劉書鋒, 侯建華, 劉鑫冉, 孫思涵
(1. 山東省第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院,山東 濟(jì)南 250100; 2. 山東省地質(zhì)調(diào)查院,山東 濟(jì)南 250013; 3. 山東省濟(jì)南第二中學(xué),山東 濟(jì)南 250100)
魯西地區(qū)已探明鐵礦多集中于區(qū)內(nèi)萊蕪、金嶺、濟(jì)南、潘店、泰安、臨沂、棗莊、淄河等成礦區(qū),全鐵品位為40%~50%,最高品位為68.85%。鐵礦類型主要為沉積變質(zhì)型、接觸交代(矽卡巖)型,其次為淄河式熱液交代充填-風(fēng)化淋濾型。接觸交代(矽卡巖)型礦床多分布于萊蕪成礦區(qū)、金嶺成礦區(qū)、濟(jì)南成礦區(qū)和潘店成礦區(qū)(圖1),鐵礦資源儲(chǔ)量達(dá)數(shù)億t。
圖1 大地構(gòu)造位置簡(jiǎn)圖(據(jù)張?jiān)銎娴龋?014修編)1-一級(jí)構(gòu)造單元界線;2-二級(jí)構(gòu)造單元界線;3-三級(jí)構(gòu)造單元界線;4-四級(jí)構(gòu)造單元界線;5-五級(jí)構(gòu)造單元界線;6-斷裂及推測(cè)斷裂; 7-不整合界線;8-單元代號(hào);9-成礦區(qū)范圍;10-鐵礦床(點(diǎn))F1-連云港—泗陽(yáng)—嘉山斷裂(帶);F2-五蓮斷裂(帶);F3-牟平—即墨斷裂(帶);F4-昌邑—大店斷裂(帶);F5-安丘—莒縣斷裂(帶);F6-鄌郚—葛溝斷裂(帶);F7-齊河—廣饒斷裂(帶);F8-聊城—蘭考斷裂(帶)Fig. 1 Diagram of geotectonic position(modified from Zhang et al., 2014)
濟(jì)南地區(qū)鐵礦資源豐富,是魯西地區(qū)重要的鐵礦成礦區(qū)之一,區(qū)內(nèi)接觸交代(矽卡巖)型鐵礦多賦存于中生代燕山晚期侵入雜巖(董振信,1978)與中奧陶世碳酸鹽巖接觸帶上(圖2),對(duì)該類型鐵礦床(體)的地質(zhì)特征、成礦控制因素、礦化富集規(guī)律、成礦巖石成因及成礦物質(zhì)來(lái)源尚需更深入地了解和研究。
圖2 濟(jì)南地區(qū)地質(zhì)略圖(據(jù)山東省地質(zhì)局第五地質(zhì)隊(duì),1980修編)1-二疊系;2-石炭系;3-奧陶系;4-寒武系;5-中生界大有單元中細(xì)粒含黑云角閃閃長(zhǎng)巖;6-中生界馬鞍山單元中粒輝石二長(zhǎng)巖; 7-中生界燕翅山單元細(xì)粒輝長(zhǎng)巖;8-中生界金牛山單元中細(xì)粒輝長(zhǎng)巖;9-中生界藥山單元中粒蘇長(zhǎng)輝長(zhǎng)巖;10-中生界茶葉山單元中細(xì)粒蘇長(zhǎng)輝長(zhǎng)巖;11-中生界無(wú)影山單元含蘇橄欖輝長(zhǎng)巖;12-新太古代松山單元中粒斜長(zhǎng)花崗巖;13-整合界線;14-角度不整合界線;15-斷裂及推測(cè)斷裂;16-產(chǎn)狀Fig. 2 Geological sketch of Jinan area(modified from No. 5 Geological Team of Shandong Geological Bureau, 1980)
在前人研究以及野外詳細(xì)地質(zhì)調(diào)查的基礎(chǔ)上,對(duì)濟(jì)南地區(qū)接觸交代(矽卡巖)型鐵礦的“構(gòu)造、地層、巖體”控礦三要素的成礦機(jī)制(張志欣等,2012;柴鳳梅等,2014)進(jìn)行深入研究,提升對(duì)魯西地區(qū)接觸交代型鐵礦(王新利等,2016;朱喬喬等,2018)成巖成礦過(guò)程的認(rèn)識(shí)。
濟(jì)南地區(qū)燕山晚期巖漿活動(dòng)較為頻繁,主要為濟(jì)南雜巖體就位并呈現(xiàn)多期次侵入的特點(diǎn),中基性巖漿沿基底薄弱地帶迅速上侵,沿濟(jì)南—金嶺一線呈近EW向展布,其空間分布與齊河—廣饒斷裂走向趨于一致(圖3),在上覆蓋層良好的封閉條件下,內(nèi)部處于高壓狀態(tài)的巖漿由北向南侵入使蓋層隆起破裂并向蓋層內(nèi)部層面穿插,局部由于巖體侵入形成穹窿構(gòu)造。巖漿侵入與斷裂構(gòu)造緊密相關(guān),其空間分布反映了導(dǎo)巖構(gòu)造的方向;巖體侵入的地層層位除受構(gòu)造控制外,往往與不同地層的接觸面、地層巖性及物性有一定的關(guān)系,基本侵入各地質(zhì)界面薄弱處,在區(qū)域內(nèi)脈巖上表現(xiàn)最為明顯。
濟(jì)南地區(qū)接觸交代(矽卡巖)型鐵礦床主要賦存于中基性雜巖體與碳酸鹽巖接觸帶,接觸帶的形態(tài)與礦床的形態(tài)產(chǎn)狀、規(guī)模均有密切關(guān)系,這種接觸帶形態(tài)的不同是構(gòu)造、巖漿活動(dòng)和圍巖成礦地質(zhì)條件綜合疊加的結(jié)果。根據(jù)鐵礦床產(chǎn)出的構(gòu)造部位及儲(chǔ)礦成因,區(qū)內(nèi)接觸交代型鐵礦控礦構(gòu)造可分為5種控礦模式,即褶皺控礦(如張馬屯鐵礦)、斷裂與接觸帶復(fù)合構(gòu)造控礦(如虞山鐵礦)、圍巖層間滑動(dòng)構(gòu)造控礦(如康山鐵礦)、捕虜體控礦(如唐冶一帶的鐵礦)及接觸帶“楔槽”形控礦(如燕翅山鐵礦)。
1.2.1 褶皺控礦 巖體上侵強(qiáng)力就位后,頂面接觸帶部位因應(yīng)力作用而產(chǎn)生褶皺,由于受力不均及巖石物性差異,在褶皺的軸部(包括背斜褶皺及向斜褶皺)常形成鞍狀空隙(圖4),進(jìn)而成為容礦構(gòu)造。按形態(tài)可分為線形褶皺控礦(如張馬屯鐵礦礦體多以似層狀為主)及透鏡狀、囊狀和短軸背斜褶皺控礦(如沙溝鐵礦礦體沿接觸帶呈環(huán)狀分布)。
