魯西蒼嶧鐵礦帶構造控礦特征淺析

甘延景，杜顯彪，朱寧，唐秀花，王學仁

(1.山東省地質礦產勘查開發局第二地質大隊，山東 兗州 272100；2.淄博市沂源國土資源局，山東 沂源 256100；3.臨沂市國土資源局蘭山分局，山東 臨沂 276017)

蒼嶧鐵礦帶是山東省典型的“鞍山式”鐵礦帶之一，累計查明鐵礦石資源量達6.2億t(不包含蘭陵鐵礦)。以往鐵礦勘查工作對區內的成礦條件及賦礦規律有較高的認識，對區內賦存的5個含礦帶的主礦層進行了工程控制，基本查明了礦體地質特征，但勘查工作主要側重于對礦層形態和規模的評價，對區內鐵成礦規律、控礦因素等研究尚顯不足①。該文通過對區內變質鐵礦層的巖石組合、構造類型等開展綜合分析，總結了該區控礦因素，確定了今后的找礦方向，對該區深部及外圍找礦具有指導意義。

1 區域地質背景

蒼嶧鐵礦帶位于魯西隆起區南緣的尼山-平邑斷隆與棗莊斷隆的交會部位[1]，西起棗莊市卓山，東至蘭陵縣宋樓地區，全長33km。區內經歷了漫長的地質演化，多期次的構造運動留下了豐富的構造形跡。區內地層可以分為沉積蓋層和變質基底，沉積蓋層多呈單斜產出，總體產狀平緩，其分布明顯受斷裂構造的控制。基底巖系經歷角閃巖相變質作用，陡立產出，發育褶皺構造，在巖層中表現為緊閉褶皺正、倒韻律層的重復出現，局部賦存鐵礦層。由基底組成的復式褶皺控制了蒼嶧鐵礦主要含礦帶的展布，并受后期斷裂構造破壞，致使礦體變形、錯斷現象較為普遍，巖漿巖不發育(圖1)。

2 蒼嶧鐵礦帶構造特征

2.1 礦帶構造

蒼嶧鐵礦帶構造按其成生地質條件可分為基底構造和蓋層構造2部分。

新太古代結晶基底：由新太古代泰山巖群變質雜巖組成。主要為泰山巖群山草峪組，發育有多層磁鐵角閃石英巖及黑云變粒巖夾斜長角閃巖、黑云角閃片巖[2]，經受低角閃巖相區域中高壓變質作用的改造，同時也遭受了區域性大型水平剪切運動、發生強烈緊閉褶皺、層間褶皺等中深構造相的變形作用，使大部分地區的原始層理發生了強烈置換。經強烈變質變形作用，其構造形式主要表現為一系列復式向斜和復式背斜，具有相間出現、平行產出的特征，對區內鐵礦體的展布形態具控制作用[3-4]。

新元古代--古生代沉積蓋層：由新元古代青白口紀—震旦紀土門群，早古生代的長清群、九龍群和馬家溝群，晚古生代石炭—二疊紀的月門溝群構成，不整合于基底構造層之上[5]。構造作用表現為寬緩褶皺和脆性斷裂，基本保持了地層的完整性和序列性。總體構造形式表現為向NE緩傾斜的單斜構造及開闊的向斜構造，局部被斷裂構造錯斷。斷裂構造按走向可分為NWW向、NNE向、NEE向、近SN向4組。多為高角度正斷層，力學性質多屬壓扭或張扭性構造[6-8]。

1—第四系；2—石炭系；3—奧陶系；4—寒武系；5—南華系；6—青白口系；7—泰山巖群；8—平行不整合；9—角度不整合；10—斷裂；11—向斜；12—背斜；13—鐵礦體及編號圖1 蒼嶧鐵礦帶區域地質簡圖

2.2 構造區塊特征

基底構造在區內從物質組成、構造形態、構造線方向等各個方面來看均顯示了較為統一的特征，而蓋層構造在區內卻表現得較為復雜。依據蓋層構造的空間展布、構造性質及變形特征，可將區內劃分為4個構造小區：北部平緩區、西部寬緩褶皺區、中部緊密褶皺區和東南部第四系覆蓋區。

(1)北部平緩區：NW向新太古代基底隆起帶(或棗莊斷裂)以北的廣大區域。構造特征主要表現為變形弱或基本未變形，平緩不整合覆蓋于新太古代變質基底之上。

(2)西部寬緩褶皺區：棗莊斷裂以南，嶧城--棚山--土山--雙山子一線以北的三角形地帶。構造特征主要表現為一軸向NWW緩傾伏，軸跡約NW 70°，向西撒開、向東收斂的寬緩褶皺。褶皺北翼為棗莊斷裂所切割，南翼與“中部緊密褶皺區”呈過渡變化。

