山東省東平—汶上地區(qū)鐵礦床地質(zhì)特征及成礦模式

張英梅

(山東省魯南地質(zhì)工程勘察院，山東 兗州 272100)

東平—汶上鐵礦帶是魯西地區(qū)重要的成礦帶，地理位置從東平縣陳家莊至汶上縣大屯鎮(zhèn)[1]。區(qū)內(nèi)鐵礦床分布較廣，已探明彭集、張家毛坦、化肥廠等多個(gè)大中型鐵礦床，礦床類型為沉積變質(zhì)型[2]。

1 成礦地質(zhì)背景

1.1 地層

區(qū)內(nèi)發(fā)育的地層由老到新為新太古代泰山巖群雁翎關(guān)組、山草峪組，寒武紀(jì)長清群饅頭組、九龍群張夏組、崮山組及新生代古近系、第四系，地表大部分被第四系覆蓋(圖1)[4]。

其中與鐵礦成礦關(guān)系密切的為新太古代泰山巖群，構(gòu)成了該區(qū)的結(jié)晶基底，主要包含兩個(gè)巖性組：雁翎關(guān)組、山草峪組。雁翎關(guān)組巖性以細(xì)粒斜長角閃巖、角閃變粒巖為主；山草峪組巖性主要為變粒巖，其遭受大面積的變質(zhì)作用，片理發(fā)育，構(gòu)成了該區(qū)鐵礦的主要賦礦層位[5]。

1.2 構(gòu)造

區(qū)內(nèi)構(gòu)造主要表現(xiàn)形式為褶皺構(gòu)造、斷裂構(gòu)造。

褶皺構(gòu)造：根據(jù)研究區(qū)磁異常的解譯結(jié)果推測，并結(jié)合鉆孔中鉆遇地層資料分析可得，彭集—田家莊異常帶和張寶莊—化肥廠異常帶形態(tài)上表現(xiàn)為背斜構(gòu)造，二者皆由山草峪組地層組成，中間為雁翎關(guān)組地層。兩翼傾向SW，構(gòu)成了次級同斜背斜構(gòu)造。

斷裂構(gòu)造：主要發(fā)育有近EW向汶泗斷裂F3，NW向F1，NE向F2，近SN向F4。其中，汶泗斷裂為區(qū)內(nèi)規(guī)模最大的斷裂；F2形成時(shí)間較晚，對礦體的連續(xù)性造成的影響較大。

1.3 巖漿巖

研究區(qū)內(nèi)巖漿巖主要呈脈狀產(chǎn)出，巖性主要為花崗巖、輝長巖、輝綠巖、閃長巖類、石英正長斑巖等，主要分為新太古代、中生代兩大系列。新太古代

1—第四系；2—寒武紀(jì)崮山組；3—寒武紀(jì)張夏組；4—寒武紀(jì)饅頭組；5—泰山巖群;6—實(shí)測地質(zhì)界線；7—隱伏蓋層地質(zhì)界線；8—實(shí)測正斷層；9—推測正斷層及產(chǎn)狀；10—研究區(qū)范圍圖1 東平—汶上地區(qū)地質(zhì)簡圖(底圖據(jù)張?jiān)銎娴龋?014)

侵入巖主要分布于東平凸起區(qū)，由一套TTG系列巖石組成，總體呈NW向展布；中生代侵入巖多出露于東平凸起的南部及各斷裂構(gòu)造的結(jié)合部位。

1.4 地球物理特征

1.4.1 巖礦石磁性特征

研究區(qū)各類巖石磁性參數(shù)詳見表1[6]，由表1可知，研究區(qū)“鞍山式”鐵礦磁性最強(qiáng)，變質(zhì)巖系次之。據(jù)此，參照區(qū)域物性特征，將研究區(qū)巖(礦)石分為強(qiáng)磁性的磁鐵礦石類、磁性不均勻的侵入巖與變質(zhì)巖類和弱磁性或無磁性的沉積巖類。

1.4.2 航磁異常場特征

研究區(qū)位于NW向磁異常帶上(圖2)[7]，區(qū)內(nèi)航磁異常呈帶狀分布，具備了異常強(qiáng)度較高、梯度大、梯度變化明顯的特點(diǎn)[3]，其劃定的各異常特征詳見表2。

