800m。推斷磁異常特征主要有1、2、3、4等4個主磁性體組成，其中3號磁性體引起的異常范圍大、峰值高，沿平面異常是本區的主要磁性體，其他磁性體規模遠小于主磁性體。以3號磁性體為例，在5條剖面控制范圍內異常特征一致且連續，結合平面異常沿走向向兩端仍有延續，總長度可達1900m，沿傾向延深大于700m，據3線施工的鉆孔揭露礦體的真厚度為5.92m，三維立體表現出引起3號異常的磁性體規模巨大，礦石資源量豐富，具有良好的找(成)礦前景[12]。

3 鐵礦體特征

3.1 鐵礦體的分布

區內隱伏分布2個礦體(圖4)，自西向東為Ⅰ、Ⅱ號礦體，Ⅱ號礦體為主礦體。礦體呈層狀、似層狀。賦存于泰山巖群山草峪組中下部，屬沉積變質型鐵礦，礦石為條帶狀磁鐵石英巖、角閃磁鐵石英巖。礦體與圍巖產狀一致，界線明顯[13]。估算求得區內鐵礦資源量共315.2萬t，mFe平均品位20.13%，TFe平均品位23.64%。

1—寒武紀地層；2—山草峪組；3—不整合面；4—鐵礦體及編號；5—鉆孔編號及位置；6—單工程礦體厚度(m)/mFe品位(%)圖4 舊縣地區第3勘探線剖面圖

Ⅰ號礦體賦存于泰山巖群山草峪組中下部，呈薄層狀，走向NW，產狀近直立，單工程控制，沿傾向控制斜深約200m，沿走向延伸約280m。礦體厚度1.04m，礦體mFe平均品位18.25%，TFe品位24.55%。

主礦體Ⅱ號礦體賦存于泰山巖群山草峪組中下部，由3個鉆孔控制。礦體賦存標高-356m～-993m。礦體埋深512～1144m。礦體呈層狀。礦體走向NW，傾向NE，傾角87°左右。沿傾向控制延深約640m，沿走向延伸約433m。礦體厚度1.44～7.86m，平均厚度4.43m。礦體mFe最高品位36.30%，最低品位15.12%，mFe平均品位20.22%；mFe品位變化系數48.41%，礦體TFe最高品位39.43%。最低品位17.43%，TFe平均品位23.60%,TFe品位變化系數55.45%。屬品位變化均勻。Ⅱ號礦體鐵礦資源量303.4萬t。

3.2 礦石質量

3.2.1 礦石礦物成分

礦石的主要巖性為磁鐵石英巖、角閃磁鐵石英巖[14]。

(1)磁鐵石英巖。主要礦物成分為石英、黑云母、角閃石、磁鐵礦、斜長石等，粒徑一般在1.00～1.50mm之間，巖石交代作用較為明顯。

石英：無色透明，他形粒狀變晶，集合體基本呈薄層狀，具定向性排列，與巖石構造方向近一致，具波狀消光現象。

角閃石：綠色—黃綠色，多色性明顯，他形柱狀、纖狀變晶，大小不等，集合體略呈斷續的定向分布，集合體與石英集合體相間分布。

黑云母：褐黃色，多色性明顯，片狀變晶，較為細小，常與角閃石共伴生，與角閃石一起構成條紋，具輕微碳酸鹽礦物化蝕變。

斜長石：他形粒狀變晶，顆粒較大，在巖石中多呈變斑晶，長軸方向與巖石構造方向略近一致，常被石英穿孔交代。

磁鐵礦：黑色不透明，他形粒狀，大小不等，多分布于角閃石間隙中，集合體與石英等集合體相間分布，具定向性排列，集合體略呈斷續的條帶狀定向分布[15]。

(2)角閃磁鐵石英巖。主要礦物成分為角閃石、石英、磁鐵礦及極少許磷灰石，粒徑1.00mm左右。

角閃石：綠色—黃綠色，多色性明顯，他性柱狀、纖狀變晶，大小不等，晶粒間局部接觸，集合體在巖石中略呈半定向排列，長軸方向與巖石構造方向一致。

石英：無色透明，他形粒狀變晶，大小不等，分布于角閃石間隙中，集合體在巖石中略呈半定向排列，長軸方向與巖石構造方向略近一致。局部常常穿孔交代角閃石[16]。

磁鐵礦：黑色不透明，他形粒狀為主，少許呈半自形粒狀，粒徑最大約0.40mm，多分布于角閃石間隙中，少許呈包裹體分布于角閃石中、石英內部，晶粒間常常接觸，集合體在巖石中略顯雜亂—半定向。

