齐河—禹城地区矽卡岩型铁矿找矿预测地质模型

郝兴中，代杰瑞，张春池，张文，张贵丽，祝培刚，于晓卫，王立功

(1.山东省地质调查院，山东 济南 250014；2.山东省土地质量地球化学与污染防治工程技术研究中心，山东 济南 250013；3.中国地质大学地球科学与资源学院，北京 100083)

0 引言

山东省鲁中隆起区内发育有与中基性侵入岩和中酸性侵入岩相关的矽卡岩型铁矿床，前者分布于鲁中隆起区中北部，主要位于济南、淄博、莱芜、德州等地区，后者主要分布于鲁中隆起区东南部，主要位于临沂、枣庄地区[1-2]，其中与中基性侵入岩相关的矽卡岩型铁矿在铁矿石供应量和矿石质量等方面占主导地位。2015年以来，山东省地勘单位在齐河—禹城地区内李屯、大张、潘店异常区的矽卡岩型铁矿勘查工作和科学研究方面相继取得了重大进展[3-7]。该文是在系统分析研究以往勘查工作成果的基础上，总结该地区内矽卡岩型铁矿找矿预测地质模型，以期指导今后区域矽卡岩型铁矿勘查工作。

1 区域地质特征

研究区位于山东省德州市齐河县—禹城市和聊城市高唐县等地区，其大地构造位置属华北板块(Ⅰ)、鲁西隆起区(Ⅱ)、鲁中隆起(Ⅲ)、泰山-济南断隆(Ⅳ)、齐河潜凸起(Ⅴ)(图1)。

1—二级构造单元边界；2—三级构造单元边界；3—四级构造单元(实测断裂/隐伏断裂)边界；4—五级构造单元(实测断裂/地层界线/隐伏断裂)边界；5—(潜)凹陷区；6—(潜)凸起区；7—构造单元编号；8—研究区位置；9—省界；10—市/县/村级地名图1 区域大地构造背景简图

齐河—禹城地区地表无基岩露头，均为巨厚的新生代地层所覆盖，其下发育有白垩系、二叠系、石炭系、奥陶系、寒武系等。岩浆岩可分为新太古代侵入岩和中生代侵入岩；前者以酸性侵入岩为主，分布局限(仅在研究区北部钻孔深部揭露)，后者以中基性侵入岩为主，在研究区中部覆盖层下大面积分布。区域构造活动强烈，其中断裂构造主要以NE向、NW向为主，褶皱构造局部发育。在1∶50万区域重力场中，研究区总体表现为以潘店地区为中心的区域低重力场背景上的相对高重力异常特征；在1∶50万区域航空磁场中，该地区航磁异常走向NNE，磁力值南北较高、中部较低(呈“马鞍状”)，长约35km、宽约10km。

2 矿区地质—地球物理特征

2.1 地质特征

研究区内新生代地层覆盖厚度呈“北深南浅”特征，如李屯地区厚度可达810～900m，潘店地区约为820m，大张地区约为560～590m，薛官屯地区厚度不详(尚无钻探控制)。区内燕山晚期岩浆活动强烈(图2)，覆盖层下发育有李屯岩体(位于李屯东侧)、潘店岩体(位于潘店北西侧)、大张岩体(位于大张北西侧)及薛官屯岩体(位于薛官屯北东侧)，其岩性以闪长岩为主，其次为辉石闪长岩等。区内构造格架多为物探资料推断所得，其中断裂呈NE向、NNW向和近SN向发育，褶皱亦较发育。

1—禹城济阳潜凹陷；2—乐平铺潜凹陷；3—齐河潜凸起；4—断裂构造及名称；5—推断隐伏闪长岩体范围；6—铁矿床位置及名称；7—地名图2 研究区地质构造简图

2.2 地球物理场特征

1—磁异常正等值线；2—磁异常零等值线；3—磁异常负等值线；4—磁异常值(nT)；5—铁矿床位置及名称图3 研究区航空磁异常ΔT等值线平面图(据文献 [8]，有修改)

由1∶5万航磁异常(图3)可知，研究区航磁异常详细特征更加明显，将原来1∶20万航磁异常的“马鞍状”分解为1∶5万航磁异常的“四峰状”，即为李屯次级磁异常(呈NE向)、潘店次级磁异常(呈NW向)、大张次级磁异常(呈NNE向)和薛官屯次级磁异常(呈SN向)[8]，与岩体分布位置大致吻合；综合异常规模和强度等因素可知，李屯次级磁异常>大张次级磁异常>潘店次级磁异常>薛官屯次级磁异常。研究区异常查证工作表明前三者均为矽卡岩型铁矿的矿致异常。研究区1∶5万重力异常特征大致呈“纺锤体”状，重力异常走向由大张至潘店地区近SN向(355°方向)转为潘店至李屯地区NNE向(30°方向)，以潘店地区北西侧和南东侧为中心，向四周逐步衰减，剩余重力异常表现为在李屯东侧、潘店北西侧和大张北东侧3个明显的剩余重力异常。通过1∶5万布格(及剩余)重力异常和1∶5万航磁(及化极)异常对比，研究区具有明显的“重磁同源性”特征，重磁异常特征基本体现了区内中基性侵入岩分布、前古近纪地层隆起、构造展布等地质特征。

