郝興中， 王巧云

(1.山東省地質調查院, 山東濟南250013； 2.中國地質大學(北京)地球科學與資源學院, 北京100083)

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魯中隆起區(qū)中北部矽卡巖型鐵礦成礦預測

郝興中1,2， 王巧云1

(1.山東省地質調查院, 山東濟南250013； 2.中國地質大學(北京)地球科學與資源學院, 北京100083)

魯中隆起區(qū)中北部地區(qū)矽卡巖型鐵礦成礦地質條件優(yōu)越，其含礦建造分布于濟南、萊蕪、淄博及其周鄰地區(qū)。簡要介紹了研究區(qū)的區(qū)域地質背景、地球物理特征；詳細闡述了區(qū)內控礦地質條件，發(fā)現該區(qū)矽卡巖型鐵礦具有地層、巖漿巖和構造聯合控礦的特點，其中奧陶紀碳酸鹽地層、燕山晚期中基性侵入巖體是區(qū)內主要控礦要素，在背斜的轉折端和構造交匯處易于形成規(guī)模較大的礦體。區(qū)內鐵礦的預測依據主要為地層、構造、巖漿巖、物探異常和代表性礦床。在此基礎上，對該類型鐵礦進行了成礦預測，共劃分了濟南、萊蕪等5個成礦區(qū)，同時劃分出除濟南地區(qū)之外的9個鐵礦找礦靶區(qū)，為研究區(qū)未來的鐵礦勘查工作提供了依據。

矽卡巖；鐵礦；成礦預測；魯中隆起；山東

0　引　言

矽卡巖型鐵礦是我國鐵礦石的重要來源之一，也是我國主要的富鐵礦類型，因其品位高、分布集中，一直是地質勘查和研究的對象。目前，我國經濟快速發(fā)展，加強該類型鐵礦的研究工作具有十分重要的意義。

魯西地區(qū)發(fā)育有矽卡巖型鐵礦，區(qū)內對于該類型鐵礦的研究工作日漸深入，楊志(1982)對包括濟南和金嶺等地鐵礦在內的中國東部地區(qū)矽卡巖型鐵礦的成巖成礦時代進行了總結，總體認為其成礦時代為中生代燕山期。徐西雷等(2001)探討了金嶺鐵礦的成礦有利部位;楊昌彬等(2006)在研究萊蕪地區(qū)鐵礦時提出了成礦過程中礦體間相互關系的“三位一體”成礦模式；宗信德等(2010a，2010b)對萊蕪地區(qū)鐵礦的礦體形態(tài)、成礦規(guī)律進行了深入分析，宗信德等(2011)還認為該區(qū)矽卡巖型鐵礦表現為“鐵礦體形態(tài)反映巖漿巖體形態(tài)，巖漿巖體形態(tài)反映構造形態(tài)，構造形態(tài)反映圍巖性質”的多因素控礦特征。根據以往地質調查及研究成果，倪振平等(2010)對該類型鐵礦的資源潛力進行了評價，表明其具有較好的資源潛力；郝興中(2014)對魯西地區(qū)鐵礦的成礦規(guī)律進行了研究，認為區(qū)內發(fā)育的矽卡巖型鐵礦可分為與中基性侵入巖相關的矽卡巖鐵礦(主要位于魯中隆起區(qū)中北部)和與中酸性侵入巖形成的矽卡巖鐵礦(主要位于魯中隆起南部)，其中前者在區(qū)內占主導地位，后者產量很少。

通過總結以往魯中隆起中北部地區(qū)與中基性侵入巖相關的鐵礦研究成果，并對區(qū)內該類型鐵礦控礦地質要素進行深入探討的基礎上，對其控礦地質要素進行分析，進而對研究區(qū)內的預測依據和找礦方向進行研究，供區(qū)內該類型鐵礦的勘查和開發(fā)工作參考。

1　區(qū)域地質背景

魯中隆起(Ⅲ)大地構造位置位于華北板塊(Ⅰ)魯西隆起區(qū)(Ⅱ)(圖1)，可進一步分為泰山—濟南斷隆、新甫山—萊蕪斷隆等10個Ⅳ級構造單元。

圖1　魯中隆起位置及構造格架圖1-一級構造單元；2-二級構造單元；3-三級構造單元；4-四級構造單元；5-五級構造單元；6-斷層及推測斷層；7-不整合界線；8-單位代號；9-凹陷區(qū)；10-凸起區(qū)；11-魯西隆起區(qū);Ⅰa-濟陽坳陷；Ⅰb-臨清坳陷；Ⅱa-魯中隆起；Ⅱb-魯西南潛隆起；Ⅱc-沂沭斷裂帶；Ⅳ-膠南隆起;F1-聊考斷裂；F2-齊廣斷裂；F3-鄌郚—葛溝斷裂；F4-沂水—湯頭斷裂；F5-安丘—莒縣斷裂；F6-昌邑—大店斷裂縮略圖：ⅡA-華北坳陷(山東部分)；ⅡB-魯西隆起區(qū)；ⅡC-膠北地塊；ⅡD-蘇魯造山帶Fig.1　Map showing the location of Luzhong uplift and structural framework

