苍峄铁矿带北辛庄矿床浅深部矿体特征与找矿远景分析

安茂国，原显顺,刘超，冯玺平

(1.山东省鲁南地质工程勘察院，山东 兖州 272100；2.招远市自然资源和规划局，山东 招远 265400)

北辛庄铁矿床位于山东省兰陵县城西20 km，处于苍峄铁矿带东段。其成因类型为典型的沉积变质型“鞍山式”铁矿[1-3]。该矿床自20世纪90年代末发现以来，陆续开展了多期勘查工作[4]，其控制深度已达-600 m。勘查成果显示，矿体沿走向和倾向仍未封闭，但受北辛庄北探矿权范围限制，深部资源未能探明[注]山东省鲁南地质工程勘察院，山东省苍山县北辛庄矿区北部铁矿补充详查报告，2009年。。近年来，通过对北辛庄南探矿权内-1000 m以深矿体开展探索性勘查[注]山东省鲁南地质工程勘察院，山东省兰陵县北辛庄南部矿区铁矿详查报告，2016年。，发现矿体在-1000 m～-1400 m标高仍有稳定延伸，证实了矿床中部空白区段及矿床深部外围具有良好的找矿潜力。

1 区域地质背景

该区地处华北板块(Ⅰ)鲁西隆起区(Ⅱ)鲁中隆起(Ⅲ)尼山-平邑断隆(Ⅳ)之尼山凸起(Ⅴ)南缘，尼山凸起(Ⅴ)与峄城凸起(Ⅴ)交会部位[5-6]。位于苍峄铁矿带内，白水牛石断层东侧。区内地层发育，由老到新出露有新太古代泰山岩群，新元古代青白口系、南华系，古生代寒武系、奥陶系及新生代第四系等沉积盖层[7](图1)。区域构造按其成生地质条件可分为盖层构造和基底构造两部分[8-9]，盖层构造以向E缓倾斜的单斜构造为主，对矿层基本无影响。基底变质岩层中发育的褶皱构造和断层构造对“鞍山式”铁矿层影响较大，致使矿体扭曲和错断现象较为普遍[10-11]。岩浆岩零星发育，对铁矿体的分布影响较小。

2 矿区地质

2.1 地层

矿区广泛发育新太古代泰山岩群山草峪组变质地层，为区内沉积变质型铁矿的赋存层位[12]。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[13-14]。其中磁铁角闪石英岩和磁铁石英角闪岩，为沉积变质型铁矿的含矿岩石[15]；黑云变粒岩、黑云角闪片岩为矿体的直接顶底板围岩。

2.2 构造

矿区构造发育，其中基底褶皱构造为赋矿构造，表现为一系列紧密的复式褶皱，具有相间出现，平行产出的特征，控制了铁矿体的展布形态[16-17]。北辛庄矿床即受控于轴向近EW的石闫背斜南翼。断层构造为成矿后破坏构造，区内主要为白水牛石断层，破坏了赋矿构造和矿体连续性，间接控制了铁矿体的展布。

1—第四系；2—寒武系；3—南华系；4—泰山岩群山草峪组；5—太古代石英闪长岩；6—断层及产状；7—露头铁矿体；8—隐伏铁矿体；9—地质界线；10—角度不整合地层界线；11—基底向斜构造；12—基底背斜构造；13—矿区范围图1 兰陵县北辛庄铁矿区区域地质简图

石闫背斜：位于太白向斜之南，走向275°～290°，为一向W倾伏的宽缓对称褶皱。于白水牛石断层以西隐伏于基底之下，背斜鞍状形态保存完整，经小闫庄、上桃园并继续向西延伸，长达12 km以上[5]。于白水牛石断层以东抬升剥蚀，仅余南北两翼，并为沉积盖层所覆盖，其南翼倾角45°～70°，赋存有北辛庄矿床、大青山矿床等。

