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  地质通报  2018, Vol. 37 Issue (5): 938-944  
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朱裕振, 周明磊, 高志军, 张心彬. 山东齐河-禹城地区矽卡岩型富铁矿的发现及其意义[J]. 地质通报, 2018, 37(5): 938-944.
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Zhu Y Z, Zhou M L, Gao Z J, Zhang X B. The discovery of the Qihe-Yucheng skarn type rich iron deposit in Shandong and its exploration significance[J]. Geological Bulletin of China, 2018, 37(5): 938-944.
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基金项目

山东省地质勘查资金项目《山东省齐河县潘店地区铁矿调查评价》(编号:鲁勘字(2013)137号)

作者简介

朱裕振(1985-), 男, 硕士, 工程师, 从事重磁电勘查及研究。E-mail:zhuyuzhen2008@163.com

文章历史

收稿日期: 2017-02-21
修订日期: 2017-06-20
山东齐河-禹城地区矽卡岩型富铁矿的发现及其意义
朱裕振 , 周明磊 , 高志军 , 张心彬     
山东省煤田地质规划勘察研究院, 山东 济南 250100
摘要: 在山东省齐河—禹城一带,选择航磁异常与区域重力异常套合地区,实施了大比例尺重磁测量,经钻探验证在该区首次发现了总厚度72.73m、全铁平均品位56.75%的厚大富磁铁矿,取得了地质找矿的重大新发现。矿体产于燕山晚期中-基性岩浆岩与奥陶纪马家沟群灰岩的接触带上,矿床成因为矽卡岩(接触交代)型磁铁矿床。该铁矿的发现是山东省近年来地质找矿的重大发现之一,预示在齐河—禹城地区进一步开展富铁矿找矿工作具有十分广阔的前景。
关键词: 富铁矿    矽卡岩型    重磁测量    齐河-禹城地区    
The discovery of the Qihe-Yucheng skarn type rich iron deposit in Shandong and its exploration significance
ZHU Yuzhen, ZHOU Minglei, GAO Zhijun, ZHANG Xinbin     
Shandong Provincial Research Institute of Coal Geology Planning and Exploration, Ji'nan 250100, Shandong, China
Abstract: The large-scale gravity and magnetic survey was carried out in the area delineated jointly by magnetic anomaly and gravity anomaly in Qihe-Yucheng area of Shandong Province. The rich iron ore deposit with a total thickness of 72.73m and a total iron grade of 56.75% were found for the first time and verified by drilling, which achieved a significant new discovery in geological prospecting. The orebodies which belong to skarn type magnetite were formed in the contact zones between late Yanshanian intermedite-basic magmatic rock and Ordovician limestone. The discovery of the iron ore deposit is one of the most important geological discoveries in recent years in Shandong Province, which opens up a very broad prospect for further development of rich iron ore exploration in Qihe-Yucheng area.
Key words: rich iron    skarn    gravity and magnetic survey    Qihe-Yucheng area    

齐河—禹城地区富铁矿床是山东省煤田地质规划勘察研究院2013年度在实施山东省地质勘查项目《山东省齐河县潘店地区铁矿调查评价》时,在山东省黄河北地区首次发现的一个隐伏富磁铁矿。在接触交代型铁矿成矿模式指导下[1-8],通过系统总结区域成矿地质条件、成矿规律、控矿地质因素等,选择航磁异常与重力异常套合地区,开展大比例尺地面高精度磁法测量及重磁剖面测量,利用钻探对磁异常进行验证,验证首钻即钻遇厚度72.73m、平均品位56.75%的富磁铁矿,取得了富铁矿找矿的重大新发现。该铁矿的发现是山东省近年来地质找矿的重大发现之一,预示在齐河—禹城地区进一步开展富铁矿找矿工作具有广阔的前景。本区找矿潜力大,有望成为又一个大型富铁矿基地。本文阐述该地区铁矿的发现及其指示意义。

1 区域地质背景

齐河—禹城地区位于鲁西隆起区的西北缘,处于华北坳陷区与鲁西隆起区的连接部位。大地构造位置主要位于华北板块(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)。

