南仇铁矿地质特征及矿床成因

周军

(山东省第七地质矿产勘查院，山东 临沂 276000)

引言

山东铁矿资源比较丰富，探采历史悠久，在我国沿海省区占有重要的位置[1]。淄博市铁矿资源丰富，区内拥有大中型铁矿十余处，小型铁矿与矿点多处。南仇褐铁矿矿床位于山东省淄博市临淄区。南仇地区为淄博市铁矿Ⅰ级预测区，该区成矿地质条件较好，许多矿点或成矿有利地段有待进一步勘查评价。

1 矿区地质概况

南仇铁矿矿床位于中朝准地台(Ⅰ)、鲁西断隆(Ⅱ)、鲁西断块隆起(Ⅲ)、鲁山断凸(Ⅳ)北段[2](图 1)。

图1 南仇铁矿床区域构造单元划分简图

1.1 地层与岩性

该区出露的地层分布广泛，主要有古生界和新生界地层。古生界地层以寒武系、奥陶系地层为主，出露炒米店组、三山子组和马家沟组。炒米店组岩性以竹叶状灰岩、叠层石灰岩、生物碎屑灰岩、云斑灰岩为主，厚约110～238 m。三山子组下部岩性主要为细晶白云岩，上部岩性主要为含燧石结核白云岩，厚107～219 m。马家沟组岩性主要为厚层灰岩、豹皮灰岩和白云岩等，夹泥灰岩、灰质白云岩等。区内第四纪地层分布广泛，有羊栏河组、山前组、大站组、临沂组和沂河组，主要发育于平原地区、山间盆地及河谷两侧，主要为一些粘土层、砂砾层等，属洪积、冲积、残坡积等多种成因类型。

1.2 断裂构造

区内断裂发育，自早古生代晚期以来，历经多次构造运动，形成了以断裂为主的构造格局。断裂性质以张性为主、压性次之。按展布的方向大致可分为北东向和东西向两组。

1.2.1 北东向断裂

1)淄河断裂沿淄河河谷发育，卫片上有清晰的显示，为区内一条大的隐伏断裂，具张扭性特征。断裂走向30°左右，倾向不定，倾角75°～85°。破碎带的宽度一般在10～30 m，局部地段可达50 m以上。垂直断距200～400 m左右，北西盘下降，南东盘上升。淄河铁矿明显受该断裂控制。

2)河庄断裂位于青州市河庄一带，经韩李庄、冯家堡头、河庄，出露长度约10 km，断层破碎带3～4 m不等，断层走向45°左右，倾向NW，倾角65°～89°。在断层带内可观察到浅肉红色断层角砾岩，断层具张性特征。

1.2.2 东西向断裂

王寨断裂总体走向近东西，断面呈舒缓波状。断层倾向有左右摆动现象，一般为南倾，倾向175°～195°，倾角65°左右。破碎带宽10～20 m，破碎带内岩石破碎，X节理发育，可见灰岩透镜体、角砾岩，角砾大小不等。一般呈棱角状，钙质及泥质胶结，胶结较好。局部见有方解石脉，方解石结晶程度一般，呈中—粗粒。该断裂为正断层性质，具有压性、张性及压扭、张扭多期活动的特征。

1.3 蚀变特征

矿区围岩蚀变比较普遍，蚀变作用见于矿体顶底板和夹层附近及沿断裂或岩石裂隙发育处。主要的蚀变作用为铁矿化及硅化，其次有碳酸盐化、菱铁矿化、重晶石化等[3]。本区围岩蚀变在先期应以硅化、碳酸盐化及大理岩化为主，铁矿化为辅；在后期则以铁矿化为主，硅化为辅。总体来说，这些蚀变特征可以作为矿区找矿的间接标志[1]。