3 矿床特征

研究区内铁矿勘查成果表明，在大张、潘店、李屯次级磁异常区均发育有不同规模的铁矿体(图3)，截至目前，大张次级磁异常区铁矿控制程度较高，潘店、李屯次级磁异常区均为单孔见矿；上述3个磁异常中矽卡岩型铁矿表现为矿体集中分布、厚度较大、矿石品位较高的特征。

3.1 铁矿体特征

该次研究工作以大张、潘店、李屯矿区中代表性钻孔(DZK1、PZK1、LZK1)为例进行说明，通过钻孔柱状简图(图4)可知，大张矿区铁矿体埋藏最浅、潘店矿区铁矿体埋藏最深、李屯矿区铁矿体埋藏介于二者之间。

1—第四系—新近系；2—二叠系、二叠系—石炭系；3—奥陶系；4—大理岩带；5—矽卡岩带；6—铁矿体；7—闪长岩体；8—煤层；9—不明位置整合接触/平行不整合/角度不整合；10—钻孔及编号；11—钻孔孔深图4 研究区典型铁矿代表性钻孔柱状简图

3.1.1 大张铁矿

大张铁矿区位于大张次级磁异常区南西侧，中化地质矿山总局山东地质勘查院在该区铁矿勘查工作取得找矿突破，在0勘探线中Ⅰ号铁矿体由ZK1、ZK2孔控制，Ⅱ号矿体由ZK3孔控制，其中Ⅰ号矿体赋存于马家沟群灰岩与闪长岩接触带内，呈似层状，赋存标高为-716.38m～-772.52m，倾向SE，倾角60°，矿体平均厚度16.84 m(最大厚度26.02m、最小厚度7.66m)，矿石平均品位ω(TFe)：54.02%、ω(mFe)：50.86%；Ⅱ号矿体赋存于闪长岩体内，赋存标高-781.54m～-796.85m，矿体厚度15.34m，矿石平均品位ω(TFe)：49.38%、ω(mFe)：47.54%。

山东省地质调查院近期在该区勘查工作取得了重要进展，在位于0勘探线ZK2钻孔北侧约605m处施工的DZK1钻孔中，铁矿体赋存于奥陶纪地层中和奥陶纪地层与闪长岩体接触带上，前者赋矿标高为-799.77m～-808.56m，矿体厚度为7.02m，矿石平均品位为ω(TFe)：64.08%、ω(mFe)：58.13%；后者赋矿标高为-816.46m～-825.24m，矿体厚度为7.01m，矿石平均品位为ω(TFe)：59.75%、ω(mFe)：57.06%。上述2层铁矿体总厚度为14.03m，平均品位为ω(TFe)：61.92%、ω(mFe)：57.06%。

3.1.2 李屯铁矿

李屯铁矿区位于李屯次级磁异常区北西侧，铁矿体分别产于石炭—二叠纪碎屑岩地层中和奥陶纪地层与岩体接触带处。赋矿标高为-1123.50m～-1259.33m处，矿体总体W倾，倾角约65°，矿体厚度为72.73m(共分4层矿体，单层最大厚度为60.53 m，单层最小厚度为1.21 m)[7]，矿体平均品位为ω(TFe)：56.75%、ω(mFe)：51.70%。

3.1.3 潘店铁矿

潘店铁矿区位于潘店次级磁异常区西侧，山东省煤田地质规划勘察研究院在该区铁矿勘查工作取得找矿突破，山东省地质调查院在该区铁矿勘查工作取得找矿突破，铁矿体分别产于二叠纪碎屑岩地层中、奥陶纪地层中以及奥陶纪地层与闪长岩体接触带处。赋矿标高为-1417.94m～-1515.47m处，矿体总体W倾，倾角约45°，矿体厚度为40.26m(共分5层矿体，单层最大厚度为11.88m，单层最小厚度为1.11m)，矿体平均品位为ω(TFe)：51.82%、ω(mFe)：47.20%。

3.2 矿石特征

研究区内铁矿石为灰黑色磁铁矿石，以灰黑色为主(部分略带淡棕色)，呈致密块状构造，少量为浸染状或角砾状构造等；矿物颗粒呈半自形—他形粒状结构。矿石中金属矿物主要为磁铁矿，其次为黄铜矿、黄铁矿等，非金属矿物主要为方解石、石英、绿帘石、绿泥石、石榴子石等，矿石中伴生组分未达工业利用标准。