1.1區(qū)域地質特征

研究區(qū)地層發(fā)育較全，前寒武紀、古生代、中生代、新生代地層均有分布(胡秋媛等，2009)，其中寒武紀—奧陶紀碳酸鹽地層廣泛發(fā)育。區(qū)內地質構造復雜，斷層大量交錯發(fā)育，形成了該區(qū)“塊斷”構造格架(燕守勛等，1996；時秀朋等，2010)；區(qū)內褶皺構造發(fā)育，同時派生有各種面狀、線狀構造及韌性剪切帶等構造形式。區(qū)內巖漿巖亦較發(fā)育，尤以中生代侵入巖分布十分廣泛，類型多樣，但多數規(guī)模較小(張錫明等，2007)。在空間、時間和成因上主要呈區(qū)域成帶性、多旋回性和多成因性的基本特征。

綜上可知，研究區(qū)具有地層較齊全、構造較發(fā)育和巖漿巖活動強烈的特點，具備形成矽卡巖型鐵礦的基本條件。

1.2區(qū)域地球物理特征

重磁場特征是對相應地區(qū)地層分布、構造特征及巖漿巖活動等相關地質現象的綜合反映。研究區(qū)重力場因受構造影響而呈現條塊分割狀，而磁場特征則呈現為條帶狀和團塊狀2種形式。在研究山東區(qū)域地球物理場時，黃太嶺等(2002)按照重磁場形態(tài)將研究區(qū)的重磁場分為中部弧形重磁場區(qū)(淄博—濟南—濟寧)、魯西中部重低磁高區(qū)(臨朐、泰安、新泰、沂南一帶)和魯中南條帶狀重磁場區(qū)(平邑—泗水—棗莊)。區(qū)域航磁異常(圖2)顯示研究區(qū)矽卡巖型鐵礦主要分布于萊蕪、淄博、濟南等地附近，與相關地區(qū)的航磁異常呈正相關分布，即鐵礦體發(fā)育的地方具有高磁(且高重力)的特征。需要說明的是，如鄒平縣、壽光市等地的磁異常極為發(fā)育地區(qū)為白堊紀火山巖分布區(qū)，礦產勘查工作中未見鐵礦體產出。以上資料為區(qū)內鐵礦研究提供了基礎。

圖2　魯西地區(qū)1∶50萬區(qū)域航磁異常圖1-正磁異常曲線；2-零磁異常曲線；3-負磁異常曲線；4-矽卡巖型鐵礦床(小、中、大型)；5-沉積變質型鐵礦床(小、中、大型)Fig.2　Map showing regional aeromagnetic anomalies at a scale of 1∶500,000 in western Shandong Province

由于磁異常對鐵礦勘查工作效果明顯(董英君，2006；婁德波等，2008；郝興中等，2013a)，因此，重視區(qū)內磁異常特征對于勘查工作十分重要。

2　控礦地質特征

矽卡巖型鐵礦主要產于侵入巖體與碳酸鹽巖地層接觸帶上，該碳酸鹽巖地層與侵入巖體進行接觸交代作用，含礦物質發(fā)生了遷移與轉化，最終形成鐵礦體。圍巖、侵入體和構造是形成矽卡巖型礦床的基本地質條件(宋燕等，2012；魏芳等，2012；瞿滬然，2013)，在魯中隆起區(qū)內的部分地區(qū)具有優(yōu)越的成礦地質條件。

2.1控礦地層

區(qū)內與矽卡巖型鐵礦相關的地層為古生代寒武系—奧陶系碳酸鹽地層，該地層在魯中隆起(區(qū))內分布范圍較廣(圖3)。

圖3　魯西地區(qū)寒武—奧陶紀地層分布范圍(據孔慶友等，2006，有修改)1-寒武—奧陶紀地層分布區(qū)；2-主要斷裂構造Fig.3　Map showing distribution of the Cambrian- Ordovician strata in western Shandong Province(modified from Kong et al., 2006)