1.4.3 垂直磁力異常特征

據(jù)黃太嶺等，2002年。

研究區(qū)北部分布有大牛、化肥廠、田莊等異常，南部主要為彭集、馮家莊、張寶莊等異常，整個(gè)異常結(jié)構(gòu)呈“S”型，均以NW，SN走向相交于彭集異常北端[8]。其中彭集異常帶規(guī)模最大，呈NNW向帶狀分布，以600γ等值線圈定異常，長度為10km，寬為0.4～1.5km，在其異常南端發(fā)育有橢圓狀異常，最大異常強(qiáng)度達(dá)16930γ，從平面上看兩側(cè)近于對稱，且西側(cè)略緩于東側(cè)。

1—正異常等值線；2—零異常等值線；3—負(fù)異常等值線；4—研究區(qū)范圍圖2 東平-汶上地區(qū)區(qū)域航磁△T異常平面圖(底圖據(jù)黃太嶺等，2002)

異常研究區(qū)分布位置形態(tài)長度(km)寬度(km)異常極值(nT)備注正異常北西部NW向帶狀101.555經(jīng)驗(yàn)證為礦致異常南部NE向帶狀20.840～50負(fù)異常中偏東部NE向橢圓狀0.50.3-10

1.4.4 重力異常特征

研究區(qū)中部很明顯呈現(xiàn)出一條近于SN走向的重力梯級帶，造成梯度帶的原因主要為出露的斜長角閃巖。將重力異常圖與磁場圖進(jìn)行對比可以看出，研究區(qū)內(nèi)幾條大的磁異常帶均位于重力梯級帶上，對尋找此類型鐵礦具有良好的指示作用[9]。

2 典型礦床地質(zhì)特征

研究區(qū)內(nèi)鐵礦床主要賦存于泰山巖群山草峪組中，賦礦層位具有特殊性。目前區(qū)內(nèi)已探明的有彭集、張家毛坦、張寶莊、李官集、大牛莊、化肥廠、大高莊等大、中型鐵礦床[10]。

2.1 彭集鐵礦床

彭集鐵礦床位于東平—汶上鐵礦成礦帶的中部，為研究區(qū)內(nèi)最大的鐵礦床。礦體多呈層狀、似層狀、透鏡狀產(chǎn)于泰山巖群山草峪組含鐵建造巖系中，總體走向NW，大致為340°～345°，傾向SW，傾角60°～77°，最大控制深度達(dá)-616m。礦床內(nèi)共圈定41個(gè)礦體，呈層狀、似層狀產(chǎn)出，產(chǎn)狀與地層片理一致。礦體沿走向、傾向呈舒緩波狀，且具分支、復(fù)合的特點(diǎn)。礦體控制長度5193m，控制最大斜深620m。厚度1.00～37.40m，平均6.33m；mFe品位21.64%～27.80%，平均23.99%。礦石礦物主要為磁鐵礦，脈石礦物以石英、普通角閃石為主，其次為陽起石、黑云母等。礦石結(jié)構(gòu)主要為柱粒狀變晶結(jié)構(gòu)，主要構(gòu)造有條紋條帶狀構(gòu)造及塊狀構(gòu)造等。圍巖蝕變較強(qiáng)烈，有綠簾石化、綠泥石化、蛇紋石化、電氣石化、透閃石化、硅化和碳酸鹽化等。

2.2 張家毛坦鐵礦床

張家毛坦鐵礦床位于東平—汶上鐵礦帶西南部，屬于中型鐵礦床，賦存于隱伏新太古代泰山巖群山草峪組中。

礦床內(nèi)圈定14個(gè)礦體，均呈層狀、似層狀產(chǎn)出，產(chǎn)狀與地層片理一致，走向NW，傾向SE，傾角在45°～60°之間。礦體厚度1.00～11.10m，平均5.60m；mFe品位17.60%～31.91%，平均19.85%；TFe品位22.98%～36.53%，平均27.95%。礦石礦物主要為磁鐵礦，其次為少量的赤鐵礦、褐鐵礦、黃鐵礦等；脈石礦物以石英、普通角閃石為主。礦石結(jié)構(gòu)主要為柱粒狀變晶結(jié)構(gòu)，呈條紋條帶狀構(gòu)造及塊狀構(gòu)造等。

該礦床內(nèi)共存在3條明顯的NW走向的條帶狀磁異常(△T異常下限以500nT等值線圈定)，由西向東依次編為Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ號(圖3)?？傮w來看，Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ號異常帶所處的地質(zhì)環(huán)境為新太古代泰山巖群的山草峪組；異常帶走向NW，與地層走向基本一致，各異常帶均由地層中的具有磁性的地質(zhì)體引起，經(jīng)勘查證實(shí)，主要由條帶狀角閃磁鐵石英巖等鐵礦體引起。

