關于張家洼矽卡巖型富鐵礦地質特征的探討與分析

韓智昕，袁金浩，魯孝瑞

矽卡巖礦床在全球廣泛分布，矽卡巖型鐵礦是我國富鐵礦的主要來源，占整個富鐵礦的50%以上。鐵礦是山東省重要礦產資源之一，截至2015 年底，全省累計探獲鐵礦床（點）290處，累計查明鐵礦石資源量67.78 億噸，但多為貧鐵礦石，矽卡巖型富鐵礦石（TFe ≥50%）約8.70 億t，僅占鐵礦石總量的12.85%，集中分布于淄博金嶺、萊蕪、濟南、潘店4個成礦區，并具有“規模大、品位高、分布集中”的特點。

隨著工業化和城鎮化的迅猛發展，國產富鐵礦石遠遠不能滿足需求，大量依賴進口，我國鐵礦石對外依存度已達80%以上，對國家經濟安全構成了嚴重威脅。再加上礦山基建周期長，建設滯后，出現了產量與實際需求量差距巨大的問題。提高鐵礦資源保障程度，是我國目前一項重要任務。淄博—萊蕪地區碳酸鹽巖地層分布廣泛，燕山期巖漿活動強烈，具備形成矽卡巖型鐵礦的條件。近年來，山東省地質工作者在該地區開展的鐵礦勘查中取得重大進展，如萊蕪張家洼地區深部新增鐵礦石資源量1 億余噸，張家洼鐵礦位于山東萊蕪礦集區，距離山東萊蕪區城北8km 處，行政區劃屬于萊蕪區張家洼街道辦事處管轄范圍，該礦屬大型鐵礦床，鐵礦儲量達到兩億噸以上，分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個主要礦床，且周圍分布諸多礦山，都屬于中大型規模的矽卡巖型鐵礦床。下文中主要對該礦地質特征進行分析探討，希望能對區內找礦工作提供一些有效指導。

1 區域地質背景

山東省位于華北克拉通東南部，屬于中生代環太平洋金屬成礦帶的一部分。作為中生代巖漿活動和流體運移主要通道的郯廬斷裂，將山東分成了魯東和魯西兩個地塊（圖1）。魯西地塊地處郯廬斷裂帶（沂沭斷裂帶）以西,東南與蘇魯一大別超高壓碰撞帶相鄰。其結晶基底為新太古代泰山群和古元古代花崗巖類。其中泰山群主要由斜長角閃巖，黑云母麻粒巖和TTG 巖類組成。上覆蓋層為古生代、中生代和新生代的碳酸鹽巖、碎屑巖以及火山巖。古生界主要由陸表海相古生代寒武系-中下奧陶統碳酸鹽巖夾碎屑巖 中石炭統二疊統-上海相地層和陸相含煤碎屑巖建造；中生界發育侏羅系一白堊系，為一套陸相碎屑巖建造，缺失三疊系；新生界主要為陸源碎屑沉積夾火山巖為主。魯西地區斷裂構造非常發育，特別是受到郯廬斷裂的影響，斷裂構造格局非常醒目，主要呈NW 向延伸。基底泰山群變質巖系形成了一系列軸向呈NWW 或NW 向為主的復背斜和復向斜構造。古生界及中新生界的褶皺構造很不發育，且形態簡單，多為平緩的單斜或寬緩開闊的向斜與背斜構造。研究區作為中國太平洋中生代構造-巖漿巖帶的重要組成部分，中生代侵入巖廣泛發育,其中，萊蕪雜巖體、金嶺巖體及濟南雜巖體等為其代表性巖體（圖1），在此階段生成了大量具有經濟價值的礦產。