区域大部为新生界覆盖区,基岩裸露区主要分布在中南部泰山凸起单元内。区内构造基底由新太古界泰山岩群构成,在此基底上,全区广泛遭受海侵,形成早古生代一套海相碳酸盐岩沉积建造;古生代中期地壳整体抬升、剥蚀,造成晚奥陶世—早石炭世地层缺失;晚古生代由于地壳的震荡运动,形成了一套海陆交互相及陆相含煤碎屑岩建造,此后地壳稳定上升,缺失三叠纪沉积;燕山运动在本区活动强烈,并形成以断陷、断隆为主要特征的构造格局。侏罗纪、白垩纪地层在本区齐广断裂以南不发育,主要分布于齐广断裂以北的华北平原地层分区。新近纪和第四纪地层广泛分布于本区。

区域断裂构造发育且较复杂,褶皱构造次之,区域上以断块构造为主要特征。据其展布特征,总体上主要分布北东—北北东向、北西—北北西向、近东西向3组断裂构造,且以前两者较发育,南北向断层在该区不发育(图 1)。

图 1 齐河—禹城地区区域地质略图 Fig.1 Sketch geological map of the Qihe-Yucheng area

各组大断裂互相切割,控制了区域内凸起、凹陷的产生与发育。区域构造特征总体上表现为,南部隆起区主要分布前石炭纪地层、北-西部古生代地层,埋深较大,总体呈南浅、北深的单斜构造形态。

区域内岩浆岩分布较广泛,主要有新太古代侵入岩、中元古代侵入岩和中生代侵入岩。其中以新太古代侵入岩最发育,分布在章丘—长清的南部地区,岩石类型从超基性-基性岩到酸性岩均有,且以中酸性侵入岩为主;中生代侵入岩分布局限,主要分布在济南市区—历城—章丘北部地区,以中基性岩为主;其他时代岩浆岩不发育。脉岩在区域内零星分布,主要有辉绿岩脉、伟晶岩脉、煌斑岩脉、斜长岩脉等。

本区位于“济南-金岭成矿带”西部,揭露的岩浆岩岩性特征、磁铁矿体产出部位、矿石特征等与济南铁矿具有较高的相似性[9-12]

2 区域重磁场特征 2.1 重力异常特征

区域上大部分为沉降凹陷区,在区域布格重力等值线平面图(图 2)上,总体表现为大范围的重力低,在泰山凸起、齐河潜凸起等凸起区则表现为相对重力高。重力异常(ΔG)等值线呈较简单的北东向及北北东向展布,重力值整体由南东向北西缓慢降低,且具有高、低相间排列的特点,反映区域上燕山期侵入岩的分布,奥陶纪地层隆起、凹陷相间分布及沉积地层具有由南东向北西由薄逐渐变厚的特点。

图 2 区域布格重力等值线平面图 Fig.2 The contour map of Bouguer gravity anomalies

区域重力异常高值区一般为中基性岩体分布区、巨型凹陷内的浅凸区。重力异常低值区往往与第四系或沉积盖层分布有关,在巨型凹陷区,第四系的覆盖厚度大,表现为重力低值区。接触交代型铁矿床一般分布于中基性岩体的边部与灰岩的接触带附近。在重力异常图中往往分布于重力高值区与重力低值区的梯度带附近,如济南辉长闪长岩体分布区均显示重力异常高值区,而铁矿体分布于重力异常高值区的边部。因此,在碳酸盐岩广布区内的重力异常高值区往往预示有隐伏的中基性岩体存在,在其梯度带附近,可能赋存接触交代型铁矿床。根据与济南铁矿区等已知区类比,认为本区的重力异常为中基性侵入岩、碳酸盐岩和接触交代型铁矿床共同引起的。

2.2 航磁异常特征

在1:20万航磁ΔT等值线平面图上(图 3),异常带由3个封闭异常组成,异常走向近北北东,等值线近椭圆形、规则,最大长度约33km,最大宽度约8km。自北向南为李屯异常、潘店异常、大张异常,峰值由南向北分别为360nT、160nT、200nT。异常带宽而缓,反映磁性体埋藏较深。其中大张异常和李屯异常为同心椭圆状北东向展布的磁力高,2个磁力高之间磁异常变化较缓,两侧表现为密集的梯级带。

图 3 区域航磁ΔT异常等值线平面图 Fig.3 The contour map of aeromagnetic (ΔT) anomalies

由于多数铁矿石具有磁性或强磁性,因此,铁矿的分布与磁异常分布密切相关。尤其在中大比例尺磁异常中反映更明显。在接触交代型铁矿分布区,如济南铁矿区,由于中基性岩体磁异常反映较强烈,与其接触的灰岩磁性弱,在航磁异常图中,铁矿床的分布一般位于正负磁异常带靠近负磁异常一侧。航磁异常高、突出、畸变、梯度带变化附近,是找矿的重要地段。