該類型鐵礦的形成、保存與寒武系—奧陶系碳酸鹽巖關系密切，萊蕪、濟南、金嶺等地的矽卡巖型鐵礦成礦條件較好的圍巖主要為奧陶紀馬家溝群灰?guī)r地層，在已查明的鐵礦床中，發(fā)現高鈣、低鋁、低鎂、低硅碳酸鹽地層對成礦最為有利。

2.2控礦巖漿巖

矽卡巖型礦床和相關的巖漿巖是區(qū)域地質構造環(huán)境的演化產物，在空間上，多呈帶狀分布于一定的大地構造單元內(鄭建明，2007)。研究區(qū)侵入巖十分發(fā)育(圖4)，區(qū)內與該類型鐵礦相關的巖體主要為濟南—沂南序列，屬中基性侵入巖體，其巖性主要為正長閃長巖、輝長閃長巖等，是濟南、萊蕪、金嶺等地區(qū)鐵礦形成的巖漿巖條件。依據近年來的測年數據和研究成果，該地區(qū)矽卡巖型鐵礦形成于中生代燕山晚期。

圖4　魯西地區(qū)中生代侵入巖時空分布圖(據劉玉強等，2004，有修改)1-中生代火山巖；2-中生代侵入巖；3-侵入巖帶編號；4-與巖漿侵入相關鐵礦床Fig.4　Map showing temporal and spatial distribution of the Mesozoic intrusive rocks in western Shandong Province(modified from Liu et al., 2004)

2.3控礦構造

翟裕生(2002)認為構造對成礦具有明顯的控礦作用，同時也是破壞礦床的重要因素之一。矽卡巖型鐵礦相關的侵入體與圍巖的接觸帶構造、圍巖層理層間破裂帶及構造裂隙以及褶皺構造(宋燕等，2012)均具有控礦構造條件。研究表明，研究區(qū)內矽卡巖型鐵礦在背斜的轉折端或傾伏端易形成規(guī)模大、品位高的礦床，如萊蕪張家洼鐵礦、淄博金嶺鐵礦，其主要原因為層間裂隙為巖體順層侵入提供了有利條件并最終交代成礦，其中裂隙密集地段的碳酸鹽地層可形成復式礦層，若巖層出現局部的虛脫空間，則可形成規(guī)模較大、較厚的礦體。

2.4重磁特征與鐵礦的關系

重磁異常特征與鐵礦勘查有著緊密的聯系(郝興中等，2013b；鄭永琴等，2013；陳雪等，2015)。研究區(qū)內鐵礦石中的礦石礦物主要為磁鐵礦，且含有少量的赤鐵礦等，因此區(qū)內鐵礦體總體表現為強磁性、高密度、低電阻、高極化的物性特征。區(qū)內鐵礦體與地層分布、侵入巖體形態(tài)和磁異常曲線具有明顯的對應性。

以金嶺鐵礦為例(圖5)，區(qū)內地層、侵入巖體、已發(fā)現鐵礦體位置見圖5a，高磁化極異常特征見圖5b。

圖5　金嶺地區(qū)成礦建造與高磁化極異常對比圖(據郝興中，2014，有修改)1-輝石閃長巖；2-透輝矽卡巖；3-蛇紋石矽卡巖；4-馬家溝群(灰?guī)r建造)；5-化極異常正等值線；6-化極異常零等值線；7-化極異常負等值線；8-鐵礦床位置Fig.5　Comparison of metallogenic formation with high magnetic pole anomalies in the Jinling area(modified from Hao, 2014)

2.4.1 磁異常與鐵礦體的關系由圖5可知，磁異常的范圍和強度與鐵礦床分布的數量和規(guī)模有密切關系。磁異常越強烈，鐵礦體數量越多，規(guī)模越大；反之，則礦體數量越少，且規(guī)模越小。在北高東村—桐林村、東召村西南部一帶化極磁異常較高，最高達1 720 nT，區(qū)內多數大中型鐵礦床均產于此。在巖體的西南端，隨著異常減弱，鐵礦體數量較少，規(guī)模也較小。需要說明的是，磁異常的范圍和強度與鐵礦床(體)埋藏深度亦有著重要的聯系，一般地，磁異常隨著鐵礦床埋藏深度的增加，其強度降低，磁異常呈低緩狀。