圖1 魯西地區地質圖

2 礦床地質特征

2.1 地層

太古宇變質巖在區域上較為發育。同時發育石炭系二疊系、奧陶系、寒武系、白堊系、侏羅系與新生代砂礫巖（河湖相）。下面展開具體分析：

泰山群變質巖（太古宙）：是區域上重要的基底巖石，TTG巖石、黑云母麻粒巖與斜長角閃巖是其主要組成；

寒武系：主要發育夾灰巖透鏡體的巖石，在區內具有很小的出露面積。

奧陶系：類似于淄博金嶺鐵礦，也是重要的成礦圍巖，白云巖與灰巖是其主要巖性特征。

石炭–二疊系：夾砂巖的頁巖以及砂巖是其主要組成，約200m的厚度，主要包括石盒子組、山西組以及太原組和本溪組。

侏羅系：砂巖以及頁巖和砂質頁巖是其主要組成，細砂巖分布于下部，在該區具有較小的出露面積。

白堊系：熔巖（安山質）以及砂礫巖（凝灰質）角礫安山巖是其主要巖性特征，在區內具有較小的出露面積。

古近系：砂巖以及粉砂巖（紅色粘土質）是其主要組成，石膏在灰綠砂巖局部發育，經過鉆孔驗證，具有較大的厚度。

第四系：坡積層以及沖積層是其主要組成。

2.2 構造

萊蕪盆地屬于斷陷盆地，山脈以及大斷裂在四周作為分界。斷裂構造在盆地當中非常發育，褶皺構造發育相對次之，泰安–孝義斷層與泰安–蔡莊斷層是區內的主要斷裂構造，主要在盆地北部發育，同時還發育石門官莊–勸禮斷層，該斷層分布于南部，這些斷層對該盆地起著明顯的控制作用。

在盆地中部地帶發育褶皺構造，主要為盆地東南部的八里溝向斜和盆地中部的礦山弧形背斜，該背斜是區內重要的控礦構造，在構造較為薄弱的區域上發育礦床。在該背斜的傾沒處發育張家洼礦床，背斜向礦區內延伸，呈現北北西向走向特點并不斷傾沒。

（1）泰安-孝義弧形斷層與泰安-蔡莊斷層，彼此相鄰，呈現平行走向特點，斷層起于西部的泰安，并經過銅冶店、上水河與大王莊一帶，止于東部區域上的孝義，合并之后，向東部的蔡莊進行延伸，表現為突起向北的弧形斷裂帶，約為50km 長，斷層面均向弧內進行傾斜，約為80°的傾角，形成盆地當中北側區域的上的弧形邊界，泰山群是其主要北盤，中新生界以及古生界分布于南盤。

（2）石門官莊-勸禮斷層：起始于石門官莊，歷經塔子與勸禮到達站里，約為15km 長，呈現東西向走向，向北側方向傾斜，具有陡峭的傾角特點，形成盆地南部的邊界地帶，下古生界構成南盤，新生界構成北盤。

（3）八里溝向斜：分布于礦山弧形背斜的南部區上，兩者相鄰，向斜起始于西部的八里溝，延伸向東部區以上，主要表現為近東西向走向向北東東向轉變，長度達到10km 左右。侏羅系分布于軸部，石炭系與二疊系共同組成兩翼，南側翼部是萊蕪地區重要的煤田區。

2.3 巖漿巖

區內有著較為激烈的巖漿活動，主要形成時代包括太古代以及中生代和新生代幾個時期，尤其是中生代火山活動最為強烈，由多數含礦巖體在這一階段形成。

（1）礦山巖體：隨著礦山弧形背斜走向進行侵入，主要侵位形成背斜核部，該巖體在區內有著非常大的規模，達到15km長，約為4km 寬，屬于一個巖蓋，和石炭二疊系以及中奧陶系呈現侵入接觸關系，黑云母閃長巖以及黑云母輝石閃長巖是其中間相主要巖相特征，輝石閃長巖以及黑云母閃長巖主要分布于邊緣地帶，是由于堿質變質交代所形成，和中間相表現為表逐漸過度關系，沒有明顯的分相，有多處大型的矽卡巖磁鐵礦床隨著巖體接觸帶形成，礦山巖體是該區當中重要的控礦巖體。