圖3 張家毛坦鐵礦區(qū)高磁異常圖(據(jù)《山東省汶上縣張家毛坦地區(qū)鐵礦普查高精度磁測工作簡報(bào)》修改)

2.3 張寶莊鐵礦床

張寶莊鐵礦床位于東平—汶上鐵礦帶東南部，為大型鐵礦床。區(qū)內(nèi)第四系廣泛分布，下伏地層主要為新太古代泰山巖群雁翎關(guān)組、山草峪組和古近紀(jì)官莊群朱家溝組。礦床由25個(gè)鐵礦體組成，其中以Ⅱ號礦體規(guī)模最大，其鐵礦石資源量占總資源量的89.65%。Ⅱ號礦體表現(xiàn)為似層狀、層狀，走向約342°，傾向SW，傾角45°～62°，隨著深度的增加稍有變緩的趨勢，最小達(dá)27°，礦體沿走向延伸近1.9km，沿傾向延深達(dá)1.3km。礦體mFe平均品位21.01%，TFe平均品位30.01%，平均真厚度為22.83m。礦物成分主要為磁鐵礦，次為黃鐵礦、磁黃鐵礦等；脈石礦物主要為石英、普通角閃石、鐵閃石。礦石具粒狀變晶結(jié)構(gòu)，呈細(xì)脈浸染狀構(gòu)造、條帶狀構(gòu)造。礦體圍巖主要為條帶、條紋狀含磁鐵(石榴)角閃石英巖、黑云變粒巖等。各種圍巖蝕變較強(qiáng)烈，有綠簾石化、綠泥石化、蛇紋石化、電氣石化、透閃石化、硅化和碳酸鹽化等。

2.4 李官集鐵礦床

李官集鐵礦床位于東平—汶上鐵礦帶西南部、張家毛坦鐵礦床北部，規(guī)模為中型。礦床由13個(gè)礦體組成，其中以1號規(guī)模最大。1號礦體呈層狀、似層狀，控制長度為1365m，被F2-1斷層錯(cuò)開，分成南北2段。礦體走向約為152°，傾向SW，傾角75°左右，沿傾向延深向東彎曲的趨勢，傾角近90°，賦礦標(biāo)高-136m～-520m。礦體TFe品位20.77%～25.96%，平均品位24.05%；礦體厚度在7.25～101.17m之間，平均42.72m。

3 成礦規(guī)律

(1)控礦地層

東平—汶上鐵礦帶內(nèi)的鐵礦體賦存于泰山巖群山草峪組中，賦礦層位具有專屬性，礦床類型屬沉積變質(zhì)型。礦層遭遇斷裂后易產(chǎn)生錯(cuò)斷。

(2)成礦物質(zhì)來源

通過采集各鐵礦床內(nèi)礦石及圍巖進(jìn)行主量元素分析、硅酸鹽全分析、微量分析、稀土元素分析[11]，并配合原巖恢復(fù)分析，證實(shí)研究區(qū)磁鐵石英巖物質(zhì)來源為海底火山噴發(fā)活動(dòng)，地殼深部和上地幔的熱液在上侵過程中攜帶了大量的硅質(zhì)及鐵質(zhì)成分噴出，隨著這些物質(zhì)的先后沉積，形成了明暗相間的厚度不同的鐵質(zhì)層、硅質(zhì)層，其韻律層則代表了當(dāng)時(shí)海底火山噴發(fā)活動(dòng)的周期[12]。

(3)含鐵建造

東平—汶上地區(qū)鐵礦帶主要是一套條帶狀石英型磁鐵礦建造，其巖石組合主要為黑云變粒巖、黑云變粒巖夾斜長角閃巖。

(4)成礦時(shí)代

通過對山草峪組黑云變粒巖碎屑鋯石進(jìn)行SHRIMP U-Pb測年數(shù)據(jù)為(2572±16)Ma，(2544±6)Ma[15-16]，該地層形成時(shí)代為(2750～2540)Ma，因此，通過以上測年數(shù)據(jù)結(jié)合含礦層位綜合分析，認(rèn)為研究區(qū)鐵礦成礦時(shí)代為新太古代。

