郝興中

(山東省地質(zhì)調(diào)查院， 濟(jì)南 250014)

近年來，山東省西部接觸交代型鐵礦勘查工作取得了較大進(jìn)展，其中在齊河縣地區(qū)該類型鐵礦是當(dāng)前山東省西部勘查研究的熱點(diǎn)地區(qū)。研究區(qū)航磁異常顯著、重力特征明顯，可進(jìn)一步分解為李屯、潘店、大張和薛官屯共4個次級物探異常，具有顯著的“重磁同源”特征[1-2]。2014年以來，通過綜合分析研究區(qū)內(nèi)地質(zhì)—地球物理相關(guān)資料，山東省相關(guān)地勘單位在齊河地區(qū)的李屯、大張、潘店地區(qū)進(jìn)行了異常查證并取得了重大找礦突破，陸續(xù)發(fā)現(xiàn)規(guī)模不同的富鐵礦[1,3-8]。通過綜合收集區(qū)內(nèi)相關(guān)地質(zhì)、物探、鉆探及科研資料，對其鐵礦成礦要素耦合關(guān)系進(jìn)行了分析，以期為區(qū)內(nèi)接觸交代型鐵礦深入勘查提供依據(jù)。

1 成礦地質(zhì)背景

研究區(qū)位于山東省西北部，行政區(qū)劃屬德州市(齊河縣、禹城市)及聊城市(高唐縣)管轄；其大地構(gòu)造位置屬華北板塊(Ⅰ級)、魯西隆起區(qū)(Ⅱ級)、魯中隆起(Ⅲ級)、泰山-濟(jì)南斷隆(Ⅳ級)、齊河潛凸起(Ⅴ級)之上(圖1)。研究區(qū)被巨厚層新生代地層覆蓋(無基巖露頭)，該區(qū)自上而下發(fā)育有第四系、新近系、白堊系、二疊系、石炭系、奧陶系、寒武系等地層單元。

圖1 研究區(qū)區(qū)域大地構(gòu)造背景Fig.1 Regional tectonic background of the study area

研究區(qū)發(fā)育有大規(guī)模的中生代中基性侵入巖和少量新太古代酸性侵入巖。區(qū)域構(gòu)造活動強(qiáng)烈，褶皺及斷裂構(gòu)造較為發(fā)育，前者圍繞中生代侵入巖體呈短軸背斜產(chǎn)出，后者則將該區(qū)錯斷，使得該區(qū)呈斷塊狀格局。研究區(qū)具有明顯的“重磁同源”特征，其中航磁異常特征顯著，呈“四峰狀”(即李屯次級磁異常、潘店次級磁異常、大張次級磁異常和薛官屯次級磁異常；其中前三者均被證明是鐵礦礦致異常)產(chǎn)出；重力異常亦較明顯，大致以潘店地區(qū)為中心，近SN向發(fā)育，在李屯、潘店及大張地區(qū)顯示有明顯剩余重力異常。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

研究區(qū)內(nèi)接觸交代型鐵礦成礦地質(zhì)要素與魯西地區(qū)基本一致，區(qū)內(nèi)發(fā)育大面積的碳酸鹽地層，且構(gòu)造、巖漿巖較為發(fā)育(圖2)。

圖2 研究區(qū)地質(zhì)構(gòu)造簡圖Fig.2 Geological structure sketch in study area

2.1 地層

研究區(qū)內(nèi)新生代地層巨厚(其中李屯地區(qū)厚810～900 m，潘店地區(qū)厚820 m，大張地區(qū)厚約560～590 m)；其下發(fā)育石炭紀(jì)-二疊紀(jì)碎屑巖地層、奧陶紀(jì)馬家溝群碳酸鹽巖地層；其中奧陶紀(jì)馬家溝群碳酸鹽巖地層分布廣泛，該地層單元是區(qū)內(nèi)接觸交代型鐵礦的主要成礦及控礦圍巖；同時在李屯和潘店地區(qū)的石炭紀(jì)-二疊紀(jì)碎屑巖地層具有控礦特征，其層間滑脫面及裂隙等中也賦存有部分鐵礦體。

2.2 侵入巖

研究區(qū)燕山晚期巖漿活動強(qiáng)烈，分布于李屯東側(cè)、潘店北西側(cè)、大張北西側(cè)及薛官屯北東側(cè)地區(qū)，其巖性以閃長巖為主。與鐵礦發(fā)育處的閃長巖鈉質(zhì)蝕變較強(qiáng)，顏色較淺，磁性極微，而遠(yuǎn)離鐵礦體地段的閃長巖蝕變較弱，暗色礦物富集且磁化率較高。

