山東李屯地區(qū)鐵礦地質(zhì)特征及找礦前景

劉 雪

李屯地區(qū)隸屬于山東省禹城市和齊河縣管轄，處于華北坳陷區(qū)與魯西隆起區(qū)的連接部位。近年來，我省持續(xù)推進(jìn)鐵礦深部找礦工作，在李屯、潘店、大張地區(qū)相繼發(fā)現(xiàn)了矽卡巖型鐵礦，地質(zhì)找礦工作取得重大進(jìn)展。

在此之前，黃河北地區(qū)曾開展過煤炭整裝勘查工作,勘查結(jié)果表明,區(qū)域巖漿巖廣泛分布,且奧陶紀(jì)馬家溝群碳酸鹽地層發(fā)育,為接觸交代型礦床的形成提供了良好的成礦條件，當(dāng)時(shí)并未引起重視。自李屯地區(qū)發(fā)現(xiàn)了厚層富鐵礦后，人們對該地區(qū)巖漿巖進(jìn)行重新認(rèn)識和深入研究。近年來，該地區(qū)開展了較多的礦產(chǎn)調(diào)查、地球物理測量和地質(zhì)科研工作，旨在研究該地區(qū)構(gòu)造體系、巖漿巖及其與接觸交代型鐵礦的關(guān)系，鐵礦的成礦規(guī)律與成礦預(yù)測以及煤鐵共生等系列問題。該文是對項(xiàng)目取得的勘查成果進(jìn)行梳理，總結(jié)分析李屯地區(qū)鐵礦地質(zhì)特征，以期為今后區(qū)內(nèi)或類似地區(qū)的鐵礦勘查工作提供借鑒。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

本區(qū)域?qū)偃A北板塊（Ⅰ）魯西隆起（Ⅱ）魯中隆起（Ⅲ）泰山-濟(jì)南斷隆（Ⅳ）齊河潛凸起Ⅱa15（Ⅴ）與華北坳陷區(qū)的臨邑潛凹陷Ⅰa4（1Ⅴ）交界部位。本區(qū)覆蓋層較厚，在新太古界泰山巖群結(jié)晶基底上，地層由老到新依次為：奧陶紀(jì)馬家溝群、石炭-二疊紀(jì)月門溝群、二疊紀(jì)石盒子群、新近系、第四系，其中奧陶系和石炭二疊系為主要成礦地層。

區(qū)域以斷塊構(gòu)造為主，主要發(fā)育NE ～NNE 向、NW ～NNW 向、近EW 向三組斷裂構(gòu)造，且以前兩者較發(fā)育。各組斷裂互相切割，控制了區(qū)域地質(zhì)體的展布（圖1）。區(qū)域構(gòu)造特征總體表現(xiàn)為南淺北深的單斜構(gòu)造形態(tài)。李屯巖體主要受齊廣斷裂、莒鎮(zhèn)斷層、務(wù)頭斷層和李屯斷層構(gòu)造的控制。其中，齊廣斷裂、莒鎮(zhèn)斷層和務(wù)頭斷層屬于區(qū)域性斷裂，根據(jù)地震資料推測，本區(qū)西南部發(fā)育一條正斷層—李屯斷層，走向近NNE，傾向W，斷距100m ～300m，向北交于齊廣斷裂，向南交于莒鎮(zhèn)斷層，延展長約6km。

圖1 區(qū)域構(gòu)造簡圖及巖漿巖分布圖

區(qū)域內(nèi)巖漿巖分布較廣泛，主要有新太古代侵入巖和中生代侵入巖。其中新太古代侵入巖主要分布在章丘～長清的南部地區(qū)，以中酸性侵入巖為主；中生代侵入巖以燕山晚期為主，主要分布在濟(jì)南市區(qū)～歷城～章丘一帶的濟(jì)南雜巖體，以中基性巖為主，相繼發(fā)現(xiàn)的李屯巖體、潘店巖體和大張巖體均屬這一時(shí)期的。

李屯巖體為隱伏產(chǎn)出，根據(jù)物探成果推斷及鉆探揭露，巖性以中基性巖為主，主要為閃長巖類和輝長巖類；東側(cè)臨近的袁營普查區(qū)的鉆孔揭露侵入巖為酸性侵入巖，巖性主要為二長花崗巖、正長花崗巖。