白水牛石断层：走向近SN，南起枣庄断裂，向北断续出露，呈舒缓波状延伸，区域长度达17.5 km[18]。断层倾向W，倾角60°～70°，为右行张扭性高角度正断层，水平断距约180～260 m，垂直断距250 m左右，使上盘寒武系与下盘泰山岩群直接接触。断层切穿并破坏了石闫背斜含矿褶皱及铁矿带，北辛庄矿床位于断层东侧下盘。

2.3 岩浆岩

矿区为隐伏盖层区，仅钻孔内见有一条岩脉侵位于山草峪组变质围岩中，岩性为角闪闪长玢岩，工程揭露厚度8.60 m，对矿体完整性无影响。

2.4 地球物理特征

磁异常是沉积变质型铁矿的重要找矿手段[19-20]，区内航磁异常呈长椭圆形带状分布(图2)，走向SEE，西至白水牛石断层，向东延出区外，异常形态具北陡南缓特征，变化梯度大，峰值500 nT以上，北部伴生负异常，规律性明显，较好地反映了含矿岩系山草峪组和铁矿体的存在。

1—铁矿带；2—北辛庄北探矿权；3—北辛庄南探矿权；4—航磁正异常(100nT)；5—航磁负异常(100nT)；6—断层及产状图2 兰陵县北辛庄铁矿区1∶5万航磁异常图

3 矿体特征

北辛庄铁矿为隐伏矿床，发育Ⅰ,Ⅱ 2个矿体。两矿体间距10～30 m，近平行展布，呈层状产出，走向265°～275°，倾向S，倾角45°～60°。矿体西至白水牛石断层，向东延入大青山矿区，区内沿走向长580 m，沿倾向延深大于1 800 m。浅部矿体位于北辛庄北部探矿权内，控制标高0～-600 m，两矿体厚度之和11.39 m，平均品位TFe 32.35%，mFe 24.44%；深部矿体在-1 000 m以深进入北辛庄南部探矿权，控制标高-1 000 m～-1 400 m，两矿体厚度之和7.57 m，平均品位TFe 32.48%，mFe 24.24%。矿体由浅至深具先缓骤陡渐缓的舒缓波状弯曲特征，矿体矿化连续均匀，其品位沿走向和倾向与厚度略具正相关性(图3、图4)。

图3 北辛庄矿床典型剖面矿体形态及沿倾向厚度、品位变化示意图

图4 北辛庄矿床典型中段矿体形态及沿走向厚度、品位变化示意图

3.1 Ⅰ矿体

3.1.1 浅部矿体

为矿床主矿体，埋深125～705 m，控制标高0～-585 m，由27个见矿钻孔控制，占浅部矿床资源量的52.0%。矿体倾角45°～58°，在-400 m以深具骤陡现象，沿倾向厚度变化较小，向深部稳定延伸；沿走向呈舒缓波状延伸，具膨胀狭缩特征，在-100 m以浅具分支复合现象，有一透镜状夹石层；矿体平均品位TFe 31.95%，mFe 24.40%，变化系数TFe 15.02%，mFe 24.33%，属有用组分分布均匀型矿体；矿体厚度1.66～9.22 m，平均5.41 m，变化系数37.4%，为厚度稳定型矿体。

3.1.2 深部矿体

为矿床主矿体，埋深1 100～1 240 m，控制标高-960 m～-1 380 m，由8个见矿钻孔控制，占深部矿床资源量的70.8%。矿体倾角48°～57°，沿倾向向下倾角渐缓，厚度略有增厚特征，-1 150 m以深具分支现象，发育一似层状夹石层；矿体沿走向产状和厚度均较稳定；矿体平均品位TFe 31.65%，mFe 20.45%，变化系数TFe 18.70%，mFe 33.56%，属有用组分分布均匀型矿体；矿体厚度3.57～6.75 m，平均4.96 m，变化系数22.3%，为厚度稳定型矿体。