圖4 褶皺及層間裂隙示意圖(據(jù)山東省地質(zhì)局第五地質(zhì)隊(duì),1980修編)1-巖體上侵方向;2-構(gòu)造運(yùn)動(dòng)方向;3-鐵礦Fig. 4 Schematic diagram of folds and interlayer fractures(modified from No.5 Geological Team of Shandong Geological Bureau, 1980)
1.2.2 斷裂與接觸帶復(fù)合構(gòu)造控礦 巖體與圍巖的接觸帶為脆弱地帶,后經(jīng)不同期次應(yīng)力作用派生的斷裂復(fù)合疊加于接觸帶,使其成為儲(chǔ)礦空間,形成礦床。該區(qū)不少礦體底板有斷層產(chǎn)出(圖5),近礦矽卡巖中見巖體角礫等,證實(shí)了其成因??氐V斷裂構(gòu)造可分為3組:① NNE向斷裂,如十里河鐵礦、虞山鐵礦(圖6),鐵礦體多呈透鏡狀、鐮刀狀、扁豆?fàn)?、囊狀等;?NNW向斷裂,如武家山鐵礦,礦體多呈透鏡狀、脈狀;③ EW斷裂,如釣魚臺(tái)鐵礦(圖7)、沙溝鐵礦,礦體產(chǎn)出方向多與斷裂方向一致。
圖5 武家山四號(hào)礦坑示意圖(據(jù)山東省地礦局第一地質(zhì)大隊(duì),1988修編)1-灰?guī)r;2-泥質(zhì)灰?guī)r;3-矽卡巖;4-左行壓扭斷裂;5-應(yīng)力運(yùn)動(dòng)方向;6-鐵礦體Fig. 5 Schematic diagram of No. 4 pit, Wujiashan(modified from No. 1 Geological Team of Shandong Provincial Bureau of Geology & Mineral Resources, 1988)
圖6 虞山礦區(qū)Ⅴ號(hào)地質(zhì)剖面示意圖(據(jù)山東省地質(zhì)局第五地質(zhì)隊(duì),1980修編)1-第四系;2-灰?guī)r;3-白云巖;4-閃長(zhǎng)巖;5-左行壓扭斷裂;6-應(yīng)力運(yùn)動(dòng)方向;7-鐵礦體;8-鉆孔位置及編號(hào)Fig. 6 No.Ⅴ geological profile sketch, Yushan deposit(modified from No.5 Geological Team of Shandong Geological Bureau, 1980)
圖7 釣魚臺(tái)礦區(qū)加3勘查線剖面示意圖(據(jù)山東省地礦局第一地質(zhì)大隊(duì),1988修編)1-白云巖;2-中生界閃長(zhǎng)巖;3-大理巖;4-斷裂上下盤運(yùn)動(dòng)方向;5-鐵礦;6-鉆孔位置及編號(hào)Fig. 7 Profile diagram of Plus 3 exploration line of Diaoyutai mining area (modified from No. 1 Geological Team of Shandong Provincial Bureau of Geology & Mineral Resources, 1988)
1.2.3 層間滑動(dòng)構(gòu)造控礦 因受巖體上侵作用而產(chǎn)生側(cè)向壓力的影響,近巖體圍巖形成層間滑動(dòng)破碎帶,其層間滑動(dòng)構(gòu)造有利于礦液充分充填并選擇性交代而成為容礦構(gòu)造,沿走向、傾向變化皆較大,如康山礦體(圖8)。
圖8 康山礦區(qū)受圍巖裂隙控制的礦體(據(jù)山東省地礦局第一地質(zhì)大隊(duì),1988修編)1-第四系;2-白云巖;3-閃長(zhǎng)巖;4-大理巖;5-矽卡巖;6-斷裂上下盤運(yùn)動(dòng)方向;7-應(yīng)力運(yùn)動(dòng)方向;8-鐵礦體;9-鉆孔位置及編號(hào)Fig. 8 Orebody controlled by surrounding rock fissure in Kangshan mining area(modified from No. 1 Geological Team of Shandong Provincial Bureau of Geology & Mineral Resources, 1988)
1.2.4 捕虜體控礦 一般規(guī)模較小,礦體形態(tài)、產(chǎn)狀變化較大,多為不規(guī)則狀,唐冶、沙溝一帶多有產(chǎn)出(圖9)。
圖9 沙溝礦區(qū)7線地質(zhì)剖面示意圖(據(jù)山東省地礦局第一地質(zhì)大隊(duì),1988修編)1-白云巖;2-閃長(zhǎng)巖;3-大理巖;4-鐵礦體;5-鉆孔位置及編號(hào)Fig. 9 Diagram of geological section of Line 7, Shagou mining area(modified from No. 1 Geological Team of Shandong Provincial Bureau of Geology & Mineral Resources, 1988)
1.2.5 接觸帶楔槽形控礦 巖體頂界面形態(tài)凹凸不平,當(dāng)巖漿冷凝、體積收縮時(shí),在巖體頂界面形成一定的空間,由于凹部封閉條件較好,為礦液提供了富集場(chǎng)所,成為儲(chǔ)礦構(gòu)造。礦體形狀、產(chǎn)狀隨接觸帶變化而變化,如燕翅山鐵礦體(圖10)。