（2）角峪巖體：石門官莊—勸禮斷層對其起著明顯的控制作用，東西約有13km 長，南北達到3km 的寬度，屬于一個巖床或者巖蓋，向奧陶系侵入，并呈現順層侵入的特點。黑云母閃長巖以及黑云母二輝閃長巖是巖體主相，正長閃長巖以及閃長巖分布于邊緣地帶，有一些矽卡巖磁鐵礦呈小型分布于巖體接觸帶。

（3）金牛山巖體 ：分布于盆地北側的弧形斷裂對其起著明顯的控制作用，在出露范圍上約有8km 長，約為4km 寬，是一個形態復雜的巖蓋，向奧陶系與寒武系之間侵入，閃長巖以及黑云母閃長巖是其主要的巖性特征，閃長玢巖相對較少，小中型的矽卡巖磁鐵礦分布于接觸帶上。

（4）鐵銅溝巖體：由弧形斷裂向東南部方向延伸以及和東西方向斷層相互交匯部位所控制，整個巖體呈現巖枝狀不規則產出，約為兩千米長，0.5km 寬，向石炭系奧陶系侵入。黑云母閃長巖以及黑云母二輝閃長巖是其主要巖性特征。正長閃長巖以及閃長巖分布于局部，小、中型的矽卡巖磁鐵礦床分布于接觸帶上。

以上這些巖體巖石類型和副礦物呈現類似特點，具有同源巖漿分異特征，通過分析地質構造，金牛山巖體，礦山巖體以及角峪巖體在深部區域上呈現相連特征。

由于區內熱變質因素、矽卡巖化影響以及礦化熱液因素作用，礦區圍巖在類型方面，主要表現為以下特征：

堿質交代作用：在閃長巖體邊緣部位較為發育，并發育于巖體的頂部，在遠離接觸帶區域上不斷變弱，區內礦化和堿質交代作用在空間上具有緊密的關聯性，可作為重要的找礦標志。堿質交代在厚度方面，一般為十幾米至幾十米不等。

熱變質作用：由于巖漿侵入以及散發因素影響，頁巖、砂巖、灰巖等受到熱變質，尤其是頁巖灰巖出現更為明顯的變質作用。大理巖是由于灰巖（奧陶系）重結晶所形成。板巖是由于頁巖（石炭系）變質所形成，變質帶達到200m 的厚度范圍。與巖體接觸部位還發育有接觸交代作用。

3 礦床地質

3.1 礦床特征

張家洼鐵礦床主要包括礦床3 個以及礦體34 個，奧陶系大理巖和閃長巖相互接觸部位，以及奧陶系和石炭系假整合面是礦床的主要賦存部位，在礦山巖體北側傾伏端弧形分布三個礦床，三個礦床均達到1km 左右的延伸，深部礦體中，主要礦體為Ⅰ、Ⅱ3、Ⅱ4 和Ⅱ5 礦體，占總儲量94%。 礦體賦存部位主要是閃長巖與奧陶系大理巖的接觸帶。

Ⅰ礦體位于Ⅰ礦床、礦山弧形背斜的東翼，礦體形態為透鏡狀，局部為馬鞍狀。走向控制長1100m，傾向延伸1100m，賦存標高-150m ～-1100m。礦體走向294°，傾向北東。傾角10°～75°，在-450m 標高以上傾角在10°～35°之間，向下逐漸變陡，-450m 標高以下傾角在45°～60°之間,局部傾角為75°。厚度區間為2.00m ～100.95m，平均厚度35.01m。厚度變化系數為103%，礦體形態復雜程度為復雜。TFe 品位區間為20.11%～63.23%，TFe 平均品位37.44%，TFe 品位變化系數46%，有用組分分布均勻。