2 矿床地质特征

铁矿体主要赋存于九龙群炒米店组的中厚层微晶灰岩、藻屑灰岩中，呈似层状，产状与地层产状接近，但不完全一致，局部矿体斜切岩层层面及层理。

2.1 矿体特征

矿体总体走向NNE，倾向SE，倾角5°～10°。矿体沿走向大于200 m，厚度2.64～1.80 m，变化系数37.8%。

2.2 矿石质量

2.2.1 结构构造

矿石结构、构造较为复杂。矿石结构以交代残余、半自形、粒状碎屑等结构为主。矿石构造多为块状、蜂窝状、斑杂状等构造。

2.2.2 矿物成分

矿石为黄褐色，呈块状、土状、蜂窝状等形态。主要矿石矿物为褐铁矿，其次为菱铁矿，少量赤铁矿；脉石矿物主要是方解石、石英等。

褐铁矿为一组次生氧化矿物的集合体，常呈黄褐—黑褐色，致密微粒-隐晶状、胶状。它们沿碳酸盐矿物的解理、裂隙交代、充填，形成不规则的网格结构。

菱铁矿常见于褐铁矿的一侧或残留于褐铁矿中。按其形成时间可分两期，早期菱铁矿呈灰色、半自形、他形粒状集合体，粒径0.5～1 mm。晚期菱铁矿呈米黄色，多呈脉状或胶结物赋存于破碎岩石中。沿裂隙广泛被方解石及褐铁矿穿插交代。

赤铁矿为板状、呈片状或鳞片状集合体，不均匀地分布在褐铁矿、菱铁矿集合体间隙或孔洞、裂隙中，集合体的形态为不规则状或放射状，形成时间较晚。

2.2.3 矿石化学成分

褐铁矿矿石TFe含量在26.07%～29.35%之间，平均含量为27.71%，品位变化系数11.8%。该矿矿石品位属稳定型。

矿石中除主要可用元素Fe以外，还伴生有益元素Mn。Mn的含量一般在1.1%～1.5%之间。主要以软锰矿—黝锰矿等矿物与褐铁矿伴生，并且交代褐铁矿，形成较晚。矿石中主要伴生组分为Co、Cu、Ni、Pb、Zn、Mo等金属。其中Co含量变化范围为0.005%～0.010%；Cu含量变化范围为0.012%～0.070%；Ni平均含量0.016%；Pb平均含量0.065%；Zn平均含量0.11%；Mo平均含量0.049%(见表1)，均达不到综合利用指标。

表1 南仇铁矿床铁矿石光谱分析结果表

有害元素S在矿石中的含量一般在0.10%以下；P含量均低于0.2%；可满足工业要求。

造渣组分CaO在褐铁矿矿石中的含量一般在0.2%～0.3%之间，其含量的高低取决于钙质被铁质交代的程度、后期碳酸盐化的强弱以及在表生阶段被淋蚀的程度；MgO在褐铁矿矿石中的含量一般在2%以下；SiO2含量一般在17.44%～26.30%之间；Al2O3含量较低，一般在1%上下变化；K2O、Na2O等在矿石中含量甚微。

2.3 矿石类型

矿区铁矿床的矿石主要为褐铁矿矿石自然类型。

按其各自的结构构造特点，褐铁矿矿石又可分为致密块状、蜂窝状、粉粒状、条带状、葡萄状等几种构造类型[1]。其中以致密块状、蜂窝状、粉粒状构造类型为主[5]。

矿石工业类型为需选铁矿石。

2.4 矿体围岩和夹石

矿区矿体顶、底板都为碳酸盐岩，矿液沿构造裂隙上移并交代充填两侧围岩，后经风化淋滤而成矿，矿体与围岩界面明显。

矿体矿化均匀、品位稳定、无夹石。

3 矿床成因探讨

南仇矿区铁矿成因属中低温热液交代充填—风化淋滤型矿床。

其成矿热液来自于中—基性杂岩体和含铁碳酸盐岩，铁质是多源的。成矿的机制是富含铁质的汽化热液上升时，又溶解和裹携了流经地层中的铁矿体和围岩中的部分铁质，在碱性条件、-Eh值或压力降低的部位形成菱铁矿[4]。菱铁矿形成以后，经历了漫长的地质作用，当氧化电位增高时，低价铁转化为高价铁，菱铁矿变为褐铁矿。在这个次生作用中，一些含铁碳酸盐矿物(铁白云石、铁方解石等)也遭到破坏，Fe2+转化为Fe3+，是再迁移富集成褐铁矿的部分铁质来源[5]。

矿体均为层状和似层状，赋存于富铁碳酸盐岩建造中。矿石以褐铁矿为主，菱铁矿次之；根据矿石的结构构造特征，其成矿作用可划分为二个阶段：

1)沉积成矿阶段

铁质沉积发生于干旱的气候条件下，水体浓缩，盐度升高，Mg/Ca值较高，pH值一般多在9以上，导致原生含铁白云质沉积物的形成以及沉积物的白云石化。与碳酸盐灰泥堆积在一起的铁的氢氧化物，当脱离底水后，即处于还原环境，由于有机炭的作用，还原为菱铁矿，并对围岩进行交代。形成了以菱铁矿、铁白云岩为主的富铁碳酸盐岩，即矿源层。