2 成礦地質(zhì)特征

2.1 地層特征

在區(qū)域上奧陶紀(jì)灰?guī)r分布廣泛，發(fā)育較穩(wěn)定，但區(qū)內(nèi)施工鉆孔未揭露奧陶紀(jì)碳酸鹽原巖，揭露礦體主要位于石炭-二疊紀(jì)地層與巖漿巖接觸帶附近的地層內(nèi)。巖體最上部侵位在二疊系石盒子群上部，普遍侵入于石炭-二疊系月門溝群太原組和山西組。

石盒子群主要由一套陸相沉積的以灰色、淺黃綠色為主的泥巖、砂巖，偶夾薄層鋁土巖，偶見炭質(zhì)泥巖；太原組和山西組主要由粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、泥巖以及細(xì)砂巖組成，夾少量薄煤線及薄層炭質(zhì)泥巖。地層受巖漿巖侵入影響，部分泥質(zhì)巖角巖化明顯，與頂?shù)装鍑鷰r呈突變接觸、侵入接觸。分析認(rèn)為巖體深部總體表現(xiàn)為巖床，并有呈脈狀巖漿巖呈侵入于石炭-二疊紀(jì)地層中。

2.2 礦體特征

李屯巖體為隱伏產(chǎn)出，巖體范圍主要分布于齊廣斷裂、務(wù)頭斷層及莒鎮(zhèn)斷層之間，總體呈北北東向展布，巖體東南側(cè)向西北凹陷，平面形態(tài)整體呈不對稱“馬蹄”形，在東西向剖面上頂面整體呈兩端凸起中間凹陷，在南北向剖面上總體南傾的“駝峰”狀。

區(qū)內(nèi)已施工4 個(gè)鉆孔，發(fā)現(xiàn)3 層磁鐵礦薄層，1 個(gè)主礦體。礦體位于齊廣斷裂南側(cè)，李屯斷層西側(cè)，巖體西側(cè)，根據(jù)鉆孔見礦情況，礦體形態(tài)為似層狀（圖2），傾向240°，傾角約21°。傾向控制長度386m，走向控制長度510m，礦體鉆遇厚度57.33m ～99.56m，屬厚度變化簡單礦體。礦體平均品位TFe 為56.24%，mFe 為51.19%。頂板為矽卡巖，底板為矽卡巖或角巖，與頂、底板多為截然接觸，個(gè)別鉆孔中為過渡接觸關(guān)系。

圖2 礦體剖面示意圖

2.3 礦石特征

2.3.1 巖性特征

礦石的礦物成分主要為磁鐵礦，結(jié)構(gòu)以半自形-它形粒狀為主，部分呈半自形粒狀，粒度0.05mm ～0.80mm 間，不等粒。晶粒間致密接觸，雜亂排列，主要以集合體形態(tài)呈致密塊狀構(gòu)造，少量呈稠密浸染狀或碎塊狀。呈灰色略帶淡棕色，具均質(zhì)性。

脈石礦物主要有黃鐵礦、磁黃鐵礦、黃銅礦、透輝石等，結(jié)構(gòu)主要為它形-半自形粒狀結(jié)構(gòu)為主，多呈幾何體狀密集分布或零星分布，主要有交代結(jié)構(gòu)、填隙結(jié)構(gòu)及包含結(jié)構(gòu)等。構(gòu)造以條帶狀、角礫狀構(gòu)造為主。

2.3.2 化學(xué)特征

通過巖石地球化學(xué)分析，對巖體內(nèi)閃長巖的元素含量有了初步了解。

通過主量分析（表1），閃長巖巖性定名為角閃閃長巖，SiO2含量為46.90%，顯示巖石類型為基性巖；TFe2O3含量11.01%，高于中國閃長巖平均含量7.71%，巖體中鐵含量較高；MgO 含量12.44%，遠(yuǎn)大于中國閃長巖MgO 平均含量3.77%，巖石具富鎂性質(zhì)；里特曼指數(shù)σ=2.3 ＜3.3，屬于鈣堿性系列；總體表現(xiàn)為富鎂、富鐵的巖石。

表1 巖石主量元素分析結(jié)果表

微量元素分析顯示，巖石Ba 含量主要介于662 ～667×10-6之間，平均含量為664.5×10-6；Sr 含量在576 ～635×10-6之間，平均含量為605.5×10-6；Ba 平均含量遠(yuǎn)高于其大陸地殼平均值（Ba=390×10-6），Sr 遠(yuǎn)高于上地殼值350×10-6和下地殼值230×10-6；微量元素蜘網(wǎng)圖（圖3-a）顯示，巖石富集Rb、Ba、Sr 等大離子親石元素（LILEs），虧損Zr、Nb、Ta 等高場強(qiáng)元素（HFSEs）。

