魯西蒼嶧鐵礦帶西延隱伏區(qū)BIF型鐵礦成礦預測

郝興中，李洪奎，彭觀峰，王巧云，智云寶，張華平，張春池

(1.山東省地質調查院，山東 濟南 250014；2.自然資源部金礦成礦過程與資源利用重點實驗室，山東省金屬礦產成礦地質過程與資源利用重點實驗室，山東省地質科學研究院，山東 濟南 250013)

0 引言

山東省沉積變質型鐵礦(簡稱BIF型)分布較為廣泛，其中臨沂市蘭陵縣至棗莊市嶧城區(qū)的該類型鐵礦成礦地質條件優(yōu)越，發(fā)育有省內著名的“蒼嶧鐵礦帶”，該含礦建造發(fā)育于泰山巖群山草峪組中，形成于新太古代[1-4]，屬一套以黑云變粒巖為主的條帶狀石英型磁鐵礦建造[5-6]。蒼嶧鐵礦帶中基巖裸露區(qū)—淺覆蓋區(qū)的勘查研究和開發(fā)利用較為成熟，其鐵礦特征、控礦要素、找礦模式、勘查方法、成礦規(guī)律和找礦潛力進行了較為深入的闡述[6-21]。相對于該鐵礦帶東部裸露區(qū)，其西延部分隱伏區(qū)鐵礦勘查尚屬起步階段。本文旨在對蒼嶧鐵礦帶西延隱伏區(qū)成礦地質背景和地球物理場進行分析的基礎上，討論其礦床成因及找礦預測模型，進而開展成礦預測，以期促進該區(qū)鐵礦勘查深入開展。

1 成礦地質背景

研究區(qū)位于華北板塊(Ⅰ)、魯西隆起區(qū)(Ⅱ)、魯中隆起(Ⅲ)、尼山-平邑斷隆(Ⅳ)、尼山凸起(Ⅴ)上。區(qū)域內發(fā)育的地層有太古界、元古界、古生界、中生界及新生界(圖1)。區(qū)內新太古代泰山巖群山草峪組主要巖性為黑云變粒巖夾石榴黑云斜長變粒巖、磁鐵石英巖等。元古代土門群二青山組及佟家莊組主要巖性為砂巖、灰?guī)r和頁巖。古生代寒武—奧陶紀地層巖性以灰?guī)r和白云巖為主。古生代石炭—二疊紀地層巖性為鐵鋁質泥巖夾長石石英砂巖、砂質泥巖等。新生代第四紀地層為土黃色洪積砂礫層、砂質黏土及砂層等。巖漿巖較為發(fā)育，主要有新太古代角閃石英閃長巖、黑云石英閃長巖、花崗閃長巖；古元古代二長花崗巖；此外新太古代、元古代、中生代脈巖偶有發(fā)育。構造較為發(fā)育，其中斷裂構造呈NW、NE、EW、NNE向；褶皺以NWW向發(fā)育于山草峪組中。

1—第四系；2—石炭系—二疊系；3—奧陶系；4—寒武系；5—新元古界；6—新太古界；7—白堊紀侵入巖；8—侏羅紀侵入巖；9—古元古代侵入巖；10—新太古代侵入巖；11—整合(平行不整合/角度不整合)地質界線；12—實測及推測斷裂；13—鐵礦床；14—研究區(qū)/蒼嶧鐵礦帶位置圖1 研究區(qū)區(qū)域地質圖

2 典型礦床特征

蒼嶧鐵礦帶為一特大型鐵礦成礦帶，由多個大中型鐵礦床組成，走向呈NWW向；該鐵礦帶以棗莊斷裂南北為界，可分為北部礦帶和南部礦帶[22]，前者是該區(qū)主要含礦帶，可進一步分為5個次級含礦帶，且集中了該區(qū)主要鐵礦床，如包括卓山、劉嶺、走馬嶺、草主山、后大窯、東新興、王埝溝、鳳凰山、溝西、宋樓等鐵礦床；后者包括古林—蘭陵、東大寨子、下湖、楊家堡子、蘿藤等鐵礦；近年來勘查工作表明蒼嶧鐵礦帶具有較好的勘查前景。