2.4.2 磁異常與矽卡巖帶的關系由圖5可知，高磁異常曲線形態(tài)與矽卡巖帶具有明顯的對應性。磁異常圍繞侵入巖體分布，大致可分為南、北2個部分：北部磁異常較強，表現為分布集中、范圍較小、梯度陡的特點；南部磁異常呈條帶狀沿巖體周圍分布，表現為異常較弱、分布分散、范圍較大、梯度較緩的特點。同時由圖5可知，金嶺鐵礦區(qū)矽卡巖帶大致可分為透輝矽卡巖、蛇紋石矽卡巖，二者相伴產出，區(qū)內的透輝矽卡巖帶與磁異常較強的部分相對應，而蛇紋石矽卡巖則與磁異常較弱的部分相對應，2個矽卡巖帶均有鐵礦體產出。

2.4.3重力異常與鐵礦體的關系相對于磁異常，重力異常與鐵礦體的對應關系則較為復雜，受中基性侵入巖和鐵礦體高重力特征的共同作用，鐵礦體產出部位的重力異常值多相對較高，區(qū)內鐵礦因埋藏深度、礦體大小、形態(tài)及產狀等因素的影響，在地表引起的異常有所差別，部分鐵礦呈低緩的重力異常，需要在勘查過程中仔細甄別。

3　成礦預測

區(qū)內礦體圍巖分布、巖漿巖活動、構造特征與鐵礦體產出部位有密切的聯系，而重磁異常則是區(qū)內地層、巖漿巖和構造的綜合反映，為區(qū)內鐵礦的勘查工作提供了重要的找礦信息。

3.1預測依據

該類型鐵礦主要分布于魯中隆起區(qū)的濟南、萊蕪、淄博等地，研究認為區(qū)內矽卡巖型鐵礦具有地層、巖漿巖和構造聯合控礦的特點，同時參考國內同類型鐵礦的找礦標志(張東才等，2013；許立權等，2015)。本次成礦預測研究工作的依據可分為地層、巖漿巖、構造、地球物理異常和礦產地等幾個方面，簡述如下。

3.1.1地層依據與矽卡巖型鐵礦有關的碳酸鹽地層有寒武系—奧陶系碳酸鹽巖等，區(qū)內鐵礦圍巖多為奧陶系馬家溝群北庵莊組、五陽山組和八陡組石灰?guī)r，次為寒武系九龍群張夏組、炒米店組石灰?guī)r，勘查表明成礦最有利的圍巖是具有高鈣、低鋁、低鎂、低硅的碳酸鹽地層。

3.1.2巖漿巖依據根據區(qū)內鐵礦床產出特征，研究區(qū)燕山晚期多次侵入的復合巖體與鐵礦的形成有關。成礦母巖為中基性侵入巖體，巖性多為閃長巖及輝長巖等中基性巖類，是形成和尋找該類型鐵礦的必要條件。鐵礦多呈環(huán)形圍繞巖體產出，礦體產出形態(tài)多呈透鏡狀等產于侵入巖與碳酸鹽巖的接觸帶上。3.1.3構造依據區(qū)內礦體形態(tài)較為復雜，主要為透鏡狀、似層狀、扁豆狀等，其形態(tài)、產狀和規(guī)模與接觸帶的構造形態(tài)密切相關，同時也受蝕變帶、接觸帶的產狀和圍巖性質因素影響。特別是在背斜的轉折端或傾伏端，由于兩翼的擠壓作用，含礦熱液向傾伏端流動，轉折端相對張應力強，易形成較大的容礦空間，同時，易于礦液流動富集的巖石破碎或構造脆弱帶也是較好的成礦有利部位。因此，在背斜的轉折端或傾伏端、斷裂構造的交匯部位、斷裂構造與褶皺構造的交匯部位易形成規(guī)模大、品位高的礦體，是找礦工作中的重點勘查地段。

3.1.4地球物理依據鐵礦體引起的磁異常特征明顯，強磁異常及圍巖蝕變是該類型鐵礦產出的重要標志。鐵礦體一般位于巖體與灰?guī)r的接觸帶處，礦致異常反映出明顯的正負伴生異常，異常曲線規(guī)整圓滑，多呈孤立的異常帶或異常群分布。由于中基性侵入巖和鐵礦的共同作用，重力異常值多相對較高，也應該進行重點勘查。3.1.5礦床(點)依據已有礦床或礦點是區(qū)內最為直接的預測依據，在已有鐵礦深部和邊部進行預測，如“就礦找礦”、“探邊摸底”、“攻深找盲”是多數礦山勘查的首選方向(郝興中等，2012)。研究區(qū)矽卡巖型主要成礦地區(qū)部分鐵礦床位置、規(guī)模見表1。

表1　研究區(qū)部分鐵礦床特征

綜上所述，對目標區(qū)的鐵礦預測需要查明其地層分布、巖漿巖活動、構造格架、地球物理異常和礦產地等各方面的信息。同時，在鐵礦勘查過程中，需要進一步綜合多種地質因素和找礦信息加以綜合研究，具體分析，進行有效甄別。