2.3 構(gòu)造

研究區(qū)因受區(qū)域構(gòu)造和巖體上侵的影響而構(gòu)造較為發(fā)育，其中斷裂主要為NE向斷裂、NNW向斷裂和近SN向斷裂等幾組，褶皺亦較發(fā)育(在李屯、潘店、大張及薛官屯異常區(qū)發(fā)育有NNE或NNW向的短軸背斜)，在碳酸鹽地層和巖體的接觸帶構(gòu)造部位是鐵礦成礦有利部位。

3 鐵礦床特征

研究內(nèi)異?？辈楣ぷ麝懤m(xù)發(fā)現(xiàn)了李屯鐵礦、大張鐵礦和潘店鐵礦(圖3)；其中大張鐵礦的勘查程度相對較高；其他地區(qū)勘查程度則較低，均為單孔見礦。

圖3 研究區(qū)各礦產(chǎn)地礦體斷面Fig.3 Cross section of ore bodies in various ore producing areas of the study area

3.1 鐵礦賦存特征

據(jù)區(qū)內(nèi)勘查成果，大張鐵礦賦存標(biāo)高為-716.38～-796.85 m，傾向SE，傾角約60°，礦體厚度16.34 m，礦石品位ω(TFe)：52.57%、ω(mFe)∶49.82%。李屯鐵礦屬單孔控礦(共揭露4層礦體)，賦存標(biāo)高為-1 123.50～-1 259.33 m處，傾向西，傾角約65°，礦體厚度72.73 m，礦石品位ω(TFe)：56.75%、ω(mFe)：51.70%。潘店鐵礦屬單孔控礦(共揭露5層礦體)，賦存標(biāo)高為-1 417.94～-1 515.47 m處，傾向西，傾角約45°，礦體厚度為40.26 m，礦石平均品位為ω(TFe)：51.82%、ω(mFe)：47.20%。區(qū)內(nèi)鐵礦形態(tài)呈層狀、似層狀、囊狀、脈狀和不規(guī)則狀等。

3.2 鐵礦體賦存形式

研究區(qū)鐵礦勘查成果[2,7-8]表明，在李屯、潘店和大張地區(qū)發(fā)現(xiàn)了賦存形式多樣、形態(tài)各異的鐵礦體，如接觸帶賦存式、層間充填式、斷裂充填式、裂隙貫入式、捕虜體構(gòu)造式等(表1)。

表1 研究區(qū)鐵礦體產(chǎn)出形態(tài)特征

3.3 礦石特征

鐵礦石呈灰黑色、黑色、棕黑色，致密塊狀(次為條帶狀、浸染狀)構(gòu)造，呈細(xì)粒結(jié)構(gòu)，礦石中金屬礦物主要為磁鐵礦，含少量的黃鐵礦和極及少量的磁黃鐵礦、黃銅礦、鏡鐵礦、閃鋅礦等，非金屬礦物為少量的石榴石、透輝石、透閃石、方解石、綠泥石、黑云母等。

3.4 圍巖蝕變特征

通過觀察區(qū)內(nèi)巖心顯示，從巖體到地層方向蝕變分帶特征明顯(即閃長巖帶-蝕變閃長巖帶-內(nèi)矽卡巖帶-鐵礦帶-外矽卡巖帶-大理巖化帶-灰?guī)r帶[7])。在各個不同的蝕變帶變化顯著(表2)。

表2 研究區(qū)鐵礦床各蝕變帶分帶特征

4 成礦要素及成礦過程探討

4.1 成礦要素

以往勘查工作表明，魯西地區(qū)接觸交代型鐵礦總體表現(xiàn)為“地層、侵入巖和構(gòu)造”聯(lián)合控礦的特征[9-10]。通過對研究區(qū)內(nèi)鐵礦類型統(tǒng)計分析，顯示區(qū)內(nèi)接觸交代型鐵礦成礦要素亦可分為地層、侵入巖和構(gòu)造3個方面，各類不同形式鐵礦成礦要素特征如表3所示。

研究區(qū)李屯、潘店地區(qū)鐵礦控礦地層為奧陶系、石炭系-二疊系，而大張地區(qū)鐵礦控礦地層為奧陶系。根據(jù)相關(guān)成礦理論[11-14]，該區(qū)閃長巖體為該區(qū)接觸交代型鐵礦成礦地質(zhì)體，是成礦物質(zhì)的主要來源；其他要素則較為相似。研究區(qū)李屯、大張地區(qū)致礦閃長巖體測年數(shù)據(jù)為(130.0±2.3)Ma、(131.6±1.7)Ma[15]，顯示區(qū)內(nèi)接觸交代型鐵礦形成于早白堊世；與濟(jì)南、金嶺、萊蕪等地區(qū)接觸交代型鐵礦成礦時代[16-18]近于一致，表明上述鐵礦屬同一個成礦期的產(chǎn)物。

