張巖，張尚坤，陳文韜，張文佳，孫雨沁

(1.山東省地質(zhì)科學(xué)研究院，國(guó)土資源部金礦成礦過程與資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東省金屬礦產(chǎn)成礦地質(zhì)過程與資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 濟(jì)南 250013;2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)，北京 100083)

0 引言

2009年以來，山東省地質(zhì)科學(xué)研究院連續(xù)在山東省東阿縣單莊地區(qū)開展了鐵礦勘查。在工作過程中，采用“物探先行，鉆探驗(yàn)證”的勘查方法及高精度磁法測(cè)量和機(jī)械巖心鉆探相結(jié)合的勘查手段，實(shí)現(xiàn)了山東省黃河以北隱伏地區(qū)鐵礦找礦重要突破[1]。該勘查成果為在魯西隱伏地區(qū)開展BIF型鐵礦勘查工作起到指導(dǎo)和示范性意義，積累了大量的地質(zhì)、物探等方面的原始資料，并取得了豐富的找礦經(jīng)驗(yàn)，為在該區(qū)或相鄰區(qū)域進(jìn)一步開展鐵礦找礦工作提供了必要條件。

1 成礦地質(zhì)背景

該區(qū)大地構(gòu)造位置地處華北板塊(Ⅰ)魯西隆起區(qū)(Ⅱ)魯中隆起(Ⅲ)泰山-濟(jì)南斷隆(Ⅳ)樂平鋪潛凹陷(Ⅴ)[2]，屬黃河沖積平原區(qū)。總體來看，以黃河為界，北部幾乎均為第四系覆蓋，僅局部零星出露寒武紀(jì)地層，面積較小，南部出露較多寒武紀(jì)和奧陶紀(jì)地層，以寒武紀(jì)灰?guī)r、頁(yè)巖、砂巖和白云巖為主，部分區(qū)域仍為第四系覆蓋，基底為泰山巖群。

單莊鐵礦位于東阿-壽張凹陷以南，該凹陷位于魯中隆起區(qū)西北部。區(qū)內(nèi)第四紀(jì)沉積物廣布，與下伏基巖呈角度不整合接觸。西側(cè)以東阿斷裂為界，東阿斷裂西側(cè)發(fā)育數(shù)個(gè)支斷層，走向與主斷裂近于一致。區(qū)內(nèi)地層總體呈單斜，僅在東阿斷裂與譚莊-阿城鎮(zhèn)斷裂發(fā)育數(shù)個(gè)褶皺。斷裂構(gòu)造較發(fā)育(圖1)。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 地層

區(qū)內(nèi)均為第四系覆蓋，地層描述主要依據(jù)鉆孔編錄資料，礦區(qū)內(nèi)地層自老至新分述如下：新太古代泰山巖群山草峪組含礦變質(zhì)巖系；寒武紀(jì)饅頭組灰?guī)r、頁(yè)巖夾白云巖、砂巖；張夏組鮞粒灰?guī)r夾頁(yè)巖，多含海綠石；崮山組薄層灰?guī)r、頁(yè)巖，含竹葉狀灰?guī)r；炒米店組厚層灰?guī)r，含鮞?；?guī)r、生物碎屑灰?guī)r；寒武紀(jì)—奧陶紀(jì)三山子組白云巖夾鈣質(zhì)頁(yè)巖，含竹葉狀白云巖；第四紀(jì)松散堆積層。泰山巖群山草峪組即為賦礦地層，主要巖石類型為黑云變粒巖、角閃變粒巖、黑云石英片巖、斜長(zhǎng)角閃巖等。含礦巖石為角閃磁鐵石英巖、角閃石英磁鐵巖、磁鐵黑云變粒巖和赤鐵石英巖等[3]。

1—古近系；2—二疊系；3—石炭系；4—奧陶系；5—寒武系；6—推測(cè)正斷層；7—實(shí)測(cè)正斷層；8—褶皺(背斜及向斜)；9—平行不整合地層界線；10—推測(cè)地層界線；11—實(shí)測(cè)地層界線；12—等高線及編號(hào)；13—鐵礦區(qū)圖1 區(qū)域構(gòu)造地質(zhì)簡(jiǎn)圖