圖10 燕翅山礦區(qū)4線地質(zhì)剖面示意圖(據(jù)山東省地礦局第一地質(zhì)大隊(duì),1988修編)1-大理巖;2-輝長(zhǎng)巖;3-矽卡巖;4-斷裂上下盤運(yùn)動(dòng)方向;5-應(yīng)力運(yùn)動(dòng)方向;6-鐵礦體;7-鉆孔位置及編號(hào)Fig. 10 Schematic diagram of geological section of Line 4, Yanchishan mining area(modified from No. 1 Geological Team of Shandong Provincial Bureau of Geology & Mineral Resources, 1988)
區(qū)內(nèi)濟(jì)南雜巖體侵入蓋層層位以馬家溝群為主,具工業(yè)價(jià)值的磁鐵礦礦床皆產(chǎn)于該接觸帶上,濟(jì)南北部石炭、二疊系地層中僅發(fā)育零星小巖枝、小巖床和巖脈,一般不成礦或僅有礦化,該現(xiàn)象客觀反映了圍巖與成巖、成礦的密切關(guān)系。
馬家溝群東黃山組(其底為懷遠(yuǎn)間斷面)、土峪組、閣莊組多膏溶角礫巖和角礫狀白云巖等,巖石具角礫狀構(gòu)造且膠結(jié)不緊密,因而成為馬家溝群的薄弱地帶。在構(gòu)造條件(即巖漿通道)具備時(shí),融熔狀態(tài)的高壓巖漿向應(yīng)力釋放最快的方向流動(dòng),上侵巖漿順層侵入,形成似層狀或局部與穹窿狀相結(jié)合的復(fù)雜似層狀侵入體,構(gòu)成了鐵礦的成礦母巖。
當(dāng)濟(jì)南圍子山、唐冶等地早白堊世閃長(zhǎng)巖巖體侵入奧陶系五陽(yáng)山組時(shí),二者接觸帶附近的灰色質(zhì)純的中厚層灰?guī)r常發(fā)生大理巖化蝕變,其燧石結(jié)核亦多顯示揉皺構(gòu)造(圖11),濟(jì)南矽卡巖型鐵礦亦多賦存于該接觸帶,僅是侵入層位不同,其類型多為接觸交代型鐵礦。
圖11 五陽(yáng)山組含燧石結(jié)核灰?guī)r大理巖化、燧石結(jié)核顯示揉皺構(gòu)造Fig. 11 Chert concretion bearing limestone marbleization in Wuyangshan Formation and chert concretion showing crumpled structures(a) crumpled structure (recrystallization flow folds); (b) plastic deformation (recrystallization)
馬家溝群為華北地層區(qū)懷遠(yuǎn)間斷之夷平面之上一套穩(wěn)定的碳酸鹽巖沉積組合,受地殼平穩(wěn)升降的影響,在碳酸鹽巖臺(tái)地上灰?guī)r與白云巖相間出現(xiàn)、反復(fù)疊置,顯現(xiàn)3次海進(jìn)—海退始止旋回,沉積環(huán)境為開闊臺(tái)地-局限臺(tái)地反復(fù)更替。該套海相鈣鎂碳酸鹽巖化學(xué)沉積的巖石化學(xué)特征為CaO含量較高、MgO含量略高,SiO2、Al2O3含量低;北庵莊組、五陽(yáng)山組和八陡組鈣質(zhì)高,東黃山組、土峪組和閣莊組鎂質(zhì)高;馬家溝群由老至新CaO含量漸增,而MgO、SiO2、Al2O3含量漸低(表1)。
表1 濟(jì)南地區(qū)馬家溝群各組主要化學(xué)成分平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)Table 1 Average mass fraction of main chemical components in Majiagou Group, Jinan area
該類接觸交代型鐵礦的圍巖中CaO、MgO含量及圍巖不同的化學(xué)成分對(duì)鐵礦成礦控制明顯,碳酸鹽巖中SiO2、Al2O3等酸不溶物是不利于成礦的化學(xué)組分,過(guò)高的酸不溶物含量導(dǎo)致巖石化學(xué)性質(zhì)不活潑,不易交代成礦;CaO、MgO化學(xué)活動(dòng)性強(qiáng),有利于礦液滲透、交代,高溫下易分解, CaO積極參與了矽卡巖的形成,導(dǎo)致Fe元素從礦液中分離出來(lái),CaO、MgO作為成礦的主要介質(zhì)在接觸交代成礦全過(guò)程中起促進(jìn)鐵質(zhì)沉淀的作用。
當(dāng)含礦巖體基性程度偏高時(shí),CaO含量較高的鈣質(zhì)圍巖對(duì)交代成礦最為有利。區(qū)內(nèi)濟(jì)南雜巖體基性程度較高,氣熱液與圍巖交代形成的有利于成礦的透輝石矽卡巖類所需的鎂質(zhì)來(lái)源于巖體,因此控制成礦的有利圍巖為較純灰?guī)r,即馬家溝群的灰?guī)r組,其CaO值愈高,對(duì)鐵礦成礦愈有利,與濟(jì)南鐵礦的富礦部位基本吻合。
濟(jì)南地區(qū)燕山晚期巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈,形成多個(gè)雜巖體,在區(qū)內(nèi)形成類似的穹窿構(gòu)造,巖性復(fù)雜,以輝長(zhǎng)巖、閃長(zhǎng)巖及二長(zhǎng)巖為主,巖石類型從基性巖、中性巖至酸性巖皆有,以發(fā)育基性巖——濟(jì)南輝長(zhǎng)巖為主要特征。結(jié)合年代學(xué)特征,根據(jù)時(shí)空分布、巖性差異、巖性特征及接觸關(guān)系將中生代侵入巖劃分為2個(gè)序列6個(gè)單元(張?jiān)銎娴龋?014)(表2)。
綜合前人資料,結(jié)合巖石學(xué)、巖石化學(xué)、地球化學(xué)、同位素地球化學(xué)及年代學(xué)特征,將濟(jì)南序列劃分為無(wú)影山單元、藥山單元、金牛山單元、燕翅山單元、馬鞍山單元,歸屬早白堊世燕山晚期(表2)。