3.3 围岩蚀变

研究区内铁矿体发育部位附近，从侵入岩体到赋矿地层方向分带特征明显，总体表现为“闪长岩带—蚀变闪长岩带—内矽卡岩带—铁矿带—外矽卡岩带—大理岩化带—灰岩带”[8-9]。在靠近侵入岩体处钠长石化、透辉石化较为发育，偶见高岭土化现象；在矽卡岩带处磁铁矿化、黄铁矿化、绿帘石化、绿泥石化等现象发育；在铁矿体处矽卡岩化、黄铁矿化、绿帘石化、绿泥石化、黄铜矿化等现象发育；在地层一侧发育有明显的大理岩化现象，偶见黄铁矿化现象。需要说明的是，由于铁矿体赋存形式、产状规模、矿石品位等方面的差异，围岩蚀变类型及强弱差异较为明显。

4 讨论

4.1 控矿要素分析

研究区内及鲁西地区矽卡岩型铁矿成矿规律研究表明，该类型铁矿表现为“地层、侵入岩和构造”联合控矿特征[9-10]。区内铁矿成矿机制为中基性岩浆侵入到奥陶纪马家沟群碳酸盐地层中，在岩体与地层接触带附近发生复杂的物理化学反应，大量含铁质矿物出溶形成富矿热液，并在成矿有利部位(侵入岩体中、地层与岩体接触带、地层层间裂隙中)运移并沉淀，进而形成矽卡岩型铁矿床[11-20]。研究区内各铁矿矿产地控矿特征详见表1：

表1 齐河—禹城地区各矿产地铁矿体控矿特征

根据勘查成果及重磁数据解译工作可知，在区内矽卡岩型铁矿成矿后期，地质构造运动仍然较为显著，在李屯、潘店、大张等地区发育有多处断裂构造，形成了多个物探异常和地质块体；且李屯、潘店、大张地区间发生了明显的地质体差异性升降，总体表现为大张地区为相对上升，李屯和潘店地区为相对下降(且潘店地区较李屯地区下降幅度略大)，在大张地区新生代地层、石炭纪—二叠纪地层相对较薄，奥陶纪地层埋藏较浅；在李屯和潘店地区新生代地层、石炭纪—二叠纪地层较厚，奥陶纪地层埋藏较深。

4.2 找矿预测地质模型

隐伏区找矿工作是当前和今后相当长一段时期内矿产勘查的重点工作[21-24]，该次工作在“三位一体”勘查区找矿预测理论[25-26]的基础上，对区域相关铁矿勘查工作经验[27-37]进行了分析研究，据此可总结出包括成矿地质背景、成矿地质体、成矿构造、成矿作用特征标志、地球物理特征等方面的找矿预测地质模型(表2)：

表2 齐河—禹城地区矽卡岩型铁矿找矿预测地质模型

①北京矿产地质研究院,山东省齐河—禹城地区接触交代型富铁矿综合信息找矿预测地质模型,2017年。

5 结语

该文依据区内已经取得地质、地球物理和矿产勘查成果，对研究区地质特征、铁矿床特征分析进行论述，并对该区铁矿控矿要素进行了分析，总结了区内找矿预测地质模型。由于研究区矽卡岩型铁矿勘查工作起步较晚，地质找矿工作仍然需要进一步加强，该文将此次研究成果和今后工作建议叙述如下：

(1)研究区内李屯次级磁异常、潘店次级磁异常和大张次级磁异常中矽卡岩型铁矿相继发现，使得该区内“李屯—潘店—大张”地质特征、地球物理异常和相应铁矿床可作为一个整体进行系统研究。区内李屯、潘店、大张地区的矽卡岩型铁矿的勘查经验，为今后对薛官屯次级磁异常的勘查工作提供了勘查经验和找矿方法。

(2)区内中基性岩浆在李屯、潘店和大张地区侵位过程中，侵入的部位差别较大，在成矿作用过程中形成了接触带赋存式、断裂充填式、裂隙贯入式、层间充填式、捕虏体构造式等类型多样的铁矿体。在研究区内矽卡岩型铁矿成矿后期，区内地质构造运动仍然较为显著，在李屯、潘店、大张地区发生了明显地质块体差异性升降，要重视构造作用对区内铁矿体的改造以更好地开展铁矿勘查工作。

(3)区内矽卡岩型铁矿找矿预测地质模型大致可分为区域成矿地质背景、成矿地质体、成矿构造、成矿作用特征标志、地球物理特征等；在今后找矿预测过程中，需要综合运用，适时补充以促使相关地区同类型铁矿勘查工作不断提升。

(4)由于研究区被巨厚层新生代地层覆盖，深部基岩地层、构造构架、侵入岩特征等多由物探手段推断所得，覆盖层下各类地质体详细特征需要进一步开展研究；其中与铁矿相关的岩体侵位形态和侵入层位、地层与岩体接触带变化特征、铁矿体形态(产状及规模)、铁矿体与重磁电异常对应性是今后区内铁矿勘查工作取得突破的重点内容。

致谢：感谢同作者一起在齐河—禹城地区开展矽卡岩型铁矿找矿预测工作项目组全体成员，同时感谢审稿专家提出的修改意见！