山东省东阿县单庄铁矿床地质特征及找矿前景

张岩，张尚坤，陈文韬，张文佳，孙雨沁

(1.山东省地质科学研究院，国土资源部金矿成矿过程与资源利用重点实验室，山东省金属矿产成矿地质过程与资源利用重点实验室，山东 济南 250013;2.中国地质大学，北京 100083)

0 引言

2009年以来，山东省地质科学研究院连续在山东省东阿县单庄地区开展了铁矿勘查。在工作过程中，采用“物探先行，钻探验证”的勘查方法及高精度磁法测量和机械岩心钻探相结合的勘查手段，实现了山东省黄河以北隐伏地区铁矿找矿重要突破[1]。该勘查成果为在鲁西隐伏地区开展BIF型铁矿勘查工作起到指导和示范性意义，积累了大量的地质、物探等方面的原始资料，并取得了丰富的找矿经验，为在该区或相邻区域进一步开展铁矿找矿工作提供了必要条件。

1 成矿地质背景

该区大地构造位置地处华北板块(Ⅰ)鲁西隆起区(Ⅱ)鲁中隆起(Ⅲ)泰山-济南断隆(Ⅳ)乐平铺潜凹陷(Ⅴ)[2]，属黄河冲积平原区。总体来看，以黄河为界，北部几乎均为第四系覆盖，仅局部零星出露寒武纪地层，面积较小，南部出露较多寒武纪和奥陶纪地层，以寒武纪灰岩、页岩、砂岩和白云岩为主，部分区域仍为第四系覆盖，基底为泰山岩群。

单庄铁矿位于东阿-寿张凹陷以南，该凹陷位于鲁中隆起区西北部。区内第四纪沉积物广布，与下伏基岩呈角度不整合接触。西侧以东阿断裂为界，东阿断裂西侧发育数个支断层，走向与主断裂近于一致。区内地层总体呈单斜，仅在东阿断裂与谭庄-阿城镇断裂发育数个褶皱。断裂构造较发育(图1)。

2 矿区地质特征

2.1 地层

区内均为第四系覆盖，地层描述主要依据钻孔编录资料，矿区内地层自老至新分述如下：新太古代泰山岩群山草峪组含矿变质岩系；寒武纪馒头组灰岩、页岩夹白云岩、砂岩；张夏组鲕粒灰岩夹页岩，多含海绿石；崮山组薄层灰岩、页岩，含竹叶状灰岩；炒米店组厚层灰岩，含鲕粒灰岩、生物碎屑灰岩；寒武纪—奥陶纪三山子组白云岩夹钙质页岩，含竹叶状白云岩；第四纪松散堆积层。泰山岩群山草峪组即为赋矿地层，主要岩石类型为黑云变粒岩、角闪变粒岩、黑云石英片岩、斜长角闪岩等。含矿岩石为角闪磁铁石英岩、角闪石英磁铁岩、磁铁黑云变粒岩和赤铁石英岩等[3]。

1—古近系；2—二叠系；3—石炭系；4—奥陶系；5—寒武系；6—推测正断层；7—实测正断层；8—褶皱(背斜及向斜)；9—平行不整合地层界线；10—推测地层界线；11—实测地层界线；12—等高线及编号；13—铁矿区图1 区域构造地质简图

2.2 构造

根据区域地质特征、钻孔编录情况，结合物探成果，在矿区内推断了6条有一定规模的断裂，编号F1～F6，均为张性断裂。其中：F1,F2,F3等3条NW向断裂形成时代早于F4,F5,F6等3条NE向断裂;F1,F2,F3等3条NW向断裂被后期的F4断裂错断(图2)。总体来说，断裂均形成于成矿后，对矿体起到破坏作用。

1—奥陶纪白云岩；2—寒武纪灰岩、页岩、砂岩等；3—推测断层及编号；4—部分见矿钻孔；5—部分未见矿钻孔；6—基线及勘查线剖面线；7—ΔT化磁极上沿1000m等值线，nT；8—矿段大致范围图2 单庄铁矿区基岩地质图

F1,F2,F3断裂形成时间较早,与区域性NW向断裂近于一致，断裂总体走向NW50°左右;F1,F2倾向SW;F3倾向NE;局部形成“堑垒式”伸展型构造。该组断裂被后期F4断裂错断。