本区的重、磁异常具有较明显的正相关趋势。在相对重力高的凸起区,航磁一般表现为磁力高异常,一般由基底上隆或岩体侵入引起;在相对重力低的凹陷区,航磁一般表现为磁力低。

3 研究区重磁特征

研究区以往开展过大量的煤炭勘查工作,发现岩浆岩广泛以岩床形式侵位于石炭纪—二叠纪地层中,结合航磁异常及区域地质背景,认为在其下部存在较大规模的中基性岩体,具备接触交代(矽卡岩)型铁矿的成矿前景。选择研究区中北部的潘店异常和李屯异常开展了1: 1万地面高精度磁测工作。

在△T等值线平面图上(图 4),潘店地磁异常呈带状分布,异常总体走向为北西向,以20nT等值线圈定,异常南北长约5km,东西宽约7km,异常中心最大值为180nT,异常曲线形态规则、圆滑、宽缓。

图 4 禹城李屯地区ΔT等值线平面图 Fig.4 The contour map of magnetic (ΔT) anomalies of Litun area in Yucheng

李屯异常近似为等轴异常,异常总体走向北北东向,其中局部异常各有趋向。以20nT等值线圈定,异常南北长约13km,东西宽约10km,异常中心最大值为270nT,等值线形态规则、圆滑、宽缓。整个异常北段狭窄收敛,中间膨大,南端收敛圆滑,似“葫芦状”,异常多处有鼓凸现象,异常东侧100~ 260nT等值线趋向东南凸出,北西侧40nT等值线明显向外凸出,北侧的100~260nT等值线也有鼓凸现象,其北东侧100~200nT等值线呈舌状伸出。梯度变化东翼缓于西翼。

化极处理后异常形态更加明显,异常中心向北明显移动。在李屯地磁异常圈定了3个局部地磁异常:C1、C2和C3。

为了正确评价磁异常,对李屯异常进行了P1、P2线1:2000重磁剖面测量(剖面位置见图 4)。P1线重力剖面表现为重力高、单峰,峰值0.5×10-5m/s2,升高异常幅值-13×10-5~-17×10-5m/s2,反映了寒武系—奥陶系灰岩等高密度岩石构成的一个断块凸起,地质上称为潘店凸起。重力高曲线与磁力高曲线对应较好,反映重、磁异常具有同源性,说明该断块凸起的岩石主要是由寒武系—奥陶系灰岩沉积层及辉石闪长岩、闪长岩等侵入体岩组成。重力曲线拐点宽度12km,比磁法拐点宽度宽4km,反映侵入岩体处于断块凸起的中部,两侧分布寒武系—奥陶系灰岩,说明潘店凸起是由中、基性岩浆侵位、垫托形成的凸起。具有中基性岩外壳与灰岩接触、形成矽卡岩带,局部形成铁矿的可能性。左支曲最低值为-15×10-5m/s2,反映茬平凹陷低密度古近系泥砂岩、上古生界含煤系地层的分布。右支曲最低值为-11×10-5m/s2,反映茬平凹陷低密度上古生界含煤系地层的分布。

磁异常曲线双峰,峰值为250nT、150nT,一般磁异常值为100~200nT,曲线拐点宽8.14km,反映较强磁性体在剖面线上的宽度约为8km。化极后,磁异常升高,峰值为350nT,西移750m,反映较强磁性体主体位于剖面的南西侧。化极磁异常值由左到右逐渐变低,反映了该磁性体由西北向东南埋藏深度渐深。磁异常求取垂向一、二阶导数,磁场强度的垂向变化率表现为三峰,垂向导数异常值渐低,半极值宽度渐窄,反映强磁性体的分布区段,该强磁性体推断为铁矿体,赋存于辉石闪长岩、闪长岩体的上面、侧面部位,预测埋深为1200~1300m(图 5)。

图 5 禹城李屯地区P1线重磁剖面反演图 Fig.5 Inversion map of gravitational-magnetic profile along line P1 of Litun area
4 矿床地质

根据地面高精度磁测资料及P1重磁剖面的反演结果,山东省煤田地质规划勘察研究院于2014年实施了验证钻孔ZK1,孔深1436.10m,在齐河—禹城地区首次发现了磁铁矿体,验证该异常为深隐伏磁铁矿体引起。