2.2 構(gòu)造

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)特征、鉆孔編錄情況，結(jié)合物探成果，在礦區(qū)內(nèi)推斷了6條有一定規(guī)模的斷裂，編號(hào)F1～F6，均為張性斷裂。其中：F1,F2,F3等3條NW向斷裂形成時(shí)代早于F4,F5,F6等3條NE向斷裂;F1,F2,F3等3條NW向斷裂被后期的F4斷裂錯(cuò)斷(圖2)。總體來說，斷裂均形成于成礦后，對(duì)礦體起到破壞作用。

1—奧陶紀(jì)白云巖；2—寒武紀(jì)灰?guī)r、頁(yè)巖、砂巖等；3—推測(cè)斷層及編號(hào)；4—部分見礦鉆孔；5—部分未見礦鉆孔；6—基線及勘查線剖面線；7—ΔT化磁極上沿1000m等值線，nT；8—礦段大致范圍圖2 單莊鐵礦區(qū)基巖地質(zhì)圖

F1,F2,F3斷裂形成時(shí)間較早,與區(qū)域性NW向斷裂近于一致，斷裂總體走向NW50°左右;F1,F2傾向SW;F3傾向NE;局部形成“塹壘式”伸展型構(gòu)造。該組斷裂被后期F4斷裂錯(cuò)斷。

F4斷裂與區(qū)域性NE向斷裂走向近于一致，為張性斷裂，斷裂總體走向NE50°左右。

F5斷裂主體走向NE20°左右，與區(qū)域構(gòu)造地質(zhì)簡(jiǎn)圖上的東阿斷裂同期，為區(qū)內(nèi)切割基底地層的深大斷裂，磁異常表現(xiàn)為明顯的線性磁力梯級(jí)帶，斷裂帶兩側(cè)磁異常差異性大，東側(cè)表現(xiàn)為明顯的正磁性異常，西側(cè)表現(xiàn)為負(fù)磁性異常。斷裂NW側(cè)呈低阻特征，SE端呈高阻特征，亦反映了隱伏斷裂NW傾的特征。綜上所述，該斷裂異常特征明顯，斷層存在可靠，推斷為一傾向NW，傾角約80°的隱伏張性斷裂。

F6即為東阿斷裂，走向NE30°～50°，傾角50°～70°，為高角度正斷層。

2.3 巖漿巖

礦區(qū)為隱伏覆蓋區(qū)，僅在鉆孔內(nèi)見到少量巖漿巖呈脈狀產(chǎn)出，巖性主要為花崗偉晶巖、閃長(zhǎng)玢巖、安山巖等。

花崗偉晶巖脈是區(qū)內(nèi)最為發(fā)育的巖漿巖脈，在大部分鉆孔中都能見到數(shù)條。大多沿片理貫入，少數(shù)切割片理，呈不規(guī)則脈狀產(chǎn)出。寬度0.1～25m不等。巖石呈塊狀構(gòu)造，粗?；◢徑Y(jié)構(gòu)，由石英、微斜長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石、黑云母、綠泥石、碳酸鹽礦物、電氣石、鋯石、磁鐵礦等礦物組成。

閃長(zhǎng)玢巖呈斑狀結(jié)構(gòu)，斑晶主要為長(zhǎng)石，基質(zhì)呈隱晶質(zhì)。斑晶以斜長(zhǎng)石為主，呈板狀，粒度約0.1～1mm，可見卡鈉復(fù)合雙晶，表面發(fā)生弱綠泥石化，有的斜長(zhǎng)石顆粒內(nèi)部析出鐵質(zhì)礦物?；|(zhì)中礦物成分以斜長(zhǎng)石為主，可見少量鉀長(zhǎng)石，基質(zhì)晶體較細(xì)，大部分呈隱晶質(zhì)，長(zhǎng)石均發(fā)生一定程度的泥化，含有大量的不透明礦物。

安山巖呈安山結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。主要由斜長(zhǎng)石、方解石、角閃石、黑云母、玻璃質(zhì)、隱晶質(zhì)礦物和不透明礦物組成。方解石是由角閃石蝕變而來，斜長(zhǎng)石、方解石、角閃石、黑云母和玻璃質(zhì)構(gòu)成斑晶，以斜長(zhǎng)石、方解石和玻璃質(zhì)斑晶為主，方解石呈杏仁狀。