F4断裂与区域性NE向断裂走向近于一致，为张性断裂，断裂总体走向NE50°左右。

F5断裂主体走向NE20°左右，与区域构造地质简图上的东阿断裂同期，为区内切割基底地层的深大断裂，磁异常表现为明显的线性磁力梯级带，断裂带两侧磁异常差异性大，东侧表现为明显的正磁性异常，西侧表现为负磁性异常。断裂NW侧呈低阻特征，SE端呈高阻特征，亦反映了隐伏断裂NW倾的特征。综上所述，该断裂异常特征明显，断层存在可靠，推断为一倾向NW，倾角约80°的隐伏张性断裂。

F6即为东阿断裂，走向NE30°～50°，倾角50°～70°，为高角度正断层。

2.3 岩浆岩

矿区为隐伏覆盖区，仅在钻孔内见到少量岩浆岩呈脉状产出，岩性主要为花岗伟晶岩、闪长玢岩、安山岩等。

花岗伟晶岩脉是区内最为发育的岩浆岩脉，在大部分钻孔中都能见到数条。大多沿片理贯入，少数切割片理，呈不规则脉状产出。宽度0.1～25m不等。岩石呈块状构造，粗粒花岗结构，由石英、微斜长石、斜长石、黑云母、绿泥石、碳酸盐矿物、电气石、锆石、磁铁矿等矿物组成。

闪长玢岩呈斑状结构，斑晶主要为长石，基质呈隐晶质。斑晶以斜长石为主，呈板状，粒度约0.1～1mm，可见卡钠复合双晶，表面发生弱绿泥石化，有的斜长石颗粒内部析出铁质矿物。基质中矿物成分以斜长石为主，可见少量钾长石，基质晶体较细，大部分呈隐晶质，长石均发生一定程度的泥化，含有大量的不透明矿物。

安山岩呈安山结构，块状构造。主要由斜长石、方解石、角闪石、黑云母、玻璃质、隐晶质矿物和不透明矿物组成。方解石是由角闪石蚀变而来，斜长石、方解石、角闪石、黑云母和玻璃质构成斑晶，以斜长石、方解石和玻璃质斑晶为主，方解石呈杏仁状。

3 矿体特征

3.1 矿体特征

根据磁测磁异常的形态及钻探验证结果，单庄铁矿区内共圈定大小矿体27个，其中主要矿体7个，分别为4,8,14～18号(图3)。矿床分为柳林屯矿段和前翟坊矿段，多数矿体均分布于柳林屯和前翟坊2个磁异常带中。

柳林屯矿段矿体走向为143°～176°，倾向233°～266°，矿体倾角为58°～67°；前翟坊矿段矿体走向为123°～153°，倾向213°～243°，矿体倾角为53°～64°，图4为该矿段主干勘探线第40勘探线剖面图。矿体均呈NW向带状展布，隐伏于地下，预测矿体最浅部埋深地下约540m，推断矿体赋存标高为-498m～-1397m，矿体一般向深部有变陡的趋势。

不同矿体水平厚度1.05～16.18m，TFe平均品位21.00%～32.43%，mFe平均品位16.16%～26.69%。矿体的平均水平厚度10.33m，平均真厚度8.49m，TFe平均品位28.38%，mFe平均品位23.21%，各主要矿体特征见表1。

表1 单庄铁矿床主要矿体特征

1—勘探线及编号；2—基线位置及编号；3—见矿钻孔及编号；4—未见矿钻孔及编号；5—钻孔及编号图3 单庄铁矿-1000m中段平面示意图

1—第四系；2—寒武纪第三统—第二统；3—新太古代山草峪组；4—磁铁矿体及编号；5—地质界线；6—钻孔编号、轨迹、深度图4 单庄铁矿第40勘探线剖面简图

3.2 矿石特征

矿石的自然类型主要为条纹—条带状闪石、石英型磁铁矿石，也见有少量氧化赤铁矿石(图5)。矿石结构主要为半自形粒状变晶结构，主要表现为磁铁矿呈半自形粒状分布，粒度在0.02～0.5mm，多沿其长轴方向呈条带集合体状定向分布，有的呈星点状分布，有的沿周边被黄铁矿交代，有的其中可见黄铁矿包体。石英呈粒状多晶集合体，粒度一般0.03～0.5mm；普通角闪石呈柱状与辉石、磁铁矿等聚集分布，柱长一般0.2～1mm。矿石构造主要为条带状构造，主要表现为矿石中的磁铁矿、角闪石、黑云母组成暗色的条带与石英组成的浅色条带相间排列，局部条带发生揉皱现象。不同部位条带宽度各有差异，暗色条带宽度一般在1～5mm。该类矿石品位相对较高。