(3)中部緊密褶皺區：由古元古代--古生代地層構成的一組NE向較為緊密的復式褶皺組成，北西側以嶧城--棚山--土山--雙山子一線與“西部寬緩褶皺區”過渡；北東界以棗莊斷裂為界；東南側為第四系所覆蓋。該復式向斜主要表現為一不對稱的復式向斜。南東側出露地層較老，為新元古代青白口紀—震旦紀土門群，并向東延展于第四系之下。向北西逐漸變為古生代寒武紀--奧陶紀長清群和九龍群等。

(4)東南部第四系覆蓋區：自峨山--后大窯--宋樓一線以東絕大部分為第四系覆蓋，露頭零星。該區內棗莊斷裂在第四系之下呈隱伏狀態向東南延伸，兩側蓋層的構造特征存在明顯差異。北東側與“北部平緩區”相近，南側與“中部緊密褶皺區”相似。因此，將該區的南北兩部分分別歸入“中部緊密褶皺區”和“北部平緩區”。

2.3 基底褶皺構造

2.3.1 基底褶皺構造類型

該褶皺構造發育于泰山巖群中，分為不對稱褶皺和復式背-向斜[9-10]。

(1)不對稱褶皺構造

該類褶皺主要出露在泰山巖群變質巖層中，從北到南均有產出，其形態表現為不對稱的“Z”(圖2a)或者“S”形褶皺，或者層內“M”形褶皺(圖2b)。從野外觀察結果分析，北部見有“Z”形褶皺，而南部見有“S”形褶皺。這些褶皺屬于主體褶皺的從屬褶皺，可以清楚地反映出主體褶皺轉折端的方向和位置，同時指示出褶皺層物質的運動方向。

a—“Z”形褶皺；b—“M”形褶皺圖2 泰山巖群片麻巖中不對稱褶皺形態特征

(2)復式背斜、向斜構造

從蒼山地區白水牛石—東新興一帶的野外資料情況，結合已有工程資料分析表明，白水牛石—山梁一帶發育太白向斜，向南發育至少由一個背斜和向斜組成的系列褶皺構造。地層產狀北部陡立，而南部較緩，褶皺的發育特征也具有北翼較陡、南翼較緩的趨勢，褶皺構造向南逐漸變得寬緩。

對黃山—圈里一帶的構造分析也具有類似的結果，新元古代蓋層之下發育有新太古代泰山巖群山草峪組含鐵巖系及鐵礦層，這些鐵礦層發育了不對稱的褶皺構造(圖3)，體現出與剪切作用有關的褶皺構造特點。

1—第四系；2—張夏組；3—饅頭組；4—朱砂洞組；5—李官組；6—佟家莊組；7—二青山組；8—山草峪組；9—閃長巖；10—斷裂；11—鐵礦體圖3 蒼嶧鐵礦小后莊—利增一帶地質剖面示意圖

2.3.2 基底褶皺構造

區內基底構造自北向南劃分為：太(太平村北)-白(白水牛石)向斜；石(石門村)-閆(閆莊)背斜；平(平山)-山(山里王)向斜；后大窯-東新興復式倒轉背斜[11]。

基底構造中NE向小型斷裂較為發育，近平行排列，走向40°～60°,傾向NW，傾角55°～78°，為高角度正斷層，斷層斜切礦體，其水平斷距30m左右，破壞了礦體的連續性。

(1)太-白向斜

太-白向斜NWW向展布，走向275°～285°，軸面向S陡傾約60°～80°，向斜樞紐向W平緩傾伏，傾伏角約3°～6°，兩翼傾角北陡南緩，北翼傾角65°～88°，南翼傾角33°～80°，受NEE及NE向斷裂影響，整體略具疏緩波狀起伏，主要由泰山巖群中含礦巖系和一系列的鐵礦床表現出來的緊閉向斜構造。核部由黑云變粒巖組成，東部為蓋層所覆蓋。東西延伸較為穩定，沿走向長度大于20km。

除太平村—白水牛石一帶勘查清楚外，向西可延伸至王家莊、劉家嶺，直至大郭莊一帶；褶皺形態主要表現為中等緊閉褶皺(圖4)、強烈緊閉褶皺(圖5)。太-白向斜作為向W傾伏的不對稱緊密褶皺，其兩翼賦存有南北兩個沉積變質型鐵礦亞帶。