表2 濟(jì)南地區(qū)侵入巖劃分
3.1.1 無(wú)影山單元(K1JWσν) 無(wú)影山單元主體巖性為中粒含蘇橄欖輝長(zhǎng)巖,主要分布于原無(wú)影山、匡山和南北臥牛山—驢山一帶。無(wú)影山侵入體平面上呈扁豆?fàn)?,近EW向展布;臥牛山侵入體平面上呈不規(guī)則橢圓狀,NNE向展布,在藥山可見該單元的球狀、橢圓狀包體,大小不一,一般為30 cm×50 cm,二者呈漸變過(guò)渡關(guān)系。在該侵入體的中心部位,普遍可見橄欖巖類包體,特別是無(wú)影山南路一帶,包體形狀不規(guī)則,長(zhǎng)者可延伸100余m;斜長(zhǎng)巖脈也較發(fā)育,多為不規(guī)則腸狀或斜尖錐狀,一般寬1~3 cm,延伸不遠(yuǎn)(圖12)??傮w來(lái)看,無(wú)影山單元被藥山單元脈動(dòng)侵入。
圖12 無(wú)影山單元中橄欖巖包體(無(wú)影山)及斜長(zhǎng)巖脈(匡山)特征Fig. 12 Characteristics of peridotite enclaves (Wuyingshan area) and plagioclase dikes (Kuangshan area) in Wuyingshan Unit
3.1.2 藥山單元(K1JYν) 藥山單元主體巖性為中粒蘇長(zhǎng)輝長(zhǎng)巖,主要分布于藥山、鳳凰山、標(biāo)山、華山、無(wú)影山、匡山及馬鞍山、粟山等地,其中藥山侵入體最大,均呈不規(guī)則狀,涌動(dòng)、脈動(dòng)侵入無(wú)影山單元中粒含蘇橄欖輝長(zhǎng)巖,與無(wú)影山單元呈漸變過(guò)渡,是該序列輝長(zhǎng)巖的主要侵入體,在藥山可見無(wú)影山單元的球狀包體(圖13)。
圖13 藥山單元中的無(wú)影山單元的包體Fig. 13 Inclusion of Wuyingshan Unit in Yaoshan Unit
3.1.3 金牛山單元(K1JJν) 金牛山單元主體巖性為中細(xì)粒輝長(zhǎng)巖,主要分布于鵲山、華山、原無(wú)影山北坡、金牛山南坡一帶,規(guī)模較小。鵲山侵入體平面上呈不規(guī)則橢圓狀,南北向展布。金牛山單元脈動(dòng)侵入無(wú)影山單元,鵲山被馬鞍山單元脈動(dòng)侵入,見橢圓狀藥山單元包體(圖14),大者達(dá)20 cm×40 cm,兩者界線清晰。
圖14 金牛山單元中的藥山單元包體Fig. 14 Inclusion of Yaoshan Unit in Jinniushan Unit
3.1.4 燕翅山單元(K1JYcν) 燕翅山單元主體巖性為細(xì)粒輝長(zhǎng)巖,主要分布于藥山單元外圍靠近圍巖外,露頭零星,東北部壩子一帶侵入石炭—二疊系地層,其余侵入奧陶系地層,與圍巖呈侵入接觸關(guān)系。據(jù)部分礦區(qū)資料,在燕翅山矽卡巖帶內(nèi)可見到細(xì)粒鈉化輝長(zhǎng)巖包體(圖15)。
圖15 燕翅山礦區(qū)4號(hào)線示意圖(據(jù)山東省地質(zhì)調(diào)查院,2014修編)1-中生代濟(jì)南序列燕翅山單元細(xì)粒輝長(zhǎng)巖;2-似斑狀閃長(zhǎng)巖;3-矽卡巖;4-鈉化輝長(zhǎng)巖包體;5-磁鐵礦;6-白云巖;7-灰?guī)r;8-灰?guī)r;9-白云巖;10-矽卡巖;11-閃長(zhǎng)巖;12-輝長(zhǎng)巖;13-地質(zhì)界線;14-侵入界線;15-中生代大有單元中細(xì)粒含黑云角閃閃長(zhǎng)巖;16-中生代燕翅山單元細(xì)粒輝長(zhǎng)巖;17-鐵礦體Fig. 15 Diagram of Line 4 of Yanchishan mining area(modified from Shandong Geological Survey Institute, 2014)
3.1.5 馬鞍山單元(K1JMη) 馬鞍山單元主體巖性為中粒輝石二長(zhǎng)巖,主要分布于馬鞍山、粟山及黃河北鵲山一帶。馬鞍山侵入體最大,小巖瘤狀產(chǎn)出,平面形態(tài)近圓形,與粟山為同一個(gè)侵入體。該單元在馬鞍山、粟山侵入藥山單元,在鵲山西北坡脈動(dòng)侵入金牛山單元,山鞍部?jī)烧邽閿鄬咏佑|,在天橋區(qū)大橋鎮(zhèn)鵲山可見馬鞍山單元中角閃輝石巖脈的鉀長(zhǎng)石斑晶(圖16)。
圖16 馬鞍山單元中角閃輝石巖脈的鉀長(zhǎng)石斑晶Fig. 16 Potassium feldspar phenocrysts of hornblende pyroxenite dikes in Ma′anshan Unit
大有單元(K1YDyδ)中細(xì)粒含黑云角閃閃長(zhǎng)巖為巖體的主要組成巖性。該單元主要分布于濟(jì)南圍子山東側(cè)大有莊—黃路泉一帶,呈長(zhǎng)軸近SN似橢圓狀產(chǎn)出,侵入馬家溝群北庵莊組,圍巖大理巖化(圖17),除巖體東南部與圍巖接觸面明顯彎曲呈似港灣狀外,發(fā)育流褶構(gòu)造,圍巖外傾伏。中細(xì)粒含黑云角閃閃長(zhǎng)巖與北庵莊組灰?guī)r的接觸帶發(fā)育極強(qiáng)的矽卡巖化,在有利部位易形成具開采價(jià)值的磁鐵礦體。