钻孔内揭露侵入奥陶纪马家沟群(O2-3M)的多层岩浆岩及少量矽卡岩,未揭露碳酸盐岩原岩。二叠纪石盒子群(P2-3Ŝ)揭露厚度为227.14m,主要是一套陆相沉积的以灰色为主的泥岩、砂岩,夹铝土岩,偶见煤线。新近系(N)揭露厚度为503.47m。主要由褐黄色、棕红色、灰绿色、紫色砂质泥岩、泥岩、粉砂岩、细砂岩组成,局部夹灰色中砂岩,底部为灰白色含砾砂岩。区内第四系(Q)广泛发育,钻孔揭露厚度为396.11m,有南薄北厚的变化趋势。

孔深1157.38~1296.49m处共揭露4层铁矿体,自上而下为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ号铁矿体(图 6),矿心总样长119.87m,均为磁铁矿,赋存于以闪长岩类、辉长岩为主的燕山晚期中基性岩浆岩与奥陶纪灰岩的接触带上。

图 6 钻孔柱状图(矿体部分) Fig.6 Borehole histogram of the orebody

根据地磁局部异常的特征,判断矿体走向大致为350°,倾向260°;根据井中三分量磁测成果,结合钻探揭露矿体与围岩接触关系(图 7),大致确定矿体倾角为65°。

图 7 矿体与围岩接触关系图 Fig.7 Contact relationship between the orebody and the surrounding rock
4.1 矿体特征

揭露的4层矿体赋存深度在1100m以下,矿体总厚度72.73m,平均品位TFe为56.75%、mFe为51.70%,其中Ⅳ号矿体厚度较大,Ⅲ号矿体较薄,各矿体顶、底围岩以矽卡岩为主。

Ⅰ号矿体:钻孔见矿孔深1157.38~1166.72m,真厚度5.67m。矿体单样品最高品位TFe为58.86%、mFe为52.49%;最低TFe为55.18%、mFe为42.67%;矿体加权平均品位TFe为56.29%、mFe为46.58%;品位变化属均匀型;顶、底板均为矽卡岩,与顶板为突变接触关系,与底板为渐变接触关系。

Ⅱ号矿体:钻孔见矿孔深1169.87~1178.64m,真厚度5.32m。矿体单样品最高品位TFe为50.36%、mFe为38.07%;最低TFe为29.27%、mFe为9.80%;矿体加权平均品位TFe为45.83%、mFe为32.12%;品位变化属均匀型;顶板为矽卡岩,呈渐变接触关系;底板破碎,为矽卡岩化白云岩,角砾状。

Ⅲ号矿体:钻孔见矿孔深1180.70~1182.70m,真厚度1.21m。最高品位TFe为45.88%、mFe为33.85%;最低TFe为30.89%、mFe为17.34%;矿体加权平均品位(2个样)TFe为35.39%、mFe为22.29%。本矿层处于破碎带中,矿心破碎。底板为角砾状矽卡岩化白云岩。

Ⅳ号矿体:钻孔见矿孔深1196.93~1296.49m,真厚度60.53m。矿体单样品最高品位TFe为68.85%,mFe为67.07%;最低TFe为9.46%,mFe为4.23%;矿体加权平均品位TFe为58.18%,mFe为54.49%。品位变化系数TFe为12.02%,mFe为12.69%,品位变化属均匀型;顶板为矽卡岩化白云岩,底板为矽卡岩,与顶、底板均为渐变接触关系。

4.2 矿石质量

矿石结构主要为他形粒状结构,以块状构造为主,局部有稠密浸染状构造、细脉状或角砾状构造。

矿石矿物主要为磁铁矿(图8),脉石矿物主要有石英、斜长石、辉石、黄铜矿等。铁矿石中SiFe+ CFe+SFe含量较低,矿床磁性铁(mFe)占全铁(TFe)比例为96.15%。另有少量绿泥石、角闪石、石榴子石、方解石、黄铁矿等,呈星点状、斑状、团块状、脉状等形态不均匀分布于磁铁矿中。

4.3 矿石类型

本次揭露磁铁矿体产出于中-基性侵入岩与奥陶纪灰岩接触带上,围岩蚀变类型以矽卡岩化为主,矽卡岩与矿体共生关系明显,由含矿气水热液交代作用形成。按矿石成因类型划分,属接触交代(矽卡岩)型磁铁矿床。