1—第四系；2—寒武紀長清群；3—南華紀土門群佟家莊組;4—南華紀土門群二青山組；5—鐵礦體(較富)；6—鐵礦體(較貧)；7—鐵礦體(推斷)圖4 王埝溝鐵礦區緊閉褶皺示意圖

(2)石-閆背斜

石-閆背斜為一開闊型褶皺形態，屬于直立對稱型，呈寬緩形態，走向275°～290°，背斜樞紐自東向西平緩傾伏，傾伏角約3°～4°，兩翼傾角33°～52°。向東受階梯狀正斷層抬升破壞，核部遭受剝蝕，僅發育兩翼。以太平村、小閆莊、東石門一帶較為典型，形成一個向西略傾伏收斂，向東撒開的開闊背斜構造。

由地表含鐵巖系及鐵礦層的出露分布情況來看，該背斜向西在上桃園至太平村一帶傾伏于地下，向東北翼在幸福嶺一帶與太-白向斜南翼合并，黃牛嶺、北辛莊單斜礦層可能為其向斜構造南翼產狀變陡的結果。東部受階梯狀正斷層抬升破壞，核部受剝蝕僅發育兩翼，多為蓋層覆蓋。該背斜長度達12km以上，其核部及兩翼均為泰山巖群山草峪組變質地層，賦存有沉積變質型鐵礦帶。

(3)平-山向斜

平-山向斜在黃牛嶺、北辛莊以南，為一緊閉的同斜(倒轉)復式向斜褶皺構造，其軸面向南陡傾，北翼為石-閆背斜南翼下延部分，但產狀變陡，傾角50°～70°；南翼出露在北沙溝、平山前一帶。該向斜出露長度約8km，北翼為正常翼，由黑云變粒巖及磁鐵角閃石英巖組成。南翼為倒轉翼，由黑云變粒巖組成。南翼地層產狀為200°∠70°～75°，北翼地層產狀一般為200°∠65°，軸面產狀200°∠70°。

(4)后大窯-東新興復式倒轉背斜

該背斜位于后大窯-東新興韌性剪切帶上，核部為黑云變粒巖及磁鐵角閃石英巖，其北翼為平山-小新莊復式倒轉向斜的南翼，為倒轉翼，南翼被第四系覆蓋。該復式倒轉背斜的軸面走向為270°～305°，傾向S—SW，傾角65°～80°。翼部片理傾角66°～85°，復式倒轉背斜核部位置出現磁鐵角閃石英巖、復式倒轉向斜核部出現山草峪組黑云變粒巖。

2.4 蓋層褶皺構造

區內蓋層褶皺構造較為簡單，在不同構造單元內表現形式各異。

北部平緩區：表現為變形弱或基本未變形，平緩不整合于新太古代變質基底之上。

西部寬緩褶皺區：表現為一向西撒開向東收斂的寬緩褶皺，軸向NWW緩傾伏，軸跡走向約NW 70°。褶皺核部為晚古生代石炭紀月門溝群的本溪組和太原組，產狀平緩，一般在10°～15°，南北兩翼對稱；翼部主要為早古生代寒武紀-奧陶紀地層，產狀由靠近核部的10°左右向兩翼變陡至20°左右。褶皺北翼為棗莊斷裂所切割保留不完整，南翼與“中部緊密褶皺區”呈過渡變化。

1—第四系；2—寒武紀長清群；3—南華紀土門群佟家莊組；4—南華紀土門群二青山組；5—鐵礦體(較富)；6—鐵礦體(推斷)圖5 溝西鐵礦區同向褶皺示意圖

中部緊密褶皺區：為一組NEE向較為緊密的復式褶皺。該復式向斜主要表現為一不對稱的復式向斜。SE側出露地層較老，為新元古代青白口紀—震旦紀土門群，并向東延展于第四系之下。向NW逐漸變為古生代寒武紀—奧陶紀長清群和九龍群等。

東南部第四系覆蓋區：露頭零星。NE側與“北部平緩區”相近，南側與“中部緊密褶皺區”相似。

總之，蓋層中發育的褶皺呈寬緩背向斜構造，或者受后期構造影響，表現為牽引或者不規則褶皺。

2.5 斷裂構造

區內斷裂構造較發育，以NNW向或者近SN向和NE向為主，其中，NW—NNW向斷裂及EW向斷裂規模較大，尤其是棗莊斷裂斜貫全區，控制了該區地質構造格局；NE—NNE向構造對基底總體構造格架影響較小，對覆蓋其上的地層產狀有一定的影響，但總體影響不大，沒有將區域地層產狀發生大的變化。