圖17 大有巖體分布略圖(據(jù)山東省地礦局第一地質(zhì)大隊(duì),1988修編)1-第四系更新統(tǒng)大站組;2-第四系更新—全新統(tǒng)山前組;3-二疊系山西組;4-奧陶系八陡組;5-奧陶系土峪組;6-奧陶系北庵莊組;7-奧陶系東黃山組;8-奧陶系三山子組a段;9-白堊紀(jì)大有單元中細(xì)粒含黑云角閃閃長(zhǎng)巖;10-白堊紀(jì)斑狀含黑云母閃長(zhǎng)巖;11-白堊紀(jì)閃長(zhǎng)玢巖;12-矽卡巖;13-斷裂;14-整合界線;15-角度不整合界線;16-產(chǎn)狀Fig. 17 Distribution diagram of Dayou rock mass(modified from No. 1 Geological Team of Shandong Provincial Bureau of Geology & Mineral Resources, 1988)
濟(jì)南地區(qū)中生代燕山晚期侵入雜巖具有時(shí)間短、分布集中、巖石類型多樣等特征。在前人研究的基礎(chǔ)上,從巖石學(xué)、巖石化學(xué)、地球化學(xué)等角度,對(duì)該地區(qū)中生代燕山晚期侵入雜巖的巖石類型劃分、巖漿演化序列、生成地質(zhì)時(shí)代、巖石成因以及構(gòu)造地質(zhì)背景進(jìn)行進(jìn)一步研究。
3.3.1 巖石類型劃分 濟(jì)南地區(qū)中生代燕山晚期侵入雜巖巖石類型主要有中粒含蘇橄欖輝長(zhǎng)巖、中粒蘇長(zhǎng)輝長(zhǎng)巖、中細(xì)粒輝長(zhǎng)巖、中粒輝石二長(zhǎng)巖及中細(xì)粒含黑云角閃閃長(zhǎng)巖等,根據(jù)巖性組合及接觸關(guān)系等劃分為6個(gè)侵入巖填圖單元(表2),屬濟(jì)南序列和沂南序列。
應(yīng)用巖石化學(xué)圖解進(jìn)行巖石類型判別:在SiO2-A.R圖解上(圖18),侵入巖多位于鈣堿性及其與堿性接觸部位,馬鞍山單元中粒輝石二長(zhǎng)巖樣品位于堿性系列;在SiO2-(Na2O+K2O)圖解上(圖19),投點(diǎn)大部分落入高鋁系與拉斑巖系兩側(cè),少量樣品(馬鞍山單元中粒輝石二長(zhǎng)巖)位于堿性巖系;在SiO2-K2O圖解上(圖20),多數(shù)樣品位于鈣堿性系列和拉斑系列,馬鞍山單元中粒輝石二長(zhǎng)巖部分樣品位于鈣堿系列;在Na2O-K2O圖解上(圖21),多數(shù)樣品位于鈉質(zhì)巖區(qū),部分無(wú)影山單元中粒含蘇橄欖輝長(zhǎng)巖、大有單元含黑云角閃閃長(zhǎng)巖則位于鉀質(zhì)巖區(qū)。
圖18 中生代侵入巖SiO2-A.R圖解(據(jù)山東省地質(zhì)調(diào)查院,2014數(shù)據(jù))1-大有單元;2-馬鞍山單元;3-燕翅山單元;4-金牛山單元;5-藥山單元;6-無(wú)影山單元Fig. 18 SiO2-A.R diagram of Mesozoic intrusive rocks(data from Shandong Geological Survey Institute, 2014)
圖19 中生代侵入巖SiO2-(Na2O+K2O)圖解(據(jù)山東省地質(zhì)調(diào)查院,2014數(shù)據(jù))1-大有單元;2-馬鞍山單元;3-燕翅山單元;4-金牛山單元;5-藥山單元;6-無(wú)影山單元Fig. 19 SiO2-(Na2O+K2O) diagram of Mesozoic intrusive rocks(data from Shandong Geological Survey Institute, 2014)
圖20 中生代侵入巖SiO2-K2O圖解(據(jù)山東省地質(zhì)調(diào)查院,2014數(shù)據(jù))Fig. 20 SiO2-K2O diagram of Mesozoic intrusive rocks(data from Shandong Geological Survey Institute, 2014)
圖21 中生代侵入巖Na2O-K2O圖解(據(jù)山東省地質(zhì)調(diào)查院,2014數(shù)據(jù))Fig. 21 Na2O-K2O diagram of Mesozoic intrusive rocks(data from Shandong Geological Survey Institute, 2014)
經(jīng)統(tǒng)計(jì),34件樣品的A/CNK值在0.52~0.90之間(均<1),表明濟(jì)南地區(qū)中生代燕山晚期侵入雜巖為一套基性—中性—中偏堿性以偏鋁質(zhì)鈣性-鈣堿性-堿鈣性巖石為主的巖石組合。
3.3.2 巖漿演化規(guī)律 濟(jì)南地區(qū)燕山晚期侵入雜巖按形成的先后順序構(gòu)成了基性—中性—中偏堿性的巖漿演化序列,是同源巖漿多次脈動(dòng)、涌動(dòng)式侵入的產(chǎn)物。早期以含蘇橄欖輝長(zhǎng)巖、蘇長(zhǎng)輝長(zhǎng)巖、輝長(zhǎng)巖為主,暗色礦物含量高,少見截然接觸界線,多以相變過(guò)渡為主,于晚期巖體中多見早期巖體的包體,在該期巖體的邊緣部位多已演變?yōu)橹屑?xì)粒輝石閃長(zhǎng)巖;晚期中細(xì)粒角閃閃長(zhǎng)巖、中粒輝石二長(zhǎng)巖呈脈動(dòng)侵入早期巖體,暗色礦物逐漸減少,長(zhǎng)英質(zhì)礦物逐漸增加。巖漿多期次活動(dòng)形成的巖石,在巖石學(xué)、巖石化學(xué)、地球化學(xué)等方面皆有一定的差異。