3 礦體特征

3.1 礦體特征

根據(jù)磁測(cè)磁異常的形態(tài)及鉆探驗(yàn)證結(jié)果，單莊鐵礦區(qū)內(nèi)共圈定大小礦體27個(gè)，其中主要礦體7個(gè)，分別為4,8,14～18號(hào)(圖3)。礦床分為柳林屯礦段和前翟坊礦段，多數(shù)礦體均分布于柳林屯和前翟坊2個(gè)磁異常帶中。

柳林屯礦段礦體走向?yàn)?43°～176°，傾向233°～266°，礦體傾角為58°～67°；前翟坊礦段礦體走向?yàn)?23°～153°，傾向213°～243°，礦體傾角為53°～64°，圖4為該礦段主干勘探線第40勘探線剖面圖。礦體均呈NW向帶狀展布，隱伏于地下，預(yù)測(cè)礦體最淺部埋深地下約540m，推斷礦體賦存標(biāo)高為-498m～-1397m，礦體一般向深部有變陡的趨勢(shì)。

不同礦體水平厚度1.05～16.18m，TFe平均品位21.00%～32.43%，mFe平均品位16.16%～26.69%。礦體的平均水平厚度10.33m，平均真厚度8.49m，TFe平均品位28.38%，mFe平均品位23.21%，各主要礦體特征見表1。

表1 單莊鐵礦床主要礦體特征

1—勘探線及編號(hào)；2—基線位置及編號(hào)；3—見礦鉆孔及編號(hào)；4—未見礦鉆孔及編號(hào)；5—鉆孔及編號(hào)圖3 單莊鐵礦-1000m中段平面示意圖

1—第四系；2—寒武紀(jì)第三統(tǒng)—第二統(tǒng)；3—新太古代山草峪組；4—磁鐵礦體及編號(hào)；5—地質(zhì)界線；6—鉆孔編號(hào)、軌跡、深度圖4 單莊鐵礦第40勘探線剖面簡(jiǎn)圖

3.2 礦石特征

礦石的自然類型主要為條紋—條帶狀閃石、石英型磁鐵礦石，也見有少量氧化赤鐵礦石(圖5)。礦石結(jié)構(gòu)主要為半自形粒狀變晶結(jié)構(gòu)，主要表現(xiàn)為磁鐵礦呈半自形粒狀分布，粒度在0.02～0.5mm，多沿其長(zhǎng)軸方向呈條帶集合體狀定向分布，有的呈星點(diǎn)狀分布，有的沿周邊被黃鐵礦交代，有的其中可見黃鐵礦包體。石英呈粒狀多晶集合體，粒度一般0.03～0.5mm；普通角閃石呈柱狀與輝石、磁鐵礦等聚集分布，柱長(zhǎng)一般0.2～1mm。礦石構(gòu)造主要為條帶狀構(gòu)造，主要表現(xiàn)為礦石中的磁鐵礦、角閃石、黑云母組成暗色的條帶與石英組成的淺色條帶相間排列，局部條帶發(fā)生揉皺現(xiàn)象。不同部位條帶寬度各有差異，暗色條帶寬度一般在1～5mm。該類礦石品位相對(duì)較高。

礦石金屬礦物主要為磁鐵礦，少量赤鐵礦、黃鐵礦，偶見黃銅礦、銅藍(lán)。非金屬礦物以石英、普通角閃石為主，其次為黑云母、石榴子石、綠泥石、斜長(zhǎng)石、方解石、絹云母，副礦物有磷灰石。

礦石的化學(xué)成分主要為SiO2,FeO,Fe2O3,Al2O3,CaO,MgO,S,P2O5;其次為Cu,Pb,Sn,Mn,Ti,Cr,Ni,Mo,V,Ag,Zn,Co等。礦石中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。

圖A為角閃磁鐵石英巖，礦心照片;圖B為角閃磁鐵石英巖，反光鏡下，磁鐵礦大致呈條帶狀定向分布;圖C為赤鐵石英巖，反光鏡下，赤鐵礦大致呈條帶狀定向分布;圖D為赤鐵石英巖，反光鏡下，赤鐵礦交代磁鐵礦，殘余少量磁鐵礦圖5 單莊鐵礦主要礦石的巖心及鏡下特征