3.2找礦方向

通過收集以往地質資料及勘查成果，根據研究區(qū)的地質特征、物探異常及成礦規(guī)律，按照該類型鐵礦預測的基本依據，綜合分析研究區(qū)內的各種找礦線索。研究區(qū)內鐵礦成礦預測區(qū)可分為濟南、萊蕪、淄博、潘店、牛角店5處(圖6)。由于濟南地區(qū)是鐵礦禁采區(qū)，其他4處成礦預測區(qū)共圈出9處找礦靶區(qū)，分別位于萊蕪、淄博、潘店、牛角店地區(qū)，找礦靶區(qū)簡要信息見表2。

圖6　研究區(qū)矽卡巖型鐵礦找礦靶區(qū)分布圖1-主要構造界線；2-鐵礦床(田)；3-靶區(qū)范圍及編號Fig.6　Map showing distribution of prospecting targets of skarn iron deposits in the study area

4　結　論

(1) 矽卡巖型鐵礦具有地層、巖漿巖和構造聯合控礦的特點。魯中隆起區(qū)內具備了形成矽卡巖型鐵礦的地層、巖漿巖和構造等條件，區(qū)內奧陶紀碳酸鹽地層和燕山晚期的中基性侵入巖是其主要控礦要素，研究區(qū)矽卡巖型鐵礦成礦條件優(yōu)越。

(2) 區(qū)內磁異常與矽卡巖帶及其鐵礦體具有較好的對應性，磁異常越強烈，鐵礦體數量越多、規(guī)模越大；反之，則礦體數量越少，且規(guī)模越小。磁異常對于鐵礦勘查工作具有重要意義，同時重力異常也應加強重視。

表2　研究區(qū)矽卡巖型鐵礦找礦靶區(qū)

(3) 通過對區(qū)內矽卡巖型鐵礦的相關地質控礦要素的分析，將研究區(qū)劃分為濟南、萊蕪、淄博金嶺、齊河縣潘店和東阿縣牛角店5個鐵礦成礦預測區(qū)，并進一步圈定了除濟南之外的9個找礦靶區(qū)，為今后該類型鐵礦勘查工作提供了找礦方向。

致謝:

論文撰寫過程中，得到了中國地質科學院肖克炎研究員和山東省地質調查院李英平、倪振平研究員的悉心指導，在此表示衷心的感謝！

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Metallogenic prediction of skarn iron deposits in the central and northern Luzhong uplift, East China

HAO Xingzhong1,2, WANG Qiaoyun1

(1. Shandong Institute of Geological Survey, Ji′nan 250013,Shandong, China； 2. School of Earth Sciences and Resources, China University of Geosciences (Beijing), Beijing 100083, China)

The central and northern areas of Luzhong uplift were of superior metallogenic geological conditions for the formation of skarn iron deposits, and their ore-bearing formation is mainly distributed in Ji′nan, Laiwu, Zibo and the adjacent areas. On the basis of a brief introduction of the regional geological setting and geophysical characteristics, the work elaborated the ore-controlling conditions. It is suggested that these skarn type iron deposits show a joint control by strata, magmatic rocks and structures, of which the Ordovician carbonate formation and the Late Yanshanian intermediate-basic intrusive rocks are the main ore-controlling factors. Large ore bodies tend to form at the turning point of anticlines and the intersection of structures. This type of iron deposits was formed in the Late Yan-shanian period. The prediction evidence of iron deposits in this area is mainly strata, structure, magmatic rocks, geophysical anomaly and typical deposits. Above all, this study conducted metallogenic prediction of this type of iron deposits. A total of five metallogenic areas were delineated including Ji′nan and Laiwu, and nine prospecting target areas except Ji′nan area were also determined. This work may provide important basis for the future iron ore exploration in this region.

skarn; iron deposit; metallogenic prediction; Luzhong uplift; Shandong Province

10.3969/j.issn.1674-3636.2016.03.443

2016-03-23；

2016-05-07；編輯：蔣艷

中國地質調查局項目“山東單縣地區(qū)鐵礦調查評價”(1212011085305)、“河南舞陽—山東單縣地區(qū)鐵礦找礦方法技術有效性評價”(12120113061600)、“山東單縣—曹縣地區(qū)礦產地質調查”(12120114030701)

郝興中(1980—)，男，高級工程師，博士，主要從事礦產資源評價、地球物理應用、成礦規(guī)律研究與預測工作，E-mail： 57820696@qq.com

P612; P618.31

A

1674-3636(2016)03-0443-07