(1)造巖礦物的變化規(guī)律。濟(jì)南地區(qū)中生代侵入雜巖的主要造巖礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)(表3)顯示,由早至晚,造巖礦物成分呈鐵鎂礦物有所遞減、長(zhǎng)英質(zhì)礦物有所遞增的演化規(guī)律,其巖性演化趨勢(shì)為含蘇橄欖輝長(zhǎng)巖—輝長(zhǎng)巖—閃長(zhǎng)巖—輝石二長(zhǎng)巖,呈現(xiàn)基性巖向中偏堿性巖演化特征。從對(duì)各單元侵入巖中斜長(zhǎng)石牌號(hào)的測(cè)定數(shù)值(含蘇橄欖輝長(zhǎng)巖An63#-蘇長(zhǎng)輝長(zhǎng)巖An61#-輝長(zhǎng)巖An60#-閃長(zhǎng)巖An40#-輝石二長(zhǎng)巖An37#、34#)可知,總體上由基性至中酸性為拉長(zhǎng)石至中長(zhǎng)石,斜長(zhǎng)石牌號(hào)逐漸降低。
表3 濟(jì)南地區(qū)中生代侵入巖主要礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)
(2)巖石化學(xué)演化規(guī)律。濟(jì)南地區(qū)中生代侵入巖主要化學(xué)成分及特征參數(shù)(表4)顯示,由早到晚,SiO2、全堿、A.R、A/CNK逐漸增加,TFe、MgO含量逐漸降低。在AMF圖解上(圖22),絕大部分樣品落入拉斑玄武巖系列,由輝長(zhǎng)巖轉(zhuǎn)變?yōu)槎L(zhǎng)巖,顯示向K、Na方向巖漿演化。在哈克圖解上(圖23),CaO、TFe、MgO含量隨SiO2含量降低而逐漸降低,Al2O3、全堿(Na2O+K2O)含量則隨SiO2含量的增加而逐漸增加,TiO2含量先升后降,這些趨勢(shì)均指示巖石具有向中酸性、堿性方向演化的特點(diǎn)。
表4 濟(jì)南地區(qū)中生代侵入巖主要化學(xué)成分及特征參數(shù)Table 4 Main chemical composition and characteristic parameters of Mesozoic intrusive rocks in Jinan area
圖22 中生代燕山晚期侵入雜巖AMF圖解(據(jù)山東省地質(zhì)調(diào)查院,2014數(shù)據(jù))1-大有單元;2-馬鞍山單元;3-燕翅山單元;4-金牛山單元;5-藥山單元;6-無(wú)影山單元Fig. 22 AMF diagram of late Mesozoic Yanshanian intrusive rocks(data from Shandong Geological Survey Institute, 2014)
圖23 中生代燕山晚期侵入雜巖哈克圖解(據(jù)山東省地質(zhì)調(diào)查院,2014數(shù)據(jù))1-大有單元;2-馬鞍山單元;3-燕翅山單元;4-金牛山單元;5-藥山單元;6-無(wú)影山單元Fig. 23 Harker diagram of the Late Yanshanian intrusive complex of Mesozoic(data from Shandong Geological Survey Institute, 2014)
濟(jì)南地區(qū)中生代燕山晚期侵入雜巖由早期至晚期為一套偏鋁質(zhì)的鈣性-鈣堿性-堿鈣性正常系列巖石組合。
3.3.3 形成時(shí)代 濟(jì)南地區(qū)北西部鉆孔中見濟(jì)南序列燕翅山單元侵入石炭—二疊紀(jì)沉積蓋層,充分說(shuō)明其形成時(shí)代晚于二疊紀(jì)。
該地區(qū)是濟(jì)南序列層型所在,前人研究已有較多的年齡數(shù)據(jù),限于當(dāng)時(shí)的測(cè)試方法、技術(shù)手段及地質(zhì)認(rèn)識(shí),數(shù)據(jù)可利用度較低,有相互矛盾之處(表5)。
表5 濟(jì)南地區(qū)中生代侵入雜巖體同位素地質(zhì)年齡
在鵲山、馬鞍山和臥牛山采取簾石脈(PM801-D03-RZ1、FL806D0604RZ1)、輝石二長(zhǎng)巖(PM801-4-RZ1、FL806D0604RZ2)和中粒含蘇橄欖輝長(zhǎng)巖(FL807D0701RZ1)樣品,簾石脈的形成明顯晚于馬鞍山單元的輝石二長(zhǎng)巖。5件重砂樣品經(jīng)鋯石分選鑒定后進(jìn)行LIMS U-Pb測(cè)年,其中僅馬鞍山單元的FL806D0604RZ1、FL806D0604RZ2樣品及鵲山單元的PM801-D03-RZ1樣品年齡值較為理想,鋯石內(nèi)部結(jié)構(gòu)均勻,皆表現(xiàn)為條帶狀的均勻吸收,鋯石多呈長(zhǎng)條狀,具典型巖漿巖鋯石特征(圖24、圖25)。其中,24顆鋯石的206Pb/238U加權(quán)平均年齡分別為(125.59±0.73)Ma、(128.22±0.82)Ma、(130.5±1.5)Ma(圖26、圖27),另外2件樣品則多為捕獲鋯石年齡,但亦有127~140 Ma新年齡存在。
圖24 馬鞍山單元FL806D0604RZ1樣品(簾石脈)鋯石陰極發(fā)光圖像(據(jù)山東省地質(zhì)調(diào)查院,2014數(shù)據(jù))Fig. 24 Zircon cathodoluminescence image of FL806D0604RZ1 sample (epidole vein), Ma′anshan Unit(data from Shandong Geological Survey Institute, 2014)
圖25 馬鞍山FL806D0604RZ2樣品(輝石二長(zhǎng)巖)鋯石陰極發(fā)光圖像(據(jù)山東省地質(zhì)調(diào)查院,2014數(shù)據(jù))Fig. 25 Zircon cathodoluminescence image of FL806D0604RZ2 sample (pyroxene monzonite), Ma′anshan Unit(data from Shandong Geological Survey Institute, 2014)