2.1 礦體特征

蒼嶧鐵礦帶中鐵礦體具“多層性、連續(xù)性”的特點，均受山草峪組變質巖系控制[11,13,23]。以王埝溝鐵礦床為例，該礦床所處蒼嶧鐵礦帶東延部分，共發(fā)育2條主礦帶(5個礦體)，北翼礦帶發(fā)育3個礦體，南翼礦帶發(fā)育2個礦體[7,18](圖2)，呈層狀、似層狀平行產出；礦帶內3個礦體沿走向或傾向呈舒緩波狀延展，產出穩(wěn)定，偶具膨脹狹縮、分支復合現(xiàn)象。礦帶頂?shù)装鍑鷰r為黑云角閃片巖或黑云變粒巖，礦石成因類型可分為磁鐵石英角閃巖、磁鐵石英巖等；平均厚度為23.84m，平均品位TFe為31.92%，mFe為19.29%。

1—第四系；2—長清群；3—佟家莊組；4—二青山組；5—山草峪組；6—鐵礦體(較富)；7—鐵礦體(較貧)；8—推斷鐵礦體；9—鉆孔位置及編號圖2 王埝溝鐵礦區(qū)鐵礦示意圖[18]

2.2 礦石特征

區(qū)內BIF型含鐵建造賦存于泰山巖群山草峪組中，巖性主要為黑云變粒巖，夾有磁鐵石英巖、磁鐵角閃石英巖、斜長角閃巖等。鐵礦體均呈層狀、似層狀，產狀與圍巖片理一致；礦帶走向280°～290°，各鐵礦帶彼此平行產出。礦石主要呈條帶狀構造，局部為條紋狀，少量塊狀構造。礦石結構以細粒自形—半自形粒狀、柱狀變晶結構為主，少量呈他形粒狀變晶結構等；礦物成分由磁鐵礦、角閃石、石英、黑云母等組成(圖3)。

Mt—磁鐵礦；Cp—黃銅礦；Py—黃鐵礦；Qz—石英；Hb—角閃石；Jsk—金屬礦物圖3 磁鐵石英巖照片(上)及鏡下照片(下)

3 研究區(qū)地球物理特征

研究區(qū)內磁異常較為顯著，重力異常亦較明顯，二者呈現(xiàn)“重磁同源”的特征。由于研究區(qū)覆蓋層厚度較大，重磁異常總體呈現(xiàn)減弱趨勢，其中磁異常總體表現(xiàn)為平穩(wěn)背景場上的磁力高特征，局部形成條帶狀強磁異常，高磁化極異常呈NWW向帶狀分布，磁場總體具中間部位高，向南北兩側逐漸降低的特征。根據(jù)磁場的分布區(qū)域、整體形態(tài)及強弱程度等特征，研究區(qū)磁場可分為“東南部跳躍高值磁場區(qū)、西北部平緩高值磁場區(qū)、東北部平穩(wěn)低值磁場區(qū)、西南部平穩(wěn)低值磁場區(qū)”四部分(圖4)。研究區(qū)東南部呈現(xiàn)2條高值磁異常帶，一條位于路莊—陸莊一帶并向東延伸至區(qū)外，另一條位于韓莊—大馮莊一帶并向東延伸至區(qū)外；與以往地質工作圈定的2條異常帶和鐵礦帶相吻合。對磁異常形態(tài)和規(guī)模、強度及其關聯(lián)性進一步研究表明，區(qū)內西北部異常可分為張莊磁異常(M1)、澇坡南磁異常(M2)、馬頭西磁異常(M3)、山灣東磁異常(M4)、東鳧山北磁異常(M5)、胡埠磁異常(M6)共6個主要磁異常。

1—正磁異常曲線；2—零磁異常曲線；3—負磁異常曲線；4—磁異常范圍及編號；5—研究區(qū)位置圖4 蒼嶧鐵礦帶西延隱伏區(qū)高磁化極異常平面圖

4 礦床成因及找礦預測模型

4.1 礦床成因

泰山巖群地層是發(fā)育在早期陸殼固結以后的穩(wěn)定陸塊上濱海—淺海環(huán)境的火山—碎屑沉積建造[24]，研究區(qū)內BIF型鐵礦原始物質來源與海底基性火山噴發(fā)作用關系密切[16,25-31]，該類型鐵礦體與其所屬的山草峪組形成與演化過程近于一致。在新太古代早期，魯西地區(qū)水域中海底火山活動非常活躍。區(qū)內礦石中鐵質成分來源于海底火山噴發(fā)中的含鐵成分沉積，硅質成分多來源于已形成的基性火山巖石風化后搬運堆積，二者交替沉積并在高壓下逐漸脫水成巖，在此后經歷了多期次漫長區(qū)域變質作用，賦礦地層變質變形作用顯著，在定向壓力作用下形成了暗色以含鐵質成分和淺色硅質成分相間產出的BIF型含鐵建造[3,11,32](圖5)，在經歷區(qū)域水平及升降運動和風化剝蝕等作用形成了現(xiàn)今鐵礦床的產出形態(tài)。