3.3 礦體圍巖

礦體頂、底板圍巖以泰山巖群山草峪組黑云變粒巖為主，另有角閃變粒巖、斜長(zhǎng)角閃巖、黑云石英片巖、角閃斜長(zhǎng)片麻巖(圖6)，另見有脈狀分布的花崗偉晶巖脈。

黑云變粒巖主要可分為黑云斜長(zhǎng)變粒巖、黑云鉀長(zhǎng)變粒巖和黑云二長(zhǎng)變粒巖3種，具塊狀構(gòu)造，鱗片粒狀變晶結(jié)構(gòu)，主要礦物成分為石英、斜長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石和黑云母，次要礦物有白云母、綠泥石和綠簾石。

角閃變粒巖多呈半定向構(gòu)造，柱粒狀變晶結(jié)構(gòu)，主要由石英、斜長(zhǎng)石和角閃石組成，次要礦物為綠泥石和粘土礦物，副礦物有磷灰石和少量不透明礦物等。構(gòu)成巖石的主要礦物多呈柱粒狀，其中柱粒狀石英和角閃石部分沿其長(zhǎng)軸方向定向分布。

斜長(zhǎng)角閃巖呈塊狀構(gòu)造，粒柱狀變晶結(jié)構(gòu)，主要礦物為普通角閃石、斜長(zhǎng)石、黑云母，另有少量的榍石、磷灰?guī)r、獨(dú)居石、磁鐵礦和黃鐵礦等組成。

黑云石英片巖主要由石英、斜長(zhǎng)石、黑云母組成，其次含有角閃石、綠泥石、白云母、方解石、磷灰石、赤鐵礦和磁鐵礦等其他少量不透明礦物，巖石重結(jié)晶程度高，片柱狀礦物含量較多，片柱狀礦物連續(xù)定向排列組成片狀構(gòu)造。

角閃斜長(zhǎng)片麻巖主要由角閃石、斜長(zhǎng)石和黑云母組成，其次為石英、絹云母、粘土礦物、碳酸鹽礦物、綠泥石、磷灰石和不透明礦物等。部分黑云母和角閃石沿其長(zhǎng)軸方向半定向分布，呈弱片麻狀構(gòu)造。

花崗偉晶巖多呈脈狀，大致與礦層平行分布，厚度不等。巖石淺肉紅色，偉晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要組成礦物為微斜長(zhǎng)石、石英，含少量斜長(zhǎng)石、黑云母。

圖A為黑云變粒巖，①為黑云斜長(zhǎng)變粒巖，②為黑云鉀長(zhǎng)變粒巖，③為黑云二長(zhǎng)變粒巖，巖心照片;圖B為黑云二長(zhǎng)變粒巖，正交偏光鏡下;圖C為角閃變粒巖，正交偏光鏡下;圖D為斜長(zhǎng)角閃巖，單偏光鏡下;圖E為黑云石英片巖，正交偏光鏡下;圖F為角閃斜長(zhǎng)片麻巖，單偏光鏡下;Qtz-石英；Hbl-普通角閃石；Pl-斜長(zhǎng)石；Klf-鉀長(zhǎng)石；Bt-黑云母圖6 單莊鐵礦主要圍巖巖心及鏡下特征

4 找礦標(biāo)志及前景分析

4.1 找礦標(biāo)志

根據(jù)礦床成因類型，結(jié)合鐵礦床的具體特點(diǎn)，認(rèn)為該區(qū)找礦標(biāo)志有以下3個(gè)方面：

(1)地層標(biāo)志。新太古代泰山巖群山草峪組變質(zhì)地層是尋找BIF型鐵礦的有利層位，該層位在山東已找到多處磁鐵礦床[4-17]，該區(qū)南部的東平-汶上成礦帶上的彭集、梁林、大牛、石河王和南部的洪范池等鐵礦均賦存于該層位。該組地層巖性以黑云變粒巖為主，局部夾磁鐵角閃石英巖、磁鐵石英角閃巖、黑云角閃片巖等，其中磁鐵角閃石英巖、磁鐵石英角閃巖為BIF型鐵礦的含礦巖石[18]，黑云變粒巖、斜長(zhǎng)角閃巖、黑云角閃片巖等為礦體的圍巖。由于太古代地層普遍遭受了較強(qiáng)的變質(zhì)作用和構(gòu)造疊加改造作用，局部賦礦層位褶皺構(gòu)造比較發(fā)育，可能造成褶皺轉(zhuǎn)折端附近礦層的加厚，也可能出現(xiàn)同一礦體或礦帶的連續(xù)重復(fù)，在實(shí)際勘查過程中要尤為注意。