圖3 巖石微量元素蜘網(wǎng)圖和稀土元素的球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分模式圖

稀土元素總含量ΣREE 為102.79×10-6～109.43×10-6，其中輕稀土（LREE）含量為91.87×10-6～98.82×10-6，重稀土（HREE+Y）含量為27.01×10-6～28.58×10-6；（La/Yb）N 介于7.96 ～10.47 之間，具明顯的Eu 負(fù)異常（δEu=0.71 ～0.89，平均0.8，小于1），說明稀土元素的含量受早期的結(jié)晶分異作用的一定影響，并且?guī)r漿所經(jīng)受的結(jié)晶分離作用是以斜長石為主的。在稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分圖（圖3-b）中，曲線明顯呈現(xiàn)右傾的趨勢，顯示巖石相對富集輕稀土元素（LREE），重稀土（HREE+Y）相對虧損，且輕稀土分餾較強(qiáng)，重稀土分餾較弱。

巖石微量、稀土元素特征表明，巖石巖漿來源可能為幔源，上侵過程中經(jīng)歷了地殼混染作用。

2.4 蝕變特征

區(qū)內(nèi)接觸交代變質(zhì)作用強(qiáng)烈，礦體兩側(cè)圍巖及巖體內(nèi)均發(fā)育不同程度的蝕變作用，主要有矽卡巖化、鉀化、絹云母化、綠簾石化及綠泥石化等（圖4），近礦圍巖大多可見矽卡巖化，但矽卡巖化強(qiáng)度相對較低，寬度相對較窄，同時(shí)圍巖中碳酸巖不發(fā)育，因而大理巖化不發(fā)育，角巖化較強(qiáng)。

圖4 圍巖蝕變示意圖

礦床圍巖蝕變具一定分帶特征。巖體從深到淺發(fā)生鉀化、絹云母化、綠簾石化，三者界線模糊，出現(xiàn)絹云母化、綠簾石化疊加在早期鉀化上；角巖是熱液對圍巖地層進(jìn)行熱烘烤變質(zhì)而成，分布較廣；矽卡巖化帶是在角巖的基礎(chǔ)上，疊加了矽卡巖化，形成石榴子石、透輝石矽卡巖，但局部地段矽卡巖帶較薄甚至直接缺失。各蝕變帶之間界限不明顯，存在相互疊加的現(xiàn)象，總體上從近巖體到礦體外圍蝕變強(qiáng)度依次減弱，矽卡巖化是近礦蝕變的標(biāo)志。

2.5 成礦期次

通過巖礦測試及礦石內(nèi)礦物的共生組合及穿插關(guān)系，分析了李屯礦床成巖成礦過程，由早到晚分為五個(gè)階段（圖5）：

圖5 李屯鐵礦床礦物生成順序圖

（1）早矽卡巖化階段：矽卡巖的主要形成階段，在該階段高溫成礦熱液流體與碳酸鹽巖圍巖發(fā)生反應(yīng)，把溶解的碳酸鹽中Ca、Mg 向侵入體方向運(yùn)移，二者相互反應(yīng)形成石榴石、透輝石等礦物，多呈半自形-它形粒狀，在巖礦心標(biāo)本中局部可見晶形較好的石榴子石。

（2）磁鐵礦階段：為主成礦階段，可見磁鐵礦包裹早期矽卡巖角礫，磁鐵礦多呈半自形-它形粒狀或致密粒狀集合體狀，分布于石榴子石、透輝石間隙，磁鐵礦邊部等常見被后期黃鐵礦、黃銅礦等硫化物充填交代。

（3）晚矽卡巖階段：隨著無水矽卡巖礦物、磁鐵礦的晶出，熱液溫度逐漸下降，富水硅酸鹽開始析出，金云母、透閃石、陽起石、綠簾石等礦物形成，包裹早期的磁鐵礦、石榴子石、透輝石等，或沿早期礦物裂隙分布。

（4）硫化物階段：隨著溫度的繼續(xù)下降及氧逸度的降低，形成黃鐵礦、黃銅礦、磁黃鐵礦等硫化物，硫化物常呈浸染狀分布于矽卡巖或磁鐵礦石內(nèi)，亦可見呈脈狀或網(wǎng)脈狀充填于磁鐵礦集合體裂隙中或矽卡巖裂隙中，石英產(chǎn)出較少，偶見少量硫化物與石英呈細(xì)脈切穿早期磁鐵礦。