3.2 Ⅱ矿体

3.2.1 浅部矿体

位于Ⅰ矿体北侧10～30 m，埋深170～730 m，控制标高-45 m～-600 m，由25个见矿钻孔控制，占浅部矿床资源量的48.0%。矿体倾角45°～54°，在-400 m以深具骤陡现象，沿倾向向下厚度略有变薄，-150 m以浅具分支现象，发育一似层状夹石层；沿走向呈舒缓波状延伸，由东至西具变薄现象；矿体平均品位TFe 32.45%，mFe 24.15%，变化系数TFe 10.72%，mFe 19.60%，属有用组分分布均匀型矿体；矿体厚度1.36～10.08 m，平均5.98 m，变化系数35.8%，为厚度稳定型矿体。

3.2.2 深部矿体

矿体埋深1 160～1 270 m，控制标高-1 000 m～-1 400 m，由8个见矿钻孔控制，占深部矿床资源量的29.2%。矿体倾角56°～60°，在-1 200 m附近具分支复合现象，有一透镜状夹石层，沿倾向向下倾角渐缓，厚度有渐薄尖灭趋势，向下仍未封闭；矿体沿走向产状较稳定，厚度由西至东变薄尖灭；矿体平均品位TFe 31.01%，mFe 20.98%，变化系数TFe 19.26%，mFe 29.87%，属有用组分分布均匀型矿体；矿体厚度1.00～5.18 m，平均2.16 m，变化系数88.4%，为厚度较稳定型矿体。

4 浅部深部矿体对比

4.1 矿体特征对比

4.1.1 矿体形态及复杂程度

浅部和深部均发育2层矿体，矿体形态结构简单稳定，呈层状产出，两矿体在中部靠拢，深部间距渐大。两矿体顶部均发育一夹石层，呈透镜状、似层状，使矿体具分支复合、膨胀狭缩现象；中浅--中深部矿体矿化连续均匀，无弱矿化带，无夹石；深部Ⅰ矿体发育一似层状夹石，矿体呈分支现象，厚度略有增厚，Ⅱ矿体向下、向东有渐薄尖灭趋势，仍未封闭。

4.1.2 矿体产状

4.1.3 矿体规模

浅部与深部矿体沿走向控制长均为550 m左右。浅部矿体控制最大斜深720 m，深部为370 m；浅部两矿体厚度之和11.39 m，是深部7.57 m的1.5倍，浅部查明资源量是深部查明资源量的2.9倍。

4.1.4 矿体厚度

浅部Ⅰ,Ⅱ矿体的厚度大体相当，略有互补，为5.5 m左右，两矿体储量占比大体相当；深部Ⅰ矿体由上至下厚度先薄后厚，基本稳定在5 m左右，但Ⅱ矿体向下明显减薄，在-1 400 m处真厚度已不足1 m，有尖灭趋势，致使Ⅱ矿体的深部矿床储量占比不足30%。

4.1.5 矿体品位

浅部矿体品位较高，TFe 32%，mFe 24%左右，深部矿体品位TFe 31%，mFe 21%左右，但仍满足工业品位要求，在-400 m～-1 000 m区段，品位具贫化特征，与厚度变化呈正相关性。浅、深部矿体品位变化系数均稳定，沿走向基本无富集贫化规律。

综上对比分析(表1)，该矿床由浅至深具有如下赋矿变化规律：

①两矿体总体在-400 m以浅产状较稳定，倾角45°左右，间距20～30 m，厚度大体相当，均5.5 m左右，品位稳定，TFe 32%，mFe 24%左右。

由于在实际应用中,纤维复合材料常常会在高于室温的环境下服役,因此需要了解碳纳米管纤维和树脂间界面在不同温度条件下的界面性能.鉴于此,本工作利用微滴包埋实验方法,研究碳纳米管纤维与复合材料在室温到140°C范围内的界面性能,为实现碳纳米管纤维复合材料的工程应用提供技术支持.