圖26 FL806D0604RZ1樣品(簾石脈)U-Pb諧和圖與加權(quán)平均年齡圖(據(jù)山東省地質(zhì)調(diào)查院,2014數(shù)據(jù))Fig. 26 U-Pb Concordia plot and weighted mean age diagram of Fl806D0604RZ1 sample (epidote vein)(data from Shandong Geological Survey Institute, 2014)
圖27 FL806D0604RZ2樣品(輝石二長(zhǎng)巖)U-Pb諧和圖與加權(quán)平均年齡圖(據(jù)山東省地質(zhì)調(diào)查院,2014數(shù)據(jù))Fig. 27 U-Pb concordia plot and weighted mean age diagram of FL806D0604RZ2 sample (pyroxene monzonite)(data from Shandong Geological Survey Institute, 2014)
綜上所述,濟(jì)南地區(qū)中生代侵入雜巖地質(zhì)形成時(shí)代為130 Ma左右,屬早白堊世燕山晚期。
3.3.4 巖漿成因及其就位機(jī)制 (1)巖漿成因。濟(jì)南地區(qū)中生代燕山晚期侵入雜巖為一系列基性—中性—中偏堿性的偏鋁質(zhì)鈣性-鈣堿性-堿鈣性巖石組合類型。在SiO2-氧化物圖解上,氧化物含量變化與SiO2含量大致呈線性相關(guān),表明該巖石類型具有同源巖漿演化的特征。
該雜巖體早期侵入體無(wú)影山(含匡山)單元中含有幔源橄欖巖包體,包體類型包括含長(zhǎng)單輝橄欖巖、方輝橄欖巖、二輝巖等深源巖石,具地幔成因;巖石中含有具溶蝕特征的變質(zhì)巖鋯石(繼承鋯石和碎屑鋯石),說(shuō)明巖漿活動(dòng)早期有殼源物質(zhì)參與,其原始母巖漿來(lái)源于上地幔和下地殼,是在源區(qū)與早期拆沉的下地殼物質(zhì)混合熔融所形成的產(chǎn)物。
(2)就位機(jī)制。濟(jì)南地區(qū)中生代燕山晚期巖漿活動(dòng)所形成的雜巖體多以復(fù)式巖體形式出現(xiàn),一些較小的侵入體多在巖床、巖脈順薄弱界面(如地層層理)及構(gòu)造界面等侵入,具強(qiáng)力就位特點(diǎn)(鄭建民等,2007)。
總之,濟(jì)南地區(qū)中生代燕山晚期侵入雜巖總體為一自北向南侵入略向北傾的巨型巖鐮,淺成-超淺成相,中心在新徐莊—桃園一帶,大致呈近EW向橢圓狀,巖體邊部流動(dòng)構(gòu)造發(fā)育,礦物定向排列,流動(dòng)線理走向近SN,北傾伏,巖漿侵位由北向南上侵。奧陶系蓋層產(chǎn)狀多為北傾或北北西傾,該期侵入體與地層及面狀構(gòu)造的吻合性較好,反映出早期巖漿活動(dòng)處于較封閉拉張環(huán)境的地球動(dòng)力學(xué)背景,在母巖漿內(nèi)應(yīng)力作用下,幔源玄武質(zhì)母巖漿沿構(gòu)造薄弱部位以熱氣球膨脹的形式迅速上侵至地殼較淺部位就位;晚期巖漿活動(dòng)變?nèi)?,且由于鎂鐵(鎂早于鐵結(jié)晶)物質(zhì)早期大量結(jié)晶,殘余巖漿鐵鎂質(zhì)減少,長(zhǎng)英質(zhì)含量相對(duì)增高,于巖漿結(jié)晶分異作用下形成晚期侵入體馬鞍山二長(zhǎng)巖。
3.3.5 構(gòu)造背景 濟(jì)南地區(qū)中生代燕山晚期侵入雜巖形成的地質(zhì)時(shí)代為130 Ma左右,該期構(gòu)造-巖漿事件是燕山早期古歐亞板塊受太平洋板塊的俯沖作用而陸殼增厚,繼而發(fā)生巖石圈拆沉所致,在這一地球動(dòng)力學(xué)背景下,在源區(qū)上地幔先前拆沉的早期殼源物質(zhì)發(fā)生熔融并形成巖石圈地幔的混合玄武質(zhì)母巖漿,最終導(dǎo)致燕山晚期巖石圈拉張、減薄,重新活化了上地幔,因而在區(qū)域伸展構(gòu)造背景下(宋明春等,2018)玄武質(zhì)母巖漿得以上侵就位。該地區(qū)中生代侵入雜巖的巖漿來(lái)源與印支期陸-陸碰撞有關(guān)(毛景文等,2005),其巖石成因及就位機(jī)制與燕山晚期區(qū)域拉張環(huán)境直接相關(guān)。
3.3.6 濟(jì)南雜巖體的演化與成礦的關(guān)系 濟(jì)南地區(qū)中生代燕山晚期侵入雜巖造巖礦物演化序列顯示,自早期至晚期侵入體,演化趨勢(shì)為巖性自橄欖輝長(zhǎng)巖至輝石二長(zhǎng)巖,明顯呈現(xiàn)出自基性巖向中偏堿性巖演化的特點(diǎn),而礦物成分表現(xiàn)為鐵鎂礦物逐漸減少、長(zhǎng)英質(zhì)礦物逐漸增加。
在巖漿演化過(guò)程中鎂較鐵結(jié)晶早,巖漿分異過(guò)程中鎂質(zhì)消耗比鐵質(zhì)快。早期巖漿結(jié)晶時(shí)以富鎂暗色礦物為特征,呈游離狀態(tài)的磁鐵礦含量較少;中期多形成富鐵暗色礦物,磁鐵礦物含量增高,中期是該地區(qū)鐵礦礦液富集的最有利階段;巖漿演化到后期形成輝石二長(zhǎng)巖,堿度大大增高,鐵鎂礦物含量大大降低,不利于成礦。
中生代雜巖體與其圍巖的接觸帶構(gòu)造嚴(yán)格控制著鐵礦體(層)的規(guī)模、產(chǎn)狀、形態(tài)和空間分布位置等,鐵礦體(層)的規(guī)模直接取決于接觸帶構(gòu)造的型式和儲(chǔ)(容)礦空間的大小。于雜巖體接觸帶上凸、內(nèi)凹或雜巖體傾伏轉(zhuǎn)折端,常賦存規(guī)模大、品位富的鐵礦體(床)。在雜巖體支叉、舌狀圍巖、圍巖捕虜體、懸垂體及層間滑動(dòng)構(gòu)造帶等地段(部位),亦可形成較大的鐵礦體(層)。同時(shí),巖漿活動(dòng)強(qiáng)度亦是制約成礦的因素之一。