表3 研究區(qū)接觸交代型鐵礦成礦要素特征表

4.2 礦床成因

根據(jù)區(qū)域及研究區(qū)相關(guān)科研成果表明區(qū)內(nèi)接觸交代型鐵礦形成于燕山晚期，期間是中國東部巖漿活動最為顯著的地質(zhì)時期之一，也是中國東部最重要的成礦期之一[19-20]。在古太平洋板塊俯沖作用下，研究區(qū)早白堊世表現(xiàn)為大規(guī)模的巖漿活動及巖石圈減薄[21-22]；地幔巖漿在向上侵位過程中不斷演化分異，其中有部分地殼物質(zhì)加入[15]，巖漿成分漸趨向于中性，形成了以閃長質(zhì)為主的巖漿。上侵巖漿在與區(qū)內(nèi)奧陶紀(jì)碳酸鹽巖地層接觸過程中發(fā)生了接觸交代反應(yīng)，同時由膏鹽層物質(zhì)[23-24]加入，鐵質(zhì)成分析出形成了大量富鐵熱液[25-31]；同時在接觸擴(kuò)散交代作用、接觸滲濾交代作用和含礦熱液充填作用下[7,32-33]，除部分含礦熱液在接觸帶處富集成礦外，其他含礦熱液在奧陶紀(jì)(石炭紀(jì)-二疊紀(jì)地層)等層間滑脫帶斷裂帶處及各種裂隙等構(gòu)造空間地段富集成礦，在接觸帶處、斷裂帶處、層間滑脫帶及裂隙等構(gòu)造空間地段富集成礦(表4、圖4)。

已形成的鐵礦體受后期區(qū)域構(gòu)造活動影響而導(dǎo)致部分改造，其中區(qū)內(nèi)各地質(zhì)斷塊差異性升降較為顯著，具體表現(xiàn)為李屯(埋藏較深)、潘店(埋藏最深)、大張地區(qū)(埋藏最淺)鐵礦埋藏深度差異性明顯；僅有李屯異常東部的袁營地區(qū)部分閃長巖體遭到剝蝕，李屯、潘店、大張等主要異常區(qū)的鐵礦體均未受到剝蝕，研究區(qū)已形成的鐵礦體雖經(jīng)后期構(gòu)造活動改造，但大部分鐵礦體均得以保存。

由此可知，當(dāng)深源巖漿沿深大斷裂向上侵入到地殼淺部過程中，在不同地質(zhì)單元和部位形成了不同類型的礦床[34-37]。區(qū)內(nèi)接觸交代型鐵礦的形成與保存是中生代區(qū)域性構(gòu)造-巖漿-熱液活動事件和區(qū)內(nèi)地層、巖漿及構(gòu)造等各種成礦要素有機(jī)耦合的結(jié)果。

表4 研究區(qū)接觸交代型鐵礦礦床成因

圖4 研究區(qū)接觸交代型鐵礦成礦要素耦合分析Fig.4 Coupling analysis of ore-forming elements of skarn type iron ore in the study area

5 結(jié)論

(1)該區(qū)鐵礦體具有明顯的“地層、侵入巖和構(gòu)造”控礦特征；通過對大張、李屯和潘店地區(qū)物探異常查證工作，研究區(qū)地層控礦表現(xiàn)為部分鐵礦體賦存于奧陶紀(jì)(石炭紀(jì)、二疊紀(jì))地層中、侵入巖控礦表現(xiàn)為部分鐵礦產(chǎn)于閃長巖體中，接觸帶控礦則表現(xiàn)為地層和巖體間接觸帶處；其主要成礦作用為接觸擴(kuò)散交代作用、接觸滲濾交代作用、含礦熱液充填作用等。

(2)由于區(qū)域構(gòu)造作用，研究區(qū)在燕山晚期發(fā)生了深源巖漿侵位活動，在上侵過程中不斷演化，在其與奧陶紀(jì)碳酸鹽巖地層接觸過程中發(fā)生了接觸交代成礦作用，并形成大量含鐵富礦熱液，并在有利賦礦空間形成鐵礦體。區(qū)內(nèi)接觸交代型鐵礦的形成與保存是區(qū)域性構(gòu)造事件和研究區(qū)內(nèi)各類地質(zhì)要素有機(jī)耦合的結(jié)果。