3.2.2 礦石的結構構造

(1)礦石結構。礦石的主要結構類型有半自形—他形粒狀變晶結構、半自形—自形粒狀變晶結構。磁鐵礦呈自形晶—他形晶粒狀集合體，分布在脈石礦物集合體中或脈石礦物裂隙中，受一定外力作用，多呈條帶狀、豆莢狀，連續分布，定向排列明顯。此外，還有半自形鱗片狀粒狀變晶結構、細粒纖狀花崗變晶結構等[17]。

(2)礦石構造。礦石構造主要為條紋—條帶狀構造，由磁鐵礦與角閃石和石英等礦物呈集合體組成條紋或條帶相間，條帶寬度一般為0.1～1cm，少數2cm以上。

3.2.3 礦石化學成分及有益有害組分

區內礦石屬貧鐵礦石，礦石有用組分為mFe，TFe。根據物相分析，礦石中磁性鐵(mFe)平均為33.11%，碳酸鐵(cFe)平均為1.05%，赤(褐)鐵(oFe)平均為2.46%，硫化鐵(sFe)平均為0.16%，硅酸鐵(siFe)平均為2.78%(表2)。

表2 物相分析結果表

根據組合分析樣結果(表3)，礦石中有害組分S、P平均含量較低；S平均含量0.12%，P平均含量0.11%。金屬元素含量均達不到鐵礦石中伴生組分最低質量分數。

表3 組合分析結果登記表

3.3 礦石類型和品級

3.3.1 礦石自然類型

按組成礦石的主要鐵礦物劃分，礦石主要由磁鐵礦組成，礦石類型為磁鐵礦石。按礦石中脈石礦物的種類劃分，礦石中的脈石礦物主要為石英和角閃石，礦石類型為石英型和閃石型鐵礦石。按礦石的結構構造劃分，礦石主要為粒狀變晶結構，條帶狀構造，礦石類型為條紋—條帶狀鐵礦石。本礦床礦石的自然類型為條紋—條帶狀石英閃石型磁鐵礦石[18]。

3.3.2 礦石工業類型

研究區內鐵礦石屬需選工業礦石。Ⅱ號礦體mFe/TFe為85.68%，磁性需選鐵礦石；Ⅰ號礦體mFe/TFe為74.30%，屬弱磁性需選鐵礦石。

3.4 礦體圍巖和夾石

3.4.1 礦體圍巖

礦體賦存在泰山巖群山草峪組中，礦體頂、底板巖性以黑云變粒巖為主，另有花崗偉晶巖。

黑云變粒巖：巖石呈灰黑色，中細粒鱗片粒狀變晶結構，塊狀構造。主要組成礦物：斜長石(約占35%～50%)，石英(約占25%～35%)，黑云母(約占15%～25%)，角閃石、石榴石、磷灰石、方解石等少量。

花崗偉晶巖：呈脈狀，厚度較大。巖石淺肉紅色，偉晶結構，塊狀構造，主要組成礦物為微斜長石70%～80%、石英20%～30%，含少量斜長石、黑云母。部分斜長石分布在微斜長石粒間，發育細密聚片雙晶，粒徑0.1～0.3mm，局部發生絹云母化。

3.4.2 礦石夾層

Ⅱ號礦體內夾2層夾石，夾石巖性主要為黑云變粒巖及花崗偉晶巖。其中第1層夾石厚度為1.12m，TFe平均品位4.96%，mFe平均品位3.29%。第2層夾石厚度0.58m，TFe平均品位3.47%，mFe平均品位2.84%。

4 礦床成因及找礦標志

4.1 礦床成因

魯西地區新太古代硅鐵建造及其中的變質沉積型鐵礦床是泰山巖群的一個組成部分，其與泰山巖群的形成演化過程是一致的。泰山巖群是發育在早期陸殼固結以后的穩定陸塊上濱海—淺海環境的火山—碎屑沉積建造。在2700Ma前后，該建造經阜平運動的變質、變形作用的強烈改造，遭受區域性角閃巖相變質，同時受EW向擠壓，發生較大規模的NW向褶皺和斷裂，以后又有TTG鈉質巖漿的侵入活動。

變質沉積鐵礦成礦物質源于海底火山噴發作用，鐵礦來源與基性火山活動關系密切。在海盆中，膠狀氫氧化鐵和二氧化硅交替沉積，形成互層狀硅鐵沉積建造，經受區域變質作用時，在熱力和定向壓力作用下，產生重結晶作用及片理化作用，形成磁鐵礦、石英、角閃石等主要礦物。在礦石中長柱狀礦物定向排列，磁鐵礦及石英拉長，形成明顯的條紋—條帶狀構造。根據該類鐵礦成礦物質來源及形成機制，其成因應屬于變質沉積型鐵礦[19]。