磁鐵礦體95%以上賦存于濟(jì)南中生代燕山晚期雜巖體與奧陶紀(jì)碳酸鹽巖的接觸帶,礦體(層)空間分布位置受似層狀輝長(zhǎng)巖體上隆下凹控制,表明侵入體與鐵礦的形成有成因聯(lián)系。鐵礦的形成與接觸帶所發(fā)育的鈉質(zhì)交代作用、矽卡巖化交代作用及中低溫?zé)嵋何g變交代作用密切相關(guān),鈉質(zhì)交代作用發(fā)育在近礦的巖漿巖中使鐵質(zhì)析出,成為磁鐵礦的物質(zhì)來(lái)源;透輝石矽卡巖、方柱石透輝石矽卡巖與磁鐵礦緊密共生,礦石中普遍具交代結(jié)構(gòu)、交代殘余結(jié)構(gòu)等,皆為接觸交代型鐵礦的重要依據(jù)。
磁鐵礦體主要產(chǎn)于巖體與碳酸鹽巖的接觸帶且靠近碳酸鹽巖一側(cè),越靠近碳酸鹽巖,礦石品位越富,礦體底板主要為透輝石矽卡巖,磁鐵礦體及矽卡巖主要因交代碳酸鹽巖而形成,說(shuō)明礦體生成有一定的地質(zhì)條件。
矽卡巖礦物中透輝石矽卡巖與磁鐵礦體(層)的時(shí)空關(guān)系最為緊密,透輝石作為接觸交代蝕變礦物,其主要特征之一是隨距離磁鐵礦體(層)的遠(yuǎn)近和礦化強(qiáng)度而變化,靠近磁鐵礦體(層)及礦化強(qiáng)度大時(shí)折光率高、色散力強(qiáng),反之則較低。
矽卡巖礦物中除透輝石富鎂外,角閃石類(主要為透閃石-陽(yáng)起石)亦富鎂,與磁鐵礦的形成有密切的時(shí)空關(guān)系,說(shuō)明Fe、Mg元素或絡(luò)合物存在一系列共性。在矽卡巖階段,共生組合元素Fe-Mg關(guān)系密切;在接觸帶,CaCO3的影響促使氣液中的絡(luò)合物分解,形成鐵、鎂礦物沉淀,其中透輝石先于磁鐵礦形成。
磁鐵礦的空間主要因交代其他礦物而形成,在矽卡巖礦物中主要交代透輝石,很少交代石榴石。溶液交代碳酸鹽巖的同時(shí)相對(duì)增加了鐵質(zhì)濃度,在繼續(xù)交代作用下不斷增生新礦物,析出大量CO2,在充足氧化條件下,部分Fe2+氧化為Fe3+,形成以磁鐵礦為主的礦物沉淀,以致磁鐵礦總是靠近碳酸鹽巖一側(cè),越靠近含量越高。
(1)魯西地區(qū)接觸交代(矽卡巖)型鐵礦體(床)在空間展布上與中生代燕山晚期中-基性侵入雜巖密切相關(guān),雜巖體多處于斷陷盆地的邊緣及區(qū)域性斷裂的交會(huì)部位。魯西地區(qū)中生代燕山晚期雜巖體具多期次侵入、多期成礦的特征:① 濟(jì)南成礦區(qū)成礦巖體主要為中生代燕山晚期大有單元中細(xì)粒含黑云角閃閃長(zhǎng)巖(134.60 Ma),其次為燕翅山單元細(xì)粒輝長(zhǎng)巖(128.35 Ma);② 萊蕪成礦區(qū)成礦巖體主要為中生代燕山晚期東明生單元中細(xì)粒輝石閃長(zhǎng)巖,其次為大朝陽(yáng)單元中細(xì)斑二長(zhǎng)閃長(zhǎng)玢巖(礦山雜巖體)、北寺單元中粗粒含輝石石英二長(zhǎng)巖(崅峪雜巖體);③ 金嶺成礦區(qū)成礦巖體主要為中生代燕山晚期東明生單元中細(xì)粒輝石閃長(zhǎng)巖;④ 潘店成礦區(qū)成礦巖體主要為中生代燕山晚期上水河單元細(xì)粒角閃閃長(zhǎng)巖(李屯雜巖體)。侵入雜巖體的產(chǎn)狀、形態(tài)、規(guī)模對(duì)鐵礦體(床)的定位與規(guī)模具有明顯的控制作用,雜巖體為巖蓋、巖床且規(guī)模較大時(shí)所形成的鐵礦體(床)規(guī)模亦較大,反之則較小。
(2)魯西地區(qū)接觸交代(矽卡巖)型鐵礦體(床)均發(fā)育于中生代燕山晚期中-基性侵入雜巖與奧陶系馬家溝群碳酸鹽巖接觸帶中,濟(jì)南成礦區(qū)成礦圍巖為馬家溝群北庵莊組和五陽(yáng)山組灰?guī)r,萊蕪成礦區(qū)成礦圍巖為馬家溝群北庵莊組、五陽(yáng)山組和八陡組,金嶺成礦區(qū)成礦圍巖主要為馬家溝群五陽(yáng)山組、八陡組及太原組下部灰?guī)r。說(shuō)明接觸交代型鐵礦體(床)受地層層位及巖性控制明顯,古生代奧陶紀(jì)碳酸鹽巖是該類型鐵礦體(床)成礦的有利圍巖(郝興中等,2016)。
(3)魯西地區(qū)接觸交代(矽卡巖)型鐵礦體(床)成礦作用與區(qū)域性斷裂構(gòu)造的產(chǎn)狀、規(guī)模、切割深度及活動(dòng)期次等關(guān)系密切。濟(jì)南成礦區(qū)鐵礦控礦構(gòu)造為褶皺構(gòu)造、斷裂與接觸帶復(fù)合構(gòu)造、圍巖層間滑動(dòng)構(gòu)造、捕虜體及接觸帶楔槽形構(gòu)造,萊蕪成礦區(qū)鐵礦控礦構(gòu)造主要為銅冶店—孫祖斷裂(宋明春等,2009;劉書鋒,2019)、礦山背斜等聯(lián)合控制之構(gòu)造,金嶺成礦區(qū)鐵礦控礦構(gòu)造主要為金嶺背斜之兩翼、傾伏端及其周緣,潘店成礦區(qū)鐵礦控礦構(gòu)造主要為齊廣斷裂、劉集斷裂、長(zhǎng)清斷裂、東阿斷裂等不同序次的構(gòu)造復(fù)合部位。分劃性區(qū)域斷裂深切上地?;蛳碌貧ぃ蔀樯畈繋r漿和礦液的上升通道,不同構(gòu)造部位成為容(儲(chǔ))礦的有利空間,同時(shí)亦控制了磁鐵礦尤其是大礦、富礦的產(chǎn)出。
總之,魯西地區(qū)中生代燕山晚期侵入雜巖體源巖及圍巖為鐵礦(趙文才,1991;尹利君等,2016;張家嘉等,2019)提供鐵質(zhì)及礦化劑并提供熱動(dòng)力條件,各類構(gòu)造為礦液運(yùn)移提供通道及容(儲(chǔ))礦空間,接觸交代變質(zhì)為成礦提供動(dòng)力條件,成礦階段與變質(zhì)作用密切相關(guān),從而在濟(jì)南地區(qū)形成此類接觸交代(矽卡巖)型鐵礦。