(5)礦化階段

礦床礦化大致劃分為5期：①沉積期；②綠簾—角閃巖相變質(zhì)期；③褶皺變形期；④韌性剪切和熱液蝕變期；⑤抬升氧化期。

(6)成礦空間

東平—汶上鐵礦帶含鐵建造呈同斜復(fù)背斜褶皺形態(tài)，即鐵礦帶的含鐵建造賦存于NW向同斜復(fù)背斜的兩翼及核部，是區(qū)內(nèi)最重要的控礦、容礦構(gòu)造。研究區(qū)條帶狀石英型磁鐵礦層與含鐵建造呈同形褶皺狀[17]，鐵礦體明顯可分為兩條礦帶，在平面圖上看，鐵礦帶大致呈兩條近乎平行的帶狀分布，從剖面圖上看，鐵礦體則呈“SW傾向同斜”的背斜狀產(chǎn)出。

(7)礦體特征

東平—汶上鐵礦帶總體走向NW，傾向SW，呈舒緩弧形，南翼走向NW，北翼走向相對向NWW偏轉(zhuǎn)；礦體南翼傾角45°～60°，向北翼逐漸變陡至60°～70°，核部李官集礦床最陡，傾角可達(dá)61°～89°。礦體一般呈層狀、似層狀產(chǎn)出，厚度1.00～42.72m，平均6.06m；礦石中mFe品位一般為20%～25%。背斜構(gòu)造的核部，礦體大多相對富集，厚度變大，品位較高；遠(yuǎn)離核部則規(guī)模變小，厚度變薄，品位下降。在成礦帶縱向上由北向南品位無明顯變化。礦石巖性主要為角閃磁鐵石英巖、磁鐵石英角閃巖、磁鐵角閃石英巖等，主要發(fā)育條紋條帶狀構(gòu)造。

(8)物探異常

東平—汶上鐵礦帶通常呈NW向帶狀分布特征，鐵礦石磁性強(qiáng)烈，且具有較大的視密度特征；礦石礦化越強(qiáng)，其磁性越強(qiáng)，視密度也越高；根據(jù)其自身固有屬性，即“高磁高重”。因此，重、磁異常是尋找該類型鐵礦床的主要勘查手段。

4 成礦模式

沉積變質(zhì)型鐵礦床在魯西地區(qū)分布廣泛，根據(jù)成礦時(shí)代、賦礦層位、含鐵建造及巖石組合的不同，主要建立了“蒼嶧式”和“韓旺式”2種成礦模式[18-19]。通過該次研究工作，根據(jù)東平—汶上鐵礦帶的成礦時(shí)代、賦礦層位、含鐵建造及巖石組合，結(jié)合區(qū)內(nèi)典型礦床的地質(zhì)、地球物理特征及成礦規(guī)律的分析，初步建立了“東汶式”鐵礦床成礦模式[20-21](圖4)：“東汶式”鐵礦主要分布于汶上至東平一帶，向北可延至東阿，分布面積360km2，礦體賦存于走向NW、傾向SW的同斜復(fù)式背斜構(gòu)造，兩翼為賦存鐵礦床的泰山巖群山草峪組底部，核部為泰山巖群雁翎關(guān)組上部。

1—山草峪組；2—雁翎關(guān)組；3—含鐵碎屑巖；4—玄武巖；5—粉砂巖；6—粘土巖；7—磁鐵石英巖；8—角閃變粒巖;9—斜長角閃巖；10—黑云變粒巖；11—淺粒巖；12—角閃片巖；13—云母片巖；14—綠泥片巖；15—鐵礦體圖4 東汶式、蒼嶧式、韓旺式鐵礦區(qū)域成礦模式圖(據(jù)倪振平等，2010，有修改)

5 結(jié)論

(1)研究區(qū)地層發(fā)育完整，構(gòu)造以褶皺、斷裂的形式發(fā)育，巖漿巖以脈狀產(chǎn)出，地球物理特征明顯，成礦地質(zhì)背景優(yōu)越。

(2)從多角度系統(tǒng)總結(jié)了成礦帶的成礦規(guī)律：泰山巖群山草峪組是BIF型鐵礦的重要賦礦層位，背斜或復(fù)背斜對礦床形成起著重要的控制作用，“高磁高重”是BIF型鐵礦的物探異常特征。

(3)據(jù)東平—汶上鐵礦帶的成礦時(shí)代、典型礦床的地質(zhì)、地球物理特征、成礦規(guī)律的分析，首次在該區(qū)建立了“東汶式”鐵礦成礦模式，對在該區(qū)尋找該類型礦床具有指導(dǎo)意義。

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