形成的硅鐵建造經過區域變質作用后，鐵礦層的形態仍保持其較完整、較穩定的層狀特征，在延長、延深方向上，其厚度及形態一般均無很大變化。區域共經歷了3期變質作用。

第一期變質作用發生于晚太古代，形成了本區泰山巖群變質巖石組合。變質基性巖中普遍出現的礦物組合為：普通角閃石+斜長石+石英，普通角閃石+黑云母+斜長石+鐵鋁榴石。變質泥質巖中出現了特征變質礦物十字石，礦物平衡共生組合為：普通角閃石+黑云母+斜長石+石英、黑云母+斜長石+石英+鐵鋁榴石+十字石。根據特征變質礦物以十字石為主，變質基性巖中角閃石+斜長石+鐵鋁榴石組合普遍及變質礦物成分、光性特征、礦物對測溫資料，說明變質作用進入十字石—藍晶石帶。變質溫度條件為500～600℃。遞增變質作用不明顯，屬低溫角閃巖相單相變質。該期變質作用以低角閃巖相為主，峰期局部達到高角閃巖相，晚期伴隨有大規模的巖漿侵入活動。變質作用與構造變形密切相關，多表現為應力狀態下的動態重結晶，巖石內的角閃石、黑云母、石英等定向明顯，某些巖石中發育有線理構造，且線理拉伸方向多與片麻理走向一致，不同巖石中的礦物定向方位相同，表明研究區應力作用的繼承性和穩定性。

第二期變質作用發生于早元古代初期。變質基性巖中出現的礦物平衡組合為：陽起石+透閃石+鈉長石+石英。礦物組合反應變質作用屬中壓綠片巖相變質。推測變質溫度條件為400～570℃。伴隨著變質作用過程變形顯著，侵入體片麻理化，地層局部片麻理化形成綠片巖。變質作用類型屬中壓區域動力熱流變質作用。

第三期變質作用發生于早元古代末期，形成了本區淺部構造相糜棱巖帶。在早元古代侵入體內形成了相對較弱的片麻理。糜棱帶內長石表現為脆性變形，石英完全表型為塑性變形。新生礦物為綠簾石、絹云母、綠泥石。反映變質溫度條件為350～500℃。推測變質作用屬低綠片巖相變質。

4.2 找礦標志

根據礦床成因類型，結合鐵礦床的具體特點，認為本區找礦標志有以下幾個方面：

(1)地層標志：新太古代泰山巖群山草峪組變質地層是尋找“鞍山式”鐵礦的有利層位。

(2)地球物理標志：高精度磁測結果表明，在磁鐵礦體分布地段，可引起明顯的高磁異常，經鉆探驗證，異常與礦體吻合較好。因此，磁異常是尋找“鞍山式”鐵礦的間接標志。礦石具較強磁性是尋找該類礦床的一個重要物性特征。所以，在泰山巖群分布區的磁性異常是尋找該類型礦床的重要標志[20]。

(3)礦體的賦存特征標志：礦體呈層狀、似層狀、透鏡狀、串珠狀產出。其產狀大體與圍巖片麻理產狀一致，礦體沿走向多呈帶狀展布，其尖滅再現分支復合現象明顯[21]。沿已有磁鐵礦體走向追索是尋找“鞍山式”鐵礦的重要標志。

5 結論

(1)在新太古代魯西地區海底火山噴發進一步沉積之后；再進行剝蝕搬運沉積，噴發與沉積作用交替發生，在漫長的區域變質作用下，然后形成了含鐵BIF型鐵礦。鐵礦在形成過程中經歷了3期變質作用。在礦石中主要礦物磁鐵礦、石英、角閃石等定向排列，形成明顯的黑白相間條帶狀構造。

(2)礦床具層控特性。多呈層狀、似層狀、透鏡狀產出。產狀與圍巖片麻理產狀一致，礦體沿走向多呈帶狀展布，尖滅再現分支復合現象明顯。沿已有磁鐵礦體走向追索是尋找“鞍山式”鐵礦的重要標志，泰山巖群分布區的磁性異常也是尋找該類型礦床的重要標志。

(3)本區內隱伏有大規模山草峪組，主要巖石類型為黑云母變粒巖、黑云斜長片麻巖、斜長角閃巖及角閃石英巖等。從1∶1萬高精度磁測圖和航磁異常圖分析，區內磁異常長軸長約1200m，短軸約640m，異常峰值800nT，強度和規模均較大。經普查證實區內磁異常為礦致異常。綜合分析認為，通過進一步工作有望擴大礦體規模。