棗莊斷裂為區域性主干斷裂，控巖特征明顯，其南部發育古生代以來的地層，而其北部則以新太古代泰山巖群為主，顯示區域性深大斷裂特征。其他均為棗莊斷裂的次級構造，規模較大的主要有東山斷層、上桃園斷層、平山后斷層、平山前斷層、白水牛石斷層等[12-13]。

3 含礦巖系組合特征

3.1 賦礦圍巖特征及含礦巖系

蒼嶧鐵礦帶的賦礦圍巖是一套基性火山巖、中酸性火山巖、泥質沉積巖及硅鐵質沉積巖，即為泰山巖群山草峪組，經歷了角閃巖相區域變質作用和強烈的剪切構造變形和褶皺構造改造[14]，巖石主要由黑云變粒巖、黑云二長變粒巖和黑云角閃片巖組成，夾有斜長角閃巖、角閃片巖、磁鐵角閃石英巖、磁鐵石英角閃巖等，為礦田鐵礦的主要含礦巖系。

3.2 含礦巖系的層位變化

泰山巖群山草峪組中的鐵礦含礦巖系分為2層，在成分變化上具有韻律性單向序列變化特征(圖6)。

1—第四系松散堆積物；2—山草峪組黑云斜長變粒巖；3—山草峪組角閃片巖(或角閃巖)；4—山草峪組磁鐵角閃(片)巖；5—山草峪組斜長角閃巖；6—鐵礦體7—斷層破碎帶圖6 石門—黃牛嶺鐵礦區兩礦層巖性單項變化序列

王埝溝鐵礦區SN向勘探剖面中可以清楚地看到，緊閉褶皺的兩翼表現為2層含礦巖系對稱的排列順序。王埝溝鐵礦位于“太-白向斜”的東延部分，處于同一礦帶上，充分說明“太-白向斜”為一緊閉或近于同斜褶皺構造。區內自北向南多層鐵礦基本上是統一的，是兩層含礦巖系在強烈的褶皺構造作用下所形成的不規則(緊閉、同斜、開闊、鉤狀等)褶皺層重復出現的結果。

基底褶皺是導致礦層、礦帶不完整不規則的主要原因，后期斷裂對基底褶皺構造的改造作用也是不可忽略的因素，也是導致礦層、礦帶出露不規則的原因之一。

3.3 褶皺構造與礦層形態及分布的關系

強烈褶皺是該區基底構造的突出特點，對鐵礦層的形態和分布有明顯的控制作用。

(1)NWW向的區域性復式向斜構造控制著各礦帶的總體空間展布。該區處于區域大型褶皺的翼部，礦層形態比較規則，未顯示出大型褶皺轉折端處復雜的次級褶皺形態。

(2)區內鐵礦層由于受到南北向強烈擠壓作用，與區域大型褶皺相對應，褶皺軸的方向基本上為NWW向，軸面向南陡傾，樞紐向東微翹，并具輕微的波狀起伏。

(3)向斜部位保存有礦層，背斜部位礦層遭受剝蝕。南側為區域向斜構造，而北側為區域背斜構造，故南側深部是今后的主要找礦方向。這從區內次級褶皺的形態、產狀也得到證明。如太-白向斜、平-山向斜等均表現為緊閉同斜形，向深部延伸呈相似形褶皺轉折端，而背斜構造，如石-閆背斜則保留了較為寬緩的褶皺形態。

(4)褶皺構造往往造成局部礦層加厚。一是褶皺的轉折端，礦層厚度成倍增厚；二是同斜倒轉緊閉褶皺，可以造成礦層的重疊使礦層加厚。

4 鐵礦成礦控制因素

4.1 地層控制作用

蒼嶧鐵礦帶含有多個礦層，連續性較好的有2層，礦層賦存于泰山巖群山草峪組變質巖系中，賦礦圍巖主要為黑云變粒巖、夾黑云片巖及黑云角閃片巖。鐵礦石主要為磁鐵石英角閃巖和磁鐵角閃石英巖，呈條帶狀，與鐵礦層伴生的變質巖系包括黑云變粒巖和黑云角閃片巖，共同組成一個含鐵巖系[15]。泰山巖群山草峪組為尋找“鞍山式”鐵礦的有利層位，山草峪組地層中磁鐵石英角閃巖和磁鐵角閃石英巖發育層段為成礦有利部位和賦礦部位。