4.4 围岩蚀变

根据钻孔揭露情况,矽卡岩化是本区围岩蚀变的主要类型。另外,在接触带及附近局部见粘土化、钠长石化、绢云母化、绿泥石化、大理岩化等蚀变。

4.5 顶底板及夹石特征

矿体顶、底板多为矽卡岩,部分为矽卡岩化白云质灰岩,矿体与矽卡岩共生关系明显。

根据化学全分析测试结果,顶板围岩SiO2含量为46.90%,显示岩石类型为基性岩,组合指数σ=2.3,< 3.3,属于钙碱性系列。

矿体中有多层夹石,均为矽卡岩,矿物成分主要为长石、石英、磁铁矿、黄铜矿、绿泥石等,夹石与矿体多为渐变接触关系。

5 成矿规律与找矿标志 5.1 成矿规律

本区铁矿与济南铁矿、莱芜铁矿属同一成因,均为接触交代型磁铁矿,矽卡岩化普遍发育,矿体主要赋存于燕山晚期中-基性杂岩体与奥陶纪马家沟群灰岩的接触带上。

5.2 找矿标志

(1)地层标志

矽卡岩型磁铁矿床重要的控矿围岩是奥陶纪马家沟群灰岩,发育角砾状灰岩、膏盐地层的层段有利于岩浆的顺层侵入而形成矿体,最有利的成矿围岩为马家沟群北庵庄组、五阳山组和八陡组灰岩。

(2)岩浆岩标志

本区成矿母岩为燕山期中基性侵入岩,与成矿有成因关系的岩性主要有辉长岩、闪长岩、闪长斑岩等。矿体产出于岩体与围岩的接触带上。

(3)蚀变标志

矽卡岩化是最重要的蚀变现象,与成矿密切相关,矽卡岩往往构成矿体的顶、底板。另外,与磁铁矿有成因联系的蚀变标志还有钠长石化、大理岩化、角闪石化等,各种蚀变的组合或蚀变强度的变化,对矿体的存在具有显著的指向意义。

(4)地球物理标志

正负磁异常梯度变化陡区域及低缓磁异常的局部高值异常区是寻找铁矿床的有利部位。

6 资源潜力评价

齐河—禹城地区奥陶纪灰岩普遍发育,燕山晚期中-基性岩浆岩分布面积较大,构造发育,具备接触交代型磁铁矿良好的成矿条件。调查区内存在3个航磁异常区,由南向北分别为大张异常区、潘店异常区、李屯异常区,面积分别约为55km2、70km2、115km2。据1:1万地面高精度磁测在李屯异常区圈定3个地磁ΔT局部高值异常(编号为C1、C2、C3)为找矿靶区,在大张异常区圈定1个局部异常(C4)为找矿靶区。其中,C1靶区内单工程揭露4层富磁铁矿体,厚度较大,品位较高;C4靶区内施工钻孔2个,在孔深750~790m处揭露矽卡岩型富磁铁矿体1层,厚度为7.66~26.02m,平均品位TFe为56.52%、mFe为52.81%。其他2个找矿靶区位置均位于岩体边缘,地磁异常特征相似。

从地层、构造、岩浆岩、地磁异常特征及见矿情况分析,本区具备良好的成矿地质条件,资源潜力大,具有良好的找矿前景。

7 结论

(1)齐河—禹城地区富铁矿是在矽卡岩型铁矿成矿理论的指导下,通过系统分析和研究该地区的成矿地质条件和成矿规律,选择航磁异常与重力异常套合地区,在1:1万地磁测量基础上,通过重磁联合反演圈定靶区,利用钻探对磁异常进行验证发现的。

(2)本区铁矿体主要赋存于燕山晚期中-基性杂岩体与奥陶纪马家沟群灰岩的接触带上,矿床成因为接触交代型磁铁矿。

(3)本区铁矿主要的赋矿围岩为奥陶纪马家沟群灰岩,成矿母岩为燕山期中基性侵入岩,矽卡岩化是最重要的蚀变现象。

(4)本区航磁异常与济南等地相似,但位于厚覆盖区,奥陶纪马家沟群地层埋深较大,一直未引起足够重视。本次研究,揭示了低缓的潘店航磁异常成因,更重要的是揭开了一个大型富铁矿基地的冰山一角。

(5)在含煤地层覆盖条件下,利用综合物探先行、钻探验证的勘查方法,开展煤铁兼探,找矿效果突出,经济技术效益良好,具备较高的推广意义。

(6)本区接触交代型铁矿成矿地质条件良好,具较好的找矿远景,但目前受投入工作量所限,控制程度较低,建议加强综合研究工作,分析成矿规律,在此基础上继续开展勘查工作,以取得更大的找矿突破。

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