2)后生改造阶段

中生代燕山运动形成断裂构造和岩浆的侵入，断裂沟通了大气降水和地下水，而岩浆活动和动力热使其温度显著上升，可达300℃左右。由于温度升高，导致碳酸盐岩(特别是赋存其中的菱铁矿)发生重结晶和局部的迁移，使铁质活化转移，在一定地质条件下形成菱铁矿，再经次生淋滤形成褐铁矿。

因此，断裂构造和围岩对成矿、控矿具有重要的作用，层状或似层状矿体以交代作用为主。

3.1 构造条件

本区矿床的形成受北东向和东西向两组断层构造所控制。节理构造也影响着矿床的形成。在节理密集地段，灰岩被交代的较完全，品位较高；相反节理稀疏的地段就仅呈细脉状矿化充填。因此节理构造能影响矿床的形成和品位的变化，节理或断裂构造发育的地方有可能成为矿液上升的集中点[5]。

3.2 围岩条件

本区矿床热液在上升的过程中沿着层间裂隙和层面张开选择性地交代了局部化学性质活泼的碳酸盐地层。惰性的页岩和硅质页岩往往作为隔板出现，而不成矿，仅受到轻微铁矿化、硅化和碳酸盐化作用。泥质灰岩和砂质灰岩往往被构成网脉状、扁豆状矿体；含有镁质的灰岩多被组成质量不好的似层状矿体；而化学成分纯粹为碳酸钙的灰岩，加上适当的构造条件，则组成交代完整的层状矿体，且界线清楚、品位高[5]。因此不同层位不同性质的灰岩被交代成矿后也不相同。

综上所述，含Ca高、Si低，性脆、易溶、裂隙发育、质地较纯的碳酸盐岩是有利的成矿围岩，易于被热液交代成矿；另外，上覆与下伏地层属于裂隙度低、硅质含量高的泥质岩、泥质灰岩等，对矿液的富集储存起了屏蔽作用[1]。总之，当构造条件适当时，还必须有适当的围岩才能使温度适当、浓度适当的矿液形成具工业价值的矿床。

4 找矿标志及成矿前景

矿区铁矿为中低温热液交代充填—风化淋滤型矿床，断裂构造和围岩对成矿、控矿具有重要的作用。因此，应注意断裂构造的控矿作用，沿着断裂带找矿。本区围岩蚀变在先期应以硅化、碳酸盐化及大理岩化为主，铁矿化为辅；在后期则以铁矿化为主，硅化为辅[5]。总体来说，这些蚀变特征可以作为矿区找矿的间接标志。

铁矿受沉积相带和断裂控制，除注意已知的赋矿层位外，要注意其他层位成矿的可能性。在地层、岩相的基础上研究断裂构造，注意断裂的规模和力学性质，那些能为岩浆所侵入、为地表水的渗透和运移提供条件，能提供热能，能为铁质的运移和富集提供空间的断裂应列为研究的对象。

在地层、岩相、断裂的基础上，结合岩石的蚀变，综合研究、探索铁矿床和各种控矿因素的相关关系，求得对成矿规律性的认识，以便指导今后的找矿工作。

5 结论

南仇矿床属于小型褐铁矿矿床，在成因上属中低温热液交代充填—风化淋滤型矿床。矿区内矿体有似层状或层状；矿体规模较小，厚度、品位变化较大；矿石自然类型以致密块状、蜂窝状、粉粒状为主。断裂构造和围岩对成矿、控矿具有重要的作用，矿体以交代作用为主。沿层间及深部均有较好的找矿前景。

[1] 曾广湘,吕昶,徐金芳. 山东铁矿地质[M]. 山东济南：山东科学技术出版社,1998： 90-119.

[2] 山东省地质矿产局. 山东省区域地质志[M]. 北京：地质出版社,1991：78-300, 443-499.

[3] 孔庆友,张天祯,于学峰,等. 山东矿床[M]. 山东济南：山东科学技术出版社,2006：291-350.

[4] 袁见齐,朱上庆,翟峪生. 矿床学[M]. 北京：地质出版社, 1993：72-104.

[5] 罗文强,张尚坤,张义江,等. 陈家山褐铁矿矿床地质特征及矿床成因[J]. 有色金属：矿山部分，2009,61(3)：29-31.