Ⅱ3 礦體位于Ⅱ礦床、礦山弧形背斜的西翼，礦體形態為似層狀，礦體控制走向長1400m，傾向最大延伸1350m，賦存標高-300m ～-1020m。走向17°，傾向北西，-400m 標高以上傾角10°～30°，-400m 標高以下30°～40°，礦體厚度區間為1.98m ～78.71m，平均16.46m，厚度變化系數108.8%，礦體形態復雜程度為復雜。TFe 品位區間為21.86%～67.16%，平均品位46.68%，TFe 品位變化系數33.20%，有用組分分布均勻。

3.2 礦石質量及空間變化

（1）他形半自形粒狀結構，是礦石的主要結構特點，同時還有壓碎結構以及交代殘余結構，粉狀浸染狀，角礫狀，致密塊狀是礦石的主要構造特點。

（2）礦石當中的主要金屬礦物成分達到60%以上，同時還有40%的脈石礦物，磁鐵礦是主要的金屬礦物，達到90%以上，另外有少量的黃鐵礦、赤鐵礦、自然銅、褐鐵礦、黃銅礦等。并有微量的斑銅礦、磁黃鐵礦以及輝銅礦和銅蘭等，透閃石、透輝石、蛇紋石、方解石、蛇紋石以及綠泥石是主要的脈石礦物。

3.3 礦石類型

礦石的結構構造以及地下水活動和礦石的氧化程度有著非常緊密的關聯性，通常致密的礦石氧化程度相對較低，而發育裂隙，結構松散的礦石具有較高的氧化程度，在大理巖頂板、地下水活動較強的層位礦石氧化程度較高，磁鐵礦石是礦石的主要自然類型，鐵礦石是主要的工業類型。

3.4 圍巖蝕變特征

萊蕪張家洼鐵礦床是中生代燕山晚期閃長質巖漿侵入奧陶紀馬家溝群灰巖中發生接觸交代作用而形成的礦床，圍巖蝕變作用強烈。

（1）近礦巖體自變質和蝕變作用。自變質作用主要表現為閃長巖的堿質交代作用，斜長石的鉀長石化、鈉長石化、角閃石的透輝石化，形成淡紅色的正長閃長巖和淡綠色的透輝石化閃長巖。堿質交代作用主要發育在閃長巖體的頂部和邊部，向深處逐漸減弱或消失。蝕變作用主要為矽卡巖化、絹云母化、綠泥石化、高嶺土和葡萄石化。此作用使巖石中的K2O 含量相對較高，巖石變為偏堿性。

（2）矽卡巖。巖體中的含礦熱液與灰巖經雙滲濾交代作用形成透閃石、透輝石、石榴子石、金云母等矽卡巖礦物集合體，構成鈣鎂質矽卡巖，以透輝石矽卡巖為主，石榴子石矽卡巖、金云母透輝石矽卡巖、綠簾石透閃石卡巖次之，廣泛發育與內外接觸帶。透輝石矽卡巖主要由透輝石組成，含少量金云母、石榴子石、蛇紋石和磁鐵礦。MgO 含量接近20%，為鈣鎂矽卡巖，多發育在閃長巖與灰巖接觸帶上，與礦體關系密切。

（3）近礦灰巖的熱變質及熱液蝕變作用，由于熱變質作用，使奧陶紀馬家溝群灰巖不同程度重結晶，形成結晶灰巖和各種大理巖。熱液蝕變作用主要是蛇紋石化、金云母化、蛭石綠泥石化和碳酸鹽化。蛇紋石化與礦化關系密切，蛇紋巖與礦體呈互層狀產出，礦石中的脈石礦物主要是蛇紋石，蛇紋石有三種，分別是纖維狀蛇紋石、葉蛇紋石和膠狀蛇紋石。