（5）碳酸鹽階段：為成礦作用的晚期，形成大量方解石礦物，并伴隨少量黃鐵礦，常見包含黃鐵礦的碳酸巖脈切穿早期形成的磁鐵礦、黃鐵礦及矽卡巖等礦物，亦可見碳酸巖脈切穿早期黃鐵礦脈，對早期礦物交代不明顯。

3 找礦標(biāo)志

（1）地層標(biāo)志。矽卡巖型磁鐵礦床主要產(chǎn)出于中基性-中酸性巖漿巖與奧陶系灰?guī)r的接觸帶上，現(xiàn)揭露礦體主要賦存于巖體與石炭-二疊紀(jì)地層接觸帶附近的地層內(nèi)。因此，區(qū)內(nèi)石炭-二疊系是重要的賦礦圍巖。

（2）構(gòu)造標(biāo)志。區(qū)內(nèi)現(xiàn)揭露礦體主要產(chǎn)出于巖體與地層接觸帶上和石炭-二疊系中，接觸帶構(gòu)造和層間構(gòu)造為熱液的流通和交代作用提供了有利條件。

（3）巖漿巖標(biāo)志。區(qū)內(nèi)揭露巖體以閃長巖類為主，部分輝長巖、輝綠巖。與成礦作用關(guān)系密切的多為綠泥石化、石榴石化蝕變閃長巖。因此燕山晚期閃長巖分布區(qū)是尋找此類礦床的重要標(biāo)志。

（4）圍巖蝕變標(biāo)志。礦體的頂?shù)装鍑鷰r多為矽卡巖或矽卡巖化角巖，矽卡巖礦物組成主要有石榴石、透輝石、透閃石、綠簾石等，矽卡巖化是本礦床最重要的蝕變現(xiàn)象。另外，接觸帶附近受熱變質(zhì)作用影響而形成的角巖化、閃長巖體鉀長石化、鈉長石化等，各種蝕變的組合或蝕變強(qiáng)度的變化，對礦體的存在具有顯著的指向意義。

4 找礦潛力

根據(jù)1：1 萬地磁測量成果顯示，李屯地區(qū)所處的磁異常為等軸異常，以100nT 等值線圈定，△T 值由外向內(nèi)逐漸升高，異常中心峰值高達(dá)400nT，局部異常主體走向均為NNW，異常平面形態(tài)呈長橢圓狀，其規(guī)模較大，長約4 ～6km，寬約2km ～3km。在△T 等值線化極后，地磁場斜磁化影響被削弱，△T 等值線形態(tài)基本相同，異常主體向北發(fā)生偏移。

在布格重力場中，地磁異常位于重力的梯級帶上，重力值相對較高，但兩者中心不完全重合，重力異常中心位于磁異常中心的北西方向，根據(jù)“重磁同高”的異常特征，已施工鉆孔的西北方向找礦潛力較大。

根據(jù)鉆孔見礦情況，推斷礦體形態(tài)為似層狀，走向150°，傾向240°，傾角約21°，礦體在走向和傾向延伸方向均未封閉。根據(jù)重磁剖面反演結(jié)果顯示李屯地區(qū)磁異常明顯，且異常等值線凸起方向與推斷礦體走向一致，礦體延伸較好，結(jié)合地震資料分析推斷巖體與地層接觸帶部位成礦條件較為有利，資源潛力較大。

5 結(jié)論

燕山晚期中基性閃長巖、輝長巖、閃長玢巖等巖漿巖侵入奧陶紀(jì)馬家溝群碳酸鹽巖或石炭-二疊系含薄層灰?guī)r層段，與灰?guī)r發(fā)生接觸交代作用，在一定條件下尤其在矽卡巖形成階段，造成了鐵的富集沉淀從而形成磁鐵礦，研究區(qū)內(nèi)鐵礦的成因類型屬接觸交代型磁鐵礦床。礦體主要賦存于巖體與石炭-二疊系接觸帶附近的地層內(nèi)，賦存方式主要表現(xiàn)為接觸交代、斷裂填充、層間填充，所以，石炭-二疊系仍是該區(qū)重要的找礦標(biāo)志地層。同時(shí)根據(jù)重磁同高的異常特征，預(yù)測該區(qū)西北方向找礦潛力較好，可以進(jìn)一步開展找礦勘查工作。