矿石金属矿物主要为磁铁矿，少量赤铁矿、黄铁矿，偶见黄铜矿、铜蓝。非金属矿物以石英、普通角闪石为主，其次为黑云母、石榴子石、绿泥石、斜长石、方解石、绢云母，副矿物有磷灰石。

矿石的化学成分主要为SiO2,FeO,Fe2O3,Al2O3,CaO,MgO,S,P2O5;其次为Cu,Pb,Sn,Mn,Ti,Cr,Ni,Mo,V,Ag,Zn,Co等。矿石中SiO2含量37.24%～60.08%(平均51.41%)、FeO含量2.53%～18.05%、Fe2O3含量13.73%～37.97%、Al2O3含量0.51%～6.79%、CaO含量0.65%～5.47%、MgO含量0.39%～3.88%、S含量0.01%～0.76%、TiO2含量0.023%～0.209%、P2O5含量0.15%～0.26%，其余成分微量。

图A为角闪磁铁石英岩，矿心照片;图B为角闪磁铁石英岩，反光镜下，磁铁矿大致呈条带状定向分布;图C为赤铁石英岩，反光镜下，赤铁矿大致呈条带状定向分布;图D为赤铁石英岩，反光镜下，赤铁矿交代磁铁矿，残余少量磁铁矿图5 单庄铁矿主要矿石的岩心及镜下特征

3.3 矿体围岩

矿体顶、底板围岩以泰山岩群山草峪组黑云变粒岩为主，另有角闪变粒岩、斜长角闪岩、黑云石英片岩、角闪斜长片麻岩(图6)，另见有脉状分布的花岗伟晶岩脉。

黑云变粒岩主要可分为黑云斜长变粒岩、黑云钾长变粒岩和黑云二长变粒岩3种，具块状构造，鳞片粒状变晶结构，主要矿物成分为石英、斜长石、钾长石和黑云母，次要矿物有白云母、绿泥石和绿帘石。

角闪变粒岩多呈半定向构造，柱粒状变晶结构，主要由石英、斜长石和角闪石组成，次要矿物为绿泥石和粘土矿物，副矿物有磷灰石和少量不透明矿物等。构成岩石的主要矿物多呈柱粒状，其中柱粒状石英和角闪石部分沿其长轴方向定向分布。

斜长角闪岩呈块状构造，粒柱状变晶结构，主要矿物为普通角闪石、斜长石、黑云母，另有少量的榍石、磷灰岩、独居石、磁铁矿和黄铁矿等组成。

黑云石英片岩主要由石英、斜长石、黑云母组成，其次含有角闪石、绿泥石、白云母、方解石、磷灰石、赤铁矿和磁铁矿等其他少量不透明矿物，岩石重结晶程度高，片柱状矿物含量较多，片柱状矿物连续定向排列组成片状构造。

角闪斜长片麻岩主要由角闪石、斜长石和黑云母组成，其次为石英、绢云母、粘土矿物、碳酸盐矿物、绿泥石、磷灰石和不透明矿物等。部分黑云母和角闪石沿其长轴方向半定向分布，呈弱片麻状构造。

花岗伟晶岩多呈脉状，大致与矿层平行分布，厚度不等。岩石浅肉红色，伟晶结构，块状构造，主要组成矿物为微斜长石、石英，含少量斜长石、黑云母。

图A为黑云变粒岩，①为黑云斜长变粒岩，②为黑云钾长变粒岩，③为黑云二长变粒岩，岩心照片;图B为黑云二长变粒岩，正交偏光镜下;图C为角闪变粒岩，正交偏光镜下;图D为斜长角闪岩，单偏光镜下;图E为黑云石英片岩，正交偏光镜下;图F为角闪斜长片麻岩，单偏光镜下;Qtz-石英；Hbl-普通角闪石；Pl-斜长石；Klf-钾长石；Bt-黑云母图6 单庄铁矿主要围岩岩心及镜下特征