圖5 研究區(qū)BIF型鐵礦床成礦過程[11,32]

4.2 找礦預測模型

就研究區(qū)礦石礦物特征而言，沉積地層磁性十分微弱，山草峪組變質巖類巖石磁性較強，且磁性變化較大，其中變粒巖類，片麻巖類、片巖類磁性相對較弱，斜長角閃巖磁性較強，區(qū)內巖漿巖類中基性巖磁性強，中性巖類磁性中等，花崗巖磁性相對較弱。研究區(qū)內鐵礦石具有“高密度和強磁性”的特征[13]，其密度為(3.08～3.49)×103kg/m3，磁化率為(12000～137000)×10-64πSI，剩余磁化強度為(8400～95000)×10-3A/m；較其他各類巖礦石物性參數(shù)具有明顯的磁性和密度差異。由此可知，在本區(qū)采用磁法測量劃分泰山巖群及尋找鐵礦床具備地球物理前提。結合以往勘查科研成果，本次研究認為以山草峪組為主的磁性結晶基底具有優(yōu)越的鐵質富集條件和賦存空間，而其褶皺核部和兩翼是鐵礦賦存的有利部位；其中磁異常高值區(qū)多為賦存含礦建造發(fā)育部位，且布格重力異常梯度帶及剩余重力高值異常區(qū)亦可作為尋找該類型鐵礦的重點地段(表1)。

表1 研究區(qū)BIF型鐵礦綜合找礦預測模型[13]

5 鐵礦成礦預測

根據(jù)已知蒼嶧鐵礦帶異常特征和預測模型，通過物探異常地質信息間的相互對比，就異常形態(tài)特征、成礦地質背景及找礦前景等因素進行綜合分析，并進行鐵礦找礦靶區(qū)圈定。本次研究工作通過對成礦地質條件、物探異常解譯、成礦規(guī)律分析的基礎上共圈定6個鐵礦找礦靶區(qū)(圖6)。其類型按照A類靶區(qū)(成礦地質條件十分有利，預測依據(jù)充分，且找礦標志明顯，區(qū)內存在有一定規(guī)模鐵礦床或礦點，找礦潛力極大)；B類靶區(qū)(成礦條件有利，預測依據(jù)較充分，具有找礦標志，其地質因素、物探異常與區(qū)域已知礦區(qū)地質條件相似，找礦潛力較大)；C類靶區(qū)(具備鐵礦成礦地質條件，據(jù)地質因素、物探異常分析，并與周圍已見礦地段較類似，局部有一定找礦的潛力，但不確定因素較多)標準[5,33]進行劃分(表2)。

1—實測和推測斷裂及編號；2—找礦靶區(qū)及編號；F1—崔家莊斷裂；F2—文王峪斷裂；F3—胡埠斷裂；F4—馬頭斷裂圖6 研究區(qū)鐵礦找礦靶區(qū)分布圖

表2 研究區(qū)鐵礦找礦靶區(qū)特征表

該區(qū)今后礦產勘查工作建議在綜合研究的基礎上，按照勘查方向由東向西，找礦靶區(qū)級別有高級到低級的順序依次開展鐵礦勘查及開發(fā)工作。

6 結論

(1)本文分析了魯西蒼嶧鐵礦帶西延隱伏區(qū)地質特征和地球物理特征，探討了研究區(qū)含礦建造特征、物探異常特征；總結了該區(qū)鐵礦床成因及找礦預測模型。通過研究表明該區(qū)內鐵礦成礦地質條件優(yōu)越，具有較大的找礦潛力；本次研究為該區(qū)鐵礦勘查提供了依據(jù)。

(2)磁法測量是區(qū)內鐵礦成礦預測的重要技術手段，通過對研究區(qū)內物探異常的分析，將研究區(qū)內磁異常分為張莊磁異常、澇坡南磁異常、馬頭西磁異常、山灣東磁異常、東鳧山北磁異常、胡埠磁異常共6個異常，為區(qū)內鐵礦成礦預測提供了依據(jù)。

(3)通過對蒼嶧鐵礦帶西側的覆蓋區(qū)開展成礦預測研究共圈定6個鐵礦找礦靶區(qū)，分別為山灣東等5個B類找礦靶區(qū)和張莊1個C類找礦靶區(qū)，建議今后按照成礦規(guī)律和勘查程序循序漸進地推進該區(qū)鐵礦勘查工作。

致謝：感謝長期與作者在蒼嶧鐵礦帶一起開展鐵礦調查工作的項目組全體成員以及審稿專家提出的寶貴意見！