(2)地球物理標(biāo)志。高精度磁測(cè)結(jié)果表明，在磁鐵礦體分布地段可引起明顯的高磁異常。由于該區(qū)為厚層覆蓋區(qū)，△T強(qiáng)度在-90～300 nT之間，與航磁異常對(duì)應(yīng)較好。經(jīng)鉆探驗(yàn)證，異常與礦體吻合較好。因此，在泰山巖群分布區(qū)的磁異常是尋找該類型礦床的重要標(biāo)志。值得注意的是，在總結(jié)分析過程中，一定要正確區(qū)分礦致異常和巖體異常，這將有利于提高勘查效率。

(3)礦體的賦存特征標(biāo)志。礦體呈層狀、似層狀產(chǎn)出。其產(chǎn)狀大體與圍巖片麻理產(chǎn)狀一致，礦體沿走向多呈帶狀展布。沿已有磁鐵礦體走向追索是尋找BIF型鐵礦的重要標(biāo)志。

4.2 找礦前景分析

該區(qū)磁異常大致呈帶狀分布，磁異常帶規(guī)模較大，圈閉較好，礦體大致呈NW向帶狀展布，向深部有變厚、變富的趨勢(shì)，因此該區(qū)深部找礦前景較好。在實(shí)際的鐵礦勘查過程中，一定要做到地質(zhì)、物探、鉆探的有機(jī)結(jié)合[19-26]。局部層位發(fā)育較多的鉀長(zhǎng)石偉晶巖脈或花崗偉晶巖脈，導(dǎo)致礦體遭受破壞，往往在這些酸性巖脈或巖體的上部或邊部存在厚大磁鐵礦體。雖然在柳林屯礦段和前翟坊礦段之間的小的次級(jí)異常體的磁異常值不高，但在施工的鉆孔中卻見有厚層磁鐵礦體，見礦效果較好，所以次級(jí)磁異常分布區(qū)也應(yīng)是找礦的重點(diǎn)區(qū)域。部分未見礦鉆孔在實(shí)施井中三分量磁測(cè)過程中也發(fā)現(xiàn)了旁側(cè)異常，推測(cè)礦體連續(xù)性較好。對(duì)深部礦體和外圍勘查過程中，要重視井中三分量磁測(cè)的必要性，這對(duì)于井下盲礦體的圈定和井中旁側(cè)異常的指示將會(huì)起到至關(guān)重要的作用。

5 結(jié)論

(1)采用高精度磁法測(cè)量與機(jī)械巖心鉆探相結(jié)合的方法，發(fā)現(xiàn)了山東省東阿縣單莊鐵礦床。該礦床賦存于新太古代泰山巖群山草峪組地層中，目前共圈定大小礦體27個(gè)，主要礦體7個(gè)，礦床暫劃分為柳林屯礦段和前翟坊礦段。礦床的平均真厚度8.49m，TFe平均品位28.38%，mFe平均品位23.21%。

(2)區(qū)內(nèi)覆蓋層厚度大，找礦難度大，在實(shí)際的鐵礦勘查過程中，一定要做到地質(zhì)、物探、鉆探的有機(jī)結(jié)合，做到“邊施工，邊分析資料，邊優(yōu)化工作設(shè)計(jì)”，這樣才能提高找礦效率。

(3)該區(qū)鐵礦體向深部有變厚、變富的趨勢(shì)，在次級(jí)磁異常范圍施工的鉆孔也見有厚層磁鐵礦體，部分未見礦鉆孔在實(shí)施井中三分量磁測(cè)過程中也發(fā)現(xiàn)了旁側(cè)異常，推測(cè)礦體連續(xù)性較好，因此該區(qū)的深部和外圍成礦潛力巨大，應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步加大勘查力度，以期實(shí)現(xiàn)新的、更大的找礦突破。

致謝：感謝“山東省東阿縣單莊地區(qū)鐵礦普查”項(xiàng)目組的全體成員，感謝山東省國(guó)土資源廳及山東省地質(zhì)科學(xué)研究院的有關(guān)人員對(duì)該項(xiàng)目的指導(dǎo)和幫助，在此一并謝過。

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