4 找矿标志及前景分析

4.1 找矿标志

根据矿床成因类型，结合铁矿床的具体特点，认为该区找矿标志有以下3个方面：

(1)地层标志。新太古代泰山岩群山草峪组变质地层是寻找BIF型铁矿的有利层位，该层位在山东已找到多处磁铁矿床[4-17]，该区南部的东平-汶上成矿带上的彭集、梁林、大牛、石河王和南部的洪范池等铁矿均赋存于该层位。该组地层岩性以黑云变粒岩为主，局部夹磁铁角闪石英岩、磁铁石英角闪岩、黑云角闪片岩等，其中磁铁角闪石英岩、磁铁石英角闪岩为BIF型铁矿的含矿岩石[18]，黑云变粒岩、斜长角闪岩、黑云角闪片岩等为矿体的围岩。由于太古代地层普遍遭受了较强的变质作用和构造叠加改造作用，局部赋矿层位褶皱构造比较发育，可能造成褶皱转折端附近矿层的加厚，也可能出现同一矿体或矿带的连续重复，在实际勘查过程中要尤为注意。

(2)地球物理标志。高精度磁测结果表明，在磁铁矿体分布地段可引起明显的高磁异常。由于该区为厚层覆盖区，△T强度在-90～300 nT之间，与航磁异常对应较好。经钻探验证，异常与矿体吻合较好。因此，在泰山岩群分布区的磁异常是寻找该类型矿床的重要标志。值得注意的是，在总结分析过程中，一定要正确区分矿致异常和岩体异常，这将有利于提高勘查效率。

(3)矿体的赋存特征标志。矿体呈层状、似层状产出。其产状大体与围岩片麻理产状一致，矿体沿走向多呈带状展布。沿已有磁铁矿体走向追索是寻找BIF型铁矿的重要标志。

4.2 找矿前景分析

该区磁异常大致呈带状分布，磁异常带规模较大，圈闭较好，矿体大致呈NW向带状展布，向深部有变厚、变富的趋势，因此该区深部找矿前景较好。在实际的铁矿勘查过程中，一定要做到地质、物探、钻探的有机结合[19-26]。局部层位发育较多的钾长石伟晶岩脉或花岗伟晶岩脉，导致矿体遭受破坏，往往在这些酸性岩脉或岩体的上部或边部存在厚大磁铁矿体。虽然在柳林屯矿段和前翟坊矿段之间的小的次级异常体的磁异常值不高，但在施工的钻孔中却见有厚层磁铁矿体，见矿效果较好，所以次级磁异常分布区也应是找矿的重点区域。部分未见矿钻孔在实施井中三分量磁测过程中也发现了旁侧异常，推测矿体连续性较好。对深部矿体和外围勘查过程中，要重视井中三分量磁测的必要性，这对于井下盲矿体的圈定和井中旁侧异常的指示将会起到至关重要的作用。

5 结论

(1)采用高精度磁法测量与机械岩心钻探相结合的方法，发现了山东省东阿县单庄铁矿床。该矿床赋存于新太古代泰山岩群山草峪组地层中，目前共圈定大小矿体27个，主要矿体7个，矿床暂划分为柳林屯矿段和前翟坊矿段。矿床的平均真厚度8.49m，TFe平均品位28.38%，mFe平均品位23.21%。

(2)区内覆盖层厚度大，找矿难度大，在实际的铁矿勘查过程中，一定要做到地质、物探、钻探的有机结合，做到“边施工，边分析资料，边优化工作设计”，这样才能提高找矿效率。

(3)该区铁矿体向深部有变厚、变富的趋势，在次级磁异常范围施工的钻孔也见有厚层磁铁矿体，部分未见矿钻孔在实施井中三分量磁测过程中也发现了旁侧异常，推测矿体连续性较好，因此该区的深部和外围成矿潜力巨大，应当进一步加大勘查力度，以期实现新的、更大的找矿突破。

致谢：感谢“山东省东阿县单庄地区铁矿普查”项目组的全体成员，感谢山东省国土资源厅及山东省地质科学研究院的有关人员对该项目的指导和帮助，在此一并谢过。

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