（4）石炭紀砂頁巖的變質作用。主要表現為熱變質，石炭系頁巖變為板巖、斑點板巖、紅柱石角巖、絹云母角巖、長英角巖等，有時形成矽卡巖化板巖、砂巖。

（5）圍巖蝕變帶的劃分。張家洼鐵礦床礦體圍巖蝕變作用強烈，在成礦圍巖與侵入巖接觸帶及其附近，常形成厚度幾米至上百米的蝕變帶。從閃長巖體到灰巖可分為7 個蝕變帶：①蝕變閃長巖帶。各種蝕變閃長巖沿裂隙發生蝕變，主要為熱液蝕變；②矽卡巖化閃長巖帶。包括矽卡巖化似斑狀閃長巖、矽卡巖化正長閃長巖等，多沿裂隙發育，疊加有熱液蝕變；③石榴子石透輝石矽卡巖帶。包括石榴子石透輝石矽卡巖、透輝石方柱石矽卡巖、綠簾石透輝石矽卡巖等，此帶不發育，常缺失；④透輝石矽卡巖帶。主要是透輝石矽卡巖，其次是有綠泥石透輝石矽卡巖等；⑤蛇紋石化大理巖帶。主要是蛇紋石化大理巖，包括蝕變大理巖及金云母、蛭石、綠泥石巖等；⑥大理巖帶。主要是奧陶紀馬家溝群灰巖蝕變成大理巖；⑦板巖角巖帶。主要有石炭紀本溪組泥巖經熱變質作用而成。上述蝕變帶常發育不全，中間常有缺失。各帶的蝕變巖石與未蝕變巖石相比，除礦物組合上有較大差異外，在巖石化學組成上也有明顯的不同。根據各帶巖石的化學分析結果，SiO2、Al2O3含量自蝕變閃長巖帶至板巖角巖帶，含量逐漸降低，表明其自閃長巖帶出、進入圍巖。CaO、MgO 含量自蝕變閃長巖帶至板巖角巖帶逐漸增高，表明其自大理巖帶出，進入閃長巖。

在巖漿結晶過程分異以鐵元素為主的含礦熱液被石炭紀地層隔擋在馬家溝群灰巖與閃長巖接觸帶和石炭系與奧陶系平行不整合面兩個的封閉空間中，發生了以接觸交代為主的多種交代作用，首先產生矽卡巖化，在矽卡巖生成之后，大量的磁鐵礦結晶形成了磁鐵礦體。隨著溫度的降低礦化進入熱液階段，伴隨有蛇紋石化和綠泥石化，形成蛇紋巖帶。此階段持續時間較長，有少量的脈狀磁鐵礦析出。根據張家洼礦床鐵礦賦存位置，板巖、角巖與大理巖可以作為找礦的巖石標志。

4 礦床成因分析

由于燕山期強烈的構造因素影響，促進斷陷盆地構造形成，礦山弧形背斜的形成為后期巖漿侵入提供了非常有利的條件。

中性閃長巖巖漿，伴隨構造因素影響，向礦山弧形背斜核部逐步侵入，為礦床提供了豐富的物質來源。

礦山弧形背斜核部侵入過程，巖漿當中富含Mg、Fe 等物質，基本凝固的閃長巖巖漿隨著殘余的溶液，不斷隨著接觸帶上升。在有利的構造以及圍巖部位出現交代作用，矽卡巖化的產生是開始礦化階段的標志。由于持續性的交代作用，溶液在溫度、濃度還有組分方面出現巨大改變，促進磁鐵礦的形成。溶液最終呈現不斷降低的溫度特點，其Mg 含量不斷增高，并不斷和圍巖出現交代，導致近礦圍巖當中，有很多中低溫熱液變質礦物形成，如綠泥石以及蛇紋石等。

其鎂質的來源：鎂質在成礦溶液當中具有豐富的含量，由于交代作用的影響，促進含鎂礦物形成，如網狀細網狀的白云石以及蛇紋石。同時原巖當中也有鎂質，如白云質灰巖，由于熱變質因素影響，逐漸向橄欖石大理巖進行轉變，由于熱液影響，橄欖巖逐漸向蛇紋石轉變，礦石中的橄欖石假象依然存在。鎂質在溶液當中可能源自于深部巖漿，也可能因巖漿對深部區域上含Mg 圍巖進行同化所形成。