②在-400 m～-1 000 m产状骤陡至55°左右，间距缩小至10 m左右，趋于闭合，两矿体厚度均有减薄，在产状变陡处减薄显著，品位均略有贫化，Ⅱ矿体贫化显著，品位变化与厚度有正相关性。

③-1 000 m以深又渐缓至50°左右，矿体间距20～30 m，有逐步增大趋势，Ⅰ矿体厚度略有增厚，基本在5 m左右，Ⅱ矿体明显变薄，有渐薄尖灭趋势，但-1 400 m以深仍未封闭；品位趋于稳定，TFe 31%，mFe 21%左右。

表1 北辛庄矿床浅部、深部矿体特征对比

4.2 矿石质量对比

4.2.1 矿物成分

根据岩矿鉴定和野外观察，该矿床浅、深部矿石矿物成分相同(表2)。金属矿物主要为磁铁矿，磁黄铁矿、假象赤铁矿、黄铁矿次之；非金属矿物主要有石英、角闪石，黑云母、铁闪石、透闪石、方解石次之，另有少量磷灰石、石榴子石、金红石等。

磁铁矿主要分布于角闪石或石英晶粒之间，少量分布于角闪石之内或边缘。呈钢灰色、灰黑色，他形—半自形粒状，粒径0.01～1.0 mm，集合体呈浸染状、团粒状、条带状，部分颗粒被压扁拉长。深部矿物粒度较浅部矿石略有变细。

表2 北辛庄矿床浅、深部矿石质量对比

4.2.2 矿石化学成分

根据基本分析和组合分析结果，该矿床浅、深部矿石化学成分基本一致。主要有用组分为Fe，其他化学成分主要为SiO2，其次为CaO，MgO，Al2O3等。有益组分TiO2含量较低，达不到综合回收利用要求[22]，S，P，As等有害组分含量较少。

4.2.3 矿石结构构造

该矿床浅、深部矿石结构均为粒状变晶结构，构造以条带状构造为主。

4.2.4 矿石类型

该矿床浅、深部矿石自然类型均为石英闪石型磁铁矿石。根据物相分析结果，其浅部矿石(mFe)/(TFe-siFe-sfFe-cFe)比值平均为79.73%，属需选弱磁性铁矿石[22]，浅部矿石比值平均为86.47%，属需选磁性铁矿石，推断为浅部矿石氧化程度偏高所致。

5 找矿远景分析

通过浅、深部矿体的对比分析，北辛庄矿床主矿体产出稳定，形态结构简单，矿石矿物成分、化学成分、结构构造、自然类型基本一致，浅、深部矿石质量无明显变化，矿化均匀连续。矿床随埋深增加略有厚度减薄、品位贫化的趋势，但在-1 400 m以深沿走向及倾向均未封闭，证实矿床中部空白区段、矿床深部及外围具有良好的找矿潜力(图5)。

图5 北辛庄铁矿床资源储量远景预测图

5.1 空白区段远景区

根据前期勘查成果，浅部矿体控制标高0～-600 m，深部矿体控制标高-1000 m～-1 400 m，矿床中部存在走向长约800 m，垂深约400 m，斜长约500 m的空白区段尚无工程控制，矿体厚约7～11 m，为良好的找矿空间。

5.2 深部及外围远景区

该矿床最低工程控制标高为-1400 m，矿体厚约7 m，其深部及外围仍有稳定的矿体延伸，结合矿体由浅至深的变化规律，推断东以探矿权为界，西至白水牛石断层，-1 500 m以浅仍具有较好的找矿前景。

6 结论

(1)北辛庄矿床随埋深增加有厚度减薄、品位贫化趋势，同时具有缓倾部位厚度膨大、矿化富集，陡倾部位厚度减薄、品位贫化特征，在-1 400 m以深仍满足工业矿体要求。

(2)矿床中部空白区段、矿床深部及外围仍具有良好的找矿潜力，该矿床-1 500 m以浅未探明资源储量仍十分可观。

(3)北辛庄铁矿床位于石闫背斜的南翼东段，白水牛石断层东侧。本次探矿揭露该控矿褶皱和铁矿带在-1 400 m以深仍稳定赋存有工业矿体。而苍峄铁矿带内矿床控制深度多在-500 m以浅，故推断整个苍峄铁矿带尤其是白水牛石断层以西的隐伏区域仍有极大的资源前景。