4.2 構造對成礦的控制作用

區內控礦構造分為褶皺構造和斷裂構造兩類，其中褶皺構造為成礦后的賦礦構造，對鐵礦的賦存形態和展布規律起主要控制作用，對鐵礦的形成和富集具有明顯的作用；斷裂構造為成礦后的破壞構造，破壞了賦礦構造及礦層的連續性，間接控制了鐵礦層的賦存和分布。褶皺對鐵礦的控制表現在褶皺轉折端處稍有加厚，礦層明顯富集，有利鐵礦成礦[16]。區內的褶皺主體為一個復式背斜和向斜構造。向斜轉折端處鐵礦多有保留，且礦層厚度明顯增加，而背斜轉折端處剝蝕殆盡，因此，向斜發育區對鐵礦找礦有利，而背斜區對鐵礦找礦不利。

4.3 變質作用對成礦的控制作用

據曹國權[17]研究表明，該區變質巖系主要經歷了三期區域變質作用，第一期區域變質作用為中壓、中溫中級變質，變質程度為低角閃巖相；第二期區域變質作用為中壓、中低溫變質，變質程度為高綠片巖相；第三次為退變質作用，屬低綠片巖相。

經區域變質產生重結晶作用，形成泰山巖群斜長角閃巖-變粒巖磁鐵巖組合，包括磁鐵角閃石英巖、磁鐵石英角閃巖和磁鐵石英巖，構成蒼嶧鐵礦含礦巖層。屬于與磁鐵石英巖有關的BIF型鐵礦古島弧沉積--火山沉積。

5 成礦規律

5.1 時空分布規律

蒼嶧沉積變質型鐵礦主要分布于魯西南變質基底內，據王世進[18]對含礦地層(山草峪組)中黑云變粒巖碎屑鋯石進行SHRIMP U-Pb測年數據為(2572±16)Ma，成礦時代為新太古代。受新太古代沉積地層控制，主要賦存在泰山巖群變質巖中。在空間上分布較為零星，主要成片分布于棗莊—蘭陵地區，除此之外，在魯西的東平—汶上，泰安—濟南、單縣南部以及蒙陰—新泰地區也有分布。

5.2 含礦巖石組合規律

礦床賦存于新太古代泰山巖群山草峪組中上部，嚴格受山草峪組地層控制，具有明確的含礦巖系，主要為黑云變粒巖、角閃巖、角閃片巖及磁鐵石英巖，含礦建造主要為條帶狀磁鐵石英巖、磁鐵角閃巖及角閃磁鐵石英巖。

5.3 構造控制規律

礦層產出受褶皺構造和斷層構造控制。褶皺構造是變質巖系受強烈擠壓作用而成。含礦建造及礦層內褶皺及層間褶曲發育，為成礦后的賦礦構造，對鐵礦的賦存形態和展布規律起主要控制作用，對鐵礦的富集具有明顯的控制作用。太白向斜和石閆背斜所在的鐵礦帶，礦體受褶皺控制明顯，集中呈帶狀產出。其中規模較大的礦體主要產于向斜轉折端，而與背斜轉折端相對應的礦床規模相對較小。斷層構造為成礦后的破壞構造，破壞了賦礦構造及礦體的連續性，間接控制了鐵礦體的賦存和分布。

6 找礦方向及建議

(1)太-白向斜和石-閆背斜作為蒼嶧鐵礦帶主要控礦構造，二者傾伏區、鐵礦隱伏較深，應進行重點勘查。特別是該帶中西部地區，是鐵礦勘查的重點區域。

(2)太-白向斜以南和以北的向斜轉折端是潛在鐵礦資源勘查部位，特別是南部向斜的東轉折端的西延部分、北部向斜的東部、西部的泰山巖群含礦巖系出露部分或者淺覆蓋地區，應特別關注。

7 結論

(1)區內含礦巖系為斜長角閃巖-鐵礦層-黑云角閃片巖含礦巖石組合，發育多層礦體，呈層狀產出，平行展布。

(2)區內自北向南多層鐵礦層基本上是統一的，是由兩層含礦巖系在強烈的褶皺作用改造下所形成的不規則(緊閉、同斜、開闊、鉤狀等)褶皺層重復出現的結果。基底強烈褶皺的不規則形態是導致礦層、礦帶不完整不規則的主要原因。區域構造格架為由一系列背斜和向斜組成的構造體系，構成具有剪切性質的復式背向斜構造。

(3)區內鐵礦屬于“鞍山式”變質型(BIF型)鐵礦，其成礦受原始礦源層和褶皺構造作用控制，在褶皺構造的背斜及向斜轉折端鐵礦層明顯富集；在發生倒轉的褶皺構造中，倒轉翼常常被拉斷，而正常翼則表現出礦體等厚性。

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